【物理】山西省晋中市和诚中学2019-2020学年高二下学期周练二（解析版） 10页

和诚中学 2019—2020 学年高二物理周练二 时间 60分钟 满分 100分 一、选择题（每题 4 分，1-10 为单选，11-14 多选，共 60 分） 1．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要．以 下符合史实的是( ) A．焦耳发现了电流磁效应的规律 B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律 C．楞次发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕 D．牛顿将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动 2．长为 a、宽为 b 的矩形线框有 n 匝，每匝线圈电阻为 R.如图所示，对称轴 MN 的左侧有 磁感应强度为 B 的匀强磁场，第一次将线框从磁场中以速度 v 匀速拉出，第二次让线框以ω ＝2v/b 的角速度转过 90°角．那么( ) A．通过导线横截面的电荷量 q1∶q2＝1∶n B．通过导线横截面的电荷量 q1∶q2＝1∶1 C．线框发热功率 P1∶P2＝2n∶1 D．线框发热功率 P1∶P2＝1∶2 3．如图所示，光滑金属导轨 AC、AD 固定在水平面内，并处在方向竖直向下、大小为 B 的 匀强磁场中．有一质量为 m 的导体棒以初速度 v0 从某位置开始在导轨上水平向右运动，最 终恰好静止在 A 点．在运动过程中，导体棒与导轨始终构成等边三角形回路，且通过 A 点 的总电荷量为 Q.已知导体棒与导轨间的接触电阻阻值恒为 R，其余电阻不计．则( ) A．该过程中导体棒做匀减速运动 B．该过程中接触电阻产生的热量为 1 8mv20 C．开始运动时，导体棒与导轨所构成回路的面积为 S＝QR B D．当导体棒的速度为 1 2v0 时，回路中感应电流大小为初始时的一半 4．如图所示，OO′为一金属转轴(只能转动不能移动)，M 为与 OO′固定连接且垂直于 OO′ 的金属杆，当 OO′转动时，M 的另一端在固定的金属环 N 上滑动，并保持良好的接触．整 个装置处于一匀强磁场中，磁场方向平行于 OO′轴，磁感应强度的大小为 B0.图中 V 为一理 想电压表，一端与 OO′接触，另一端与环 N 连接．已知当 OO′的角速度ω＝ω0 时，电压表读 数为 U0；如果将磁场变为磁感应强度为 nB0 的匀强磁场，而要电压表的读数为 mU0 时，则 OO′转动的角速度应变为( ) A．nω0 B．mω0 C.n mω0 D.m nω0 5．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器．如 下所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是( ) 6．如图所示，铁芯右边绕有一个线圈，线圈两端与滑动变阻器、电池组连成回路．左边的 铁芯上套有一个环面积为 0.02 m2、电阻为 0.1 Ω的金属环．铁芯的横截面积为 0.01 m2，且 假设磁场全部集中在铁芯中，金属环与铁芯截面垂直．调节滑动变阻器的滑动头，使铁芯中 的磁感应强度每秒均匀增加 0.2 T，则从上向下看( ) A．金属环中感应电流方向是逆时针方向，感应电动势大小为 4.0×10－3 V B．金属环中感应电流方向是顺时针方向，感应电动势大小为 4.0×10－3 V C．金属环中感应电流方向是逆时针方向，感应电动势大小为 2.0×10－3 V D．金属环中感应电流方向是顺时针方向，感应电动势大小为 2.0×10－3 V 7.如图所示，在水平面内的直角坐标系 xOy 中有一光滑金属导轨 AOC，其中曲线导轨 OA 满 足方程 y＝Lsin kx，长度为 π 2k 的直导轨 OC 与 x 轴重合，整个导轨处于竖直向上的匀强磁场 中．现有一长为 L 的金属棒从图示位置开始沿 x 轴正方向做匀速直线运动，已知金属棒单位 长度的电阻为 R0，除金属棒的电阻外其余电阻均不计，棒与两导轨始终接触良好，则在金 属棒运动过程中，它与导轨组成的闭合回路( ) A．电流逐渐增大 B．电流逐渐减小 C．消耗的电功率逐渐增大 D．消耗的电功率逐渐减小 8．如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节 亮度．给该台灯接 220 V 的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压 表的示数为( ) A．220 V B．110 V C.220 2 V D.110 2 V 9．在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈 abcd.线圈 cd 边沿竖直方向且与磁场 的右边界重合．线圈平面与磁场方向垂直．从 t＝0 时刻起，线圈以恒定角速度ω＝2π T 绕 cd 边沿图所示方向转动，规定线圈中电流沿 abcda 方向为正方向，则从 t＝0 到 t＝T 时间内， 线圈中的电流 I 随时间 t 变化关系图象为( ) 10．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比 n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨， 副线圈与电阻 R 相连组成闭合回路．当直导线 AB 在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁 感线运动时，电流表 A1 的读数是 12 毫安，那么电流表 A2 的读数是( ) A．0 B．3 毫安 C．48 毫安 D．与 R 值大小有关 11．如图所示，某人在自行车道上从东往西沿直线以速度 v 骑行，该处地磁场的水平分量大 小为 B1，方向由南向北，竖直分量大小为 B2，方向竖直向下；自行车车把为直把、金属材 质，两把手间距为 L，只考虑自行车在地磁场中的电磁感应，下列结论正确的是( ) A．图示位置中辐条 A 点电势比 B 点电势低 B．图示位置中辐条 A 点电势比 B 点电势高 C．自行车左车把的电势比右车把的电势高 B2Lv D．自行车在十字路口左拐改为南北骑向，则自行车车把两端电动势要降低 12．如图所示，在垂直纸面向里，磁感应强度为 B 的匀强磁场区域中有一个均匀导线制成 的单匝直角三角形线框．现用外力使线框以恒定的速度 v 沿垂直磁场方向向右运动，运动中 线框的 AB 边始终与磁场右边界平行．已知 AB＝BC＝l，线框导线的总电阻为 R.则线框离开 磁场的过程中( ) A．线框中的电动势随时间均匀增大 B．通过线框截面的电荷量为Bl2 2R C．线框所受外力的最大值为 2B2l2v R D．线框中的热功率与时间成正比 13．如图所示的电路中，L 是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2 和 D3 是三 个完全相同的灯泡，E 是内阻不计的电源．在 t＝0 时刻，闭合开关 S，电路稳定后在 t1 时刻 断开开关 S.规定电路稳定时流过 D1、D2 的电流方向为正方向，分别用 I1、I2 表示流过 D1 和 D2 的电流，则下图中能定性描述电流 I 随时间 t 变化关系的是( ) 14．在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一与磁场方向垂直、长度为 L 的金属杆 aO，已知 ab＝bc＝cO＝L/3，a、c 与磁场中以 O 为圆心的同心圆(都为部分圆弧)金属轨道始终接触良 好．一电容为 C 的电容器接在轨道上，如图 9－3－25 所示，当金属杆在与磁场垂直的平面 内以 O 为轴，以角速度ω顺时针匀速转动时，下列选项正确的是( ) A．Uac＝2UbO B. Uac＝2Uab C．电容器带电荷量 Q＝4 9BL2ωC D．若在 eO 间连接一个电压表，则电压表示数为零 二、计算题（共 40 分） 15.(本题满分 24 分)如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B＝2 T，匝数 n＝6 的矩形线圈 abcd 绕中心轴 OO′匀速转动，角速度ω＝200 rad/s.已知 ab＝0.1 m，bc＝0.2 m，线圈的总电阻 R ＝40 Ω，试求： (1)感应电动势的最大值，感应电流的最大值； (2)设 t＝0 时线圈平面与磁感线垂直，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式； (3)画出感应电流的瞬时值 i 随ωt 变化的图象； (4)当ωt＝30°时，穿过线圈的磁通量和线圈中的电流的瞬时值各是多大？ (5)线圈从图示位置转过π 2 的过程中，感应电动势的平均值是多大？ (6)线圈的发热功率多大？ 16．(本题满分 16 分)发电机的端电压为 220 V，输出功率为 44 kW，输电导线的电阻为 0.2 Ω， 如果用原、副线圈匝数之比为 1∶10 的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝 数比为 10∶1 的降压变压器降压供给用户． (1)画出全过程的线路图； (2)求用户得到的电压和功率； (3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压． 【参考答案】 一．单项选择题 1. 【答案】 B 【解析】 焦耳发现了电流的热效应，通常称此为焦耳热，A 错误．库仑研究电荷间作 用的规律，得出库仑定律，B 正确．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了磁场产生电 流，打开电气时代的大门，C 错误．伽利略做斜面实验，研究自由落体运动，D 错误． 2. 【答案】 B 【解析】 首先，在第一、二次运动过程中，磁通量的减少量为ΔΦ1＝ΔΦ2＝B·ab/2.当 回路为 n 匝，总电阻为 nR 时．由 q＝ I ·Δt＝ E nR ·Δt＝ΔΦ ΔtR·Δt＝ΔΦ/R.可得 q1∶q2＝1∶1.故知 A 错 B 对．两种情况下线框电阻不变，由电(热)功率公式可得 P1 P2 ＝(E1 E2 )2 ① E1＝nBav ② E2＝nB·ab 2 · 2v 2b ③ 联立①②③式，即可求出以下结果 P1∶P2＝2∶1，故知 C、D 均错． 3.【答案】 C 【解析】 由B2l2v R ＝ma 可知该过程中 l、v 均在变化，故 a 变化，A 错．由能量守恒可 知 Q 热＝1 2mv20，B 错．I＝ΔΦ ΔtR ，ΔΦ＝BS，Q＝IΔt，联立得 S＝QR B ，C 对．当 v＝1 2v0 时，ln1，故 A 选项正确，C 选项错误． 6. 【答案】 C 【解析】 铁芯内的磁通量情况是相同的，金属环的有效面积即铁芯的横截面积．根据 电磁感应定律 E＝nΔΦ Δt ＝1×0.2×0.01 V＝2×10－3 V．又根据楞次定律，金属环中电流方向为 逆时针方向，即 C 正确． 7. 【答案】 C 【解析】 金属棒向右运动产生的电动势为 E＝Byv0，回路中的电阻 R＝yR0，故回路中 的电流 I＝E R ＝Bv0 R0 ，大小为一定值，故 A、B 均错误；再由 P＝I2R＝I2R0Lsin kx 可知，在 x ＜ π 2k 的情况下，P 随 x 增大而增大，故 C 正确，D 错误． 8.【答案】 B 【解析】 本题考查电压的有效值的计算．设电压的有效值为 U，根据有效值定义有 220 2 2 R ·T 2 ＝U2 R T，解得 U＝110 V，则 B 正确． 9.【答案】 B 【解析】 在 0～T 4 内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正弦式交流电，由楞次定 律知，电流方向为负值；在T 4 ～3 4T，线圈中无感应电流；在 3 4T 时，ab 边垂直切割磁感线， 感应电流最大，且电流方向为正值，故只有 B 项正确． 10.【答案】 A 【解析】 当直导线 AB 在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，原线圈 中产生恒定的电流，不能在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中不会产生感应电流，A 正确． 二．多项选择题 11．【答案】 AC 【解析】 自行车车把切割磁感线，由右手定则知，自行车左车把的电势比右车把的电 势高 B2Lv；辐条旋转切割磁感线，由右手定则知，图示位置中辐条 A 点电势比 B 点电势低； 自行车在十字路口左拐改为南北骑向，地磁场竖直分量始终垂直于自行车车把，则其两端电 动势不变．正确答案为 A、C 两项． 12．【答案】 AB 【解析】 三角形线框向外匀速运动的过程中，由于有效切割磁感线的长度 L＝vt，所 以线框中感应电动势的大小 E＝BLv＝Bv2t，故选项 A 正确；线框离开磁场的运动过程中， 通过线圈的电荷量 Q＝It＝ΔΦ ΔtR×Δt＝Bl2 2R ，选项 B 正确；当线框恰好刚要完全离开磁场时，线 框有效切割磁感线的长度最大，则 F＝BIl＝B2l2v R ，选项 C 错误；线框的热功率为 P＝Fv＝ BIvt×v＝B2v4t2 R ，选项 D 错误． 13．【答案】 BC 【解析】 在 t1 时刻断开开关 S 后，由于自感现象通过 D1 的电流逐渐减小，方向不变， A 错误，B 正确；而通过 D2 和 D3 的电流方向立即改变，C 正确，D 错误． 14.【答案】 AC 【解析】 金属杆转动切割磁感线，UaO＝1 2BL2ω，UbO＝1 2B(2 3L)2ω＝2 9BL2ω，UcO＝ 1 2B(1 3L)2ω＝ 1 18BL2ω；则 Uac＝UaO－UcO＝4 9BL2ω，得 Uac＝2UbO，A 对；Uab＝UaO－UbO＝ 5 18BL2ω，B 项错误；电容器两端的电压为 Uac，故 Q＝CUac＝4 9BL2ωC，C 正确；当把电压表 接在 eO 间时，表与 Oce 组成回路，电压表有示数，测量 cO 间的电压，故 D 错． 15.【解析】 (1)因为线圈匀速转动，感应电动势的最大值就出现在题图所示位置 Em＝nBSω＝6×2×0.1×0.2×200 V＝48 V 感应电流最大值 Im＝Em R ＝48 40 A＝1.2 A. (2)感应电动势的瞬时值表达式： e＝Em· sin ωt＝48sin 200t V. (3)iωt 图象如图所示 (4)当线圈从图示位置转过 30°角时，穿过线圈的磁通量Φ和感应电动势 e 分别为： Φ＝BL1L2·sin 30° ＝2×0.1×0.2×1 2 Wb ＝0.02 Wb e＝48sin 30° V＝24 V 由欧姆定律可得此时电流瞬时值为： i＝e R ＝0.6 A. (5)线圈从图示位置转过π 2 的过程中，磁通量的变化为 ΔΦ＝B·S 线圈转过π 2 所用的时间Δt＝ π 2ω 此过程中交变电动势的平均值 E ＝nΔΦ Δt ＝n B·S π/2ω ＝2 πnBSω＝2 πEm ＝2 π×48 V ≈30.6 V. (6)线圈的发热功率计算用电流有效值： P 热＝( Im 2 )2R＝28.8 W. 【答案】 (1)48 V 1.2 A (2)e＝48sin 200t V (3)见解析图 (4)0.02 Wb 0.6 A (5)30.6 V (6)28.8 W 16.【解析】 该题是输电线路的分析和计算问题，结合电路结构和输电过程中的电压 关系和电流关系可解此题． (1)线路图如图所示． (2)升压变压器副线圈上的输出电压 U2＝n2 n1 U1＝2 200 V， 升压变压器副线圈上的输出电流 I2＝n1 n2 I1， 升压变压器原线圈上的输入电流，由 P＝U1I1 得 I1＝ P U1 ＝44×103 220 A＝200 A， 所以 I2＝ n1P n2U1 ＝44×103 10×220 A＝20 A. 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR＝I2R＝4 V，PR＝I22R＝0.08 kW. 降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为 I3＝I2＝20 A，U3＝U2－UR＝2 196 V. 降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为 U4＝n4 n3 U3＝219.6 V，I4＝n3 n4 I3＝200 A. 用户得到的功率 P4＝U4I4＝43.92 kW. (3)若不采用高压输电，线路损失电压为 UR′＝I1R＝40 V， 用户得到的电压 U′＝U1－UR′＝180 V， 用户得到的功率为 P′＝U′I1＝36 kW. 【答案】 (1)见解析 (2)219.6 V 43.92 kW (3)180 V 36 kW