综合水平测试一.docx

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综合水平测试一

综合水平测试

（一）

测试时间：

90分钟　满分：

100分

对应学生用书P143一、选择题（本大题共10小题，每小题4分，共40分。

在第1～6题给出的4个选项中，只有一个选项正确；在第7～10题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

）

1．一矩形线圈，绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′按顺时针方向旋转，引出线的两端与互相绝缘的半圆铜环连接，两个半圆环分别与固定电刷A、B滑动接触，电刷间接有电阻，如图所示，在线圈转动过程中，通过电阻的电流（　　）

A．大小和方向都不断变化

B．大小和方向都不变

C．大小不断变化，方向是A→R→B

D．大小不断变化，方向是B→R→A

答案　C

解析　半圆环交替接触不同电刷，从而使输出电流方向不变，这是一个直流发电机模型，由右手定则知，外电路中电流方向是A→R→B。

2．[2014·日照高二检测]在变电所，经常要用交流电表去检测电网上的强电流，使用的仪器是电流互感器，下列图中能正确反映其工作原理的是（　　）

答案　C

解析　电流互感器是用弱电流来检测强电流，因此副线圈匝数要比原线圈匝数多，A、B错；而D中检测器直接与地线、火线相连，与用电器电网并联，不能起到检测作用，只有C是正确的。

3．如图所示，水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环，其中B接电源。

在接通电源的瞬间，A、C两环（　　）

A．都被B吸引

B．都被B排斥

C．A被吸引，C被排斥

D．A被排斥，C被吸引

答案　B

解析　在接通电源的瞬间，环B可等效为一短条形磁铁，穿过A、C环的磁通量在增加。

两环A、C为了阻碍磁通量的增加，都应朝环B外部磁场较小的方向运动，即A向左而C向右，两环都受到了环B的排斥作用。

4．[2014·江苏高考]如图所示，一正方形线圈的匝数为n，边长为a，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。

在Δt时间内，磁感应强度的方向不变，大小由B均匀地增大到2B。

在此过程中，线圈中产生的感应电动势为（　　）

A.

B.

C.

D.

答案　B

解析　磁感应强度的变化率

＝

＝

，法拉第电磁感应定律公式可写成E＝n

＝n

S，其中磁场中的有效面积S＝

a2，代入得E＝n

，选项B正确，A、C、D错误。

5．[2015·福建高考]如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。

一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。

在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中（　　）

A．PQ中电流先增大后减小

B．PQ两端电压先减小后增大

C．PQ上拉力的功率先减小后增大

D．线框消耗的电功率先减小后增大

答案　C

解析　导体棒产生的电动势为E＝BLv，其等效电路如图所示，总电阻为R总＝R＋

＝R＋

，在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中，总电阻先增大后减小，总电流先减小后增大，所以A项错误；PQ两端电压为路端电压U＝E－IR，即先增大后减小，所以B项错误；拉力的功率等于克服安培力做功的功率，有P安＝IE，先减小后增大，所以C项正确；根据功率曲线可知当外电阻

＝R时输出功率最大，而外电阻先由小于R开始增加到

R，再减小到小于R的某值，所以线框消耗的功率先增大后减小，又再增大再减小，所以D项错误。

6．[2015·山东高考]如图甲，R0为定值电阻，两金属圆环固定在同一绝缘平面内。

左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上，经二极管整流后，通过R0的电流i始终向左，其大小按图乙所示规律变化。

规定内圆环a端电势高于b端时，a、b间的电压uab为正，下列uabt图象可能正确的是（　　）

答案　C

解析　由安培定则知：

0～0.25T0，圆环内的磁场垂直纸面向里逐渐增大，由楞次定律知，若圆环闭合，感应电流是逆时针方向，逐渐减小至0；0.25T～0.5T，圆环内的磁场垂直纸面向里逐渐减小，由楞次定律知，若圆环闭合，感应电流是顺时针方向，逐渐增大。

以后周期性变化，选项C正确。

7．目前中国南极考察队队员正在地球南极考察，设想考察队队员在地球南极附近水平面上驾驶一辆冰车向前行进时，由于地磁场作用，冰车两端会有电势差，设驾驶员左方电势为U1，右方电势为U2，则下列说法正确的是（　　）

A．向着南极点行进时，U1比U2高

B．背着南极点行进时，U1比U2低

C．在水平冰面上转圈时，U1比U2高

D．无论怎样在水平冰面上行进，U1总是低于U2

答案　BD

解析　在南极附近，地磁场磁感线的方向都是向上的，向着南极点行进或者背着南极点行进时，冰车切割磁感线，由右手定则可知，驾驶员右方电势高于左方电势；不管冰车怎样在水平冰面上行进，依据右手定则可判定，驾驶员右方电势总是高于左方电势。

故B、D正确。

8．[2015·天津高考]如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。

在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则（　　）

A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大

B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小

C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大

D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小

答案　BC

解析　保持Q的位置不动，则副线圈的输出电压不变，当P向上滑动时，副线圈电路中的总电阻变大，副线圈中的电流减小，根据变流比可知，原线圈中的电流减小，因此电流表的读数变小，A项错误，B项正确；保持P的位置不动，副线圈电路中的总电阻不变，当Q向上移时，副线圈的匝数增多，由变压比可知，副线圈的输出电压增大，副线圈中的电流增大，由变流比可知，原线圈中的电流增大，电流表读数变大，C项正确，D项错误。

9．如图甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u＝311sin（100πt）V，当开关S闭合时，电热丝的电功率为P0；当开关S断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则（　　）

A．开关闭合时，交流电压表的读数为220V

B．开关闭合时，交流电压表的读数为311V

C．开关断开时，交流电压表的读数为311V，电热丝功率为

D．开关断开时，交流电压表的读数为156V，电热丝功率为

答案　AD

解析　交流电压表的读数为有效值，计算热功率要用有效值。

开关接通时，交流电压峰值Um＝311V，所以有效值U＝

＝220V，A正确；开关断开时，取一个周期T，电热丝产生的热量减半，所以由P＝

，电热丝功率为

，由P＝

，电压有效值为

＝156V，电压表示数为156V。

故正确选项为A、D。

10．[2015·湖南怀化质检]电源、开关S和S′、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图所示电路，电容器的两平行板水平放置。

当开关S、S′闭合，并且无光照射光敏电阻R2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点。

当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，则（　　）

A．液滴向下运动

B．液滴向上运动

C．R2两端的电势差是否升高无法分析

D．当光照强度不变时断开S′，把电容器的上极板向上移一小段距离，则上极板的电势比A点的电势高

答案　BD

解析　当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，R2两端的电势差降低，R1两端的电势差升高，电容器极板之间电压升高，液滴向上运动，选项B正确，A、C错误；当光照强度不变，断开S′时，电容器带电量不变，把电容器的上极板向上移一小段距离，则上极板的电势比A点的电势高，选项D正确。

二、实验题（本大题共2小题，每小题6分，共12分，把答案填在题中横线上或按题目要求作答。

）

11．[2015·南昌高二检测]有一个称为“千人震”的趣味物理小实验，实验是用一节电动势为1.5V的新干电池，几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器（相当于自感线圈），同学们手拉手成一串，连在如图所示的电路中，当开关连接瞬间，同学们________（填“有”或“无”）触电的感觉；当开关断开瞬间，同学们________（填“有”或“无”）触电的感觉；如何解释这一现象____________。

答案　无　有　电路刚断开时，镇流器由于自感作用产生较高的自感电动势，而使人产生触电的感觉

12．如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R，线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I＝________。

线框从中性面开始转过

的过程中，通过导线横截面的电荷量q＝________。

答案　

解析　电动势最大值Em＝BSω。

有效值E＝

＝

BSω。

由闭合电路欧姆定律可得I＝

＝

，电量q＝

·Δt＝

·Δt＝

＝

。

三、计算题（本大题共4小题，共48分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。

）

13．（10分）如图所示，有一垂直于纸面向里的非匀强磁场，磁感应强度沿y方向不变，而沿x方向均匀减小，减小率为0.05T/m，一边长为10cm的正方形铝框，总电阻为0.25Ω，铝框平面与磁场方向垂直，在外力作用下以20m/s的速度沿x正方向做匀速直线运动，求铝框中感应电动势的大小。

答案　0.01V

解析　题中“减小率为0.05T/m”是指磁感应强度B沿x正方向的变化率，即

＝0.05T/m，

设某时刻线框左、右两边所处的磁感应强度分别为B1、B2，则该时刻两边产生的电动势分别为E1、E2。

整个线圈的合电动势E＝E1－E2＝（B1－B2）Lv＝ΔB′Lv，

ΔB′为沿x方向上相距L的两点磁感应强度的变化量，大小为ΔB′＝

L＝0.05×0.1T＝0.005T。

代入上式得铝框中感应电动势的大小为0.01V。

14．[2014·烟台高二测试]（12分）发电站通过升压变压器，输电导线和降压变压器把电能输送到用户（升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器）

（1）画出上述输电全过程的线路图；

（2）若发电机的输出功率是100kW，输出电压是250V，升压变压器的原副线圈的匝数比为1∶25，求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流；

（3）若输电导线中的电功率损失为输入功率的4%，求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压；

（4）计算降压变压器的输出功率。

答案　

（1）见解析图　

（2）6250V,16A　（3）15.6Ω，6000V　（4）96kW

解析　

（1）

（2）对升压变压器，据公式

＝

，有

U2＝

U1＝

×250V＝6250V

I2＝

＝

＝

A＝16A

（3）P损＝I

R线，P损＝0.04P1

所以：

R线＝

＝

Ω＝15.6Ω，因为ΔU＝U2－U3＝I2R线

所以U3＝U2－I2R线＝（6250－16×15.6）V＝6000V

（4）P4＝P1－P损＝0.96P1＝0.96×100000W＝96000W＝96kW。

15．[2015·天津高考]（12分）如图所示，“凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab边长为l，cd边长为2l，ab与cd平行，间距为2l。

匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面。

开始时，cd边到磁场上边界的距离为2l，线框由静止释放，从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前，线框做匀速运动。

在ef、pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做匀速运动。

线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q。

线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力加速度为g。

求：

（1）线框ab边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍；

（2）磁场上下边界间的距离H。

答案　

（1）

＝4　

（2）H＝

＋28l

解析　

（1）设磁场的磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有

E1＝2Blv1①

设线框总电阻为R，此时线框中电流为I1，由闭合电路欧姆定律，有

I1＝

②

设此时线框所受安培力为F1，有

F1＝2I1lB③

由于线框做匀速运动，其受力平衡，有

mg＝F1④

由①②③④式得v1＝

⑤

设ab边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为v2，同理可得

v2＝

⑥

由⑤⑥式得

＝4⑦

（2）线框自释放直到cd边进入磁场前，由机械能守恒定律，有2mgl＝

mv

⑧

线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有

mg（2l＋H）＝

mv

－

mv

＋Q⑨

由⑦⑧⑨式得H＝

＋28l⑩

16．[2014·课标全国卷Ⅱ]（14分）半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图所示。

整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下。

在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻（图中未画出）。

直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。

设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略。

重力加速度大小为g。

求：

（1）通过电阻R的感应电流的方向和大小；

（2）外力的功率。

答案　

（1）

　方向从C端流向D端　

（2）

μmgωr＋

解析　

（1）在Δt时间内，导体棒扫过的面积为

ΔS＝

ωΔt[（2r）2－r2]①

根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为

ε＝

②

根据右手定则，感应电流的方向是从B端流向A端，因此，通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端。

由欧姆定律可知，通过电阻R的感应电流的大小I满足I＝

③

联立①②③式得I＝

④

（2）在竖直方向有mg－2N＝0⑤

式中，由于导体棒质量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等，其值为N。

两导轨对运动的导体棒的滑动摩擦力均为f＝μN⑥

在Δt时间内，导体棒在内、外圆导轨上扫过的弧长分别为

l1＝rωΔt⑦

l2＝2rωΔt⑧

克服摩擦力做的总功为Wf＝f（l1＋l2）⑨

在Δt时间内，消耗在电阻R上的功为

WR＝I2RΔt⑩

根据能量转化和守恒定律知，外力在Δt时间内做的功为

W＝Wf＋WR⑪

外力的功率为P＝

⑫

由④至⑫式得P＝

μmgωr＋

⑬