学年高中物理SWSJ科教版选修32模块综合检测.docx
《学年高中物理SWSJ科教版选修32模块综合检测.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中物理SWSJ科教版选修32模块综合检测.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
学年高中物理SWSJ科教版选修32模块综合检测
模块综合检测
（时间：
90分钟 满分：
110分）
一、选择题（本题共14小题，每小题4分，共56分，第1～8小题中只有一个选项符合题意，第9～14小题中有多个选项符合题意，全选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
1．在物理学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是（ ）
A．法拉第发现了电磁感应定律并找到了判断感应电动势方向的楞次定律
B．库仑用他发明的扭秤研究带电体间的相互作用，提出了库仑定律
C．楞次发现了电流热效应的规律
D．奥斯特发现了电流的磁效应，总结出了电磁感应定律
解析：
选B 法拉第发现了电磁感应现象，是楞次找到了判断感应电动势方向的楞次定律，故A错误。
库仑通过他发明的扭秤研究带电体间的相互作用，提出了库仑定律，故B正确。
焦耳发现了电流热效应的规律，故C错误。
奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第总结出了电磁感应定律，故D错误。
2．如图1所示，L1和L2是远距离输电的两根高压线，在靠近用户端的某处用电压互感器和电流互感器监测输电参数。
在用电高峰期，用户接入电路的用电器逐渐增多的时候（ ）
图1
A．甲电表为电流表 B．甲电表的示数变大
C．乙电表为电压表D．乙电表的示数变大
解析：
选D 由题图可知，甲并联在电路中，乙串联在电路中，则甲是电压表，乙是电流表，所以甲是电压互感器，乙是电流互感器，故A、C错误；在用电高峰期，用户接入电路的用电器逐渐增多的时候，副线圈总电阻变小，副线圈总电流变大，所以输电导线电流变大，输电导线电阻R不变，由U＝IR可知，电压损失变大，所以高压线上输出电压变小，根据匝数比等于电压之比，所以甲电表的示数变小，输电导线电流变大，所以乙电表的示数变大，故B错误、D正确。
3．在半径为r、电阻为R的圆形导线框内，以直径为界，左、右两侧分别存在着方向如图2甲所示的匀强磁场。
以垂直纸面向外的磁场为正，两部分磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律分别如图乙所示。
则0～t0时间内，导线框中（ ）
图2
A．没有感应电流
B．感应电流方向为逆时针
C．感应电流大小为
D．感应电流大小为
解析：
选C 根据楞次定律可知，左边的导线框的感应电流是顺时针，而右边的导线框的感应电流也是顺时针，则整个导线框的感应电流方向为顺时针，故A、B错误；由法拉第电磁感应定律，因磁场的变化，导致导线框内产生感应电动势，结合题意可知，产生感应电动势正好是两者之和，即为E＝2×
；再由闭合电路欧姆定律，可得感应电流大小为I＝
＝
，故C正确，D错误。
4．如图3甲所示，一矩形线圈位于随时间t变化的匀强磁场中，磁感应强度B随t的变化规律如图乙所示。
以i表示线圈中的感应电流，以图甲中线圈上箭头所示方向为电流正方向，以垂直纸面向里的磁场方向为正，则以下的it图像中正确的是（ ）
图3
解析：
选A 由电磁感应定律和欧姆定律得I＝
＝
·
＝
·
，线圈的面积S和电阻R都是定值，则线圈中的感应电流与磁感应强度B随t的变化率成正比。
由图乙可知，0～1时间内，B均匀增大，Φ增大，根据楞次定律得知，感应磁场与原磁场方向相反（感应磁场的磁感应强度的方向向外），由右手定则判断可知，感应电流是逆时针的，因而是负值。
由于
不变，所以可判断0～1为负的恒值；同理可知1～2为正的恒值；2～3为零；3～4为负的恒值；4～5为零；5～6为正的恒值，故选A。
5．如图4甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，电压表和电流表均为理想电表，二极管为理想二极管，灯泡电阻R＝55Ω，原线圈两端加如图乙所示的电压，下列说法正确的是（ ）
图4
A．电流表的读数为
A
B．电压表的读数为110V
C．灯泡L的功率为440W
D．副线圈两端电压为110
V
解析：
选A 根据乙图可得原线圈电压的有效值为U1＝
V＝220V，根据
＝
可得副线圈两端的电压为110V，因为二极管为理想二极管，所以电压表示数为55
V，电流表的读数为I＝
A＝
A，灯泡的功率为PL＝55
×
W＝110W，故A正确。
6．如图5所示，匝数为50匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝
T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5m2，线框电阻不计。
线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V,60W”的灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10A，下列说法正确的是（ ）
图5
A．在图示位置线框中产生的感应电动势最大
B．线框中产生电动势的有效值为250
V
C．变压器原、副线圈匝数之比为25∶22
D．允许变压器输出的最大功率为1000W
解析：
选C 由图可知，此时线框和磁场垂直，此时线框的磁通量最大，感应电动势为0，所以A错误。
矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动，产生的交流电的最大值为：
Em＝nBSω＝50×
×0.5×100V＝250
V，故有效值为250V，故B错误。
由于电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈匝数之比为：
250∶220＝25∶22，故C正确。
由于熔断器允许通过的最大电流为10A，所以允许变压器输出的最大功率为P＝UI＝250×10W＝2500W，故D错误。
故选C。
7.有一理想变压器如图6所示，原副线圈的匝数比为n，原线圈接正弦交流电，副线圈输出端接有一个交流电压表、一个交流电流表和一个电动机，电动机线圈电阻为R，当原线圈接通电源后，电流表示数为I，电压表示数为U，电动机带动一重物匀速上升，下列判断正确的是（ ）
图6
A．电动机两端电压为
U
B．变压器的输出功率为nIU
C．电动机的输出功率为IU－I2R
D．电动机消耗的功率为
解析：
选C 电压表测量的就是电动机的电压，即电动机两端电压为U，故A错误；变压器的输出功率P＝UI，故B错误；电动机的输出功率P出＝P－P热＝IU－I2R，故C正确；电动机消耗的功率P＝UI，故D错误。
8.如图7所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域，v1＝2v2，在先后两种情况下（ ）
图7
A．线圈产生的感应电动势之比E1∶E2＝2∶1
B．线圈中的感应电流之比I1∶I2＝1∶2
C．线圈中产生的焦耳热之比Q1∶Q2＝4∶1
D．通过线圈某截面的电荷量之比q1∶q2＝1∶2
解析：
选A 由于v1＝2v2，根据E＝BLv，知感应电动势之比为2∶1，感应电流I＝
，则感应电流之比为2∶1，故A正确，B错误。
又知时间比为1∶2，根据Q＝I2Rt，知热量之比为2∶1，故C错误。
根据q＝It＝
，知通过某截面的电荷量之比为1∶1，故D错误。
9．（2016·全国卷Ⅱ）法拉第圆盘发电机的示意图如图8所示。
铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。
圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。
圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（ ）
图8
A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定
B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动
C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化
D．若圆盘转动的角速度变为2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍
解析：
选AB 由右手定则知，圆盘按如题图所示的方向转动时，感应电流沿a到b的方向流动，选项B正确；由感应电动势E＝
Bl2ω知，角速度恒定，则感应电动势恒定，电流大小恒定，选项A正确；角速度大小变化，感应电动势大小变化，但感应电流方向不变，选项C错误；若ω变为原来的2倍，则感应电动势变为原来的2倍，电流变为原来的2倍，由P＝I2R知，电流在R上的热功率变为原来的4倍，选项D错误。
10.如图9所示，在半径为R的半圆形区域内，有磁感应强度为B的垂直纸面向里的有界匀强磁场，PQM为圆内接三角形，且PM为圆的直径，三角形的各边由材料相同的细软导线组成（不考虑导线中电流间的相互作用）。
设线圈的总电阻为r且不随形状改变，此时∠PMQ＝37°，已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
则下列说法正确的是（ ）
图9
A．穿过线圈PQM的磁通量为Φ＝0.96BR2
B．若磁场方向不变，只改变磁感应强度B的大小，且B＝B0＋kt（k为常数，k>0），则线圈中产生的感应电流大小为I＝
C．保持P、M两点位置不变，将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中，线圈中感应电流的方向先沿逆时针，后沿顺时针
D．保持P、M两点位置不变，将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中，线圈中不会产生焦耳热
解析：
选ABC 穿过线圈PQM中的磁通量大小为Φ＝B
·2Rsin37°·2Rcos37°＝0.96BR2，故A正确。
由B＝B0＋kt得：
＝k，根据法拉第电磁感应定律得：
感应电动势为：
E＝
·S＝k·
·2Rsin37°·2Rcos37°＝0.96kR2，线圈中产生的感应电流大小为：
I＝
＝
，故B正确。
保持P、M两点位置不变，将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中，△PQM的面积先增大后减小，穿过线圈的磁通量先增大后减小，线圈中将产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流方向先沿逆时针方向后沿顺时针方向，线圈中有感应电流，线圈要产生焦耳热，故C正确，D错误。
11．如图10甲所示，垂直纸面向里的有界匀强磁场的磁感应强度B＝1.0T，质量m＝0.04kg、高h＝0.05m、总电阻R＝5Ω、n＝100匝的矩形线圈竖直固定在质量M＝0.08kg的小车上，小车与线圈的水平长度l相等。
线圈和小车一起沿光滑水平面运动，并以初速度v1＝10m/s进入磁场，线圈平面和磁场方向始终垂直。
若小车运动的速度v随位移x变化的vx图像如图乙所示，则根据以上信息可知（ ）
图10
A．小车的水平长度l＝10cm
B．磁场的宽度d＝35cm
C．小车的位移x＝10cm时线圈中的电流I＝7A
D．线圈通过磁场的过程中线圈产生的热量Q＝1.92J
解析：
选AC 闭合线圈在进入和离开磁场时的位移即为线圈的长度，线圈进入或离开磁场时受安培力作用，将做减速运动，由乙图可知，线圈的长度l＝10cm，故A正确；磁场的宽度等于线圈刚进入磁场到刚离开磁场时的位移，由乙图可知，5～15cm是进入的过程，15～30cm是完全在磁场中运动的过程，30～40cm是离开磁场的过程，所以d＝30cm－5cm＝25cm，故B错误；位移x＝10cm时线圈的速度为7m/s，线圈进入磁场过程中，根据I＝
＝7A，故C正确；线圈通过磁场过程中运用动能定理得：
（M＋m）v22－
（M＋m）v12＝W安，由乙图可知v1＝10m/s，v2＝3m/s，代入数据得：
W安＝－5.46J，所以克服安培力做功为5.46J，即线圈通过磁场过程中产生的热量为5.46J，故D错误。
12．如图11甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号，并经信号处理器处理后在屏幕显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。
若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为5、10、15、20、…（单位：
cm）。
则以下说法正确的是（不计工件挡住光的时间）（ ）
图11
A．工件的加速度为0.1m/s2
B．工件的加速度为0.2m/s2
C．当无光照射时，屏幕就输出一次高电压
D．当无光照射时，屏幕就输出一次低电压
解析：
选BD 由题意知，工件做匀变速直线运动且相邻工件间距依次为5、10、15、20…，由图乙知相邻时间间隔为T＝0.5s，Δx＝aT2，得：
a＝
＝
m/s2＝0.2m/s2，故A错误，B正确；无光照射时即为工件挡光时刻，屏幕就输出一次低电压，故C错误，D正确。
13.（2016·全国卷Ⅲ）如图12，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。
当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。
下列说法正确的是（ ）
图12
A．原、副线圈匝数比为9∶1
B．原、副线圈匝数比为1∶9
C．此时a和b的电功率之比为9∶1
D．此时a和b的电功率之比为1∶9
解析：
选AD 设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为9∶1，选项A正确，选项B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据P＝UI，a、b灯泡的电功率之比为1∶9，选项C错误，选项D正确。
14．如图13所示，矩形线圈面积为0.1m2，匝数为100，绕OO′轴在磁感应强度为
T的匀强磁场中以角速度5πrad/s匀速转动。
从图示位置开始计时。
理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，两电表均为理想电表，电阻R＝50Ω，其他电阻不计，下列判断正确的是（ ）
图13
A．在t＝0.1s时，穿过线圈的磁通量最大
B.
＝
时，变压器输入功率为50W
C．P向上移动时，电压表示数变大
D．P向上移动时，电流表示数变小
解析：
选BD 周期T＝
＝0.4s，在t＝0.1s＝
T时，线圈平面与磁场平行，磁通量为零，故A错误；交流电的最大值，Em＝NBSω＝10
V，则原线圈电压U1＝10V，当
＝
时，副线圈电压U2＝50V，则副线圈功率P2＝
＝
W＝50W，所以输入功率也为50W，故B正确；当P位置向上移动时，副线圈匝数变少，原副线圈电压之比等于线圈匝数比，所以副线圈电压变小，即电压表示数变小，根据P＝
可知，副线圈功率变小，则原线圈功率减小，原线圈电压不变，则原线圈电流减小，所以电流表示数减小，故C错误，D正确。
二、实验题（本题共2小题，共16分）
15．（6分）如图14所示器材可用来研究电磁感应现象及确定感应电流方向。
图14
（1）在给出的实物图中，用实线作为导线将实验仪器连成实验电路。
（2）线圈L1和L2的绕向一致，将线圈L1插入L2中，合上开关。
能使L2中感应电流的流向与L1中电流的流向相同的实验操作是________。
A．插入软铁棒
B．拔出线圈L1
C．增大接入电路中的滑动变阻器的阻值
D．断开开关
解析：
（1）将线圈L2和电流计串联形成一个回路，将开关、滑动变阻器、电源、线圈L1串联而成另一个回路即可。
（2）根据楞次定律可知，若使感应电流与原电流的绕行方向相同，则线圈L2中的磁通量应该减小，故拔出线圈L1、使变阻器阻值变大、断开开关均可使线圈L2中的磁通量减小，故A错误，B、C、D正确。
答案：
（1）电路图如图所示
（2）B、C、D
16．（10分）为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。
光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx）。
图15
（1）某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在图15甲的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。
由图像可求出照度为1.0lx时的电阻约为________kΩ。
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
5.8
3.7
2.8
2.3
1.8
（2）如图乙所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。
为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________（填“AB”或“BC”）之间，请用笔画线代替导线，正确连接电路元件。
（3）用多用电表“×10Ω”挡，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图丙所示。
则线圈的电阻为________Ω。
已知当线圈中的电流大于或等于2mA时，继电器的衔铁将被吸合。
图中直流电源的电动势E＝6V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：
R1（0～10Ω，2A）、R2（0～200Ω，1A）、R3（0～1750Ω，0.1A）。
要求天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择________（填“R1”“R2”或“R3”）。
为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地________（填“增大”或“减小”）滑动变阻器的电阻。
解析：
（1）根据图像直接读出对应的照度为1.0lx时的电阻约为2.0kΩ。
（2）光敏电阻的电阻值随光照强度的增大而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，电路中的电流值大，电磁铁将被吸住；静触点与C接通；晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以静触点与A接通。
所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯应接在AB之间。
电路图如图所示；
（3）欧姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10Ω”，所以电阻值是14×10Ω＝140Ω；天色渐暗照度降低至1.0lx时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2kΩ，电路中的电流是2mA，R＝
－R光＝
Ω－2000Ω＝1000Ω，所以要选择滑动变阻器R3。
由于光变暗时，光敏电阻变大，分的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻。
答案：
（1）2.0
（2）AB 电路图见解析
（3）140 R3 减小
三、计算题（本题共3小题，共38分）
17．（12分）电磁弹是我国最新研究的重大科技项目，原理可用下述模型说明。
如图16甲所示，虚线MN右侧存在竖直向上的匀强磁场，边长为L的正方形单匝金属线框abcd放在光滑水平面上，电阻为R，质量为m，ab边在磁场外侧紧靠MN虚线边界。
t＝0时起磁感应强度B随时间t的变化规律是B＝B0＋kt（k为大于零的常数）。
空气阻力忽略不计。
图16
（1）求t＝0时刻，线框中感应电流的功率P；
（2）若用相同的金属线绕制相同大小的n匝线框，如图乙所示，在线框上加一质量为M的负载物，证明：
载物线框匝数越多，t＝0时线框加速度越大。
解析：
（1）t＝0时刻线框中的感应电动势，由法拉第电磁感应定律得E0＝
L2
功率P＝
＝
。
（2）n匝线框中t＝0时刻产生的感应电动势E0＝n
线框的总电阻R总＝nR
线框中的感应电流I＝
t＝0时刻线框受到的安培力F＝nB0IL
设线框的加速度为a，根据牛顿第二定律有
F＝（nm＋M）a
解得：
a＝
可知n越大，a越大
证得：
若用相同的金属线绕制相同大小的n匝线框，如图乙所示，在线框上加一质量为M的负载物，载物线框匝数越多，t＝0时线框加速度越大。
答案：
（1）
（2）证明过程见解析
18．（12分）如图17所示，左右两根金属导轨分别平行且相距均为L，左导轨与水平面夹角为30°，右导轨与水平面夹角为60°，左右导轨上端用导线连接，而下端与水平面绝缘。
导轨空间内存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，左边磁场垂直于左导轨平面斜向下，右边磁场垂直于右导轨平面斜向上。
质量均为m的导体杆ab和cd分别垂直于左右导轨放置，且两杆与两侧导轨间的动摩擦因数均为μ＝
，回路电阻恒为R，若同时无初速释放两杆，发现cd杆沿右导轨下滑s距离时，ab杆才开始运动。
已知两侧导轨都足够长，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，试求：
图17
（1）ab杆刚要开始运动时cd杆的速度；
（2）以上过程中，回路中共产生多少焦耳热。
解析：
（1）ab杆刚运动时，有
mgsin30°＋F安＝μmgcos30°
解得F安＝
mg
由安培力公式F安＝BIL得，I＝
由闭合电路欧姆定律得，E＝IR＝
对cd杆，由法拉第电磁感应定律E＝BLv得，v＝
。
（2）对cd杆由动能定理得，mgssin60°－μmgscos60°－W克安＝
mv2
而W克安＝Q，故Q＝
mgs－
。
答案：
（1）
（2）
mgs－
19.（14分）（2016·全国卷Ⅲ）如图18，两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面（纸面）内，其左端接一阻值为R的电阻；一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上；在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域，区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为B1＝kt，式中k为常量；在金属棒右侧还有一匀强磁场区域，区域左边界MN（虚线）与导轨垂直，磁场的磁感应强度大小为B0，方向也垂直于纸面向里。
某时刻，金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动，在t0时刻恰好以速度v0超过MN，此后向右做匀速运动。
金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好，它们的电阻均忽略不计。
求：
图18
（1）在t＝0到t＝t0时间间隔内，流过电阻的电荷量的绝对值；
（2）在时刻t（t＞t0）穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小。
解析：
（1）在金属棒越过MN之前，t时刻穿过回路的磁通量为Φ＝ktS①
设在从t时刻到t＋Δt的时间间隔内，回路磁通量的变化量为ΔΦ，流过电阻R的电荷量为Δq。
由法拉第电磁感应定律有
ε＝
②
由欧姆定律有i＝
③
由电流的定义有i＝
④
联立①②③④式得|Δq|＝
Δt⑤
由⑤式得，在t＝0到t＝t0的时间间隔内，流过电阻R的电荷量q的绝对值为
|q|＝
。
⑥
（2）当t＞t0时，金属棒已越过MN。
由于金属棒在MN右侧做匀速运动，有
f＝F⑦
式中，f是外加水平恒力，F是匀强磁场施加的安培力。
设此时回路中的电流为I，F的大小为
F＝B0Il⑧
此时金属棒与MN之间的距离为s＝v0（t－t0）⑨
匀强磁场穿过回路的磁通量为Φ′＝B0ls⑩
回路的总磁通量为Φt＝Φ＋Φ′⑪
式中，Φ仍如①式所示。
由①⑨⑩⑪式得，在时刻t（t＞t0）穿过回路的总磁通量为
Φt＝B0lv0（t－t0）＋kSt⑫
在t到t＋Δt的时间间隔内，总磁通量的改变ΔΦt为
ΔΦt＝（B0lv0＋kS）Δt⑬
由法拉第电磁感应定律得，回路感应电动势的大小为
εt＝
⑭
由欧姆定律有I＝
⑮
联立⑦⑧⑬⑭⑮式得
f＝（B0lv0＋kS）
。
⑯
答案：
（1）
（2）B0lv0（t－t0）＋kSt （B0lv0＋kS）
升级会员 