版选修3_2.doc

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1、1综合质量评估(一)(90 分钟 100 分)一、选择题(本题共 12 小题,每小题 4 分,共 48 分。其中 17 小题为单选题,812 小题为多选题)1.(2018榆林高二检测)如图所示,在通电长直导线的下方放有一闭合导线框 abcd,不能使abcd 中产生感应电流的情况是 ( )A.长直导线中通以变化的电流B.长直导线中通以恒定的电流,线圈左右平移C.长直导线中通以恒定的电流,线圈上下平移D.长直导线中通以恒定的电流,线圈绕 ad 边转动【解析】选 B。长直导线中通以变化的电流时,产生的磁场变化,穿过线框的磁通量变化,将产生感应电流;长直导线中通以恒定的电流,周围产生恒定的磁场,导线框

2、左右移动时,虽然在切割磁感线,但磁通量没有变化,因此也不会产生感应电流;长直导线中通以恒定的电流,周围产生恒定的磁场,线圈上下平移时,穿过线框的磁通量增加或减小,将产生感应电流;长直导线中通以恒定的电流,周围产生恒定的磁场,线圈绕 ad 边转动时,穿过线框的磁通量减小,将产生感应电流。故选 B。2.如图所示,空间某区域中有一匀强磁场,磁感应强度方向水平,且垂直于纸面向里,磁场上边界 b 和下边界 d 水平。在竖直面内有一矩形金属线圈,线圈上下边的距离很短,下边水平。线圈从水平面 a 开始下落。已知磁场上、下边界之间的距离大于水平面 a、b 之间的距离。若线圈下边刚通过水平面 b、c(位于磁场中

3、)和 d 时,线圈所受到的磁场力的大小分别为Fb、F c和 Fd,则 ( )A.FdFcFb B.FcFbFd D.FcFbFd2【解析】选 D。线圈从 a 到 b 做自由落体运动,在 b 处开始进入磁场切割磁感线,产生感应电流,受到安培力作用,由于线圈的上下边的距离很短,所以经历很短的变速运动而完全进入磁场,在 c 处线圈中磁通量不变不产生感应电流,不受安培力作用,但线圈在重力作用下依然加速,因此线圈在 d 处离开磁场切割磁感线时,产生的感应电流较大,故该处所受安培力必然大于 b 处。综合分析可知,选项 D 正确。3.(2018温州高二检测)如图所示,电源的电动势为 E、内阻为 r,L1、L

4、 2为两个相同的灯泡,线圈 L 的直流电阻不计,与灯泡 L1连接的是一只理想二极管 D。下列说法中正确的是 ( )A.闭合开关 S 稳定后 L1、L 2亮度相同B.断开 S 的瞬间,L 2会逐渐熄灭C.断开 S 的瞬间,L 1中电流方向向左D.断开 S 的瞬间,a 点的电势比 b 点高【解析】选 D。闭合开关 S 稳定后,因线圈 L 的直流电阻不计,所以 L1与二极管被短路,导致灯泡 L1不亮,而 L2将更亮,因此 L1、L 2亮度不同,故 A 错误;断开 S 的瞬间,L 2会立刻熄灭,故 B 错误;断开 S 的瞬间,线圈 L 与灯泡 L1及二极管构成回路,因线圈产生感应电动势,a 端的电势高

5、于 b 端,所以回路中没有电流,故 C 错误,D 正确。4.(2018厦门高二检测)如图所示,一理想变压器原线圈接入一交流电源,副线圈电路中R1、R 2、R 3和 R4均为固定电阻,开关 S 是闭合的,V 1和 V2为理想电压表,读数分别为 U1和U2;A1、A 2和 A3为理想电流表,读数分别为 I1、I 2和 I3。现断开 S,U1不变,下列推断正确的是 ( )A.U2变小,I 3变小B.U2不变,I 3变小C.I1变小,I 2变小D.I1变小,I 2变大3【解析】选 C。原、副线圈电压之比等于线圈匝数之比,因此 S 断开不能改变 U2大小,所以排除 A。由于 U2不变,当 S 断开时,输

6、出端负载增加,即总电流变小,即 I2变小,输出功率变小,所以 I1也变小,所以排除 D。因此 R1分得电压变小,所以 R234总电压增加,因此 R2电流应该变大。由于 I2变小,所以 I3变大。综上分析答案为 C。5.如图甲所示,导体棒 MN 置于水平导轨上,PQMN 所围的面积为 S,PQ 之间有阻值为 R 的电阻,不计导轨和导体棒的电阻。导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场,规定磁场方向竖直向上为正,在 02t 0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示,导体棒 MN 始终处于静止状态。下列说法正确的是 ( )A.在 0t 0和 t02t 0时间内,导体棒受到的导轨的摩擦力方向相同B.在 0

7、t 0时间内,通过导体棒的电流方向为 N 到 MC.在 t02t 0时间内,通过电阻 R 的电流大小为00D.在 0t 0时间内,通过电阻 R 的电荷量为02【解析】选 B。导体棒 MN 始终静止,与导轨围成的线框面积不变,根据电磁感应可得感应电动势 E= =S ,即感应电动势与 B-t 图象斜率成正比,0t 0时间内的感应电流I1= =S =S ,t02t 0时间内的感应电流 I2= =S =S ,选项 C 错误。 00 2000t 0时间内竖直向上的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场方向竖直向上,感应电流为 N 到 M,选项 B 正确。0t 0时间内磁通量在减小,根据楞次定律要阻碍磁

8、通量的减小,导体棒有向右运动的趋势,摩擦力水平向左;t 02t 0时间内磁通量增大,同理可判断导体棒有向左运动的趋势,摩擦力水平向右,选项 A 错误。在 0t 0时间内,通过电阻 R 的电荷量 Q=4t= t= S t= = ,选项 D 错误。06.图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图,L 1和 L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯 A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关 S2,灯 A2逐渐变亮,而另一个相同的灯 A3立即变亮,最终 A2与 A3的亮度相同。下列说法正确的是 ( )A.图甲中,A 1与 L1的电阻值相同B.图甲中,闭合 S1,电路稳定后,A 1中电流大于 L1中电流

9、C.图乙中,变阻器 R 与 L2的电阻值相同D.图乙中,闭合 S2瞬间,L 2中电流与变阻器 R 中电流相等【解析】选 C。图甲中,断开开关 S1瞬间,灯 A1突然闪亮,所以断开开关 S1之前,电路处于稳定状态时,流经 L1的电流大于流经 A1的电流,L 1的电阻值小于 A1的阻值,A、B 选项错误;图乙中,闭合开关 S2,最终完全相同的灯 A2与 A3的亮度相同,即最终 A2与 A3的电流相同,所以变阻器 R 与 L2的电阻值相同,C 选项正确;闭合 S2瞬间,L 2对电流有阻碍作用,L 2中电流小于变阻器 R 中电流,D 选项错误。7.(2018太原高二检测)如图所示,一个小型水电站,其交

10、流发电机的输出电压 U1一定,通过理想升压变压器 T1和理想降压变压器 T2向远处用户供电,输电线的总电阻为 R。T 1的输入电压和输入功率分别为 U1和 P1,它的输出电压和输出功率分别为 U2和 P2;T2的输入电压和输入功率分别为 U3和 P3,它的输出电压和输出功率分别为 U4和 P4。下列说法正确的是( )A.当用户的用电器增多时,U 2减小,U 4变大B.当用户的用电器增多时,P 2变大,P 3减小5C.要减小线路的损耗,应增大升压变压器的匝数比 ,同时应减小降压变压器的匝数比2134D.要减小线路的损耗,应增大升压变压器的匝数比 ,同时应增大降压变压器的匝数比2134【解析】选

11、D。当用户的用电器增多时,用户消耗的功率变大,P 2变大,P 3变大,用户电流变大,输电线上的电流变大,电压降变大, = ,U2不变, = ,U4变小;A、B 错误;要减12123434小线路的损耗,应增大升压变压器的匝数比 ,输电电压变大,在输送功率一定的条件下,21输电线上的电流减小,T 2输入电压变大,要使用户得到额定电压,同时应增大降压变压器的匝数比 ,D 正确。348.(2018大连高二检测)图甲所示电路中,A 1、A 2、A 3为相同的电流表,C 为电容器,电阻R1、R 2、R 3的阻值相同,线圈 L 的电阻不计。在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示,则在 t1t 2

12、时间内 ( )A.电流表 A1的示数比 A2的小B.电流表 A1和 A2的示数相同C.电流表 A3的示数为零D.电流表的示数都不为零【解析】选 B、C。由乙图知,原线圈磁场均匀变化,故副线圈中产生稳定的电动势,A 1、A 2两支路的电压相等,由于线圈 L 对直流电没有阻碍作用,故电流表 A1的示数等于 A2的,所以A 错误,B 正确;电容器通交流隔直流,所以电流表 A3的示数为零,所以 C 正确,D 错误。 9.(2018济宁高二检测)如图甲所示,M 是一个小型理想变压器,原、副线圈匝数比6n1n 2=111,a、b 端接有正弦交变电流,电压随时间的变化规律如图乙所示。变压器右侧部分为一火警报

13、警电路原理图,其中 R2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器,R 1为一定值电阻,电压表 和电流表 可视为理想电表。下列说法中正确的是 ( )A.变压器副线圈的输出电压的表达式为 u=20 sin 100t(V)2B.当传感器 R2所在处未出现火警时,电压表 的示数为 20 VC.当传感器 R2所在处出现火警时,电压表 的示数减小D.当传感器 R2所在处出现火警时,电流表 的示数减小【解析】选 A、C。变压器次级电压最大值为 U2m= U1m= 220 V=20 V,交流21电 = =100 rad/s,变压器副线圈的输出电压的表达式为 u=20 sin 100t(V),选项

14、 A 正确;变压器次级电压有效值为 U2= =20 V,故当传感器2R2所在处未出现火警时,电压表 的示数小于 20 V,选项 B 错误;当传感器 R2所在处出现火警时,R 2阻值减小,次级电流增大,电阻 R1的电压增大,R 2上的电压减小,故电压表 的示数减小,选项 C 正确;由于次级电流增大,故初级电流增大,电流表的读数增大,选项 D 错误。10.(2018宜昌高二检测) 如图所示,电阻为 r 的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以某一角速度 匀速转动。t=0 时,线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则 ( )7A.1 s 内电路中的电流方向改变了 次B.滑片 P 向下滑动时,电

15、压表的读数不变C.线圈匀速运动的角速度 变大时,电流表的读数也变大D.t=0 时,线圈中的感应电动势最大【解析】选 A、C。交流电的频率为 f= ,1 s 内电流方向改变 2f,即 ,故 A 正确;滑片2 P 向下滑动时,电阻增大,电流减小,电源内阻分压减小,所以电压表读数变大,故 B 错误;线圈匀速转动的角速度 变大时,电动势的最大值 Em=NBS 增大,电流表的读数变大,故 C 正确;t=0 时,线圈位于中性面,此时感应电动势为零,故 D 错误。11.(2018汉中高二检测)如图甲所示,面积为 S=1 m2的导体圆环内通有垂直于圆平面向里的磁场,磁场的磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系

16、如图乙所示(B 取向里方向为正),以下说法中正确的是 ( )A.环中产生逆时针方向的感应电流B.环中产生顺时针方向的感应电流C.环中产生的感应电动势大小为 1 VD.环中产生的感应电动势大小为 2 V【解析】选 A、C。由楞次定律可判断,环中产生逆时针方向的感应电流,选项 A 正确,B 错误;根据法拉第电磁感应定律,环中产生的感应电动势大小为 E= S= 1 V=1 V,选项 C8正确,D 错误。12.如图所示,用两根足够长的粗糙金属条折成“”型导轨,右端水平,左端竖直,与导轨等宽的粗糙金属细杆 ab、cd 与导轨垂直且接触良好。已知 ab、cd 杆的质量、电阻值均相等,导轨电阻不计,整个装置

17、处于竖直向上的匀强磁场中。当 ab 杆在水平向右的拉力 F 作用下沿导轨向右匀速运动时,cd 杆沿轨道向下运动,以下说法正确的是 ( )A.cd 杆一定向下做匀加速直线运动B.拉力 F 的大小一定不变C.回路中的电流强度一定不变D.拉力 F 的功率等于 ab 杆上的焦耳热功率与摩擦热功率之和【解析】选 B、C。由题图看出,ab 匀速切割磁感线,产生恒定的感应电动势,cd 不切割磁感线,不产生感应电动势,回路中感应电流恒定,C 正确。cd 杆竖直方向上受到向下的重力和向上的滑动摩擦力 f,水平方向受到轨道的支持力 N 和安培力 FA,则 f=N=F A=BIL,可知 f大小不变。若重力大于滑动摩

18、擦力,cd 杆做匀加速运动,若重力等于滑动摩擦力,cd 杆做匀速运动,故 A 错误。对于 ab 杆:水平方向受到 F、安培力和滑动摩擦力 f=mg,安培力和滑动摩擦力大小不变,则知 F 不变,故 B 正确。根据能量转化和守恒定律可知:拉力 F 的功率与 cd 杆重力功率之和等于两杆上的焦耳热功率与摩擦热功率之和,故 D 错误。二、实验题(本题共 2 小题,共 15 分)13.(7 分)(2018廊坊高二检测) 通常情况下,电阻的阻值会随温度的变化而变化,利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计,从而用来测量较高的温度。如图所示,电流表量程为025 mA,电源电动势为 3 V,内阻不计。R 为滑动变

19、阻器,电阻 Rt为温度传感器。当 t0 时,R t的阻值随温度 t 的变化关系为 Rt=20+0.5t(单位为:)。先把 Rt放入 0 的环境中,闭合开关 S,调节滑动变阻器 R,使电流表指针恰好满偏,然后把测温探头 Rt放到某待测温度环境中,发现电流表的示数为 10 mA,则该环境的温度为_;当把测温探头 Rt放到 480 的环境中时,电路消耗的电功率为_ W。 9【解析】当把 Rt放入 0 的环境中,电路总电阻 R1= = =120 ,R t的阻值为1Rt=20+0.5t=20 ,滑动变阻器的阻值为 R 变 =R1-Rt=120 -20 =100 。当电流表示数为 10 mA 时,电路总电

20、阻 R2= = =300 ,R t的阻值为 300 -100 2=200 ,所以 20+0.5t=200 ,所以 t1= =360 。把测温探头放到 480 的环境中,测温探头电阻 Rt=20+0.5t=260 ,所以电路消耗的电功率 P= = =0.025 W。2答案:360 0.02514.(8 分)(2018濮阳高二检测) 电流传感器可以像电流表一样测量电流,它的优点是反应非常快,可以捕捉到瞬间的电流变化,还可以与计算机相连,能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象。按图甲连接电路,提供 8 V 直流电源,先使开关 S 与 1 相连,电源向电容器充电,这个过程可在瞬间完成,然后把开关 S

21、 掷向 2,电容器通过电阻 R 放电,传感器将电流信息传入计算机,屏上显示出电流随时间变化的 I-t 曲线,如图乙所示。10(1)图中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端),它面积的物理意义是:_。 (2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是_C。 (3)根据以上数据估算,电容器的电容是_F。 【解析】(1)根据图象的含义,因 Q=It,所以竖直狭长矩形的面积表示为在 0.1 s 内电容器的放电量。(2)根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电量为 0.0810-3 C,由于大于半格算一个,小于半格舍去,因此图象所包含的格子个数为 70,所以释放的电荷量是 0.0810-3 C70=5.610-3

22、 C。(3)根据电容器的电容 C= 可知,C= F=7.010-4 F。答案:(1)见解析 (2)5.610 -3 (3)7.010 -4三、计算题(本题共 4 小题,共 37 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)15. (8 分)如图所示,矩形线圈 abcd 的匝数为 n=50,线圈 ab 的边长为 l1=0.2 m,bc 的边长为 l2=0.25 m,在磁感应强度为 B=0.4 T 的匀强磁场中,绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴匀速转动,转动的角速度 =100 rad/s,试求:(1)穿过线圈平面的最大磁通量 m。(2)线圈在图示位置(线圈平面与磁感线平行)时,感

23、应电动势 e 的大小。【解析】(1)穿过线圈平面的最大磁通量11 m=BS=Bl1l2=0.40.20.25 Wb=0.02 Wb。 (4 分)(2)线圈在图示位置时电动势达到最大值,此时感应电动势的值为Em=nBS=nB l1l2=500.40.20.25100 V=100 V。 (4 分)2答案:(1)0.02 Wb (2)100 V216.(8 分)(2018日照高二检测)如图所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道相距l=1 m,两轨道之间用 R=3 的电阻连接,一质量 m=0.5 kg、电阻r=1 的导体杆与两轨道垂直,静止放在轨道上,轨道的电阻可忽略不计。整个装置处于磁感应强度

24、 B=2 T 的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上,现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆,当拉力达到最大时,导体杆开始做匀速运动,当位移 s=2.5 m 时撤去拉力,导体杆又滑行了一段距离 s后停下,在滑行 s 的过程中电阻 R 上产生的焦耳热为 12 J。求:(1)拉力 F 作用过程中,通过电阻 R 上的电量 q。(2)导体杆运动过程中的最大速度 vm。【解析】(1)拉力 F 作用过程中,在时间 t 内,磁通量为 ,通过电阻 R 上的电量q=It, = , = (2 分)q= = = C=1.25 C(2 分)+ +22.53+1(2)撤去 F 后,导体杆滑行过程中动能转化为电能= = (1 分

25、)31由能量守恒定律得m =QR+Qr (2 分)122vm=8 m/s(1 分)12答案:(1)1.25 C (2) 8 m/s17. (9 分)(2018惠州高二检测)一座小型水电站,水以 3 m/s 的速度流入水轮机,而以 1 m/s 的速度流出,流出水位比流入水位低 1.6 m,水的流量为 1 m3/s,如果水流机械能减少量的 75%供给发电机。问:(1)若发电机效率为 80%,则发电机的输出功率为多大?(2)发电机的输出电压为 240 V,输电线路电阻为 16 ,允许损失的电功率为 5%,用户所需电压为 220 V,如图所示,则升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少?(变压

26、器为理想变压器,g 取 10 m/s2)【解析】(1)每秒水流机械能损失为E= m( - )+mgh=210 4 J(1 分)122122发电机的输出功率为P 出 = 80%=12 kW。 (1 分)75%(2)如题图所示,P 线 =5%P 出 =600 W(1 分)因为 P 线 = R 线 ,所以 I 线 6 A(1 分)2线又因 I2=I 线 =6 A,I1= =50 A(1 分)出1所以对升压变压器有 =1221即 = = (1 分)1221又因为 I3=I 线 =6 A,13I4= = A(1 分)出 -线4所以对降压变压器有 = (1 分)3443即 = = = 。 (1 分)344

27、3 9511答案:(1)12 kW (2)325 951118.(12 分)(2018成都高二检测)如图甲所示,电阻不计的“ ”形光滑导体框架水平放置,导体框处在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为 B=1 T,有一导体棒 AC 横放在框架上且与导体框架接触良好,其质量为 m=0.2 kg,电阻为 R=0.8 ,现用绝缘轻绳拴住导体棒,轻绳的右端通过光滑的定滑轮绕在电动机的转轴上,左端通过另一光滑的定滑轮与物体 D 相连,物体D 的质量为 M=0.2 kg,电动机内阻 r=1 。接通电路后电压表的读数恒为 U=10 V,电流表读数恒为 I=1 A,电动机牵引原来静止的导体棒 AC 平行于 EF

28、向右运动,其运动位移 x 随时间t 变化的图象如图乙所示,其中 OM 段为曲线,MN 段为直线。(g 取 10 m/s2)求:(1)电动机的输出功率。(2)导体框架的宽度。(3)导体棒在变速运动阶段产生的热量。【解析】(1)电动机为非纯电阻电路,电动机总功率 P=UI=10 V1 A=10 W(2 分)电动机内阻发热的功率P 热 =I2r=(1 A)21 =1 W(1 分)那么电动机输出的机械功率P 出 =P-P 热 =9 W(1 分)(2)位移时间图象的斜率代表速度,t=1 s 后导体棒 AC 做匀速直线运动,速度14v= m/s=2 m/s(1 分)0.80.4设导轨宽度为 L,则有导体棒切割磁感线产生感应电流 I= ,受到安培力 F=BIL=(1 分)22拉动导体棒匀速运动的拉力T=F+Mg= +2 (1 分)22根据电动机输出功率有T= = (2 分)出9计算得 L=1 m(3)根据位移时间图象可知,变速阶段初始速度为 0,末速度为 v= m/s=0.80.42 m/s(1 分)此过程电动机做功转化为 D 的重力势能以及 D 和导体棒的动能,还有克服安培力做功即焦耳热。所以有P 出 t=Mgh+ (m+M)v2-0+Q (1 分)12其中 h=0.8 m代入计算得 Q=6.6 J(1 分)答案:(1)9 W (2)1 m (3)6.6 J