版选修3_2.doc

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1、1综合质量评估(二)(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 18 小题为单选题,912 小题为多选题)1.(2018德州高二检测) 如图所示,矩形线圈 abcd 置于匀强磁场中,线圈平面跟磁感线平行,在下列过程中,线圈中能产生感应电流的是 ( )A.线圈以 ad 边为轴转动B.线圈以 ab 边为轴转动C.线圈平行于磁感线向右平动D.线圈垂直于磁感线向纸外平动【解题指南】闭合线圈中产生感应电流的条件是回路中的磁通量发生变化。磁通量发生变化有两种办法:磁感应强度变化或回路的有效面积发生变化。【解析】选 B。线圈以 ad 边为轴转动,穿过线圈的磁

2、通量始终为零,故没有产生感应电流,故 A 错误;线圈以 ab 边为轴转动,闭合线圈的磁通量发生变化,能产生感应电流,故 B 正确;线圈平行于磁感线向右运动,回路的有效面积未发生变化,穿过线圈的磁通量始终为零,故没有产生感应电流,故 C 错误;沿垂直磁感线方向运动,回路的有效面积未发生变化,穿过线圈的磁通量始终为零,故没有产生感应电流,故 D 错误。2.(2018大连高二检测)如图所示,螺线管匝数 n=1 500 匝,横截面积 S=20 cm2,螺线管导线电阻 r=1 ,电阻 R=4 ,磁感应强度 B 的 B-t 图象如图所示(以向右为正方向),下列说法正确的是 ( )A.通过电阻 R 的电流方

3、向是从 A 到 CB.感应电流的大小保持不变为 2.4 AC.电阻 R 的电压为 6 V2D.C 点的电势为 4.8 V【解析】选 D。从题图中可得磁通量在逐渐增大,根据楞次定律可得通过 R 的电流方向为从C 到 A,A 错误;根据法拉第电磁感应定律:E=n =n =1 500 0.002 V=6 6-22V,而感应电流大小为 I= = A=1.2 A,B 错误;根据闭合电路欧姆定律,有:U=IR=1.24 V=4.8 V,C 错误;因为 A 端接地,电压为零,所以 C 端的电势为 4.8 V,D 正确。3.(2018成都高二检测)理想变压器原、副线圈匝数比为 101,以下说法中正确的是 (

4、)A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是 101B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为 101D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为 12【解析】选 B。对理想变压器,无磁通量损失,因而穿过两个线圈的交变磁通量相同,磁通量变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,电压与匝数成正比;理想变压器可以忽略热损耗,故输入功率等于输出功率。故正确答案为 B。4.(2018邢台高二检测)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 从中性面开

5、始匀速转动,下列说法正确的是 ( )A.转过 时,线框中的电流方向为 abcd6B.线框中感应电流的有效值为 BS23C.从中性面开始转过 的过程中,通过导线横截面的电荷量为D.线框转一周的过程中,产生的热量为222【解题指南】(1)感应电动势最大值 Em=BS,由 E= Em及欧姆定律求解电流的有效值。(2)由平均感应电动势和电流求出电量。(3)根据 Q=I2RT 求解线框转一周的过程中,产生的热量。【解析】选 C。转过 的过程中,磁通量变小,产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同,根据安培定则可知,电流方向为 adcb,故 A 错误;线框中产生的感应电动势最大值 Em=BS,感应电动势有效值

6、 E= = BS,则电流的有效值为 I= = ,故 B 错误;由 =22 ,I= ,q=It 得到:电量 q= = ,故 C 正确;线框转一周的过程中,产生的热量为Q=I2RT= ,故 D 错误。225.(2018三亚高二检测)如图所示,EOF 和 EOF为空间一匀强磁场的边界,其中EOEO,FOFO,且 EOOF;OO为EOF 的角平分线,OO间的距离为 L;磁场方向垂直于纸面向里。一边长为 L 的正方形导线框沿 OO方向匀速通过磁场,t=0 时刻恰好位于图示位置。规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,则感应电流 i 与时间 t 的关系图线可能正确的是 ( )4【解题指南】(1)运用 E=

7、BLv 找出感应电动势随时间变化的情况,其中 L 为切割磁感线的有效长度。(2)根据右手定则判断出感应电流的方向。【解析】选 B。在整个正方形导线框通过磁场的过程中,切割磁感线的边框为两竖直边框,两水平边框不切割磁感线。由于正方形导线框沿 OO 方向匀速通过磁场,从开始到左边框到达 O之前,进入磁场切割磁感线的有效长度随时间均匀增加,根据 E=BLv 得出感应电动势随时间也均匀增加,由于电阻不变,所以感应电流 i 也随时间均匀增加。根据右手定则判断出感应电流的方向,结合导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,得出开始为正方向。当左边框到达 O之后,由于进入磁场切割磁感线的有效长度不变,所以感应电流

8、 i 不变。当左边框到达 OO中点,右边框即将进入磁场切割磁感线,由于左边框切割磁感线的有效长度在减小,而右边框切割磁感线的有效长度在增大,而左、右边框切割磁感线产生的感应电动势方向相反,所以整个感应电动势随时间也均匀减小。当左边框到达距 O 点 时,左、右边框切割磁感线的有效长度相等,此时感应电动势为 0,再往后跟前面过程相反。故 A、C、D 错误,B 正确。6.(2018太原高二检测)如图所示,边长为 L 的正方形单匝线圈 abcd,电阻为 r,外电路的电阻为 R,a、b 的中点和 cd 的中点的连线 OO恰好位于匀强磁场的边界线上,磁场的磁感应强度为 B,若线圈从图示位置开始,以角速度

9、绕轴 OO匀速转动,则以下判断正确的是( )5A.图示位置线圈中的感应电动势最大为 Em=BL2B.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为 e= BL2cost12C.线圈转动一周的过程中,电阻 R 上产生的热量为 Q=D.线圈从图示位置转过 180的过程中,流过电阻 R 的电荷量为 q=22+【解析】选 C。图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线,感应电动势为零,故 A 错误;当线圈与磁场平行时感应电动势最大,最大值为 Em=BS= BL2,瞬时值表达式为12e= BL2sint, 故 B 错误; 感应电动势的有效值为 E= ,闭合电路欧姆定律 I= ,R12产生的热量为 Q=I2RT,周期 T

10、= ,联立得 Q= ,故 C 正确;线圈从图示位置转2过 180的过程中,穿过线圈磁通量的变化量大小为 =2BS=2B( L2),流过电阻 R 的电荷12量为 q= = ,故 D 错误。+2+7.矩形导线框 abcd 放在分布均匀的磁场中,磁场区域足够大,磁感线方向与导线框所在平面垂直,如图甲所示。在外力控制下线框处于静止状态。磁感应强度 B 随时间变化的图象如图乙所示,t=0 时刻,磁感应强度的方向垂直导线框平面向里。在 04 s 时间内,导线框 ad 边所受安培力随时间变化的图象(规定向左为安培力正方向)应该是图中的 ( )6【解析】选 D。t=0 时刻,磁感应强度的方向垂直导线框平面向里

11、,在 01 s 内,穿过导线框的磁通量均匀变小,由楞次定律可得,感应电流方向是顺时针,再由左手定则可得导线框 ad边的安培力水平向左。当在 12 s 内,磁感应强度的方向垂直导线框平面向外,穿过导线框的磁通量均匀变大,由楞次定律可得,感应电流方向是顺时针,再由左手定则可得导线框 ad边的安培力水平向右。在下一个周期内,重复出现安培力先向左后向右。故 D 正确。8.(2018丽江高二检测)如图所示电路中,L 是一个不计直流电阻的电感线圈,直流电源 1的电压值与交流电源 2 的电压有效值相等,S 是单刀双掷开关,C 是电容器,A、B 是完全相同的两个小灯泡,则下列叙述正确的有A.开关 S 与 1

12、接通时,灯 B 逐渐变亮B.开关 S 与 2 接通后,灯 B 的亮度比开关与 1 接通稳定后灯 B 的亮度高C.开关 S 与 2 接通后,B 发光,而 A 不发光D.若将电源 2 换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源,则当开关与 2 接通时,通过 B 灯的主要是高频信号【解析】选 A。开关 S 与 1 接通时,线圈阻碍电流的增大,所以灯 B 逐渐变亮,故 A 正确;开关 S 与 2 接通后,由于线圈 L 对交流电的阻碍始终存在,所以灯 B 的亮度比开关与 1 接通稳定后灯 B 的亮度暗,故 B 错误;开关 S 与 2 接通后,交流电也可以通过电容器,所以 A 也发光,故 C 错误;线圈

13、对交流电有通低频阻高频的作用,所以若将电源 2 换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源,则当开关与 2 接通时,通过 B 灯的主要是低频信号,故 D 错误。9.(2018合肥高二检测)如图所示 D1、D 2是两只相同的灯泡,L 是自感系数很大的线圈,其直流电阻与 R 的阻值相同。关于灯泡发光情况,下列说法正确的是( )7A.当 S1接 a 时,闭合 S,D1将逐渐变亮B.当 S1接 a 时,闭合 S,待电路稳定后再断开,D 1先变得更亮,然后渐渐变暗C.当 S1接 b 时,闭合 S,D2将逐渐变亮D.当 S1接 b 时,闭合 S,待电路稳定后再断开,D 2先变得更亮,然后渐渐变暗【解析】

14、选 A、D。当 S1接 a 时,闭合 S,灯泡 D2被短路,导致电阻减小,则总电流变大,所以通过 D1灯泡的电流增大,因此 D1将逐渐变亮,故 A 正确;当 S1接 a 时,闭合 S,待电路稳定后再断开,导致线圈中电流发生变化,从而阻碍电流减小,通过 D1的电流没有之前大,则 D1不会变得更亮,但会慢慢熄灭,故 B 错误;当 S1接 b 时,闭合 S,线圈中电流发生变化,从而阻碍电流增大,所以导致 D2刚开始较亮,当线圈电流趋于稳定后,D 2渐渐变暗,故 C 错误;当 S1接 b时,闭合 S,待电路稳定后再断开,导致线圈中电流发生变化,从而阻碍电流减小,通过 D2的电流比之前大,则 D2会变得

15、更亮,且会慢慢熄灭,故 D 正确。10.如图甲是录音机的录音电路原理图,乙是研究自感现象的实验电路图,丙是光电传感的火灾报警器的部分电路图,丁是电容式话筒的电路原理图,下列说法正确的是 ( )A.甲图中录音机录音时,由于话筒的声电转换,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场B.乙图电路开关断开瞬间,灯泡会突然闪亮一下,并在开关处产生电火花C.丙图电路中,当有烟雾进入罩内时,光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射,表现出电阻的变化D.丁图电路中,根据电磁感应原理,声波的振动会在电路中产生恒定的电流【解析】选 A、C。乙图电路开关断开瞬间,线圈中产生很高的自感电动势,但由于电路不能构成回路,

16、所以不会产生感应电流,灯泡不会突然闪亮一下,选项 B 错误;丁图电路中,声波的振动会改变 M、N 间的距离,从而改变了电容的大小,在电路中产生变化的充放电电流,选项D 错误。811.如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是 U,用等效总电阻是 r的两条输电线输电,输电线路中的电流是 I1,其末端间的电压为 U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为 I2。则 ( )A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为 U-U1C.理想变压器的输入功率为 UI1- r21D.输电线路上损失的电功率为 I1U【解析】选 A、B、C。由理想变压器输入、输出功率相等可知 P1=P2

17、,即 U1I1=U2I2,U2=,故选项 A 正确;输电线上的电压降为 U=U-U 1,故选项 B 正确;理想变压器的输入功率 P=U1I1=UI1- r,故选项 C 正确;输电线路上损失的电功率为 P= r=I1U-I1U1,故选项21 21D 错误。12.如图所示,边长为 l 的正方形闭合导线框置于磁感应强度为 B 的匀强磁场中,线框平面与磁感线的方向垂直。用力将线框分别以速度 v1和 v2匀速拉出磁场,比较这两个过程,以下判断正确的是 ( )A.若 v1v2,通过线框导线的电荷量 q1q2B.若 v1v2,拉力 F1F2C.若 v1=2v2,拉力的功率 P1=2P2D.若 v1=2v2,

18、拉力所做的功 W1=2W29【解析】选 B、D。由于 E= ,I= ,q=It,所以 q= ,由于 及 R 一定,故 q1=q2,所以 A 错误。由于拉力 F=F 安 ,而 F 安 =BIl,I= ,E=Blv,所以 F=F 安 = 。22由此可看出,若 v1v2,F1F2,B 正确。由 P=Fv,F=F 安 = 。所以 P= 。222由于 v1=2v2,P1=4P2,故 C 错误。由拉力做功 W=Fl=F 安 l= l= ,22 23又因 v1=2v2,故 W1=2W2,故 D 正确。二、实验题(本题共 2 小题,共 15 分)13. (7 分)电动机的自动控制电路如图所示,其中 RH为热敏

19、电阻,R L为光敏电阻,当温度升高时,R H的阻值远小于 R1;当光照射 RL时,其阻值远小于 R2,为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动,电路中的虚线框内应选_门逻辑电路;若要提高光照时电动机启动的灵敏度,可以_(选填“增大”或“减小”)R 2的阻值。 【解析】为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动,所以是“或门” 。即热敏电阻或光敏电阻的电阻值较小时输入端电势升高,此时电动机工作,则输入为 1 时,输出为 1,因为若要提高光照时电动机启动的灵敏度,需要在光照较小,即 RL有一个较小的变化时,R 2两端的电压变化就比较明显,此时输入为 1,输出为 1,所以要增大 R2。答案:或 增

20、大 1014. (8 分)某同学设计了一种“自动限重器”,如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成,其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻 R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻 R1的阻值随压力 F 变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时,电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E=6 V,r=2 ,电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题:(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为 15 mA 时,衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N,则所选滑动变阻器 R2的最大阻值至少

21、为_。 (3)硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件。现将控制电路中的电源,换成硅光电源,用一定强度的光照射硅光电池,调节滑动变阻器,通过测量得到该电池的 U-I 曲线(如图丙)。不改变滑片的位置,当货架能承受的压力逐渐增加时,该硅光电池的内阻将_,内电路上消耗的功率将_。(均选填“增加” “减小” “先增大后减小” “先减小后增大”或“不变”) (4)若控制电路中的电源,换成硅光电源,不改变滑片的位置,即如(2)中数值,现测得硅光电源两端电压为 5.4 V,则货架上承受的压力为_N。 【解析】(1)将货物装载机和上触点串联组成工作电路,将 R1、滑动变阻器 R2、电磁铁串联接入控制电路,连接

22、电路如图所示11(2)R1与 R2串联,I 1=I2=Imax=15 mA=0.015 A,所以根据闭合电路的欧姆定律 R1+R2+r=由图乙可知:F=800 N 时,R 1=80 ,所以 R2= -r-R1= =318 即滑动变阻器 R2的最大阻值至少为 318 。(3)当不改变滑片的位置,货架能承受的压力逐渐增加时,R 1的电阻变小,由丙图可知,硅光电源的 U-I 图线的斜率绝对值逐渐变大,所以该硅光电池的内阻将增大。由丙图可知,随着外电路电阻变大,硅光电源的路端电压逐渐减小,根据闭合电路欧姆定律,内电压变大,电路的总电流又增大,所以 P 内 =U 内 I 逐渐变大。(4)硅光电源两端电压

23、为 5.4 V,由丙图可知此时电流为 10 mA,所以根据欧姆定律,外电路的总电阻为 R1+R2= ,所以 R1= -R2= -318 =220 ,根据乙图可知,此时对应的压力为 90 N。答案:(1)电路图见解析 (2)318 (3)增加 增加 (4)90三、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)(2018濮阳高二检测)如图所示,abcd 为交流发电机的矩形线圈,其面积为 S,匝数为 n,线圈电阻为 r,外电阻为 R。线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴 OO匀速转动,角速度为 。若图中的电压表、电流

24、表均为理想交流电表,求:12(1)此交流发电机产生感应电动势的最大值 Em。(2)若从图示位置开始计时,写出感应电流随时间变化的函数表达式。(3)交流电压表和交流电流表的示数。(4)此交流发电机的输出功率 P 出 。【解题指南】(1)先求出角速度,再根据 Em=nBS 求出最大电动势。(2)先根据闭合电路欧姆定律求出电流的最大值,再根据感应电流与感应电动势的瞬时值表达式的关系即可求解。(3)根据欧姆定律求解。(4)先求出电流的有效值,根据功率公式 P=I2R 求解。【解析】(1)感应电动势的最大值 Em=nBS (1 分)(2)根据闭合电路欧姆定律得:电流的最大值 Im= (1 分)+感应电流

25、的瞬时表达式为i=Imcost= cost (1 分)(3)有效值 E= Em, (1 分)22交流电压表的示数 U= (1 分)+交流电流表的示数 I= (1 分)13(4)电流的有效值为 I= Im(1 分)所以发电机的输出功率 P=I2R=n2B2S2 2 (1 分)2(+)2答案:(1)nBS (2)i= cost(3) 22(+)(4) n2B2S2 216.(8 分)如图所示为一输电系统,A 地有一台升压变压器,B 地有一台匝数比为 101 的降压变压器,降压变压器副线圈上的电流为 100 A,输出功率是 12 kW,A、B 两地输电线的电阻是 20 ,求:(1)升压变压器输出端的

26、电压。(2)若不用变压器,要在 B 地得到同样大小的电流和电功率,那么在 A 地要用多大的电压将电能输出?(3)两种情况下输电线上损失功率之比是多少?【解析】(1)降压变压器输出端电压:U2= = V=120 V12 00010014所以由 =1212得 U1=1 200 V(1 分)由 = 得:I 2=10 A(1 分)12输电线上损失的电压为U 损 =I2r=1020 V=200 V所以升压变压器输出端的电压:U2=U1+U 损 =(1 200+200) V=1 400 V(1 分)(2)若不用变压器,B 处电压:U= = V=120 V(1 分)12 000100线路损失电压:U 损 =

27、Ir=10020 V=2 000 V所以 A 处电压为 UA=U+U 损 =2 000 V+120 V=2120 V(1 分)(3)有变压器时,线路损耗功率:P= r=10220 W=2 kW(1 分)22无变压器,线路损耗功率:P=I r=100220 W=200 kW(1 分)所以两种情况下输电线上损耗功率之比为= (1 分)1100答案:(1)1 400 V (2)2 120 V(3)110017.(10 分)如图所示,水平面内有一光滑金属导轨,其 MN、PQ 边的电阻不计,MP 边的电阻阻值 R=1.5 ,MN 与 MP 的夹角为 135,PQ 与 MP 垂直,MP 边长度小于 1 m

28、。将质量 m=2 kg,15电阻不计的足够长直导体棒搁在导轨上,并与 MP 平行。棒与 MN、PQ 交点 G、H 间的距离L=4 m。空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度 B=0.5 T。在外力作用下,棒由 GH处以一定的初速度向左做直线运动,运动时回路中的电流强度始终与初始时的电流强度相等。(1)若初速度 v1=3 m/s,求棒在 GH 处所受的安培力大小 FA。(2)若初速度 v2=1.5 m/s,求棒向左移动距离 2 m 到达 EF 所需时间 t。(3)在棒由 GH 处向左移动 2 m 到达 EF 处的过程中,外力做功 W=7 J,求初速度 v3。【解析】(1)棒在 GH 处速度

29、为 v1,因此根据法拉第电磁感应定律有:E1=BLv1 由闭合电路欧姆定律得I1= 1棒在 GH 处所受安培力为FA=BI1L 解式且代入数据得:FA= =8 N(3 分)221(2)设棒移动距离为 a=2 m,由几何关系可得 EF 间距也为 a,向左移动整个过程中磁通量的变化量=(+)2题设运动时回路中电流保持不变,即感应电动势 E2不变,开始移动时有E2=BLv2 16又整个过程 E2= = 解两式并代入数据得t= =1 s(3 分)(3)设外力做功为 W=7 J,克服安培力做功为 WA,导体棒在 EF 处的速度为 v4,由动能定理得:W-W A= - 242 232运动时回路中电流保持不

30、变,即感应电动势 E3不变,同(2)理有:E 3=BLv3=Bav4 E3= = 1(+)21得 t 1=(+)23I3=由功能关系得 WA=Q= Rt 1解 且代入数据得:v3=1 m/s (4 分)答案:(1)8 N (2)1 s (3)1 m/s18. (11 分)(2018 濮阳高二检测)如图所示,光滑的定滑轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一质量为 3m 的重物,另一端系一质量为 m、电阻为 r 的金属杆。在竖直平面内有间距为 L的足够长的平行金属导轨 PQ、EF,在 QF 之间连接有阻值为 R 的电阻,其余电阻不计,磁感应强度为 B0的匀强磁场与导轨平面垂直,开始时金属杆置于导轨下端

31、 QF 处,将重物由静止释放,当重物下降 h 时恰好达到稳定速度而匀速下降。运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好(忽略所有摩擦,重力加速度为 g),求:17(1)电阻 R 中的感应电流方向。(2)重物匀速下降的速度 v。(3)重物从释放到下降 h 的过程中,电阻 R 中产生的焦耳热 QR。(4)若将重物下降 h 时的时刻记作 t=0,速度记为 v0,从此时刻起,磁感应强度逐渐减小,若此后金属杆中恰好不产生感应电流,则磁感应强度 B 随时间 t 怎样变化(写出 B 与 t 的关系式)。【解析】(1)由右手定则判定电阻 R 中的感应电流方向为 QRF (1 分)(2)重物匀速下降时对金属杆受力

32、分析如图:T-mg-F=0式中:T=3mg,F=B0IL= (1 分)022+所以 v= (1 分)(3)设电路中产生的总焦耳热为 Q,则由能量守恒关系得:减少的重力势能等于增加的动能和焦耳热 Q即 3mgh-mgh= (3m)v2+ mv2+Q (1 分)12 12所以电阻 R 中产生的焦耳热 QR为18QR= Q= - (2 分)+ 832(+)044(4)金属杆中恰好不产生感应电流即磁通量不变 0= t (1 分)hLB0=(h+h2)LB (1 分)式中:h 2=v0t+ at2(1 分)12又 a= = g (1 分)12则磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系式为B= = (1 分)0+0+420+2(+)202 +142答案:(1) QRF(2)(3) -832(+)044(4)B=0+2(+)202 +142