学年物理同步人教版选修32模块综合检测.docx

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学年物理同步人教版选修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，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。

下列叙述不符合史实的是（　　）

A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系

B．安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说

C．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流

D．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化

解析：

选C　通有恒定电流的静止导线附近产生的磁场是不变的，在其附近的固定导线圈中没有磁通量的变化，因此，不会出现感应电流，选项C错误。

2.如图所示，螺线管CD的导线绕向不明，当磁铁AB插入螺线管时，电路中有图示方向的电流产生，下列关于螺线管极性的判断正确的是（　　）

A．C端一定是N极

B．C端一定是S极

C．C端的极性一定与磁铁B端的极性相同

D．无法判断极性，因螺线管的绕法不明

解析：

选C　AB的插入使螺线管磁通量增大而产生感应电流，根据楞次定律知，感应电流的磁场阻碍AB插入，因此，C端极性一定和B端极性相同。

3．如图甲所示，水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R，导体棒MN放在导轨上且接触良好，整个装置放于垂直于导轨平面的磁场中，磁感应强度B的变化情况如图乙所示（如图甲所示磁感应强度方向为正），MN始终保持静止，则0～t2时间内（　　）

A．电容器C所带的电荷量先减小后增加

B．电容器C的a板先带正电后带负电

C．MN所受安培力的大小始终没变

D．MN所受安培力的方向先向右后向左

解析：

选D　磁感应强度均匀变化，产生恒定感应电动势，电容器的电荷量大小始终没变，选项A、B错误；由于磁感应强度变化，MN所受安培力的大小变化，由安培定则判断得知，MN中感应电流方向一直向上，由左手定则可知，MN所受安培力的方向先向右后向左，选项C错误，D正确。

4.用柔软的细金属丝弯成一个矩形闭合线框，用绝缘细线将其悬挂起来，如图所示，若匀强磁场与线框平面垂直，开始时磁场很强，当磁场均匀减弱时＝k，k＜0，下列说法正确的是（　　）

A．细线可能断掉

B．线框将会收缩

C．线框可能变成圆形

D．线框绕过a的竖直轴转动

解析：

选C　准确理解“阻碍”含义，当磁场减弱时，线框内产生感应电流，感应电流产生的磁场阻碍磁通量变化，线框面积将扩大，而最大即为圆形，故选项B错误，C正确。

线框悬线拉力未变，A错误。

线框绕过a的竖直轴转动时通过线框的磁通量减小，故D错误。

5.物理学家霍尔于1879年在实验中发现，当电流垂直于磁场通过导体或半导体材料左右两个侧面时，在材料的上下两个表面之间产生电势差。

这一现象被称作霍尔效应，产生这种效应的元件叫霍尔元件，在现代技术中被广泛应用。

如图为霍尔元件的原理示意图，其霍尔电压U与电流I和磁感应强度B的关系可用公式UH＝kH表示，其中kH叫该元件的霍尔系数。

根据你所学过的物理知识，判断下列说法正确的是（　　）

A．霍尔元件上表面电势一定高于下表面电势

B．公式中的d指元件上下表面间的距离

C．霍尔系数kH是一个没有单位的常数

D．霍尔系数kH的单位是m3·s－1·A－1

解析：

选D　由于通过侧面的载流子的电性是不确定的，无法判断上表面的电性故无法比较上下表面的电势高低，A错误；对于载流子，静电力和洛伦兹力平衡，故qvB＝q，其中h为上下两个表面的距离，电流微观表达式为I＝nqSv，则UH＝Bhv＝，由于S＝hd，故UH＝＝kH，公式中的d指元件前后侧面（磁场垂直穿过的表面）间的距离，B错误；依据公式UH＝kH中UH、I、B、d的单位，可知系数kH的单位是m3·s－1·A－1，故C错误，D正确。

6.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。

电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动（O轴位于磁场边界）。

则线框内产生的感应电流的有效值为（　　）

A.　　　　　　　　　B.

C.D.

解析：

选D　扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径L，各点的平均速度v＝，导线框进磁场和出磁场时有感应电流产生，由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有：

E＝，×＝I2RT，可得I＝，故D正确，A、B、C错误。

7.如图所示为含有理想变压器的电路，图中的三个灯泡L1、L2、L3都标有“5V　5W”字样，L4标有“5V　10W”字样，若它们都正常发光，不考虑导线的能耗，则该电路的输入功率Pab和输入电压Uab应为（　　）

A．20W　25VB．20W　20V

C．25W　25VD．25W　20V

解析：

选C　该电路的输入功率为4盏灯的功率总和，即Pab＝5W＋5W＋5W＋10W＝25W。

通过L1的电流I1＝1A，根据输入功率等于输出功率可得U1I1＝20W，解得U1＝20V，故电源输入电压Uab＝U1＋UL1＝25V。

本题选C。

8．如图甲所示是一小型交流发电机供电原理图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和灯泡连接，灯泡标有“6V3W”字样且正常发光。

从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变化的图像如图乙所示，则以下说法正确的是（　　）

A．t＝0.04s时发电机内线圈平面与磁场方向平行

B．电路中的电流方向每秒钟改变50次

C．变压器原、副线圈匝数之比为1∶4

D．交流发电机输出电流的函数表达式i＝sin50πt（A）

解析：

选B　t＝0.04s时电流最小为零，产生的感应电动势最小，故发电机内线圈平面与磁场方向垂直，A错误；由题图乙可知，周期T＝0.04s，一个周期内电流方向改变2次，故1s内改变的次数n＝×2＝50次，B正确；流过灯泡的电流为I＝＝0.5A，最大值Im′＝I＝A，故＝＝＝，C错误；交流电的角速度ω＝＝50πrad/s，交流发电机输出电流的函数表达式i＝0.2sin50πt（A），D错误。

9.如图所示的电路中，a、b、c为三个相同的灯泡，线圈L的自感系数很大，电阻不计，电源E内阻不计，下列判断正确的有（　　）

A．S闭合的瞬间，b、c两灯一样亮

B．S闭合的瞬间，b灯最亮

C．电路稳定后，将S断开的瞬间，a、c两灯立即熄灭

D．电路稳定后，将S断开，a、c两灯亮度相同且逐渐变暗

解析：

选AD　由于通过线圈L的电流会缓慢变化，当开关S闭合的瞬间，L中的电流为零，电路的结构为b、c串联后与a并联，所以a支路的电阻值小，流过a的电流大，而流过b、c的电流相等，所以S闭合的瞬间，b、c两灯一样亮，a灯最亮，A正确，B错误；当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，此时b被短路，a、c并联，电路稳定后，将S断开，此时线圈L产生感应电动势，相当于电源，电路的结构是a、c串联后与b并联，所以a、c两灯亮度相同且逐渐变暗，C错误，D正确。

10．漏电断路器是家庭电路中必不可少的一种安全保护装置，如图为其基本原理图。

电源线的火线与零线并行绕在铁芯上，当与放大器相连的线圈有微小电流时，即刻会驱动电磁继电器断开电源，实现安全保护。

下列相关说法正确的是（　　）

A．当与地不绝缘的人不小心触碰到火线时，漏电断路器会即刻断开电源

B．当与地绝缘的人不小心同时触碰到火线与零线时，漏电断路器会即刻断开电源

C．当外接电网是恒定直流电源时，漏电断路器不能正常工作

D．在相同条件下，放大器绕在铁芯上的线圈匝数越多，则能检测到更微小的漏电

解析：

选AD　由于火线和零线并行绕制，所以在家庭电路正常工作时，火线和零线的电流大小相等，方向相反，因此合磁通量为零，线圈中的磁通量为零，而当地面上的人接触火线发生触电时，火线的电流突然变大，即线圈中的磁场发生变化，导致线圈中的磁通量变化，产生感应电流，从而使继电器工作，电磁铁将开关吸起，A正确；当与地绝缘的人不小心同时触碰到火线与零线时，不会形成电流变化，从而不会引起电磁感应现象，故漏电断路器不会断开电源，B错误；当外接电网是恒定直流电源时，如果有人触电仍会产生电磁感应现象，故能正常工作，C错误；在相同条件下，放大器绕在铁芯上的线圈匝数越多，产生的感应电动势越大，则能检测到更微小的漏电，D正确。

11．如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200cm2，线圈的电阻r＝1Ω，线圈外接一个阻值R＝4Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。

下列说法中正确的是（　　）

A．电阻R两端的电压保持不变

B．初始时刻穿过线圈的磁通量为0.4Wb

C．线圈电阻r消耗的功率为4×10－4W

D．前4s内通过R的电荷量为4×10－4C

解析：

选AC　根据法拉第电磁感应定律，可知磁通量的变化率恒定，所以电动势恒定，则电阻两端的电压恒定，故A正确；

初始时刻穿过线圈的磁通量Φ＝BS＝0.2×200×10－4Wb＝0.004Wb，故B错误；

由法拉第电磁感应定律有E＝n＝n＝100××0.02V＝0.1V，

由闭合电路欧姆定律，可知电路中的电流为I＝＝A＝0.02A，

所以线圈电阻r消耗的功率P＝I2r＝0.022×1W＝4×10－4W，故C正确

；前4s内通过R的电荷量Q＝It＝0.02×4C＝0.08C，故D错误。

12．图甲中的变压器为理想变压器，原线圈与副线圈的匝数之比n1∶n2＝10∶1，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式电压，两个20Ω的定值电阻串联接在副线圈两端，电压表为理想电表。

则（　　）

A．原线圈上电压的有效值为100V

B．原线圈上电压的有效值约为70.7V

C．交变电流的周期为50Hz

D．电压表的读数约为3.54V

解析：

选BD　原线圈上电压的最大值为100V，有效值约为70.7V，选项B正确A错误。

交变电流的周期为0.04s，频率为25Hz，选项C错误。

根据变压器变压公式，副线圈电压为7.07V，电压表的读数约为3.54V，选项D正确。

13．如图所示电路中，电源电压u＝311sin100πt（V），A、B间接有“220V，440W”的电暖宝、“220V,220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。

下列说法正确的是（　　）

A．交流电压表的示数为311V

B．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3A

C．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍

D．1min抽油烟机消耗的电能为1.32×104J

解析：

选BD　交流电压表的示数为220V，选项A错误。

电暖宝中电流为2A，抽油烟机中电流为1A，电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3A，选项B正确。

电暖宝发热功率远大于抽油烟机发热功率的2倍，1min抽油烟机消耗的电能为W＝Pt＝220×60J＝1.32×104J，选项C错误D正确。

14．如图所示，L1、L2为水平面上足够长的金属导轨，左端连接定值电阻R＝0.5Ω，其间有足够多等间隔反向分布的磁场区域Ⅰ和Ⅱ，磁感应强度大小均为B＝0.5T，方向垂直于导轨所在平面，每个磁场Ⅰ或Ⅱ的两个直边界的间距为L＝0.4m，长直边界在Ox上，左右曲边界恰好可以组合成相同的周期的正弦曲线，其他边界均为直线段。

导体棒MN与两导轨接触良好且始终与导轨垂直，不计导体棒及导轨的电阻。

当导体棒从x＝0处沿导轨以速度v＝10m/s匀速向右滑动时，下列说法正确的是（　　）

A．通过电阻R的是交变电流

B．电阻R两端电压的最大值为4V

C．通过电阻R的电流有效值为2A

D．导体棒从x＝0处运动到x＝1.2m处的过程中电阻R上产生的热量为7.2J

解析：

选AC　当导体棒运动时，根据E＝BLv可知随有效长度L及磁场方向的变化会产生交变电流，选项A正确；感应电动势的最大值Em＝BLmv＝2V，故电阻R两端电压的最大值为2V，选项B错误；根据有效值的定义可知×＋×＝，解得U＝V，通过电阻R的电流有效值为2A，选项C正确；导体棒从x＝0处运动到x＝1.2m处的过程中电阻R上产生的热量Q＝·＝0.72J，选项D错误。

二、实验题（共1小题，共8分）

15．（8分）有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示。

E是内阻不计、电动势为6V的电源。

R0是一个阻值为300Ω的限流电阻。

G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器。

R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示。

C是一个用来保护显示器的电容器。

秤台的重力忽略不计。

试分析：

压力F/N

0

50

100

150

200

250

300

…

电阻R/Ω

300

280

260

240

220

200

180

…

（1）利用表中的数据可知电阻R随压力F变化的函数表达式为：

________________。

（2）若电容器的耐压值为5V，则该电子秤的最大称量值为______N。

（3）如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是________的。

（选填“均匀”或“不均匀”）

解析：

（1）由表中数据可知k＝＝＝0.4Ω/N。

所以电阻R随压力F变化的函数表达式为R＝（300－0.4F）Ω。

（2）R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两端电压越大，但不能超过5V，

所以＝，解得R＝60Ω，

又因为R＝（300－0.4F）Ω，

得出F＝600N。

（3）电流表中的电流I＝＝，

电流I与压力F不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀。

答案：

（1）R＝（300－0.4F）Ω　

（2）600　（3）不均匀

三、计算题（共4小题，共46分）

16．（10分）水力发电具有防洪、防旱、减少污染等多项功能，是功在当代，利在千秋的大事，现在水力发电已经成为我国的重要能源之一。

某河流水流量Q＝40m3/s，现在欲在此河段上筑坝安装一台发电功率为1000kW的发电机，采用高压输电，高压输电线的总电阻为5Ω，损耗占总功率的5%。

（1）设发电机输出电压为500V，则所用理想升压变压器原、副线圈匝数比应是多大；

（2）若所用发电机总效率为50%，则拦河坝要建多高。

（水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，设坝高与水位落差相等）

解析：

（1）根据输电线上的功率损耗等于输电线电阻的热功率可得0.05P＝I22R，解得升压变压器副线圈的电流I2＝100A

又P＝U1I1，解得原线圈的电流I1＝2000A

根据升压变压器匝数和电流的关系得＝＝。

（2）时间t内通过发电机的水流体积V＝Qt，又m＝ρV

由能量关系可得P＝，联立各式代入数据解得h＝5m。

答案：

（1）　

（2）5m

17．（12分）（2016·全国卷Ⅲ）如图，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越过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：

（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

E＝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，总磁通量的改变量为

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

Et＝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）

18．（12分）如图所示，一匝数为N＝100的矩形线圈，面积S＝0.01m2，内阻不计，绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动。

设线圈经过的磁场为匀强磁场，磁感应强度B＝2T，线圈通过一理想变压器后，接一标有“6V3W”字样的灯泡L，变压器原线圈的总匝数为n1＝200匝，b是原线圈的中心抽头，副线圈的匝数为n2＝20匝。

当开关S拨到b位置时，小灯泡恰好正常发光。

（1）求此时电路中两电表的读数；

（2）求线圈转动的角速度ω；

（3）若将开关S拨到a位置，并将一个理想二极管接到A、B之间，其他条件不变，则此时线圈提供的功率为多少？

（假设小灯泡的电阻不随温度发生变化）

解析：

（1）由题意可知，副线圈两端的电压U2＝6V，副线圈中的电流为I2＝＝0.5A

由＝＝得电压表的读数U1＝30V

由＝＝得电流表的读数I1＝0.1A。

（2）由题意可知，线圈提供的电动势的最大值为Em＝30V

由Em＝NBSω得ω＝15rad/s。

（3）当开关S拨到a位置时，由＝得副线圈的输出电压为U2＝3V

通过二极管后，加到灯泡两端的电压波形如图所示，其最大值为Um＝3V，所以小灯泡两端电压的有效值为UL＝＝V，小灯泡电阻为R＝＝12Ω

此时小灯泡的功率为P′＝＝W，所以线圈提供的功率为W。

答案：

（1）30V　0.1A　

（2）15rad/s　（3）W

19.（12分）如图所示，PM、QN是两根半径为d的光滑的圆弧轨道，其间距为L，O、P连线水平，M、N在同一水平高度，圆弧轨道电阻不计，在其上端连有一阻值为R的电阻，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。

现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻为r的金属棒从轨道的顶端PQ处由静止开始下滑，到达轨道底端MN时对轨道的压力为2mg，求：

（1）棒到达最低点时金属棒两端的电压；

（2）棒下滑过程中金属棒产生的热量；

（3）棒下滑过程中通过金属棒的电荷量。

解析：

（1）在轨道的最低点MN处，金属棒对轨道的压力FN＝2mg，轨道对金属棒的支持力大小为FN′＝FN＝2mg，则

FN′－mg＝m，

解得：

v＝。

金属棒切割磁感线产生的感应电动势E＝BLv，

金属棒到达最低点时两端的电压

U＝E＝BL。

（2）棒下滑过程中，由能量守恒定律得，mgd＝Q＋mv2，

解得Q＝mgd

金属棒产生的热量Qr＝Q＝。

（3）由q＝IΔt，I＝，E＝，ΔΦ＝BLd，

联立解得q＝。

答案：

（1）BL　

（2）　（3）