高中物理 第四、五章 电磁感应 交变电流 综合能力测试 新人教版选修3-2

第四、五章综合能力测试本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟第Ⅰ卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有些小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．(·试题调研)以下叙述正确的是()A．法拉第发现了电磁感应现象B．惯性是物体的固有属性，速度大的物体惯性一定大C．牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因D．感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果答案：AD解析：本题考查了物理学史和物理基本概念。法拉第发现了电磁感应现象，伽利略通过理想斜面实验得出了力不是维持物体运动的原因，所以选项A正确，C错误；惯性的唯一量度是质量，质量大惯性大，与速度无关，选项C错误；楞次定律，正是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现，选项D正确。2．吉他以其独特的魅力吸引了众多音乐爱好者，电吉他与普通吉他不同的地方是它的每一根琴弦下面安装了一种叫做“拾音器”的装置，能将琴弦的振动转化为电信号，电信号经扩音器放大，再经过扬声器就能播出优美的音乐声。如图是拾音器的结构示意图，多匝线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦(电吉他不能使用尼龙弦)之间，当弦沿着线圈振动时，线圈中就会产生感应电流。关于感应电流，以下说法正确的是()A．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是恒定的B．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小变化，方向不变C．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小不变，方向变化D．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化答案：D解析：由题意及图可知，电吉他利用振动的钢质琴弦使线圈切割磁感线而产生感应电流，再将该电流放大并与扩音器相连从而发出声音，属于电磁感应现象。因琴弦在振动时速度的大小和方向均变化，故感应电流大小和方向都发生变化。3．(·威海高二检测)一个面积S＝4×10－2m2、匝数n＝100匝的线圈，放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度A．在开始的2s内穿过线圈的磁通量变化率为0.08Wb/sB．在开始的2s内穿过线圈的磁通量变化量等于零C．在开始的2s内线圈中产生的感应电动势等于8VD．在第3s末的感应电动势为零答案：AC解析：磁通量的变化率ΔΦ/Δt与匝数无关，故A对；磁通量虽是标量，但有方向，故B错；在开始的2s内，由E＝nΔΦ/Δt可得E＝8V，故C对；在第3s末的磁通量等于零但磁通量的变化率不为零，感应电动势不为零，故D错。4．如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈a和b，则()A．线圈a输入正弦交变电流，线圈b可输出恒定电流B．线圈a输入恒定电流，穿过线圈b的磁通量一定为零C．线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响D．线圈a的磁场变化时，线圈b中一定有电场答案：D解析：线圈a输入正弦交变电流，线圈b也输出正弦交变电流，选项A错误；线圈a输入恒定电流，其周围产生恒定的磁场，穿过线圈b的磁通量不为零，选项B错误；两线圈的交变电流产生的磁场互相影响，选项C错误；变化的磁场周围产生电场，所以线圈b中一定有电场，选项D正确。5.(·长沙市三校高二联考)如图所示，等腰梯形内分布着垂直纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为3L，高为L，底角为45°。有一边长也为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过磁场区域，在t答案：A解析：由右手定则和E＝BLv可判A项正确。6．图甲所示电路中，A1、A2、A3为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3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t1～t2时间内()A．电流表A1的示数比A2的小B．电流表A2的示数比A3的小C．电流表A1和A2的示数相同D．电流表的示数都不为零答案：C解析：磁场均匀变化，感应电动势恒定，所以A3示数为零，A1和A2的示数相同。7．某中学的学生食堂新安装了磁卡就餐系统，使用不到一周，便出现了电源总开关总是无法接通的问题。经检查，电源总开关中漏电保护器自动切断了电源。漏电保护器电路如图所示，变压器A处用火线与零线双股平行绕制成线圈，然后接到磁卡机上，B处有一个输出线圈，一旦线圈B中有电流经放大器放大后便推动断电器切断电源。造成漏电保护器自动切断电源的原因判断为磁卡机用电端()A．零线与火线之间漏电B．火线与地线之间漏电或零线直接接地C．只有火线与地之间漏电才会产生D．磁卡机装得过多，造成电流太大答案：B解析：由题意知，火线和零线均绕在铁芯上，故只有火线与零线中电流大小不等时，才会引起漏电保护器切断电源，故可能是火线与地之间漏电，也可能是零线与地之间漏电。8．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示．产生的交变电动势的图象如图2所示，则()A．t＝0.005s时线框的磁通量变化率为零B．t＝0.01s时线框平面与中性面重合C．线框产生的交变电动势有效值为311VD．线框产生的交变电动势频率为100Hz答案：B解析：考查交流电的产生及规律。由e－t图象知，t＝0.005s时磁通量的变化率最大，A错；t＝0.01s时的电动势为零，此时磁通量的变化率为零，磁通量最大，线框与中性面重合，B正确；交变电动势的有效值为E＝eq\f(311,\r(2))V，C错；电动势的频率为f＝eq\f(1,T)＝50Hz，D错。9．如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的，和为理想电压表，读数分别为U1和U2；、、为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是()A．U2变小、I3变小 B．U2不变，I3变大C．I1变小、I2变小 D．I1变大、I2变大答案：BC解析：因U1不变，据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2不变，当S断开时，副线圈电阻变大，电流减小I2减小，R1上的电压减小，R2、R3上的电压变大，I3变大，又I1U1＝I2U2，可知I1变小，故B、C选项正确。10.(·潍坊二中高二检测)两根相距L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，回路总电阻为2R。整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度V1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度V2向下匀速运动。重力加速度为g。以下说法正确的是()A．ab杆所受拉力F的大小为μmg＋eq\f(B2L2V1,2R)B．cd杆所受摩擦力为零C．回路中的电流为eq\f(BLV1＋V2,2R)D．μ与V1大小的关系为μ＝eq\f(2Rmg,B2L2V1)答案：AD解析：根据右手定则及左手定则、安培定则可知，对ab，F＝μmg＋F安，对bc，μF安＝mg，因为F安＝eq\f(B2L2V1,2R)，故AD正确，又因为cd不切割磁感线，故C错误。第Ⅱ卷(非选择题共60分)二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)11．(5分)在研究电磁感应现象的实验中：(1)为了能明显地观察到实验现象，请在如图所示的实验器材中，选择必要的器材，在图中用实线连接成相应的实物电路图。(2)将原线圈插入副线圈中，闭合开关，副线圈中感应电流与原线圈中电流的绕行方向________(选填“相同”或“相反”)。(3)将原线圈拔出时，副线圈中的感应电流与原线圈中电流的绕行方向________(选填“相同”或“相反”)。答案：(1)实验电路如图所示。(2)相反(3)相同解析：(1)见答案(2)闭合开关，磁通量增大，由楞决定律可判断，感应电流的磁场阻碍原磁场的增加，即副线圈中感应电流与原线圈中电流的绕行方向相反。(3)将原线圈拔出时，由楞决定律可判断，副线圈中的感应电流与原线圈中电流的绕行方向相同。12．(5分)如图所示，绕在同一铁芯上的两个线圈M、N，M与光滑金属导轨相连，导轨处存在与导轨平面垂直且方向向里的匀强磁场，导轨上有与之垂直的导体棒ab，当ab向左或向右移动时均能在线圈M中产生感应电流；线圈N与平行金属板相连接，金属板水平放置，欲使平行板中的带负电液滴P静止，导体棒ab沿导轨运动的情况是________。答案：向左匀加速运动或向右匀减速运动解析：欲使带负电液滴在水平金属平行板之间静止，平行板上极板必须带正电，即线圈N中感应电流磁场在铁芯中磁感线为顺时针方向．若线圈M中的磁场增强，则方向与之相反，即ab中的电流方向自a向b，向左匀加速运动；若M中的磁场减弱，则方向与之相同，即ab中的电流自b向a，向右匀减速运动。13．(8分)为了测定和描绘“220V40W”的白炽灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电。调压变压器上有一种自耦变压器，它只有一组线圈L，绕在闭合的环形铁芯上，输入端接在220V交流电源的火线与零线之间，输出端有一个滑动触头P，移动它的位置，就可以使输出电压在0～250V之间连续变化，如图所示，画出的是调压变压器的电路图。实验室备有交流电压表、交流电流表、滑动变阻器、电键、导线等实验器材。(1)在图中完成实验电路图。(2)按实验电路图进行测量，如果电表内阻的影响不能忽略，电压较高段与电压较低段相比较，哪段误差更大？为什么？解析：(1)如图。(注意：电流表外接或内接均可)(2)如果电流表外接，电压较高段误差较大，因为电压越高，灯丝电阻越大，由于电压表分流作用而造成的误差就越大；如果电流表内接，电压较低段误差较大，因为电压越低，灯丝电阻越小，由于电流表分压造成的误差就越大。三、论述·计算题(共4小题，42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)14．(9分)如图甲所示，在周期性变化的匀强磁场区域内有垂直于磁场的半径为r＝1m、电阻为R＝3.14Ω的金属圆形线框，当磁场按图乙所示规律变化时，线框中有感应电流产生。(1)在图丙中画出感应电流随时间变化的i－t图象(以逆时针方向为正)；(2)求出线框中感应电流的有效值。答案：(1)如图所示。(2)eq\r(2)A解析：(1)见答案(2)设电流的有效值为I，则有I2RT＝ieq\o\al(2,1)R·eq\f(T,3)＋ieq\o\al(2,2)R(eq\f(2T,3))得I＝eq\r(2)A15．(10分)如图所示，变压器原线圈n1＝800匝，副线圈n2＝200匝，灯泡A标有“10V2W”，电动机D的线圈电阻为1Ω，将交变电流u＝100eq\r(2)sin(100πt)加到理想变压器原线圈两端，灯泡恰能正常发光，求：(1)副线圈两端电压(有效值)；(2)电动机D的电功率。答案：(1)25V(2)3W解析：(1)原线圈两端电压(有效值)U1＝eq\f(Um1,\r(2))＝eq\f(100\r(2),\r(2))V＝100V由变压器变压比规律eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)知副线圈两端电压U2＝eq\f(n2,n1)U1＝25V(2)电动机两端电压UD＝U2－UA＝15V通过电动机的电流I＝IA＝eq\f(PA,UA)＝0.2A电动机的功率PD＝UDI＝3W16．(11分)(·长沙高二质检)有人设计了一种可测速的跑步机，测速原理如下图所示，该机底面固定有间距为L、长度为d的平行金属电极。电极间充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和电阻R，绝缘橡胶带上镀有间距为d的平行细金属条，磁场中始终仅有一根金属条，且与电极接触良好，不计金属电阻，若橡胶带匀速运动时，电压表读数为U，求：(1)橡胶带匀速运动的速率；(2)电阻R消耗的电功率；(3)一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功。答案：(1)eq\f(U,BL)(2)eq\f(U2,R)(3)eq\f(BLUd,R)解析：(1)设电动势为E，橡胶带运动的速度为v由E＝BLvE＝U可知v＝eq\f(U,BL)(2)设电功率为PP＝eq\f(U2,R)(3)设电流为I，安培力为F，克服安培力做的功为W由：I＝eq\f(U,R)，F＝BIL，W＝Fd得：W＝eq\f(BLUd,R)点评：该题考查电磁感应现象的基本问题，难度较小，但问题情景涉及日常生活中的问题，比较巧妙。17．(12分)如图所示，匝数为100匝、面积为0.01m2的线圈，处于磁感应强度B1为eq\f(1,π)T的匀强磁场中。当线圈绕O1O2以转速n为300r/min匀速转动时，电压表、电流表的读数分别为7V、1A。电动机的内阻r为1Ω，牵引一根原来静止的、长L为1m、质量m为0.2kg的导体棒MN沿轨道上升。导体棒的电阻R为1Ω，架在倾角为30°的框架上，它们处于方向与框架平面垂直、磁感应强度B2为1T的匀强磁场中。当导体棒沿轨道上滑1.6m时获得稳定的速度，这一过程中导体棒上产生的热量为4J。不计框架电阻及一切摩擦，g取10m/s2。求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时表达式；(2)导体棒MN的稳定速度；(3)导体棒MN从静止到达到稳定速度所用的时间。答案：(1)e＝10sin10πtV(2)v＝2m/s(3)t＝1.0s解析：(1)线圈转动过程中