模块综合检测
(时间:90分钟 满分:100分)
知识点分布表
考查知识点
题号
题型
分值
电磁感应
1、3、4、7、9
选择题
20
12
填空题
6
15、16
计算题
26
交变电流
5、6、8、10
选择题
16
13、14
计算题
22
传感器
2
选择题
4
11
填空题
6
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.
一圆形线圈位于垂直向里的匀强磁场中,如图所示。下列操作中,始终保证整个线圈在磁场中,能使线圈中产生感应电流的是( )
A.把线圈向右拉动
B.把线圈向上拉动
C.垂直纸面向外运动
D.以圆线圈的任意直径为轴转动
解析:只有圆线圈的任意直径为轴转动时线圈的磁通量才有变化,有感应电流,其他情况下磁通量都不变化,不能产生感应电流,选项D正确。
答案:D
2.
8
如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
A.如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显
B.如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显
C.如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显
D.如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显
解析:金属热电阻的电阻随温度升高而变大,变化不明显,而半导体热敏电阻的阻值随温度升高而变小,非常明显,选项C正确。
答案:C
3.三角形导线框abc固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示。规定线框中感应电流i沿顺时针方向为正方向,下列i-t图象中正确的是( )
解析:磁通量均匀变化,所以产生恒定的感应电流,因为第1s内向里的磁通量增加,由楞次定律可判断感应电流方向为逆时针方向,即规定的负方向,1~3s时间内感应电流方向为顺时针方向,即规定的正方向,选项B正确。
答案:B
4.
如图所示,闭合金属线框从一定高度自由下落进入匀强磁场中,磁场足够大,从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场的这段时间内,线框运动的v-t图象不可能是( )
8
解析:当ab边刚进入磁场时,若线框所受安培力等于重力,则线框在从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场前做匀速运动,故A是可能的;当ab边刚进入磁场时,若线框所受安培力小于重力,则线框做加速度逐渐减小的加速运动,最后可能做匀速运动,故C情况也可能;当ab边刚进入磁场时,若线框所受安培力大于重力,则线框做加速度逐渐减小的减速运动,最后可能做匀速运动,故D可能;线框在磁场中不可能做匀变速运动,故B项是不可能的,应选B。
答案:B
5.随着社会经济的发展,人们对能源的需求也日益扩大,节能变得越来越重要。某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压强用电,若发电厂输出电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作的电压为U2。在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是( )
A.输电线上损耗的功率为
B.输电线上损耗的功率为
C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电
D.采用更高的电压输电会降低输电的效率
解析:设电厂输出功率为P,则输电线上损耗的功率ΔP=P-P0,ΔP=I2R=,A、B项错误;采用更高的电压输电,可以减小导线上的电流,故可以减少输电线上损耗的功率,C项正确;采用更高的电压输电,输电线上损耗的功率减少,则电厂输出的总功率减少,故可提高输电的效率,D项错误。
答案:C
6.
如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦式交变电流,副线圈接入“220 V 60 W”灯泡一只,且灯泡正常发光。则 ( )
A.电流表的示数为 A
B.电源输出功率为1 200 W
C.电流表的示数为 A
D.原线圈端电压为11 V
解析:灯泡正常发光,则副线圈的电流为I1=A,根据变压器的电流关系可得,原线圈中的电流I0=A,即电流表的示数为A,选项A错误,C正确;电源的输出功率P=UI=4400×W=
8
60W,选项B错误;根据电压与匝数成正比可知,原线圈端电压为4400V,选项D错误。
答案:C
7.
如图所示,三个相同的灯泡a、b、c和电阻不计的线圈L与内阻不计的电源连接,下列判断正确的有( )
A.K闭合的瞬间,c灯先亮
B.K闭合的瞬间,a灯最高
C.K断开的瞬间,a、c两灯立即熄灭
D.K断开之后,a、c两灯逐渐变暗且亮度相同
解析:因为三个灯泡电阻相同,线圈电阻不计,K闭合瞬间L中电流为零,b、c串联后与a并联,所以b、c同时亮起,且b、c亮度相同,小于a的亮度,选项A错误,选项B正确;K断开瞬间L相当于电流,a、c串联后与b并联,都有电流流过,最后逐渐变暗后熄灭,选项C错误,选项D正确。
答案:BD
8.如图甲所示,一个理想变压强原、副线圈的匝数比n1∶n2=6∶1,副线圈两端接三条支路,每条支路上都接有一只灯泡,电路中L为电感线圈、C为电容器、R为定值电阻。当原线圈两端接有如图乙所示的交变电流时,三只灯泡都能发光。如果加在原线圈两端的交变电流的最大值保持不变,而将其频率变为原来的2倍,则对于交变电流的频率改变之后与改变前相比,下列说法中正确的是( )
A.副线圈两端的电压有效值均为216 V
B.副线圈两端的电压有效值均为6 V
C.灯泡Ⅰ变亮
D.灯泡Ⅲ变亮
解析:由变压器变压公式,将其频率变为原来的2倍,副线圈输出电压不变,副线圈两端的电压有效值均为6V,选项A错误,B正确;将其频率变为原来的2倍,灯泡Ⅰ亮度不变。由于容抗变小,感抗变大,灯泡Ⅲ变亮,灯泡Ⅱ变暗,选项C错误,D正确。
答案:BD
9.如图所示,甲、乙、丙中除导体棒ab可动外,其余部分均固定不动,甲图中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略,导体棒和导轨间的摩擦也不计,图中装置均在水平面内,且都处于方向垂直于水平面(即纸面)向下的匀强磁场中,导轨足够长。现给导体棒ab一个向右的初速度v0,在甲、乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是( )
8
A.甲情况下棒最终匀速运动
B.甲、丙中,ab棒最终将以不同速度做匀速运动;乙中,ab棒最终静止
C.甲、丙中,ab棒最终将以相同速度做匀速运动;乙中,ab棒最终静止
D.三种情形下导体棒ab最终都静止
解析:题图甲中ab棒运动后给电容器充电,当充电完成后,棒以一个小于v0的速度向右匀速运动。题图乙中构成了回路,最终棒的动能完全转化为电热,棒停止运动。题图丙中棒先向右减速为零,然后反向加速至匀速,选项A、B正确。
答案:AB
10.
如图所示,边长为L=0.2 m的正方形线圈abcd,其匝数为n=10、总电阻为r=2 Ω,外电路的电阻为R=8 Ω,ab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B=1 T,若线圈从图示位置开始,以角速度ω=2 rad/s绕OO’轴匀速转动,则以下判断中正确的是( )
A.在t=时刻,磁场穿过线圈的磁通量为零,但此时磁通量随时间变化最快
B.闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e=0.8sin 2t
C.从t=0时刻到t=时刻,电阻R上产生的热量Q=3.2π×10-4 J
D.从t=0时刻到t=时刻,通过R的电荷量q=0.02 C
解析:线圈在磁场中转动,Em=nBSω=0.4V,B项错误;当线圈平面与磁场平行时磁通量变化最快,A正确;QR=I2Rt=Rt=1.6π×10-3J,C错误;q=n=0.02C,D正确。
答案:AD
二、填空题(本题共2小题,每小题6分,共12分。将正确答案填在题中横线上或按题目要求作答)
11.图甲为某同学研究自感现象的实验电路图,用电流传感器显示器各时刻通过线圈L的电流。电路中电灯的电阻R1=6.0 Ω,定值电阻R=2.0 Ω,AB间电压U=6.0 V。开关S原来闭合,电路处于稳定状态,在t1=1.0×10-3 s时刻断开开关S,此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示。则线圈L的直流电阻RL= ;断开开关后通过电灯的电流方向为 (选填“向左”或“向右”);在t2=1.6×10-3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小为 。
8
解析:由题图读出,开始时流过电感线圈L的电流I0=1.5A
I0=
解得RL=2Ω
由自感知,电灯中的电流方向为向左
由题图读出t=1.6×10-3s时流过电感线圈的电流I=0.2A
闭合电路欧姆定律E=I(RL+R+R1)得E=2.0V。
答案:2 Ω 向左 2.0 V
12.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计(零刻线在正中位置)及开关如图所示连接在一起,在开关闭合、线圈A在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左滑动时,电流计指针向右偏转,由此可以推断:如果将线圈A从线圈B中抽出时,电流表指针 。当开关由断开状态突然闭合,电流表指针将 。当滑动变阻器滑片P向右滑动时,电流表指针 。(均选填“右偏”或“左偏”)
解析:因为滑动变阻器的滑片P向左滑动时,接入电路的电阻增大,电流减小,穿过线圈B的磁通量减小,指针右偏。反之穿过线圈B的磁通量增大,指针左偏,所以A抽出时磁通量减小,电流表指针右偏,开关接通瞬间和滑动变阻器滑片P向右滑动时,磁通量增大,指针左偏。
答案:右偏 左偏 左偏
三、解答题(本题共4小题,共48分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(11分)在B=0.5 T的匀强磁场中,有一个匝数N=100匝的矩形线圈,边长为Lab=0.2 m,Lbc=0.1 m,线圈绕中心轴OO’以角速度ω=314 rad/s由如图所示位置逆时针方向转动(从上往下看),试求:
(1)线圈中产生感应电动势的最大值;
8
(2)线圈转过30°时感应电动势的瞬时值;
(3)线圈转过周期的过程中感应电动势的平均值。
解析:(1)将立体图改画成平面俯视图,如图所示。当线圈平面与磁感线平行时,ab、cd两边垂直切割磁感线,线圈中产生感应电动势最大
Em=2NBLv=2NBLabω=NBωLabLbc=314V。
(2)当线圈转过30°时,如图所示,
E=2NBLabvcos30°=2NBLabωcos30°=
NBωLabLbccos30°=314×V≈271.9V。
(3)线圈转过周期过程中感应电动势的平均值由磁通量变化率得
=N=N=4N=4NBΔS=200V。
答案:(1)314 V (2)271.9 V (3)200 V
14.(11分)发电厂输出的交流电压为22 kV,输送功率为2.2×106 W,现在用户处安装一降压变压器,用户的电压为220 V,发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22 Ω。求:
(1)输电导线上损失的电功率。
(2)变压器原、副线圈匝数之比。
解析:(1)输送电流
I线=A=100A
则损失功率为
P损=R线=1002×22W=2.2×105W。
(2)变压器原线圈电压U1=U总-U线=U总-I线R线=2.2×104V-100×22V=19800V
所以原、副线圈匝数之比=90∶1。
答案:(1)2.2×105 W (2)90∶1
15.(13分)
如图所示,光滑的金属导轨间距为L,导轨平面与水平面成α角,导轨下端接有阻值为R的电阻,质量为m的金属杆ab与绝缘轻质弹簧相连静止在导轨上,弹簧劲度系数为k,上端固定,弹簧与导轨平面平行,整个装置处在垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场中,磁感应强度为B。现给金属杆一沿轨道向下的初速度v0,金属杆向下运动至速度为零后,再沿轨道平面向上运动达最大速度,大小为v1
8
,然后减速为零,再沿轨道平面向下运动……一直往复运动到静止(导轨与金属杆的电阻忽略不计)。试求:
(1)金属杆获得初速度瞬间,通过R的电流大小;
(2)当金属杆速度为v1时离最初静止时位置的距离L1;
(3)金属杆由初速度v0开始运动直到最后静止,电阻R上产生的焦耳热Q。
解析:(1)由E=BLv0,I0=可得I0=。
(2)设金属杆最初静止不动时弹簧伸长x0,
kx0=mgsinα
当金属杆的速度为v1时弹簧伸长x1,
kx1=mgsinα+BI1L
此时I1=,L1=x1-x0得L1=。
(3)金属杆最后静止时,金属杆在初始位置,由能量守恒可得Q=。
答案:(1) (2) (3)
16.(13分)
在磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中,有一个正方形金属线圈abcd,边长L=0.2 m,线圈的ad边与磁场的左侧边界重合(如图所示),线圈的电阻R=0.4 Ω。用外力把线圈从磁场中移出有两种方法:一种是用外力把线圈从左侧边界匀速平动移出磁场;另一种是以ad边为轴,用力使线圈匀速转动移出磁场,两种方法所用的时间都是t=0.1 s。求:
(1)线圈匀速平动移出磁场的过程中,外力对线圈所做的功。
(2)线圈匀速转动移出磁场的过程中,外力对线圈所做的功。
解析:(1)使线圈匀速平动移出磁场时,bc边切割磁感线而产生恒定的感应电动势E=BLv,而v=
外力对线圈所做的功等于线圈中消耗的电能,即
W1=t==0.01J。
(2)线圈以ad边为轴匀速转动移出磁场时,线圈中产生的感应电动势和感应电流都是按正弦规律变化的,
感应电动势的最大值为
Em=BSω
又ω=
外力对线圈所做的功等于线圈中消耗的电能,即
W2=t==0.012J。
答案:(1)0.01 J (2)0.012 J
8
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