单元检测(十一、十二)　交变电流　传感器　近代物理初步.docx

单元检测(十一、十二)　交变电流　传感器　近代物理初步 考生注意：‎ ‎1.本试卷共4页.‎ ‎2.答卷前，考生务必用蓝、黑色字迹的钢笔或圆珠笔将自己的姓名、班级、学号填写在相应位置上.‎ ‎3.本次考试时间90分钟，满分100分.‎ ‎4.请在密封线内作答，保持试卷清洁完整.‎ 一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分.在每小题给出的四个选项中只有一个选项正确，选对得4分，选错得0分)‎ ‎1.图1中四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A.图甲，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 B.图乙，用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的能量 C.图丙，玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的 D.图丁，汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构 ‎2.下列关于核反应及衰变的表述正确的有(　　)‎ A.X＋N→O＋H中，X表示H B.H＋H→He＋n是轻核聚变 C.半衰期与原子所处的化学状态有关 D.β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱 ‎3.太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少，太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近(　　)‎ A.1036 kg B.1018 kg C.1013 kg D.109 kg ‎4.下列说法中正确的是(　　)‎ A.氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时放出光子的频率一定等于入射光子的频率 B.Th(钍)核衰变为Pa(镤)核时，衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与β粒子的总质量 C.α粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的 D.分别用X射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用X射线照射时光电子的最大初动能较大 ‎5.图2甲是一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示.发电机线圈的内阻不计，外接灯泡的电阻为12 Ω，则(　　)‎ 图2‎ A.在t＝0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量为零 B.电压表的示数为6 V C.灯泡消耗的电功率为3 W D.若其他条件不变，仅将线圈的转速提高一倍，则线圈电动势的表达式e＝12sin 100πt (V)‎ ‎6.如图3所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为3∶1，副线圈接三个相同的灯泡，均能正常发光，若在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡L(设电源电压有效值不变)，则(　　)‎ 图3‎ A.灯L与三灯亮度相同 B.灯L比三灯都暗 C.灯L将会被烧坏 D.无法判断其亮度情况 二、多项选择题(本题共6小题，每小题5分，共30分.在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项是正确的，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)‎ ‎7.如图4所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、“220 V　900 W”的电饭锅及“220 V　200 W”的抽油烟机.现接入u＝311sin 100πt (V)的交流电，下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A.交流电压表的示数为311 V B.1 s内流过保险丝的电流方向改变100次 C.电饭锅的热功率是抽油烟机热功率的4.5倍 D.为保证电路正常工作，保险丝的额定电流不能小于5 A ‎8.(2016·天津理综·6)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是(　　)‎ A.赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 B.查德威克用α粒子轰击N获得反冲核O，发现了中子 C.贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D.卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 ‎9.图5甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是(　　)‎ 图5‎ A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50π rad/s C.t＝0.01 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.t＝0.02 s时，电阻R中电流的方向自右向左 ‎10.(2014·山东理综·39(1))氢原子能级如图6所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是(　　)‎ 图6‎ A.氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm B.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级 C.一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线 D.用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级 ‎11.下列说法正确的是(　　)‎ A.发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构 B.在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，若从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小 C.原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用 D.氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子的动能增加，原子的电势能减小 ‎12.如图7甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则(　　)‎ 图7‎ A.两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3‎ C.曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 三、非选择题(本题共5小题，共46分)‎ ‎13.(10分)对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻Rt，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的.某同学将Rt和两个适当的定值电阻R1、R2连成图8虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻RL的阻值随Rt所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围.为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下RL的阻值，测量电路如图所示，图中的电压表内阻很大.实验中的部分实验数据测量结果如表所示.‎ 图8‎ 温度t/℃‎ ‎30.0‎ ‎40.0‎ ‎50.0‎ ‎60.0‎ ‎70.0‎ ‎80.0‎ ‎90.0‎ RL阻值/Ω ‎54.3‎ ‎51.0‎ ‎47.5‎ ‎44.3‎ ‎41.0‎ ‎37.9‎ ‎34.7‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)根据图8所示的电路，在图9所示的实物图上连线.‎ 图9‎ ‎(2)为了检验RL与t之间近似为线性关系，在图10的坐标纸上作出RL－t关系图线.‎ 图10‎ ‎(3)在某一温度下，电路中的电流表、电压表的示数如图11甲、乙所示，电流表的读数为________，电压表的读数为________.此时等效电阻RL的阻值为________；热敏电阻所处环境的温度约为________.‎ 图11‎ ‎14.(8分)在某些恒星内部，3个氦核(He)结合成1个碳核(C).已知1个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2，1个质子的质量为mp，1个中子的质量为mn，真空中的光速为c.请求出：‎ ‎(1)核反应方程；‎ ‎(2)核反应的质量亏损；‎ ‎(3)碳核的比结合能.‎ ‎15.(8分)(2018·宁夏银川模拟)卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现质子，发现质子的核反应方程为N＋He→O＋H.已知氮核质量为mN＝14.007 53 u，氧核质量为mO＝17.004 54 u，氦核质量为mHe＝4.003 87 u，质子(氢核)质量为mp＝1.008 15 u.(已知：1 uc2＝931 MeV，结果保留2位有效数字)求：‎ ‎(1)这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应？相应的能量变化为多少？‎ ‎(2)若入射氦核以v＝3×107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止的氮核，反应生成的氧核和质子同方向运动，且速度大小之比为1∶50，求氧核的速度大小 .‎ ‎16.(10分)某河的水流量为4 m3/s，水流下落的高度差为5 m.现在利用河水来发电，设所用发电机的总效率为50%.(水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，g＝9.8 m/s2)‎ ‎(1)求发电机的输出功率.‎ ‎(2)设发电机的输出电压为350 V，在输送途中输电线的电阻为4 Ω，损耗的功率为输出功率的5%，在用户需用电压为220 V时，求所用升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别为多少？‎ ‎17.(10分)(2018·四川成都模拟)如图12所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B.M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：‎ 图12‎ ‎(1)感应电动势的最大值；‎ ‎(2)从图示位置起转过圈的时间内，负载电阻R上产生的热量；‎ ‎(3)从图示位置起转过圈的时间内，通过负载电阻R的电荷量；‎ ‎(4)电流表的示数.‎ 答案精析 ‎1.C　2.B　3.D　4.D ‎5.C　[在t＝0.01 s的时刻，电动势为零，则线圈平面位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；电动势的最大值为Em＝6 V，电压表测量的为有效值，故示数为E＝ V＝6 V，选项B错误；灯泡消耗的功率P＝＝ W＝3 W，选项C正确；周期为0.02 s，瞬时电动势表达式为e＝Emsin(t)＝6sin 100πt (V).转速提高一倍后，ω＝2πn，角速度变为原来的2倍，最大值变成12 V，表达式应为e＝12sin 200πt (V)，选项D错误.]‎ ‎6.A　[由于电源电压有效值不变，设为U，当在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡L时，灯L与原线圈分压，设原线圈两端的电压为U1，则U1＝U－UL，其中UL为灯泡L两端的电压，UL＝I1RL，设此时接入副线圈的每只灯泡中的电流为I，则副线圈输出电流I2＝3I，根据电流与匝数关系＝＝，得I1＝·I2＝I，即四只灯泡中的电流相同，功率相同，亮度相同，故选项A正确.]‎ ‎7.BD　[由u＝311sin 100πt(V)知，电压最大值Um＝311 V，f＝ Hz＝50 Hz,1 s内电流方向改变100次，交流电压表的示数为电压有效值U＝＝220 V，故选项A错误，B正确；电饭锅的功率为抽油烟机功率的4.5倍，但抽油烟机不是纯电阻元件，其热功率小于200 W，故选项C错误；电路正常工作时的总功率P＝1 100 W，有I＝＝ A＝5 A，故选项D正确.]‎ ‎8.AC　[麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；卢瑟福用α粒子轰击N，获得反冲核O，发现了质子，选项B错误；贝可勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核具有复杂结构，选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，选项D错误.]‎ ‎9.AC　[电流表测量的是电路中电流的有效值I＝10 A，选项A正确.由题图乙可知，T＝0.02 s，所以ω＝＝100π rad/s，选项B错误.t＝0.01 s时，电流最大，线圈平面与磁场方向平行，选项C正确.t＝0.02 s时，线圈所处的状态就是图示状况，此时R中电流的方向自左向右，选项D错误.]‎ ‎10.CD　[能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，A选项错误；由Em－En＝hν可知，B选项错误，D选项正确；根据C＝3可知，辐射的光子频率最多有3种，C选项正确.]‎ ‎11.BD　[天然放射现象的发现意义在于使人类认识到原子核具有复杂结构，所以A项错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知同种频率的光照射不同金属表面，光电子的最大初动能越大，逸出功越小，所以B项正确；原子核内的某一核子只与其相邻的核子有核力作用，所以C项错误；电子从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道的过程中，能级减小，放出光子，轨道半径减小，电场力做正功，电子动能增大，原子电势能减小，所以D项正确.]‎ ‎12.AC　[从图象可知，两次转动都是从中性面开始计时的，故A选项正确；曲线a、b对应的线圈转动的周期之比为2∶3，则转速之比为3∶2，故B选项错误；曲线a的周期Ta＝4×10－2 s，则曲线a表示的交变电动势的频率fa＝＝25 Hz，故C选项正确；交变电动势的最大值Em＝nBSω，则曲线a、b表示的交变电动势的峰值之比为Ema∶Emb＝ωa∶ωb＝3∶2，即Emb＝Ema＝10 V，故曲线b表示的交变电动势的有效值为E有＝ V＝5 V，D选项错误.]‎ ‎13.(1)连线如图甲所示　(2)RL－t关系图线如图乙所示　(3)115 mA ‎5.00 V　43.5 Ω　63.0 ℃‎ 解析　(3)因为电流表的最小刻度为5 mA，故读数时只需要精确到1 mA，所以电流表的读数为115 mA，而电压表的最小刻度为0.1 V，故读数时要估读到0.01 V，所以电压表的读数为5.00 V.等效电阻RL＝≈43.5 Ω，结合RL－t图象可知热敏电阻所处环境的温度约为63.0 ℃.‎ ‎14.(1)3He→C　(2)3m1－m2　(3) 解析　(1)根据题述，核反应方程为3He→C ‎(2)核反应的质量亏损为Δm＝3m1－m2.‎ ‎(3)碳核由6个质子和6个中子共12个核子组成，组成碳核的质量亏损为Δm′＝6mp＋6mn－m2，结合能为ΔE′＝Δm′c2＝(6mp＋6mn－m2)c2.碳核的比结合能为＝.‎ ‎15.(1)吸收能量　1.2 MeV　(2)1.8×106 m/s 解析　(1)由Δm＝mN＋mHe－mO－mp，得Δm＝－0.001 29 u.‎ 由于核反应后质量增加，所以这一核反应是吸收能量的反应，吸收的能量ΔE＝|Δm|c2＝0.001 29 uc2＝1.2 MeV.‎ ‎(2)该过程满足动量守恒条件，由动量守恒定律可得 mHev＝mOvO＋mpvp 又vO∶vp＝1∶50.‎ 解得vO＝1.8×106 m/s.‎ ‎16.(1)9.8×104 W　(2)　 解析　(1)水推动发电机叶轮的功率P＝，又m＝ρV 所以P＝，发电机的输出功率为P出＝50%P 解得P出＝50%×1.0×103×4×9.8×5 W＝9.8×104 W.‎ ‎(2)输电线上损耗的功率为 P损＝5%P出＝5%×9.8×104 W＝4.9×103 W 又P损＝I2r 所以输电线中的电流 I＝＝ A＝35 A 根据理想变压器的输入功率和输出功率相等可知，升压变压器副线圈两端的电压为 U2＝＝ V＝2.8×103 V 所以升压变压器原、副线圈的匝数比为 ＝＝＝ 因为降压变压器原线圈两端的电压为 U1′＝2.8×103 V－35×4 V＝2.66×103 V 降压变压器副线圈两端的电压为U2′＝220 V 所以降压变压器原、副线圈的匝数比为 ＝＝＝.‎ ‎17.(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) 解析　(1)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流.‎ 此交变电动势的最大值为 Em＝BSω＝B··2πn＝π2Bnr2‎ ‎(2)在线圈从图示位置转过圈的时间内，电动势的有效值为E＝＝ 电阻R上产生的热量为Q＝()2R·＝ ‎(3)在线圈从图示位置转过圈的时间内，电动势的平均值为＝ 通过R的电荷量q＝·Δt＝·Δt＝＝ ‎(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E′，由有效值的定义得·＝T，解得E′＝ 故电流表的示数为I＝＝.‎