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模塊滾動檢測卷(四)
(范圍:選修3-2 滿分:100分)
一、單項選擇題(本題共13小題,每小題3分,滿分39分.每小題給出的四個選項中,只有一個選項正確.選對的得3分,不選或錯選得0分)
1.(2016杭州市余杭區(qū)高二期末)電磁感應是發(fā)電的基本原理之一,發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的科學家是( )
A.安培 B.赫茲
C.法拉第 D.麥克斯韋
答案 C
解析 發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的科學家是法拉第,故選C.
2.隨著科技的不斷發(fā)展,無線充電已經(jīng)進入人們的生活.某品牌手機的無線充電原理如圖1所示,下列哪種裝置的工作原理與其相同( )
圖1
A.電磁爐 B.電動機
C.回旋加速器 D.速度選擇器
答案 A
解析 手機無線充電及電磁爐均應用了電磁感應原理;而電動機是導線在磁場中受力;回旋加速器利用電場中的加速及磁場中的偏轉(zhuǎn);速度選擇器采用的是復合場中的運動;故選A.
3.如圖2所示,水平放置的光滑桿上套有A、B、C三個金屬環(huán),其中B接電源.在接通電源的瞬間,A、C兩環(huán)( )
圖2
A.都被B吸引
B.都被B排斥
C.A被吸引,C被排斥
D.A被排斥,C被吸引
答案 B
解析 在接通電源的瞬間,通過B環(huán)的電流變大,電流產(chǎn)生的磁場增強,穿過A、C兩環(huán)的磁通量變大,A、C兩環(huán)產(chǎn)生感應電流,由楞次定律可知,感應電流的磁場總是阻礙原磁通量的變化,為了阻礙原磁通量的增加,A、C兩環(huán)都被B環(huán)排斥而遠離B環(huán),以阻礙磁通量的增加,故A、C、D錯誤,B正確;故選B.
4.如圖3為安檢門原理圖,左邊門框中有一通電線圈,右邊門框中有一接收線圈.工作過程中某段時間通電線圈中存在順時針方向均勻減小的電流,則( )
圖3
A.無金屬片通過時,接收線圈中的感應電流方向為逆時針
B.無金屬片通過時,接收線圈中的感應電流增大
C.有金屬片通過時,接收線圈中的感應電流方向為逆時針
D.有金屬片通過時,接收線圈中的感應電流大小發(fā)生變化
答案 D
解析 當左側(cè)線圈中通有不斷減小的順時針方向的電流時,知穿過右側(cè)線圈的磁通量向右,且減小,根據(jù)楞次定律,右側(cè)線圈中產(chǎn)生順時針方向的電流;故A錯誤;無金屬片通過時,通電線圈中存在順時針方向均勻減小的電流,則通電線圈中的磁通量均勻減小,所以穿過右側(cè)線圈中的磁通量均勻減小,則磁通量的變化率是定值,由法拉第磁感應定律可知,接收線圈中的感應電流不變.故B錯誤;有金屬片通過時,則穿過金屬片中的磁通量發(fā)生變化,金屬片中也會產(chǎn)生感應電流,感應電流的方向與接收線圈中的感應電流的方向相同,所以也會將該空間中的磁場的變化削弱一些,引起接收線圈中的感應電流大小發(fā)生變化.但是電流的方向不會發(fā)生變化;故C錯誤,D正確;故選D.
5.(2016杭州月考)如圖4甲所示,矩形線圈abcd在勻強磁場中逆時針勻速轉(zhuǎn)動時,線圈中產(chǎn)生的交變電流如圖乙所示,設沿abcda方向為電流正方向,則下列說法正確的是( )
圖4
A.乙圖中ab時間段對應甲圖中A至B圖的過程
B.乙圖中bc時間段對應甲圖中C至D圖的過程
C.乙圖中d時刻對應甲圖中的D圖
D.若乙圖中d處是0.02 s,則1 s內(nèi)感應電流的方向改變50次
答案 B
解析 A圖中,穿過線圈的磁通量最大,但變化率為零,此時線圈產(chǎn)生的電動勢為零,故A錯;C圖中,穿過線圈的磁通量最大,變化率為零,此時產(chǎn)生的電動勢也為零,線圈沿軸逆時針轉(zhuǎn)動,由C轉(zhuǎn)到D的過程中,穿過線圈的磁通量減小,感應電流形成的磁場與原磁場方向相同,故感應電流的方向為adcba,與規(guī)定方向相反,電流為負,B對;乙圖中的d時刻感應電流為零,線圈應處于中性面位置,知C錯;若乙圖中d處是0.02 s,即周期為0.02 s,一個周期內(nèi)感應電流方向改變兩次,故1 s改變100次,D錯.
6.如圖5,有一臺使用交流電的電冰箱上標有額定電壓為“220 V”的字樣,這“220 V”是指( )
圖5
A.交流電電壓的最大值
B.交流電電壓的瞬時值
C.交流電電壓的有效值
D.交流電電壓的平均值
答案 C
解析 平時所說、電表所測、銘牌所標都是有效值,此題中的“220 V”是電冰箱銘牌所標注的,是有效值,故選C.
7.(2015紹興模擬)如圖6所示,正方形線圈abcd位于紙面內(nèi),邊長為L,匝數(shù)為N,過ab中點和cd中點的連線OO′恰好位于垂直紙面向里的勻強磁場的右邊界上,磁感應強度為B,則穿過線圈的磁通量為( )
圖6
A. B. C.BL2 D.NBL2
答案 A
解析 在勻強磁場中,當線圈與磁場垂直時,穿過線圈的磁通量為Φ=BS,圖中S為有磁感線穿過線圈的面積,即為有效面積,磁通量與線圈的匝數(shù)無關.當正方形線圈abcd有一半處在磁感應強度為B的勻強磁場中時,磁通量為:Φ=BL2=,故選A.
8.如圖7甲所示,一個圓形線圈的匝數(shù)n=100匝,線圈面積S=200 cm2,線圈的電阻r=1 Ω,線圈外接一個阻值R=4 Ω的電阻,把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強磁場中,磁感應強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示.下列說法中正確的是( )
圖7
A.電阻R兩端的電壓均勻增大
B.初始時刻穿過線圈的磁通量為0.4 Wb
C.電路中電流為0.025 A
D.電路中電流為0.02 A
答案 D
解析 根據(jù)法拉第電磁感應定律,可知磁通量的變化率恒定,所以電動勢恒定,則電阻兩端的電壓恒定,故A錯誤;初始時刻穿過線圈的磁通量為Φ=BS=0.220010-4 Wb=0.004 Wb,故B錯誤;由法拉第電磁感應定律得:
E=n=n =1000.02 V=0.1 V,
由閉合電路歐姆定律,可知電路中的電流為
I== A=0.02 A, 故C錯誤,D正確.
9.圖8中兩條平行虛線之間存在勻強磁場,虛線間的距離為l,磁場方向垂直紙面向里.a(chǎn)bc是位于紙面內(nèi)的等腰直角三角形線圈,ab邊平行于磁場的虛線邊界,bc邊長也為l.t=0時刻,c點位于磁場區(qū)域的邊界上(如圖).現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域.取沿a→b→c方向的感應電流為正,則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中,感應電流i隨時間t變化的圖線可能是( )
圖8
答案 A
解析 感應電流i=,在0~時間內(nèi),由右手定則及楞次定律判斷可知,感應電流方向沿逆時針方向,是正的,線圈切割磁感線的有效長度l′均勻增加,則電流i均勻增加;在~時間內(nèi),由右手定則及楞次定律判斷可知,感應電流方向沿順時針方向,是負的,線圈切割磁感線的有效長度l′均勻增加,則電流I均勻增加;由圖示圖象可知,B、C、D錯誤,A正確;故選:A.
10.如圖9所示,在磁感應強度為B的勻強磁場中,有半徑為r的光滑半圓形導體框,OC為一能繞O在框架上滑動的導體棒,Oa之間連一電阻R,導體框架與導體棒的電阻均不計,若使OC以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動,則( )
圖9
A.通過電阻R的電流方向由a經(jīng)R到O
B.導體棒O端電勢低于C端的電勢
C.外力做功的功率為
D.回路中的感應電流大小為
答案 C
解析 根據(jù)右手定則得知,導體棒OC中的感應電流方向為從C到O,則通過電阻R中的電流方向由O經(jīng)R到a,故A錯誤.導體棒OC切割磁感線,相當于電源,O是電源的正極,C是負極,則O端的電勢高于C端,故B錯誤.導體棒OC產(chǎn)生的感應電動勢為E=Br2ω,則電流為I==,故D錯誤.外力做功的功率等于電路產(chǎn)生的電功率P=EI=,故C正確.故選C.
11.(2016寧波模擬)一自耦變壓器如圖10所示,環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈,將其接在a、b間作為原線圈.通過滑動觸頭取該線圈的一部分,接在c、d間作為副線圈.在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時,c、d間的輸出電壓為U2,在將滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中( )
圖10
A.U2>U1,U2降低 B.U2>U1,U2升高
C.U2
I2 B.I3U2
答案 A
解析 由電廠向外輸送先經(jīng)升壓變壓器,再經(jīng)降壓變壓器到用戶,故U1U4,D錯;在輸電線上,U2=I2R+U3,故U2>U3,C錯;變壓器為理想變壓器,故P1=P2,P3=P4,又由P=UI知功率相等時,電壓越大,電流越小,A對,B錯.
13.如圖12甲所示,矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,輸出交流電的電動勢圖象如圖乙所示,經(jīng)原副線圈匝數(shù)比為1∶10的理想變壓器給一燈泡供電如圖丙所示,燈泡的額定功率為22 W.現(xiàn)閉合開關,燈泡正常發(fā)光.則( )
圖12
A.t=0.01 s時刻穿過線框回路的磁通量為零
B.線框的轉(zhuǎn)速為100 r/s
C.變壓器原線圈中電流表示數(shù)為1 A
D.燈泡的額定電壓為220 V
答案 C
解析 由題圖乙可知,當t=0.01 s時,感應電動勢為零,則此時穿過線框回路的磁通量最大,故A錯誤;由圖可知,交流電的周期為0.02 s,則轉(zhuǎn)速為:n==50 r/s,故B錯誤;原線圈輸入電壓有效值為22 V,則副線圈的電壓為2210 V=220 V;由P=UI可知,副線圈電流I2== A=0.1 A,則由=,求得I1=1 A;故C正確;燈泡正常發(fā)光,故額定電壓為220 V,故D錯誤;故選C.
二、不定項選擇題(本題共3小題,每小題3分,滿分9分.在每小題給出的四個選項中,至少有一個選項符合題意,全部選對的得3分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分)
14.如圖13所示的電路中,A1和A2是完全相同的燈泡,線圈L的電阻可以忽略.下列說法中正確的是( )
圖13
A.合上開關K接通電路時,A2先亮,A1后亮,最后一樣亮
B.合上開關K接通電路時,A1和A2始終一樣亮
C.斷開開關K切斷電路時,A2立刻熄滅,A1逐漸熄滅
D.斷開開關K切斷電路時,A1和A2都逐漸熄滅
答案 AD
解析 合上開關K接通電路時,A2立即正常發(fā)光,線圈中電流要增大,由于自感電動勢的阻礙,燈泡A1中電流只能逐漸增大,則A2先亮,A1后亮,最后一樣亮,故A正確,B錯誤;A2原來的電流立即減小為零,線圈中產(chǎn)生自感電動勢,兩燈泡串聯(lián)和線圈組成回路,回路中電流從原來值逐漸減小到零,則A1和A2要過一會兒才熄滅,故C錯誤,D正確.
15.如圖14所示,矩形線圈面積為S,匝數(shù)為N,線圈電阻為r,在磁感應強度為B的勻強磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,外電路電阻為R,當線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中,下列說法正確的是( )
圖14
A.磁通量的變化量ΔΦ=NBS
B.電壓表的示數(shù)為
C.電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q=
D.通過電阻R的電量為q=
答案 CD
解析 當線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中,磁通量的變化量ΔΦ=BS,選項A錯誤;線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢的最大值為Em=NBSω,電動勢的有效值為E=,電壓表測量的是電路的外電壓,所以電壓表的示數(shù)為U==,所以B錯誤;電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q==,選項C正確;通過電阻R的電量為q=N=,選項D正確;故選C、D.
16.(2016舟山調(diào)研)一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1,原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖15甲所示,副線圈所接電路如圖乙所示,P為滑動變阻器的觸頭.則( )
圖15
A.副線圈輸出電壓的頻率為50 Hz
B.副線圈輸出電壓的有效值約為31 V
C.P向右移動時,原線圈中的電流變小
D.P向右移動時,負載R上的功率變大
答案 AD
解析 理想變壓器原副線圈不會改變交流電的頻率,所以副線圈輸出電壓的頻率為f=,由圖可知交流電的周期為0.02 s,故頻率為50 Hz,故A對.變壓器原副線圈電壓之比為匝數(shù)比即10∶1,副線圈輸出電壓最大值約為31 V,正弦交流電的最大值等于有效值的倍,故輸出有效值約為22 V,故B錯.P向右移動時,電阻變小,輸出電流變大,輸入電流也變大,故C錯.由C選項可知輸出電流增大,由電阻R消耗功率P=I2R可知,負載R上的功率變大,故D對.故選A、D.
三、實驗題(本題共2小題,每空格2分,共10分)
17.(6分)在探究電磁感應現(xiàn)象的實驗中:
(1)首先要確定電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向間的關系.實驗中所用電流表量程為100 μA,電源電動勢為1.5 V,待選的保護電阻有三種R1=20 kΩ,R2=1 kΩ,R3=100 Ω,應選用________Ω的電阻.
(2)已測得電流表指針向右偏時,電流是由正接線柱流入.由于某種原因,螺線管線圈繞線標識已沒有了,通過實驗查找繞線方向.如圖16所示,當磁鐵N極插入線圈時,電流表指針向左偏,如圖17所示線圈的繞線方向是________圖(填“左”或“右”).
圖16
圖17
(3)若將條形磁鐵S極放在下端,從螺線管中拔出,這時電流表的指針應向________偏(填“左”或“右”).
答案 (1)20 k (2)左 (3)左
解析 (1)由閉合電路歐姆定律得:R== Ω=15103 Ω,R1>R.不會使電流表超過量程,達到保護的作用,所以應選20 kΩ的電阻.
(2)當磁鐵N極插入螺線管時,根據(jù)楞次定律,感應電流的磁場阻礙原磁通量的增加,螺線管上端應為N極,下端為S極,又電流表指針向左偏,可知電流方向是由電流表正接線柱流出至螺線管上端接線柱,由安培定則可判斷螺線管的繞線方向如左圖所示.
(3)若將條形磁鐵S極放在下端,從螺線管中拔出時,感應電流的磁場為阻礙原磁通量的減少,螺線管上端應為N極,下端為S極,由螺線管的繞線方向可以判定電流是從電流表的負接線柱流入,故指針向左偏.
18.(4分)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關系”實驗中,下列連線正確的是________,實驗時,若可拆變壓器的鐵芯固定得不是很緊時,變壓器會發(fā)出較響的“嗡嗡”聲,產(chǎn)生“嗡嗡”聲的原因是____________________.
答案 B 在交變電流產(chǎn)生的磁場作用下,發(fā)生電磁感應,鐵芯受安培力作用產(chǎn)生振動,發(fā)出聲音.
解析 A圖連接的是直流電,所以A錯;C圖只連接了原線圈,C錯;D圖原、副線圈都沒有連上,不能工作,D錯;正確的接法是原線圈接上交流電,副線圈接上用電器,所以B正確.在交變電流產(chǎn)生的磁場作用下,發(fā)生電磁感應,鐵芯受安培力作用產(chǎn)生振動,發(fā)出聲音.
四、計算題(本題共4小題,19題10分,20題10分,21題10分,22題12分,共42分.要求每題寫出解題過程,只有答案沒有過程概不評分)
19.(10分)如圖18所示,一個小型應急交流發(fā)電機.內(nèi)部為n=50匝邊長L=20 cm的正方形線圈,總電阻為r=1.0 Ω.線圈在磁感應強度為B=0.1 T的勻強磁場中,繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動.發(fā)電機對一電阻為R=9.0 Ω的電燈供電,線路中其它電阻不計,若發(fā)電機的轉(zhuǎn)動角速度為ω=100 rad/s時,電燈正常發(fā)光.求:
圖18
(1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大值;
(2)電燈正常發(fā)光的功率;
(3)從圖示位置開始,線圈轉(zhuǎn)過30的過程中,通過電燈的電量.
答案 (1)20 V (2)18 W (3)0.01 C
解析 (1)電動勢的最大值為Em=nBSω=nBωL2=500.10.04100 V=20 V
(2)電動勢的有效值為E==10 V
流過電燈的電流為I== A= A
電燈正常發(fā)光的功率P=I2R=18 W
(3)q=t=n==0.01 C.
20.(10分)如圖19,水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導軌間接一電阻R=1 Ω,質(zhì)量為m=1 kg,長度為l=1 m的金屬桿置于導軌上,t=0時,金屬桿在水平向右、大小為F=2 N的恒定拉力作用下由靜止開始運動,t0=4 s時刻,金屬桿進入磁感應強度大小為B=0.5 T、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域,且在磁場中恰好能保持勻速運動,桿與導軌的電阻忽略不計,兩者始終保持垂直且接觸良好,兩者之間的滑動摩擦力為Ff=1 N,重力加速度大小為g=10 m/s2.求:
圖19
(1)未進入磁場前,金屬桿做勻加速直線運動的加速度大??;
(2)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢大??;
(3)金屬桿進入磁場后所受安培力的大小.
答案 (1)1 m/s2 (2)2 V (3)1 N
解析 (1)未進入磁場前,受拉力和摩擦力作用,根據(jù)牛頓第二定律可得F-Ff=ma,解得a==1 m/s2
(2)剛進磁場時的速度:v0=at0
感應電動勢為:E=Blv0
解得:E=Blat0=2 V
(3)根據(jù)共點力平衡條件可得F安=F-Ff=1 N.
21.(10分)如圖20所示為杭州某學校一套校內(nèi)備用供電系統(tǒng),由一臺內(nèi)阻為1 Ω的發(fā)電機向全校22個教室(每個教室有“220 V 40 W”的白熾燈6盞)供電.如果輸電線的總電阻R是4 Ω,升壓變壓器和降壓變壓器(都認為是理想變壓器)的匝數(shù)比分別是1∶4和4∶1,那么:
圖20
(1)發(fā)電機的輸出功率應是多大?
(2)發(fā)電機的電動勢是多大?
(3)輸電效率是多少?
答案 (1)5 424 W (2)250 V (3)97.3%
解析 (1)全校教室白熾燈消耗的功率
P用=22406 W=5 280 W.
設輸電線路電流為I線,輸電電壓為U2,降壓變壓器原線圈電壓為U3,
==而U4=220 V,
則U3=4220 V=880 V,
I線== A=6 A
線路損失功率P損=I線2R線=364 W=144 W,
所以P出=P用+P損=5 424 W.
(2)U損=I線R線=64 V=24 V,
U2=U損+U3=904 V,
由=得:U1==904 V=226 V
升壓變壓器原線圈電流I1== A=24 A
發(fā)電機的電動勢E=I1r+U1=241 V+226 V=250 V.
(3)η=100%=100%≈97.3%.
22.(12分)(2016浙江溫州中學期末)如圖21所示,足夠長的兩光滑水平導軌間距L=1.0 m,導軌間接有R=2.5 Ω的電阻和電壓傳感器.電阻r=0.5 Ω、質(zhì)量m=0.02 kg的金屬棒ab,在恒力F=0.5 N的作用下沿導軌由靜止開始滑動,導軌的電阻忽略不計.整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中,磁感應強度的大小B=1.0 T.
圖21
(1)請判別通過金屬棒ab的電流方向;
(2)寫出電壓傳感器兩端的電壓U與金屬棒ab速度v的關系式;
(3)若F作用2.0 m時,金屬棒ab已達到最大速度,求這一過程中拉力功率的最大值及金屬棒ab產(chǎn)生的焦耳熱.
答案 (1)b到a (2)U=v(0
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模塊滾動檢測卷四
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