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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；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 當左側線圈中通有不斷減小的順時針方向的電流時，知穿過右側線圈的磁通量向右，且減小，根據(jù)楞次定律，右側線圈中產(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，線圈沿軸逆時針轉動，由C轉到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軸在勻強磁場中勻速轉動，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勻速轉動，外電路電阻為R，當線圈由圖示位置轉過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小；
(2)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢大小；
(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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