高中物理 选择性必修二：模块综合检测（含答案）

模块综合检测
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．关于交变电流的有效值和峰值，下列说法中不正确的是(　　)
A．任何形式的交变电流的有效值和峰值都满足U＝
B．只有正、余弦式交变电流才有U＝的关系
C．照明电压220 V、动力电压380 V指的都是交变电流的有效值
D．交流电压表和交流电流表测量的都是交变电流的有效值
2.如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场的边界上，有一个质量和电荷量确定的正离子，从O点第一次以速度v射入磁场中，射入方向与边界成θ角，第二次以速度2v射入，其他条件不变。若不计重力，则(　　)
A．运动的轨迹半径相同
B．重新回到边界时的速度大小与射入时不相等
C．重新回到边界的位置与O点间的距离相同
D．运动的时间相同
3.如图所示电路中，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u＝20sin 100πt V，则加在R2上的电压有效值为(　　)
A．10 V　　　　　　　　　 B．20 V
C．15 V D．5 V
4.一带电粒子沿垂直磁场方向射入一匀强磁场，自下而上经过一铅板P后，半径减小，轨迹如图所示。则下列说法正确的是(　　)
A．粒子带正电荷，速度逐渐减小
B．粒子带负电荷，速度逐渐减小
C．粒子带正电荷，速度逐渐增大
D．粒子带负电荷，速度逐渐增大
5．图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(　　)
A．图1中，A1与L1的电阻值相同
B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C．图2中，变阻器R与L2的电阻值相同
D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
6.如图所示，在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是(　　)
A．无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点
B．无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长
C．若小球带负电荷，小球会落在更远的b点
D．若小球带正电荷，小球会落在更远的b点
7.小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图所示。在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，此时电子测力计的示数为G1，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计。直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路，总阻值为R。若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率v在磁场中竖直向上运动，这时电子测力计的示数为G2，铜条在磁场中的长度为L。关于在直铜条AB向上运动过程中的说法正确的是(　　)
A．直铜条AB所受安培力方向竖直向上
B．直铜条AB中感应电流方向为B→A
C．G1＜G2
D．磁感应强度的大小为B＝
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
8.如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动。则PQ所做的运动可能是(　　)
A．向右加速运动 B．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向左减速运动
9.如图，空间某区域内存在沿水平方向的匀强磁场，一正方形闭合金属线框自磁场上方某处自由释放后穿过磁场，整个过程线框平面始终竖直，线框边长小于磁场区域上下宽度。以线框刚进入磁场时为计时起点，下列描述线框所受安培力F随时间t变化的图像中，可能正确的是(　　)
10．漏电断路器是家庭电路中必不可少的一种安全保护装置，如图为其基本原理图。电源线的火线与零线并行绕在铁芯上，当与放大器相连的线圈有微小电流时，即刻会驱动电磁继电器断开电源，实现安全保护。下列相关说法正确的是(　　)
A．当与地不绝缘的人不小心触碰到火线时，漏电断路器会即刻断开电源
B．当与地绝缘的人不小心同时触碰到火线与零线时，漏电断路器会即刻断开电源
C．当外接电网是恒定直流电源时，漏电断路器不能正常工作
D．在相同条件下，放大器绕在铁芯上的线圈匝数越多，则能检测到更微小的漏电
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(7分)如图所示是三个成功的演示实验，回答下列问题。
(1)在实验中，电流表指针偏转的原因是______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)电流表指针偏转角跟感应电动势的大小成________关系。
(3)第一个成功实验(如图甲)中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入有什么量是相同的？________，什么量是不同的？________。
(4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是：___________________________________
________________________________________________________________________。
12．(9分)如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池。请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图；
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
13．(11分)在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热点地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？(已知地球的质量M为6.0×1024 kg，地球半径R为6.4×106 m，引力常量G为6.67×10－11 N·m2·kg－2)
14．(12分)如图所示，导体AB质量为m，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向外。AB平放在水平支架上成为电路的一部分，已知AB接入电路部分的长度为l。当接通电路瞬间，AB弹跳起来，则导体AB中电流方向如何？若已知通电瞬间通过导体横截面的电荷量为q，则在开关S闭合过程中，安培力对导体做的功至少应为多少？
15．(15分)如图，在平面坐标系xOy内，第二、三象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第一、四象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M(L,0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外，一带正电粒子从第三象限中的Q(－2L，－L)点以速度v0沿x轴正方向射出，恰好从坐标原点O进入磁场，从P(2L,0)点射出磁场。不计粒子重力，求：
(1)电场强度与磁感应强度的大小之比；
(2)粒子在磁场与电场中运动的时间之比。
参考答案：
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．关于交变电流的有效值和峰值，下列说法中不正确的是(　　)
A．任何形式的交变电流的有效值和峰值都满足U＝
B．只有正、余弦式交变电流才有U＝的关系
C．照明电压220 V、动力电压380 V指的都是交变电流的有效值
D．交流电压表和交流电流表测量的都是交变电流的有效值
解析：选A　只有正、余弦式交变电流的有效值与最大值之间才满足U＝的关系，其他交流电没有这样的关系，故A错误，B正确；机器铭牌上所标注的电压(电流)值、生活中通常所说的电压(电流)值都是指有效值，“照明电压220 V、动力电压380 V”指的都是有效值，故C正确；交流电压表和交流电流表，测的是交流电的有效值，不是瞬时值，故D正确。
2.如图所示，在垂直于纸面向里的匀强磁场的边界上，有一个质量和电荷量确定的正离子，从O点第一次以速度v射入磁场中，射入方向与边界成θ角，第二次以速度2v射入，其他条件不变。若不计重力，则(　　)
A．运动的轨迹半径相同
B．重新回到边界时的速度大小与射入时不相等
C．重新回到边界的位置与O点间的距离相同
D．运动的时间相同
解析：选D　正离子射入磁场后做匀速圆周运动，则有Bqv＝m，可得r＝，由于第二次射入的速度为第一次的两倍，因此第二次轨迹半径为第一次的两倍，故A错误；由于洛伦兹力不做功，正离子的动能不发生变化，所以重新回到磁场边界时的速度大小与射入时相等，故B错误；由几何知识可知，两次运动轨迹所对的圆心角相同，则重新回到边界的位置与O点的距离s＝2rsin θ，由于两次运动的轨迹半径不同，则重新回到边界的位置与O点间的距离不同，故C错误；正离子在磁场中做圆周运动的周期T＝，两次运动轨迹所对圆心角相同，因此两次运动的时间相同，故D正确。
3.如图所示电路中，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u＝20sin 100πt V，则加在R2上的电压有效值为(　　)
A．10 V　　　　　　　　　 B．20 V
C．15 V D．5 V
解析：选D　由二极管的单向导电性可知，加在R2上的电压波形为半个周期最大值为20 V，有效值为20 V，另半个周期最大值为10 V，有效值为10 V。设加在R2上的电压有效值为U，则有·＋·＝·T，解得U＝5 V，选项D正确。
4.一带电粒子沿垂直磁场方向射入一匀强磁场，自下而上经过一铅板P后，半径减小，轨迹如图所示。则下列说法正确的是(　　)
A．粒子带正电荷，速度逐渐减小
B．粒子带负电荷，速度逐渐减小
C．粒子带正电荷，速度逐渐增大
D．粒子带负电荷，速度逐渐增大
解析：选A　根据左手定则可得粒子带正电，因为粒子的运动半径减小，根据公式r＝可得粒子的运动速度逐渐减小，故A正确。
5．图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(　　)
A．图1中，A1与L1的电阻值相同
B．图1中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流
C．图2中，变阻器R与L2的电阻值相同
D．图2中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等
解析：选C　题图1中，稳定时通过A1的电流记为I1，通过L1的电流记为IL。S1断开瞬间，A1突然变亮，可知IL>I1，因此A1和L1电阻不相等，所以A、B错误；题图2中，闭合S2时，由于自感作用，通过L2与A2的电流I2会逐渐增大，而通过R与A3的电流I3立即变大，因此电流不相等，所以D错误；由于最终A2与A3亮度相同，所以两支路电流I相同，根据部分电路欧姆定律可知，两支路电压U与电流I均相同，所以两支路电阻相同。由于A2、A3完全相同，故变阻器R与L2的电阻值相同，所以C正确。
6.如图所示，在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是(　　)
A．无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点
B．无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长
C．若小球带负电荷，小球会落在更远的b点
D．若小球带正电荷，小球会落在更远的b点
解析：选D　地磁场在赤道上空水平由南向北，从南向北观察，如果小球带正电荷，则洛伦兹力斜向右上方，该洛伦兹力在竖直向上的方向和水平向右方向均有分力，因此，小球落地时间会变长，水平位移会变大；同理，若小球带负电荷，则小球落地时间会变短，水平位移会变小，故D正确。
7.小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图所示。在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，此时电子测力计的示数为G1，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计。直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路，总阻值为R。若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率v在磁场中竖直向上运动，这时电子测力计的示数为G2，铜条在磁场中的长度为L。关于在直铜条AB向上运动过程中的说法正确的是(　　)
A．直铜条AB所受安培力方向竖直向上
B．直铜条AB中感应电流方向为B→A
C．G1＜G2
D．磁感应强度的大小为B＝
解析：选D　直铜条AB向上运动，由右手定则可知，感应电流方向为A→B，由左手定则可知，直铜条AB受到的安培力方向竖直向下，故选项A、B错误；设磁铁的重力为G，由题意可知G1＝G，铜条向上运动时，铜条受到的安培力竖直向下，由牛顿第三定律可知，磁铁受到的磁场力F＝BIL，方向竖直向上，由平衡条件得G＝G2＋BIL，G2＝G－BIL，由此可知G1＞G2，故选项C错误；感应电流I＝＝，解得B＝ ，故选项D正确。
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
8.如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动。则PQ所做的运动可能是(　　)
A．向右加速运动 B．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向左减速运动
解析：选BC　MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，由安培定则知，ab在MN处的磁场垂直纸面向里MN中的感应电流由M→NL1中感应电流的磁场方向竖直向上；若L2中磁场方向竖直向上减弱PQ中电流为Q→P且减小向右减速运动；若L2中磁场方向竖直向下增强PQ中电流为P→Q且增大向左加速运动。
9.如图，空间某区域内存在沿水平方向的匀强磁场，一正方形闭合金属线框自磁场上方某处自由释放后穿过磁场，整个过程线框平面始终竖直，线框边长小于磁场区域上下宽度。以线框刚进入磁场时为计时起点，下列描述线框所受安培力F随时间t变化的图像中，可能正确的是(　　)
解析：选BCD　进入磁场前，线框受重力作用加速下落，进入、离开磁场时都受到竖直向上的安培力作用。若进入磁场时安培力大于重力，线框做加速度减小的减速运动，安培力随速度的减小而减小，某时刻安培力等于重力，线框做匀速运动，此时速度达到v0＝，完全进入磁场后只受重力，线框加速，刚要离开时的速度大于完全进入时的速度，故安培力大于重力，做减速运动，速度减小，安培力也减小，故A不符合题意；若线框进入磁场时安培力恰好等于重力，进入过程中安培力不变，完全进入后只受重力，线框加速，离开磁场时安培力大于重力，速度减小，安培力也减小，故B符合题意；若进入时安培力大于重力，由－mg＝ma可知，线框做加速度减小的减速运动，安培力随速度的减小而减小，完全进入后只受重力，线框加速，离开磁场时安培力大于重力，速度减小，进入过程与离开过程安培力变化情况可能完全相同，故C符合题意；若进入磁场时安培力小于重力，由mg－＝ma，可知线框做加速度减小的加速运动，进入过程安培力不断增大，完全进入后只受重力，线框加速运动，若离开磁场时安培力大于重力，线框做加速度减小的减速运动，安培力随速度减小而减小，故D符合题意。
10．漏电断路器是家庭电路中必不可少的一种安全保护装置，如图为其基本原理图。电源线的火线与零线并行绕在铁芯上，当与放大器相连的线圈有微小电流时，即刻会驱动电磁继电器断开电源，实现安全保护。下列相关说法正确的是(　　)
A．当与地不绝缘的人不小心触碰到火线时，漏电断路器会即刻断开电源
B．当与地绝缘的人不小心同时触碰到火线与零线时，漏电断路器会即刻断开电源
C．当外接电网是恒定直流电源时，漏电断路器不能正常工作
D．在相同条件下，放大器绕在铁芯上的线圈匝数越多，则能检测到更微小的漏电
解析：选AD　由于火线和零线并行绕制，所以在家庭电路正常工作时，火线和零线的电流大小相等，方向相反，因此合磁通量为0，线圈中的磁通量为0，而当地面上的人接触火线发生触电时，火线的电流突然变大，即线圈中的磁场发生变化，导致线圈中的磁通量变化，产生感应电流，从而使继电器工作，电磁铁将开关吸起，A正确；当与地绝缘的人不小心同时触碰到火线与零线时，不会形成电流变化，从而不会引起电磁感应现象，故漏电断路器不会断开电源，B错误；当外接电网是恒定直流电源时，如果有人触电仍会产生电磁感应现象，故能正常工作，C错误；在相同条件下，放大器绕在铁芯上的线圈匝数越多，产生的感应电动势越大，则能检测到更微小的漏电，D正确。
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(7分)如图所示是三个成功的演示实验，回答下列问题。
(1)在实验中，电流表指针偏转的原因是______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)电流表指针偏转角跟感应电动势的大小成________关系。
(3)第一个成功实验(如图甲)中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入有什么量是相同的？________，什么量是不同的？________。
(4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是：___________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)在实验中，电流表指针偏转的原因是电流表所在回路有感应电流产生。
(2)感应电动势越大，则感应电流越大，电流表指针偏转角越大，故电流表指针偏转角跟感应电动势的大小成正比关系。
(3)第一个成功实验(如题图甲)中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入时磁通量的变化量是相同的，但是由于快速插入时间短，故磁通量的变化率较大，故两次磁通量的变化率不同。
(4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生。
答案：(1)电流表所在回路有感应电流产生　(2)正比　(3)磁通量的变化量　磁通量的变化率　(4)只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生
12．(9分)如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池。请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图；
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
解析：(1)电路图如图所示。
(2)按图接好电路，闭合开关S，水泵工作，水位升高，当浮子A上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁性，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降，使B与S1脱离，左侧电路停止工作，电磁铁F无磁性，弹簧D的弹力拉动衔铁E，使S2接通，电动机M工作，开始注水。
答案：见解析
13．(11分)在电视节目中，我们经常看到主持人与派到热点地区的记者通过同步通信卫星通话，他们之间每一问一答总是迟“半拍”，这是为什么？如果两个手持卫星电话的人通过同步通信卫星通话，一方讲话，另一方至少要等多长时间才能听到对方的讲话？(已知地球的质量M为6.0×1024 kg，地球半径R为6.4×106 m，引力常量G为6.67×10－11 N·m2·kg－2)
解析：主持人与记者之间通话的不合拍是因为电磁波是以有限的速度在空中传播的，利用电磁波传递信息是需要时间的。
设同步卫星高度为H，由万有引力定律及圆周运动规律可得
＝m(R＋H)
H＝－R≈3.6×107 m
则一方讲话，另一方听到对方讲话的最短时间
t＝＝0.24 s。
答案：原因见解析　0.24 s
14．(12分)如图所示，导体AB质量为m，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向外。AB平放在水平支架上成为电路的一部分，已知AB接入电路部分的长度为l。当接通电路瞬间，AB弹跳起来，则导体AB中电流方向如何？若已知通电瞬间通过导体横截面的电荷量为q，则在开关S闭合过程中，安培力对导体做的功至少应为多少？
解析：导体AB向上弹起，故导体AB受到的安培力方向向上，由左手定则可知导体AB中电流的方向由B到A。导体AB受重力、弹力和安培力，由于接通电路瞬间，导体AB弹跳起来，安培力远大于重力，且作用时间极短，重力和弹力可忽略不计，根据动量定理得
F安·Δt＝mv0
又F安＝Bl，q＝Δt
解得通电瞬间导体AB获得的速度v0＝
设导体AB弹跳过程中安培力做的功为W，由动能定理得W＝mv02＝。
答案：电流方向由B到A　
15．(15分)如图，在平面坐标系xOy内，第二、三象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第一、四象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M(L,0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外，一带正电粒子从第三象限中的Q(－2L，－L)点以速度v0沿x轴正方向射出，恰好从坐标原点O进入磁场，从P(2L,0)点射出磁场。不计粒子重力，求：
(1)电场强度与磁感应强度的大小之比；
(2)粒子在磁场与电场中运动的时间之比。
解析：(1)粒子运动轨迹如图所示，粒子在电场中做类平抛运动，设粒子在电路中运动的时间为t：则有
在x方向上： 2L＝v0t
在y方向上：L＝at2＝·t2
由以上可得：E＝
在y方向上：vy＝at＝v0，
tan θ＝＝1，θ＝45°，
由几何关系得，粒子在圆形匀强磁场中做圆周运动轨迹所对应的圆心角为φ＝2θ＝90°。
粒子做圆周运动的半径：R＝L＝，
v＝＝v。
由以上可得：B＝，所以＝。
(2)粒子在磁场中运动的周期T＝＝
粒子在磁场中运动的时间t′＝T＝
由(1)知粒子在电场中运动的时间t＝
则粒子在磁场与电场中运动的时间之比：＝。
答案：(1)　(2)