第五章测评
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.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法正确的是( )
A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人的“眼睛”利用了光传感器
C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器
2.如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知( )
A.电容式触摸屏的内部有两个电容器的电极板
B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大
C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小
D.如果用戴了绝缘手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作
3.如图为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称物体时,在压力作用下滑片P下滑,滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大,这样把重力值转换成电信号,将电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。已知滑动变阻器A、B间距离为L,最大阻值等于定值电阻的阻值R0,两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流I的关系为( )
A.G=kL
B.G=kL
C.G=kL
D.G=kIL
4.利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验,DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。如图为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图,图中①所示的器材的传感器为( )
A.位移传感器
B.速度传感器
C.时间传感器
D.光传感器
5.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天,担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用,其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件。某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中,安装好如图所示装置。向杯内加入冷水,温度计的示数为20 ℃,多用电表选择适当的倍率,读出热敏电阻的阻值R1。然后向杯内加入热水,温度计的示数为60 ℃,发现多用电表的指针偏转角度较大,则下列说法正确的是( )
A.应选用电流挡,温度升高换用大量程测量
B.应选用电流挡,温度升高换用小量程测量
C.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率大的挡
D.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率小的挡
6. 如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可以视为不变),R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小。闭合开关S后,将照射光强度增强,则( )
A.电路的路端电压将减小
B.灯泡L将变暗
C.R1两端的电压将减小
D.内阻r上发热的功率将减小
7.氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测,它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化。在如图甲所示的电路中,不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻。这样,理想电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系,观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器,其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)—CO浓度曲线,如图乙所示。下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像正确的是( )
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.计算机光驱的主要部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此自动计数器的基本工作原理是( )
A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
9.为了锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,其原理图如图所示。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻R0=5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1=25 Ω,电源输出电压恒为U=3 V,理想电流表的量程为0~0.6 A。当拉环不受力时,滑片P处于a端。下列关于这个电路的说法正确的是( )
A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B.当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1 A
C.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.3 A处
D.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.5 A处
10. 电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有( )
A.电容变大
B.电容变小
C.导线AB中有向左的电流
D.导线AB中有向右的电流
三、非选择题:本题共5个小题,共54分。
11.(8分)霍尔效应是电磁基本现象之一。如图甲所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压。
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图甲所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与 (选填“M”或“N”)端通过导线相连。
(2)该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小测量误差,为此该同学设计了如图乙所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流从Q端流入、P端流出,应将S1掷向 (选填“a”或“b”),S2掷向 (选填“c”或“d”)。
12.(10分)电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度,将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上,光敏电阻阻值随光强的变化关系如表所示。
光强Iv/cd 1 2 3 4 5
电阻值/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量,符号为Iv,单位为坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4 cd时光敏电阻Rx的大小为 Ω。
(2)其原理是光照增强,光敏电阻Rx阻值变小,施加于玻璃两端的电压降低,玻璃透明度下降,反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变,R0是定值电阻,则下列电路图符合要求的是 。
(3)现已知定值电阻R0为12 Ω,用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V,则此时光照强度为 。
13.(10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分别为触点开关,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)。
14.(12分)如图是电饭煲的电路图,S1是一个限温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103 ℃)时,开关会自动断开。S2是一个自动温控开关,当温度低于70 ℃ 时,会自动闭合;温度高于80 ℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯,分流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻R3=50 Ω,两灯电阻不计。
(1)分析电饭煲的工作原理。
(2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。
(3)简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗
15.(14分)某同学设计了一种“自动限重器”,如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成,其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时,电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E=6 V,r=2 Ω,电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题:
甲
乙
(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时,衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N,则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为多少
第五章测评
1.B 遇到障碍物会绕开,说明该机器人的“眼睛”利用了光传感器,故选项B正确,A、C、D错误。
2.B 电容触摸屏在原理上把人体当作电容器元件的一个极板,把导体层当作另一个极板,故选项A错误;手指与屏的接触面积越大,即电容器两个极板的正对面积越大,故电容越大,选项B正确,C错误;如果戴了绝缘手套或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为手不能形成另一个电极,不能构成电容器,不能引起导体层电场的变化,选项D错误。
3.A 设称重物时,在压力作用下P下滑距离x,则G=kx,滑动变阻器有效电阻R=R0-R0,由闭合电路欧姆定律得I=,联立解得G=kL,故选项A正确,B、C、D错误。
4.D 光传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间t,若挡光片的宽度为d,则瞬时速度v=,故D正确。
5.D 多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源,故不能选用电流挡,A、B错误;当温度升高时多用电表指针偏转角度较大,说明热敏电阻的阻值变小了,应该换用倍率小的挡,C错误,D正确。
6.A 光照增强,光敏电阻的阻值减小,电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,所以电源内部的电压增大,所以路端电压将减小;内阻r上发热的功率将增大,R1两端的电压增大,故A正确,C、D错误。因路端电压减小,同时R1两端的电压增大,故并联电路部分电压减小,则流过R2的电流减小,而总电流增大,所以通过灯泡L的电流增大,所以灯泡L变亮,故B错误。
7.A U0=IR0=,一氧化碳浓度c增大,电导增大,电阻R传减小,U0增大,但不是正比关系,选项A正确,B、C、D错误。
8.AD R1、R2和电源组成一个闭合电路,当激光照到光敏电阻时,R1的阻值变小,总电流变大,则R2两端获得高电压;R2两端获得高电压时,信号处理系统就计数一次,因此A、D正确。
9.ABC 若电路无电阻R0,且金属滑片P在b端时,电路短路会损坏电源,R0的存在使电路不会出现短路,故A正确;当拉环不受力时,滑片P在a端,由闭合电路欧姆定律得I==0.1 A,故B正确;当拉力为400 N时,由F=kΔx可得Δx=4 cm,对应的电阻为=20 Ω,R1接入电路的电阻RPb=5 Ω,由闭合电路欧姆定律得I'==0.3 A,故D错误,C正确。
10.AC 当声波使膜片M向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC变大,电源要继续给电容器充电,所以导线AB中有向左的电流,故选项A、C正确。
11.答案 (1)M (2)b c
解析 (1)通过矩形半导体薄片中的电流由P向Q,根据左手定则可知带正电粒子受到的洛伦兹力由N端指向M端,即带正电粒子向M端偏转,所以M端聚集正电荷,M端电势高于N端,故电压表的“+”接线柱应接M端。(2)为使电流自Q端流入、P端流出,应将S1掷向b,将S2掷向c。
12.答案 (1)4.5 (2)C (3)3 cd
解析 (1)由表格数据可知,光敏电阻与光强的乘积均不变,则当Iv=4 cd时,光敏电阻的阻值Rx= Ω=4.5 Ω。
(2)由题意可知,光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接,光照增强时,光敏电阻Rx的阻值减小,电路中的总电阻减小,由欧姆定律可知,电路中的电流增大,由U=IR可知,R0两端的电压增大,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以Rx两端的电压减小,反之光照减弱时,光敏电阻Rx的阻值增大,R0两端的电压减小,Rx两端的电压增大,则玻璃并联在R0两端时不符合,玻璃并联在Rx两端时符合,故A错误,C正确;若玻璃与电源并联,光照变化时,玻璃两端的电压不变,故B、D错误。
(3)当R0=12 Ω时,光敏电阻Rx两端的电压Ux=3 V,因串联电路中总电压等于各分电压之和,R0两端的电压U0=U-Ux=(9-3)V=6 V,因串联电路中各处的电流相等,所以电路中的电流I=,解得Rx=6 Ω,此时光照强度Iv= cd=3 cd。
13.答案 见解析
解析 (1)连接线路如图所示。
(2)按图连接好电路,合上开关S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁力,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,电路停止工作,F无磁性,D拉动E,使S2接通,电动机M工作,再次注水。
14.答案 见解析
解析 (1)电饭煲盛上食物后,接通电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时R1与黄灯被短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态,加热到80 ℃时,S2自动断开,S1仍闭合;水烧开后,至饭煮熟温度升高到103 ℃时,开关S1自动断开,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。由于散热,待温度降至70 ℃时,S2又自动闭合,电饭煲重新加热,温度达到80 ℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态。
(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1=,保温时电饭煲消耗的电功率P2=,两式中R并= Ω,从而有=12∶1。
(3)如果不闭合开关S1,开始S2还是闭合的,R1与黄灯被短路,功率为P1。当温度上升到80 ℃时,S2自动断开,功率降为P2,温度降到70 ℃时,S2又自动闭合,如此反复,温度只能在70~80 ℃之间变化,不能把水烧开,故不能将饭煮熟。
15.答案 (1)图见解析 (2)318
解析 (1)连接电路如图所示。
(2)R1与R2串联,I1=I2=Imax=15 mA=0.015 A
根据闭合电路的欧姆定律得R1+R2+r=
由题图乙可知,F=800 N时,R1=80 Ω
所以R2=-r-R1=-2-80 Ω=318 Ω
即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。第五章分层作业25 认识传感器 常见传感器的工作原理及应用
A级 必备知识基础练
1.位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑片P,通过电压表显示的数据,来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表,物体M不动时,滑片P位于滑动变阻器正中间位置,则下列说法正确的是( )
A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化
C.物体M不动时,电路中没有电流
D.物体M不动时,电压表没有示数
2.如图所示的电路可将声音信号转换为电信号,该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器,a、b通过导线与恒定电源两极相接。若振动膜a周期性振动,则( )
A.a振动过程中,a、b板间的电场强度不变
B.a振动过程中,a、b板所带电荷量不变
C.a振动过程中,灵敏电流计中始终有方向不变的电流
D.a向右的位移最大时,a、b板所构成的电容器的电容最大
3.如图为测定压力的电容式传感器,将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路,当压力F作用于可动膜片电极上时,膜片发生形变,引起电容的变化,导致灵敏电流表指针偏转,在开始对膜片施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中,灵敏电流表指针偏转情况为(电流从灵敏电流表右接线柱流入时指针向右偏)( )
A.向右偏到某一刻度后回到零刻度
B.向左偏到某一刻度后回到零刻度
C.向右偏到某一刻度后不动
D.向左偏到某一刻度后不动
4.如图是一个测定液面高度的传感器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放在导电液体中,导线芯和导电液构成电容器的两极,把这两极接入外电路,当外电路的电流变化说明电容值增大时,则导电液体的深度h变化为( )
A.h增大
B.h减小
C.h不变
D.无法确定
5.如图所示,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与LED间距不变,闭合开关S后,下列说法正确的是( )
A.当滑片P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑片P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑片P,L消耗的功率都不变
6.(多选)电阻R随温度T变化的图线如图所示。下列说法正确的是( )
A.图线1是热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的
C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
7.(2023北京丰台区高二期中)如图甲所示,在光敏电阻R2上加上如图乙所示的光照,那么R2两端的电压变化是下列图中的( )
B级 关键能力提升练
8.如图所示,R3是光敏电阻(光照时电阻变小),当开关S闭合后,在没有光照射时,a、b两点等电势。当用光照射电阻R3时,则( )
A.a点电势高于b点电势
B.a点电势低于b点电势
C.a点电势等于b点电势
D.a点电势和b点电势的大小无法比较
9.如图所示,将一光敏电阻接入多用电表两表笔上,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,用光照射光敏电阻时表针自左向右的偏角为θ,现用手掌挡住部分光线,表针自左向右的偏角变为θ',则可判断( )
A.θ'=θ
B.θ'<θ
C.θ'>θ
D.不能确定
10.(多选)如图是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是光敏电阻(光照增强时电阻变小),下列说法正确的是( )
A.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
B.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
C.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
D.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
11.电容式位移传感器的工作原理如图所示。当被测物体在左右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化,就能知道物体位置的变化。电容式位移传感是把 这个力学量转化为电容这个电学量。在某次测量中,电容增大了,则被测物体向 (选填“左”或“右”)移动。
分层作业25 认识传感器 常见传感器的工作原理及应用
1.B 电压表为理想电表,则电压表不分流,故滑片移动时不会改变电路的电阻,也就不会改变电路中的电流,故A错误;电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压,故示数随物体M的移动即滑片的运动而变化,故B正确,C、D错误。
2.D 由于平行板电容器两极板与电池两极相连接,两极板间的电压U保持不变,根据电场强度E=,C=可判断A错误,D正确。再由Q=CU可知,B错误。由于Q变化,使电容器出现充电、放电现象,电流计中电流方向不断变化,C错误。
3.A 压力F作用时,极板间距d变小,由C=知,电容器电容C变大,又电压U不变,根据Q=CU知,极板带电荷量变大,所以电容器应充电,电流由右接线柱流入灵敏电流表,所以指针将右偏。F不变时,极板保持固定后,充电结束,指针回到零刻度。故选A。
4.A 由题意知,导线芯和导电液体构成电容器的两极,类似于平行板电容器的两极,当液面高度发生变化时,相当于两极正对面积发生变化,会引起电容的变化,与平行板电容器类比可得,导电液体深度h增大时,导电芯和导电液体正对面积增大,电容器的电容值变大,故选项A正确。
5.A 当滑片P向左移动时,使其电阻减小,则流过二极管的电流增大,从而发光增强,使光敏电阻R的阻值减小,通过灯泡L的电流增大,则L消耗的功率增大,A正确,B、D错误;当滑片P向右移动时,可分析出L消耗的功率变小,C错误。
6.BD 金属热电阻的阻值随温度升高而增大,半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小,所以A错误,B正确;图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低,图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高,所以C错误,D正确。
7.B 光敏电阻阻值随光照的增强而减小,且R2两端的电压与R2的阻值成正比,根据题图乙知R2两端的电压随光强同频率先减小后增大,但不会是零,所以选B。
8.A R3是光敏电阻,当有光照射时R3电阻变小,R3两端电压减小,故a点电势升高,因其他电阻的阻值不变,所以a点电势高于b点电势。
9.B 光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,用手掌挡住部分光线,阻值变大,指针自左向右偏转角度变小,故B正确。
10.AD 光敏电阻的阻值与光照强度有关,光照强度越大,光敏电阻阻值越小。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻阻值变小,电路中电流变大,电源内阻上的电压变大,路端电压变小,所以电压表读数变小,选项A正确;相反,当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电路中电流变小,电源内阻上的电压变小,路端电压变大,所以电压表读数变大,选项D正确。
11.答案 位移 左
解析 被测物体运动时,电介质在极板间的长度不同,影响电容器的电容,电容式位移传感器是把位移这个力学量转化为电容这个电学量。在某次测量中,电容增大了,根据C=可知介电常数变大了,即被测物体向左运动了。模块综合测评
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.(2023浙江温州模拟)厂商通过在手机背面安装感应线圈来实现无线充电,如图是一种结构紧凑的双层感应线圈设计图,a、b为线圈的两端。当线圈处在向上增强的磁场中时,下列说法正确的是( )
A.感应电流从a端流出,两层线圈相互排斥
B.感应电流从a端流出,两层线圈相互吸引
C.感应电流从b端流出,两层线圈相互排斥
D.感应电流从b端流出,两层线圈相互吸引
2.(2023山东潍坊期末)将很多质量为m、电荷量为+q、可视为质点的绝缘小球,均匀穿在由绝缘材料制成的半径为r的光滑圆轨道上并处于静止状态,轨道平面水平,空间内有分布均匀的磁场,磁场方向竖直向上,如图甲所示。磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,其中B0是已知量。已知在磁感应强度增大或减小的过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿顺时针或逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点的电场强度大小相等。关于绝缘小球的运动情况,下列说法正确的是( )
A.在t=0到t=T0时间内,绝缘小球均做匀速圆周运动
B.在t=T0到t=2T0时间内,绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动
C.在t=2T0到t=3T0时间内,绝缘小球均沿顺时针方向做加速圆周运动
D.在t=3T0到t=5T0时间内涡旋电场沿顺时针方向
3.(2023辽宁沈阳期末)关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是( )
A.电磁波能传递信息,声波不能传递信息
B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波
C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同
D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同
4.(2023江苏镇江期末)如图所示,交流发电机线圈电阻r=1 Ω,用电器电阻R=9 Ω,电压表示数为9 V,那么该交流发电机( )
A.电动势的峰值为10 V
B.电动势的有效值为9 V
C.线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 V
D.线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为 V
5.(2023浙江嘉兴期末)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶3,副线圈所在回路中接入三个均标有“36 V 40 W”的灯泡,且均正常发光,那么,标有“36 V 40 W”的灯泡A( )
A.也正常发光
B.将被烧毁
C.比另三个灯泡暗
D.无法确定
6.(2023河北石家庄期末)如图所示,电路中L是一电阻可忽略不计的电感线圈,a、b为L的左、右两端点,A、B、C为完全相同的三盏灯泡,原来开关S是闭合的,三盏灯泡均发光。某时刻将开关S断开,则下列说法正确的是( )
A.a点电势高于b点,A灯闪亮后缓慢熄灭
B.b点电势高于a点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭
C.a点电势高于b点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭
D.b点电势高于a点,B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭
7.(2023江西南昌期末)如图所示,在水平面上有一根通有恒定电流的直导线,直导线周围空间存在范围足够大的匀强磁场,磁场方向与水平面成60°角斜向左上方,通电直导线在磁场力作用下沿水平面始终做匀速直线运动,直导线与水平面间的动摩擦因数为0.7。现使磁场方向顺时针转30°直到竖直向上,则磁感应强度( )
A.一直变大
B.一直变小
C.先变大后变小
D.先变小后变大
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.(2023福建福州期末)磁流体发电机示意图如图所示。平行金属板a、b之间有一个很强的匀强磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量的等量正、负离子)以垂直于磁场的方向喷入磁场,a、b两板间便产生电压。如果把a、b板与用电器相连接,a、b板就是等效直流电源的两个电极。若磁场的磁感应强度为B,每个离子的电荷量大小为q、速度为v,a、b两板间距为d,两板间等离子体的等效电阻为r,用电器电阻为R。稳定时,下列判断正确的是( )
A.图中b板是电源的正极
B.电源的电动势为Bvq
C.用电器中电流为
D.用电器两端的电压为Bvd
9.(2023山东菏泽期末)如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,放置一根长为l、质量为m、通电电流为I的导线,若导线静止,则在斜面上施加的匀强磁场B的大小和方向可能为( )
A.,方向垂直于斜面向下
B.,方向垂直于斜面向上
C.,方向竖直向下
D.,方向水平向右
10.(2023山东青岛期末)如图所示,固定在竖直面上半径为r的金属圆环内存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒一端与圆环接触良好,另一端固定在导电转轴上,随轴以角速度ω匀速转动。在圆环的A点和圆心O间接有阻值为R的电阻和电容为C的平行板电容器,电容器的极板水平且间距为d,在极板间有一带正电的微粒处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是( )
A.金属棒逆时针转动
B.带电微粒的比荷为
C.金属棒转动一周,通过电阻R的电荷量为
D.金属棒克服安培力做功的功率总等于重力对其做功的功率
三、非选择题:本题共5个小题,共54分。
11.(8分)(2023河南安阳期末)某同学选用匝数可调的可拆变压器做探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验,变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压 (选填“交流电源”或“直流电源”)。先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压 (选填“增大”“减小”或“不变”);然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压 (选填“增大”“减小”或“不变”)。上述探究中采用的实验方法是 (选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”)。
12.(8分)(2023湖北黄冈期末)为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表:
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据,请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。
(2)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。
不考虑控制开关对所设计电路的影响,提供的器材如下:
光敏电阻R(符号,阻值见上表);
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出);
开关S及导线若干。
13.(10分)(2023湖南长沙期末)如图所示,宽为l=0.5 m的光滑导轨与水平面成θ=37°角,质量为m=0.1 kg、长也为l=0.5 m的金属杆ab水平放置在导轨上,电源电动势E=3 V,内阻r=0.5 Ω,金属杆电阻为R1=1 Ω,导轨电阻不计。金属杆与导轨垂直且接触良好。空间存在着竖直向上的匀强磁场(图中未画出),当电阻箱的电阻调为R2=0.9 Ω时,闭合开关S,金属杆恰好能静止。重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。
(1)求磁感应强度B的大小。
(2)保持其他条件不变,当电阻箱的电阻调为R2'=0.5 Ω时,闭合开关S,同时由静止释放金属杆,求此时金属杆的加速度。
14.(12分)(2023福建师大附中开学考试)如图所示,在xOy坐标平面的第一、四象限内,y轴和平行于y轴的边界MN之间有沿y轴负方向的匀强电场,匀强电场的电场强度大小为E,半径为R的圆形有界磁场与MN相切于P(R,0)点,磁场垂直于坐标平面向里。一个带正电的粒子从O点沿坐标平面以初速度v斜向右上方射入匀强电场,从MN上Q点垂直MN射出电场,粒子进入磁场后,经磁场偏转,刚好从圆形有界磁场的最上端射出。不计粒子的重力和场的边缘效应。
(1)求粒子的比荷。
(2)求匀强磁场磁感应强度的大小。
(3)若保持粒子从O点射出方向不变,改变粒子速度大小,使粒子刚好从P点进入磁场,求粒子在电场和磁场中运动的总时间。
15.(16分)(2023江苏南京期末)如图所示,两相距为l的光滑金属导轨,半径为R的圆弧部分竖直放置,平直部分固定于水平地面上,MNQP范围内有方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场。金属棒ab和cd垂直导轨放置且与导轨接触良好,cd静止在磁场中,ab从圆弧导轨的顶端由静止释放,进入磁场后与cd没有接触。已知ab的质量为m、电阻为r,cd的质量为3m、电阻为r。金属导轨电阻不计,重力加速度为g。
(1)求ab到达圆弧底端时对轨道压力的大小。
(2)求ab刚进入磁场时cd棒中的电流方向并计算此时电流的大小。
(3)计算两棒都在磁场中的任一时刻的加速度之比。
(4)若cd离开磁场时的速度是此刻ab速度的一半,求cd离开磁场瞬间,ab受到的安培力大小。
模块综合测评
1.D 当线圈处在向上增强的磁场中时,穿过线圈的磁通量向上增加,根据楞次定律可知,产生的感应电流从a端流入,从b端流出;两线圈中的感应电流从上往下看都是顺时针方向,则两线圈相互吸引,故D正确。
2.B 在t=0到t=T0时间内,磁感应强度不变,没有涡旋电场产生,绝缘小球保持静止,故A错误;在t=T0到t=2T0时间内,根据法拉第电磁感应定律可得,沿轨道一周的感应电动势为ε=πr2=πr2,由于同一条电场线上各点的电场强度大小相等,所以E=,涡旋电场沿顺时针方向,根据牛顿第二定律可得,在t=T0到t=2T0时间内,小球沿切线方向的加速度大小恒为a1=,所以绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动,故B正确;在t=2T0到t=3T0时间内,磁感应强度不变,没有涡旋电场产生,绝缘小球均沿顺时针方向做匀速圆周运动,故C错误;根据法拉第电磁感应定律可知,在t=3T0到t=5T0时间内涡旋电场沿逆时针方向,故D错误。
3.B 电磁波能传递信息,声波也能传递信息,A错误;手机在通话时,涉及的波既有电磁波又有声波,B正确;太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度,C错误;遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长,D错误。
4.D 用电器电阻R=9 Ω,电压表的示数9 V是有效值,则电路中的电流I=1 A,电动势的有效值E=I(R+r)=10 V,其峰值Em=E=10V,故A、B错误;由正弦式交变电流的产生与变化的规律可知,交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为零,故C错误;线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势=n V,故D正确。
5.A 理想变压器的电压之比等于匝数之比,由副线圈所在回路中三个均标有“36 V 40 W”的灯泡能正常发光,可知副线圈两端电压U2=36×3 V=108 V,所以原线圈两端电压U1=U2=36 V,灯泡A与原线圈并联,两端电压也为36 V,所以能正常发光。
6.B 开关S闭合稳定时,电感线圈支路的总电阻比B、C灯支路的电阻小,故流过A灯的电流大于流过B、C灯的电流,且电流方向由a到b,a点电势高于b点。当开关S断开时,电感线圈会产生自感现象,相当于电源,b点电势高于a点,阻碍流过A灯电流的减小,瞬间流过B、C灯支路的电流比原来的大,故B、C灯闪亮后缓慢熄灭,B正确。
7.A 以直导线为研究对象,受力分析如图所示,F=BIl,θ=90°-α,Ff=μFN,由平衡条件得G=FN+BIlsin θ,Ff=BIlcos θ,解得B=,其中sin φ=,即φ>30°。因60°≤α≤90°,则B在磁场缓慢转过30°的过程中一直变大,故A正确,B、C、D错误。
8.AD 由左手定则可知,正离子受洛伦兹力向下偏转,负离子受洛伦兹力向上偏转,b板为电源的正极,A正确;稳定时,由平衡条件得qvB=q,解得电源电动势E=U=Bdv,电流I=,用电器两端的电压UR=IR=Bvd,B、C错误,D正确。
9.AC 若磁场的方向垂直于斜面向下,由左手定则可知安培力的方向沿斜面向上,由受力平衡可得mgsin α=BIl,解得B=,故A正确;若磁场的方向垂直于斜面向上,由左手定则可知安培力的方向沿斜面向下,此时导线不可能受力平衡保持静止,故B错误;若磁场的方向竖直向下,由左手定则可知安培力的方向水平向左,由受力平衡可得mgtan α=BIl,解得B=,故C正确;若磁场的方向水平向右,由左手定则可知安培力的方向竖直向下,此时导线不可能受力平衡保持静止,故D错误。
10.AC 在极板间有一带正电的微粒处于静止状态,所以电容器上极板带负电,根据右手定则可知,金属棒逆时针转动,故A正确;由于在圆环内存在磁感应强度为B的匀强磁场,所以金属棒有效切割长度为r,金属棒切割磁感线产生的感应电动势E=Brv=Br·Br2ω,带电微粒处于静止状态,由平衡条件得q=mg,解得微粒的比荷,故B错误;金属棒转动一周,通过电阻R的电荷量为Q=It=,故C正确;金属棒随轴以角速度ω匀速转动,根据能量守恒定律可知,金属棒克服安培力做功的功率等于重力对其做功的功率与外力对其做功的功率之和,故D错误。
11.答案 交流电源 增大 减小 控制变量法
解析 变压器不能改变直流电的电压,故电源应为低压交流电源。由知U2=U1,原线圈的匝数n1不变,增加副线圈的匝数n2,则副线圈两端的电压增大;副线圈的匝数n2不变,原线圈的匝数n1增大时,U2减小。上述实验采用的方法是控制变量法。
12.答案 见解析
解析 (1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示。
由图线可知,光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。
(2)当照度降低至1.0 lx时,其电压升至2 V,由图线知,此时光敏电阻R=20 kΩ;因照度降低时1、2两端电压升高,光敏电阻阻值升高,所以控制开关并联在光敏电阻R两端,UR=2 V,E=3 V,串联电阻分压U=1 V,由,解得R'=10 kΩ,故选定值电阻R1,电路原理图如图所示。
13.答案 (1)1.2 T (2)1.2 m/s2,方向沿斜面向上
解析 (1)由安培力公式和平衡条件可得mgsin θ=BIlcos θ
由闭合电路欧姆定律得I=
解得B=1.2 T。
(2)由牛顿第二定律和闭合电路欧姆定律有
BI'lcos θ-mgsin θ=ma
I'=
解得a=1.2 m/s2
方向沿斜面向上。
14.答案 (1) (2) (3)
解析 (1)粒子在匀强电场中做类斜抛运动,设初速度与x轴正向成θ角,由牛顿第二定律有ma=qE
将粒子的运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀变速直线运动,根据运动学公式可得,竖直方向上有
2××a=(vsin θ)2
vsin θ=at
水平方向上有vcos θ=
联立可得θ=45°,。
(2)粒子进入磁场的速度为
v1=vcos θ=v
甲
带电粒子在电场和磁场中的运动轨迹如图甲所示,设轨迹圆半径为r
AD为磁场圆和轨迹圆的公共弦,由几何知识可得r=R
在磁场中洛伦兹力提供向心力,有qv1B=m
联立,可得B=。
(3)设粒子从O点射出的速度大小为v0,粒子从O到P过程是类斜抛运动,则有
R=v0cos θ·t1
v0sin θ=a·
解得t1=,v0=v
乙
根据对称性,粒子从P点射入磁场时,速度大小为v0,方向斜向右下方,与x轴正向的夹角为45°。粒子在磁场中的运动轨迹如图乙所示,设轨迹圆半径为r'
由牛顿第二定律有qv0B=m
联立解得r'=R
粒子在磁场中做圆周运动的周期T=
根据几何关系,可知PO1QO3为平行四边形,则粒子在磁场中运动的轨迹所对的圆心角为135°,所以粒子在磁场中运动的时间为t2=T=
所以粒子在电场和磁场中运动的总时间为
t=t1+t2=。
15.答案 (1)3mg (2)电流方向由d到c
(3)3∶1 (4)
解析 (1)设ab到达圆弧底端时受到的支持力大小为FN,ab下滑机械能守恒,有mgR=mv2
由牛顿第二定律有FN-mg=
联立解得FN=3mg
由牛顿第三定律得,ab对轨道压力的大小为FN'=3mg。
(2)根据右手定则可知,ab刚进入磁场时cd棒中的电流方向由d到c
此时导体棒ab切割磁感线产生的电动势E=Blv
回路中的电流I=
联立解得I=。
(3)两棒都在磁场中时,金属棒ab所受安培力F1=BI0l,其加速度a1=
金属棒cd所受安培力F2=BI0l,其加速度a2=
故加速度之比=3∶1。
(4)设cd离开磁场时ab在磁场中的速度为vab,则cd此时的速度为vab,ab、cd组成的系统动量守恒,有mv=mvab+3m×vab
ab、cd构成的闭合回路,由法拉第电磁感应定律有E'=Blvab
由闭合电路欧姆定律有I'=
ab受到的安培力Fab=BI'l
联立可得Fab=。
