选择性必修 第二册 模块综合检测(B卷)　等级考试评价（含解析）

模块综合检测(B卷)　等级考试评价
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．关于麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是(　　)
A．变化的磁场只能在其周围的闭合线圈中产生电场
B．只有带电平行板间的变化电场才能在板间产生磁场
C．变化的磁场与变化的电场沿同一方向，且与电磁波的传播方向垂直
D．电磁波是横波，而且是一种真正的物质
2.光滑刚性绝缘正三角形框内存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，长为L的CD边中点P开有一个小孔，如图所示。质量为m、电荷量为q的带正电粒子从P点沿垂直于CD边射入磁场后，与正三角形的边发生两次碰撞，再从P点垂直于CD边离开磁场。粒子在每次碰撞前、后瞬间，平行于边方向的速度分量不变，垂直于边方向的速度分量大小不变、方向相反，电荷量不变，不计重力。则粒子的初速度为(　　)
A. B.
C. D.
3.无线话筒是一个将声信号转化为电信号并发射出去的装置，其内部电路中有一部分是LC振荡电路。若话筒使用时，某时刻话筒中LC振荡电路中的磁场方向如图所示，且电流正在增大，则下列说法正确的是(　　)
A．电容器正在充电
B．电容器下极板带负电
C．从上往下看，线圈中的电流沿顺时针方向
D．磁场能正在转化为电场能
4.如图所示，两根足够长的平行金属导轨位于水平的xOy平面内，导轨与x轴平行，左端接有电阻R。在x>0的一侧存在竖直向下的匀强磁场。一金属杆与导轨垂直放置，且接触良好，在外力F作用下沿x轴正方向由静止开始做匀加速运动。t＝0时金属杆位于x＝0处，不计导轨和金属杆的电阻。下图中关于电路总功率P和所受外力F大小的图像正确的是(　　)
5．一面积为S的单匝矩形线框的电阻为R，垂直通过线框的磁感应强度B与时间t的关系图像如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．交流电的周期为2t0
B．磁通量绝对值的最大值为
C．t0时刻线框的感应电流为0
D．该线框中交变电流的有效值为
6.如图为交流发电机的示意图，N、S极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴OO′沿逆时针方向匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为e＝20sin 100πt(V)，外电路接有阻值R＝10 Ω的定值电阻，线圈电阻不计，下列说法正确的是(　　)
A．电流变化的周期为0.01 s
B．电流表的示数为2 A
C．线圈经过图示位置，电流方向改变
D．线圈在图示位置时，产生的电动势为20 V
7.云室是借助过饱和水蒸气在粒子上凝结来显示通过它的带电粒子径迹的装置。图为一张云室中拍摄的照片，云室中加了垂直于纸面向外的磁场，图中a、b、c、d、e是从O点发出的一些正电子或负电子的径迹。有关这些径迹以下判断正确的是(　　)
A．d、e都是正电子的径迹
B．a径迹对应的粒子动量最大
C．b径迹对应的粒子动能最大
D．a径迹对应的粒子运动时间最长　　　　　　　　　　　　　　　　
8.新安江水库蓄水后，水位落差可达55 m，如图所示。已知落差处流量为5×105 kg/s的水流冲击水轮机发电，水流减少的机械能80%转化为电能。发电机输出电压为11 kV，水电站到用户之间采用220 kV高压进行远距离输电，输电线上损耗的功率不超过输送功率5%，用户所需电压为220 V。变压器视为理想变压器，重力加速度取g＝10 m/s2，下列说法正确的是(　　)
A．升压变压器原、副线圈匝数比为1∶20
B．发电机的输出功率为2.75×105 kW
C．输电线上电阻不能超过110 Ω
D．降压变压器原、副线圈匝数比为1 000∶1
二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
9．如图甲所示，a、b两个金属圆环通过导线相连构成回路，在a环中加垂直于环面的匀强磁场，磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，磁感应强度垂直于环面向里为正，则下列说法正确的是(　　)
A．0～1 s内，a、b两环中的磁场方向相反
B．t＝2 s时刻，b环中磁通量为零
C．1～3 s内，b环中的电流始终沿顺时针方向
D．2～4 s内，b环中的电流始终沿逆时针方向
10.一质量为0.06 kg、长为0.1 m的金属棒MN用两根长度均为1 m的绝缘细线悬挂于天花板，现在金属棒所在的空间加一竖直向下的磁感应强度大小为0.5 T的匀强磁场，当在金属棒中通有恒定的电流后，金属棒能在竖直平面内摆动。当金属棒摆到最高点时，细线与竖直方向的夹角为37°。已知一切阻力可忽略不计，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。下列说法正确的是(　　)
A．金属棒在摆动到最高点的过程中，机械能增加
B．金属棒在摆动到最高点的过程中，机械能先增加后减少
C．通入金属棒中的电流为9 A
D．通入金属棒中的电流为4 A
11．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，电流表、电压表均为理想电表，R和D分别是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)和灯泡。原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是(　　)
A．电压的频率为125 Hz
B．原线圈中电压的瞬时值表达式为u＝44cos 125πt(V)
C．用光照射R时，电压表的示数变大
D．用光照射R时，电流表的示数变大
12.如图所示，两水平虚线间存在垂直于纸面方向的匀强磁场，两虚线的距离为h，磁感应强度大小为B。边长为h的正方形导体框在虚线1上方无初速度释放，在释放瞬间ab边与虚线1平行且相距h。已知导体框的质量为m、总电阻为r，重力加速度为g，ab边与两虚线重合时的速度大小相等，忽略空气阻力，导体框在运动过程中不会发生转动，则(　　)
A．导体框可能先加速后减速
B．导体框在穿越磁场的过程中，产生的焦耳热为4mgh
C．导体框在穿越磁场的过程中，最小速度是
D．导体框从ab边与虚线1重合到cd边与虚线1重合，所用的时间为－
三、非选择题(本题共5小题，共60分)
13．(7分)某同学为探究感应电流的方向的规律，做了如下实验：
(1)如图甲、乙、丙、丁所示的电路中，G为灵敏电流计，没有电流通过时指针指向中间刻度，这种实验方案采用的物理思想方法是___________(填“归纳总结”或“假设推理”)。
(2)当条形磁铁从图戊中的虚线位置迅速向左靠近线圈时，电流计的指针___________(填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)。
14．(9分)用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路，傍晚天变黑，校园里的路灯自动亮起；早晨天亮时，路灯自动熄灭。选用的光敏电阻的阻值随照度变化的曲线如图甲所示(照度反映光的强弱，光越强，照度越大，照度单位为lx)。图乙所示为校园路灯自动控制的模拟电路图，用直流电路给电磁铁供电作为控制电路，用220 V交流电源给路灯供电。
(1)请用笔画线代替导线，在图乙中正确连接继电器控制电路。
(2)当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸合。图中直流电源的电动势E＝15 V，内阻忽略不计，电磁铁线圈电阻为400 Ω，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1(0～100 Ω)、R2(0～1 750 Ω)、R3(0～17 500 Ω)，要求天色渐暗照度降低至15 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择__________(填“R1”“R2”或“R3”)。
(3)使用过程中发现天色比较暗了，路灯还未开启。为了使路灯亮得更及时，应适当地________(填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。
(4)小佳同学想利用图乙电路为自己家院子里的车库设计自动开门装置，当车灯照到光敏电阻上时，开门电动机启动打开车库的门。开门电动机应连接在___________接线柱上。
15．(10分)如图甲所示，磁电式电流表的基本组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈。当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，使安装在轴上的线圈发生转动，指针与轴固定在一起，指针随之发生偏转。磁场沿辐向均匀分布，如图乙所示，设线圈共n匝，垂直于纸面的边长为l1，平行于纸面的边长为l2，线圈垂直于纸面的边所在处磁感应强度大小为B。
　(1)当线圈内通过的电流为I时，求线圈垂直于纸面的一条边上受到的安培力大小F；
(2)当线圈内无电流通过时，指针不发生偏转。拨动电流表指针，当指针角速度为ω时，求穿过线圈的磁通量的变化率。
16.(16分)如图所示，在xOy坐标平面的第一象限内有一沿y轴负方向的匀强电场，在第四象限内有一垂直于平面向里的匀强磁场。现有一粒子源处在坐标为(0，L)的M点，能以垂直于电场方向不断发射质量为m、电量为＋q、速度为v0的粒子(重力不计)，粒子从N点(图中未画出)进入磁场后最后又从x轴上坐标为(3L,0)处的P点射入电场，其入射方向与x轴成45°角。求：
(1)粒子到达P点时的速度v的大小；
(2)匀强电场的电场强度E的大小和N点的横坐标x；
(3)粒子从N点运动到P点的时间。
17．(18分)我国在高铁列车和电动汽车的设计和制造领域处于世界领先水平，为了节约利用能源，在“刹车”时采用了电磁式动力回收装置，可将部分动能转化为电能并储存起来。如图所示为该装置的简化模型，在光滑的水平面内，一个“日”字形的金属线框，各边长l＝0.5 m，其中CD、JK、MN边电阻均为R＝ Ω，CM、DN边电阻可忽略，线框以v0＝9 m/s的速度冲进宽度也为l、磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场，最终整个线框恰好能穿出磁场，忽略空气阻力的影响，求：
(1)线框刚进磁场时流过MN的电流大小和方向，并指出M、N哪端电势高；
(2)整个线框的质量m；
(3)MN边穿过磁场过程中，MN边中产生的焦耳热Q。
模块综合检测(B卷)
1．选D　变化的磁场能够在周围的空间产生电场，变化的电场能够在周围的空间产生磁场，不需要介质，这种现象可以在真空中发生，A、B错误；变化的磁场与变化的电场互相垂直，且与电磁波的传播方向垂直，C错误；电磁波是横波，而且是一种客观存在的真正的物质，D正确。
2．选B　带正电粒子从P点沿垂直于CD边射入磁场后，与正三角形的边发生两次碰撞，再从P点垂直于CD边离开磁场，可知L＝2r，根据qvB＝m，可得v＝，故选B。
3．选B　根据安培定则可知，从上往下看，线圈中的电流沿逆时针方向，故C错误；电流正在增大，则电容器正在放电，电场能正在转化为磁场能，电容器下极板带负电，故A、D错误，B正确。
4．选B　金属杆在外力F作用下沿x轴正方向由静止开始做匀加速运动，则有I＝＝t，则电路总功率P＝I2R＝t2，即P t图像为开口向上的抛物线，故A错误；金属杆做匀加速直线运动，有v2＝2ax，则电路总功率P＝I2R＝＝x，即P x图像为正比例函数图像，故B正确；金属杆做匀加速直线运动，由牛顿第二定律有F－BIL＝ma，联立可得F＝t＋ma，即F t图像为一次函数图像，故C错误；外力F与位移x的关系为F＝·＋ma，则F与x不构成正比例函数关系，故D错误。
5．选D　根据题图可知，磁感应强度的变化周期为3t0，可知交流电的周期为3t0，故A错误；磁感应强度的最大值为B0，可知磁通量绝对值的最大值为B0S，故B错误；根据题图可知，t0时刻磁感应强度的变化率最大，则该时刻的感应电动势达到最大，即t0时刻线框的感应电流达到最大，故C错误；根据法拉第电磁感应定律有e＝＝，可知在0～2t0内，感应电动势随时间呈现正弦式规律变化，在2t0～3t0时间内，磁感应强度不变，穿过线框的磁通量不变，没有产生电磁感应现象，感应电动势为0；在0～2t0内，磁感应强度变化的圆频率ω＝＝，则产生的感应电动势的最大值Em＝B0Sω＝，令其有效值为U，则有·3t0＝·2t0，解得U＝，可知，感应电流的有效值为I＝＝，故D正确。
6．选D　由e＝20sin 100πt(V)，可知＝100π，解得电流变化的周期T＝0.02 s，故A错误；由e＝20sin 100πt(V)，可知电动势的有效值为E＝ V＝10 V，电流表的示数I＝＝ A＝ A，故B错误；线圈经过中性面时，电流方向改变，题图示位置与中性面垂直，电流方向不变，产生的电动势最大，为20 V，故C错误，D正确。
7．选D　带电粒子在垂直于纸面向外的磁场中运动，根据左手定则可知，a、b、c都是正电子的径迹，d、e都是负电子的径迹，A错误；带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，解得R＝，由题图可知，a径迹的半径最小，a径迹对应的粒子的速度最小，根据p＝mv可知，a径迹对应的粒子动量最小，B错误；根据Ek＝mv2可知，Eka8．选A　升压变压器原、副线圈匝数比为＝＝，故A正确；发电机的输出功率为P＝×80%＝2.2×105 kW，故B错误；输电线上的电流为I＝＝1 000 A，输电线上损耗的功率为P损＝P×5%＝1.1×104 kW，又P损＝I2R，解得R＝11 Ω，则输电线上电阻不能超过11 Ω，故C错误；降压变压器输入电压小于220 kV，输出电压为220 V，则原、副线圈匝数比小于1 000∶1，故D错误。
9．选AC　0～1 s内，a环中磁通量垂直环面向里且逐渐增大，根据楞次定律结合安培定则可知，a环中的感应电流沿逆时针方向，根据安培定则可知，b环中的磁场方向垂直于环面向外，故A正确；t＝2 s时刻，a环中磁通量的变化率最大，感应电流最大，因此b环中的磁通量不为零，故B错误；1～3 s内，a环中磁通量先向里减小，后向外增大，根据楞次定律结合安培定则可知，a环中感应电流始终沿顺时针方向，因此b环中的电流始终沿顺时针方向，故C正确；2～4 s内，a环中磁通量先向外增大，后向外减小，根据楞次定律结合安培定则可知，a环中感应电流先沿顺时针方向、后沿逆时针方向，因此b环中的电流先沿顺时针方向、后沿逆时针方向，故D错误。
10．选AD　通电金属棒在磁场中受到安培力，金属棒在摆动到最高点的过程中，安培力一直做正功，故机械能一直增加，故A正确，B错误；金属棒受到的安培力大小为F＝IBL1，当金属棒摆到最高点时，根据动能定理可得FL2sin 37°－mgL2(1－cos 37°)＝0－0，其中L1＝0.1 m，L2＝1 m，解得通入金属棒中的电流为I＝4 A，故C错误，D正确。
11．选BD　由题图乙可知T＝1.6×10－2 s，所以电压的频率为f＝＝62.5 Hz，故A错误；根据题图乙可得原线圈中电压的瞬时值表达式为u＝44cos 2πft(V)＝44cos 125πt(V)，故B正确；副线圈上的电压与原线圈的电压和变压器的匝数比有关，与负载的大小无关，原线圈电压不变、匝数比不变，则电压表示数不变，故C错误；有光照射R时，R阻值随光强增大而减小，根据P＝得副线圈输出功率增大，所以原线圈输入功率增大，电流表A的示数变大，故D正确。
12．选CD　已知ab边与两虚线重合时的速度大小相等，则导体框在cd边与虚线1重合时速度最小。设ab边与虚线1重合时导体框的速度为v1，则有v1＝，设cd边与虚线1重合时导体框的速度为v2，ab边与虚线2重合时导体框的速度为v3，则有v3＝v1＝，v32－v22＝2g×，联立解得v2＝，整个过程中导体框经历了先加速、再减速、又加速、再次减速，出磁场后做匀加速运动，故A错误，C正确；根据运动的对称性可知，导线框完全离开磁场时的速度为v4＝v2＝，根据能量守恒定律可得mg×＝mv42＋Q，解得Q＝mgh，故B错误；设导体框从ab边与虚线1重合到cd边与虚线1重合所用的时间为t，导体框中的平均感应电流为，则由动量定理可得mgt－Bht＝mv2－mv1，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律可知，t＝t＝，联立解得t＝－ ，故D正确。
13．解析：(1)该实验中由于灵敏电流计在没有电流通过时指针指在中间刻度，所以可以通过电流计指针偏转方向与通过电流计的电流方向的关系判断产生的感应电流的具体方向，同时通过记录磁铁在线圈中的磁场方向，最后判断出磁场的变化与感应电流的方向关系，然后结合实验的现象归纳总结，得出相应的结论，所以该实验使用的方法为归纳总结法。
(2)由甲、乙、丙、丁四幅图可知，当电流从左到右流过电流计时，其指针向右偏转，反之向左偏转。由题图戊可知，条形磁铁从右向左靠近，穿过线圈的磁通量方向向上且在增加，由楞次定律结合安培定则可知，线圈中的电流从上往下看是顺时针，电流从左到右通过电流计，所以指针向右偏转。
答案：(1)归纳总结　(2)向右偏转
14．解析：(1)为满足实验要求，控制电路的连接情况如图所示。
(2)要求天色渐暗照度降低至15 lx时点亮路灯，此时光敏电阻的阻值约为5.6 kΩ，由闭合电路欧姆定律可知，此时滑动变阻器的阻值约为1.5 kΩ，故滑动变阻器应选择R2。
(3)使用过程中发现天色比较暗了，路灯还未开启，说明此时控制电路的电流较大，总电阻较小，所以为使路灯亮得更及时，应适当地增大滑动变阻器的电阻。
(4)车灯照到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值减小，控制电路部分的电流增大，电磁铁的磁场增强，吸引衔铁向下与C接通，此时电动机启动，故将开门电动机连接在B、C接线柱上满足题意。
答案：(1)见解析图　(2)R2　(3)增大　(4)B、C
15．解析：(1)安培力大小为 F＝nBIl1
(2)根据法拉第电磁感应定律有E0＝2nBl1v
结合v＝ωl2
解得E0＝nBl1l2ω
再根据法拉第电磁感应定律有E0＝n
可得＝Bl1l2ω
答案：(1)nBIl1　(2)Bl1l2ω
16．解析：(1)粒子运动轨迹如图所示，
粒子从N点射入磁场后只受洛伦兹力，且洛伦兹力不做功，则速度大小不变，粒子在P点时的速度与初入磁场时的速度大小相等，设进入磁场时速度大小为v，根据对称性及几何关系可知，v0＝vcos 45°
解得v＝v0
粒子到达P点时的速度大小也是v0。
(2)粒子由M点运动到N点的过程中，
由动能定理得qEL＝mv2－mv02
解得E＝
水平方向和竖直方向的位移分别为
x＝v0t1，L＝·t1，可得x＝2L。
(3)根据几何关系可知，从N点运动到P点路程为圆周所对应长度，则粒子从N点运动到P点所用的时间为t2＝＝＝。
答案：(1)v0　(2)　2L　(3)
17．解析：(1)线框刚进入磁场时切割磁感线产生的感应电动势为E＝Blv0＝1.8 V
回路的总电阻为R总＝＋R＝ Ω
流过MN的电流大小为I＝＝3.6 A
根据右手定则，电流的方向为从N到M；M端电势高。
(2)最终整个线框恰好能穿出磁场，则最后的速度为0，取向右为正方向，整个过程根据动量定理可得
－Blt＝0－mv0
即＝mv0，其中t＝3l
解得m＝ kg。
(3)对MN边穿过磁场的过程使用动量定理，取向右为正方向，t1为MN穿过磁场的时间，
－B1lt1＝mv－mv0
其中t1＝
解得v＝6 m/s
根据能量守恒定律
Q总＝mv02－mv2
MN边产生的焦耳热Q＝Q总＝0.2 J。
答案：(1)3.6 A　从N到M　M端电势高
(2) kg　(3)0.2 J
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