2015-2016学年人教版高中物理选修3-2综合能力测试（A）

人教版选修3-2
2015-2016学年高中物理
综合能力测试（A）
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟
第Ⅰ卷(选择题　共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共4
( http: / / www.21cnjy.com )0分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．如图所示四幅图片涉及物理学史上的四个重大发现。其中说法正确的是
(　　)
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A．牛顿根据理想斜面实验，提出力不是维持物体运动的原因
B．卡文迪许通过扭秤实验，归纳出了万有引力定律
C．奥斯特通过实验研究，发现了电流周围存在磁场
D．法拉第通过实验研究，总结出电磁感应现象中感应电流方向的规律
答案：C
解析：C选项符合物理史实，故选C。伽利略通
( http: / / www.21cnjy.com )过理想斜面实验，提出力不是维持物体运动的原因，而不是牛顿。卡文迪许通过扭秤实验，测定引力常量，但不是提出万有引力定律。总结出电磁感应现象中感应电流方向的规律的不是法拉第而是楞次，故不选A、B、D。
2．(辽宁师大附中2013～2014学年高
( http: / / www.21cnjy.com )二上学期期中)如图甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示。在0－T/2时间内，直导线中电流向上，则在T/2－T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力情况是
(　　)
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A．感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向右
B．感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向右
C．感应电流方向为顺时针，线框受安培力的合力方向向左
D．感应电流方向为逆时针，线框受安培力的合力方向向左
答案：A
解析：在－T时间内，直线
( http: / / www.21cnjy.com )电流方向向下，根据安培定则，知导线右侧磁场的方向垂直纸面向外，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生顺时针方向的感应电流。根据左手定则，知金属框左边受到的安培力方向水平向右，右边受到的安培力水平向左，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属框所受安培力的合力水平向右，故A正确。故选A。
3．(江苏如皋市2013～2014学年
( http: / / www.21cnjy.com )高二上学期期末)如图所示，有缺口的金属圆环与板间距为d的平行板电容器的两极板焊接在一起，金属环右侧有一垂直纸面向外的匀强磁场，现使金属环以恒定不变的速率v向右运动由磁场外进入磁场，在金属环进入磁场的过程中，电容器带电量Q随时间t变化的定性图象应为
(　　)
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答案：C
解析：由图知，在圆环进入磁场的过程
( http: / / www.21cnjy.com )中，电容器两板间的电压等于产生的感应电动势，切割的有效长度逐渐增大，电容器电压增大，电荷量增大，当半个圆环进入磁场时，切割的有效长度最大，电动势最大，电容器电荷量最大，接着电动势减小，电容器放电，当圆环全部进入磁场时，电容器电压等于电动势，稳定不变，电荷量不变，所以C正确；A、B、D错误。
4．(临沂市部分重点中学2014～
( http: / / www.21cnjy.com )2015学年高二下学期期末)如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是
(　　)
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答案：A
解析：天平原本处于平衡状态，所以线框所受安培
( http: / / www.21cnjy.com )力变化越大，天平越容易失去平衡，线框与磁通边界的交点间长度为线框在磁场中有效长度，由图可知，A有效长度最长，最容易失去平衡，故选A。
5．(河北衡水中学2013
( http: / / www.21cnjy.com )～2014学年高二期中)光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角，M、P两端接有阻值为R的定值电阻。阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其它部分电阻不计。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。从t＝0时刻开始棒受到一个平行于导轨向上的外力F，由静止开始沿导轨向上运动，运动中棒始终与导轨垂直，且接触良好，通过R的感应电流随时间t变化的图象如图2所示。下面分别给出了穿过回路abPM的磁通量Φ、磁通量的变化率、棒两端的电势差Uab和通过棒的电荷量q随时间变化的图象，其中正确的是
(　　)
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答案：B
解析：回路中的感应电动势
( http: / / www.21cnjy.com )为：E＝，感应电流为：I＝＝，由图可知：I＝kt，故有：＝ktR，所以图象B正确；由于产生的感应电动势是逐渐增大的，而A图描述磁通量与时间关系中斜率不变，产生的感应电动势不变，C图中Uab不变，故A、C错误；通过导体棒的电量为：q＝It＝kt2，故q－t图象为曲线，并非过原点的直线，故D错误。
6．(湖南安化一中2014～2015学
( http: / / www.21cnjy.com )年高二上学期期中)如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin314t(V)的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统，其中R2是用半导体热敏材料(电阻随温度升高而降低)制成的传感器，电流表A2是值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3是一定值电阻，当传感器R2所在处出现火情时，下列说法正确的是
(　　)
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A．A1的示数不变，A2的示数增大
B．A1的示数增大，A2的示数增大
C．V1的示数增大，V2的示数增大
D．V1的示数不变，V2的示数减小
答案：D
解析：V1测量电源的输出电压，故其示数
( http: / / www.21cnjy.com )不变；当传感器R2所在处出现火警时，R2阻值减小，副线圈电路总电阻变小，副线圈电压不变，由闭合电路欧姆定律可知，副线圈总电流I变大，电阻R3电压U3＝IR3变大，R1与R2并联的电压变小，电压表V2示数变小，电流表A2示数变小，副线圈电流变大，原线圈电流变大，电流表A1示数变大；故选项D正确。
7．(海南中学2013～2014学年高二上学期期末)如图所示，螺线管B置于闭合金属圆环A的轴线上，当B中通过的电流增加时
(　　)
A．环A有扩张的趋势
B．环A有缩小的趋势
C．螺线管B有缩短的趋势
D．螺线管B有伸长的趋势
答案：AC
解析：当B中通过的电流逐渐增加时，
( http: / / www.21cnjy.com )电流产生的磁场逐渐增强，故穿过A的磁通量增加，为阻碍磁通量增加，根据楞次定律可知，环A应向磁通量减小的方向形变，由于A环中有两种方向的磁场：B线圈外的磁感线方向与B线圈内的磁感线方向相反，B线圈外的磁感线要将B线圈内的磁感线抵消一些，当A的面积增大时，穿过A的磁通量会减小，所以可知环A应有扩张的趋势，故A正确B错误；线圈B中电流增加，每匝线圈产生的磁场增强，线圈间的引力增大，所以螺线管B有缩短的趋势，故C正确，D错误。
8．(吉林省长春市2013～2014学年
( http: / / www.21cnjy.com )高二上学期期末)有两个匀强磁场区域，宽度都为L，磁感应强度大小都是B，方向如图所示。由均匀导线制成单匝正方形闭合线框，边长为L。闭合线框从左向右匀速穿过与线框平面垂直的两个匀强磁场区域，规定感应电流逆时针方向为正方向，则线框从位置Ⅰ运动到位置Ⅱ的过程中感应电流i随时间t变化的错误的是
(　　)
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答案：ABD
解析：金属棒刚进入磁场切割产生电动势
( http: / / www.21cnjy.com )，由右手定则判断出感应电流方向为逆时针，所以电流为正值
，故B、D错误；此时的电流：I1＝＝，当线框刚进入第二个磁场时，右侧金属棒切割磁感线产生的电动势方向为顺时针方向，左侧金属棒产生的电动势也为顺时针方向，即电流值为负值，此时电流：I2＝＝2I，故A错误，C正确。
9.
(广东省实验中学2014～201
( http: / / www.21cnjy.com )5学年高二下学期期中)如图所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′转动，轴OO′垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2，保持线圈以恒定角速度ω转动，下列判断正确的是
(　　)
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A．在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势最大
B．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表V2的示数变大
C．电压表V1示数等于NBωL2
D．变压器的输入与输出功率之比为1?1
答案：AD
解析：A.从垂直于中性面时开始
( http: / / www.21cnjy.com )计时，矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcosωt，磁通量为零，电动势最大，故A正确；B.根据理想变压器的变压原理输出电压即电压表V2的示数不变，故B错误；C.交流电压的最大值等于NBωL2，电压表V1示数为有效值，C错误，D.理想变压器的输入与输出功率之比为1?1，故D正确，故选AD。
10．(寿光一中2014～2015学年
( http: / / www.21cnjy.com )高二上学期检测)如图甲所示，电阻不计且间距L＝1m的光滑平行金属导轨竖直放置，上端接一阻值R＝2Ω的电阻，虚线OO′下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场。现将质量m＝0.1kg、电阻不计的金属杆ab从OO′上方某处由静止释放，金属杆ab在下落的过程中与导轨保持良好接触且始终水平，已知金属杆ab进入磁场时的速度v0＝1m/s，下落0.3m的过程中加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示，g取10m/s2，则
(　　)
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A．匀强磁场的磁感应强度为2T
B．金属杆ab下落0.3m时的速度为0.5m/s
C．金属杆ab下落0.3m的过程中R上产生的热量为0.2J
D．金属杆ab下落0.3m的过程中通过R的电荷量为0.25C
答案：ABD
解析：在金属杆ab进入磁场时，有mg－＝ma，由题图乙知，a＝－10m/s2，解得B＝2T，选项A正确；金属杆ab下落到0.3m时做匀速运动，有＝mg，解得v＝0.5m/s，选项B正确；在金属杆ab下落0.3m的过程中，根据能量守恒得，R上产生的热量为Q＝mgh－mv2＝0.2875J，选项C错误；金属杆ab进入磁场前下落的高度h′＝＝0.05m，金属杆ab在磁场中下落的高度为h－h′＝0.25m。通过R的电荷量q＝＝＝0.25C，选项D正确。
第Ⅱ卷(非选择题　共60分)
二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)
11．(5分)(唐山一中2014～2015学年高二下学期开学检测)如图为“研究电磁感应现象”的实验装置。
(1)将图中所缺导线补接完整。
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(2)如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上电键后：
A．将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将________。(填“向左偏转一下”或“向右偏转一下”或“不偏转”)
B．原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针________。(填“向左偏转一下”或“向右偏转一下”或“不偏转”)
答案：(1)如图所示
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(2)A.向右偏转一下　B．向左偏转一下
12．(6分)原始的电话机将
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答案：1.8
解析：当Ⅰ、Ⅱ线圈所在的回路对称时，从听筒中就听不到话筒发出的声音了。即Rx与R并联后的总电阻与R0相等，即可形成回路对称。
则＝R0
代入数据R0＝1.2kΩ，R＝3.6kΩ，解得Rx＝1.8kΩ
13．(7分)(吉林一中2013～20
( http: / / www.21cnjy.com )14学年高二下学期期末)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势E＝9.0V，内电阻可忽略不计，G为灵敏电流表，内阻Rg
保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R－t图线所示，闭合开关，当R的温度等于20℃时，
电流表示数I1＝2mA。
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(1)电流表G的内阻Rg＝________Ω；
(2)当电流表的示数I2＝3.6mA时，热敏电阻R的温度是________℃。
答案：(1)500　(2)120
解析：(1)由乙图可知当R的温度等于20℃时，阻值为4kΩ，由欧姆定律I1＝，解得Rg＝500Ω；
(2)当电流表的示数I2＝3.6mA时，则根据I2＝，解得R＝2kΩ，由图中读出热敏电阻R的温度是120℃。
三、论述·计算题(共4小题，42分。解
( http: / / www.21cnjy.com )答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(9分)(黑龙江大庆铁人中学201
( http: / / www.21cnjy.com )4～2015学年高二下学期期中)某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104W，电厂输出电压仅为350V，为减少输送功率损失，先用一理想升压变压器将电压升高再输出。己知输电线路的总电阻为4Ω，允许损失的功率为输送功率的5%，所需电压为220V，求理想升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少。
答案：升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比分别为1?8，12?1。
解析：设升压变压器原、副线圈的匝数分别n1、
( http: / / www.21cnjy.com )n2，电压分别为U1、U2；降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4，电压分别为U3、U4。画出如图所示的输电示意图。
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允许损失的功率P损＝P总×5%＝I2R①
升压变压器是理想变压器，故
P总＝IU2②
又＝③
降压变压器的输入功率
P3＝P总－P损④
U3＝⑤
＝⑥
由①、②、③式，将U1＝350V等数据代入，解出＝；
由①④⑤⑥，将U4＝220V等数据代入，解得≈。
15．(10分)(北京市朝阳区201
( http: / / www.21cnjy.com )4～2015学年高二下学期期末)如图甲所示，空间中有一宽为2L的匀强磁场区域，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框，总电阻为R。线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域，在运动过程中，线框ab、cd两边始终与磁场边界平行。取线框cd边刚进入磁场时的位置x＝0，x轴沿水平方向向右。求：
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(1)cd边刚进入磁场ab两端的电势差U，a、b两端哪端电势高？
(2)线框在穿过磁场的过程中总共产生的焦耳热Q
(3)在图乙中，画出ab两端电势差Uab随前进距离x变化的图象(其中U0＝BLv)。
答案：(1)BLv，a端电势高　(2)　(3)见解析图
解析：(1)cd边切割磁感线产生的电动势：E＝BLv，
电路电流：I＝＝，
ab两端电势差：U＝I×R＝BLv，
由右手定则可知，a端电势高，b端电势低；
(2)线框进入或离开磁场时线框产生焦耳热，
由焦耳定律得：Q＝I2Rt，
由匀速运动规律可知：2L＝vt，
解得：Q＝；
(3)ab两端电势差Uab随前进距离x变化的图象如图所示：
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16．(11分)(安徽黄山市2014～
( http: / / www.21cnjy.com )2015学年高二上学期期末)两根足够长的水平放置的平行光滑金属导轨AB、CD，导轨间距为L；垂直导轨放着一根金属杆，金属杆在导轨间的电阻为r，导轨上的电阻忽略不计。导轨与右边电阻箱及电容器连接，如图所示。已知电容器的电容为C，电容器M、N两板间距为d，电阻箱开始时候的阻值为R。在金属杆以速度v向左匀速运动的过程中，求：
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(1)电容器上M板所带电量以及电性；
(2)一束电子流从电容器两板中间平行两板射入时，恰好能射出电容器；如果电阻箱阻值减小为，则电子流射出电容器时的偏转距离是多少？
答案：(1)电容器上M板带负电，电量为。
(2)电子流射出电容器时的偏转距离是。
解析：(1)金属杆匀速向左运动时，杆中产生的感应电流方向向下，则电容器M板带负电。
金属杆运动产生的感应电动势为：E＝BLv
电容器板间电压为：U＝E
故电容器上的电量为：Q＝CU
联立解得：Q＝
(2)当电阻箱阻值减小为时，电容器的电压为：U′＝E＝
由a＝得两次竖直方向的加速度之比为：＝＝
因为电子流在电场中做类平抛运动，水平方向做匀速运动，故两次在电场中的运动时间不变，设为t，竖直方向可列：y＝at2
因而竖直方向的偏转距离之比为：＝
解得：y＝
17．(12分)如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ被固定在水平面上，导轨间距l＝0.6m，两导轨的左端用导线连接电阻R1及理想电压表，电阻r＝2Ω的金属棒垂直于导轨静止在AB处；右端用导线连接电阻R2，已知R1＝2Ω，R2＝1Ω，导轨及导线电阻均不计。在矩形区域CDFE内有竖直向上的磁场，CE＝0.2m，磁感应强度随时间的变化如图乙所示。开始时电压表有示数，当电压表示数变为零后，对金属棒施加一水平向右的恒力F，使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值，金属棒在磁场运动过程中电压表的示数始终保持不变。求：
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(1)t＝0.1s时电压表的读数；
(2)恒力F的大小；
(3)从t＝0时刻到金属棒运动出磁场过程中整个电路产生的热量。
答案：(1)0.3V　(2)0.27N　(3)0.09J
解析：(1)设磁场宽度为d＝CE，在0～0.2s时间内，有
E＝＝ld＝0.6V
此时，R1与金属棒r并联，再与R2串联
R＝R并＋R2＝1Ω＋1Ω＝2Ω
U＝R并＝0.3V
(2)金属棒进入磁场后，此时磁场稳定，金属棒切割磁感线，相当于电源，而外电路中R1与R2并联，则有
I′＝＋＝0.45A
F安＝BI′l＝1×0.45×0.6N＝0.27N
由于金属棒进入磁场后电压表示数始终不变，所以金属棒做匀速运动，有
F＝F安＝0.27N
(3)金属棒在0～0.2s时间内，有
Q＝t＝0.036J
金属棒进入磁场后，有
R′＝＋r＝Ω
E′＝I′R′＝1.2V
已知E′＝BLv，得v＝2m/s
t′＝＝s＝0.1s
Q′＝E′I′t′＝0.054J
Q总＝Q＋Q′＝0.036J＋0.054J＝0.09J。