2018-2019学年 人教版物理选修3-2 模块学业测评（一）+Word版含解析
文档属性
| 名称 | 2018-2019学年 人教版物理选修3-2 模块学业测评（一）+Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 613.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-03-15 17:35:06 | ||
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文档简介
模块学业测评(一)
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分.第Ⅰ卷40分,第Ⅱ卷60分,共100分,考试时间90分钟.
第Ⅰ卷 (选择题 共40分)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分.1~7小题只有一个选项符合题意,8~10小题有多个选项符合题意,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,选错或不答的得0分)
?在电磁学建立和发展的过程中,许多物理学家做出了重要贡献.下列说法符合史实的是 ( )
A.法拉第首先提出正电荷、负电荷的概念
B.库仑首先提出电荷周围存在电场的观点
C.奥斯特首先发现电流的磁效应
D.洛伦兹提出了分子电流假说
?如图M1-1所示,甲、乙两个矩形线圈同处于纸面内,甲的ab边与乙的cd边平行且靠得较近,甲、乙两线圈分别处于垂直纸面方向的匀强磁场中,穿过甲的磁场的磁感应强度为B1,方向指向纸面内,穿过乙的磁场的磁感应强度为B2,方向指向纸面外,两个磁场可同时变化.当发现ab边和cd边之间有排斥力时,磁场的变化情况可能是 ( )
图M1-1
A.B1变小,B2变大
B.B1变大,B2变大
C.B1变小,B2变小
D.B1不变,B2变小
?唱卡拉OK用的话筒内有传感器,它的工作原理是在话筒内的弹性膜片后面粘接一个轻小线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号,下列说法正确的是 ( )
A.该传感器是根据电流的磁效应工作的
B.该传感器是根据电磁感应原理工作的
C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变
D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势
?在如图M1-2所示的电路中,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,下列说法中正确的是 ( )
图M1-2
A.当滑动变阻器的滑片P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑动变阻器的滑片P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑动变阻器的滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑动变阻器的滑片P,L消耗的功率都不变
?如图M1-3所示,选项A、B、C、D是四种亮度可调的台灯的电路示意图,它们所用的白炽灯泡相同,规格都为“220 V 40 W”,当灯泡所消耗的功率都调到20 W时,台灯消耗的功率最小的是 ( )
图M1-3
?[2017·东北师大附中期末]如图M1-4所示,两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置,导轨平面与水平面的夹角为θ,导轨的下端接有电阻.当导轨所在空间没有磁场时,使导体棒ab以平行于导轨平面的初速度v0冲上导轨平面,ab上升的最大高度为H;当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时,再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨平面,ab上升的最大高度为h.两次运动中ab始终与两导轨垂直且接触良好.关于上述情景,下列说法中正确的是 ( )
图M1-4
A.两次上升的最大高度比较,有H=h
B.两次上升的最大高度比较,有HC.无磁场时,导轨下端的电阻中有电热产生
D.有磁场时,导轨下端的电阻中有电热产生
?[2017·河北邯郸高二质检]如图M1-5所示,一正方形闭合线圈由静止开始下落一定高度后,穿越一个有界的匀强磁场区域,线圈上、下边始终与磁场边界平行.从线圈开始下落到完全穿越磁场区域的过程中,线圈中的感应电流I、受到的安培力F及速度v随时间t变化的关系可能正确的是图M1-6中的 ( )
图M1-5
图M1-6
? [2017·陕西汉中高二质检]如图M1-7甲所示,左侧的调压装置可视为理想变压器,负载电路中R=50 Ω,A、V为理想电流表和电压表.若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压,电压表的示数为110 V,则下列说法正确的是 ( )
图M1-7
A.电流表的示数为2.2 A
B.原、副线圈匝数之比为1∶2
C.电压表的示数为电压的有效值
D.原线圈中交变电压的频率为100 Hz
?如图M1-8所示的电路中,匝数为n、横截面积为S、电阻为r的线圈处于一个均匀增强的匀强磁场中,磁场的磁感应强度随时间的变化率为k,磁场方向水平向右且与线圈平面垂直,电容器的电容为C,两个电阻的阻值分别为r和2r.由此可知,下列说法正确的是( )
图M1-8
A.电容器所带的电荷量为2nSkC5
B.电容器所带的电荷量为nSkC2
C.电容器上极板带正电
D.电容器下极板带正电
半导体中参与导电的电流载体称为载流子.N型半导体的载流子是电子,P型半导体的载流子是带正电的“空穴”.一块厚度为d、底面边长为l的长方体半导体样品置于方向如图M1-9所示、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,当半导体样品中通以方向如图所示、大小为I的恒定电流时,样品上、下表面出现恒定电势差U,且上表面带正电、下表面带负电.设半导体样品中每个载流子带电荷量为q,半导体样品中载流子的密度(单位体积内载流子的个数)用n表示,则下列关于样品材料类型和其中载流子密度n的大小的判断正确的是 ( )
图M1-9
A.是N型半导体 B.是P型半导体
C.n=BIqdU D.n=BIqlU
第Ⅱ卷 (非选择题 共60分)
二、实验题(本题共2小题,11题6分,12题9分,共15分)
图M1-10为利用光电脉冲测量实验小车的车速和行程的装置示意图,A为光源,B为光电接收器,A、B均固定在车身上,C为小车的车轮,D为与C同轴相连的齿轮,车轮转动时,A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后就变成脉冲光信号,被B接收并转换成电信号,再由电子电路记录和显示.若实验显示单位时间内的脉冲数为n,累计脉冲数为N,则要测出小车的速度和行程,还必须测量的物理量或数据是 ,小车速度v的表达式为 ,行程s的表达式为 .?
图M1-10
要研究光敏电阻的阻值与光照强弱的关系,需进行如下实验操作:
(1)将多用电表的选择开关置于 挡;?
(2)将红表笔插入 (选填“+”或“-”)插孔;?
(3)将光敏电阻接在多用电表的两表笔上,用光照射光敏电阻时,指针的偏角为θ,现用手掌挡住部分光线,指针的偏角变为θ',则可判断θ (选填“<”“=”或“>”)θ';?
(4)测量后应将选择开关置于 挡.?
三、计算题(本题共4小题,13题10分,14题10分,15题12分,16题13分,共45分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分)
交流发电机的原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动.一个小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.05 m2,线圈转动的频率为50 Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B=2π T.为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW”的电动机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器,电路如图M1-11所示.求:
(1)发电机的输出电压;
(2)变压器原、副线圈的匝数之比;
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数.
图M1-11
[2017·河南周口高二期末]如图M1-12所示,倾角θ=30°的光滑倾斜导体轨道 (足够长)与光滑水平导体轨道连接,两轨道宽度均为L=1 m,电阻忽略不计.匀强磁场Ⅰ仅分布在水平轨道平面所在区域,方向水平向右,磁感应强度大小B1=1 T;匀强磁场Ⅱ仅分布在倾斜轨道平面所在区域,方向垂直于倾斜轨道平面向下,磁感应强度大小B2=1 T.现将两质量均为m=0.2 kg、电阻均为R=0.5 Ω的相同导体棒ab和cd垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上,并同时由静止释放.g取10 m/s2.
(1)求导体棒cd沿倾斜轨道下滑的最大速度的大小.
(2)若已知从开始运动至cd棒达到最大速度的过程中,ab棒产生的焦耳热Q=0.45 J,求该过程中通过cd棒横截面的电荷量.
图M1-12
如图M1-13所示,两条足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面的夹角θ=30°,导轨电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上,长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R.金属导轨的上端连接右侧电路,灯泡的电阻RL=4R,定值电阻R1=2R,电阻箱的电阻调到R2=12R,重力加速度为g.现闭合开关S,将金属棒由静止释放.
(1)金属棒下滑的最大速度为多大?
(2)当金属棒下滑距离为x时,速度恰好达到最大,在金属棒由静止开始下滑距离2x的过程中,整个电路产生的热量为多少?
图M1-13
一个有界匀强磁场区域如图M1-14甲所示,有一个质量为m、电阻为R的矩形线圈abcd,线圈的ab、bc边的边长分别为L和2L,线圈一半在磁场内,一半在磁场外,开始时磁场的磁感应强度为B.t=0时刻磁场开始均匀减小,线圈中产生感应电流,线圈仅在安培力作用下运动,其v-t图像如图乙所示,图中斜向虚线为过O点的速度图像的切线,数据由图中给出,不考虑重力影响,求:
(1)磁场的磁感应强度的变化率;
(2)t2时刻回路的电功率.
甲 乙
图M1-14
1.C [解析] 富兰克林首先提出正电荷、负电荷的概念,法拉第首先提出电荷周围存在电场的观点,奥斯特首先发现电流的磁效应,安培提出了分子电流假说,选项C正确.
2.A [解析] ab边与cd边之间有排斥力,则通过两边的电流方向一定相反.由楞次定律可知,当B1变小而B2变大时,ab边与cd边中的电流方向相反,选项A正确.
3.B [解析] 当声波使膜片前后振动时,膜片后的金属线圈就跟着振动,从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线,穿过线圈的磁通量发生改变,产生感应电流,从而将声音信号转变为电信号.可见利用的是电磁感应原理,选项B正确.
4.A [解析] 根据电路图,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,滑动变阻器连入电路的阻值减小,流过LED的电流增大,LED发出的光增强,使得光敏电阻R的阻值减小,通过L的电流增大,L消耗的功率增大,选项A正确,选项B、D错误;同理,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,L消耗的功率减小,选项C错误.
5.C [解析] 利用变阻器调节到灯泡消耗功率为20 W时,除灯泡消耗电能外,变阻器由于热效应也要消耗一部分电能,使台灯消耗的功率大于20 W;利用理想变压器调节时,变压器的输入功率等于输出功率,变压器本身不消耗电能,所以选项C中台灯消耗的功率最小.
6.D [解析] 没有磁场时,只有重力做功,机械能守恒,没有电热产生,C错误.有磁场时,ab切割磁感线,重力和安培力均做负功,机械能减小,有电热产生,故ab上升的最大高度变小,A、B错误,D正确.
7.A [解析] 当线圈刚进入磁场时,若安培力等于重力,则做匀速直线运动,感应电流I恒定,全部进入磁场后做匀加速运动,出磁场时,安培力大于重力,做减速运动,感应电流减小,做加速度减小的减速运动,故A正确,D错误;线圈进、出磁场过程,受到的安培力始终向上,故B错误;当线圈进入磁场时,若安培力大于重力,则先做减速运动,加速度减小,完全进入磁场后做匀加速运动,出磁场时,安培力一定大于重力,仍然做减速运动,C错误.
8.AC [解析] 根据电路图可知,电阻R两端的电压为110 V,所以通过电阻R的电流I=11050 A=2.2 A,故A正确;由图像可知,输入电压的有效值为220 V,电压表的示数为110 V,即输出电压为110 V,根据电压与匝数成正比可得,原、副线圈匝数之比为2∶1,故B错误;电压表、电流表的示数都是有效值,故C正确;根据图像可知,原线圈中交变电压的频率为f=10.02 Hz=50 Hz,故D错误.
9.BC [解析] 线圈与阻值为r的电阻形成闭合回路,线圈中产生的感应电动势为E=nSΔBΔt=nSk,电容器两端的电压U=E2=nSk2,电容器所带的电荷量为Q=CU=nSkC2,选项A错误,选项B正确;根据楞次定律可判断,感应电流从线圈的右端流到左端,线圈的左端电势高,故电容器上极板带正电,选项D错误,选项C正确.
10.BD [解析] 若载流子为电子,则可判断电子受向上的洛伦兹力而向上表面运动,故上表面带负电.现在上表面带正电,故此材料为P型半导体,选项B正确.根据I=nqSv=nqdlv,且载流子所受洛伦兹力与电场力平衡,即qUd=qInqdlB,解得n=BIqlU,选项D正确.
11.D的齿数p和C的半径R v=2πnRp s=2πNRp
[解析] D转动的角速度与单位时间内的脉冲数n及D的齿数有关,设D的齿数为p,则D的角速度ω=2πnp,小车速度v与C边缘的线速度相等,即v=ωR=2πnRp;累计脉冲数N经历的时间t=Nn,小车的行程s=vt=2πNRp.
12.(1)欧姆 (2)+ (3)> (4)OFF或交流电压最高
[解析] 用手掌挡住部分光线,电阻变大,多用电表的指针偏角变小.
13.(1)1100 V (2)5∶1 (3)20 A
[解析] (1)发电机产生的最大感应电动势
Em=NBSω=2πNBSf=2π×220×2π×0.05×50 V=11002 V
发电机的输出电压U1=Em2=1100 V.
(2)变压器原、副线圈的匝数之比
n1n2=U1U2=1100V220 V=51.
(3)副线圈的总电流为I2=2PU2=2×11×103220 A=100 A
由I1I2=n2n1得,交流电流表的示数
I1=n2n1I2=15×100 A=20 A.
14.(1)1 m/s (2)1 C
[解析] (1)cd棒匀速运动时速度最大,设为vm,棒中感应电动势为E,电流为I,则E=B2Lvm,I=E2R
由平衡条件得mgsin θ=B2IL
解得vm=1 m/s.
(2)设cd棒从开始运动至达到最大速度的过程中经过的时间为t,通过的距离为x,cd棒中平均感应电动势为E1,平均电流为I1,通过cd棒横截面的电荷量为q.
由能量守恒定律得mgxsin θ=12mvm2+2Q
E1=B2Lxt
I1=E12R
q=I1t
解得q=1 C.
15.(1)3mgRB2L2 (2) mgx-9m3g2R22B4L4
[解析] (1)当金属棒匀速下滑时,速度最大,设最大速度为vm,由平衡条件有
mgsin θ=F安
其中F安=BIL,I=BLvmR总,R总=R+R1+R2RLR2+RL=6R
解得vm=3mgRB2L2.
(2)由能量守恒定律得,整个电路产生的热量
Q=mg·2xsin θ-12mvm2=mgx-9m3g2R22B4L4.
16.(1)mv0RBL3t1 (2)0或4m2v02RB2L2t12
[解析] (1)由v-t图像可知,t=0时刻,线圈的加速度为a=v0t1
线圈中的感应电动势E=ΔΦΔt=L2ΔBΔt
感应电流I=ER
线圈所受的安培力F=BIL
由牛顿第二定律有F=ma
解得磁感应强度的变化率ΔBΔt=mv0RBL3t1.
(2)线圈在t2时刻开始做匀速直线运动,有两种可能:①线圈没有完全进入磁场,磁场就消失,所以没有感应电流,回路的电功率P=0.
②磁场没有消失,线圈完全进入磁场,尽管有感应电流,但线圈所受的合力为零,同样做匀速直线运动,此时E1=ΔΦ1Δt=ΔB·2L2Δt,回路的电功率P=E12R=4m2v02RB2L2t12.
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分.第Ⅰ卷40分,第Ⅱ卷60分,共100分,考试时间90分钟.
第Ⅰ卷 (选择题 共40分)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分.1~7小题只有一个选项符合题意,8~10小题有多个选项符合题意,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,选错或不答的得0分)
?在电磁学建立和发展的过程中,许多物理学家做出了重要贡献.下列说法符合史实的是 ( )
A.法拉第首先提出正电荷、负电荷的概念
B.库仑首先提出电荷周围存在电场的观点
C.奥斯特首先发现电流的磁效应
D.洛伦兹提出了分子电流假说
?如图M1-1所示,甲、乙两个矩形线圈同处于纸面内,甲的ab边与乙的cd边平行且靠得较近,甲、乙两线圈分别处于垂直纸面方向的匀强磁场中,穿过甲的磁场的磁感应强度为B1,方向指向纸面内,穿过乙的磁场的磁感应强度为B2,方向指向纸面外,两个磁场可同时变化.当发现ab边和cd边之间有排斥力时,磁场的变化情况可能是 ( )
图M1-1
A.B1变小,B2变大
B.B1变大,B2变大
C.B1变小,B2变小
D.B1不变,B2变小
?唱卡拉OK用的话筒内有传感器,它的工作原理是在话筒内的弹性膜片后面粘接一个轻小线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号,下列说法正确的是 ( )
A.该传感器是根据电流的磁效应工作的
B.该传感器是根据电磁感应原理工作的
C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变
D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势
?在如图M1-2所示的电路中,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,下列说法中正确的是 ( )
图M1-2
A.当滑动变阻器的滑片P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑动变阻器的滑片P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑动变阻器的滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑动变阻器的滑片P,L消耗的功率都不变
?如图M1-3所示,选项A、B、C、D是四种亮度可调的台灯的电路示意图,它们所用的白炽灯泡相同,规格都为“220 V 40 W”,当灯泡所消耗的功率都调到20 W时,台灯消耗的功率最小的是 ( )
图M1-3
?[2017·东北师大附中期末]如图M1-4所示,两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置,导轨平面与水平面的夹角为θ,导轨的下端接有电阻.当导轨所在空间没有磁场时,使导体棒ab以平行于导轨平面的初速度v0冲上导轨平面,ab上升的最大高度为H;当导轨所在空间存在方向与导轨平面垂直的匀强磁场时,再次使ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨平面,ab上升的最大高度为h.两次运动中ab始终与两导轨垂直且接触良好.关于上述情景,下列说法中正确的是 ( )
图M1-4
A.两次上升的最大高度比较,有H=h
B.两次上升的最大高度比较,有H
D.有磁场时,导轨下端的电阻中有电热产生
?[2017·河北邯郸高二质检]如图M1-5所示,一正方形闭合线圈由静止开始下落一定高度后,穿越一个有界的匀强磁场区域,线圈上、下边始终与磁场边界平行.从线圈开始下落到完全穿越磁场区域的过程中,线圈中的感应电流I、受到的安培力F及速度v随时间t变化的关系可能正确的是图M1-6中的 ( )
图M1-5
图M1-6
? [2017·陕西汉中高二质检]如图M1-7甲所示,左侧的调压装置可视为理想变压器,负载电路中R=50 Ω,A、V为理想电流表和电压表.若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压,电压表的示数为110 V,则下列说法正确的是 ( )
图M1-7
A.电流表的示数为2.2 A
B.原、副线圈匝数之比为1∶2
C.电压表的示数为电压的有效值
D.原线圈中交变电压的频率为100 Hz
?如图M1-8所示的电路中,匝数为n、横截面积为S、电阻为r的线圈处于一个均匀增强的匀强磁场中,磁场的磁感应强度随时间的变化率为k,磁场方向水平向右且与线圈平面垂直,电容器的电容为C,两个电阻的阻值分别为r和2r.由此可知,下列说法正确的是( )
图M1-8
A.电容器所带的电荷量为2nSkC5
B.电容器所带的电荷量为nSkC2
C.电容器上极板带正电
D.电容器下极板带正电
半导体中参与导电的电流载体称为载流子.N型半导体的载流子是电子,P型半导体的载流子是带正电的“空穴”.一块厚度为d、底面边长为l的长方体半导体样品置于方向如图M1-9所示、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,当半导体样品中通以方向如图所示、大小为I的恒定电流时,样品上、下表面出现恒定电势差U,且上表面带正电、下表面带负电.设半导体样品中每个载流子带电荷量为q,半导体样品中载流子的密度(单位体积内载流子的个数)用n表示,则下列关于样品材料类型和其中载流子密度n的大小的判断正确的是 ( )
图M1-9
A.是N型半导体 B.是P型半导体
C.n=BIqdU D.n=BIqlU
第Ⅱ卷 (非选择题 共60分)
二、实验题(本题共2小题,11题6分,12题9分,共15分)
图M1-10为利用光电脉冲测量实验小车的车速和行程的装置示意图,A为光源,B为光电接收器,A、B均固定在车身上,C为小车的车轮,D为与C同轴相连的齿轮,车轮转动时,A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后就变成脉冲光信号,被B接收并转换成电信号,再由电子电路记录和显示.若实验显示单位时间内的脉冲数为n,累计脉冲数为N,则要测出小车的速度和行程,还必须测量的物理量或数据是 ,小车速度v的表达式为 ,行程s的表达式为 .?
图M1-10
要研究光敏电阻的阻值与光照强弱的关系,需进行如下实验操作:
(1)将多用电表的选择开关置于 挡;?
(2)将红表笔插入 (选填“+”或“-”)插孔;?
(3)将光敏电阻接在多用电表的两表笔上,用光照射光敏电阻时,指针的偏角为θ,现用手掌挡住部分光线,指针的偏角变为θ',则可判断θ (选填“<”“=”或“>”)θ';?
(4)测量后应将选择开关置于 挡.?
三、计算题(本题共4小题,13题10分,14题10分,15题12分,16题13分,共45分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分)
交流发电机的原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动.一个小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.05 m2,线圈转动的频率为50 Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B=2π T.为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW”的电动机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器,电路如图M1-11所示.求:
(1)发电机的输出电压;
(2)变压器原、副线圈的匝数之比;
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数.
图M1-11
[2017·河南周口高二期末]如图M1-12所示,倾角θ=30°的光滑倾斜导体轨道 (足够长)与光滑水平导体轨道连接,两轨道宽度均为L=1 m,电阻忽略不计.匀强磁场Ⅰ仅分布在水平轨道平面所在区域,方向水平向右,磁感应强度大小B1=1 T;匀强磁场Ⅱ仅分布在倾斜轨道平面所在区域,方向垂直于倾斜轨道平面向下,磁感应强度大小B2=1 T.现将两质量均为m=0.2 kg、电阻均为R=0.5 Ω的相同导体棒ab和cd垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上,并同时由静止释放.g取10 m/s2.
(1)求导体棒cd沿倾斜轨道下滑的最大速度的大小.
(2)若已知从开始运动至cd棒达到最大速度的过程中,ab棒产生的焦耳热Q=0.45 J,求该过程中通过cd棒横截面的电荷量.
图M1-12
如图M1-13所示,两条足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ相距为L,导轨平面与水平面的夹角θ=30°,导轨电阻不计.磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上,长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m、电阻为R.金属导轨的上端连接右侧电路,灯泡的电阻RL=4R,定值电阻R1=2R,电阻箱的电阻调到R2=12R,重力加速度为g.现闭合开关S,将金属棒由静止释放.
(1)金属棒下滑的最大速度为多大?
(2)当金属棒下滑距离为x时,速度恰好达到最大,在金属棒由静止开始下滑距离2x的过程中,整个电路产生的热量为多少?
图M1-13
一个有界匀强磁场区域如图M1-14甲所示,有一个质量为m、电阻为R的矩形线圈abcd,线圈的ab、bc边的边长分别为L和2L,线圈一半在磁场内,一半在磁场外,开始时磁场的磁感应强度为B.t=0时刻磁场开始均匀减小,线圈中产生感应电流,线圈仅在安培力作用下运动,其v-t图像如图乙所示,图中斜向虚线为过O点的速度图像的切线,数据由图中给出,不考虑重力影响,求:
(1)磁场的磁感应强度的变化率;
(2)t2时刻回路的电功率.
甲 乙
图M1-14
1.C [解析] 富兰克林首先提出正电荷、负电荷的概念,法拉第首先提出电荷周围存在电场的观点,奥斯特首先发现电流的磁效应,安培提出了分子电流假说,选项C正确.
2.A [解析] ab边与cd边之间有排斥力,则通过两边的电流方向一定相反.由楞次定律可知,当B1变小而B2变大时,ab边与cd边中的电流方向相反,选项A正确.
3.B [解析] 当声波使膜片前后振动时,膜片后的金属线圈就跟着振动,从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线,穿过线圈的磁通量发生改变,产生感应电流,从而将声音信号转变为电信号.可见利用的是电磁感应原理,选项B正确.
4.A [解析] 根据电路图,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,滑动变阻器连入电路的阻值减小,流过LED的电流增大,LED发出的光增强,使得光敏电阻R的阻值减小,通过L的电流增大,L消耗的功率增大,选项A正确,选项B、D错误;同理,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,L消耗的功率减小,选项C错误.
5.C [解析] 利用变阻器调节到灯泡消耗功率为20 W时,除灯泡消耗电能外,变阻器由于热效应也要消耗一部分电能,使台灯消耗的功率大于20 W;利用理想变压器调节时,变压器的输入功率等于输出功率,变压器本身不消耗电能,所以选项C中台灯消耗的功率最小.
6.D [解析] 没有磁场时,只有重力做功,机械能守恒,没有电热产生,C错误.有磁场时,ab切割磁感线,重力和安培力均做负功,机械能减小,有电热产生,故ab上升的最大高度变小,A、B错误,D正确.
7.A [解析] 当线圈刚进入磁场时,若安培力等于重力,则做匀速直线运动,感应电流I恒定,全部进入磁场后做匀加速运动,出磁场时,安培力大于重力,做减速运动,感应电流减小,做加速度减小的减速运动,故A正确,D错误;线圈进、出磁场过程,受到的安培力始终向上,故B错误;当线圈进入磁场时,若安培力大于重力,则先做减速运动,加速度减小,完全进入磁场后做匀加速运动,出磁场时,安培力一定大于重力,仍然做减速运动,C错误.
8.AC [解析] 根据电路图可知,电阻R两端的电压为110 V,所以通过电阻R的电流I=11050 A=2.2 A,故A正确;由图像可知,输入电压的有效值为220 V,电压表的示数为110 V,即输出电压为110 V,根据电压与匝数成正比可得,原、副线圈匝数之比为2∶1,故B错误;电压表、电流表的示数都是有效值,故C正确;根据图像可知,原线圈中交变电压的频率为f=10.02 Hz=50 Hz,故D错误.
9.BC [解析] 线圈与阻值为r的电阻形成闭合回路,线圈中产生的感应电动势为E=nSΔBΔt=nSk,电容器两端的电压U=E2=nSk2,电容器所带的电荷量为Q=CU=nSkC2,选项A错误,选项B正确;根据楞次定律可判断,感应电流从线圈的右端流到左端,线圈的左端电势高,故电容器上极板带正电,选项D错误,选项C正确.
10.BD [解析] 若载流子为电子,则可判断电子受向上的洛伦兹力而向上表面运动,故上表面带负电.现在上表面带正电,故此材料为P型半导体,选项B正确.根据I=nqSv=nqdlv,且载流子所受洛伦兹力与电场力平衡,即qUd=qInqdlB,解得n=BIqlU,选项D正确.
11.D的齿数p和C的半径R v=2πnRp s=2πNRp
[解析] D转动的角速度与单位时间内的脉冲数n及D的齿数有关,设D的齿数为p,则D的角速度ω=2πnp,小车速度v与C边缘的线速度相等,即v=ωR=2πnRp;累计脉冲数N经历的时间t=Nn,小车的行程s=vt=2πNRp.
12.(1)欧姆 (2)+ (3)> (4)OFF或交流电压最高
[解析] 用手掌挡住部分光线,电阻变大,多用电表的指针偏角变小.
13.(1)1100 V (2)5∶1 (3)20 A
[解析] (1)发电机产生的最大感应电动势
Em=NBSω=2πNBSf=2π×220×2π×0.05×50 V=11002 V
发电机的输出电压U1=Em2=1100 V.
(2)变压器原、副线圈的匝数之比
n1n2=U1U2=1100V220 V=51.
(3)副线圈的总电流为I2=2PU2=2×11×103220 A=100 A
由I1I2=n2n1得,交流电流表的示数
I1=n2n1I2=15×100 A=20 A.
14.(1)1 m/s (2)1 C
[解析] (1)cd棒匀速运动时速度最大,设为vm,棒中感应电动势为E,电流为I,则E=B2Lvm,I=E2R
由平衡条件得mgsin θ=B2IL
解得vm=1 m/s.
(2)设cd棒从开始运动至达到最大速度的过程中经过的时间为t,通过的距离为x,cd棒中平均感应电动势为E1,平均电流为I1,通过cd棒横截面的电荷量为q.
由能量守恒定律得mgxsin θ=12mvm2+2Q
E1=B2Lxt
I1=E12R
q=I1t
解得q=1 C.
15.(1)3mgRB2L2 (2) mgx-9m3g2R22B4L4
[解析] (1)当金属棒匀速下滑时,速度最大,设最大速度为vm,由平衡条件有
mgsin θ=F安
其中F安=BIL,I=BLvmR总,R总=R+R1+R2RLR2+RL=6R
解得vm=3mgRB2L2.
(2)由能量守恒定律得,整个电路产生的热量
Q=mg·2xsin θ-12mvm2=mgx-9m3g2R22B4L4.
16.(1)mv0RBL3t1 (2)0或4m2v02RB2L2t12
[解析] (1)由v-t图像可知,t=0时刻,线圈的加速度为a=v0t1
线圈中的感应电动势E=ΔΦΔt=L2ΔBΔt
感应电流I=ER
线圈所受的安培力F=BIL
由牛顿第二定律有F=ma
解得磁感应强度的变化率ΔBΔt=mv0RBL3t1.
(2)线圈在t2时刻开始做匀速直线运动,有两种可能:①线圈没有完全进入磁场,磁场就消失,所以没有感应电流,回路的电功率P=0.
②磁场没有消失,线圈完全进入磁场,尽管有感应电流,但线圈所受的合力为零,同样做匀速直线运动,此时E1=ΔΦ1Δt=ΔB·2L2Δt,回路的电功率P=E12R=4m2v02RB2L2t12.