选修3-2 模块终结测评（二） Word版含解析

模块终结测评(二)
　　本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,共100分,考试时间90分钟.
第Ⅰ卷(选择题　共36分)
一、选择题(本题共12小题,每小题3分,共36分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项符合题意,有的有多个选项符合题意,全部选对的得3分,选对但不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(多选)[2017·广西铁一中高二期中] 下列关于器材的原理和用途的说法中正确的是 (　　)
图M-2-1
A.变压器可以改变交流电压与稳恒直流电压
B.扼流圈对变化的电流有阻碍作用
C.真空冶炼炉的工作原理是通过线圈发热使炉内金属熔化
D.磁电式仪表中用铝框做线圈的骨架能起电磁阻尼的作用
2.(多选)[2017·西安交大附中期中] 目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏.电容式触摸屏内有一导电层,导电层四个角引出四个电极.当手指触摸屏幕时,人体和触摸屏就形成了一个电容器,电容器具有“通高频”的作用,从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流过,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置信息.在开机状态下,下列说法中正确的是 (　　)
A.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变
B.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象
C.当手指触摸屏幕时,手指有微弱的电流流过
D.当手指离开屏幕时,电容变小,对高频电流的阻碍变大,控制器不易检测到手指的准确位置
3.(多选)如图M-2-2所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光.要使灯泡变亮,可以采取的方法有 (　　)
图M-2-2
A.向下滑动P
B.增大交流电源的电压
C.增大交流电源的频率
D.减小电容器C的电容
4.矩形金属线圈共10匝,绕垂直于磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的交变电动势e随时间t变化的情况如图M-2-3所示.下列说法中正确的是 (　　)
图M-2-3
A. 此交变电动势的频率为0.2 Hz
B. 此交变电动势的有效值为1 V
C. t=0.1 s时,线圈平面与磁场方向平行
D. t=0.1 s时,通过线圈的磁通量最大
5.如图M-2-4所示,矩形线圈abcd的面积为S,匝数为N,线圈电阻为R,在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度ω匀速转动(P1与ab边重合,P2过ad边的中点),从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,
线圈转过90°角的过程中,绕P1及P2轴转动产生的交变电流的大小、通过线圈的电荷量及线圈中产生的热量分别为I1、q1、Q1及I2、q2、Q2,则下列判断正确的是 (　　)
图M-2-4
A.线圈绕P1和P2轴转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d
B.q1>q2
C.I1=I2
D.Q16.(多选)我国“西电东送”采用高压输电,继三峡至常州的500 kV直流输电工程后,又实现了三峡至广东的500 kV直流输电工程.关于高压直流输电,下列说法正确的是 (　　)
A.高压输电可以减小输电电流,从而减少输电线上的能量损失
B.恒定的直流输电可以有效地消除交流高压输电中感抗和容抗的影响
C.可以加快输电的速度
D.为实现高压直流输电,可以用变压器直接改变恒定电流的电压
7.[2016·北京卷] 如图M-2-5所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直.磁感应强度B随时间均匀增大.两圆环半径之比为2∶1,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,不考虑两圆环间的相互影响.下列说法正确的是 (　　)
图M-2-5
A.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿逆时针方向
B.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿顺时针方向
C.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿逆时针方向
D.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿顺时针方向
8.(多选)如图M-2-6所示,光滑水平面上存在垂直于水平面的有界匀强磁场,直径与磁场宽度相同的圆形金属线框以一定的初速度斜向上匀速通过磁场.在必要的时间段内施加必要的水平拉力保证其匀速运动,则 (　　)
图M-2-6
A.线框内的感应电流先沿逆时针方向再沿顺时针方向
B.线框内的感应电流经历两次先增大后减小
C.水平拉力的方向与速度同向
D.水平拉力的方向与速度方向无关
9.如图M-2-7所示,一刚性矩形铜制线圈从高处自由下落,进入一水平的匀强磁场区域,然后穿出磁场区域 (　　)
图M-2-7
A.若线圈进入磁场过程是匀速运动,则离开磁场过程一定也是匀速运动
B.若线圈进入磁场过程是加速运动,则离开磁场过程一定是加速运动
C.若线圈进入磁场过程是减速运动,则离开磁场过程一定是加速运动
D.若线圈进入磁场过程是减速运动,则离开磁场过程一定是减速运动
10.[2017·江苏江阴一中期末] 一根电阻丝接入100 V的恒压电路中,在1 min内产生的热量为Q,同样的电阻丝接入正弦交变电压的电路中,在2 min内产生的热量也为Q,则该交变电压的峰值是 (　　)
A.141.4 V B.100 V C.70.7 V D.50 V
11.如图M-2-8甲所示,线圈ABCD固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,当磁场变化时,线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示,则磁场的变化情况可能是图M-2-9中的(　　)
图M-2-8
图M-2-9
12.[2017·郑州外国语学校期中] 如图M-2-10所示,水平面内有两条平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计,阻值为R的导体棒垂直于导轨放置,且与导轨接触良好,导轨所在空间存在匀强磁场,磁场方向与导轨平面垂直.t=0时,将开关S由1掷向2,若分别用q、i、v和a表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度大小和加速度大小,则如图M-2-11所示的图像中正确的是 (　　)
图M-2-10
图M-2-11
请将选择题答案填入下表:
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
总分
答案
第Ⅱ卷(非选择题　共64分)
二、实验题(本题共6分)
13.如图M-2-12所示,图甲为热敏电阻的R-t图像,图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单的恒温箱温控电路,继电器线圈的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势E=9.0 V,内阻可以不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源.
图M-2-12
(1)应该把恒温箱内的加热器接在　　　　(选填“A、B端”或“C、D端”).?
(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃,可变电阻R'的阻值应调节为　　　　Ω.?
三、计算题(本题共5小题,14题10分,15题10分,16题12分,17题12分,18题14分,共58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)
14.有一种测量压力的电子秤,其原理如图M-2-13所示.E是内阻不计、电动势为6 V的电源.R0是一个阻值为400 Ω的限流电阻.G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器.R是压敏电阻,其阻值可随压力大小的变化而改变,其关系如下表所示.C是一个用来保护显示器的电容器.秤台所受的重力忽略不计.
图M-2-13
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/Ω
300
280
260
240
220
200
180
…
(1)画出电阻R随压力F变化的图线,并归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式.
(2)写出压力与电流的关系式,说明该测力显示器的刻度是否均匀.
(3)若电容器的耐压值为5 V,该电子秤的量程是多少?
15.如图M-2-14所示,PN与QM两平行金属导轨相距1 m,电阻不计,两端分别接有电阻R1和R2,且R1=6 Ω,垂直于导轨放置的导体棒ab的电阻为2 Ω,在导轨上可无摩擦地滑动且与导轨接触良好,垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T.现导体棒以恒定的速度v=3 m/s向右移动,这时导体棒上消耗的电功率与R1、R2消耗的电功率之和相等.
(1)求R2的阻值.
(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少?
图M-2-14
16.图M-2-15甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的uab-t图像如图乙所示.若只在c、e间接一只Rce=400 Ω的电阻,或只在d、e间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式.
(2)求只在c、e间接400 Ω的电阻时,原线圈中的电流I1.
(3)求c、e和d、e间线圈的匝数比ncende.
图M-2-15
17.[2017·杭州高级中学期中] 小明同学设计了一个“电磁天平”,如图M-2-16甲所示,等臂天平的左臂有挂盘,右臂挂有矩形线圈,两臂平衡.线圈的水平边长L=0.1 m,竖直边长H=0.3 m,匝数为N1.线圈的下边处于匀强磁场内,磁感应强度B0=1.0 T,方向垂直于线圈平面向里.线圈中通有可在0~2.0 A范围内调节的电流I.挂盘中放上待测物体后,调节线圈中电流使天平平衡,测出电流即可测得物体的质量.(重力加速度g取10 m/s2)
(1)为使“电磁天平”的量程达到0.5 kg,线圈的匝数N1至少为多少?
(2)进一步探究电磁感应现象,另选N2=100匝、形状相同的线圈,总电阻R=10 Ω,不接外电流,两臂平衡,如图乙所示,保持B0不变,在线圈上部另加垂直于纸面向外的匀强磁场,且磁感应强度B随时间均匀变大,磁场区域宽度d=0.1 m.当挂盘中放质量为0.01 kg的物体时,天平平衡,求此时磁感应强度的变化率ΔBΔt.
图M-2-16
18.小明设计的电磁健身器的简化装置如图M-2-17所示,两根平行金属导轨相距l=0.50 m,倾角θ=53°,导轨上端串接一个R=0.05 Ω的电阻.在导轨间长d=0.56 m的区域内存在方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度B=2.0 T.质量m=4.0 kg的金属棒CD水平置于导轨上,用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连.CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s=0.24 m.一位健身者用恒力F=80 N拉动GH杆,CD棒由静止开始运动,上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直并接触良好.当CD棒到达磁场上边界时健身者松手,触发恢复装置使CD棒回到初始位置.重力加速度g取10 m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的重力.求:
(1)CD棒进入磁场时速度v的大小;
(2)CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小;
(3)在拉升CD棒的过程中,健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q.
图M-2-17
1.BD　[解析] 变压器是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置,选项A错误;扼流圈是电感线圈,分为低频扼流圈和高频扼流圈,有抑制电流变化的特性,选项B正确;真空冶炼炉是利用炉外线圈通入交变电流,炉内的金属中产生涡流,涡流产生的热量使金属熔化,选项C错误;当可动线圈通有电流以后,在磁场作用下,线圈带动指针和铝框一起转动,当铝框在磁场中转动时,闭合的铝框产生的感应电流所受的安培力阻碍铝框运动,因此能使指针较快停在读数位置,选项D正确.
2.CD　[解析] 感测手指触摸点的位置是通过测电流,由电流比例计算,选项A、B错误;当手指触摸屏幕时,由于电容器具有“通高频”的作用,所以有微弱电流流过,选项C正确;当手指离开屏幕时,电容器两极板间的距离增大,电容减小,对高频电流的阻碍变大,选项D正确.
3.BC　[解析] 要使灯泡变亮,可将电压调大,或增大副线圈匝数,即向上滑动P,选项A错误,选项B正确.电容器对交变电流的作用为“通高频,阻低频”,且电容越小,阻碍作用越大,故增大频率,电压增大;减小电容,电压减小,选项C正确,选项D错误.
4.D　[解析] 由e-t图像可知,交变电动势的周期为0.2 s,故频率为5 Hz,该交变电动势的最大值为1 V,有效值为22 V,选项A、B错误.t=0.1 s时,电动势的瞬时值为零,线圈处在中性面位置,通过线圈的磁通量最大,故选项C错误,选项D正确.
5.C　[解析] 绕P1、P2轴转动时电流的方向相同,但电流的方向为a→d→c→b→a,选项A错误;电荷量q=NΔΦR,与绕哪个轴转动没有关系,选项B错误;线圈分别绕两轴转动时产生的电动势相同,所以电流相同,产生的热量也相同,选项C正确,选项D错误.
6.AB　[解析] 根据P=IU可知,在功率一定时,采用高压输电,可以减小电流,从而减少输电线上的能量损失,选项A正确;交变电流由于感抗和容抗的作用,对输电有影响,而利用直流输电可以有效地弥补这个缺陷,选项B正确;直流输电不能改变输电的速度,选项C错误;变压器只能改变交变电流的电压,选项D错误.
7.B　[解析] 由法拉第电磁感应定律可知E=nΔΦΔt,则E=nΔBΔtπR2.由于Ra∶Rb=2∶1,则Ea∶Eb=4∶1.由楞次定律和安培定则可以判断产生顺时针方向的电流,选项B正确.
8.ABD　[解析] 圆形金属线框的磁通量先增加后减少,由楞次定律可知,线框内的感应电流先沿逆时针方向再沿顺时针方向,选项A正确;切割磁感线的有效长度为直径时最大,故线框产生的感应电动势经历两次先增大后减小,选项B正确;水平拉力的方向与安培力的方向相反,与速度方向无关,选项C错误,选项D正确.
9.D　[解析] 若线圈进入磁场过程是匀速运动,完全进入磁场区域一定做加速运动,则刚要离开磁场时所受安培力大于重力,不可能是匀速运动,选项A错误;若线圈进入磁场过程是加速运动,则离开磁场过程可能是加速运动,也可能是匀速运动或减速运动,选项B错误;若线圈进入磁场过程是减速运动,则离开磁场过程一定是减速运动,选项C错误,选项D正确.
10.B　[解析] 根据Q=U2tR得(100V)2×60sR=U2×120sR,解得U=502 V,Um=2U=100 V.
11.D　[解析] A图中,磁场均匀增强,由楞次定律判断线圈ABCD中的感应电流沿顺时针方向,利用左手定则判断AB边所受安培力方向向右,安培力F=
ΔBSRΔtlB变大,与题目已知条件不符,选项A错误;B图中,磁场变强,线圈中产生顺时针方向电流,AB边所受安培力方向向右,安培力F=ΔBSRΔtlB变大,与题目已知条件不符,选项B错误;C图中,磁场变弱,线圈中产生逆时针方向电流,AB边所受安培力方向向左,与题目已知条件不符,选项C错误;D图中,磁场变强,线圈中产生顺时针方向电流,AB边所受安培力方向向右,安培力F=ΔBSRΔtlB可能恒定,选项D正确.
12.D　[解析] 电容器放电时,导体棒在安培力作用下运动,产生感应电动势,感应电动势与电容器两极板间电压相等时,棒做匀速直线运动,说明极板上电荷量最终不等于零,选项A错误;但电流最终必为零,选项B错误;导体棒速度增大到最大后做匀速直线运动,加速度为零,选项C错误,选项D正确.
13.(1)A、B端　(2)260
[解析] (1)恒温箱内的加热器应接在A、B端.当线圈中的电流较小时,继电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高.
(2)随着恒温箱内温度升高,热敏电阻R的阻值变小,则线圈中的电流变大,当线圈中的电流大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸到下方来,则恒温箱加热器与电源断开,加热器停止工作,恒温箱内温度降低.随着恒温箱内温度降低,热敏电阻R的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈中的电流小于20 mA时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样就可以使恒温箱内保持在某一温度.要使恒温箱内的温度保持50 ℃,即50 ℃时线圈内的电流为20 mA.由闭合电路的欧姆定律得I=Er+R+R',r为继电器的电阻.由图甲可知,50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω,所以R'=EI-R-r=260 Ω.
14.(1)如图所示
R=300-0.4F(Ω).
(2)F=1750-15I(N)　不均匀
(3)550 N
15.(1)3 Ω　(2)0.375 W　0.75 W
[解析] (1)内、外电路消耗的功率相等,则内、外电阻相等,有R1R2R1+R2=2 Ω,
解得R2=3 Ω.
(2)导体棒产生的感应电动势E=Blv=1×1×3 V=3 V,
总电流I=ER总=34 A=0.75 A,
路端电压U=IR外=0.75×2 V=1.5 V,
故P1=U2R1=1.526 W=0.375 W,P2=U2R2=1.523 W=0.75 W.
16.(1)uab=400sin 200πt(V)　(2)0.28 A　(3)43
[解析] (1)由题图乙知ω=2πT=200π rad/s,电压瞬时值uab=400sin 200πt(V).
(2)电压的有效值U1=2002 V,P1=P2,原线圈中的电流I1=P1U1
解得I1≈0.28 A或25 A.
(3)设原线圈的匝数为n1,U1n1=Ucence,同理,U1n1=Udende,
由题意知 Uce2Rce=Ude2Rde,
解得 ncende=RceRde=43.
17.(1)25匝　(2)0.1 T/s
[解析] (1)线圈受到安培力F=N1B0IL
天平平衡,有mg=N1B0IL
解得N1=25匝
(2)由法拉第电磁感应定律得E=N2ΔΦΔt=N2ΔBΔtLd
由闭合电路欧姆定律得I'=ER
线圈受到安培力F'=N2B0I'L
天平平衡,有m'g=N22B0ΔBΔt·dL2R
解得 ΔBΔt=0.1 T/s
18.(1)2.4 m/s　(2)48 N　(3)64 J　26.88 J
[解析] (1)由牛顿第二定律得a=F-mgsinθm=12 m/s2
CD棒进入磁场时的速度v=2as=2.4 m/s.
(2)感应电动势E=Blv
感应电流I=BlvR
安培力FA=BIl
联立解得FA=B2l2vR=48 N.
(3)健身者做功W=F(s+d)=64 J
由牛顿第二定律得F-mgsin θ-FA=ma'
解得a'=0,即CD棒在磁场区域做匀速运动
在磁场中运动时间t=dv
电阻产生的焦耳热Q=I2Rt=26.88 J.