选修3-2 模块终结测评（一）Word版含解析

模块终结测评(一)
　　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)下列应用中与涡流有关的是 (　　)
A.高频感应冶炼炉
B.金属探测器
C.电磁灶
D.闭合线圈在匀强磁场中转动,切割磁感线产生电流
2.一只“220 V　100 W”的灯泡接在u=311sin 314t(V)的交变电源上,则下列判断错误的是(　　)
A.在1 min内,灯泡上产生的热量是22 000 J
B.与灯泡串联的电流表的示数为0.45 A
C.与灯泡并联的电压表的示数为220 V
D.通过灯泡的电流的表达式为i=0.64sin 314t(A)
3.唱卡拉OK用的话筒内有传感器,其中有一种是用动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的闭合线圈,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原理工作的
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
4.如图M-1-1所示,两条足够长的平行金属导轨水平放置,导轨的一端接有电阻和开关,导轨光滑且电阻不计,匀强磁场的方向与导轨平面垂直,金属杆ab置于导轨上.当开关S断开时,在杆ab上作用一水平向右的恒力F,使杆ab向右运动进入磁场.一段时间后闭合开关并开始计时,金属杆在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好.金属杆ab的v-t图像不可能是图M-1-2中的 (　　)
图M-1-1
图M-1-2
5.(多选)在如图M-1-3甲所示的虚线框内有匀强磁场,设图示磁场方向为正,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示.边长为l、电阻为R的正方形线框abcd有一半处在磁场中,磁场方向垂直于线框平面,此时线框ab边的发热功率为P,则下列说法正确的是 (　　)
图M-1-3
A.磁感应强度B0=T2l2PR
B.线框中感应电流为I=2PR
C.线框cd边的发热功率为P
D.a端电势高于b端电势
6.(多选)[2017·山东淄博期中] 为了减少输电线路中的电力损失,发电厂发出的电通常是经过升压变电站升压后输送,再经过降压变电站将高压变为低压.某降压变电站将电压U0=11 0002sin 100πt(V)的交流电降为220 V供居民小区用电,则该变电站的变压器 (　　)
A.原、副线圈匝数比为50∶1
B.副线圈中电流的频率是50 Hz
C.原线圈的导线比副线圈的要粗
D.原线圈中的电流等于居民小区各用电器电流的总和
7.(多选)如图M-1-4所示的电路中,电容器的电容为C、带电荷量为q,线圈匝数为n、横截面积为S、电阻为r,线圈处于一个磁感应强度均匀减小的匀强磁场中,磁感应强度方向水平向右且与线圈平面垂直,电路中两个定值电阻的阻值分别为r和2r.下列说法正确的是 (　　)
图M-1-4
A.电容器上极板带正电
B.电容器下极板带正电
C.磁感应强度随时间的变化率为qnSC
D.磁感应强度随时间的变化率为2qnSC
8.如图M-1-5所示,交流电流表A1、A2、A3分别与电阻R1、电容器C和电感线圈L串联后接在正弦式交流电源上,交流电流表A4与电阻R2串联后接在理想变压器副线圈的两端.如果保持供电电压的最大值不变,而增大供电电压的频率,则电流表示数不变的是 (　　)
图M-1-5
A.A1和A2 B.A1和A4
C.A3 和A2 D.A3和A4
9.[2017·福州三中检测] 如图M-1-6所示是一种理想自耦变压器示意图,线圈绕在一个圆环形的铁芯上,P是可移动的滑动触头,A、B间接交流电压U,输出端连接了两个相同的灯泡L1和L2,Q为滑动变阻器的滑片.当开关S闭合,P处于如图所示的位置时,两灯均能发光.下列说法正确的是 (　　)
图M-1-6
A.将P沿逆时针方向移动,两灯均变暗
B.P不动,将Q向左移动,两灯均变亮
C.P不动,将Q向右移动,输入功率变大
D.断开开关S,L1将变暗
10.(多选)由粗细相同、同种材料制成的A、B两线圈分别按图M-1-7甲、乙两种方式放入匀强磁场中,甲、乙两图中的磁场方向均垂直于线圈平面,A、B线圈的匝数比为2∶1,半径之比为2∶3,当两图中的磁场都随时间均匀变化时 (　　)
图M-1-7
A.甲图中,A、B两线圈中电动势之比为2∶3
B.甲图中,A、B两线圈中电流之比为3∶2
C.乙图中,A、B两线圈中电动势之比为8∶9
D.乙图中,A、B两线圈中电流之比为2∶3
11.如图M-1-8所示,除导体棒ab可动外,其余部分均固定不动,甲图中的电容器C原来不带电.设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略,导体棒和导轨间的摩擦也不计,图中装置均在水平面内,且都处于方向垂直于水平面(即纸面)向下的匀强磁场中,导轨足够长.现给导体棒ab一个向右的初速度v0,在甲、乙、丙三种情况下,导体棒ab的最终运动状态是 (　　)
图M-1-8
A.三种情形下导体棒ab最终都做匀速运动
B.甲、丙中,ab棒最终将以不同速度做匀速运动;乙中,ab棒最终静止
C.甲、丙中,ab棒最终将以相同速度做匀速运动;乙中,ab棒最终静止
D.三种情形下导体棒ab最终都静止
12.(多选)如图M-1-9甲所示,一个半径为r1、匝数为n、电阻值为R的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路,导线的电阻不计.在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场(未画出),磁感应强度B随时间t变化的图线如图乙所示,图线在横、纵轴上的截距分别为t0和B0.在0到t1时间内,下列说法正确的是 (　　)
图M-1-9
A.R1中电流的方向由a到b
B.电流的大小为nπB0r223Rt0
C.线圈两端的电压为nπB0r223t0
D.通过电阻R1的电荷量为nπB0r22t13Rt0
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2小题,13题6分,14题9分,共15分)
13.在研究光敏电阻的阻值与光照强弱的关系时:
(1)应将多用电表的选择开关置于　　　　挡;?
(2)将红表笔插入　　　　(选填“+”或“-”)接线孔;?
(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表针的偏角为θ,现用手掌挡住部分光线,表针的偏角变为θ',则可判断θ　　　　(选填“>”“<”或“=”)θ';?
(4)测试后应将选择开关置于　　　　　　　　挡.?
14.图M-1-10是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图.门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小;门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出).经实际试验,灯的亮灭能反映门的开关状态.
图M-1-10
(1)门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比　　　　(选填“增大”或 “减小”);?
(2)门打开时　　　　(选填“红”或“绿”)灯亮.?
三、计算题(本题共4小题,15题10分,16题12分,17题12分,18题15分,共49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)
15.均匀导线制成的单匝正方形闭合线框abcd的边长为L,总电阻为R,将其置于磁感应强度为B、方向垂直于线框平面的水平匀强磁场的上方h高处,如图M-1-11所示.线框由静止自由下落,线框平面保持在竖直平面内,且cd边始终与磁场边界平行,重力加速度为g.当cd边刚进入磁场时:
(1)求线框中产生的感应电动势大小;
(2)求c、d两点间的电势差;
(3)若此时线框的加速度恰好为零,求线框的质量m.
图M-1-11
16.[2017·辽宁锦州期末] 有一个负载电阻,其阻值为R,当将它接在20 V的直流电源(内阻为0)上时,消耗的电功率为P;当将它接在图M-1-12中的理想变压器的次级电路中时,消耗的电功率是P2.已知变压器的输入电压最大值为100 V,求此变压器的原、副线圈的匝数之比.
图M-1-12
17.某兴趣小组设计了一种发电装置,如图M-1-13所示.在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为49π,磁场均沿半径方向.匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l.线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动,bc和ad边同时进入磁场,在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直.线圈的总电阻为r,外接电阻为R.求:
(1)线圈切割磁感线时产生的感应电动势的大小Em.
(2)bc边切割磁感线时所受安培力的大小F.
(3)外接电阻上电流的有效值I.
图M-1-13
18.光滑的平行金属导轨长为L=2 m,两导轨间距d=0.5 m,轨道平面与水平面的夹角为θ=30°,导轨上端接一个阻值为R=0.6 Ω的电阻,导轨所在空间有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁场的磁感应强度B=1 T,如图M-1-14所示,一根质量m=0.5 kg、电阻r=0.4 Ω的金属棒ab垂直于导轨放在导轨最上端,且与导轨接触良好,其余部分电阻不计.已知棒ab从导轨最上端由静止开始下滑到最底端脱离导轨的过程中,电阻R上产生的热量Q1=0.6 J,棒与导轨始终垂直,g取10 m/s2,试求:
(1)当棒的速度v=2 m/s时,电阻R两端的电压;
(2)棒下滑到导轨最底端时速度的大小;
(3)棒下滑到导轨最底端时加速度a的大小.
图M-1-14

1.ABC
2.A　[解析] 在1 min内,灯泡上产生的热量是W=Pt=100×60 J=6000 J,选项A错误;从电压瞬时值的表达式知,电压的有效值为220 V,通过灯泡的电流I=100W220 V=0.45 A,也是与灯泡串联的电流表的示数,故选项B正确;电压表与灯泡并联,测得的是灯泡两端电压的有效值,故示数为220 V,选项C正确;通过灯泡的电流的有效值为0.45 A,故其最大值Im=2×0.45 A=0.64 A,选项D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,可见这是利用电磁感应原理,故选项B正确.
4.D　[解析] 以金属杆为研究对象,有F-F安=ma,即F-B2L2vR=ma,闭合开关瞬间,若F=B2L2vR,则金属杆做匀速运动,选项A正确;若F<B2L2vR,则杆先做加速度减小的减速运动后做匀速运动,选项C正确;若F>B2L2vR,则杆先做加速度减小的加速运动后做匀速运动,选项B正确,只有选项D不可能.
5.BC　[解析] 由题图乙可知,线框中产生的感应电动势恒定,线框ab边的发热功率为P=E24R,感应电动势E=ΔBΔtS=2B0T·l22=B0l2T,所以B0=2Tl2PR,A错误;由P=14I2R可得线框中的感应电流I=2PR,B正确;cd边电阻等于ab边电阻,而两边流过的电流相等,因此发热功率相等,C正确;由楞次定律可判断,线框中感应电流方向为adcba方向,因此a端电势比b端电势低,D错误.
6.AB　[解析] 原线圈电压的有效值为U1=11 000 V,由U1U2=n1n2得,n1n2=501,选项A正确;变压器不改变交流电的频率,故选项B正确;由n1n2=I2I1得,副线圈的电流大,要想导线发热少,导线要粗一些(使电阻较小),故选项C错误;居民小区各用电器电流的总和应该等于副线圈中的电流,选项D错误.
7.BD　[解析] 由图可知,向右的磁场均匀减小,根据楞次定律,电容器下极板带正电,选项A错误,选项B正确;由C=qU得,电容器两端的电压即电源的路端电压,为U=qC,由闭合电路欧姆定律可知,感应电动势E=2U=2qC,根据法拉第电磁感应定律有E=nΔBΔtS,联立得ΔBΔt=2qnSC,选项C错误,选项D正确.
8.B　[解析] 随着交变电流频率的增大,电阻元件的阻抗(电阻)不变,电感元件的感抗增大,电容器的容抗减小,根据欧姆定律可得:通过电阻的电流不变,通过电容器的电流变大,通过电感线圈的电流变小,由于供电电压的最大值不变,原、副线圈的匝数比不变,故电流表A4的示数也不变,选项B正确.
9.B　[解析] 当P沿逆时针方向移动时,副线圈的匝数n2增大,由U1U2=n1n2知,U2增大,L1、L2两灯均变亮,选项A错误;当P不动,Q向左移动时,U2不变,R减小,L1、L2两端的电压增大,两灯泡变亮,选项B正确;当P不动,Q向右移动时,U2不变,R增大,R总增大,变压器的输出功率P2=U22R总减小,而P1=P2,故P1减小,选项C错误;断开开关S,则负载电阻增大,通过R的电流减小,R两端的电压减小,故L1两端的电压增大,L1将变亮,选项D错误.
10.BCD　[解析] 图甲中,设有界磁场的面积为S,则线圈A产生的电动势EA=n1ΔBΔtS,电阻RA=ρn1·2πr1S',B产生的电动势EB=n2ΔBΔtS,电阻RB=ρn2·2πr2S',因此EAEB=n1n2=21,电流之比为IAIB=EAEB·RBRA=32,A错误,B正确;图乙中,A产生的电动势E'A=n1ΔBΔtπr12,B产生的电动势E'B=n2ΔBΔtπr22,因此E'?AE'?B=n1n2·r12r22=89,电流之比I'AI'B=E'AE'B·RBRA=23,C、D正确.
11.B　[解析] 题图甲中ab棒运动后给电容器充电,当电容器极板间电压与导体棒产生的感应电动势相等时,ab棒向右做匀速运动;题图乙中构成了回路,最终棒的动能完全转化为电热,棒停止运动;题图丙中棒先向右减速为零,然后反向加速至匀速,故选项B正确.
12.BD　[解析] 由图像分析可知,0到t1时间内,由法拉第电磁感应定律有E=nΔΦΔt=nΔBΔtS,面积S=πr22,由闭合电路欧姆定律有I1=E2R+R,联立可得通过电阻R1的电流大小为I1=nπB0r223Rt0,由楞次定律可判断通过电阻R1的电流方向为从b到a,选项A错误,选项B正确;线圈两端的电压大小为U=I1·2R=2nπB0r223t0,选项C错误;通过电阻R1的电荷量为q=I1t1=nπB0r22t13Rt0,选项D正确.
13.(1)欧姆　(2)+　(3)>　(4)OFF或交流电压最高
14.(1)减小　(2)红
[解析] 当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,从而使并联电路电阻减小,总电阻减小,总电流增大,R2两端的电压减小,通过R2的电流减小,故通过R3的电流增大,线圈产生的磁场增强,吸引衔铁,红灯亮.
15.(1)BL2gh　(2)34BL2gh　(3)B2L22ghgR
[解析] (1)cd边刚进入磁场时,线框的速度v=2gh,
线框中产生的感应电动势E=BLv=BL2gh.
(2)此时线框中的电流I=ER,
由右手定则可知,通过cd边的电流方向为d→c,故c点电势较高.
c、d两点间的电势差U=I·34R=34BL2gh.
(3)安培力F=BIL=B2L22ghR,
根据牛顿第二定律得mg-F=ma,又a=0,
联立解得m=B2L22ghgR.
16.5∶1
[解析] 把负载电阻接在U=20 V的直流电源上,有P=U2R
将负载电阻接在理想变压器的次级电路中,有P2=U22R
变压器的输入电压U1=1002 V
又n1n2=U1U2
联立解得变压器的原、副线圈的匝数之比n1n2=51.
17.(1)2NBl2ω　(2)4N2B2l3ωr+R　(3)4NBl2ω3(r+R)
[解析] (1)bc、ad边的运动速度v=ωl2,
线圈切割磁感线时产生的感应电动势Em=2NB·2l·v=4NBlv=2NBl2ω.
(2)电流Im=Emr+R ,
bc边切割磁感线时所受安培力F=2NBIml=4N2B2l3ωr+R.
(3)一个周期内,通电时间t=49T
R上消耗的电能W=Im2Rt
根据有效值的定义W=I2RT
解得I=4NBl2ω3(r+R).
18.(1)0.6 V　(2)4 m/s　(3)3 m/s2
[解析] (1)当棒的速度v=2 m/s时,棒中产生的感应电动势E=Bdv=1 V,
此时电路中的电流I=ER+r=1 A,
所以电阻R两端的电压U=IR=0.6 V.
(2)根据Q=I2Rt∝R可知,在棒下滑的整个过程中金属棒中产生的热量
Q2=rRQ1=0.4 J,
设棒到达导轨最底端时的速度为v2,根据能量守恒定律,有
mgLsin θ=12mv22+Q1+Q2,
解得v2=4 m/s.
(3)棒到达导轨最底端时回路中产生的感应电流I2=Bdv2R+r=2 A,
根据牛顿第二定律有mgsin θ-BI2d=ma,
联立解得a=3 m/s2.