高中物理鲁科版选修3-2 训练题 全册综合 Word版含解析

综合检测

一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1. 如图所示，闭合矩形线框abcd位于磁感应强度为B的匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，让线框以沿与ab边垂直的速度v在磁场中匀速运动，则关于线框中感应电流和感应电动势判断正确的是(　　)
A．cd中有向上的电流，且c点电势高于d点电势
B．cd中有向上的电流，且d点电势高于c点电势
C．cd中没有感应电流，且d点电势不等于c点电势
D．cd中没有感应电流，且d点电势等于c点电势
解析：选C.根据感应电流产生的条件，即当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，回路中就会有感应电流产生．本题中，线框运动的过程，磁通量不变，故回路中没有感应电流；但根据右手定则，整个导体向右切割磁场，导体的ad端电势高于bc端的电势，故本题选C.
2. M和N是绕在一个环形铁芯上的两个线圈，绕法和线路如图所示．现将变阻器R1的滑片从a端逐渐向b端移动的过程中，对通过电阻R2的电流分析正确的是(　　)
A．R2中有电流，方向由c流向d
B．R2中有电流，方向由d流向c
C．R2中无电流，原因是R2回路没有接外电源
D．R2中无电流，原因是N线圈没有切割磁感线
解析：选A.根据右手螺旋定则可知，线圈M左端是S极，右端是N极．现将变阻器R1的滑片从a端逐渐向b端移动的过程中，电阻减小，电流增大，磁场增强，导致向左穿过线圈N的磁通量增大，则由楞次定律可得：R2中有电流，方向由c流向d，故A正确，B、C、D错误．
3.
如图甲所示，在长直载流导线附近有一个矩形线圈ABCD，线圈与导线始终在同一平面内．取图示电流方向为直导线电流的正方向，当直导线通入如图乙所示的电流时，在0～T内说法正确的是(　　)
A．在t＝时，穿过线圈ABCD中的磁通量最大
B．在t＝时，线圈ABCD中产生的感应电流最小
C．在t＝～T时间内，线圈ABCD中感应电流方向一直沿顺时针方向
D．在t＝～T时间内，线圈ABCD中感应电流方向会发生改变
解析：选D.在t＝时，通过直导线的电流为零，产生的磁场磁感应强度为零，但磁场变化最快；穿过线圈ABCD中的磁通量为零，但磁通量变化最快，感应电流最大，故A错误，B错误；在t＝～时间内，穿过线圈的磁通量向外增大，感应电流沿顺时针方向；在t＝～T时间内，穿过线圈的磁通量向外减小，感应电流沿逆时针方向．因此在t＝～T时间内，感应电流方向会发生改变，故C错误，D正确．
4. 如图所示，在电路两端加上正弦交变电流，保持电压有效值不变，使频率增大，发现灯1变亮，灯2变暗，灯3不变，则M、N、L中所接元件可能是(　　)
A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈
B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻
C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻
D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器
解析：选C.当交变电流的频率增大时，电感线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯1变亮、灯2变暗可知M为电容器、N为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故L为电阻，C正确．
5．如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压—时间图象．原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，串联在原线圈电路中的交流电流表的示数为1 A，则(　　)
A．变压器原线圈所接交流电压的有效值为220 V
B．变压器输出端所接电压表的示数为22 V
C．变压器输出端交变电流的频率为50 Hz
D．变压器的输出功率为220 W
解析：选C.变压器原线圈所接交流电压的有效值为U1＝ V＝220 V，选项A错误；变压器输出端所接电压表的示数为U2＝U1＝×220 V＝22 V，选项B错误；变压器输出端交变电流的频率为f＝ Hz＝50 Hz，选项C正确；变压器的输出功率等于输入功率，P＝U1I1＝220×1 W＝220 W，选项D错误．
6．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为3∶1，L1、L2、L3为三只规格均为“9 V，6 W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端接入如图乙所示的交变电压，则以下说法中正确的是(　　)
A．电流表的示数为2 A
B．变压器的输入功率为18 W
C．副线圈两端接入耐压值为10 V的电容器能正常工作
D．原线圈中磁通量变化比副线圈中磁通量变化得快
解析：选B.由输入端交变电压u的图象，可求出原线圈两端电压有效值为27 V，由＝得副线圈两端的电压为U2＝U1＝×27 V＝9 V，三只灯泡均能正常发光．由P＝UI得每只灯泡通过的电流为：I1＝＝ A＝ A，电流表的读数为I＝3I1＝3× A＝2 A，A错误；变压器的输出功率和输入功率相等，故变压器的输入功率等于三只灯泡消耗的功率，为18 W，B正确；副线圈两端电压的最大值为9 V，大于10 V，C错误；原、副线圈磁通量变化快慢相同，D错误．
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
7. 如图所示，A和B都是铝环，环A是闭合的，环B是断开的，两环分别固定在一横梁的两端，横梁可以绕中间的支点转动．下列判断正确的是(　　)
A．用磁铁的N极靠近A环，A环会有顺时针方向的电流产生
B．用磁铁的N极靠近A环，A环会有逆时针方向的电流产生
C．用磁铁的N极靠近A环，A环会远离磁铁
D．用磁铁的N极靠近B环，B环会远离磁铁
解析：选BC.用N极接近环A时，向里的磁通量最大，所以A环中感应电流的磁场的方向向外，环A能产生逆时针的感应电流，故A错误，B正确；A环闭合，磁铁插向A环时，产生感应电流，环受力，A环会远离磁铁，故C正确；B环不闭合，磁铁插向B环时，环内不产生感应电流，因此环不受磁场的作用，横杆不转动，故D错误．
8．如图甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方固定一螺线管Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流i，电流随时间变化的规律如图乙所示．P所受的重力为G，桌面对P的支持力为FN，则(　　)
A．t1时刻FN＞G，P有收缩的趋势
B．t2时刻FN＝G，此时穿过P的磁通量最大
C．t3时刻FN＝G，此时P中无感应电流
D．t4时刻FN＜G，此时穿过P的磁通量最小
解析：选AB.t1时刻螺线管中电流增大，其形成的磁场不断增强，因此线圈P中的磁通量增大，根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁通量的增大，故线圈有远离和面积收缩的趋势，FN>G，故A正确；t2时刻与t4时刻，当螺线管中电流不变时，其形成磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此磁铁线圈中无感应电流产生，故t2时刻和t4时刻FN＝G，此时穿过P的磁通量最大，故B正确，D错误；t3时刻螺线管中电流为零，但是线圈P中磁通量是变化的，因此此时线圈中有感应电流．t3时刻螺线管中电流为零，因此两个线圈之间没有安培力，FN＝G，故C错误．
9．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，V、R和L分别是理想电压表、定值电阻和电感线圈，D1、D2均为灯泡．已知原线圈两端电压u按图乙所示正弦规律变化，下列说法正确的是(　　)
A．电压表示数为62.2 V
B．电压u的表达式为u＝311sin 100πt(V)
C．仅增大电压u的频率，电压表示数增大
D．仅增大电压u的频率，D1亮度不变，D2变暗
解析：选BD.由图象可知变压器输入电压的有效值为220 V，由＝，可得电压表的示数为44 V，A错误；由图象可知输入电压的最大值为Um＝311 V，周期T＝2×10－2 s，ω＝＝100π rad/s，所以B正确；变压器的电压与频率无关，C错误；增大输入电压的频率对R支路无影响，但使L的感抗增加，通过D2的电流减小，D2变暗，D正确．
10．如图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电压，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是(　　)
A．输入电压u的表达式为u＝20sin 100πt(V)
B．只断开S2后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大
D．S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8 W
解析：选AD.由题图乙可知，Um＝20 V，T＝0.02 s，则ω＝＝100π rad/s，输入电压u＝20sin 100πt(V)，故A正确；由变压器的变压规律知：＝，故U2＝ V＝4 V，将S1接1、S2闭合时，灯泡L2正常发光，故灯泡L2的额定电压为4 V，当只断开S2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为L1、L2串联，故L1、L2均不能正常发光，B错误；此时P出＝，副线圈负载R总增大，故P出减小，又P入＝P出，故原线圈的输入功率减小，C错误；当S1换接到2后，副线圈的负载仅是电阻R，故P＝＝ W＝0.8 W，D正确．
三、非选择题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
11．(10分)一种测量物体质量的装置，其结构如图甲、乙所示，磁极间存在着磁感应强度大小为B＝0.5 T的匀强磁场．边长L＝0.1 m、匝数n＝100匝的正方形线圈abcd套于中心磁极并固定在托盘骨架上，总质量m0＝1 kg. 线圈左右两边处于磁场中，与一数字式电量表(图上未画出)连接成一个回路，回路总电阻为R＝10 Ω.托盘下方和磁极之间固定一劲度系数为k＝10 N/cm的轻弹簧．在某次测量中，一物体从轻放到托盘上到最终静止的过程中流过电量表的净电荷量为q＝0.02 C，不计摩擦和空气阻力，g取10 m/s2.
(1)当托盘向下运动的速度为v＝0.1 m/s时，求此时线圈中感应电流的大小和方向；
(2)求该物体的质量；
(3)测量中弹簧增加的弹性势能为ΔEp＝0.2 J，求回路产生的焦耳热Q.
解析：(1)E＝2nBLv＝1 V
I＝＝0.1 A
据右手定则，线圈中感应电流的方向在图乙中沿顺时针方向．
(2)q＝∑Δt＝，解得：x＝0.02 m
据kx＝mg，解得m＝＝2 kg.
(3)据功能关系(m＋m0)gx＝ΔEp＋Q，解得：Q＝0.4 J.
答案：(1) 0.1 A，沿顺时针方向　(2)2 kg　(3)0.4 J
12．(14分)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW，输出电压有效值恒为500 V，现用电阻率为1.8×10－8 Ω·m、横截面积为10－5 m2的输电线向4×103 m远处的用户输电，且使发电机满负荷运行，已知输电线上的损失功率为发电机总功率的4%，则：
(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？
(2)如果用户用电器的额定电压为220 V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？
(3)想一想，当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压是大于、小于还是等于220 V？若用电器电路中电流为100 A，求此时用电器两端的电压数值．
解析：(1)输电要用两根导线，则输电线的电阻为r＝ρ＝14.4 Ω
由题意知P损＝P×4%＝r代入数据得U2＝6 000 V
升压变压器原、副线圈匝数比＝＝.
(2)I2＝＝ A
U损＝I2·r＝240 V
而U3＝U2－U损＝5 760 V
＝＝
降压变压器原、副线圈匝数比为288∶11.
(3)用电器总数减少时，用电器电路总电阻变大，I4变小，则输电线电路中电流变小，输电线损失电压变小，U3变大，则U4变大，即用电器两端的电压大于220 V.
由题知I′4＝100 A
则由＝＝，所以I′3＝ A
U′损＝I′3·r＝55 V
而U1、U2不变
U′3＝U2－U′损＝(6 000－55) V＝5 945 V
＝，U′4≈227 V.
答案：(1)1∶12　(2)288∶11　(3)大于220 V　227 V
13．(16分) 如图所示，足够长的平行金属导轨MN和PQ表面粗糙，与水平面间的夹角为θ＝37°(sin 37°＝0.6)，间距为1 m．垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度的大小为4 T，P、M间所接电阻的阻值为8 Ω.质量为2 kg的金属杆ab垂直导轨放置，不计杆与导轨的电阻，杆与导轨间的动摩擦因数为0.25.金属杆ab在沿导轨向下且与杆垂直的恒力F作用下，由静止开始运动，杆的最终速度为8 m/s，取g＝10 m/s2，求：
(1)当金属杆的速度为4 m/s时，金属杆的加速度大小；
(2)当金属杆沿导轨的位移为6.0 m时，通过金属杆的电荷量．
解析：(1)对金属杆ab应用牛顿第二定律，有
F＋mgsin θ－F安－f＝ma，f＝μFN，FN＝mgcos θ
ab杆所受安培力大小为F安＝BIL
ab杆切割磁感线产生的感应电动势为E＝BLv
由闭合电路欧姆定律可知I＝
整理得：F＋mgsin θ－v－μmgcos θ＝ma
代入vm＝8 m/s时a＝0，解得F＝8 N
代入v＝4 m/s及F＝8 N，解得a＝4 m/s2.
(2)设通过回路横截面的电荷量为q，则q＝It
回路中的平均电流强度为I＝
回路中产生的平均感应电动势为E＝
回路中的磁通量变化量为ΔΦ＝BLx，联立解得
q＝3 C.
答案：(1)4 m/s2　(2)3 C