教科版 高中物理 选修3-2 寒假复习题（解析版）

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教科版 高中物理 选修3-2 寒假复习题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
分卷I
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图甲所示的方式连接，R＝10 Ω，交流电压表的示数是10 V．图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则(　　)


A． 通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos(100πt) A
B． 通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos(50πt) A
C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR＝5cos(100πt) V
D．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR＝5cos(50πt) V
【答案】A
【解析】由题图可知：u＝Umcosωt，ω＝＝100π，而交流电压表的示数是有效值，故Um＝10V，uR＝10cos(100πt) V．据欧姆定律iR＝＝cos(100πt) A.
2.如图所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，ef中的电流I产生的磁场穿过圆面积的磁通量将(　　)

A． 逐渐增大
B． 逐渐减小
C． 始终为零
D． 不为零，但保持不变
【答案】C
【解析】利用安培定则判断直导线电流产生的磁场，考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿过圆的磁感线的条数与穿出圆的磁感线条数是相等的，故选C.
3.如图所示是一火警报警电路的示意图．其中R3为用半导体材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小．值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器．当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)

A．I变大，U变小
B．I变小，U变小
C．I变小，U变大
D．I变大，U变大
【答案】B
【解析】当传感器R3所在处出现火情时，温度升高，R3阻值减小，电路总电阻减小，总电流增大，由路端电压U＝E－I总r可知，U减小，由U并＝E－I总(r＋R1)可知，U并减小，故通过R2的电流I变小，因此B正确．
4.如图所示，两根相距为l的平行直导轨ab、cd，b、d间连有一固定电阻R，导轨电阻可忽略不计．MN为放在ab和cd上的一导体杆，与ab垂直，其电阻也为R.整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)．现对MN施力使它沿导轨方向以速度v(如图)做匀速运动．令U表示MN两端电压的大小，则(　　)

A．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由b到d
B．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由d到b
C．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由b到d
D．U＝Blv，流过固定电阻R的感应电流由d到b
【答案】A
【解析】当MN运动时，相当于电源，但其两边的电压是外电路的电压，假设导轨没电阻，MN两端的电压也就是电阻R两端的电压，电路中电动势为E＝Blv，MN的电阻相当于电源的内阻，二者加起来为2R，则电阻上的电压为U＝Blv，再由右手定则，拇指指向速度方向 ，手心被磁场穿过，四指指向即为电流方向，即由N到M，那么流过电阻的就是由b到d，故A正确，B、C、D错误．
5.有两个电容器的电容分别为C1＝5 μF和C2＝3 μF，分别加在峰值一定的交流电源上，在下列各种情况下，哪一种情况通过电容器的电流最大(　　)
A． 在C1上所加交变电流频率为50 Hz
B． 在C2上所加交变电流的频率为50 Hz
C． 在C1上所加交变电流的频率为100 Hz
D． 在C2上所加交变电流的频率为100 Hz
【答案】C
【解析】若要使电流越容易通过电容器，则容抗应越小，电容越大，频率越大．C1>C2,100 Hz>50 Hz，所以C正确．
6.如图所示，在水平方向的匀强磁场中，有一单匝矩形导线框可绕垂直于磁场方向的水平轴转动，在线框由水平位置以角速度ω匀速转过90°的过程中，通过导线横截面的电荷量为q，已知导线框的电阻为R，则下列说法正确的是(　　)

A． 导线框转到如图所示的位置时电流的方向将发生改变
B． 导线框转到如图所示的位置时电流的方向为b→a→d→c→b
C． 以图中位置作为计时起点，该导线框产生的交流电瞬时值表达式为e＝qRωsinωt
D． 题述过程中导线框上产生的焦耳热Q＝
【答案】D
【解析】导线框转到中性面时电流方向发生改变，而图中表示的不是中性面，A项错误；根据右手定则或楞次定律判断导线框中电流的方向为a→b→c→d→a，B项错误；以图中位置作为计时起点，该导线框产生的交变电流瞬时值表达式为e＝BSωcosωt，由q＝可得该导线框产生的交流电瞬时值表达式为e＝qRωcosωt，C项错误；题述过程中U有效＝，时间t＝，Q＝t＝，D项正确，故选D.
7.奥斯特发现电流的磁效应，使整个科学界受到了极大的震动，通过对电流的磁效应的逆向思维，人们提出的问题是(　　)
A． 电流具有热效应
B． 电流具有磁效应
C． 磁能生电
D． 磁体具有磁化效应
【答案】C
【解析】该逆向思维应该是磁能生电，答案为C.
8.如图所示，已知交流电源的电动势为e＝220sin 100πtV，电阻R＝2 200 Ω，则电路中交流电流表和电压表的示数分别为(　　)

A． 0.1A,220V
B． 0.1 A,220V
C． 0.1A,220 V
D． 0.1 A,220 V
【答案】D
【解析】交流电流表、电压表的读数都为有效值，所以U＝V＝220 V，I＝＝A＝0.1 A，所以选D.
9.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω，外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则(　　)


A． 电压表的示数为220 V
B． 电路中的电流方向每秒钟改变50次
C． 灯泡实际消耗的功率为484 W
D． 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J
【答案】D
【解析】电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由题图甲知电动势的最大值Em＝220V，有效值E＝＝220 V．灯泡两端电压U＝IR＝R＝209 V，A错误；由题图甲知T＝
0.02 s，一个周期内电流方向改变2次，可知1 s内电流方向改变100次，B错误；灯泡的实际功率P＝＝459.8 W，C错误；电流的有效值I＝＝2.2 A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q＝I2rt＝2.22×5.0×1 J＝24.2 J，D正确．
10.遥控器能调换电视机频道，利用的是光传感器．下列属于应用这类传感器的是（　　）
A． 红外报警装置
B． 金属电阻温度计
C． 电子电路中使用的“干簧管”
D． 霍尔元件
【答案】A
【解析】A：红外线是一种不可见的光线，红外报警装置就是利用它将光信号转换为电信号的，所以符合题意；
B：金属电阻温度计是利用温度传感器，所以不合题意；
C：电子电路中使用的“干簧管”，是利用磁信号来转换成电信号，所以不合题意；
D：霍尔元件，主要是将磁场信号转换为电信号，所以不合题意．
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.如下图甲所示，等离子气流从左方连续以速度v0射入M和N两板间的匀强磁场中，ab直导线与M、N相连接，线圈A与直导线cd连接，线圈A内有如下图乙所示变化的磁场，且规定向左为磁场B的正方向，则下列叙述正确的是(　　)

A． 0～1 s内ab、cd导线互相排斥
B． 1 s～2 s内ab、cd导线互相吸引
C． 2 s～3 s内ab、cd导线互相吸引
D． 3 s～4 s内ab、cd导线互相排斥
【答案】BD
【解析】根据左手定则，可判定等离子气流中的正离子向上极板M偏转，负离子向下极板N偏转，所以ab中电流方向是由a向b的．在0～2 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度增大，由楞次定律可知感应电流方向是由c向d的，根据ab、cd内电流的流向关系，可知两导线相互吸引，A错误，B正确；在2 s～4 s内，线圈A内磁场方向向左，磁感应强度减小，由楞次定律可知感应电流的方向是由d向c的，根据电流的流向关系可知两导线相互排斥，C错误，D正确．
12.(多选)下列各图中，线圈中能产生交流电的有(　　)
A．
B．
C．
D．
【答案】BCD
【解析】A线圈如图所示转动，穿过线圈的磁通量不变，所以没有感应电流出现，故A错误；B、C、D图中线圈均属于穿过线圈磁通量发生变化，且有感应电流方向改变的，感应电流大小也变化的，故B、C、D均正确．
13.(多选)如图所示，L是自感系数很大、直流电阻可以忽略的线圈，下列说法正确的是(　　)

A． 若S2断开，当S1闭合时，Q灯逐渐亮起来
B． 若S1、S2闭合，稳定后P灯熄灭
C． 若S1、S2闭合，稳定后再断开S1的瞬间，Q灯立即熄灭，P灯亮一下再熄灭
D． 若S1、S2闭合，稳定后再断开S1的瞬间，P灯和Q灯都亮一下才熄灭
【答案】ABC
【解析】S2断开、S1闭合时，通过线圈的电流增大，产生自感电动势，阻碍电流的增加，使得通过Q灯的电流逐渐增大，所以Q灯逐渐亮起来，故A正确；S1、S2闭合，稳定后，因线圈的电阻可忽略，则P灯中没有电流，会熄灭，故B正确；稳定后再断开S1的瞬间，原来通过P灯的电流立即消失，通过线圈的电流将要开始减小，产生自感电动势，阻碍电流的减小，这时线圈相当于电源，P、L组成一个回路，所以Q灯立即熄灭，P灯亮一下再熄灭，故C正确，D错误．
14.（多选）霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，得到广泛应用。如图为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷定向运动形成。下列说法中正确的是（ ）

A．M点电势比N点电势高
B． 用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度
C． 用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量
D． 若保持电流I恒定，则霍尔电压UH与B成正比例
【答案】BCD
【解析】电流I的形成是由于正电荷的定向移动，由此可知正电荷定向移动垂直向里，所受洛伦兹力向右，A错；当电荷所受洛伦兹力等于电场力时不再偏转，电压恒定如果已知电荷定向移动速度可求出磁感强度，B对；同样，强磁场对应大电压，C对；电流恒定，电荷定向移动速度恒定，D对；
分卷II
三、实验题(共1小题,每小题10.0分,共10分)
15.如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω，S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下RT的阻值．

(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．
(2)完成下列实验步骤中的填空：
a．依照实验原理电路图连线．
b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.
c．将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全．
d．闭合开关．调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．
e．将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．
f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________.
g．逐步降低T1的数值，直到20 ℃；在每一温度下重复步骤e、f.
【答案】(1)如图所示

(2)d.电阻箱的读数R0　e．仍为I0
电阻箱的读数R1　f．R0－R1＋150 Ω
【解析】(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联．
(2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时，外电路的总电阻相等．
95 ℃和T1时对应的电路的总电阻相等，有150 Ω＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150 Ω.
四、计算题(共3小题,每小题10.0分,共30分)
16.如图甲，MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ＝ 30°角固定，M、P之间接电阻箱R，电阻箱的阻值范围为0～4 Ω，导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上、磁感应强度为B＝ 0.5 T．质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上，其接入电路的电阻值为r.现从静止释放杆ab，测得最大速度为vm.改变电阻箱的阻值R，得到vm与R的关系如图乙所示．已知轨距为L＝2 m，重力加速度g＝10 m/s2，轨道足够长且电阻不计．
(1)当R＝0时，求杆ab匀速下滑过程中产生感应电动势E的大小及杆中的电流方向；
(2)求金属杆的质量m和阻值r；
(3)求金属杆匀速下滑时电阻箱消耗电功率的最大值Pm.


【答案】(1)2 V 　电流方向从b→a　(2)0.2 kg　2 Ω　(3)4 W
【解析】(1)由图可知，当R＝0时，杆最终以v＝2 m/s匀速运动，产生电动势E＝BLv＝0.5×2×2 V＝2 V.
由右手定则判断可知杆中电流方向b→a.
(2)设杆运动的最大速度为v，杆切割磁感线产生的感应电动势E＝BLv，
由闭合电路的欧姆定律得：I＝.
杆达到最大速度时满足mgsinθ－BIL＝0，
联立解得v＝R＋r
由图象可知：斜率为k＝m/(s·Ω)＝1 m/(s·Ω)，纵截距为v0＝2 m/s.
得到r＝v0；＝k，
解得m＝0.2 kg，r＝2 Ω.
(3)金属杆匀速下滑时电流恒定，则有mgsinθ－BIL＝0，
得I＝＝1 A.
电阻箱消耗电功率的最大值Pm＝I2Rm＝4 W.
17.某小型水力发电站的发电机输出功率为24.5 kW，输出电压为350 V，输电线总电阻为4 Ω，为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的5%，需在发电机处设升压变压器，用户所需电压为220 V，所以在用户处需安装降压变压器，输电电路图如图所示，求：

(1)输电线上的电流；
(2)升压变压器的原、副线圈的匝数之比；
(3)降压变压器的原、副线圈的匝数之比．
【答案】(1)17.5 A　(2)1∶4　(3)133∶22
【解析】(1)输电线上功率损失
P损＝5%P1＝5%×24.5 kW＝1 225 W.
又因为P损＝IR线，
所以，输电线上的电流为
I2＝＝A＝17.5 A.
(2)升压变压器原线圈上的电流
I1＝＝＝70 A，
升压变压器原、副线圈的匝数之比为
n1∶n2＝I2∶I1＝17.5∶70＝1∶4.
(3)输电线上电压损失ΔU＝I2R线＝U2－U3，
则降压变压器输入电压
U3＝U2－ΔU＝U1－I2R线
＝(4×350－17.5×4) V＝1 330 V.
降压变压器原、副线圈的匝数之比为
n3∶n4＝U3∶U用＝1 330∶220＝133∶22.
18.如图所示，竖直放置的足够长的U形导轨宽为L，上端串有电阻(其余导体部分的电阻都忽略不计)．磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外．金属棒ab的质量为m，与导轨接触良好，不计摩擦．从静止释放后ab保持水平而下滑．

(1)求金属棒ab下滑的最大速度vm.
(2)若金属棒ab从静止释放到获得最大速度的过程中下降高度为h，试求：
①该过程中电阻R上产生的电热Q；
②导体棒下落高度h所用时间t.
【答案】(1)　(2)①mgh－　②＋
【解析】(1)释放瞬间ab只受重力，开始向下加速运动，随着速度的增大，感应电动势E，感应电流I，安培力F都随之增大，加速度随之减小，当F增大到F＝mg时，加速度变为零，这时ab达到最大速度．
由F＝BIL，I＝，E＝BIvm，F＝mg
联立解得vm＝.
(2)由能量守恒定律：mgh＝Q＋mv
解得Q＝mgh－
对导体棒下落的每一微小时间元，由动量定理，
都有mgΔt－BLIΔt＝mΔv，
由于IΔt＝Δq，
所以mgΔt－BLΔq＝mΔv.
两边求和：mgt－BLq＝mvm，
而q＝＝，
解得t＝＋.