1、1模块学业测评(二)本试卷分第 卷(选择题)和第 卷(非选择题)两部分 .第 卷 40分,第 卷 60分,共 100分,考试时间 90分钟 .第 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 .17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)1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应定律,从此永久地改变了世界 .关于这段物理学史,下列叙述错误的是 ( )A.1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电、磁间有重要联系,经过多年艰苦探索,法拉第发现电磁感应现象,进一步推
2、动了电和磁的统一和发展 B.以前的物理学家都相信引力是即时作用,不需要媒介和时间,电磁力也是这样,但法拉第不同意这种超距作用观点,他创造了“场”和“力线”(包括电场线和磁感线)的概念C.法拉第通过研究发现,闭合电路中的感应电流的大小与磁通量的大小成正比D.法拉第发现电磁感应现象后不久,曾亲手制造了世界上第一台发电机,他是人类进入电气时代的先驱之一某同学设计的家庭电路保护装置如图 M2-1所示,铁芯左侧线圈 L1由火线和零线并行绕成 .当右侧线圈 L2中产生电流时,电流经电流放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关 S,从而切断家庭电路 .仅考虑 L1在铁芯中产生的磁场,下列说法错误的是 ( )图 M
3、2-1A.家庭电路正常工作时, L2中的磁通量为零B.家庭电路中使用的用电器增多时, L2中的磁通量不变C.家庭电路发生短路时,开关 S将被电磁铁吸起D.地面上的人接触火线发生触电时,开关 S将被电磁铁吸起2矩形金属线圈共 10匝,线圈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 M2-2所示 .下列说法中正确的是 ( )图 M2-2A.此交流电的频率为 0.2HzB.此交变电动势的有效值为 1VC.t=0.1s时,线圈平面与磁场方向平行D.t=0.1s时,穿过线圈的磁通量最大如图 M2-3所示,某住宅区的应急供电系统由交流发电机和副线圈匝数可
4、调的理想降压变压器组成,发电机中矩形线圈所围成的面积为 S,匝数为 N,电阻不计,它可绕垂直于磁场方向的水平轴 OO在磁感应强度为 B的水平匀强磁场中以角速度 匀速转动,矩形线圈通过滑环连接降压变压器,滑动触头 P上下移动时可改变输出电压, R0表示输电线的电阻,以线圈平面与磁场平行时为计时起点 .下列判断正确的是( )图 M2-3A.若发电机线圈某时刻处于图示位置,变压器原线圈的电流瞬时值最小B.发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为 e=NBS costC.当用户数目增多时,为使用户电压保持不变,滑动触头 P应向下移动D.当滑动触头 P向下移动时,变压器原线圈两端的电压将升高物理实验中,常用
5、一种叫“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量 .如图 M2-4所示,探测线圈和冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度 .已知线圈的匝数为 n,面积为 S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为 R.把线圈放在被测匀强磁场中,开始时线圈平面与磁场垂直,现把探测线圈绕垂直磁场的轴翻转 90,冲击电流计测出通过线圈的电荷量为 q,由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为 ( )3图 M2-4A. B.qRS qRnSC. D.qR2nS qR2S如图 M2-5所示, MN和 PQ是电阻不计的平行金属导轨,其间距为 L,导轨的弯曲部分光滑,平直部分粗糙,导轨右端接一个阻值为 R的定值电阻 .平直部分导轨
6、最左侧区域有宽度为 d、方向竖直向上、磁感应强度大小为 B的匀强磁场 .质量为 m、电阻也为 R的金属棒从高度为 h处由静止释放,到达磁场右边界处恰好停止 .已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为 ,金属棒与导轨间接触良好,重力加速度为 g.在金属棒穿过磁场区域的过程中 ( )图 M2-5A.流过金属棒的最大电流为Bd2gh2RB.通过金属棒的电荷量为BdLRC.金属棒克服安培力所做的功为 mghD.金属棒产生的焦耳热为 mg(h-d )12在匀强磁场中有一不计电阻的矩形线圈,该线圈绕垂直磁场的轴匀速转动,产生如图 M2-6甲所示的正弦交流电,把该交流电接在图乙中理想变压器的 A、 B两端,
7、电压表和电流表均为理想电表, Rt为热敏电阻(温度升高时其电阻减小), R为定值电阻 .下列说法正确的是 ( )4图 M2-6A.在 t=0.01s时,矩形线圈平面与磁场方向平行B.变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为 u=36 sin50 t(V)2C.Rt处温度升高时,电压表 V1、V 2示数的比值不变D.Rt处温度升高时,电流表的示数变大,变压器输入功率变大2017江苏扬州高二期末如图 M2-7所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为 11 5,现在原线圈A、 B之间加上 u=220 sin100 t(V)的正弦交流电,副线圈上接有一阻值为 25 的电阻 R,D为理想二2极管, C为电容器
8、,电阻与电容器两支路可由一单刀双掷开关进行切换,则 ( )图 M2-7A.开关拨到 1时,电流表示数为 5.6AB.开关拨到 1时,电流表示数为 4AC.开关拨到 2时,二极管反向耐压值至少为 100 V2D.开关拨到 2时,二极管反向耐压值至少为 200 V2如图 M2-8所示,将均匀的金属长方形线框从匀强磁场中拉出,它的两边固定有带金属滑轮的导电机构,线框向右运动时总是与两边滑轮接触良好 .线框的长为 a,宽为 b,磁感应强度为 B,理想电压表跨接在 A、 B两个导电机构上 .线框在恒定外力 F的作用下向右运动的过程中(线框离开磁场前已做匀速运动),关于线框及电压表,下列说法正确的是 (
9、)图 M2-8A.线框先做匀加速运动,后做匀速运动B.电压表的读数先增大后不变C.电压表的读数一直增大D.回路的电功率先增大后不变5如图 M2-9所示,电动机牵引一长为 1m、质量为 0.1kg的导体棒 MN由静止开始上升,导体棒的电阻为1,架在竖直放置的金属框架上,它们处于磁感应强度为 1T的匀强磁场中,磁场方向与框架平面垂直 .当导体棒上升 3.8m时,获得稳定的速度,导体棒上产生的热量为 2J.电动机牵引导体棒时,电压表、电流表的读数分别为 7V、1A,电动机的内阻为 1,不计框架电阻及一切摩擦, g取 10m/s2,以下判断正确的是 ( )图 M2-9A.导体棒向上做匀减速运动B.电动
10、机的输出功率为 49WC.导体棒达到稳定时的速度为 2m/sD.导体棒从静止至达到稳定速度所需要的时间为 1s第 卷(非选择题 共 60分)二、实验题(本题共 1小题,共 15分)某实验小组研究一种热敏电阻的特性 .现有如下器材:直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线 .(1)用上述器材探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性,请你在图 M2-10中的实物图上连线,完成实验电路 .图 M2-10(2)实验的主要步骤: 正确连接电路,在保温容器中注入适量冷水,接通电源,调节并记录电源输出的电流值 . 在保温容器中添加少量热水,待温度稳定后,闭
11、合开关, , ,断开开关 . 实验小组算出该热敏电阻在不同温度下的阻值,并据此绘出 R-t关系图像,如图 M2-11所示 .6图 M2-11(3)请根据 R-t图线写出该热敏电阻的 R-t关系式: R= + t() .(保留三位有效数字) 三、计算题(本题共 4小题,12 题 10分,13 题 10分,14 题 12分,15 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)如图 M2-12甲所示,正方形线圈 abcd处于匀强磁场中,线圈的边长为 L,匝数为 n,电阻为 R,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度 B随时间 t按正弦规律变化,其 B
12、-t图像如图乙所示,求磁场变化的一个周期内线圈中产生的热量 .甲 乙图 M2-127如图 M2-13所示,平行金属导轨 PN与 QM相距 1m,导轨电阻不计,导轨两端分别接有电阻 R1和 R2,且R1=6,电阻为 2 的导体杆 ab在导轨上可无摩擦地滑动,垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度大小为 1T.当 ab杆以恒定速度 v=3m/s向右匀速移动时, ab杆上消耗的电功率与 R1、 R2消耗的电功率之和相等 .求:(1)R2的阻值;(2)R1与 R2分别消耗的电功率 .图 M2-132017广东三校联考如图 M2-14所示,无限长平行金属导轨 EF、 PQ固定在倾角 = 37的光滑绝缘斜
13、面上,轨道间距 L=1m,底部接入一阻值 R=0.06 的定值电阻,上端开口,垂直斜面向上的匀强磁场的磁感应强度 B0=2T.一质量 m=2kg的金属棒 ab与导轨接触良好, ab与导轨间的动摩擦因数 = 0.5,ab连入导轨间的电阻 r=0.04,电路中其余电阻不计 .现用一质量 M=6kg的物体通过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与 ab相连 .由静止释放物体,当物体下落高度 h=2.0m时, ab开始匀速运动,运动中ab始终垂直导轨并与导轨接触良好 .不计空气阻力,sin37 =0.6,cos37=0.8,g取 10m/s2.(1)求 ab棒沿斜面向上运动的最大速度 vm.8(2)在
14、 ab棒从开始运动到开始匀速运动的这段时间内,求电阻 R上产生的焦耳热 QR.图 M2-149如图 M2-15甲所示,边长为 L的正方形金属线框位于竖直平面内,线框的匝数为 n,总电阻为 r,可绕其竖直中心轴 O1O2转动 .线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环 C、 D(集流环)焊接在一起,并通过电刷和定值电阻 R相连 .线框所在空间有方向水平向右的匀强磁场,磁感应强度 B的大小随时间 t的变化关系如图乙所示,其中 B0、 B1和 t1均为已知 .在 0t1的时间内,线框保持静止,且线框平面和磁场垂直; t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴 O1O2以角速度 匀速转动 .(1)求
15、 0t1时间内电阻 R两端的电压大小 .(2)线框匀速转动后,在转动一周的过程中,求电流通过电阻 R产生的热量 .(3)线框匀速转动后,从图甲所示位置转过 90的过程中,求通过电阻 R的电荷量 .图 M2-151.C 解析纽曼和韦伯通过研究发现,闭合电路中的感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,选项C错误;其他选项符合物理学史 .2.C 解析因为原线圈是双线绕法,所以家庭电路正常工作时, L2中的磁通量为 0,选项 A、B 正确;家庭电路短路时, L2中的磁通量仍为 0,选项 C错误;地面上的人接触火线发生触电时,两根电线中的电流不相等,铁芯中有磁通量的变化,致使开关 S被电磁铁吸起,选项
16、D正确 .103.D 解析由 e-t图像可知,交变电动势的周期为 0.2s,故频率为 5Hz,该交变电动势的最大值为 1V,有效值为 V,选项 A、B 错误 .t=0.1s时,电动势的瞬时值为零,线圈处于中性面位置,穿过线圈的磁通22量最大,选项 C错误,选项 D正确 .4.B 解析当线圈平面与磁场平行时,感应电流最大,故 A错误;从垂直于中性面开始计时,则感应电动势的瞬时值表达式为 e=NBS cost ,故 B正确;当用户数目增多时,功率增大,根据功率 P=UI可知,电压不变,则电流增大,输电线上损失的电压增大,为使用户电压保持不变,滑动触头 P应向上移动,故 C错误;当滑动触头 P向下移
17、动时,只会改变副线圈两端的电压,不会改变原线圈两端的电压,故 D错误 .5.B 解析当线圈翻转 90时,线圈中磁通量的变化量 =BS , =n ,线圈中的平均感应电流 = ,E t IER通过线圈的电荷量 q= t,联立解得 B= ,选项 B正确 .IqRnS6.D 解析设金属棒下滑至磁场左边界时速度为 v,在这个过程中,由动能定理有 mgh= mv2,金属棒以12速度 v刚进入磁场区域时的瞬时速度最大,感应电动势最大,为 E=BLv,此时感应电流最大,为 I= ,联立E2R解得 I= ,选项 A错误;通过金属棒的电荷量为 q= t= t= = ,选项 B错误;对金属棒经历的BL2gh2R I
18、 E2R 2R BdL2R整个过程,由能量守恒定律有 mgh=mgd+Q ,所以金属棒产生的焦耳热为 Q= = mg(h-d ),选项 D正确;Q212金属棒克服安培力所做的功 W=Q=mgh-mgd ,选项 C错误 .7.D 解析原线圈接如图甲所示的正弦交流电,由图知,最大电压为 36 V,周期为 0.02s,故角速度是2= 100rad/s, u=36 sin100 t(V),当 t=0.01s时, u=0,此时穿过该线圈的磁通量最大,故 A、B 错误;2Rt处温度升高时,原、副线圈电压之比不变,但是 V2不是测量副线圈电压, Rt处温度升高时, Rt阻值减小,电流增大,则 R两端电压增大
19、,所以 V2示数减小,则电压表 V1、V 2示数的比值增大,故 C错误; Rt处温度升高时, Rt阻值减小,电流增大,而输出电压不变,所以变压器输出功率增大,而输入功率等于输出功率,所以输入功率增大,故 D正确 .8.BD 解析当开关拨到 1时,电阻 R接到变压器的副线圈上,因为原线圈上电压的有效值为 220V,变压器的原、副线圈的匝数之比为 11 5,故副线圈上电压的有效值为 100V,则电流表的示数为 I= =4A,选100V25项 A错误,B 正确;当开关拨到 2时,副线圈上电压的最大值为 100 V,当二极管正向导通时,给电容器2充电,二极管正向的一侧是高电势,电容器上极板也是高电势,
20、接着交流电的方向改变,由于二极管反向截止,电容器不能放电,所以电容器的上极板电势仍保持原来的高电势不变,而二极管正向的一侧此时却11变成了低电势,所以此时加在二极管两侧的最大电压正好是 2100 V=200 V,故需要二极管的反向2 2耐压值至少为 200 V,选项 C错误,D 正确 .29.CD 解析线框在运动过程中先做变加速运动,后做匀速运动,选项 A错误 .根据 E=BLv可知,回路产生的电动势先增大后不变,因与电压表并联的线框部分导线的长度不断增大,故电压表的读数一直增大,选项 B错误,选项 C正确 .由 P= = ,故回路的电功率先增大后不变,选项 D正确 .E2RB2L2v2R10
21、.CD 解析由于电动机的输出功率恒定,由 P 出 =Fv及 F-mg- =ma可知,导体棒的加速度逐渐减小,B2L2vR选项 A错误;电动机的输出功率 P 出 =IU-I2r=6W,选项 B错误;电动机的输出功率就是电动机对导体棒的拉力的功率,即 P 出 =Fv,当导体棒达到稳定速度时,有 F=mg+BIL,其中 I= = ,解得导体棒达到稳定时ERBLvR的速度 v=2m/s,选项 C正确;由能量守恒定律得 P 出 t=mgh+ mv2+Q,解得 t=1s,选项 D正确 .1211.(1)如图所示(2) 读取温度计示数 读取电压表示数(3)100 0.400解析(1)连接实物图时导线不能交叉
22、,电压表应并联在热敏电阻两端,电流由电压表的正接线柱流入 .(2)本实验探究的是热敏电阻的阻值随温度变化的特性,所以实验需测出热敏电阻的阻值及相应的温度,热敏电阻的阻值用 R= 间接测量,故需记录的数据是温度计的示数和电压表的示数 .UI(3)设热敏电阻 R=R0+kt,由作出的 R-t图线可知 k=0.400/ .温度为 10时,热敏电阻 R=104,则R0=R-kt=104 -0.40010 =100,所以 R=100+0.400t() .12.2n2 2B20L4TR解析磁感应强度 B以正弦规律变化,即B=B0sint=B 0sin t2T线圈中产生的感应电动势瞬时值表达式为12e=nB
23、0L 2cost= cos t2n B0L2T 2T有效值 E=2n B0L2T磁场变化的一个周期内线圈中产生的热量Q= T= .E2R 2n2 2B20L4TR13.(1)3 (2)0.375W 0.75W解析(1)内、外电路的功率相等,则内、外电路的电阻相等,即=2R1R2R1+R2解得 R2=3 .(2)产生的感应电动势 E=Blv=113V=3V总电流 I= = A=0.75AER总 34路端电压 U=IR 外 =0.752V=1.5VR1消耗的功率 P1= = W=0.375WU2R11.526R2消耗的功率 P2= = W=0.75W.U2R21.52314.(1)1m/s (2)
24、45.6J解析(1)金属棒 ab和物体匀速运动时,速度达到最大值,由平衡条件知对物体,有 T=Mg对 ab棒,有 T=mgsin+mg cos+F 安其中 F 安 =B0IL,I= =ER总 B0LvmR+r联立解得 vm=1m/s.(2)对物体和 ab棒组成的系统,根据能量守恒定律有Mgh-mghsin- (M+m) =mg cos h+Q 总12 v2m解得 Q 总 =76J故 QR= Q 总 =45.6J.RR+r15.(1) (2) (3)nL2R(B1-B0)(R+r)t1 n2B21L4R(R+r)2 nB1L2R+r解析(1)0 t1时间内,线框中的感应电动势13E=n = tn
25、L2(B1-B0)t1根据闭合电路的欧姆定律可知,通过电阻 R的电流I= =ER+rnL2(B1-B0)(R+r)t1所以电阻 R两端的电压 UR=IR= .nL2R(B1-B0)(R+r)t1(2)线框匀速转动产生的感应电动势的最大值 Em=nB1L2感应电动势的有效值 E= nB1L222通过电阻 R的电流的有效值 I=2nB1L22(R+r)线框转动一周所需的时间 t=2此过程中,电阻 R产生的热量Q=I2Rt= . n2B21L4R(R+r)2(3)线框从图甲所示位置转过 90的过程中,平均感应电动势 =n =E tnB1L2 t平均感应电流 =InB1L2 t(R+r)通过电阻 R的电荷量 q= t= .InB1L2R+r
