1、1模块综合检测(二) (时间：90 分钟 满分：100 分)一、单项选择题(本小题共 8小题，每小题 4分，共 32分。每小题只有一个选项正确)1了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下叙述符合事实的是( )A丹麦物理学家奥斯特梦圆电生磁，终于发现了电磁感应现象B英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场C法拉第发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕D安培定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的答案：B2.如图所示是测定自感系数很大的线圈 L直流电阻的电路， L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压。在测量完毕后
2、，将电路解体时应( )A先断开 S1 B先断开 S2C先拆除电流表 D先拆除电阻 R解析：选 A 只要不断开 S1，线圈 L与电压表就会组成闭合电路，在断开电路干路时，线圈 L会因此产生感应电流，流过电压表的电流方向与原电流方向相反，电压表中指针将反向转动，损坏电压表，所以必须先断开 S1。A 正确。3.如图所示，两条平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场，有一较小的三角形线框 abc的 ab边与磁场边界平行，现使此线框向上匀速穿过磁场区域，运动过程中始终保持速度方向与 ab边垂直，则选项图中可以定性地表示线框在上述过程中感应电流随时间变化的规律的是( )解析：选 D 线框进入磁场过程中，切割
3、磁感线的有效长度逐渐变短，感应电动势逐渐变小，完全进入磁场之后，磁通量不再变化，感应电动势等于零，离开磁场过程中，切割磁感线的有效长度逐渐变短，反向的感应电动势逐渐变小，感应电流的变化与感应电动势的变化一致，D 正确。4一磁铁自远处匀速沿一圆形线圈的轴线运动，并穿过线圈向远处而去，如图所示，则选项图中能较正确反映线圈中电流 I和时间 t的关系的是(线圈中电流的图示箭头方向为正方向)( )2解析：选 B 当条形磁铁向右运动且并未穿过线圈过程中，通过线圈的磁通量向右逐渐增加，由楞次定律可知，线圈中的感应电流为正方向，当条形磁铁的正中央到达线圈位置时，磁通量的变化率最小，感应电流为零，当条形磁铁正中
4、央通过线圈后，穿过线圈向右的磁通量逐渐减小，则线圈中产生负方向的感应电流，且先增大再减小，故选项 B正确。5一矩形金属线圈共 10匝，绕垂直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变化的情况如图所示，下列说法中正确的是( )A此交流电的频率为 0.2 HzB此交变电动势的有效值为 1 VC t0.1 s 时，线圈平面与磁场方向平行D在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为 Wb1100解析：选 D 由题图可知，此交流电的周期 T0.2 s，频率 f 5 Hz，A 错误。 E1T V，B 错误。 t0.1 s时，感应电动势为 0，线圈平面与磁感线方向垂直，C 错误
5、。Em2 22因 Em nBS ，其中 n10， 10 rad/s，故 m BS Wb，D 正确。2T 11006一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动过程中，线框中的最大磁通量为 m，最大感应电动势为 Em。下列说法中正确的是( )A当磁通量为零时，感应电动势为零B当磁通量减小时，感应电动势在减小C当磁通量等于 0.5 m时，感应电动势等于 0.5EmD角速度 等于 Em/ m解析：选 D 根据正弦式交变电流的产生及其变化规律(设从中性面开始计时)，由e Emsin t BS sin t m sin t ，可知 D正确。7如图所示， M是一小型理想变压器，接线柱 a
6、、 b接在正弦交流电源上。变压器右3侧部分为一火警报警系统原理图，其中 R2为用半导体热敏材料制成的传感器，其阻值随温度升高而减小。电流表 A2为值班室的显示器，显示通过 R1的电流，电压表 V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)， R3为一定值电阻。当传感器 R2所在处出现火警时，以下说法中正确的是( )AA 1的示数不变，A 2的示数增大BA 1的示数减小，A 2的示数增大CV 1的示数不变，V 2的示数增大DV 1的示数不变，V 2的示数减小解析：选 D 当传感器 R2所在处出现火情时， R2的电阻减小，导致电路的总电阻减小，所以电路中的总电流将会增加，A 1测量的是原线圈中的总电流
7、，由于副线圈的电流增加，所以原线圈的电流 A1示数也要增加；由于电源电压不变，匝数比不变，原、副线圈的电压也不变，所以 V1的示数不变，由于副线圈中电流增大 ， R3的电压变大，所以 V2的示数要减小，即 R1的电压也减小，所以 A2的示数要减小。8.如图所示，光滑平行导轨倾斜放置，下端连一灯泡，匀强磁场垂直于导轨平面，当金属棒 ab沿导轨下滑到稳定状态时，灯泡的电功率为 P，其他电阻不计，要使灯泡在棒稳定运动状态下的电功率为 2P，则应( )A将导轨间距变为原来的 倍2B换一电阻减半的灯泡C将磁场磁感应强度 B加倍D换一质量为原来 倍的金属棒2解析：选 D 导体棒达到稳定状态时，有 mgsi
8、n BIL ，灯泡的电功率 PB2L2vmR，由以上两式得 P ，根据此式可知只有 D项正确。 BLvm 2R mgsin 2RB2L2二、多项选择题(本题共 4小题，每小题 4分，共 16分。选对但不全的得 2分，错选不得分)9一矩形线圈在匀强磁场中转动，产生交变电流的电动势为 e220 sin 100 t 2V，对于这个交变电流的说法错误的是( )A此交变电流的频率为 100 Hz，周期为 0.01 sB此交变电流电动势的有效值为 220 VC耐压值为 220 V的电容器能够在该交变电路中使用4D t0 时，线圈平面与中性面垂直，此时磁通量为零解析：选 ACD 由电动势瞬时值表达式可知，此
9、交变电流的频率为 50 Hz，周期为0.02 s，电动势的有效值为 220 V，最大值为 220 V，故 A、C 选项错误，B 选项正确；2当 t0 时，电动势的瞬时值为零，说明 t0 时线圈处于中性面位置，通过线圈的磁通量为最大，故 D选项错误。10.如图所示，矩形线圈 abcd的边长分别是 ab L， ad D，线圈平面与磁感应强度为 B的匀强磁场平行，线圈绕 ab边以角速度 匀速转动，下列说法正确的是(从图示位置开始计时)( )A t0 时线圈的感应电动势为零B转过 90时线圈的感应电动势为零C转过 90的过程中线圈中的平均感应电动势为 BLD12D转过 90的过程中线圈中的平均感应电动
10、势为2 BLD解析：选 BD t0 时，只有 cd边切割磁感线，感应电动势E1 BLv BLD BS 0，A 错误；转过 90时，线圈的四条边均不切割磁感线，E20，B 正确；转过 90的过程中，穿过线圈的磁通量由 0变为 BLD。转过 90所用时间 t ，故平均电动势为： E ，故 C错误，D 正确。T4 24 2 t BLD2 2 BLD11某发电厂原来用电压为 U1的交流电输电，后改用变压比为 150 的升压器将电压升高为 U2后输电，输送的电功率保持不变。若输电线路的总电阻为 R 线 ，则下列说法中正确的是( )A由公式 I 可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的PU2 150B由公
11、式 I 可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的 50倍U2R线C由公式 P I2R 线 可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的12 500D由公式 P 可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的 2 500倍U22R线解析：选 AC 由 可知， U250 U1，输送功率不变，由公式 I 可知，输电线U1U2 n1n2 PU2中的电流变为原来的 ，A 正确，B 错误；由 P I2R 线 可知，输电线上的功率损耗减为原来150的 ，C 正确，D 错误。12 500512.如图所示，平行金属导轨与水平面间的倾角为 ，导轨电阻不计，与阻值为 R的定值电阻相连，磁感应强度为 B的匀强磁场垂直
12、穿过导轨平面。有一质量为 m、长为 l的导体棒，从 ab位置以方向平行于斜面的大小为 v的初速度向上运动，最远到达 a b的位置，滑行的距离为 s，导体棒的电阻也为 R，与导轨之间的动摩擦因数为 。则( )A上滑过程中导体棒受到的最大安培力为B2l2vRB上滑过程中安培力、滑动摩擦力和重力对导体棒做的总功为 mv212C上滑过程中电流做功产生的热量为 mv2 mgs(sin cos )12D上滑过程中导体棒损失的机械能为 mv2 mgssin 12解析：选 CD 上滑过程中导体棒在初始位置所受安培力最大，即 F BIl B lBlv2R，所以 A错误；上滑过程中由动能定理可得安培力、滑动摩擦力
13、和重力对导体棒做的B2l2v2R总功为 W 安 Wf WG Ek mv2，B 错误；上滑过程中电流做功产生的热量等于克服安12培力做的功，即 mv2 WG Wf mv2 mgssin mgs cos mv2 mgs(sin 12 12 12 cos )，C 正确；由能量守恒定律可判断 D正确。三、非选择题(本题共 5小题，共 52分)13(6 分)用如图所示的实验装置探究电磁感应现象的规律。(1)(多选)当有电流从电流表的正极流入时，指针向右偏转，下列说法正确的是( )A当把磁铁 N极向下插入线圈时，电流表指针向左偏转B当把磁铁 N极从线圈中拔出时，电流表指针向左偏转C保持磁铁在线圈中静止，电
14、流表指针不发生偏转D磁铁插入线圈后，将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动，电流表指针向左偏(2)某同学在实验过程中发现，灵敏电流计的指针摆动很小，如果电路连接正确，接触也良好，原因可能是电流计灵敏度较低、线圈电阻较大，除此以外还可能是因为_(写出一种即可)。解析：(1)当有电流从电流表的正极流入时，指针向右偏转，这说明：电流从哪极流入，6指针向哪偏转。当把磁铁 N极向下插入线圈时，由楞次定律可知，感应电流从负极流入，电流表指针向左偏，故 A正确；当把磁铁 N极从线圈中拔出时，由楞次定律可知，感应电流从正极流入，电流表指针向右偏转，故 B错误；保持磁铁在线圈中静止，穿过线圈的磁通量不变，不产生感应
15、电流，电流表指针不发生偏转，故 C正确；磁铁插入线圈后，将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动，穿过线圈的磁通量不变，不产生感应电流，电流表指针不偏转，故 D错误。(2)灵敏电流计的指针摆动很小，除题中所述原因以外还可能是因为导体运动的慢或者磁场较弱。答案：(1)AC (2)导体运动的慢或者磁场较弱14(10 分)图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图。其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 OO匀速转动，线圈的匝数 n100，电阻 r10 ，线圈的两端经集流环与电阻 R连接，电阻 R90 ，与 R并联的交变电压表为理想电表。在 t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量 随时
16、间 t按图乙所示正弦规律变化。求：(1)交流发电机产生的电动势最大值；(2)电动势的瞬时值表达式；(3)电路中交变电压表的示数。解析：(1)交流发电机产生电动势的最大值Em nBS而 m BS， ，所以 Em2T 2n mT由题图乙可知， m2.010 2 Wb， T0.2 s所以 Em20 V62.8 V。(2)线圈转动的角速度 rad/s10 rad/s，由于从垂直中性面处开始2T 20.2计时，所以感应电动势瞬时值表达式为 e Emcos t 62.8cos 10 t V(3)电动势的有效值 E 10 VEm2 2U E 10 V9 V40 VRR r 90100 2 2答案：(1)62
17、.8 V (2) e62.8cos 10 t V (3)40 V715(10 分)风能将成为 21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源，风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，如图所示，其主要部分包括风轮机、齿轮箱、发电机等。(1)利用总电阻 R10 的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率 P0300 kW，输出电压 U10 kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值；(2)已知风力发电机的输出功率 P与风速 v的三次方成正比。某风力发电机在风速v19 m/s时能够输出的电功率为 P1540 kW。我国某地区风速不低于 v26 m/s的时间每年约为 5 000小时，试估算这台风力发
18、电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。解析：(1)导线上损失的功率为P I2R 2R9 kW(P0U)损失的功率与输送功率的比值 0.03。PP0 9103 W300103 W(2)风力发电机的输出功率为P2 3P1 3540 kW160 kW，(v2v1) (69)最小年发电量为W P2t1605 000 kWh810 5 kWh。答案：(1)0.03 (2)810 5 kWh16(13 分)如图甲所示，两根光滑固定导轨相距 0.4 m竖直放置，导轨电阻不计，在导轨末端 P、 Q两点用两根等长的细导线悬挂金属棒 cd。棒 cd的质量为 0.01 kg，长为0.2 m，处于磁感应强度为 B0
19、0.5 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里。相距0.2 m的水平虚线 MN和 JK之间的区域内存在着垂直于导轨平面向里的匀强磁场，且磁感应强度 B随时间变化的规律如图乙所示。在 t0 时刻，质量为 0.02 kg、阻值为 0.3 的金属棒 ab从虚线 MN上方 0.2 m高度处，由静止开始释放，下落过程中保持水平，且与导轨接触良好，结果棒 ab在 t1时刻从上边界 MN进入磁场，并在磁场中做匀速运动，在 t2时刻从下边界 JK离开磁场， g取 10 m/s2。求：8(1)在 0 t1时间内，电路中感应电动势的大小；(2)在 t1 t2时间内，棒 cd受到细导线的总拉力为多大；(3)棒
20、 cd在 0 t2时间内产生的焦耳热。解析：(1)对棒 ab自由下落过程，有 t t1 0.2 s2hg磁感应强度的变化率为 T/s2.5 T/s B t 0.50.2由法拉第电磁感应定律得，0 t1时间内感应电动势E1 Labh t B t联立以上各式并代入数据可得 E10.2 V。(2)由棒 ab匀速进入磁场区域可知 BI2Lab mabg代入数据，可解得 I21 A在 t1 t2时间内，对棒 cd受力分析，可得FT mcdg B0I2Lcd代入数据，可解得 FT0.2 N。(3)棒 ab刚进入磁场时的速度为 v gt12 m/s棒 ab进入磁场后的感应电动势为 E2 BLabv0.4 V
21、则 Rcd Rab0.1 E2I2在 0 t1时间内，感应电流为 I1 0.5 AE1Rab Rcd棒 cd在 0 t2时间内产生的焦耳热Qcd Q1 Q2 I12Rcdt1 I22Rcd 0.015 J。hv答案：(1)0.2 V (2)0.2 N (3)0.015 J17(13 分)如图所示，匝数为 100、面积为 0.01 m2的线圈，处于磁感应强度 B1为 1T的匀强磁场中。当线圈绕 O1O2以转速 n为 300 r/min匀速转动时，电压表、电流表的读数分别为 7 V、1 A。电动机的内阻 r为 1 ，牵引一根原来静止的、长 L为 1 m、质量 m9为 0.2 kg的导体棒 MN沿导
22、轨上升。导体棒的电阻 R为 1 ，架在倾角为 30的导轨上，它们处于方向与导轨平面垂直、磁感应强度 B2为 1 T的匀强磁场中。当导体棒沿导轨上滑1.6 m时获得稳定的速度，这一过程中导体棒上产生的热量为 4 J。不计导轨电阻及一切摩擦， g取 10 m/s2。求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时值表达式；(2)导体棒 MN的稳定速度；(3)导体棒 MN从静止到达到稳定速度所用的时间。解析：(1)线圈转动过程中电动势的最大值为Em NB1S NB1S2 n代入数据，解得 Em10 V则从线圈处于中性面开始计时的电动势瞬时值表达式为e Emsin t 10sin 10 t V。(2)电动机的电流 I1 A电动机的输出功率 P 出 IU I2r又 P 出 Fv而导体棒 MN产生的感应电流 I ER B2LvR稳定时导体棒 MN处于平衡状态，故有：F mgsin B2I L由以上各式代入数值，解得导体棒 MN的稳定速度v2 m/s( v3 m/s 舍去)。(3)由能量守恒定律得 P 出 t mgh mv2 Q12其中 h xsin 0.80 m解得 t1.0 s。答案：(1) e10sin 10 t V (2)2 m/s (3)1.0 s10
