1、2014 届高三物理二轮复习专题突破系列：整合测试 -电路和电磁感应 本卷分第 卷 (选择题 )和第 卷 (非选择题 )两部分。 满分 100分，考试时间 90分钟。 第 卷 (选择题 共 40 分 ) 一、选择题 (共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有的小题有多个选项符合题目要求 ，全部选对的得 4 分，选不全的得 2 分，有选错或不答的得 0 分 ) 1 (2013广东茂名一模 )交流发电机电枢中产生的交变电动势为e Emsint，如果要将交变电动势的有效值提高一倍，而交流电的周期不变，可采取的方法是 ( ) A将电枢
2、转速提高一倍，其他条件不变 B将磁感应强度增加一倍，其他条件不变 C将线圈的面积增加一倍，其他条件不变 D将磁感应强度增加一倍，线圈的面积缩小一半，其他条件不变 答案 BC 解析 交变电动势的峰值 Em NBS，有效值 E NBS2 2NBS2T ，故要将交变电动势的有效值提高一倍， B、 C正确， D错误；电枢转速提高一倍，根据 2n可知角速度提高一倍，交变电动势的有效值提高一倍，但周期 T 2会改变， A错误。 2. (2013黑龙江哈三中一模 )如图所示，足够长的平行光滑导轨固定在水平面上，电阻为 r，其右端连接有两个定值电阻 R1、 R2，开关 S处于断开状态，整个装置处于垂直导轨平面
3、方向的匀强磁场中。一电阻为 R3的导体棒在恒定的水平外力 F 的作用下在导轨上匀速向左运动，运动中导体棒始终与导轨垂直。现 将开关 S 闭合，下列说法不正确的是 ( ) A刚闭合 S的瞬间，导体棒中的电流增大 B刚闭合 S的瞬间，导体棒两端电压减小 C闭合 S后，导体棒做减速运动直到停止 D闭合 S后，导体棒做减速运动直到再一次匀速运动 答案 C 解析 闭合 S，外电阻减小，而闭合 S瞬间导体棒的速度不变，感应电动 势不变，根据 I BLvR总可知，导体棒中电流增大， A正确；闭合 S的瞬间，外电阻减小，电动势不变，路端电压减小， B正确；闭合 S后，刚开始安培力大于拉力 F，导体棒做加速度减
4、小的减速运动，当 a 0时导体棒匀速， D正确， C错误。 3 (2013广东深圳一模 )一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势 e 220 2sin100t(V)，那么 ( ) A该交变电流的频率是 50Hz B当 t 0 时，线圈平面恰好位于中性面 C当 t 1100s时， e 有最大值 D该交变电流电动势的有效值为 220 2V 答案 AB 解析 根据表达式知 100，交变电流的频率 f 1T 250Hz， A 正确；当 t 0 时， e 0，线圈处于中性面位置， B 正确；当 t 1100s时 e 0， C错误；该交变电流电动势的有效值为 E Em2220V， D错误。 4
5、 (2013甘肃一模 )如图甲所示，矩形导线框 ABCD 固定在匀强磁场中，磁场方向垂直于线框所在平面向里。规定垂直于线框所在平面向里为磁场的正方向，线框中沿着 ABCDA 方向为感应电流 i 的正方向。要在线框中产生如图乙所示的感应电流，则磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律可能为 ( ) 答案 B 解析 由 i t图象可知，在 0 t0时 间内，感应电流大小恒定，方向沿正方向，则 B随 t可能是向里且均匀减小，同理可得在 t0 2t0时间内， B随 t可能是向里且均匀增大，且两种情况下的斜率相等，故 B正确， A、 C、 D错误。 5 (2013河北唐山一模 )如图为远距离输送交流电的系
6、统示意图，变压器均为理想变压器。随着用户负载增多，发电机 F 达到额定功率时，仍导致降压变压器输出功率不足，用户的用电器不能正常工作。那么，在发电机以额定功率工作的情况下，为了适当提高用户的用电功率，可采取的措施是 ( )来源 : A适当减小输电线的电阻 r B适当提高 n4n3C适当提高 n2n1的同时，降低 n4n3D适当降低 n2n1的同时，提高 n4n3答案 AC 解析 用户得到的功率等于发电机输出的功率减去输电线上损失的功率，减小输电线上损失的功率可适当提高用户的用电功率，而 P I2r，所以 A正确；改变 n4n3只是使电压 降到用户需要的电压值，对功率无影响，适当提高 n2n1，
7、能提高输送电压，减小输送电流，减小功率损失，故 C正确， B、 D错误。 6 (2013山东烟台一模 )如图甲所示，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度的大小为 B，磁场在 y 轴方向足够宽，在 x 轴方向宽度为a。一直角三角形导线框 ABC(BC 边的长度为 a)从图示位置向右匀速穿过磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，在图乙中感应电流 i、BC 两端的电压 uBC与线框移动的距离 x 的关系图象正确的是 ( ) 答案 D 解析 导线框匀速进入磁场过程中， AC边切割磁感线，且切割磁感线的有效长度不断增加，其感应电流的大小不断增加，由右手定则可知感应电流的方向是逆时针方向；当导线框完全进入磁场
8、时， AC边、AB边都切割磁感线，感应电动势之和为零，线框中的感应电流为零；当导线框出磁场时， AB边和 AC边的一部分都切割磁感线，等效切割长度不断增大，导线框中的感应电流 不断增大，感应电流的方 向为顺时针。综上可知感应电流的 i x 图象应为如图所示的情况，故A、 B错误； BC两端的电压 uBC iRBC，故 C错误， D正确。 7. (2013辽宁五校协作体一模 )如图所示，理想变压器初、次级分别接有完全相同的灯泡 A 和 B，且初、次级线圈匝数比 n1:n2 2:1，电源电动势为 u，则 B 灯两端电压为 ( ) A.u2 B 2u C.u5 D.2u5 答案 D 解 析 设原线圈
9、两端的电压为 u1， B两端的电压为 u2，根据 u1u2 n1n2， u1 n1n2u2 2u2，在原线圈回路有 u u1 uA；根据 I1I2 n2n1，则I1 n2n1I2 12I2， uA I1RA 12u2，所以 u2 25u，故 D 正确； A、 B、 C错误。 8 (2013浙江宁波 “ 十校 ” 调研 )如图所示，一个长方形的金属线框电 阻为 R，放在光滑的水平面上，有界匀强磁场的方向垂直于水平面向下。线框在水平恒力 F 的作用下由静止开始向右运动，在线框离开磁场的过程中，拉力 F 的功率随时间变化的图象不可能的是( ) 答案 B 解析 线框出磁场过程的运动情况可能有三种：若拉
10、力 F 大于安培力，线框加速出磁场，且加速度逐渐减小，由 P Fv 知，拉力 F 的功率逐渐增大，但增大得越来越慢， A 正确。若拉力 F 等于安培力，线框匀速出磁场 ，由 P Fv 知，拉力 F 的功率不变， D正确。若拉力 F 小于安培力，线框减速出磁场，且加速度逐渐减小，由 P Fv知，拉力 F的功率逐渐减小，且减小得越来越慢， C正确。故选 B。 9. (2013山东泰安一模 )如图所示，间距为 L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为 R 的电阻连接，导轨上横跨一根质量为 m、电阻也为 R 的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为 B
11、 的匀强磁场中。现使金属棒 以初速度沿导轨向右运动，若金属 棒在整个运动过程中通过的电荷量为 q。下列说法正确的是 ( ) A金属棒在导轨上做匀减速运动 B整个过程中金属棒克服安培力做功为 12mv2 C 整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为 2qRBL D整个过程中电阻 R 上产生的焦耳热为 12mv2 答案 BC 解析 金属棒运动中受到安培力作用， F 安 BIL B2L2vR ，方向向左，故金属棒做加速度不断减小的减速运动， A错误；由功能关系可知金属棒克服安培力做的功等于动能的减少量 ，等于整个回路产生的焦耳热， B正确， D错误；金属棒整个过程中通过的电荷量 qI t 2R，而 BL
12、x，所以 x 2qRBL， C正确。 10 (2013陕西西工大附中一模 )矩形导线框 abcd 放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度 B 随时间 t 变化的图象如图甲 所示。设 t 0 时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在 0 4s 时间内，图乙中能正确反映线框 ab 边所受的安培力随时间 t 变化的图象 (规定 ab 边所受的安培力向左为正 )的是 ( ) 答案 D 解析 在 0 2s内，线框中的感应电动势 E1 Bt s ，对应的感应电流大小不变，方向顺时针，而 F BILab，所以根据左手定则可知 F的方向先向左后向右， F的大小与 B成正比；同理可知在 2
13、4s内 F的方向也是先向左后向右，大小与 B成正比，故 D正确。 第 卷 (非选择题 共 60 分 ) 二、填空题 (共 3 小题，每小题 6 分，共 18 分。把答案直接填在横线上 ) 11如图所示，直线 a、抛物线 b 分别为某电池的总功率 P、输出功率 PR随电流 I 变化的图象。根据图线可知该电池的电动势 E_V；内阻 r _；当外电阻为 0.5时，电池的输出功率 PR _W。 来源 : 答案 1.2 1 0.32 解析 题中的图象对应的物理关系： P EI， P PR I2r，从题图上取数据，可求得 E 1.2V，内阻 r 1。当 R 外 0.5 时， I ER r 1.21.5A
14、0.8A，故 PR I2R 0.32W。 12某发电厂用 2.2kV的电压将电能输出给 远处的用户，后改为用 22kV的电压，在既有输电线路上输送同样的电功率。前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为 _。要将 2.2kV的电压升高到 22kV，若变压器原线圈的匝数为 180 匝，则副线圈的匝数应该是 _匝。 答案 100:1 1800 解析 输送电流 I PU，设输电线电阻为 r，输电线消耗功率为P .因 P I2r PU 2r，据题意有 P1P2 U2U12222.22 100:1 根据 n1n2 U1U2，则 n2 U2U1n1 222.2 180匝 1800匝。 13某集装箱吊 车
15、的交流电动机输入电压为 380V，则该交流电电压的最大值为 _V。当吊车以 0.1m/s的速度匀速吊起总质量为 5.7 103kg的集装箱时，测得电动机的电流为 20A，电动机的工作效率为 _。 (g 取 10m/s2) 答案 380 2 75% 解析 对于正弦交流电 Um 2U 380 2V 电动机的输出功率为 P 出 mgv 5.7kW 电动机的输入功率为 P 入 UI 7.6kW 电动机的工作效率为 P出P入 0.75 75% 三、计算题 (共 4 小题，共 42 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 )
16、 14 (10 分 ) 如图，两根足够长的金属导轨 ab、 cd 竖直放置，导轨间距离为L，电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为 P、电阻均为 R 的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为 m、电阻可以忽略的金属棒 MN 从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且 与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为 g。求： (1)磁感应强度的大小； 来源 : (2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。 答案 (1)mg2L RP (2)2Pmg 解析 (1)设小灯泡的额定电流为 I0，有 P I20R 由题意在金属棒沿导轨竖直下落
17、的某时刻后，小灯泡保持正常发光，流经 MN中电流为 I 2I0 此时金属棒 MN 所受的重力和安培力相等，下落的速度达到最大值，有 mg BLI 联立 式得 B mg2L RP (2)设灯泡正常发光时，导体棒的速率为 v，由电磁感应定律与欧姆定律得 E BLv E RI0 联立 式得 v 2Pmg 15 (10 分 ) 如图所示交流发电机矩形线圈的边长 ab cd 0.4m， ac bd0.2m，共 50 匝，线圈电阻 r 1.线圈在磁感应强度 B 0.2T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴以 100 r/s的转速匀速转动，外接电阻为R 9，求： (1)电压表的读数； (2)电阻 R 上的电功率
18、和发电机的电功率 答案 (1)101.8V (2)1152W 1280W 解析 (1)线圈在磁场中转动产生的感应电动势的最大值为： Em nBS 50 0.2 0.2 0.4 100 2V 160V 路端电压为 U， 则： U IR EmR2R r 72 2V 101.8V来源 : (2)电阻 R上的功率为 P，则： P UI 72 2 8 2W 1152W 发电机的电功率 P EI E2R rE2m2R r16022 9 1W 1280W. 16 (11 分 )如图所示，空间存在 B 0.5T、方向竖直向下的匀强磁场， MN、 PQ 是处于同一水平面内相互平行的粗糙长直导轨，间距 l 0.2
19、m， R 是连接在 导轨一端的电阻， ab 是跨接在导轨上质量为m 0.1kg的导体棒。从零时刻开始，通过一小型电动机对 ab 棒施加一个牵引力 F，方向水平向左，使其从静止开始沿导轨做加速运动，此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。图乙是棒的 v t 图象，其中 OA 段是直线， AC 段是曲线， DE 段是曲线图象的渐近线，小型电动机在 12s末达到额定功率 P 4.5W，此后保持功率不变。除 R外，其余部分电阻均不计，取 g 10m/s2。 (1)求导体棒 ab 在 0 12s内的加速度大小； (2)求导体棒 ab 与导轨间的动摩擦因数及电阻 R 的值； (3)若 t 17s 时，导体
20、棒 ab 最大速度，从 0 17s 内共发生位移100m，试求 12 17s内， R 上产生的热量是多少。 答案 (1)0.75m/s2 (2)0.2 0.4 (3)12.35J 解析 (1)由图象知 12s末导体棒 ab的速度为 v1 9m/s，在 012s内的加速度大小为 a vt 912m/s2 0.75m/s2。 (2)t1 12s时，导体棒中感应电动势为 来源 : E Blv1 感应电流 I ER 导体棒受到的安培力 F1 BIl 即 F1 B2l2v1R 此时电动机牵引力为 F Pv1由牛顿第二定律得 Pv1 B2l2v1R mg ma 由图象知 17s末导体棒 ab的最大速度是
21、v2 10m/s，此时加速度为零，同理有 Pv2B2l2v2R mg 0 由以上各式解得 0.2， R 0.4 (3)0 12s内，导体棒匀加速 运动的位移 s1 v12 t1 54m 12 17s内，导体棒的位移 s2 (100 54)m 46m 由能量守恒得 Q Pt2 (12mv22 12mv21) mgs2 代入数据解得 R上产生的热量 Q 12.35J。 17 (11 分 )(2013课标全国 )如图，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为 ，间距为 L。导轨上端接有一平行板电容器，电容为 C。导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方向垂 直于导轨平面。在导轨上放置一质量为 m
22、的金属棒。棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。已 知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 ，重力加速度大小为 g。忽略所有电阻。让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求： (1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系； (2)金属棒的速度大小随时间变化的关系。 答案 (1)Q CBLv (2)v msin cosm B2L2C gt 解析 (1)设金属棒下滑的速 度大小为 v，则感应电动势为 E BLv 平行板电容器两极板之间的电势差为 U E 设此时电容器极板上积累的电荷量为 Q，则有 C QU 联立 式得 Q CBLv (2)设金属棒的速度大小为 v时经历的时间为 t，通
23、过金属棒的电流为 i，金属棒受到的磁场的作用力沿导轨向上，大小为 f1 BLi 设在时间间隔 (t， t t)内流经金属棒的电荷量为 Q，按电流的定义有 i Qt Q也是平行板电容器极板在时间 (t， t t)内增加的电荷量。由 式得 Q CBLv 式中 v为金属棒的速度变化量，按定义有 a vt 金属棒所受到的摩擦力方向斜向上，大小为 f2 N 式中 N为金属棒对轨道的压力，其大小为 N mgcos 金属棒在时刻 t时加速度方向沿斜面向下，大小为 a，由牛顿第二定律，有 mgsin f1 f2 ma 由 到 式得 a msin cosm B2L2C g 由 式及题设可知，金属棒做初速度为零的匀加速运动。 t时刻金属棒的速度大小为 v msin cosm B2L2C gt
