优化方案·高中同步测试卷·鲁科物理选修3-2：高中同步测试卷(12) Word版含解析

高中同步测试卷(十二)
（高|考）水平测试卷(A)
(时间：90分钟 ,总分值：100分)
一、单项选择题(此题共7小题,每题4分,共28分．在每题给出的四个选项中,只有一个选项正确．)
1．在沿水平方向的匀强磁场中,有一圆形金属线圈可绕沿其直径的竖直轴自由转动．开始时线圈静止,线圈平面与磁场方向既不平行也不垂直,所成的锐角为α.在磁场开始增强后的一个极短时间内,线圈平面()
A．维持不动B．将向使α减小的方向转动
C．将向使α增大的方向转动D．将转动,因不知磁场方向,不能确定α会增大还是会减小
2．如下图,A、B、C是三相交流电源的3根相线,O是中性线．电源的相电压为220 V．L1、L2、L3是3个 "220 V60 W〞的灯泡．开关S1断开,S2、S3闭合．由于某种原因,电源中性线在图中O′处断开,那么L2和L3两灯泡将()
A．立刻熄灭B．变得比原来亮一些
C．变得比原来暗一些D．保持亮度不变
3．如下图,有缺口的金属圆环与板间距为d的平行板电容器的两极板焊接在一起,金属圆环右侧有一垂直纸面向外的匀强磁场,现使金属圆环以恒定不变的速度v向右运动由磁场外进入磁场,在金属圆环进入磁场的过程中,电容器带电荷量Q随时间t变化的定性图象应为()
4．如下图,条形磁铁用细线悬挂在O点．O点正下方固定一个水平放置的铝线圈．让磁铁在同一竖直面内摆动．条形磁铁在完整摆动一次的过程中,以下说法中正确的选项是()
A．线圈内感应电流的方向改变3次
B ．磁铁始终受到感应电流磁场的斥力作用
C ．磁铁所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力
D ．磁铁所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时是动力
5．如下图 ,MN 、GH 为平行导轨 ,AB 、CD 为跨在导轨上的两根横杆 ,导轨和横杆均为导体 ,有匀强磁场垂直于导轨所在的平面 ,方向如图．用I 表示回路中的电流．那么( )
A ．当A
B 不动而CD 向右滑动时 ,I ≠0且沿顺时针方向 B ．当AB 向左、CD 向右滑动且速度大小相等时 ,I ＝0
C ．当AB 、C
D 都向右滑动且速度大小相等时 ,I ＝0
D ．当AB 、CD 都向右滑动 ,且AB 速度大于CD 时 ,I ≠0且沿逆时针方向
6. 如图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图 ,线圈匝数为n ,面积为S .假设在t 1到t 2时间内 ,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈 ,其磁感应强度大小由B 1均匀增加到B 2 ,那么该段时间线圈两端a 和b 之间的电势差φa －φb ( )
A ．恒为nS (
B 2－B 1 )
t 2－t 1
B ．从0均匀变化到nS (B 2－B 1 )
t 2－t 1
C ．恒为－nS (B 2－B 1 )
t 2－t 1
D ．从0均匀变化到－nS (B 2－B 1 )
t 2－t 1
7．如下图 ,交流电流表A 1、A 2、A 3分别与电阻R 、电容器C 和电感线圈L 串联后接在同一个正弦式交流电源上．交流电流表A 4与电阻R 串联后接在理想变压器副线圈两端．如果保持供电电压的最|大值不变 ,而增大供电电压的频率 ,电流表示数不变的是( )
A ．电流表A 1和A 2
B ．电流表A 1和A 4
C ．电流表A 3和A 2
D ．电流表A 3和A 4
二、多项选择题(此题共5小题 ,每题6分 ,共30分．在每题给出的四个选项中 ,有多个选项符合题意．)
8． m 2 ,线圈电阻为1 Ω.规定线圈中感应电流I 的正方向从上往下看是顺时针方向 ,
如图甲所示．磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示．那么以下说法正确的选项是( )
A ．在时间0～5 s 内 ,I A
B ．在第4 s 时刻 ,I 的方向为逆时针
C ．前2 s 内 , C
D ．第3 s 内 ,线圈的发热功率最|大 9. (2021·（高|考）全国卷丙)如图 ,M 为半圆形导线框 ,圆心为O M ；N 是圆心角为直角的扇形导线框 ,圆心为O N ；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线O M O N 的水平面上方有一匀强磁场 ,磁场方向垂直于纸面．现使线框M 、N 在t ＝0时从图示位置开始 ,分别绕垂直于纸面、且过O M 和O N 的轴 ,以相同的周期T 逆时针匀速转动 ,那么( )
A ．两导线框中均会产生正弦交流电
B ．两导线框中感应电流的周期都等于T
C ．在t ＝T
8
时 ,两导线框中产生的感应电动势相等
D ．两导线框的电阻相等时 ,两导线框中感应电流的有效值也相等
10．如下图 ,理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶u ＝U m sin ωt 的交流电源 ,副线圈接一个R Ω的负载电阻．假设U m ＝220 2 V ,ω＝100π rad/s ,那么以下结论正确的选项是( )
A ．副线圈中电压表的读数为55 V
B ．副线圈中输出交流电的周期为1
100π
s
C ． A
D ．原线圈中的输入功率为110 2 W
11．电阻为1 Ω的某矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时 ,产生的正弦交流电的图象如图中a 所示；当调整线圈转速后 ,该线圈中所产生的正弦交流电的图象如图中b 所示 ,以下关于这两个正弦交变电流的说法正确的选项是( )
A ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量最|大
B ．线圈先后两次转速之比为3∶2
C ．交流电a 的电动势的有效值为5 2 V
D ．交流电b 的电动势的最|大值为5 V
12．如图 ,甲是研究自感现象的实验电路图 ,乙是录音机的录音电路原理图 ,丙是光电传感器的火灾报警器的局部电路图 ,丁是电容式话筒的电路原理图 ,以下说法正确的选项是( )
A ．甲图中开关断开瞬间 ,灯泡会突然闪亮一下 ,并在开关处产生电火花
B ．乙图中录音机录音时 ,由于话筒的声电转换 ,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
C ．丙图电路中 ,当有烟雾进入罩内时 ,光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射 ,表现出电阻的变化
D ．丁图电路中 ,根据电磁感应的原理 ,声波的振动会在电路中产生变化的电流 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案
三、非选择题(此题共4小题 ,共42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．)
13．(9分)如下图 ,半径为a 的圆形区域内有匀强磁场 ,磁感应强度B T ,磁场方向垂直纸面向里 ,半径为b 的金属圆环与磁场同心放置 ,磁场与环面垂直 ,其中a m ,b m ．金属环上分别接有灯L 1、L 2 ,两灯的电阻均为R 0＝2 Ω.一金属棒MN 与金属环接触良好 ,棒与环的电阻均不计．
(1)假设棒以v 0＝5 m/s 的速率在环上向右匀速滑动 ,求棒滑过圆环直径OO ′的瞬时 ,MN 中的电动势和流过L 1的电流；
(2)撤去中间的金属棒MN ,将右面的半圆环O L 2O ′以OO ′为轴向上翻转90° ,假设此时
磁场随时间均匀变化 ,其变化率为ΔB Δt ＝⎝⎛⎭
⎫
4πT/s ,求L 1的功率．
14．(10分)一台小型发电机的最|大输出功率为100 kW ,输出电压恒为500 V ,×10－8Ω·m ,横截面积为10－5 m2的输电线向4×103 m远处的用电单位输电,要使发电机满负荷运行时,输电线上的损失功率为发电机总功率的4% ,求：
(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?
15.(10分)如下图,ef、gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距为L＝1 m ,导轨左端连接一个R＝2 Ω的电阻,将一根质量为kg的金属棒cd垂直放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨与金属棒的电阻均不计,整个装置放在磁感应强度为B＝2 T的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下,现对金属棒施加一水平向右的拉力F,使棒从静止开始向右运动,解答以下问题．
(1)假设施加的水平外力恒为F＝8 N ,那么金属棒到达的稳定速度v1是多少?
(2)假设施加的水平外力的功率恒为P＝18 W ,那么金属棒到达的稳定速度v2是多少?
(3)假设施加的水平外力的功率恒为P＝18 W ,那么从金属棒开始运动到速度v3＝2 m/s 的过程中电阻R J ,那么该过程所需的时间是多少?
16．(13分)光滑平行的金属导轨MN和PQ的间距l m ,它们与水平面之间的夹角α＝30°,匀强磁场的磁感应强度B T ,方向垂直于导轨平面向上,M、P间连接有阻值RΩ的电阻,其他电阻不计,质量m kg的金属杆ab垂直于导轨放置(如图甲)．用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,使其由静止开始运动,其v－t图象如图乙,取g＝10 m/s2,设导轨足够
长．问：
(1)恒力F 的大小 ?
(2) m/s 时加速度a 的大小 ?
(3)据v －t s 内电阻上产生的热量Q 的大小 ?
参考答案与解析
1．[导学号97690177] 【解析】选B.由楞次定律可知 ,当磁场开始增强时 ,线圈平面转动的效果是为了阻碍通过线圈磁通量的增加 ,而线圈平面与磁场间的夹角越小时 ,通过的磁通量越小 ,所以将向使α减小的方向转动．
2．[导学号97690178] 【解析】选C.由题图可知 ,当S 1断开且中性线在O ′处断开后 ,L 2、L 3两灯串联在两根相线间 ,总电压为380 V ,那么两灯电压均小于220 V ,因此两灯均变暗 ,正确选项为C.
3．[导学号97690179] 【解析】选C.金属圆环进入磁场过程中切割磁感线的金属的有 效长度先变大后变小 ,最|后不变(完全进入磁场中) ,那么电容器两板间电势差也是先变大后变小 ,最|后不变 ,由Q ＝CU 可知图线C 正确．
4．[导学号97690180] 【解析】选C.条形磁铁从图示位置摆到竖直位置 ,穿过线圈的磁通量变大 ,条形磁铁从竖直位置摆到虚线位置 ,穿过线圈的磁通量变小 ,条形磁铁从虚线位置摆到竖直位置 ,穿过线圈的磁通量变大 ,条形磁铁从竖直位置摆到图示位置 ,穿过线圈的磁通量变小 ,根据楞次定律 ,整个过程线圈内感应电流改变了4次 ,A 错误；根据 "来拒去留〞的原理 ,条形磁铁从竖直位置摆到虚线位置的过程中 ,磁铁受引力作用 ,B 错误；磁铁靠近线圈受斥力 ,磁铁远离线圈受引力 ,磁铁受到的始终是阻力 ,C 正确 ,D 错误．
5．[导学号97690181] 【解析】选C.当AB 不动而CD 向右滑动时 ,I ≠0 ,但电流方向为逆时针 ,A 错；当AB 向左 ,CD 向右滑动时 ,两杆产生的感应电动势同向 ,故I ≠0 ,B 错；当AB 和CD 都向右滑动且速度大小相等时 ,那么两杆产生的感应电动势等值反向 ,故I ＝0 ,C 正确；当AB 和CD 都向右滑动 ,且AB 速度大于CD 时 ,I ≠0 ,但方向为顺时针 ,D 错误．
6．[导学号97690182] 【解析】选C.根据法拉第电磁感应定律得 ,感应电动势E ＝n
ΔΦ
Δt ＝n (B 2－B 1 )S t 2－t 1
,由楞次定律和右手螺旋定那么可判断b 点电势高于a 点电势 ,因磁场均匀变
化 ,所以感应电动势恒定 ,因此a 、b 两点电势差恒为φa －φb ＝－n (B 2－B 1 )S
t 2－t 1
,选项C 正确．
7．[导学号97690183] 【解析】选B.感抗的公式为X L ＝2πfL ,容抗的公式为：X C ＝
1
2πfC
,随着交变电流频率的增加 ,电阻原件的阻抗(电阻)不变 ,电感原件的感抗增加 ,电容器的容抗减小 ,据欧姆定律可得：通过电阻的电流不变 ,通过电容的电流变大 ,通过电感的电流变小 ,从而排除选项ACD.此题应选B.(由于供电电压的最|大值不变 ,原副线圈的匝数比不变 ,故电流表A 4的电流也不变)
8．[导学号97690184] 【解析】选ABC.E ＝n ΔΦΔt ＝n ΔB
Δt ·S ,由题图乙知 ,在0～5 s
内 ,0时刻ΔB Δt 最|大 , 此时E ＝ V ,所以I ＝E
R ＝ A ,A 正确；在第4 s 时刻 ,B 处于减少过程
中 ,由楞次定律得I 的方向为逆时针 ,B 正确；前2 s 内 ,q ＝I ·Δt ＝E
R ·Δt ＝n ΔΦ
Δt R Δt ＝n ΔΦR
C ,C 正确；第3 s 内 ,B 不变 ,I ＝0 ,
D 错误．
9．[导学号97690185] 【解析】选BC.当导线框N 完全进入磁场后 ,通过线框的磁通量将不变 ,故无感应电流产生 ,因此它不会产生正弦交流电 ,A 项错误；导线框每转动一圈 ,产生的感应电流的变化为一个周期 ,B 项正确；在t ＝T
8时 ,导线框转过角度为45° ,切割磁
感线的有效长度相同 ,均为绕圆心的转动切割形式 ,设圆弧半径为R ,那么感应电动势均为E ＝1
2BR 2ω ,C 项正确；导线框N 转动的一个周期内 ,有半个周期无感应电流产生 ,所以两导线框的感应电动势的有效值并不相同 ,由闭合电路欧姆定律可知 ,两导线框的电阻相等时 ,感应电流的有效值一定不相同 ,D 项错误．
10．[导学号97690186] 【解析】选AC.原线圈电压有效值为U ＝220 V ,电压表读数为U 2＝2204 V ＝55 V ,周期T ＝2πω＝150 s ,副线圈中电流I 2＝U 2R ＝2 A ,原线圈中电流I 1＝I 2
4 A ,P
＝UI 1＝110 W ． 11．[导学号97690187] 【解析】选ABC.由题图可知 ,t ＝0时刻线圈中的感应电流为0 ,感应电动势为0 ,穿过线圈的磁通量的变化率为0 ,所以穿过线圈的磁通量最|大 ,选项A ∶0.6＝2∶3 ,即转速之比为3∶2 ,选项B 正确；由图象可得交流电a 的电流的最|大值为10 A ,有
效值为10
2 A ＝5 2 A ,又矩形线圈的电阻为1 Ω ,所以交流电a 的电动势的有效值为5 2
V ,选项C 正确；由E m ＝nBSω ,ω＝2π
T 可得电动势的最|大值与周期成反比 ,所以交流电b
的电动势的最|大值为20
3
V ,选项D 错误．
12．[导学号97690188] 【解析】选BC.甲图中开关断开瞬间 ,自感线圈产生自感电动势 ,在开关处可能会产生电火花 ,但电路的电流是逐渐减小的 ,灯泡不会闪亮 ,A 错误；录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 ,磁化磁带 ,B 正确；光电三极管上因烟雾的散射而有光的照射 ,表现出电阻的变化 ,就会出现报警 ,C 正确；电容式话筒是因为板间距的变化引起电量的变化 ,电路中出现电流 ,D 错误．
13．[导学号97690189] 【解析】(1)导体棒MN 切割磁感线产生的感应电动势
E 1＝B 2a v 0××5 V V 由欧姆定律知I 1＝E 1
R 0 A.
(2)由法拉第电磁感应定律得 E 2＝ΔΦ
Δt ＝πa 2
2ΔB Δt
V
此时L 1、L 2串联 ,每个灯上分得的电压为E 2
2
所以P L1＝
⎝⎛⎭
⎫E 222
R 0
×10－
2 W.
【答案】(1) V A (2)×10－
2 W
14．[导学号97690190] 【解析】(1)导线电阻R 线＝ρ2l
S ,解得R 线 Ω
升压变压器原线圈电流I 1满足：P ＝U 1I 1得I 1＝200 A 升压变压器副线圈电流I 2＝I 线 ,又I 2线R 线＝4%P 解得I 2＝503 A ,
由I 1I 2＝n 2n 1得 ,n 1n 2＝112
. (2)降压变压器的输入电压U 3满足：P －4%P ＝U 3I 线得U 3＝5 760 V 因为输出电压U 4＝220 V ,由
U 3U 4＝n 3n 4得n 3n 4＝288
11
. 【答案】(1)1∶12 (2)288∶11
15．[导学号97690191] 【解析】(1)当稳定时安培力等于拉力F ,即F ＝BIL , I ＝E
R
,E ＝BL v 1 联立解得v 1＝FR
B 2L
2＝4 m/s.
(2)当稳定时安培力等于拉力F ,即F ＝BIL , I ＝E
R ,E ＝BL v 2 ,P ＝F v 2 , 联立解得v 2＝
PR
B 2L 2
＝3 m/s. (3)该过程由动能定理得 Pt －W ＝m v 23
2
,
其中W ＝Q J ,解得t s.
【答案】(1)4 m/s (2)3 m/s (3) s 16.
[导学号97690192] 【解析】(1)由题图乙知杆运动的最|大速度v m ＝4 m/s , 此时F ＝mg sin α＋F 安＝mg sin α＋B 2l 2v m
R ＝18 N.
(2)对杆进行受力分析(如右图) ,由牛顿第二定律可得 F －F 安－mg sin α＝ma 得a ＝F －B 2l 2v R －mg sin αm
m/s 2.
(3) s 末金属杆的速度v 1 m/s
s 内图线与t 轴所包围的小方格的个数约为30 , 面积为30××
s 内金属杆的位移s m
由能量守恒定律：Q ＝Fs －mgs sin α－1
2m v 21＝ J.
【答案】(1)18 N (2) m/s 2 (3) J。