(沪科版)物理选修3-2精练：综合检测卷【A】及答案解析

综合检测卷A
(时间：90分钟满分：100分)
一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分)
1．目前金属探测器已经广泛应用于各种安检、高考及一些重要场所，关于金属探测器的下列有关论述正确的是 ( )
A．金属探测器可用于月饼生产中，用来防止细小的金属颗粒混入月饼馅中
B．金属探测器能帮助医生探测儿童吞食或扎到手脚中的金属物，是因为探测器的线圈中能产生涡流
C．使用金属探测器的时候，应该让探测器静止不动，探测效果会更好
D．能利用金属探测器检测考生是否携带手机等违禁物品，是因为探测器的线圈中通有直流电
答案 A
解析金属探测器是通过其通有交流电的探测线圈，会在隐藏金属中激起涡流，反射回探测线圈，从而改变原交流电的大小和相位，从而起到探测作用．当探测器对于被测金属发生相对移动时，探测器中的线圈的交流电产生的磁场相对变化较快，在金属中产生的涡流会更强，检测效果更好，正确选项为A.
2．一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1所示，则下列四个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) ( )
图1
答案 B
解析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．
3．如图2所示，电感L的电感很大，电源内阻不可忽略，A、B是完全相同的两只灯泡，当开关S闭合时，下列判断正确的是 ( )
图2
A ．灯A 比灯
B 先亮，然后灯A 熄灭 B ．灯B 比灯A 先亮，然后灯B 逐渐变暗
C ．灯A 与灯B 一起亮，而后灯A 熄灭
D ．灯A 与灯B 一起亮，而后灯B 熄灭 答案 B
解析 开关S 闭合时，B 灯立即亮，A 灯由于电感L 的自感作用，将逐渐变亮，由于总电流逐渐变大，路端电压变小，B 灯逐渐变暗，选项B 符合要求．
4．如图3所示是一交变电流的i －t 图像，则该交变电流的有效值为 ( )
图3
A ．4 A
B ．2 2 A C.8
3 A
D.2303
A
答案 D
解析 设该交变电流的有效值为I ，由有效值的定义得(I m
2
)2
Rt 1＋I 2
m Rt 2＝I 2
RT.而T ＝t 1＋t 2，
代入数据解得：I ＝230
3
A ，故D 正确．
5．一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Φm ，最大感应电动势为E m .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0.5Φm ，感应电动势等于0.5E m
D ．角速度ω等于
E m /Φm 答案 D
解析 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)，e ＝E m sin ωt ＝BS ωsin ωt ＝Φm ωsin ωt 可知D 是正确的．
6．如图4所示，水平桌面上一个面积为S 的圆形金属框置于匀强磁场中，金属框平面与磁场垂直，磁感应强度B 1随时间t 的变化关系如图(1)所示，磁场方向垂直线框平面向下．圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L ，电阻为R ，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，
其磁感应强度恒为B 2，方向垂直导轨平面向下，如图(2)所示．若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力f 随时间变化的图像是图中的(设向右为静摩擦力的正方向)哪一个 ( )
图4
答案 A
解析 根据楞次定律、左手定则和平衡条件可知A 项正确．
二、多项选择题(本题共4小题，每小题5分，共20分．每题至少有两个选项正确，选对得5分，漏选得2分，错选得0分)
7．某发电站用11 kV 的交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为R ，现若用变压器将电压升高到330 kV 送电，下面选项正确的是( )
A ．因I ＝U
R ，所以输电线上的电流增为原来的30倍
B ．因I ＝P
U ，所以输电线上的电流减为原来的1/30
C ．因P ＝U
2
R
，所以输电线上损失的功率为原来的900倍
D ．若要使输电线上损失的功率不变，可将输电线的半径减为原来的1/30 答案 BD
解析 输送功率P ＝UI 一定，电压升高后，电流变为原来的11330＝130，A 错误，B 正确；P 损＝I 2
R ，损失功率
变为原来的(130)2＝1900，P ＝U 2
R ，其中U 不是输送电压，是损失电压，C 错误；半径变为原来的1
30，根据公式R ＝
ρl S
，电阻变为原来的900倍，P 损＝I 2
R ，损失功率保持不变，D 正确． 8．如图5甲是录音机的录音电路原理图，乙是研究自感现象的实验电路图，丙是光电传感的火灾报警器的部分电路图，丁是电容式话筒的电路原理图，下列说法正确的是 ( )
图5
A ．甲图中录音机录音时，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
B ．乙图电路开关断开瞬间，灯泡会突然闪亮一下，并在开关处产生电火花
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，根据电磁感应原理，声波的振动会在电路中产生恒定的电流 答案 AC
解析 乙图电路开关断开瞬间，线圈中产生很高的自感电动势，但由于电路不能构成回路，所以不会产生感应电流，灯泡不会突然闪亮一下，选项B 错误；丁图电路中，声波的振动会改变M 、N 间的距离，从而改变了电容的大小，在电路中产生变化的充放电电流，选项D 错误．
9．如图6甲所示是某燃气炉点火装置的原理图．转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n 1、n 2，为交流电压表．当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V 时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体．以下判断正确的是( )
图6
A ．电压表的示数等于5 V
B ．电压表的示数等于
52 V
C ．实现点火的条件是n 2
n 1>1 000
D ．实现点火的条件是n 2
n 1<1 000
答案 BC
解析 由u －t 图像知，交流电压的最大值U m ＝5 V ，所以电压表的示数U ＝
U m 2＝52
V ，故选项A 错误，选
项B 正确；根据U 1U 2＝n 1n 2得n 2n 1＝U 2U 1，变压器副线圈电压的最大值U 2m ＝5 000 V 时，有效值U 2＝U 2m 2＝5 000
2
V ，所以
点火的条件n 2
n 1>5 000
2 V 5
2
V ＝1 000，故选项C 正确，选项D 错误．
10．如图7所示，边长为
L 的正方形闭合导线框置于磁感应强度为B 的匀强磁场中，线框平面与磁感线的方向垂直．用力将线框分别以速度v 1和v 2匀速拉出磁场，比较这两个过程，以下判断正确的是 ( )
图7
A ．若v 1＞v 2，通过线框导线的电荷量q 1＞q 2
B ．若v 1＞v 2，拉力F 1＞F 2
C ．若v 1＝2v 2，拉力的功率P 1＝2P 2
D ．若v 1＝2v 2，拉力所做的功W 1＝2W 2 答案 BD
解析 由于E ＝ΔΦΔt ，I ＝E R ，q ＝I Δt ，所以q ＝ΔΦ
R .由于ΔΦ及R 一定，故q 1＝q 2，所以A 错误．
由于拉力F ＝F 安，而F 安＝BIL ，I ＝E
R ，E ＝BLv ，
所以F ＝F 安＝B 2L 2
v
R
.
由此可看出，若v 1＞v 2，F 1＞F 2，B 正确． 由P ＝Fv ，F ＝F 安＝B 2L 2
v
R .
所以P ＝B 2L 2v
2
R
.
由于v 1＝2v 2，P 1＝4P 2，故C 错误． 由拉力做功W ＝FL ＝F 安L ＝B 2L 2
v R ·L＝B 2L 3
v
R ，
又因v 1＝2v 2，故W 1＝2W 2，故D 正确． 三、填空题(本题共2小题，共11分)
11．(4分)如图8所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S ，电阻为R.线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I ＝________.线框从中性面开始转过π
2
的过程中，通过导线横截面的电荷量q ＝________.
图8
答案
2BS ω2R BS
R
解析 电动势最大值E m ＝BS ω，有效值E ＝
E m
2＝22
BS ω.由闭合电路欧姆定律可得I ＝E R ＝2BS ω
2R ，电荷量
q ＝I ·Δt ＝
E
R ·Δt ＝ΔΦR ＝BS
R
. 12．(7分)在研究电磁感应现象实验中，
(1)为了能明显地观察到实验现象，请在如图9所示的实验器材中选择必要的器材，在图中用实线连接成相应的实物电路图．
图9
(2)将原线圈插入副线圈中，闭合开关，副线圈中的感应电流方向与原线圈中电流的绕行方向________(填“相同”或“相反”)．
(3)将原线圈拔出时，副线圈中的感应电流与原线圈中电流的绕行方向________(填“相同”或“相反”)． 答案 (1)见解析图 (2)相反 (3)相同 解析 (1)实物电路图如图所示．
(2)因闭合开关时，穿过副线圈的磁通量增大，由楞次定律知，感应电流的磁场与原磁场方向相反，故电流绕行方向相反．
(3)将原线圈拔出时，穿过副线圈的磁通量减小，由楞次定律知，感应电流的磁场与原磁场方向相同，故电流绕行方向相同．
四、计算题(本题共4小题，共45分)
图10
13．(6分)如图10所示，面积为0.2 m 2
的100匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面．已知磁感应强度随时间变化的规律为B ＝(2＋0.2t) T ，定值电阻R 1＝6 Ω，线圈电阻R 2＝4 Ω，求a 、b 两点间的电压U ab .
答案 2.4 V
解析 由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔB
Δt S
由题意：ΔB Δt ＝0.2 T/s ，n ＝100，S ＝0.2 m 2
可得：E ＝4 V
回路中线圈为电源，R 1为外电阻，有|U ab |＝
ER 1
R 1＋R 2
由楞次定律得a 点电势高于b 点电势，所以U ab ＝2.4 V.
图11
14．(12分)如图11所示为交流发电机示意图，匝数为n ＝100匝的矩形线圈，边长分别为10 cm 和20 cm ，内阻为5 Ω，在磁感应强度B ＝0.5 T 的匀强磁场中绕OO′轴以50 2 rad/s 的角速度匀速转动，线圈外部和20 Ω的电阻R 相连接．求：
(1)S 断开时，电压表示数；
(2)开关S 合上时，电压表和电流表示数；
(3)通过电阻R 的电流最大值是多少？电阻R 上所消耗的电功率是多少？ 答案 (1)50 V (2)40 V 2 A (3)2 2 A 80 W 解析 (1)感应电动势的最大值
E m ＝nBS ω＝100×0.5×0.1×0.2×50 2 V ＝50 2 V S 断开时，电压表示数为电源电动势的有效值E ＝E m 2
＝50 V.
(2)当开关S 合上时，由闭合电路欧姆定律得 I ＝
E R ＋r ＝5020＋5
A ＝2 A U ＝IR ＝2×20 V＝40 V
(3)通过R 的电流最大值I m ＝2I ＝2 2 A.
电阻R 上所消耗的电功率P ＝UI ＝40×2 W＝80 W.
15．(12分)如图12所示，某小型水电站发电机的输出功率为10 kW ，输出电压为400 V ，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2 kV 高压输电，最后用户得到220 V 、9.5 kW 的电力，求：
图12
(1)升压变压器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2； (2)输电线路导线的总电阻R ；
(3)降压变压器原、副线圈的匝数比n 3∶n 4. 答案 (1)1∶5 (2)20 Ω (3)95∶11 解析 (1)n 1n 2＝U 1U 2＝1
5
(2)ΔP ＝0.5 kW ＝I 2
2R 又P 1＝P 2＝U 2I 2
所以I 2＝5 A ，R ＝20 Ω (3)U 3＝U 2－I 2R n 3n 4＝U 3U 4
解得n 3n 4＝9511
16．(15分)如图13所示，用质量为m 、电阻为R 的均匀导线做成边长为l 的单匝正方形线框MNPQ ，线框每一边的电阻都相等．将线框置于光滑绝缘的水平面上．在线框的右侧存在竖直向下的有界匀强磁场，磁场边界间的距离为2l ，磁感应强度为B.在垂直MN 边的水平拉力作用下，线框以垂直磁场边界的速度v 匀速穿过磁场．在运动过程中线框平面水平且MN 边与磁场的边界平行．求：
图13
(1)线框MN 边刚进入磁场时，线框中感应电流的大小； (2)线框MN 边刚进入磁场时，M 、N 两点间的电压U MN ；
(3)在线框从MN 边刚进入磁场到PQ 边刚穿出磁场的过程中，水平拉力对线框所做的 功W.
答案 (1)Blv R (2)34Blv (3)2B 2l 3
v
R
解析 (1)线框MN 边刚进入磁场时，感应电动势 E ＝Blv ，
线框中的感应电流I ＝E R ＝Blv
R .
(2)M 、N 两点间的电压U MN ＝34E ＝3
4
Blv.
(3)只有MN 边在磁场中时，线框运动的时间t ＝l
v ，
此过程线框中产生的焦耳热Q ＝I 2
Rt ＝B 2l 3
v
R
，
只有PQ 边在磁场中运动时线框中产生的焦耳热Q′＝Q ＝B 2l 3
v
R ，
根据能量守恒定律得水平外力做功W ＝2Q ＝2B 2l 3
v
R
.。