3-2综合训练3含答案.

育仁中学高中物理选修3-2综合训练3
一、选择题(本题共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正确，有的小题有多个选项正确．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.如图1，闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，
磁铁的N 极朝下．当磁铁向下运动时(但未插入线圈内
部)( )
A ．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁
铁与线圈相互吸引 B ．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互排斥
C ．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互吸引
D ．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反，磁铁与线圈相互排斥
2．某仪器内部电路如图2所示，其中M 是一个质量较大的金属块，它的前后两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a 、b 、c 三块金属片的间隙很小(b 固定在金属块上)．当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态．若将该仪器固定在一辆汽车上，发现乙灯亮时，汽车所做的运动是( )
图1
图2
A．匀速前进B．加速前进
C．前进中刹车D．倒车中刹车
3．如图3中画出的是穿过一个闭合线圈的磁通量随时间的变化规律，
以下哪些认识是正确的()
图3
A．第0.6 s末线圈中的感应电动势是4 V
B．第0.9 s末线圈中的瞬时电动势比0.2 s末的大
C．第1 s末线圈的瞬时电动势为零
D．第0.2 s末和0.4 s末的瞬时电动势的方向相同
4．某交变电流的图象如图4所示，则该交变电流的有效值为()
图4
A．2 2 A B．4 A
C．3.5 2 A D．6 A
5．图5中两个电路是研究自感现象的电路，对实验结果的描述正确的是(
)
图5
①接通开关时，灯P 2立即就亮，P 1稍晚一会儿亮；②接通开关时，灯P 1立即就亮，P 2稍晚一会儿亮；③断开开关时，灯P 1立即熄灭，P 2稍晚一会儿熄灭；④断开开关时，灯P 2立即熄灭，P 1稍晚一会儿熄灭．
A ．①③
B ．①④
C ．②③
D ．②④
6.如图6所示，一理想变压器接在电压为U
的交流电源上，原线圈接入电路的匝数可以通
过调节滑动触头P 来改变．副线圈连接了交流
电流表、定值电阻R 0和可变电阻R ，则( ) A ．保持P 的位置不动，将R 的阻值增大，则电流表的读数变小
B ．保持P 的位置不动，将R 的阻值增大，则R 0的电功率变大
C ．保持R 的阻值不变，将P 向上滑动，则电流表的读数变大
D ．保持R 的阻值不变，将P 向上滑动，则R 0的电功率变大
7．图7甲为一理想自耦变压器，输入端接交流稳压电源，其电压随时间变化关系如图乙所示．已知n 1、n 2的比值为2∶1，负载电阻R 的阻值为5 Ω，下面正确的说法有( )
图6
图7
A．通过负载电阻R的电流的最大值为31.1 A
B．通过负载电阻R的电流的有效值为22 A
C．通过负载电阻R的电流的频率为100 Hz
D．通过负载电阻R的电流的频率为25 Hz
8．等腰三角形内有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L.t＝0时刻，边长为L的正方形导线框从图8示位置沿x轴正方向匀速穿过磁场，取顺时针方向为电流的正方向，则能够正确表示导线框中电流—位移(i—x)关系的是()
图8
9.如图9所示，水平放置的两根金属导轨位
于方向垂直于导轨平面并指向纸里的匀强磁场
中．导轨上有两根小金属导体杆ab 和cd ，其
质量均为m ，能沿导轨无摩擦地滑动．金属杆ab 和cd 与导轨及它们间的接触等所有电阻可忽略不计．开始时ab 和cd 都是静止的，现突然让cd 杆以初速度v 向右开始运动，如果两根导轨足够长，则( )
A ．cd 始终做减速运动，ab 始终做加速运动，并将追上cd
B ．cd 始终做减速运动，ab 始终做加速运动，但追不上cd
C ．开始时cd 做减速运动，ab 做加速运动，最终两杆以相同速度做匀速运动
D ．磁场力对两金属杆做功的大小相等
10.（根据题意自己画图），AB 、CD 为两个平行的水平光滑金属导轨，处在方向竖直向下、磁感应强度为B 的匀强磁场中．AB 、CD 的间距为L ，左右两端均接有阻值为R 的电阻．质量为m 、有效长度为L 且不计电阻的导体棒MN 放在导轨上，与导轨接触良好，并与轻质弹簧组成弹簧振动系统．开始时，弹簧处于自然长度，导体棒MN 具有水平向左的初速度v 0，经过一段时间，导体棒MN 第一次运动到最右端，这一过程中AC 间电阻R 上产生的焦耳热为Q ，则( )
A ．初始时刻棒所受的安培力大小为2
B 2L 2v 0R
B ．从初始时刻至棒第一次到达最右端的过程中，整个回路产生的焦
图9
耳热为2Q 3
C ．当棒第一次到达最右端时，弹簧具有的弹性势能为12m v 02－2Q
D ．当棒再次回到初始位置时，AC 间电阻的热功率为B 2L 2v 02R
二、填空题(本题共2个小题，第11题6分，第12题10分，共16分，将答案填在题中的横线上)
11.已知电流表的电流从“＋”接线柱流入时
指针向右偏，在如图11所示的实验装置中
(1)合上S 将线圈A 插入B 的过程中，电流
表指针向____偏．
(2)合上S 将线圈A 插入B 后，将变阻器触头向左移动时，电流表指针向____偏．
12．如图12所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝4∶1，原线圈输入电压u 1＝1410sin100πt V ，副线圈通过电阻R ＝1 Ω的输电线对用户供电．则用户处最多接______盏“220 V ,40 W ”电灯可保证正常发光．
图12
三、计算题(本题共4小题，共44分．计算题必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位，只写出最后答案的不得分)
图11
13．(10分)如图13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，线圈和外部20 Ω的电阻R 相接．求：
(1)S 断开时，电压表示数．
(2)电键S 合上时，电压表和电流表示数． 14．(10分)如图14所示，匝数n ＝100匝、截面积S ＝0.2 m 2、电阻r ＝0.5 Ω的圆形线圈MN 处于垂直纸面向里的匀强磁场内，磁感应强度随时间按B ＝(0.6＋0.02t )T 的规律变化．处于磁场外的电阻R 1＝3.5 Ω，R 2＝6 Ω，电容C ＝30 μF ，开关S 开始时未闭合，求：
图14
(1)闭合S 后，线圈两端M 、N 两点间的电压U MN 和电阻R 2消耗的电功率；
(2)闭合S 一段时间后又断开S ，则S 断开后通过R 2的电荷量为多少？
15．(12分)空间某区域内存在水平方向的匀强磁场B ，在磁场区域内有两根相距l 1的平行金属导轨PQ 、MN ，固定在竖直平面内，如图15所示．PM 间连接有阻值为R 的电阻；QN 间连接着两块水平放置的平行金属板a 、b ，两板相距l 2.一根电阻为r 的细导体棒cd ，导体棒与导轨接触良好，
图13
不计导轨和导线的电阻．若导线棒cd以速率v向右匀速运动时，在平行金属板a、b之间有一个带电液滴恰好在竖直平面内做匀速圆周运动．求：
图15
(1)液滴带什么电？为什么？
(2)若带电液滴的重力为mg，求滴液的电荷量q是多少？
16．(12分)如图16所示，两根足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ 相距为L，导轨平面与水平面夹角α＝30°，导轨上端跨接一定值电阻R，导轨电阻不计．整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，长为L的金属棒cd垂直于MN、PQ放置在导轨上，且与导轨保持电接触良好，金属棒的质量为m、电阻为r，重力加速度为g，现将金属棒由静止释放，当金属棒沿导轨下滑距离为s时，速度达到最大值v m.求：
图16
(1)金属棒开始运动时的加速度大小；
(2)匀强磁场的磁感应强度大小；
(3)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中，电阻R上产生的电热．
新课标人教版高中物理选修3-2综合训练1
1.答案：B
2．解析：选BD.依题意，a、b相连接才会有乙灯亮，对M受力分析可知，合力必然向右，即M的加速度方向向右，满足车有向右的加速度才符合题意．当车匀速前进时无加速度，A错；加速前进、前进中刹车和倒车中刹车，这三种情景下判断加速度方向的方法是：加速直线运动是指a、v方向同向，减速直线运动是指a、v方向反向．对加速前进、前进表示速度v向右，加速表示a也向右，B对；对前进中刹车，前进表示速度v向右，刹车是减速，表示加速度方向向左，C错；对倒车中刹车，倒车表示速度v方向向左，刹车表示减速，则a向右，D对．
3．解析：选AB.由法拉第电磁感应定律，可以求得第0.6 s末线圈中的感应电动势是4 V，故A选项正确．从0.8 s～1 s，磁通量变化率比0～0.3 s时的大，故B选项正确．第1 s末线圈的磁通量变化率不为零，即瞬时电动势不为零，故C选项不正确．第0.2 s末和0.4 s末的瞬时电动势的方向相反，故D选项不正确．
4．解析：选A.由于电流大小恒定，只有方向改变，故有效值为2 2 A.
5．解析：选A.接通开关，L对P1的电流增大有阻碍作用，故P1稍晚一会儿亮，而P2电路立刻接通，所以P2立即亮；断开开关，P1立刻断路，熄灭，而L要给P2通电，P2过一会儿熄灭．
6.解析：选A.电压U原决定U副，而电流和功率均是负载部分决定于电源部分．
7．解析：选AB.由图象可知电压最大值U m＝311 V，故其有效值U＝
图6
22U m ＝220 V ，周期T ＝0.02 s ，频率f ＝1T ＝50 Hz ；由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝110 V ，
由欧姆定律I 2＝U 2R ＝22 A ，最大值I m2＝222＝31.1 A ，A 、B 正确．变压
器只改变电压、电流，不改变交流电的频率和功率，C 、D 错．
8．解析：选A.本题考查的是右手定则和E ＝BL v 中有效长度的问题．本类问题注意切割磁感线的部分的长度，和产生感应电流的方向问题．本题中导线框向右移动0～L 过程中，只有导线框的右边切割磁感线，且有效长度逐渐增大，感应电动势逐渐增大，电流逐渐增大，此后导线框左边进入
磁场，两边产生的感应电动势相反，电流减小且都是正向的，直到运动到3L 2
时，两边处在磁场中的有效长度相等，电动势为零，感应电流为零，此后导线框左边在磁场中部分长度增大，导线框右边减小，感应电流改变方向，大小逐渐增大，当运动2L 时导线框右边全部出磁场，导线框左边全部进入磁场，负向电流最大，此后负向电流逐渐减小，直至导线框全部出磁场．故
选项A 正确．
9.解析：选C.cd 杆将做加速度减小的减速运动，ab 杆做加速度减小的加速运动，当两杆速度相等时，回路磁通量不再变化，回路中电流为零，两杆不再受安培力作用，将以相同的速度向右匀速运动，故C 正确．
10.解析：选AC.初始时刻，棒两端的电动势E 0
＝BL v 0，棒中的电流I 0＝2BL v 0R ，棒所受的安培力大小F ＝2B 2L 2v 0R ，选项A 正确．两电阻的阻值相等，图9
图10
则热功率也相等，从初始时刻至棒第一次到达最右端过程中，整个回路产
生的焦耳热为2Q ，弹簧具有的弹性势能E p ＝12m v 02－2Q ，选项B 错误，C
正确．当棒再次回到初始位置时速度小于v 0，AC 间电阻的热功率也小于B 2L 2v 02R ，选项D 错误．
11.解析：合上S 后，螺线管中存在向下的磁场，若将线圈A 插入B ，在插入B 的过程中，穿过B 线圈的磁场方向向下，其磁通量增加，由楞次定律和安培定则，可得电流表中存在“＋”接线柱流入的电流应右偏，若将变阻器触头向左移动，线圈A 中电流增大，磁场增强，由楞次定律及安培定则可得电流表中存在由“＋”接线柱流入的电流，应右偏，若A 中插入铁芯，其磁性增强，同理可得电流表指针右偏．
答案：(1)右 (2)右
12．解析：原线圈输入电压U 1＝14102
V ＝1000 V ， 由U 1U 2＝n 1n 2， 得副线圈两端电压U 2＝n 2n 1
U 1＝250 V ，因用户处电压为220 V ，所以线圈回路中线路上损失电压U 线＝30 V ，所以副线圈回路中电流I 2＝U 线
R 线＝30 A ，用户处所接电灯N ＝3040220
＝165(盏)． 答案：165
13．解析：(1)感应电动势最大值
E m ＝nBSω＝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有效值 图13
E ＝E m 2
＝50 V . (2)电键S 合上时，由闭合电路欧姆定律 I ＝E R ＋r ＝5020＋5
A ＝2.0 A U ＝IR ＝2×20 V ＝40 V
即电流表示数为2 A ，电压表示数为40 V .
答案：(1)50 V (2)40 V 2 A
14．解析：(1)线圈中感应电动势：
E ＝n ΔΦΔt ＝n ΔB Δt S ＝100×0.02×0.2 V ＝0.4 V ，
通过电源的电流：
I ＝E R 1＋R 2＋r ＝0.43.5＋6＋0.5
A ＝0.04 A ， 线圈两端M 、N 两点间的电压：
U MN ＝E －Ir ＝0.4 V －0.04×0.5 V ＝0.38 V ，
电阻R 2消耗的电功率：
P 2＝I 2R 2＝0.04×0.04×6 W ＝9.6×10－3 W.
(2)闭合S 一段时间后，电路稳定，电容器C 相当于开路，其两端电压U C 等于R 2两端的电压，即U C ＝IR 2＝0.04×6 V ＝0.24 V ，
电容器充电后所带电荷量为Q ＝CU C ＝30×10－6×0.24 C ＝7.2×10－6
C ．当S 再断开后，电容器通过电阻R 2放电，通过R 2的电荷量为7.2×10－6 C.
答案：(1)0.38 V 9.6×10－3 W (2)7.2×10－6 C
15．解析：(1)正电．因为液滴在竖直平面内做匀速圆周运动，说明重力与电场力平衡，故电场力方向向上，又经判定，a 板带负电，b 板带正电，
所以液滴必带正电．
(2)因为mg ＝qE ，l 2E ＝U cd ，U cd ＝R R ＋r
·e ，e ＝Bl 1v ， 所以q ＝l 2mg (R ＋r )l 1
v RB . 答案：(1)正电 原因见解析 (2)l 2mg (R ＋r )l 1
v RB 16．解析：(1)金属棒开始运动时的加速度大小为a ，由牛顿第二定律
有mg sin α＝ma 解得a ＝g sin α.
(2)设匀强磁场的磁感应强度大小为B ，则金属棒达到最大速度时产生的电动势E ＝BL v m cos α
回路中产生的感应电流I ＝E R ＋r
金属棒所受安培力F ＝BIL
cd 棒所受合外力为零时，下滑的速度达到最大，则F cos α＝mg sin α代入数据解得B ＝2mg (R ＋r )
3L 2v m .
(3)设电阻R 上产生的电热为Q ，整个电路产生的电热为Q 总，则mgs ·sin α＝m v m 2
2＋Q 总
Q ＝RQ 总(R ＋r )代入数据解得Q ＝mR (gs －v m 2)2(R ＋r ).
答案：(1)g sin α (2)2mg (R ＋r )3v m L 2 (3)mR (gs －v m 2)2(R ＋r )。