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2013版【名师一号】高中物理(新课标人教版)选修3-2期末综合测试卷(含详解)

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 期末检测卷

时间:90分钟 满分:100分
第Ⅰ卷(选择题50分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分,每小题的四个选项中,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.把正确的选项前的符号填在括号内)
1.如图所示,蹄形磁铁和矩形线圈均可绕竖直轴转动,现蹄形磁铁逆时针转动(从上往下看),则矩形线圈中产生的感应电流情况和运动情况为(  )

A.线圈将逆时针转动,转速与磁铁相同
B.线圈将逆时针转动,转速比磁铁小
C.线圈转动中,感应电流方向不断变化
D.线圈转动中,感应电流方向始终是a→b→c→d
解析 当磁铁逆时针转动时,可相当于磁铁不动,线圈顺时针转动切割磁感线,用楞次定律判断线圈中电流的方向为abcd,线圈中有电流,从而受到安培力作用.用左手定则可判断ab边受力向外,cd边受力向里.线圈逆时针转动,即与磁极同向转动,但转动角速度一定小于磁场转动的角速度.如转速相同,则磁通量不发生变化,线圈中无感应电流.线圈转速小于磁铁转速,当线圈落后磁铁半圈后,切割方向改变,电流方向变化,故B、C选项正确.
答案 BC
2.某电站用11 kV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=,所以输电上的电流增为原来的30倍
B.因为I=,所以输电线上的电流减为原来的
C.因P=,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功率不变,可将输电线的半径减为原来的
解析 输送功率一定,P=UI,电压升高后,电流变为原来的=,故选项A错,B选项正确;P损=I2R,输电线损失功率为原来的,故选项C错;根据R=ρ,半径为原来的,电阻为原来的900倍,故选项D选项正确.
答案 BD
3.一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,则下列四个图中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)(  )

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,磁通量的变化率为最小,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.
答案 B
4.如图所示,L是一个带铁芯的线圈,R为纯电阻,两条支路直流电阻阻值相等,那么在接通和断开电键的瞬间,电流表的读数大小关系是(  )

A.I1<I2 I1′>I2′    B.I1<I2 I1′=I2′
C.I1>I2 I1′=I2′   D.I1=I2 I1′<I2′
解析 因为两支路直流电阻相等,故当电键闭合,电路稳定后,两支路电流相等,设为I0,接通瞬间,由于L的自感作用,此时L相当于断路,故I1<I0,I2>I0,断开瞬间,L与R构成闭合回路,由于L的自感作用,L相当于电源,提供电流I1′=I2′,故B选项正确.
答案 B
5.一闭合线圈垂直置于匀强磁场中,若磁感应强度如图(a)所示,则线圈中的感应电流随时间变化的图线是下图中的(  )


解析 由法拉第电磁感应定律得E=,当=k时,E=kS,在0~内,电流为一常量,在~T时间内,电流仍为一常量,只是前后半个周期电流方向相反.四个选项中只有A符合题目要求.
答案 A
6.(2012·新课标全国)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分.一升压式自耦调压变压器的电路如图所示,其副线圈匝数可调.已知变压器线圈总匝数为1900匝;原线圈为1100匝,接在有效值为220 V的交流电源上.当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0 kW.设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为(  )

A.380 V和5.3 A   B.380 V和9.1 A
C.240 V和5.3 A   D.240 V和9.1 A
解析 对理想变压器,原、副线圈功率相同,故通过原线圈的电流I1== A≈9.1 A,负载两端电压,即为副线圈电压,由=,可得U2=U1=380 V,故选项B正确.
答案 B
7.平行金属导轨MN竖直放置于绝缘水平地板上,如图所示,金属杆PQ可以紧贴导轨无摩擦滑动,导轨间除固定电阻R以外,其他部分电阻不计,匀强磁场B垂直穿过导轨平面,以下有两种情况:第1次,先闭合开关S,然后从图中位置由静止释放PQ,经一段时间后PQ匀速到达地面;第2次,先从同一高度由静止释放PQ,当PQ下滑一段距离后突然闭合开关S,最终PQ也匀速到达了地面.设上述两种情况PQ由于切割磁感线产生的电能(都转化为热)分别为W1、W2,则可以判定(  )

A.W1>W2        B.W1=W2
C.W1<W2   D.以上结论都不正确
解析 两种情况下,PQ最终匀速到达地面,说明受重力和安培力等大反向,安培力F=,所以落地时速度相同,由能量守恒可得W1=W2,故B选项正确.
答案 B
8.如图所示的电路可将声音信号转化为电信号,该电路中b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜,a、b构成了一个电容器,且通过导线与恒定电源两极相接,若声源S发出声波,则a振动过程中(  )

A.a、b板之间的电场强度不变
B.a、b所带的电荷量不变
C.电路中始终有方向不变的电流
D.当a板向右位移最大时,电容器电容最大
解析 由题意可知,a板将在声波的作用下沿水平左右振动,a、b两板距离不断发生变化,由电容C=可知,a板左右移动时,电容器电容不断变化,由于两极板电压不变,所以电容器极板上的电荷量不断变化,即电容器有时充电,有时放电,故D选项正确.
答案 D
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e=220 sin100πt V,对于这个交变电流的说法正确的是(  )
A.此交变电流的频率为100 Hz,周期为0.01 s
B.此交变电流电动势的有效值为220 V
C.耐压为220 V的电容器能够在该交变电路中使用
D.t=0时,线圈平面与中性面垂直,此时磁通量为零
解析 由电动势瞬时值表达式可知,此交变电流的频率为50 Hz,周期为0.02 s,有效值为220 V,最大值为220  V=311 V,故A、C选项错误,B选项正确.当t=0时,电动势的瞬时值为零,说明t=0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.
答案 B
10.如图相距为L的两光滑平行导轨,平行放置在倾角为θ的斜面上,导轨的右端接有电阻R(轨道电阻不计),斜面处在一匀强磁场B中,磁场方向垂直于斜面向上,质量为m,电阻为2R的金属棒ab放在导轨上,与导轨接触良好,由静止释放,下滑距离s后速度最大,则(  )

A.下滑过程电阻R消耗的最大功率为R
B.下滑过程电阻R消耗的最大功率为R
C.下滑过程克服安培力做的功为R2
D.下滑过程克服安培力做的功为mgs·sinθ-R2
解析 ab棒下滑过程中受重力,轨道支持力和安培力作用,加速度a=0时速度最大,感应电动势最大,电路中电流最大,电阻消耗热功率最大.
当a=0时,有
mgsinθ=BImL=,vm=,
解得Im===,
回路最大总功率P总=IR总=R.
电阻R消耗的最大功率PR=IR==R.
故A选项正确,B选项错误;由能量守恒有
mgh=mv+Q,
|W安|=Q=mgh-mv=mgssinθ-R2,故D选项正确,C选项错误.
答案 AD
第Ⅱ卷(非选择题,共50分)
二、填空题(本题共2小题,每题8分,共16分,将正确结果填在题中横线上)
11.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计(零刻线在正中位置)及开关如图所示连接在一起,在开关闭合、线圈A在线圈B中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑动片P向左滑动时,电流计指针向右偏转,由此可以推断:如果将线圈A从线圈B中抽出时,电流表指针________.当开关由断开状态突然闭合,电流表指针将________.当滑动变阻器滑片P向右滑动时,电流表指针________(填右偏、左偏).

解析 因为滑动变阻器的滑动片P向左滑动时,接入电路的电阻增大,电流减小,穿过线圈B的磁通量减小,指针右偏.反之穿过线圈B的磁通量增大,指针左偏,所以A抽出时磁通量减小,电流表指针右偏,开关接通瞬间和滑动变阻器滑动片P向右滑动时,磁通量增大,指针左偏.
答案 (1)右偏
(2)左偏
(3)左偏
12.如图所示的理想变压器供电的电路中,若将S闭合,则电流表A1的示数将________,电流表A2的示数将________,电流表A3的示数将________,电压表V的示数将________.(填变大、变小或不变)

解析 S闭合,R1、R2并联后,总电阻减小,电压不变,干路中总电流变大,A2示数增大,V的示数不变,A3示数变大,故R1两端电压不变,A1示数不变.
答案 不变 变大 变大 不变
三、计算题(共3小题,共34分.解答应写出必要的文字说明,方程和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,在答案中必须明确写出数值和单位)
13.(10分)如图所示,匝数N=100匝、截面积S=0.2 m2、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R1=3.5 Ω,R2=6 Ω,电容C=30 μF,开关S开始时未闭合,求:

(1)闭合S后,线圈两端M、N两点间的电压UMN和电阻R2消耗的电功率;
(2)闭合S一段时间后又打开S,则S断开后通过R2的电荷量为多少?
解析 (1)线圈中的感应电动势E=N=NS=100×0.02×0.2 V=0.4 V.
通过电源的电流
I==A=0.04 A.
线圈两端M、N两点间的电压UMN=I(R1+R2)
=0.04×9.5 V=0.38 V.
电阻R2消耗的功率P2=I2R2=0.042×6 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UC等于R2两端的电压,即UC=IR2=0.04×6 V=0.24 V.
电容器充电后所带电荷量为
Q=CUC=30×10-6×0.24 C=7.2×10-6 C.
当S再断开后,电容器通过电阻R2放电,通过R2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
14.(11分)在B=0.5 T的匀强磁场中,有一个匝数N=100匝的矩形线圈,边长为Lab=0.2 m,Lbc=0.1 m,线圈绕中心轴OO′以角速度ω=314 rad/s由图所示位置逆时针方向转动(从上往下看),试求:

(1)线圈中产生感应电动势的最大值;
(2)线圈转过30°时感应电动势的瞬时值;
(3)线圈转过周期的过程中感应电动势的平均值.
解析 (1)将立体图改画成平面俯视图,如图所示.当线圈平面与磁感线平行时,ab、cd两边垂直切割磁感线,线圈中产生感应电动势最大

Em=2NBLv=2NBLabω
=NBωLabLbc=314 V.
(2)当线圈转过30°时,如图所示,
E=2NBLabvcos30°=2NBLabωcos30°=NBωLabLbccos30°=314× V=271.9 V.
(3)线圈转过周期过程中感应电动势的平均值由磁通量变化率得=N=N=4N=4NBΔS=200 V.
答案 (1)314 V
(2)271.9 V
(3)200 V
15.(13分)两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R.整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时,cd杆也正好以速度v2向下匀速运动.重力加速度为g.求:

(1)ab杆受的拉力F多大?
(2)试导出μ与v1的大小关系式.
解析 (1)ab棒切割磁感线产生感应电动势,cd棒不切割磁感线,整个回路中的感应电动势
E=BLv1,
回路中的电流I=,
ab棒受安培力F安=BIL.
ab棒沿导轨匀速运动,受力平衡F=F安+f1,
f1=μmg,
联立以上方程解得
F=μmg+.
(2)cd棒所受摩擦力为
f2=μF安,
cd棒以v2匀速向下运动,则
mg=f2.
联立解得μ=.
答案 (1)μmg+ (2)
 
   课 后 跟 踪 演 练
基 础 巩 固
1.正常工作的理想变压器的原、副线圈中,数值上不一定相等的是(  )
A.电流的频率   B.端电压的峰值
C.电流的有效值   D.电功率
解析 理想变压器正常工作时,原、副线圈的输入功率和输出功率相等,变压器不会改变原、副线圈的电流的频率;变压器会改变原、副线圈的端电压和峰值,有效电压,以及原、副线圈中的电流的有效值,故选项B、C正确.
答案 BC
2.下列关于理想变压器的说法中,正确的是(  )
A.输入功率等于输出功率
B.输送的电能经变压器先转化为磁场能,再转化为电能
C.输送的电能经变压器先转化为电场能,再转化为电能
D.输送的电能经变压器的铁芯直接传输过去
解析 变压器传输的是交变电流,当电流经过原线圈时,在铁芯中产生变化的磁场,即电能转化为磁场能.此变化的磁场在副线圈中产生感应电动势.若线圈闭合,则产生感应电流,磁场能又转化为电能.
答案 AB
3.如图所示为一理想变压器和负载电阻R,下列哪些做法可增加变压器的输入功率(  ) 

A.只减少副线圈匝数
B.只减少原线圈匝数
C.只增加副线圈匝数
D.只减小R的阻值
解析 减少原线圈匝数,等于增加副线圈匝数,改变了电压比.增加副线圈匝数,也是改变了匝数比,等于提高了输出电压,增大了输出功率,而输入功率等于输出功率,减小电阻R,增大了输出功率.
答案 BCD
4.理想变压器原、副线圈匝数比为10:1,以下说法中正确的是(  )
A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10:1
B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等
C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10:1
D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1:1
解析 此题考查的是对变压器原理的掌握,对理想变压器,B选项认为无磁通量损漏,因而穿过两个线圈的交变磁通量相同,磁通量变化率相同,因而每匝线圈产生感应电动势相等,才导致电压与匝数成正比;D选项认为可以忽略热损耗,故输入功率等于输出功率.
答案 BD
5.一台理想变压器的原、副线圈匝数之比为4:1,若原线圈加上u=1414sin100πt V的交流电,则用交流电压表测得副线圈两端的电压是(  )
A.250 V   B.353.5 V
C.499.8 V   D.200 V
解析 u=1414sin100πt的交流电有效值为1000 V,故副线圈上电压表测得电压为250 V.
答案 A
6.一输入电压为220 V,输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏.为获知此变压器原、副线圈匝数,某同学拆下烧坏的副线圈,用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈,如图所示,然后将原线圈接到220 V交流电源上,测得新绕线圈两端的电压为1 V.按理想变压器分析,该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为(  )

A.1100,360   B.1100,180
C.2200,180   D.2200,360
解析 由变压器的电压和匝数的关系,=,n1=n3=×5=1100匝,n2==匝=180匝.故B选项正确.
答案 B
7.(2012·山东)图甲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n1、n2,V为交流电压表.当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000 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(  )

A.电压表的示数等于5 V
B.电压表的示数等于 V
C.实现点火的条件是>1000
D.实现点火的条件是<1000
解析 电压表示数为电压有效值,由图乙可知U== V,选项A错误,选项B正确;副线圈电压峰值为5000 V时,==1000,由于引发电火花的条件是副线圈的电压峰值大于5000 V,故>1000,选项C正确,选项D错误.
答案 BC
拓 展 提 升
8.如图所示为一理想变压器,n1为原线圈,接一正弦交流电,n2=n3,在n2、n3两个线圈上分别获得35 V电压,要想得到70 V电压,c、d、e、f怎样连接(  )

A.d、e连在一起,c、f为输出端
B.c、f连在一起,e、d为输出端
C.e、c连在一起,f、d为输出端
D.f、d连在一起,e、c为输出端
解析 两个线圈串联后,要注意使电动势的方向相同,如果接反了,输出电压就变为零.
答案 CD
9.如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为1:5,原线圈两端的交变电压为u=20 sin100πt V.氖泡在两端电压达到100 V时开始发光.下列说法中正确的有(  )

A.开关接通后,氖泡的发光频率为100 Hz
B.开关接通后,电压表的示数为100 V
C.开关断开后,电压表的示数变大
D.开关断开后,变压器的输出功率不变
解析 交变电流的频率f===50 Hz,变压器不会改变交变电流的频率,副线圈输出电压的最大值为100  V,在一个周期内氖泡有两次发光,故氖泡发光的频率为交变电流频率的2倍,所以A选项正确;副线圈输出电压,由=,得U2=U1=100 V.变压器为理想变压器,即线圈的内阻为零,所以B选项正确,C选项错误;开关断开后,变压器的输出功率减小,D选项错误.
答案 AB
10.(2012·福建)如图所示,理想变压器原线圈输入电压u=Umsinωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是(  )

A.I1和I2表示电流的瞬时值
B.U1和U2表示电压的最大值
C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大
D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小
解析 交流电表的示数为有效值,故选项A、B错误;P向下滑动过程中,R变小,由于交变电源,原副线圈匝数不变,U1、U2均不变,所以I2=变大,由=,得I1=I2变大,故选项C正确,选项D错误.
答案 C
11.(2011·浙江)如图所示,在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个线圈,上线圈两端与u=51sin314t V的交流电源相连,将下线圈两端接交流电压表,则交流电压表的读数可能是(  )

A.2.0 V   B.9.0 V
C.12.7 V   D.144.0 V
解析 线圈所接交流电的有效电压U1= V,U1=n1,U2=n2,若把上述两个线圈和铁芯看成理想变压器,则有=,得U2=U1=× V=9 V.但考虑到铁芯并不封闭,会有漏磁,所以>,则U2<9 V,故只有A选项正确.
答案 A
12.如图所示为一理想变压器,n2=10 匝,n3=20 匝,L1和L2均是“220 V,15 W”的灯泡,与一匝线圈相连的电压表,读数为11 V,那么变压器的实际输入功率为______W.

解析 电压表读数为11 V即n=1时U=11 V.
∴U2=U=110 V,U3=220 V.
∴P2=3.75 W,P3=15 W.
∴P出=P2+P3=18.75 W.
∴P入=P出=18.75 W.
答案 18.75
13.一个理想变压器,原线圈输入220 V电压时,副线圈输出电压为22 V,若副线圈增加100 匝后,输出电压增加到33 V,则变压器原线圈匝数为______匝.
解析 由题意知==10,又已知副线圈增加100 匝后,输出电压增加11 V,因为每1 匝对应的电压相等(11 V/100 匝),可知副线圈原来匝数为200 匝,所以原线圈匝数为10×200 匝=2000 匝.
答案 2000
14.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比n1:n2=2:1,L1是“100 V,40 W”的灯泡,L2和L3均为“220 V,100 W”的灯泡,当L1正常发光时,求变压器的输入功率.

解析 灯泡中只L1正常发光,L2、L3不一定正常发光 I1==0.4 A.
由理想变压器电流关系,得
n1I1=n2I2(I2为副线圈中总电流),
I2=0.8 A,
副线圈中R=242 Ω,∴U2=193.6 V.
∴U1=387.2 V.
∴P入=U1I1=387.2×0.4 W≈155 W.
答案 155 W
15.(2011·江苏)如图甲所示为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头,原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如图乙所示.若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.

(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式;
(2)求只在ce间接400 Ω电阻时,原线圈中的电流I1;
(2)求ce和de间线圈的匝数比.
解析 (1)由图乙知T=0.01 s,ω=200π rad/s.
电压瞬时值uab=400sin200πt V.
(2)电压有效值U1=200 V,理想变压器
P1=P2,
原线圈中的电流I1=,解得I1≈0.28A(或
A).
(3)设ab间匝数为n1,=,同理=.
由题意知=,解得= .
代入数据得=.
答案 见解析
 
 
 
 

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