（浙江专版）2022-2023学年高中物理 模块综合检测（二）（含解析）新人教版选修3-2

（浙江专版）2022-2023学年高中物理 模块综合检测（二）（含解析）新人教版选修3-2一、单项选择题(本小题共8小题，每小题4分，共32分。每小题只有一个选项正确)1了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要。以下叙述符合事实的是()A丹麦物理学家奥斯特梦圆电生磁，终于发现了电磁感应现象B英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场C法拉第发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕D安培定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的答案：B2.如图所示是测定自感系数很大的线圈L直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测量自感线圈的直流电压。在测量完毕后，将电路解体时应()A先断开S1B先断开S2C先拆除电流表D先拆除电阻R解析：选A只要不断开S1，线圈L与电压表就会组成闭合电路，在断开电路干路时，线圈L会因此产生感应电流，流过电压表的电流方向与原电流方向相反，电压表中指针将反向转动，损坏电压表，所以必须先断开S1。A正确。3.如图所示，两条平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场，有一较小的三角形线框abc的ab边与磁场边界平行，现使此线框向上匀速穿过磁场区域，运动过程中始终保持速度方向与ab边垂直，则选项图中可以定性地表示线框在上述过程中感应电流随时间变化的规律的是()解析：选D线框进入磁场过程中，切割磁感线的有效长度逐渐变短，感应电动势逐渐变小，完全进入磁场之后，磁通量不再变化，感应电动势等于零，离开磁场过程中，切割磁感线的有效长度逐渐变短，反向的感应电动势逐渐变小，感应电流的变化与感应电动势的变化一致，D正确。4一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，则选项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)( )解析：选B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。5一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交变电动势e随时间t变化的情况如图所示，下列说法中正确的是()A此交流电的频率为0.2 HzB此交变电动势的有效值为1 VCt0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行D在线圈转动过程中，穿过线圈的最大磁通量为 Wb解析：选D由题图可知，此交流电的周期T0.2 s，频率f5 Hz，A错误。E V，B错误。t0.1 s时，感应电动势为0，线圈平面与磁感线方向垂直，C错误。因EmnBS，其中n10，10 rad/s，故mBSWb，D正确。6一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m，最大感应电动势为Em。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0.5m时，感应电动势等于0.5EmD角速度等于Em/m解析：选D根据正弦式交变电流的产生及其变化规律(设从中性面开始计时)，由eEmsin tBSsin tmsin t，可知D正确。7如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在正弦交流电源上。变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，其阻值随温度升高而减小。电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火警时，以下说法中正确的是()AA1的示数不变，A2的示数增大BA1的示数减小，A2的示数增大CV1的示数不变，V2的示数增大DV1的示数不变，V2的示数减小解析：选D当传感器R2所在处出现火情时，R2的电阻减小，导致电路的总电阻减小，所以电路中的总电流将会增加，A1测量的是原线圈中的总电流，由于副线圈的电流增加，所以原线圈的电流A1示数也要增加；由于电源电压不变，匝数比不变，原、副线圈的电压也不变，所以V1的示数不变，由于副线圈中电流增大 ，R3的电压变大，所以V2的示数要减小，即R1的电压也减小，所以A2的示数要减小。8.如图所示，光滑平行导轨倾斜放置，下端连一灯泡，匀强磁场垂直于导轨平面，当金属棒ab沿导轨下滑到稳定状态时，灯泡的电功率为P，其他电阻不计，要使灯泡在棒稳定运动状态下的电功率为2P，则应()A将导轨间距变为原来的倍B换一电阻减半的灯泡C将磁场磁感应强度B加倍D换一质量为原来倍的金属棒解析：选D导体棒达到稳定状态时，有mgsin BIL，灯泡的电功率P，由以上两式得P，根据此式可知只有D项正确。二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。选对但不全的得2分，错选不得分)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e220sin 100t V，对于这个交变电流的说法错误的是()A此交变电流的频率为100 Hz，周期为0.01 sB此交变电流电动势的有效值为220 VC耐压值为220 V的电容器能够在该交变电路中使用Dt0时，线圈平面与中性面垂直，此时磁通量为零解析：选ACD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，电动势的有效值为220 V，最大值为220 V，故A、C选项错误，B选项正确；当t0时，电动势的瞬时值为零，说明t0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。10.如图所示，矩形线圈abcd的边长分别是abL，adD，线圈平面与磁感应强度为B的匀强磁场平行，线圈绕ab边以角速度匀速转动，下列说法正确的是(从图示位置开始计时)()At0时线圈的感应电动势为零B转过90时线圈的感应电动势为零C转过90的过程中线圈中的平均感应电动势为BLDD转过90的过程中线圈中的平均感应电动势为解析：选BDt0时，只有cd边切割磁感线，感应电动势E1BLvBLDBS0，A错误；转过90时，线圈的四条边均不切割磁感线，E20，B正确；转过90的过程中，穿过线圈的磁通量由0变为BLD。转过90所用时间t，故平均电动势为：E，故C错误，D正确。11某发电厂原来用电压为U1的交流电输电，后改用变压比为150的升压器将电压升高为U2后输电，输送的电功率保持不变。若输电线路的总电阻为R线，则下列说法中正确的是()A由公式I可知，提高电压后输电线上的电流降为原来的B由公式I可知，提高电压后输电线上的电流增为原来的50倍C由公式PI2R线 可知，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的D由公式P可知，提高电压后输电线上的功率损耗增大为原来的2 500倍解析：选AC由可知，U250U1，输送功率不变，由公式I可知，输电线中的电流变为原来的，A正确，B错误；由PI2R线可知，输电线上的功率损耗减为原来的，C正确，D错误。12.如图所示，平行金属导轨与水平面间的倾角为，导轨电阻不计，与阻值为R的定值电阻相连，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过导轨平面。有一质量为m、长为l的导体棒，从ab位置以方向平行于斜面的大小为v的初速度向上运动，最远到达ab的位置，滑行的距离为s，导体棒的电阻也为R，与导轨之间的动摩擦因数为。则()A上滑过程中导体棒受到的最大安培力为B上滑过程中安培力、滑动摩擦力和重力对导体棒做的总功为mv2C上滑过程中电流做功产生的热量为mv2mgs(sin cos )D上滑过程中导体棒损失的机械能为mv2mgssin 解析：选CD上滑过程中导体棒在初始位置所受安培力最大，即FBIlBl，所以A错误；上滑过程中由动能定理可得安培力、滑动摩擦力和重力对导体棒做的总功为W安WfWGEkmv2，B错误；上滑过程中电流做功产生的热量等于克服安培力做的功，即mv2WGWfmv2mgssin mgscos mv2mgs(sin cos )，C正确；由能量守恒定律可判断D正确。三、非选择题(本题共5小题，共52分)13(6分)用如图所示的实验装置探究电磁感应现象的规律。(1)(多选)当有电流从电流表的正极流入时，指针向右偏转，下列说法正确的是()A当把磁铁N极向下插入线圈时，电流表指针向左偏转B当把磁铁N极从线圈中拔出时，电流表指针向左偏转C保持磁铁在线圈中静止，电流表指针不发生偏转D磁铁插入线圈后，将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动，电流表指针向左偏(2)某同学在实验过程中发现，灵敏电流计的指针摆动很小，如果电路连接正确，接触也良好，原因可能是电流计灵敏度较低、线圈电阻较大，除此以外还可能是因为_(写出一种即可)。解析：(1)当有电流从电流表的正极流入时，指针向右偏转，这说明：电流从哪极流入，指针向哪偏转。当把磁铁N极向下插入线圈时，由楞次定律可知，感应电流从负极流入，电流表指针向左偏，故A正确；当把磁铁N极从线圈中拔出时，由楞次定律可知，感应电流从正极流入，电流表指针向右偏转，故B错误；保持磁铁在线圈中静止，穿过线圈的磁通量不变，不产生感应电流，电流表指针不发生偏转，故C正确；磁铁插入线圈后，将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动，穿过线圈的磁通量不变，不产生感应电流，电流表指针不偏转，故D错误。(2)灵敏电流计的指针摆动很小，除题中所述原因以外还可能是因为导体运动的慢或者磁场较弱。答案：(1)AC(2)导体运动的慢或者磁场较弱14(10分)图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图。其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的匝数n100，电阻r10 ，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R90 ，与R并联的交变电压表为理想电表。在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化。求：(1)交流发电机产生的电动势最大值；(2)电动势的瞬时值表达式；(3)电路中交变电压表的示数。解析：(1)交流发电机产生电动势的最大值EmnBS而mBS，所以Em由题图乙可知，m2.0102 Wb，T0.2 s所以Em20 V62.8 V。(2)线圈转动的角速度 rad/s10 rad/s，由于从垂直中性面处开始计时，所以感应电动势瞬时值表达式为eEmcos t62.8cos 10t V(3)电动势的有效值E10 VUE10 V9 V40 V答案：(1)62.8 V(2)e62.8cos 10t V(3)40 V15(10分)风能将成为21世纪大规模开发的一种可再生清洁能源，风力发电机是将风能(气流的动能)转化为电能的装置，如图所示，其主要部分包括风轮机、齿轮箱、发电机等。(1)利用总电阻R10 的线路向外输送风力发电机产生的电能。输送功率P0300 kW，输出电压U10 kV，求导线上损失的功率与输送功率的比值；(2)已知风力发电机的输出功率P与风速v的三次方成正比。某风力发电机在风速v19 m/s时能够输出的电功率为P1540 kW。我国某地区风速不低于v26 m/s的时间每年约为5 000小时，试估算这台风力发电机在该地区的最小年发电量是多少千瓦时。解析：(1)导线上损失的功率为PI2R2R9 kW损失的功率与输送功率的比值0.03。(2)风力发电机的输出功率为P23P13540 kW160 kW，最小年发电量为WP2t1605 000 kWh8105 kWh。答案：(1)0.03(2)8105 kWh16(13分)如图甲所示，两根光滑固定导轨相距0.4 m竖直放置，导轨电阻不计，在导轨末端P、Q两点用两根等长的细导线悬挂金属棒cd。棒cd的质量为0.01 kg，长为0.2 m，处于磁感应强度为B00.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里。相距0.2 m的水平虚线MN和JK之间的区域内存在着垂直于导轨平面向里的匀强磁场，且磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示。在t0时刻，质量为0.02 kg、阻值为0.3 的金属棒ab从虚线MN上方0.2 m高度处，由静止开始释放，下落过程中保持水平，且与导轨接触良好，结果棒ab在t1时刻从上边界MN进入磁场，并在磁场中做匀速运动，在t2时刻从下边界JK离开磁场，g取10 m/s2。求：(1)在0t1时间内，电路中感应电动势的大小；(2)在t1t2时间内，棒cd受到细导线的总拉力为多大；(3)棒cd在0t2时间内产生的焦耳热。解析：(1)对棒ab自由下落过程，有tt10.2 s磁感应强度的变化率为 T/s2.5 T/s由法拉第电磁感应定律得，0t1时间内感应电动势E1Labh联立以上各式并代入数据可得E10.2 V。(2)由棒ab匀速进入磁场区域可知BI2Labmabg代入数据，可解得I21 A在t1t2时间内，对棒cd受力分析，可得FTmcdgB0I2Lcd代入数据，可解得FT0.2 N。(3)棒ab刚进入磁场时的速度为vgt12 m/s棒ab进入磁场后的感应电动势为E2BLabv0.4 V则RcdRab0.1 在0t1时间内，感应电流为I10.5 A棒cd在0t2时间内产生的焦耳热QcdQ1Q2I12Rcdt1I22Rcd0.015 J。答案：(1)0.2 V(2)0.2 N(3)0.015 J17(13分)如图所示，匝数为100、面积为0.01 m2的线圈，处于磁感应强度B1为 T的匀强磁场中。当线圈绕O1O2以转速n为300 r/min匀速转动时，电压表、电流表的读数分别为7 V、1 A。电动机的内阻r为1 ，牵引一根原来静止的、长L为1 m、质量m为0.2 kg的导体棒MN沿导轨上升。导体棒的电阻R为1 ，架在倾角为30的导轨上，它们处于方向与导轨平面垂直、磁感应强度B2为1 T的匀强磁场中。当导体棒沿导轨上滑1.6 m时获得稳定的速度，这一过程中导体棒上产生的热量为4 J。不计导轨电阻及一切摩擦，g取10 m/s2。求：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出电动势的瞬时值表达式；(2)导体棒MN的稳定速度；(3)导体棒MN从静止到达到稳定速度所用的时间。解析：(1)线圈转动过程中电动势的最大值为EmNB1SNB1S2n代入数据，解得Em10 V则从线圈处于中性面开始计时的电动势瞬时值表达式为eEmsin t10sin 10t V。(2)电动机的电流I1 A电动机的输出功率P出IUI2r又P出Fv而导体棒MN产生的感应电流I稳定时导体棒MN处于平衡状态，故有：Fmgsin B2IL由以上各式代入数值，解得导体棒MN的稳定速度v2 m/s(v3 m/s舍去)。(3)由能量守恒定律得P出tmghmv2Q其中hxsin 0.80 m解得t1.0 s。答案：(1)e10sin 10t V(2)2 m/s(3)1.0 s