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模塊綜合檢測(時間:90分鐘滿分:110分)一、選擇題(本題共14小題,每小題4分,共56分,第1~8小題中只有一個選項符合題意,第9~14小題中有多個選項符合題意,全選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)1.在物理學(xué)發(fā)展過程中,觀測、實驗、假說和邏輯推理等方法都起到了重要作用。下列敘述不符合史實的是()A.奧斯特在實驗中觀察到電流的磁效應(yīng),該效應(yīng)揭示了電和磁之間存在聯(lián)系B.安培根據(jù)通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場的相似性,提出了分子電流假說C.法拉第在實驗中觀察到,在通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近的固定導(dǎo)線圈中,會出現(xiàn)感應(yīng)電流D.楞次在分析了許多實驗事實后提出,感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化解析:選C通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近產(chǎn)生的磁場是不變的,在其附近的固定導(dǎo)線圈中沒有磁通量的變化,因此,不會出現(xiàn)感應(yīng)電流,選項C錯誤。2.如圖所示,螺線管CD的導(dǎo)線繞向不明,當(dāng)磁鐵AB插入螺線管時,電路中有圖示方向的電流產(chǎn)生,下列關(guān)于螺線管極性的判斷正確的是()A.C端一定是N極B.C端一定是S極C.C端的極性一定與磁鐵B端的極性相同D.無法判斷極性,因螺線管的繞法不明解析:選CAB的插入使螺線管磁通量增大而產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律知,感應(yīng)電流的磁場阻礙AB插入,因此,C端極性一定和B端極性相同。3.如圖甲所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌連接一個平行板電容器C和電阻R,導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上且接觸良好,整個裝置放于垂直于導(dǎo)軌平面的磁場中,磁感應(yīng)強度B的變化情況如圖乙所示(如圖甲所示磁感應(yīng)強度方向為正),MN始終保持靜止,則0~t2時間內(nèi)()A.電容器C所帶的電荷量先減小后增加B.電容器C的a板先帶正電后帶負電C.MN所受安培力的大小始終沒變D.MN所受安培力的方向先向右后向左解析:選D磁感應(yīng)強度均勻變化,產(chǎn)生恒定感應(yīng)電動勢,電容器的電荷量大小始終沒變,選項A、B錯誤;由于磁感應(yīng)強度變化,MN所受安培力的大小變化,由安培定則判斷得知,MN中感應(yīng)電流方向一直向上,由左手定則可知,MN所受安培力的方向先向右后向左,選項C錯誤,D正確。4.用柔軟的細金屬絲彎成一個矩形閉合線框,用絕緣細線將其懸掛起來,如圖所示,若勻強磁場與線框平面垂直,開始時磁場很強,當(dāng)磁場均勻減弱時eq\f(ΔB,Δt)=k,k<0,下列說法正確的是()A.細線可能斷掉B.線框?qū)湛sC.線框可能變成圓形D.線框繞過a的豎直軸轉(zhuǎn)動解析:選C準確理解“阻礙”含義,當(dāng)磁場減弱時,線框內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場阻礙磁通量變化,線框面積將擴大,而最大即為圓形,故選項B錯誤,C正確。線框懸線拉力未變,A錯誤。線框繞過a的豎直軸轉(zhuǎn)動時通過線框的磁通量減小,故D錯誤。5.物理學(xué)家霍爾于1879年在實驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)電流垂直于磁場通過導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料左右兩個側(cè)面時,在材料的上下兩個表面之間產(chǎn)生電勢差。這一現(xiàn)象被稱作霍爾效應(yīng),產(chǎn)生這種效應(yīng)的元件叫霍爾元件,在現(xiàn)代技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。如圖為霍爾元件的原理示意圖,其霍爾電壓U與電流I和磁感應(yīng)強度B的關(guān)系可用公式UH=kHeq\f(IB,d)表示,其中kH叫該元件的霍爾系數(shù)。根據(jù)你所學(xué)過的物理知識,判斷下列說法正確的是()A.霍爾元件上表面電勢一定高于下表面電勢B.公式中的d指元件上下表面間的距離C.霍爾系數(shù)kH是一個沒有單位的常數(shù)D.霍爾系數(shù)kH的單位是m3·s-1·A-1解析:選D由于通過側(cè)面的載流子的電性是不確定的,無法判斷上表面的電性故無法比較上下表面的電勢高低,A錯誤;對于載流子,靜電力和洛倫茲力平衡,故qvB=qeq\f(UH,h),其中h為上下兩個表面的距離,電流微觀表達式為I=nqSv,則UH=Bhv=eq\f(hIB,nSq),由于S=hd,故UH=eq\f(IB,nqd)=kHeq\f(IB,d),公式中的d指元件前后側(cè)面(磁場垂直穿過的表面)間的距離,B錯誤;依據(jù)公式UH=kHeq\f(IB,d)中UH、I、B、d的單位,可知系數(shù)kH的單位是m3·s-1·A-1,故C錯誤,D正確。6.如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B。電阻為R、半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(O軸位于磁場邊界)。則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為()A.eq\f(BL2ω,2R) B.eq\f(\r(2)BL2ω,2R)C.eq\f(\r(2)BL2ω,4R) D.eq\f(BL2ω,4R)解析:選D扇形閉合導(dǎo)線框切割磁感線的有效長度始終是半徑L,各點的平均速度v=eq\f(Lω,2),導(dǎo)線框進磁場和出磁場時有感應(yīng)電流產(chǎn)生,由法拉第電磁感應(yīng)定律和有效值的定義有:E=eq\f(BL2ω,2),eq\f(E2,R)×eq\f(T,4)=I2RT,可得I=eq\f(BL2ω,4R),故D正確,A、B、C錯誤。7.如圖所示為含有理想變壓器的電路,圖中的三個燈泡L1、L2、L3都標有“5V5W”字樣,L4標有“5V10W”字樣,若它們都正常發(fā)光,不考慮導(dǎo)線的能耗,則該電路的輸入功率Pab和輸入電壓Uab應(yīng)為()A.20W25V B.20W20VC.25W25V D.25W20V解析:選C該電路的輸入功率為4盞燈的功率總和,即Pab=5W+5W+5W+10W=25W。通過L1的電流I1=1A,根據(jù)輸入功率等于輸出功率可得U1I1=20W,解得U1=20V,故電源輸入電壓Uab=U1+UL1=25V。本題選C。8.如圖甲所示是一小型交流發(fā)電機供電原理圖,兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向勻強磁場,理想變壓器原、副線圈分別與發(fā)電機和燈泡連接,燈泡標有“6V3W”字樣且正常發(fā)光。從某時刻開始計時,發(fā)電機輸出端的電流隨時間變化的圖像如圖乙所示,則以下說法正確的是()A.t=0.04s時發(fā)電機內(nèi)線圈平面與磁場方向平行B.電路中的電流方向每秒鐘改變50次C.變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為1∶4D.交流發(fā)電機輸出電流的函數(shù)表達式i=eq\r(2)sin50πt(A)解析:選Bt=0.04s時電流最小為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最小,故發(fā)電機內(nèi)線圈平面與磁場方向垂直,A錯誤;由題圖乙可知,周期T=0.04s,一個周期內(nèi)電流方向改變2次,故1s內(nèi)改變的次數(shù)n=eq\f(1,0.04)×2=50次,B正確;流過燈泡的電流為I=eq\f(P,U)=0.5A,最大值Im′=eq\r(2)I=eq\f(\r(2),2)A,故eq\f(n1,n2)=eq\f(Im′,Im)=eq\f(\f(\r(2),2),0.2)=eq\f(5\r(2),2),C錯誤;交流電的角速度ω=eq\f(2π,T)=50πrad/s,交流發(fā)電機輸出電流的函數(shù)表達式i=0.2sin50πt(A),D錯誤。9.如圖所示的電路中,a、b、c為三個相同的燈泡,線圈L的自感系數(shù)很大,電阻不計,電源E內(nèi)阻不計,下列判斷正確的有()A.S閉合的瞬間,b、c兩燈一樣亮B.S閉合的瞬間,b燈最亮C.電路穩(wěn)定后,將S斷開的瞬間,a、c兩燈立即熄滅D.電路穩(wěn)定后,將S斷開,a、c兩燈亮度相同且逐漸變暗解析:選AD由于通過線圈L的電流會緩慢變化,當(dāng)開關(guān)S閉合的瞬間,L中的電流為零,電路的結(jié)構(gòu)為b、c串聯(lián)后與a并聯(lián),所以a支路的電阻值小,流過a的電流大,而流過b、c的電流相等,所以S閉合的瞬間,b、c兩燈一樣亮,a燈最亮,A正確,B錯誤;當(dāng)電流逐漸穩(wěn)定時,線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,此時b被短路,a、c并聯(lián),電路穩(wěn)定后,將S斷開,此時線圈L產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,相當(dāng)于電源,電路的結(jié)構(gòu)是a、c串聯(lián)后與b并聯(lián),所以a、c兩燈亮度相同且逐漸變暗,C錯誤,D正確。10.漏電斷路器是家庭電路中必不可少的一種安全保護裝置,如圖為其基本原理圖。電源線的火線與零線并行繞在鐵芯上,當(dāng)與放大器相連的線圈有微小電流時,即刻會驅(qū)動電磁繼電器斷開電源,實現(xiàn)安全保護。下列相關(guān)說法正確的是()A.當(dāng)與地不絕緣的人不小心觸碰到火線時,漏電斷路器會即刻斷開電源B.當(dāng)與地絕緣的人不小心同時觸碰到火線與零線時,漏電斷路器會即刻斷開電源C.當(dāng)外接電網(wǎng)是恒定直流電源時,漏電斷路器不能正常工作D.在相同條件下,放大器繞在鐵芯上的線圈匝數(shù)越多,則能檢測到更微小的漏電解析:選AD由于火線和零線并行繞制,所以在家庭電路正常工作時,火線和零線的電流大小相等,方向相反,因此合磁通量為零,線圈中的磁通量為零,而當(dāng)?shù)孛嫔系娜私佑|火線發(fā)生觸電時,火線的電流突然變大,即線圈中的磁場發(fā)生變化,導(dǎo)致線圈中的磁通量變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而使繼電器工作,電磁鐵將開關(guān)吸起,A正確;當(dāng)與地絕緣的人不小心同時觸碰到火線與零線時,不會形成電流變化,從而不會引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故漏電斷路器不會斷開電源,B錯誤;當(dāng)外接電網(wǎng)是恒定直流電源時,如果有人觸電仍會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故能正常工作,C錯誤;在相同條件下,放大器繞在鐵芯上的線圈匝數(shù)越多,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大,則能檢測到更微小的漏電,D正確。11.如圖甲所示,一個圓形線圈的匝數(shù)n=100,線圈面積S=200cm2,線圈的電阻r=1Ω,線圈外接一個阻值R=4Ω的電阻,把線圈放入一方向垂直于線圈平面向里的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示。下列說法中正確的是()A.電阻R兩端的電壓保持不變B.初始時刻穿過線圈的磁通量為0.4WbC.線圈電阻r消耗的功率為4×10-4WD.前4s內(nèi)通過R的電荷量為4×10-4C解析:選AC根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,可知磁通量的變化率恒定,所以電動勢恒定,則電阻兩端的電壓恒定,故A正確;初始時刻穿過線圈的磁通量Φ=BS=0.2×200×10-4Wb=0.004Wb,故B錯誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律有E=neq\f(ΔΦ,Δt)=neq\f(ΔB·S,Δt)=100×eq\f(0.4-0.2,4)×0.02V=0.1V,由閉合電路歐姆定律,可知電路中的電流為I=eq\f(E,r+R)=eq\f(0.1,1+4)A=0.02A,所以線圈電阻r消耗的功率P=I2r=0.022×1W=4×10-4W,故C正確;前4s內(nèi)通過R的電荷量Q=It=0.02×4C=0.08C,故D錯誤。12.圖甲中的變壓器為理想變壓器,原線圈與副線圈的匝數(shù)之比n1∶n2=10∶1,變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦式電壓,兩個20Ω的定值電阻串聯(lián)接在副線圈兩端,電壓表為理想電表。則()A.原線圈上電壓的有效值為100VB.原線圈上電壓的有效值約為70.7VC.交變電流的周期為50HzD.電壓表的讀數(shù)約為3.54V解析:選BD原線圈上電壓的最大值為100V,有效值約為70.7V,選項B正確A錯誤。交變電流的周期為0.04s,頻率為25Hz,選項C錯誤。根據(jù)變壓器變壓公式,副線圈電壓為7.07V,電壓表的讀數(shù)約為3.54V,選項D正確。13.如圖所示電路中,電源電壓u=311sin100πt(V),A、B間接有“220V,440W”的電暖寶、“220V,220W”的抽油煙機、交流電壓表及保險絲。下列說法正確的是()A.交流電壓表的示數(shù)為311VB.電路要正常工作,保險絲的額定電流不能小于3AC.電暖寶發(fā)熱功率是抽油煙機發(fā)熱功率的2倍D.1min抽油煙機消耗的電能為1.32×104J解析:選BD交流電壓表的示數(shù)為220V,選項A錯誤。電暖寶中電流為2A,抽油煙機中電流為1A,電路要正常工作,保險絲的額定電流不能小于3A,選項B正確。電暖寶發(fā)熱功率遠大于抽油煙機發(fā)熱功率的2倍,1min抽油煙機消耗的電能為W=Pt=220×60J=1.32×104J,選項C錯誤D正確。14.如圖所示,L1、L2為水平面上足夠長的金屬導(dǎo)軌,左端連接定值電阻R=0.5Ω,其間有足夠多等間隔反向分布的磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,磁感應(yīng)強度大小均為B=0.5T,方向垂直于導(dǎo)軌所在平面,每個磁場Ⅰ或Ⅱ的兩個直邊界的間距為L=0.4m,長直邊界在Ox上,左右曲邊界恰好可以組合成相同的eq\f(1,2)周期的正弦曲線,其他邊界均為直線段。導(dǎo)體棒MN與兩導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌垂直,不計導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌的電阻。當(dāng)導(dǎo)體棒從x=0處沿導(dǎo)軌以速度v=10m/s勻速向右滑動時,下列說法正確的是()A.通過電阻R的是交變電流B.電阻R兩端電壓的最大值為4VC.通過電阻R的電流有效值為2eq\r(3)AD.導(dǎo)體棒從x=0處運動到x=1.2m處的過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量為7.2J解析:選AC當(dāng)導(dǎo)體棒運動時,根據(jù)E=BLv可知隨有效長度L及磁場方向的變化會產(chǎn)生交變電流,選項A正確;感應(yīng)電動勢的最大值Em=BLmv=2V,故電阻R兩端電壓的最大值為2V,選項B錯誤;根據(jù)有效值的定義可知eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Um,\r(2))))2,R)×eq\f(1,2)+eq\f(Um2,R)×eq\f(1,2)=eq\f(U2,R),解得U=eq\r(3)V,通過電阻R的電流有效值為2eq\r(3)A,選項C正確;導(dǎo)體棒從x=0處運動到x=1.2m處的過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q=eq\f(U2,R)·eq\f(x0,v)=0.72J,選項D錯誤。二、實驗題(共1小題,共8分)15.(8分)有一種測量壓力的電子秤,其原理圖如圖所示。E是內(nèi)阻不計、電動勢為6V的電源。R0是一個阻值為300Ω的限流電阻。G是由理想電流表改裝成的指針式測力顯示器。R是一個壓敏電阻,其阻值可隨壓力大小變化而改變,其關(guān)系如下表所示。C是一個用來保護顯示器的電容器。秤臺的重力忽略不計。試分析:壓力F/N050100150200250300…電阻R/Ω300280260240220200180…(1)利用表中的數(shù)據(jù)可知電阻R隨壓力F變化的函數(shù)表達式為:________________。(2)若電容器的耐壓值為5V,則該電子秤的最大稱量值為______N。(3)如果把電流表中電流的刻度變換成壓力刻度,則該測力顯示器的刻度是________的。(選填“均勻”或“不均勻”)解析:(1)由表中數(shù)據(jù)可知k=eq\f(ΔR,ΔF)=eq\f(20Ω,50N)=0.4Ω/N。所以電阻R隨壓力F變化的函數(shù)表達式為R=(300-0.4F)Ω。(2)R上受到的壓力越大,R的阻值越小,電容器兩端電壓越大,但不能超過5V,所以eq\f(5V,6V)=eq\f(R0,R0+R),解得R=60Ω,又因為R=(300-0.4F)Ω,得出F=600N。(3)電流表中的電流I=eq\f(E,R0+R)=eq\f(E,600-0.4F),電流I與壓力F不是線性關(guān)系,則該測力顯示器的刻度不均勻。答案:(1)R=(300-0.4F)Ω(2)600(3)不均勻三、計算題(共4小題,共46分)16.(10分)水力發(fā)電具有防洪、防旱、減少污染等多項功能,是功在當(dāng)代,利在千秋的大事,現(xiàn)在水力發(fā)電已經(jīng)成為我國的重要能源之一。某河流水流量Q=40m3/s,現(xiàn)在欲在此河段上筑壩安裝一臺發(fā)電功率為1000kW的發(fā)電機,采用高壓輸電,高壓輸電線的總電阻為5Ω,損耗占總功率的5%。(1)設(shè)發(fā)電機輸出電壓為500V,則所用理想升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比應(yīng)是多大;(2)若所用發(fā)電機總效率為50%,則攔河壩要建多高。(水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度g取10m/s2,設(shè)壩高與水位落差相等)解析:(1)根據(jù)輸電線上的功率損耗等于輸電線電阻的熱功率可得0.05P=I22R,解得升壓變壓器副線圈的電流I2=100A又P=U1I1,解得原線圈的電流I1=2000A根據(jù)升壓變壓器匝數(shù)和電流的關(guān)系得eq\f(n1,n2)=eq\f(I2,I1)=eq\f(1,20)。(2)時間t內(nèi)通過發(fā)電機的水流體積V=Qt,又m=ρV由能量關(guān)系可得P=eq\f(50%mgh,t),聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)解得h=5m。答案:(1)eq\f(1,20)(2)5m17.(12分)(2016·全國卷Ⅲ)如圖,兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面(紙面)內(nèi),其左端接一阻值為R的電阻;一與導(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)軌上;在電阻、導(dǎo)軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域,區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場,磁感應(yīng)強度大小B1隨時間t的變化關(guān)系為B1=kt,式中k為常量;在金屬棒右側(cè)還有一勻強磁場區(qū)域,區(qū)域左邊界MN(虛線)與導(dǎo)軌垂直,磁場的磁感應(yīng)強度大小為B0,方向也垂直于紙面向里。某時刻,金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開始向右運動,在t0時刻恰好以速度v0越過MN,此后向右做勻速運動。金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好,它們的電阻均忽略不計。求:(1)在t=0到t=t0時間間隔內(nèi),流過電阻的電荷量的絕對值;(2)在時刻t(t>t0)穿過回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小。解析:(1)在金屬棒越過MN之前,t時刻穿過回路的磁通量為Φ=ktS①設(shè)在從t時刻到t+Δt的時間間隔內(nèi),回路磁通量的變化量為ΔΦ,流過電阻R的電荷量為Δq。由法拉第電磁感應(yīng)定律有E=eq\f(ΔΦ,Δt)②由歐姆定律有i=eq\f(E,R)③由電流的定義有i=eq\f(Δq,Δt)④聯(lián)立①②③④式得|Δq|=eq\f(kS,R)Δt⑤由⑤式得,在t=0到t=t0的時間間隔內(nèi),流過電阻R的電荷量q的絕對值為|q|=eq\f(kt0S,R)。⑥(2)當(dāng)t>t0時,金屬棒已越過MN。由于金屬棒在MN右側(cè)做勻速運動,有f=F⑦式中,f是外加水平恒力,F(xiàn)是勻強磁場施加的安培力。設(shè)此時回路中的電流為I,F(xiàn)的大小為F=B0Il⑧此時金屬棒與MN之間的距離為s=v0(t-t0)⑨勻強磁場穿過回路的磁通量為Φ′=B0ls⑩回路的總磁通量為Φt=Φ+Φ′?式中,Φ仍如①式所示。由①⑨⑩?式得,在時刻t(t>t0)穿過回路的總磁通量為Φt=B0lv0(t-t0)+kSt?在t到t+Δt的時間間隔內(nèi),總磁通量的改變量為ΔΦt=(B0lv0+kS)Δt?由法拉第電磁感應(yīng)定律得,回路感應(yīng)電動勢的大小為Et=eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔΦt,Δt)))?由歐姆定律有I=eq\f(Et,R)?聯(lián)立⑦⑧???式得f=(B0lv0+kS)eq\f(B0l,R)。?答案:(1)eq\f(kt0S,R)(2)B0lv0(t-t0)+kSt(B0lv0+kS)eq\f(B0l,R)18.(12分)如圖所示,一匝數(shù)為N=100的矩形線圈,面積S=0.01m2,內(nèi)阻不計,繞垂直于磁感線的對稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。設(shè)線圈經(jīng)過的磁場為勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=2T,線圈通過一理想變壓器后,接一標有“6V3W”字樣的燈泡L,變壓器原線圈的總匝數(shù)為n1=200匝,b是原線圈的中心抽頭,副線圈的匝數(shù)為n2=20匝。當(dāng)開關(guān)S撥到b位置時,小燈泡恰好正常發(fā)光。(1)求此時電路中兩電表的讀數(shù);(2)求線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω;(3)若將開關(guān)S撥到a位置,并將一個理想二極管接到A、B之間,其他條件不變,則此時線圈提供的功率為多少?(假設(shè)小燈泡的電阻不隨溫度發(fā)生變化)解析:(1)由題意可知,副線圈兩端的電壓U2=6V,副線圈中的電流為I2=eq\f(P,U)=0.5A由eq\f(U1,U2)=eq\f(nb,n2)=eq\f(n1,2n2)得電壓表的讀數(shù)U1=30V由eq\f(I1,I2)=eq\f(n2,nb)=eq\f(2n2,n1)得電流表的讀數(shù)I1=0.1A。(2)由題意可知,線圈提供的電動勢的最大值為Em=30eq\r(2)V由Em=NBSω得ω=15eq\r(2)rad/s。(3
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