人教版高中物理选修(3-2) 模块检测A Word版含解析

模块检测A

(时间：90分钟满分：100分)

一、单项选择题(本大题共6小题，每小题4分，共24分，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得4分，选错或不答的得0分)

1．关于传感器，下列说法正确的是()

A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量

B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器

C．干簧管是能够感知电场的传感器

D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大

答案 A

解析A项叙述符合传感器的定义，A正确．金属热电阻是将热学量转换为电学量的一种传感器，B错误．干簧管是把磁场的强弱转化为电路的通断的传感器，C错误．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，D错误．

2．如图1甲所示，圆形线圈垂直放在匀强磁场里，第1秒内磁场方向指向纸里．若磁感应强度大小随时间变化的关系如图乙，那么，下面关于线圈中感应电流的说法正确的是()

图1

A．在第1秒内感应电流增大，电流方向为逆时针

B．在第2秒内感应电流大小不变，电流方向为顺时针

C．在第3秒内感应电流减小，电流方向为顺时针

D．在第4秒内感应电流大小不变，电流方向为顺时针

答案 B

3．用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图2所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为U a、U b、U c和U d.下列判断正确的是()

图2

A ．U a ＜U b ＜U c ＜U d

B ．U a ＜U b ＜U d ＜U c

C ．U a ＝U b ＜U c ＝U d

D ．U b ＜U a ＜U d ＜U c

答案 B

解析 线框进入磁场后切割磁感线，a 、b 产生的感应电动势是c 、d 电动势的一半，而不同的线框的电阻不同，设a 线框电阻为4r ，b 、c 、d 线框的电阻分别为6r 、8r 、6r ，则有：

U a ＝BL v ·3r 4r ＝3BL v 4，U b ＝BL v ·5r 6r ＝5BL v 6，U c ＝B 2L v ·6r 8r ＝3BL v 2，U d ＝B 2L v ·4r 6r ＝4Bl v 3

，故A 、C 、D 错误，B 正确．

4．如图3所示，A 、B 是两个完全相同的灯泡，B 灯与电阻R 串联，A 灯与自感系数较大的线圈L 串联，其直流电阻等于电阻R 的阻值．电源电压恒定不变，当电键K 闭合时，下列说法正确的是( )

图3

A ．A 比

B 先亮，然后A 熄灭

B ．B 比A 先亮，最后A 、B 同样亮

C ．A 、B 同时亮，然后A 熄灭

D ．A 、B 同时亮，然后A 逐渐变亮，B 的亮度不变

答案 B

图4

5．如图4所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为L ，磁场方向垂直纸面向里，abcd 是位于纸面内的梯形线圈，ad 与bc 间的距离也为L ，t ＝0时刻bc 边与磁场区域边界重合．现令线圈以恒定的速度v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，取沿abcda 方向为感应电流正方向，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I 随时间t 变化的图线可能是 ( )

答案 B

解析 bc 进入磁场时，根据右手定则判断出其感应电流的方向是沿adcba 的方向，其方向与电流的正方向相反，故是负的，所以A 、C 错误；当逐渐向右移动时，切割磁感线的条数在增加，故感应电流在增大；当bc 边穿出磁场区域时，线圈中的感应电流方向变为abcda ，是正方向，故其图象在时间轴的上方，所以B 正确，D 错误．

6．如图5所示，10匝矩形线框在磁感应强度B ＝210

T 的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴OO ′以角速度ω＝100rad/s 匀速转动，线框电阻不计，面积为S ＝0.3m 2，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接有两只灯泡L 1(规格为“0.3W,30Ω”)和L 2，开关闭合时两灯泡正常发光，且原线圈中电流表示数为0.04A ，则下列判断不正确的是( )

图5

A ．若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为302cos (100t ) V

B ．理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1

C ．灯泡L 2的额定功率为0.9W

D ．若开关S 断开，电流表的示数将增大

答案 D

解析 变压器的输入电压的最大值为U m ＝nBSω＝10×210

×0.3×100 V ＝30 2 V ；从垂直中性面位置开始计时，故线框中感应电动势的瞬时值为u ＝U m cos ωt ＝302cos (100t ) V ，故

A 正确．变压器输入电压的有效值为U 1＝U m 2

＝30 V ．开关闭合时两灯泡均正常发光，所以U 2＝PR ＝0.3×30 V ＝3 V ，所以n 1n 2＝U 1U 2＝30 V 3 V ＝101

，故B 正确．原线圈的输入功率为P 1＝U 1I 1＝30×0.04 W ＝1.2 W ．由于原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，所以P L2＝P 1－P L1＝1.2 W －0.3 W ＝0.9 W ，故C 正确．若开关S 断开，输出电压不变，输出端电阻增大，输出电流减小，故输入电流也减小，电流表的示数减小，D 错误．

二、多项选择题(本大题共4小题，每小题5分，共20分．在每小题给出的四个选项中，有

多个选项符合题目要求，全部选对得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分) 7．在电能输送过程中，若输送的电功率一定，则在输电线上损耗的功率()

A．随输电线电阻的增大而增大

B．和输送电压的平方成正比

C．和输送电压的平方成反比

D．和输电线上电流的平方成正比

答案ACD

8.如图6所示，半径为R的圆形线圈两端A、C接入一个平行板电容器，线圈放在随时间均匀变化的匀强磁场中，线圈所在平面与磁感线的方向垂直，要使电容器所带的电荷量增大，可采取的措施是()

图6

A．电容器的两极板靠近些

B．增大磁感应强度的变化率

C．增大线圈的面积

D．使线圈平面与磁场方向成60°角

答案ABC

9．如图7所示，电路中的变压器为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器的滑动触头，原线圈两端接电压恒定的交变电流，则能使原线圈的输入功率变大的是()

图7

A．保持P的位置不变，S由b切换到a

B．保持P的位置不变，S由a切换到b

C．S掷于b位置不动，P向上滑动

D．S掷于b位置不动，P向下滑动

答案AC

10．如图8甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则()

图8

A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合

B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3

C．曲线a表示的交变电动势频率为25Hz

D．曲线b表示的交变电动势有效值为10V

答案AC

解析从图象可知，两次转动都是从中性面开始计时的，故A正确．从图象可知，曲线a、b对应的线圈转动的周期之比为2∶3，则转速之比为3∶2，故B错误．由图象可知曲线a

的周期T a＝4×10－2s，则曲线a表示的交变电动势频率f a＝1

T a＝25Hz，故C正确．交变电动势的最大值E m＝nBSω，则曲线a、b表示的交变电动势的峰值之比为E m a∶E m b＝ωa∶ωb＝

3∶2，即E m b＝2

3E m a＝10V，故曲线b表示的交变电动势的有效值为E有＝

10

2

V＝52V，D

错误．

三、填空题(共2小题，共10分)

11．(4分)两个电流随时间的变化关系如图9甲、乙所示，把它们通入相同的电阻中，则在1s内两电阻消耗的电能之比W a∶W b＝________.

图9

答案1∶2

12．(6分)如图10所示，先后以速度v1和v2(v1＝2v2)，匀速地把同一线圈从同一位置拉出有界匀强磁场的过程中，在先后两种情况下：

图10

(1)线圈中的感应电流之比I 1∶I 2＝________.

(2)线圈中产生的热量之比Q 1∶Q 2＝________.

(3)拉力做功的功率之比P 1∶P 2＝________.

答案 (1)2∶1 (2)2∶1 (3)4∶1

四、解答题(本题共4小题，共46分．解答应写出必要的文字说明、只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

13．(10分)如图11所示，边长为L 、匝数为n 的正方形金属线框，它的质量为m ，电阻为R ，用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘．金属线框的上半部分处于磁场内，下半部分处于磁场外，磁场随时间的变化规律为B ＝kt .求：

图11

(1)线框中的电流强度为多大？

(2)t 时刻线框受到的安培力为多大？

答案 (1)nkL 22R (2)nk 2L 3

2R

t 解析 (1)线框中的电动势E ＝n ΔΦΔt ＝nS ΔB Δt ＝12nL 2k ，电流为I ＝nkL 2

2R

(2)安培力为F ＝BIL ＝kt nkL 22R L ＝nk 2L 3

2R

t 14．(10分)如图12所示，某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为9.8×104W ，电厂输出电压仅350V ，为了减少输送功率损失，先用一升压变压器将电压升高再输送，在输送途中，输电线路的总电阻为4Ω，允许损失的功率为输送功率的5%，求用户所需电压为220V 时，升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比各是多少？

图12

答案 1∶8 133∶11

解析 损失的电功率ΔP ＝9.8×104×0.05＝4900W

输电线上的电流I ＝ΔP R

＝35A 输电线上的电压降ΔU ＝IR ＝140V

输电电压U 2＝P I

＝2800V 降压变压器的输入电压U 3＝U 2－ΔU ＝2660V

升压变压器：n 1n 2＝U 1U 2＝350V 2800V ＝18

降压变压器：n 3n 4＝U 3U 4＝2660V 220V ＝13311

15．(12分)发电机转子是边长为0.2m 的正方形，线圈匝数为100匝，内阻为8Ω，初始位置

如图13所示，以ad 、bc 中点连线为轴以600r/min 的转速在磁感应强度为1π

T 的匀强磁场中转动，灯泡电阻为24Ω，则：

图13

(1)从图示位置开始计时，写出感应电动势的瞬时值表达式；

(2)灯泡的实际消耗功率为多大？

答案 (1)e ＝80sin (20πt ) V

(2)75W

解析 (1)线圈转动的角速度ω＝20πrad/s ，感应电动势的最大值为E m ＝nBSω＝80V 瞬时值表达式e ＝80sin (20πt ) V

(2)感应电动势的有效值E ＝802

V ＝402V ，电流为I ＝E R ＋r ＝40232A ＝542A 灯泡实际消耗的功率P ＝I 2R ＝75W

16．(14分)如图14甲所示，两根光滑固定导轨相距0.4m 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0.01kg ，长为0.2m ，处于磁感应强度为B 0＝0.5T 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里．相距0.2m 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t ＝0时刻，质量为0.02kg 、阻值为0.3Ω的金属棒ab 从虚线MN 上方0.2m 高度处，由静止开放释放，下落过程中保持水平，且与导轨接触良好，结果棒ab 在t 1时刻从上边界MN 进入磁场，并在磁场中做匀速运动，在t 2时刻从下边界JK 离开磁场，g 取10m/s 2.求：

图14

(1)在0～t 1时间内，电路中感应电动势的大小；

(2)在t 1～t 2时间内，棒cd 受到细导线的总拉力为多大；

(3)棒cd 在0～t 2时间内产生的焦耳热．

答案 (1)0.2V (2)0.2N (3)0.015J

解析 (1)对棒ab 自由下落过程，有t 1＝2h g

＝0.2 s 磁感应强度的变化率为ΔB Δt ＝0.50.2

T/s ＝2.5 T/s 由法拉第电磁感应定律得，0～t 1时间内感应电动势E 1＝ΔΦΔt ＝ΔB Δt

L ab h 联立以上各式并代入数据可得E 1＝0.2 V

(2)由棒ab 匀速进入磁场区域可知BI 2L ab ＝m ab g 代入数据，可解得I 2＝1 A

在t 1～t 2时间内，对棒cd 受力分析，可得F T ＝m cd g ＋B 0I 2L cd 代入数据，可解得F T ＝0.2 N

(3)棒ab 刚进入磁场时的速度为v ＝gt 1＝2 m/s 棒ab 刚进入磁场后的感应电动势为E 2＝BL ab v ＝0.4 V

则R cd ＝E 2I 2

－R ab ＝0.1 Ω 在0～t 1时间内，感应电流为I 1＝E 1R ab ＋R cd

＝0.5 A 棒cd 在0～t 2时间内产生的焦耳热Q cd ＝Q 1＋Q 2＝I 21R cd t 1＋I 22R cd h v ＝0.015 J ．