（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.2 交變電流章末檢測(cè)學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、 3.2 交變電流 章末檢測(cè) (時(shí)間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分。1～6題為單項(xiàng)選擇題，7～10題為多項(xiàng)選擇題。) 1.如圖1所示，通電直導(dǎo)線右邊有一個(gè)矩形線框，線框平面與通電直導(dǎo)線共面。若使線框逐漸遠(yuǎn)離(平動(dòng))通電導(dǎo)線，則穿過線框的磁通量將(　　) 圖1 A.逐漸減小 B.逐漸增大 C.保持不變 D.不能確定 解析　由通電直導(dǎo)線磁場(chǎng)分布可知，線框右移磁通量減少，故選項(xiàng)A正確。 答案　A 2.線圈面積為S，匝數(shù)為N，線圈的電阻、電感均不計(jì)，外電路接有電阻R、理想電流表和二極管D。二極管D具有單向?qū)щ娦?，即正向電阻為零?/p>

2、反向電阻無(wú)窮大。下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2 A.圖示位置電流最大 B.R兩端電壓的有效值U＝NBS C.交流電流表的示數(shù)I＝NBS D.一個(gè)周期內(nèi)通過R的電荷量q＝ 解析　由題圖可知，圖示位置通過R的電流為零，R兩端電壓的瞬時(shí)值可用圖來(lái)表示。 設(shè)電壓的有效值為U，在一個(gè)周期內(nèi)有＝T，解得U＝NBSω，電流的有效值I＝＝，在一個(gè)周期內(nèi)，只有半周期的時(shí)間有電流通過R，故q＝N＝，只有選項(xiàng)C正確。 答案　C 3.如圖3所示，兩個(gè)相同的閉合鋁環(huán)M、N套在一根光滑的絕緣水平桿上，螺線管的軸線與鋁環(huán)的圓心在同一直線上，閉合電鍵S后，向左快速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，不考慮兩環(huán)間

3、的相互作用力，則在移動(dòng)滑片P的過程中(　　) 圖3 A.M、N環(huán)向左運(yùn)動(dòng)，它們之間的距離增大 B.M、N環(huán)向左運(yùn)動(dòng)，它們之間的距離減小 C.M、N環(huán)向右運(yùn)動(dòng)，它們之間的距離增大 D.M、N環(huán)向右運(yùn)動(dòng)，它們之間的距離減小 解析　當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí)，線圈電流變小，即對(duì)于圓環(huán)來(lái)說(shuō)磁通量減小，相當(dāng)于“來(lái)拒去留”中的“去留”，即兩圓環(huán)被吸引而向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)兩圓環(huán)中有同向不等大電流，并且由于N環(huán)距離螺線管較近，受到更大的吸引力，向右運(yùn)動(dòng)得更快，故二者之間距離變大，選項(xiàng)C正確。 答案　C 4.如圖4所示，理想變壓器原線圈輸入電壓u＝Umsin ωt，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動(dòng)變

4、阻器，和是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；和是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示。下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖4 A.I1和I2表示電流的瞬時(shí)值 B.U1和U2表示電壓的最大值 C.滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2不變，I1變大 D.滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2變小，I1變小 解析　電壓表和分別測(cè)量變壓器原、副線圈的輸入、輸出電壓的有效值，電流表和分別測(cè)量原、副線圈電路中電流的有效值，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器向下滑動(dòng)時(shí)，接入電路的電阻變小，原、副線圈輸入、輸出電壓不變，由歐姆定律I＝可知，副線圈電路中的電流I2變大，由＝知原線圈電流I1變大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 答

5、案　C 5.如圖5所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m，由距磁場(chǎng)H高處自由下落，其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，線框開始做減速運(yùn)動(dòng)，直到其上邊cd剛剛穿出磁場(chǎng)時(shí)，速度減為ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的一半，磁場(chǎng)的寬度也為L(zhǎng)，則線框穿越勻強(qiáng)磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的焦耳熱為(　　) 圖5 A.2mgL B.2mgL＋mgH C.2mgL＋mgH D.2mgL＋mgH 解析　設(shè)線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v1，剛穿出磁場(chǎng)時(shí)的速度v2＝① 線框自開始進(jìn)入磁場(chǎng)到完全穿出磁場(chǎng)共下落高度為2L。 由題意得mgH＝mv② 由能量守恒定律得 mv＋mg·2L＝mv＋Q③ 由①②③得Q＝2mgL＋mgH。選項(xiàng)C正

6、確。 答案　C 6.A、B兩閉合圓形導(dǎo)線環(huán)用相同規(guī)格的導(dǎo)線制成，它們的半徑之比rA∶rB＝2∶1，在兩導(dǎo)線環(huán)包圍的空間內(nèi)存在一正方形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于兩導(dǎo)線環(huán)所在的平面，如圖6所示。在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大的過程中，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖6 A.兩導(dǎo)線環(huán)內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等 B.A環(huán)內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于B環(huán)內(nèi)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) C.流過A、B兩導(dǎo)線環(huán)的感應(yīng)電流的大小之比為1∶4 D.流過A、B兩導(dǎo)線環(huán)的感應(yīng)電流的大小之比為1∶1 解析　某一時(shí)刻穿過A、B兩導(dǎo)線環(huán)的磁通量均為穿過磁場(chǎng)所在區(qū)域面積上的磁通量，設(shè)磁場(chǎng)區(qū)域的面積為S，則Φ＝BS

7、，由E＝＝S(S為磁場(chǎng)區(qū)域面積)，對(duì)A、B兩導(dǎo)線環(huán)，有＝1，所以選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；I＝，R＝ρ(S1為導(dǎo)線的橫截面積)，l＝2πr，所以＝＝，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案　A 7.某小型水電站的電能輸送示意圖如圖7所示，發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電。已知輸電線的總電阻為R，降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1，降壓變壓器副線圈兩端交變電壓u＝220 sin(100πt) V，降壓變壓器的副線圈與阻值R0＝11 Ω的電阻組成閉合電路。若將變壓器視為理想變壓器，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖7 A.通過R0的電流的有效值是20 A B.降壓變壓器T2原、副線圈

8、的電壓之比為4∶1 C.升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓 D.升壓變壓器T1的輸出功率大于降壓變壓器T2的輸入功率 解析　降壓變壓器副線圈兩端交變電壓的有效值為220 V，負(fù)載電阻為11 Ω，所以通過R0的電流的有效值是20 A，選項(xiàng)A正確；降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為4∶1，所以降壓變壓器T2的原、副線圈的電壓之比為4∶1，選項(xiàng)B正確；升壓變壓器T1的輸出電壓等于降壓變壓器T2的輸入電壓加上輸電線上損失的電壓，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；升壓變壓器T1的輸出功率等于降壓變壓器T2的輸入功率加上輸電線上損失的功率，選項(xiàng)D正確。 答案　ABD 8.如圖8所示，MN、PQ是間

9、距為L(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直導(dǎo)軌所在平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，M、P間接有一阻值為R的電阻。一根與導(dǎo)軌接觸良好、有效阻值為的金屬導(dǎo)線ab垂直導(dǎo)軌放置，并在水平外力F的作用下以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，不計(jì)導(dǎo)軌電阻，則(　　) 圖8 A.通過電阻R的電流方向?yàn)镻→R→M B.a、b兩點(diǎn)間的電壓為BLv C.a端電勢(shì)比b端高 D.外力F做的功等于電路中產(chǎn)生的焦耳熱 解析　根據(jù)楞次定律或右手定則可判斷出，通過電阻R的電流方向?yàn)镸→R→P，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；導(dǎo)線ab相當(dāng)于電源，電源電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，內(nèi)阻r＝，所以a、b兩點(diǎn)間的電壓為路端電壓，即Uab＝，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在電源內(nèi)部

10、，電流從b→a，所以a端電勢(shì)比b端高，選項(xiàng)C正確；因?yàn)閷?dǎo)線ab在水平外力F的作用下做勻速運(yùn)動(dòng)，所以安培力與外力F等大反向，安培力做的功與外力F做的功大小相等，又因?yàn)殡娐分挟a(chǎn)生的焦耳熱等于安培力做的功，所以電路中產(chǎn)生的焦耳熱也等于外力F做的功，選項(xiàng)D正確。 答案　CD 9.如圖9所示，A、B是兩個(gè)完全相同的燈泡，L是電阻為零的純電感，且自感系數(shù)L很大。C是電容較大且不漏電的電容器，下列判斷正確的是(　　) 圖9 A.S閉合時(shí)，A燈亮后逐漸熄滅，B燈逐漸變亮 B.S閉合時(shí)，A燈、B燈同時(shí)亮，然后A燈變暗，B燈變得更亮 C.S閉合，電路穩(wěn)定后，S斷開時(shí)，A燈突然亮一下，然后熄滅，B燈

11、立即熄滅 D.S閉合，電路穩(wěn)定后，S斷開時(shí)，A燈突然亮一下，然后熄滅，B燈逐漸熄滅 解析　當(dāng)S閉合時(shí)，通過自感線圈的電流逐漸增大而產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，L相當(dāng)于斷路，電容C較大，相當(dāng)于短路，當(dāng)電流穩(wěn)定時(shí)，L短路，電容C斷路，故A燈先亮后滅，B燈逐漸變亮；當(dāng)S斷開時(shí)，燈泡A與自感線圈L組成了閉合回路，燈泡A中的電流先增大后減小至零，故閃亮一下熄滅，電容器與燈泡B組成閉合回路，電容器放電，故燈泡B逐漸熄滅，選項(xiàng)A、D正確。 答案　AD 10.如圖10，MN和PQ是電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，其間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌彎曲部分光滑，平直部分粗糙，右端接一個(gè)阻值為R的定值電阻。平直部分導(dǎo)軌左邊區(qū)域有寬度為d、方向

12、豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。質(zhì)量為m、電阻也為R的金屬棒從高度為h處?kù)o止釋放，到達(dá)磁場(chǎng)右邊界處恰好停止。已知金屬棒與平直部分導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，金屬棒與導(dǎo)軌間接觸良好，則金屬棒穿過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中(　　) 圖10 A.流過金屬棒的最大電流為 B.通過金屬棒的電荷量為 C.克服安培力所做的功為mgh D.金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱為mg(h－μd) 解析　金屬棒滑下過程中，根據(jù)動(dòng)能定理有mgh＝mv，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有Em＝BLvm，根據(jù)閉合電路歐姆定律有Im＝，聯(lián)立得Im＝，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)q＝可知，通過金屬棒的電荷量為，選項(xiàng)B正確；金屬棒運(yùn)動(dòng)的全過程根據(jù)動(dòng)能定理

13、得mgh＋Wf＋W安＝0，所以克服安培力做的功小于mgh，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由Wf＝－μmgd，金屬棒克服安培力做的功完全轉(zhuǎn)化成電熱，由題意可知金屬棒與電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱相同，設(shè)金屬棒上產(chǎn)生的焦耳熱為Q，故2Q＝－W安，聯(lián)立得Q＝mg(h－μd)，選項(xiàng)D正確。 答案　BD 二、非選擇題(本題包括6小題，共60分。解答題應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 11.(6分)在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中所用的器材如圖11所示。它們是： ①電流計(jì)?、谥绷麟娫础、蹘цF芯的線圈A?、芫€圈B?、蓦婃I?、藁瑒?dòng)變阻器 圖1

14、1 (1)試按實(shí)驗(yàn)的要求在實(shí)物圖上連線(圖中已連好一根導(dǎo)線)。 (2)怎樣才能使線圈B中有感應(yīng)電流產(chǎn)生？試舉出三種方法。 ①___________________________________________________________________； ②___________________________________________________________________； ③___________________________________________________________________。 解析　(1)使線圈A與電鍵、直流電源、滑動(dòng)變阻

15、器串聯(lián)，線圈B與電流計(jì)連成閉合回路。 (2)只要能使穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，就可以使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 答案　(1)如圖所示 (2)①閉合開關(guān)　②斷開開關(guān)?、坶_關(guān)閉合時(shí)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片 12.(10分)如圖12所示，光滑弧形軌道和一足夠長(zhǎng)的光滑水平軌道相連，水平軌道上方有一足夠長(zhǎng)的金屬桿，桿上掛有一光滑螺線管A。在弧形軌道上高為h的地方由靜止釋放一磁鐵B(可視為質(zhì)點(diǎn))，B下滑至水平軌道時(shí)恰好沿螺線管A的中心軸運(yùn)動(dòng)，設(shè)A、B的質(zhì)量分別為M、m，若最終A、B速度分別為vA、vB，則： 圖12 (1)螺線管A將向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)？ (2)整個(gè)過程中電路所消耗的電能為多少？

16、 解析　(1)磁鐵B向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺線管中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁驅(qū)動(dòng)作用，使得螺線管A向右運(yùn)動(dòng)。 (2)整個(gè)過程中，磁鐵減少的重力勢(shì)能化為A、B的動(dòng)能和螺線管中的電能，所以有mgh＝Mv＋mv＋Q電，即Q電＝mgh－Mv－mv。 答案　(1)向右　(2)mgh－Mv－mv 13.(12分)如圖13所示，兩根平行金屬導(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為r0＝0.10 Ω，導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻可以忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離l＝0.20 m。有隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于桌面。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系為B＝kt，比例系數(shù)k＝0.020 T/s。一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌

17、上無(wú)摩擦地滑動(dòng)，在滑動(dòng)過程中保持與導(dǎo)軌垂直。在t＝0時(shí)刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?dòng)，求在t＝6.0 s時(shí)金屬桿所受的安培力。 圖13 解析　以a表示金屬桿運(yùn)動(dòng)的加速度，在t時(shí)刻，金屬桿與初始位置的距離L＝at2，此時(shí)桿的速度v＝at，這時(shí)，桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的面積S＝Ll，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝S＋Blv 因B＝kt，故＝k 回路的總電阻R＝2Lr0 回路中的感應(yīng)電流I＝ 作用于桿的安培力F＝BlI 解得F＝t， 代入數(shù)據(jù)為F＝1.44×10－3 N。 答案　1.44×10－3 N 14.(10分)如圖14所示，理

18、想變壓器原線圈中輸入電壓U1＝3 300 V，副線圈兩端電壓U2＝220 V，輸出端連有完全相同的兩個(gè)燈泡L1和L2，繞過鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表的示數(shù)U＝2 V，求： 圖14 (1)原線圈n1等于多少匝？ (2)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電流表的示數(shù)I2＝5 A。則電流表的示數(shù)I1為多少？ (3)在(2)中情況下，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電流表A1的示數(shù)I1′等于多少？ 解析　(1)由變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系可得 ＝＝，則n1＝1 650匝。 (2)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，有 U1I1＝U2I2，I1＝＝ A (3)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，有R1＝＝44 Ω。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，設(shè)副線圈總電阻為R′，有R′＝＝

19、22 Ω，副線圈中的總電流為I2′＝＝10 A。由U1I1′＝U2I2′可知，I1′＝＝ A。 答案　(1)1 650匝　(2) A　(3) A 15.(10分)小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“電磁天平”，如圖15甲所示，等臂天平的左臂為掛盤，右臂掛有矩形線圈，兩臂平衡。線圈的水平邊長(zhǎng)L＝0.1 m，豎直邊長(zhǎng)H＝0.3 m，匝數(shù)為N1。線圈的下邊處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0＝1.0 T，方向垂直線圈平面向里。線圈中通有可在0～2.0 A 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電流I。掛盤放上待測(cè)物體后，調(diào)節(jié)線圈中電流使天平平衡，測(cè)出電流即可測(cè)得物體的質(zhì)量。(重力加速度取g＝10 m/s2) 圖15 (1)為使“電磁天

20、平”的量程達(dá)到0.5 kg，線圈的匝數(shù)N1至少為多少？ (2)進(jìn)一步探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，另選N2＝100匝、形狀相同的線圈，總電阻R＝10 Ω，不接外電流，兩臂平衡。如圖乙所示，保持B0不變，在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻變大，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾萪＝0.1 m。當(dāng)掛盤中放質(zhì)量為0.01 kg的物體時(shí)，天平平衡，求此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率。 解析　(1)“電磁天平”中的線圈受到安培力 F＝N1B0IL 由天平平衡可知：mg＝N1B0IL 代入數(shù)據(jù)解得N1＝25匝。 (2)由法拉第電磁感應(yīng)定律得：E＝N2＝N2Ld 由閉合電路歐姆定律得：I′＝ 線圈受到的安培

21、力F′＝N2B0I′L 由天平平衡可得：m′g＝NB0· 代入數(shù)據(jù)可得＝0.1 T/s。 答案　(1)25匝　(2)0.1 T/s 16.(12分)如圖16，兩固定的絕緣斜面傾角均為θ，上沿相連。兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，質(zhì)量分別為2m和m；用兩根不可伸長(zhǎng)的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca，并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上，使兩金屬棒水平。右斜面上存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于斜面向上，已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場(chǎng)中，回路電阻為R，兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，重力加速度大小為g，已知金屬棒ab勻速下滑。求

22、 圖16 (1)作用在金屬棒ab上的安培力的大??； (2)金屬棒運(yùn)動(dòng)速度的大小。 解析　(1)設(shè)導(dǎo)線的張力的大小為T，右斜面對(duì)ab棒的支持力的大小為FN1，作用在ab棒上的安培力的大小為F，左斜面對(duì)cd棒的支持力大小為FN2。對(duì)于ab棒，由力的平衡條件得 2mgsin θ＝μFN1＋T＋F① FN1＝2mgcos θ② 對(duì)于cd棒，同理有 mgsin θ＋μFN2＝T③ FN2＝mgcos θ④ 聯(lián)立①②③④式得 F＝mg(sin θ－3μcos θ)。⑤ (2)由安培力公式得 F＝BIL⑥ 這里I是回路abdca中的感應(yīng)電流。ab棒上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E＝BLv⑦ 式中，v是ab棒下滑速度的大小。由歐姆定律得 I＝⑧ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式得 v＝(sin θ－3μcos θ)⑨ 答案　(1)mg(sin θ－3μcos θ) (2)(sin θ－3μcos θ) 11