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模塊綜合試卷 (時間：90分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共計48分.1～7題為單選題，8～12題為多選題，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分) 1．如圖1所示，線圈L的電感很大，電源內(nèi)阻不可忽略，A、B是完全相同的兩只燈泡，當(dāng)開關(guān)S閉合時，下列判斷正確的是 (　　) 圖1 A．A燈比B燈先亮，然后A燈熄滅 B．B燈比A燈先亮，然后B燈逐漸變暗 C．A燈與B燈一起亮，而后A燈熄滅 D．A燈與B燈一起亮，而后B燈熄滅 答案　B 2.如圖2所示，光滑水平面上存在有界勻強磁場，金屬圓環(huán)直徑與磁場寬度相同．若圓環(huán)以一定的初速度沿垂直于磁場邊界的水平虛線，從位置1到位置2勻速通過磁場，在必要的時間段內(nèi)施加必要的水平拉力保證其勻速前進，以下說法正確的是(　　) 圖2 A．金屬圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流方向先順時針再逆時針 B．金屬圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流經(jīng)歷兩次先增大后減小 C．水平拉力的方向先向右后向左 D．金屬圓環(huán)受到的安培力的方向先向左后向右 答案　B 3．如圖3甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1，A、V均為理想電表，R為光敏電阻(其阻值隨光強增大而減小)，L1和L2是兩個完全相同的燈泡．原線圈接入如圖乙所示的正弦交流電壓u，下列說法正確的是(　　) 圖3 A．電壓u的頻率為100 Hz B．電壓表V的示數(shù)為22 V C．當(dāng)光強增大時，變壓器的輸入功率變大 D．當(dāng)L1的燈絲燒斷后，V示數(shù)變小 答案　C 4．如圖4甲所示，矩形線圈abcd固定于方向相反的兩個磁場中，兩磁場的分界線OO′恰好把線圈分成對稱的左右兩部分，兩磁場的磁感應(yīng)強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示，規(guī)定磁場垂直紙面向內(nèi)為正，線圈中感應(yīng)電流逆時針方向為正．則線圈感應(yīng)電流隨時間的變化圖象為(　　) 圖4 答案　A 解析　因磁場是均勻變化的，由法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律知，感應(yīng)電流的大小不變，故C、D項錯誤；在開始階段OO′左側(cè)磁場增強，OO′右側(cè)磁場減弱，由楞次定律可知線圈中有逆時針方向的感應(yīng)電流，A項正確，B項錯誤． 5．用相同導(dǎo)線繞制的邊長為L或2L的四個閉合導(dǎo)線框，以相同的速度勻速進入右側(cè)勻強磁場，如圖5所示．在每個線框進入磁場的過程中，M、N兩點間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud.下列判斷正確的是(　　) 圖5 A．Ua＜Ub＜Uc＜Ud　　　　　 B．Ua＜Ub＜Ud＜Uc C．Ua＝Ub＜Uc＝Ud D．Ub＜Ua＜Ud＜Uc 答案　B 解析　線框進入磁場后切割磁感線，a、b產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是c、d產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的一半，而不同的線框的電阻不同，設(shè)a線框電阻為4r，b、c、d線框的電阻分別為6r、8r、6r，則有： Ua＝BLv＝，Ub＝BLv＝，Uc＝B2Lv＝，Ud＝B2Lv＝，故A、C、D錯誤，B正確． 6．如圖6所示，10匝矩形線框在磁感應(yīng)強度B＝ T的勻強磁場中，繞垂直磁場的軸OO′以角速度ω＝100 rad/s勻速轉(zhuǎn)動，線框電阻不計，面積為S＝0.3 m2，線框通過滑環(huán)與一理想變壓器的原線圈相連，副線圈接有兩只燈泡L1(規(guī)格為“0.3 W,30 Ω”)和L2，開關(guān)閉合時兩燈泡正常發(fā)光，且原線圈中電流表示數(shù)為0.04 A，則下列說法不正確的是(　　) 圖6 A．若從圖示線框位置開始計時，線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值為30cos (100t) V B．理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為10∶1 C．燈泡L2的額定功率為0.9 W D．若開關(guān)S斷開，電流表的示數(shù)將增大 答案　D 解析　變壓器的輸入電壓的最大值為Um＝nBSω＝100.3100 V＝30 V；從垂直中性面位置開始計時，故線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值為u＝Umcos ωt＝30cos (100t) V，故A正確．變壓器輸入電壓的有效值為U1＝＝30 V．開關(guān)閉合時兩燈泡均正常發(fā)光，所以U2＝＝ V＝3 V，所以＝＝＝，故B正確．原線圈的輸入功率為P1＝U1I1＝300.04 W＝1.2 W．由于原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，所以PL2＝P1－PL1＝1.2 W－0.3 W＝0.9 W，故C正確．若開關(guān)S斷開，輸出電壓不變，輸出端電阻增大，輸出電流減小，故輸入電流也減小，電流表的示數(shù)減小，D錯誤． 7．如圖7甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)n＝1 500，橫截面積S＝20 cm2，螺線管導(dǎo)線電阻r＝1.0 Ω，其余導(dǎo)線電阻不計，R1＝4.0 Ω，R2＝5.0 Ω，電容器電容C＝30 μF.在一段時間內(nèi)，穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t按圖乙所示的規(guī)律變化．則下列說法中正確的是(　　) 圖7 A．螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為1.5 V B．閉合開關(guān)，電路中的電流穩(wěn)定后電容器上極板帶正電 C．電路中的電流穩(wěn)定后，電阻R1的電功率為510－2 W D．開關(guān)斷開，流經(jīng)電阻R2的電荷量為1.810－5 C 答案　D 解析　根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：E＝n＝nS，代入數(shù)據(jù)可求出：E＝1.2 V，故A錯誤；根據(jù)楞次定律可知，螺線管下端相當(dāng)于電源正極，則電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電，故B錯誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律，有：I＝＝0.12 A，P1＝I2R1＝5.7610－2 W，故C錯誤；開關(guān)斷開，流經(jīng)R2的電荷量即為開關(guān)閉合時電容器上所帶的電荷量Q，電容器兩端的電壓：U2＝IR2＝0.6 V，流經(jīng)R2的電荷量Q＝CU2＝1.810－5 C，故D正確；故選D. 8．如圖8所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的圓形線圈周期為T，匝數(shù)為10匝，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈總電阻為2 Ω，從線圈平面與磁場方向垂直時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過30時的電流為1 A，下列說法中正確的是(　　) 圖8 A．線圈中電流的最大值為 A B．線圈消耗的電功率為4 W C．任意時刻線圈中的感應(yīng)電流為i＝2sin (t) A D．任意時刻線圈中的感應(yīng)電流為i＝2cos (t) A 答案　BC 解析　從線圈平面與磁場方向垂直時開始計時，感應(yīng)電動勢的表達式為e＝Emsin ωt，則感應(yīng)電流i＝＝sin ωt，由題給條件有：1 A＝，解得Em＝4 V，則Im＝2 A，I有效＝ A，線圈消耗的電功率P＝IR＝4 W，選項A錯誤，選項B正確．i＝Imsin ωt＝2sin (t) A，故選項C正確，D錯誤． 9．如圖9甲所示是某燃?xì)鉅t點火裝置的原理圖．轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖乙所示的正弦交變電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，為交流電壓表．當(dāng)變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5 000 V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃?xì)怏w．以下判斷正確的是(　　) 圖9 A．電壓表的示數(shù)等于5 V B．電壓表的示數(shù)等于 V C．實現(xiàn)點火的條件是>1 000 D．實現(xiàn)點火的條件是<1 000 答案　BC 解析　由U－t圖象知，交變電壓的最大值Um＝5 V，所以電壓表的示數(shù)U＝＝ V，故選項A錯誤，B正確；根據(jù)＝得＝，變壓器副線圈電壓的最大值U2m＝5 000 V時，有效值U2＝＝2 500 V，所以點火的條件是>＝1 000，故選項C正確，D錯誤． 10．兩條平行虛線間存在一勻強磁場，磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直．邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi)，cd邊與磁場邊界平行，如圖10(a)所示．已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動，cd邊于t＝0時刻進入磁場．線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時，感應(yīng)電動勢取正)．下列說法正確的是(　　) 圖10 A．磁感應(yīng)強度的大小為0.5 T B．導(dǎo)線框運動速度的大小為0.5 m/s C．磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外 D．在t＝0.4 s至t＝0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N 答案　BC 解析　導(dǎo)線框運動的速度v＝＝ m/s＝0.5 m/s，根據(jù)E＝BLv＝0.01 V可知，B＝0.2 T，A錯誤，B正確；根據(jù)楞次定律可知，磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外，C正確；在t＝0.4 s至t＝0.6 s這段時間內(nèi)，導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流I＝＝ A＝2 A，安培力大小為F＝BIL＝0.04 N，D錯誤． 11．一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝55∶3，原線圈輸入電壓u隨時間t的變化規(guī)律為u＝220sin (100πt) V．理想交流電壓表V、理想交流電流表A按如圖11所示方式連接，副線圈接入一個R＝6 Ω的電阻，則(　　) 圖11 A．經(jīng)過1分鐘電阻R產(chǎn)生的熱量是1 440 J B．與電阻R并聯(lián)的電壓表的示數(shù)約為20 V C．電流表A的示數(shù)約為0.11 A D．當(dāng)再將一個電阻與電阻R并聯(lián)時，變壓器的輸出電壓減小 答案　AC 解析　變壓器原線圈電壓有效值為220 V，則副線圈電壓為U2＝U1＝220 V＝12 V，則電壓表讀數(shù)為12 V，經(jīng)過1分鐘電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為：Q＝t＝60 J＝1 440 J，選項A正確，B錯誤；電流表A的讀數(shù)：I1＝I2＝ A＝A≈0.11 A，選項C正確；變壓器輸出電壓只與原線圈電壓和匝數(shù)比有關(guān)，與負(fù)載電阻無關(guān)，故選項D錯誤；故選A、C. 12．如圖12所示，兩電阻可忽略不計的光滑平行長金屬導(dǎo)軌相距為d，導(dǎo)軌與水平面的夾角為30，上端ab處接有阻值為R的定值電阻，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直軌道平面向上．現(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻為R的金屬桿從軌道上端ab處靜止釋放，向下運動的距離為x時達到最大速度，則下列說法正確的是(　　) 圖12 A．金屬桿運動的最大速度為 B．金屬桿從靜止釋放到達到最大速度過程中，通過電阻R的電荷量為 C．金屬桿從靜止釋放到達到最大速度過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為－ D．金屬桿運動的最大加速度為 答案　AD 解析　金屬桿剛剛釋放時只受重力和支持力，其加速度最大，由mgsin 30＝ma得，a＝，D項正確；對金屬桿受力分析可得，mgsin 30－F安＝ma′，金屬桿的加速度為零時，金屬桿運動的速度最大，此時的感應(yīng)電動勢E＝Bdv，感應(yīng)電流I＝，金屬桿受到的安培力F安＝BId，則金屬桿運動的最大速度v＝，A項正確；金屬桿從靜止釋放到達到最大速度過程中，由法拉第電磁感應(yīng)定律得，通過電阻R的電荷量為q＝＝，B項錯誤；金屬桿從靜止釋放到達到最大速度過程中，由能量守恒可得，mgxsin 30＝mv2＋2Q，解得，Q＝－，C項錯誤． 二、非選擇題(本題共5小題，共計52分) 13．(6分)在研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實驗中． (1)為了能明顯地觀察到實驗現(xiàn)象，請在如圖13所示的實驗器材中選擇必要的器材，在圖中用實線連接成相應(yīng)的實物電路圖． 圖13 (2)將原線圈插入副線圈中，閉合開關(guān)，副線圈中的感應(yīng)電流方向與原線圈中電流的繞行方向________(填“相同”或“相反”)． (3)將原線圈拔出時，副線圈中的感應(yīng)電流與原線圈中電流的繞行方向________(填“相同”或“相反”)． 答案　(1)見解析圖　(2)相反　(3)相同 解析　(1)實物電路圖如圖所示． (2)因閉合開關(guān)時，穿過副線圈的磁通量增大，由楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，故電流繞行方向相反． (3)將原線圈拔出時，穿過副線圈的磁通量減小，由楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，故電流繞行方向相同． 14．(10分)如圖14所示，質(zhì)量m＝0.1 kg，電阻R1＝0.3 Ω，長度l＝0.4 m的導(dǎo)體棒ab橫放在U形光滑金屬框架上．框架固定在絕緣水平面上，相距0.4 m的MM′、NN′相互平行，電阻不計且足夠長．電阻R2＝0.1 Ω的MN垂直于MM′.整個裝置處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B＝1.0 T．現(xiàn)垂直于ab施加F＝2 N的水平恒力，使棒ab從靜止開始運動，棒始終與MM′、NN′保持良好接觸． 圖14 (1)求棒ab能達到的最大速度的大??； (2)若棒ab從靜止到剛好達到最大速度的過程中，導(dǎo)體棒ab上產(chǎn)生的熱量QR1＝1.2 J，求該過程中棒ab的位移大?。? 答案　(1)5 m/s　(2)1.425 m 解析　(1)ab棒做加速度逐漸減小的加速運動， 當(dāng)a＝0時，達到最大速度vm F＝F安＝BIl I＝ E＝Blvm 得vm＝＝5 m/s. (2)棒ab從靜止到剛好達到vm的過程中，設(shè)閉合電路產(chǎn)生的總熱量為Q總， ＝ 對整個電路由功能關(guān)系得 Fx＝Q總＋mv 解得x＝1.425 m. 15．(10分)如圖15所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率為10 kW，輸出電壓為400 V，向距離較遠(yuǎn)的用戶供電，為了減少電能損失，使用2 kV高壓輸電，最后用戶得到220 V、9.5 kW的電力，變壓器可視為理想變壓器，求： 圖15 (1)升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2； (2)輸電線路導(dǎo)線的總電阻R； (3)降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n3∶n4. 答案　(1)1∶5　(2)20 Ω　(3)95∶11 解析　(1)升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比＝＝. (2)輸電線損失的功率ΔP＝0.5 kW＝IR 又P1＝P2＝U2I2 所以I2＝5 A，R＝20 Ω. (3)降壓變壓器原線圈電壓U3＝U2－I2R 降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比＝ 解得＝. 16.(12分)如圖16所示是一個交流發(fā)電機的示意圖，線圈abcd處于勻強磁場中，已知ab、bc邊長都為l＝20 cm，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝ T，線圈的匝數(shù)N＝10，線圈的總電阻r＝5 Ω，外電路負(fù)載電阻R＝15 Ω，線圈以ω＝100 rad/s的角速度繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，電表是理想電表．求： 圖16 (1)兩個電表的示數(shù)； (2)從圖示位置開始轉(zhuǎn)過45過程中通過R的電荷量； (3)線圈勻速轉(zhuǎn)動一周外力所做的功． 答案　(1)電壓表示數(shù)為30 V，電流表示數(shù)為2 A (2)0.02 C　(3)5 J 解析　(1)設(shè)正弦交流電源的電壓峰值為Em，有效值為E有 Em＝NBSω＝NBl2ω＝40 V E有＝＝40 V 由閉合電路歐姆定律得電流表示數(shù) I＝＝2 A 電壓表示數(shù)為U＝IR＝30 V. (2)設(shè)線圈在這一過程所用時間為Δt，流過R的電荷量為q q＝Δt ＝ ＝N ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BSsin 45－0＝Bl2sin 45 由以上各式求得 q＝N＝N＝0.02 C (3)轉(zhuǎn)動一周所用時間為T＝＝ s 外力所做的功等于閉合電路一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量 即W＝Q＝T. 解得W≈5 J. 17．(14分)如圖17所示，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為l＝0.5 m，其電阻不計，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30角．完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，兩棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒的質(zhì)量均為0.02 kg，電阻均為R＝0.1 Ω，整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B＝0.2 T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運動，而棒cd恰好能保持靜止．取g＝10 m/s2，問： 圖17 (1)通過cd棒的電流I是多少，方向如何？ (2)棒ab受到的力F多大？ (3)棒cd每產(chǎn)生Q＝0.1 J的熱量，力F做的功W是多少？ 答案　(1)1 A　方向由d到c　(2)0.2 N　(3)0.4 J 解析　(1)棒cd受到的安培力Fcd＝IlB 棒cd在共點力作用下平衡， 則Fcd＝mgsin 30 聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得I＝1 A，方向由d到c. (2)棒ab與棒cd受到的安培力大小相等Fab＝Fcd 對棒ab由共點力平衡有F＝mgsin 30＋IlB 代入數(shù)據(jù)解得F＝0.2 N (3)設(shè)在時間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q＝0.1 J熱量， 由焦耳定律可知Q＝I2Rt 設(shè)ab棒勻速運動的速度大小為v， 則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv 由閉合電路歐姆定律知I＝ 由運動學(xué)公式知，在時間t內(nèi)，棒ab沿導(dǎo)軌的位移 x＝vt 力F做的功W＝Fx 綜合上述各式，代入數(shù)據(jù)解得W＝0.4 J.