1、温馨提示： 此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。模块素养评价 (90分钟100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。其中19题为单选,1012题为多选)1.法拉第发明了世界上第一台发电机法拉第圆盘发电机。如图所示,紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个摇柄,边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴,用导线将电刷与电流表连接起来形成回路。转动摇柄,使圆盘逆时针匀速转动,电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是()A.回路中电流大小变化,方向不变B.回路中电流大小不变,方向变化C.回路中电流的
2、大小和方向都周期性变化D.回路中电流方向不变,从b导线流进电流表【解析】选D。圆盘在磁场中切割磁感线产生恒定的感应电动势E=BR2,由右手定则判断得a端为负极、b端为正极,所以只有D项正确。2.如图甲所示,矩形线圈abcd固定于方向相反的两个磁场中,两磁场的分界线OO恰好把线圈分成对称的左右两部分,两磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,规定磁场垂直纸面向内为正,线圈中感应电流逆时针方向为正。则线圈感应电流随时间的变化图象为()【解析】选A。因磁场是均匀变化的,由法拉第电磁感应定律和欧姆定律知,感应电流的大小不变,故C、D项错误;在开始阶段OO左侧磁场增强,OO右侧磁场减弱,由楞次定律可
3、知线圈中有逆时针方向的感应电流,A项对,B项错。【加固训练】如图所示,矩形线圈abcd的面积为S,匝数为N,线圈电阻为R,在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动(P1与ab边重合,P2过ad边的中点),从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过90的过程中,绕P1及P2轴转动产生的交变电流的大小、通过线圈的电荷量及线圈中产生的热量分别为I1、q1、Q1及I2、q2、Q2,则下列判断正确的是()A.线圈绕P1和P2轴转动时电流的方向相同,都是abcdaB.q1q2C.I1=I2D.Q1Q2【解析】选C。绕P1、P2轴转动时电流的方向相同,但电流的方向为adcb
4、a,选项A错误;电荷量q=,与绕哪个轴转动没有关系,选项B错误;线圈分别绕两轴转动时产生的电动势相同,所以电流相同,产生的热量也相同,选项C正确,选项D错误。3.在如图a所示的虚线框内有匀强磁场,设图示磁场方向为正,磁感应强度随时间变化规律如图b所示。边长为l,电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中,磁场方向垂直于线框平面,此时线框ab边的发热功率为P,则下列说法正确的是 ()A.磁感应强度B0=B.线框中感应电流为I=2C.线框cd边的发热功率为2PD.a端电势高于b端电势【解析】选B。由题图b可知,线框中产生的感应电动势恒定,线框ab边的发热功率为P=,感应电动势E=S=,所以B
5、0=,A错误;由P=I2R可得线框中的感应电流I=2,B正确;cd边电阻等于ab边电阻,而两边流过的电流相等,因此发热功率相等,C错误;由楞次定律可判断,线框中感应电流方向为adcba方向,因此a端电势比b端低,D错误。【加固训练】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Ua、Ub、Uc和Ud。下列判断正确的是()A.UaUbUcUd B.UaUbUdUcC.Ua=UbUc=Ud D.UbUaUdUc【解析】选B。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
6、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:Ua=BLv=,Ub=BLv=,Uc=B2Lv=,Ud=B2Lv=,故A、C、D错误,B正确。4.(2020山东等级考)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=223,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 ,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 、R2=5 , 滑动变阻器R的最大阻值为10 。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为()A.1 B.5 C.6 D.8 【解析】选A。输电电压的有效值为(即原线圈电压的有效值)U1= V=220 V,根据理想变压
7、器电压规律=可知副线圈电压有效值为U2=U1=220 V=30 V,灯泡正常工作时电压为24 V,则通过灯泡的电流即副线圈部分的干路电流为IL= A=1.6 A,根据串联分压规律可知,R1和R2、R构成的并联电路部分的分压为U=U2-UL=30 V-24 V=6 V,则通过R1的电流为I1= A=0.6 A,通过R2、R的电流为I2=IL-I1=1.6 A-0.6 A=1 A,R2、R串联的总电阻R2+R=,解得滑动变阻器的阻值为R=-R2= -5 =1 ,A正确,B、C、D均错误。故选A。5.如图所示,L为电阻很小的线圈,G1和G2为内阻可不计、零点在表盘中央的电流计。当开关K处于闭合状态时
8、,两表的指针皆偏向右方。那么,当开关K断开时,将出现()A.G1和G2的指针都立即回到零点B.G1的指针立即回到零点,而G2的指针缓慢地回到零点C.G1的指针缓慢地回到零点,而G2的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点D.G1的指针先立即偏向左方,然后缓慢地回到零点,而G2的指针缓慢地回到零点【解析】选D。K断开后,自感电流的方向与G1原电流方向相反,与G2原电流方向相同。故选D。【加固训练】(多选)如图所示的电路中,线圈L的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计,A、B是两个相同的灯泡,下列说法中正确的是()A.S闭合后,A、B同时发光且亮度不变B.S闭合后,A立即发光,然后又逐渐熄灭C.S断
9、开的瞬间,A、B同时熄灭D.S断开的瞬间,A再次发光,然后又逐渐熄灭【解析】选B、D。线圈对变化的电流有阻碍作用,开关闭合时,A、B串联, 同时发光,但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计,使A被短路,所以A项错误,B项正确;开关断开时,线圈产生自感电动势,与A构成回路,A再次发光,然后又逐渐熄灭,所以C项错误,D项正确。6.电源、开关S和S、定值电阻R1、光敏电阻R2和电容器连接成如图所示电路,电容器的两平行板水平放置。当开关S、S闭合,并且无光照射光敏电阻R2时,一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点。当用强光照射光敏电阻R2时,光敏电阻的阻值变小,则()A.液滴向下运动B.液滴仍然静止C.R
10、2两端的电势差是否升高无法分析D.当光照强度不变时断开S,把电容器的上极板向上移一小段距离,则上极板的电势比A点的电势高【解析】选D。当用强光照射光敏电阻R2时,光敏电阻的阻值变小,R2两端的电势差降低,R1两端的电势差升高,电容器极板之间电压升高,液滴向上运动,选项A、B、C错误;当光照强度不变,断开S时,电容器所带电荷量不变,把电容器的上极板向上移一小段距离,电容器电容变小,又Q=CU,则上极板的电势比A点的电势高,选项D正确。7.如图所示,一无限长通电直导线固定在光滑水平面上,金属环质量为0.2 kg,在该平面上以v0=4 m/s、与导线成60角的初速度运动,最后达到稳定状态,这一过程中
11、环中产生的电能为()A.1.6 JB.1.2 JC.0.8 JD.0.4 J【解析】选B。金属环远离通电直导线过程中,金属环中有感应电流,受到垂直通电直导线方向的安培力,最终金属环垂直通电直导线方向的速度变为零,沿通电直导线方向的速度不变,将金属环的速度v0分解为沿通电直导线方向的vy和垂直通电直导线方向的vx,则vy=v0cos 60,所以这一过程中环中产生的电能为E=m-m=1.2 J,B项正确。8.(2020全国卷)如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到()A.拨至M端或N端,圆环都
12、向左运动B.拨至M端或N端,圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动【解析】选B。不论开关S拨至M端或N端,穿过右边金属圆环的磁通量都会增加,由楞次定律的“增缩减扩”可知,圆环向右运动才能减小磁通量的增加,故B正确。9.如图甲所示,导体棒MN置于水平导轨上,PQMN所围的面积为S,PQ之间有阻值为R的电阻,不计导轨和导体棒的电阻。导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场,规定磁场方向竖直向上为正,在02t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示,导体棒MN始终处于静止状态。下列说法正确的是()A.在0t0和t02t0时间内,导体棒受
13、到的导轨的摩擦力方向相同B.在0t0时间内,通过导体棒的电流方向为N到MC.在t02t0时间内,通过电阻R的电流大小为D.在0t0时间内,通过电阻R的电荷量为【解析】选B。导体棒MN始终静止,与导轨围成的线框面积不变,根据电磁感应可得感应电动势E=S,即感应电动势与B-t图象斜率成正比,0t0时间内的感应电流I1=S=S,t02t0时间内的感应电流I2=S=S,选项C错误。0t0时间内竖直向上的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场方向竖直向上,感应电流为N到M,选项B正确。0t0时间内磁通量在减小,根据楞次定律要阻碍磁通量的减小,导体棒有向右运动的趋势,摩擦力水平向左;t02t0时间内磁通
14、量增大,同理可判断导体棒有向左运动的趋势,摩擦力水平向右,选项A错误。在0t0时间内,通过电阻R的电荷量Q=t=t=St=,选项D错误。10.(2020全国卷)如图,U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上,ab和dc边平行,和bc边垂直。ab、dc足够长,整个金属框电阻可忽略,一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上,用水平恒力F向右拉动金属框,运动过程中,装置始终处于竖直向下的匀强磁场中,MN与金属框保持良好接触,且与bc边保持平行。经过一段时间后()A.金属框的速度大小趋于恒定值B.金属框的加速度大小趋于恒定值C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值D.导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值【
15、解析】选B、C。由bc边切割磁感线产生电动势,形成电流,使得导体棒MN受到向右的安培力,向右做加速运动,bc边受到向左的安培力,向右做加速运动。当MN运动时,金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线,设导体棒MN和金属框的速度分别为v1、v2,则电路中的电动势E=BL(v2-v1),导体棒中的电流I=,金属框受到的安培力F安框=,与运动方向相反,导体棒MN受到的安培力F安MN=,与运动方向相同。设导体棒MN和金属框的质量分别为m1、m2,则对导体棒MN根据牛顿第二定律有=m1a1,对金属框abcd根据牛顿第二定律有F-=m2a2。因初始速度均为零,则a1从零开始逐渐增加,a2从开始逐渐减小,当
16、a1=a2时,解得金属框相对金属棒的速度为v2-v1=,则v2-v1大小恒定,结合=m1a1、F安MN=可知,金属框的加速度大小趋于恒定值,导体棒所受安培力大小也趋于恒定值,故选项B、C正确;整个运动过程可用速度-时间图像描述,如图,则金属框的速度会一直增大,导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大,选项A、D错误。故选B、C。11.(2020全国卷)在图(a)所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为101,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 ,R3=20 ,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的
17、是()A.所用交流电的频率为50 HzB.电压表的示数为100 VC.电流表的示数为1.0 AD.变压器传输的电功率为15.0 W【解析】选A、D。由图(b)可知,T=0.02 s,所以f=50 Hz,A正确;由图(b)可知电流i2的最大值为Im= A,故有效值I2=1 A,R2两端的电压U2=I2R2=10 V,由理想变压器的电压特点=可得原线圈的两端电压U1=100 V,所以电压表的示数为UV=220 V-100 V=120 V,B错误;由欧姆定律得IA= A=0.5 A,C错误;变压器副线圈的电流I=1 A+0.5 A=1.5 A,变压器传输的电功率P=U2I=10 V1.5 A=15.
18、0 W,D正确。【加固训练】如图,一理想变压器的原线圈A、B两端接入电压为u=220sin (100t)V的交变电流。原线圈匝数n1=1 100 匝,副线圈匝数为n2=30 匝,则()A.副线圈中磁通量变化率的最大值为0.2 VB.将耐压值为6 V的电容器接在C、D两端,能正常工作C.把额定电压为8 V的小灯泡接在C、D两端,小灯泡能正常工作D.把电磁打点计时器接在C、D两端,打点周期为0.02 s【解析】选D。副线圈中磁通量的变化率与原线圈中的相同,为=,因此磁通量变化率最大值=0.2 V,故A错误;变压器输出电压最大值由=得U2m=6 V,大于电容器的耐压值,B错误;输出电压有效值为6 V
19、,小于小灯泡的额定电压,C错误;由于该交流电的周期为0.02 s,因此D正确。12.(2020天津等级考)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电。在充电过程中()A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D.手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失【解析】选A、C。充电基座上的送电线圈通入的是正弦
20、式的交变电流,它是场源电流,由于它本身是周期性的,所以由它激发出来的电场也是周期性的,故A正确,B错误;送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递,其原理是电磁感应,故C正确;手机和基座无需导线连接,这样传递能量也是有损失的,不是所有通过送电线圈的磁感线都能通过受电线圈,这一部分能量就是损失能量,故D错误。二、实验题(本题共2小题,共12分)13.(6分)如图(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用DIS方法对模型进行测量,其结果如图(b)中电脑屏幕所示。(1)图(a)中的传感器为_传感器。(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲,其相对应的压力图线应是图(
21、b)电脑屏幕上的_(选填“a”“b”或“c”)。(3)如增大小球在斜槽上的高度,小球过凸形桥甲时的压力图线如何变化?【解析】(1)该传感器把力信号转化为电信号,属于力电传感器。(2)小球经过凸形桥甲的最高点时,压力小于重力,其相对应的图线应是电脑屏幕上的c。(3)增大小球在斜槽上的高度,小球经凸形桥甲的最高点时压力更小,其图线与c相比较,最低点应更低一些。答案:(1)力电(2)c(3)见解析14.(6分)如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。(1)为了通过测量得到如图所示I-U关系的完整曲线,在如图所示的a和b两个电路中应选择的是图_。(2)在图
22、c所示电路中,电源电压恒为9 V,当给热敏电阻加热后,电流表读数将_(选填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】(1)由于图中要求测量多组数据,所测电压调节范围较大,且从零开始变化,故应选图a;(2)热敏电阻温度升高时,其电阻值减小,故干路中的电流增大。答案:(1)a(2)增大三、计算题(本题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)15.(8分)如图所示,水平桌面上有两个质量为m=5.010-3 kg、边长均为L=0.2 m的正方形线框A和B,电阻均为R=0.5 ,用绝缘细线相连静止于宽为d=0.8 m的匀强磁场的两边,磁感应强度B=1.0 T,垂直桌面向下,
23、现用水平恒力F=0.8 N拉线框B,不计摩擦,线框A的右边离开磁场时恰好做匀速运动,求:(1)线框匀速运动的速度;(2)线框产生的焦耳热。【解析】(1)线框A的右边离开磁场时E=BLv,I=,(2分)平衡条件为F=BIL,所以v=10 m/s。(2分)(2)由能量守恒定律Q=F(d+L)-2mv2,(2分)代入数据解得线框产生的焦耳热Q=0.3 J。(2分)答案:(1)10 m/s(2)0.3 J16.(8分)某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径为R=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上。转轴的左端有一
24、个半径为r=的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5 kg的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T。a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连。测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度。铝块由静止释放,下落h=0.3 m时,测得U=0.15 V。(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10 m/s2)(1)测U时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?(2)求此时铝块的速度大小。(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。【解析】(1)由右手定则可知,A是电源正极,所以
25、a点接的是电压表的正极。(1分)(2)金属棒切割磁感线产生的电动势E=,(2分)金属圆盘和金属棒的角速度相同,设为,铝块速度为v,则v=,vA=R(1分)代入数据可得v=2 m/s(其中E=U)。(1分)(3)根据能量的转化与守恒,下落过程中铝块机械能的损失E=mgh-,(2分)代入数据得E=0.5 J。(1分)答案:(1)正极(2)2 m/s(3)0.5 J17.(10分)发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器),若发电站的输出功率是100 kW,输出电压是250 V,升压变压器的原副线圈的匝数比为125。(1)画出上述输电全过程
26、的线路图;(2)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流;(3)若输电导线电阻为10 ,求降压变压器原线圈两端的电压;(4)计算降压变压器的输出功率。【解析】(1)线路图如图所示:(2分)(2)对升压变压器,据公式=,有U2=U1=250 V=6250 V,(2分)I2= A=16 A。(2分)(3)U3=U2-I2R线=(6 250-1610)V=6 090 V(2分)(4)P4=P1-P损=P1-R线=97.44 kW。(2分)答案:(1)见解析图(2)6 250 V16 A(3)6 090 V(4)97.44 kW18.(14分)如图(a)所示,平行长直金属导轨水平放置,间距L=0.4
27、m。导轨右端接有阻值R=1 的电阻,导体棒垂直放置在导轨上,且接触良好,导体棒及导轨的电阻均不计,导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场,bd连线与导轨垂直,长度也为L。从0时刻开始,磁感应强度B的大小随时间t变化规律如图(b)所示;同一时刻,棒从导轨左端开始向右匀速运动,1 s后刚好进入磁场,若使棒在导轨上始终以v=1 m/s的速度做直线运动,求:(1)棒进入磁场前,回路中的电动势E;(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F,以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式。【解析】(1)设正方形磁场的面积为S,则S=0.08 m2。(1分)在棒进入磁场前,回路中的感应电动势是由
28、于磁场的变化而产生的。由B-t图象可知=0.5 T/s,(2分)根据E=n,得回路中的感应电动势E=S=0.50.08 V=0.04 V。(2分)(2)当导体棒通过bd位置时感应电动势、感应电流最大,导体棒受到的安培力最大。此时感应电动势E=BLv=0.50.41 V=0.2 V;(1分)回路中感应电流I= A=0.2 A;(1分)导体棒受到的安培力F=BIL=0.50.20.4 N=0.04 N;(1分)当导体棒通过三角形abd区域时,导体棒切割磁感线的有效长度l=2v(t-1)m(1 st1.2 s);(2分)感应电动势e=Blv=2Bv2(t-1)=(t-1) V (1 st1.2 s);(2分)感应电流i=(t-1)A (1 st1.2 s)。(2分)答案:(1)0.04 V(2)0.04 Ni=(t-1) A (1 st1.2 s)关闭Word文档返回原板块