2019-2020学年高中物理第6章传感器模块标准测评含解析 人教版选修3-2

2019-2020学年高中物理第6章传感器模块标准测评含解析 人教版选修3-2

模块标准测评 ‎(时间：90分钟　满分：110分)‎ 一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，1～7题只有一个选项符合题意，8～10题有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)‎ ‎　‎ ‎1．关于电磁感应现象，下列说法正确的是(　　)‎ A．只要有磁感线穿过电路，电路中就有感应电流 B．只要闭合电路在做切割磁感线运动，电路中就有感应电流 C．只要穿过闭合电路的磁通量足够大，电路中就有感应电流 D．只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电流 D　解析　产生感应电流的条件：一是电路闭合，二是穿过电路的磁通量发生变化，二者必须同时满足，选项A、C错误，D正确；闭合电路切割磁感线时，穿过其中的磁通量不一定变化，也不一定产生感应电流，选项B错误．‎ ‎2．如图所示，分别接有电压表V和电流表A的两个相同闭合回路，以相同的速度在匀强磁场中匀速向右运动，下列说法正确的是(　　)‎ A．电流表示数为零，电压表示数不为零 B．电流表示数为零，电压表示数为零 C．电流表示数不为零，电压表示数为零 D．电流表示数不为零，电压表示数不为零 B　解析　闭合回路向右匀速运动时，穿过回路的磁通量不变，回路中不产生感应电流，根据电压表、电流表工作原理，两表示数均为零，选项B正确．‎ ‎3．　如图所示，线框abcd在垂直纸面的匀强磁场中绕ab轴从图示位置开始转动180°的过程中，关于线框abcd中电流方向的描述正确的是(　　)‎ A．先a→d→c→b→a，后a→b→c→d→a B．先a→b→c→d→a，后a→d→c→b→a 11‎ C．a→d→c→b→a D．a→b→c→d→a C　解析　由楞次定律分析可知感应电流方向始终沿a→d→c→b→a方向．‎ ‎4．　一交流电压为u＝100sin 100πt V，由此表达式可知(　　)‎ A．用电压表测量该电压，其示数为141 V B．该交流电压的周期为0.02 s C．将该电压加在“100 V　100 W”的灯泡两端，灯泡的实际功率大于100 W D．t＝ s时，该交流电压的瞬时值为50 V B　解析　电压表所测的是交流电的有效值，故用电压表测量该电压，其示数为 V＝100 V，选项A错误；该交流电压的周期为T＝＝ s＝0.02 s，选项B正确；因交流电的有效值为100 V，故将该电压加在“100 V　100 W”的灯泡两端，灯泡的实际功率等于100 W，选项C错误；t＝ s时，该交流电压的瞬时值为u＝100sin (100π×) V＝100 V，选项D错误．‎ ‎5．在一根电阻丝两端加25 V的恒定电压，1 min内产生的热量为Q；若在同样的电阻丝两端加正弦交流电压，0.5 min内产生的热量也为Q，则该正弦交流电压的峰值为(　　)‎ A．141.4 V B．100 V C．70.7 V D．50 V D　解析　根据正弦交流电流的有效值定义可得·t＝2··0.5t，解得Um＝2U＝50 V，选项D正确．‎ ‎6．如图所示，Rt为金属热电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)‎ A．金属热电阻温度升高，其他条件不变 B．金属热电阻温度降低，光照强度减弱，其他条件不变 C．光照强度增强，其他条件不变 D．光照强度增强，金属热电阻温度升高，其他条件不变 B　解析　当光照强度减弱时，R1增大，并联部分电阻变大，分压增大，通过R3的电流增大，电压表示数增大；当温度降低时，Rt减小，并联部分电阻减小，分压减小，通过R1‎ 11‎ 的电流变小，又因为总电阻减小使得总电流变大，所以通过R3的电流增大，电压表示数增大．综合以上分析得光照强度减弱和温度降低都能使电压表示数增大，故选项B正确，A、C、D错误．‎ ‎7．如图所示为一理想变压器，电流表A1、A2，电压表V1、V2，皆为理想电表，R为定值电阻，在接线柱a、b间接入u＝311sin πt V的正弦交流电．在滑动变阻器的滑片P向上滑动的过程中，示数变小的电表是(　　)‎ A．A1 B．A2　‎ C．V1 D．V2‎ D　解析　由题可知，电压表V1直接并联在a、b两端，故其示数U1不变，当滑片P向上滑动的过程中，滑动变阻器接入电路中的电阻减小，故副线圈中电流表A2的示数I2增大，由n1I1＝n2I2可知，电流表A1示数I1增大，故原线圈中电阻两端的电压UR＝I1R也增大，原线圈的输入电压U1′＝U1－UR减小，结合＝可知，电压表V2的示数U2减小，选项D正确．‎ ‎8．　如图所示，匝数为10的矩形线框处在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴以恒定角速度ω＝10 rad/s在匀强磁场中转动，线框电阻不计，面积为0.4 m2，线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连，副线圈接有一只灯泡L“4W　100Ω”和滑动变阻器，已知图示状况下灯泡正常发光，电流表视为理想电表，则下列说法正确的是(　　)‎ A．此时原、副线圈的匝数比为2∶1‎ B．此时电流表的示数为0.4 A C．若将自耦变压器触头向下滑动，灯泡会变暗 D．若将滑动变阻器滑片向上移动，则电流表示数增大 AC　解析　原线圈两端的电压有效值U1＝NBSω＝40 V，副线圈两端的电压有效值U2＝＝20 V，根据＝可知原、副线圈的匝线比为2∶1，选项A正确；由于滑动变阻器接入电路的阻值未知，因此电流表的读数无法知道，选项B错误；若将自耦变压器触头向下滑动时，‎ 11‎ n2变小，加到副线圈两端的电压减小，因此灯泡会变暗，选项C正确；若将滑动变阻器滑片向上移动，滑动变阻器接入电路的阻值变大，总电阻变大，总电流减小，因此变压器的输入电流也会减小，即电流表示数减小，选项D错误．‎ ‎9．如图甲所示，在匀强磁场中有两条水平放置、电阻可忽略的光滑平行金属轨道，在轨道的左端接一电阻R，R两端与电压传感器相连，一根电阻为r的导体棒垂直轨道放置．从t＝0时刻起对导体棒施加一向右的水平恒力F，使其由静止开始向右运动，用电压传感器瞬时采集电阻R两端的电压U，并用计算机绘制出U－t图象．若施加在导体棒上的水平恒力F持续作用一段时间后撤去，那么计算机绘制的图象不可能是(　　)‎ BCD　解析　当恒力F作用在导体棒上时，导体棒做加速运动，由E＝BLv、I＝及F安＝BIL可得F安＝，即导体棒所受安培力逐渐增大，结合F－F安＝ma可知，导体棒在做加速度逐渐减小的加速运动，结合U＝BLv可知，选项C、D错误；撤去F后，在安培力F安＝的作用下，导体棒的速度逐渐减小，因此安培力逐渐减小，导体棒的加速度逐渐减小，故导体棒在做加速度减小的减速运动，结合U＝BLv可知，选项A正确，B错误．‎ ‎10．　如图所示，等腰直角区域EFG内有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，直角边GF长度为2L.现有一电阻为R的闭合直角梯形导线框ABCD以恒定速度v水平向右匀速通过磁场．t＝0时刻恰好位于图示位置(即BC与EF在一条直线上，且C与E重合)，规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线错误的是(　　)‎ 11‎ ABD　解析　梯形线框在进入磁场0～L的过程中，i＝随l的增大而均匀增大，并且电流的方向为逆时针，在L～2L的过程中i＝随l的减小而减小，方向仍为逆时针，在2L～3L的过程中，i＝随l的增大而增大，方向为顺时针，故选项C正确，A、B、D错误．‎ 二、填空题(共2小题，共12分)‎ ‎11．(5分)在操场上，两同学相距L为10 m左右，在东偏北、西偏南11°的沿垂直于地磁场方向的两个位置上，面对面将一并联铜芯双绞线像甩跳绳一样摇动，并将线的两端分别接在灵敏电流计上．双绞线并联后的电阻R为2 Ω，绳摇动的频率配合节拍器的节奏，保持f＝2 Hz.如果同学摇动绳子的最大圆半径h＝1 m，电流计的最大值i＝3 mA．‎ ‎(1)试估算地磁场的磁感应强度的数量级为________.数学表达式B＝________.(用R、I、L、f、h等已知量表示)‎ ‎(2)将两人的位置改为与刚才方向垂直的两点上，那么电流计的读数为________.‎ 解析　(1)绳子运动，产生的最大感应电动势为 E＝BLv＝BL·2πf·h＝2πBLfh，‎ 11‎ 由闭合电路欧姆定律得E＝IR，由以上两式得 B＝≈5×10－5 T.‎ ‎(2)将两人位置改为与刚才方向垂直的两点上时，绳不切割磁感线，因而无感应电流产生．‎ 答案　(1)10－5　　(2)0‎ ‎12．(7分)如图甲所示是某同学探究热敏电阻的阻值随温度变化的规律时设计的电路图．‎ 甲　　　　　　　　　　乙 ‎(1)根据电路图，在如图乙所示的实物上连线．‎ ‎(2)通过实验，他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图丙所示，由图可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而________.‎ 丙 ‎(3)他将这个热敏电阻接入如图丁所示的电路中，已知电源电压为9 V，R1＝30 Ω，内阻不计的毫安表读数为500 mA，则R2的阻值为________.‎ 丁 解析　(2)由热敏电阻伏安特性曲线可知，随电流、电压的增大，曲线斜率也增大，因此热敏电阻的阻值减小．‎ ‎(3)毫安表内阻不计，则通过R1的电流I1＝＝ A＝300 mA，通过R2和R的电流为 I2＝IA－I1＝500　mA－300　mA＝200　mA，‎ 由R的伏安特性曲线可以读出，当I2＝200 mA时，R两端的电压为U＝4 V，‎ 则R2两端的电压U2 ＝ E－U＝5 V，‎ 11‎ 所以R2＝＝ Ω＝25 Ω.‎ 答案　(1)连接实物图如图所示 ‎(2)减小　(3)25 Ω 三、解答题(共4小题，共48分)‎ ‎13．(10分)如图甲所示，固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一个小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0 Ω，所围成的矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBm·Scos ，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：‎ 甲 乙 ‎(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；‎ ‎(2)小灯泡消耗的电功率；‎ ‎(3)在0～时间内，通过小灯泡的电荷量．‎ 解析　(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T＝3.14×10－2 s，所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V.‎ ‎(2)电流的最大值Im＝＝0.80 A，有效值I＝＝ A，小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2.88 W.‎ 11‎ ‎(3)在0～时间内，电动势的平均值＝，‎ 平均电流＝＝，‎ 通过小灯泡的电荷量q＝Δt＝＝4.0×10－3‎ C．‎ 答案　(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10－3 C ‎14．(12分)某村通过水电站发电对用户供电，输电线路如图所示．已知发电机的输出电压为500 V，输出功率为9 kW，用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶3的理想变压器升压后向远处送电，输电导线的总电阻为10 Ω，在接近用户时再用变压比为72∶11的理想变压器降压后供给用户．求：‎ ‎(1)输电线上损失的电压和电功率；‎ ‎(2)用户得到的电压和电功率．‎ 解析　(1)设升压变压器副线圈两端的电压为U2，有＝，其中U1＝500 V，解得U2＝1 500 V，‎ 设输电线中的电流为I线，有I线＝，其中P送＝9 kW，‎ 解得I线＝6 A，‎ 输电线上损耗的电压U损＝I线R线＝6×10 V＝60 V，‎ 输电线上损耗的电功率P损＝IR线＝360 W.‎ ‎(2)降压变压器原线圈两端的电压U3＝U2－U损＝1 440 V，‎ 设用户得到的电压(降压变压器副线圈两端的电压)为U4，有＝，其中＝，‎ 解得U4＝220 V，‎ 用户得到的电功率P用户＝P送－P损＝8 640 W.‎ 答案　(1)60 V　360 W　(2)220 V　8 640 W ‎15．(13分)　如图所示，电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为θ，导轨间距为l，轨道所在平面的正方形区域内存在一有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面向上．电阻相同、质量均为m的两根相同金属杆甲和乙放置在导轨上，金属杆甲恰好处在磁场的上边界处，甲、乙相距也为l 11‎ ‎.在静止释放两金属杆的同时，对甲施加一沿导轨平面且垂直于金属杆甲的外力，使甲在沿导轨向下的运动过程中始终以加速度a＝gsin θ做匀加速直线运动，金属杆乙进入磁场时立即做匀速运动．‎ ‎ (1)求金属杆的电阻R；‎ ‎(2)若从开始释放两金属杆到金属杆乙刚离开磁场的过程中，金属杆乙中所产生的焦耳热为Q，求外力F在此过程中所做的功．‎ 解析　(1)在乙尚未进入磁场中的过程中，甲、乙的加速度相同，设乙刚进入磁场时的速度为v，‎ v2＝2ax，v＝，‎ 乙刚进入磁场时，对乙根据平衡条件得 mgsin θ＝，R＝.‎ ‎(2)设乙从释放到刚进入磁场过程中做匀加速直线运动所需要的时间为t1，‎ l＝(gsin θ)t，t1＝.‎ 设乙从进入磁场过程至刚离开磁场的过程中做匀速直线运动所需要的时间为t2，‎ l＝vt2，t2＝.‎ 设乙离开磁场时，甲的速度为v′，‎ v′＝(gsin θ)(t1＋t2)＝，‎ 设甲从开始释放至乙离开磁场的过程中的位移为x，‎ x＝(gsin θ)(t1＋t2)2＝l，‎ 根据能量守恒得 mgxsin θ＋mg·2lsin θ＋WF＝2Q＋mv2＋mv′2，‎ 解得WF＝2Q－mglsin θ.‎ 答案　(1)　(2)2Q－mglsin θ ‎16．(13分)　如图所示，光滑的定滑轮上绕有轻质柔软细线，线的一端系一质量为3m的重物，另一端系一质量为m、电阻为r的金属杆，在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PQ、EF，在QF之间连接有阻值为R的电阻，其余电阻不计，磁感应强度为B0的匀强磁场与导轨平面垂直，开始时金属杆置于导轨下端QF处，将重物由静止释放，当重物下降h 11‎ 时恰好达到稳定速度而匀速下降．运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好，忽略所有摩擦，重力加速度为g，求：‎ ‎(1)重物匀速下降的速度v；‎ ‎(2)重物从释放到下降h的过程中，电阻R中产生的焦耳热QR；‎ ‎(3)将重物下降h时的时刻记作t＝0，速度记为v0，若从t＝0开始磁感应强度逐渐减小，且金属杆中始终不产生感应电流，试写出磁感应强度的大小B随时间t变化的关系式．‎ 解析　(1)重物匀速下降时，分析金属杆受力T＝mg＋F，‎ 又F＝B0IL＝，分析重物受力T＝3mg，‎ 所以v＝.‎ ‎(2)设电路中产生的总焦耳热为Q，则由能量守恒得 ‎3mgh－mgh＝·(3m)v2＋mv2＋Q，‎ 由串联电路特点，电阻R中产生的焦耳热QR＝Q，‎ 解得QR＝－.‎ ‎(3)金属杆中恰好不产生感应电流，即磁通量不变Φ0＝Φt，所以B0hL＝Bt(h＋h2)L，‎ 式中h2＝v0t＋at2，又a＝＝g，‎ 则磁感应强度与时间t的关系为Bt＝.‎ 答案　(1)　(2)－　‎ ‎(3)Bt＝ 11‎ 11‎