综合评估2—人教版高中物理选择性必修2

这是一份物理全册综合练习，共13页。
第二章　《电磁感应及其应用》综合评估时间：90分钟　分值：100分一、选择题(1～7为单选，每小题3分，8～10为多选，每小题5分，共36分)1．如图所示为演示交变电流的装置图，关于这个实验，正确的说法是(　C　)A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流C．图示位置，ab边的感应电流方向为由a→bD．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零解析：线圈在磁场中匀速转动，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流方向改变，线圈每转动一周，有两次经过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故选项A错误；线圈平面跟磁感线垂直的位置称为中性面，显然图中并不是中性面，选项B错误；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则可知，ab边中感应电流方向为由a→b，选项C正确；线圈平面跟磁场平行时，线圈产生的感应电动势最大，而此时的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，故选项D错误．2．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的感应电动势的最大值为50 V，那么该线圈由图示位置转过30°，线圈中的感应电动势大小为(　B　)A．50 V   B．25 VC．25 V   D．10 V解析：交流电的瞬时值表达式e＝Emsinωt.当从图中位置转过30°时，即从中性面转过了(90°－30°)，则e＝50·sin(90°－30°) V＝25 V，故B选项正确．3．在如图所示的实验中，如果AB的运动速度大小为v1，两磁极的运动速度大小为v2，则(　B　)A．当v1＝v2，且方向相同或相反，可以产生感应电流B．当v1>v2，或v1<v2，且方向相同或相反，可以产生感应电流C．无论v1与v2的大小是否相等，只要二者的方向垂直，绝不可能产生感应电流D．如果v1＝0，而两磁极运动的速度v2与导体AB始终垂直，一定能产生感应电流解析：关键是看导体AB有没有切割磁感线，分析时可把两磁极的运动速度v2看作是磁感线的运动速度．4．如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某一位置由静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面．则线框中感应电流的方向是(　B　)A．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d解析：金属线框从右侧某一位置由静止开始释放，在摆动到竖直位置的过程中，磁场自abcd的右侧面穿出，摆动过程中磁通量在减少，根据楞次定律得电流方向为d→c→b→a→d；金属线框由竖直位置摆动到左侧最高点的过程中，穿过线框的磁通量增加，根据楞次定律不难得出感应电流的方向为d→c→b→a→d.5．电阻R、电容器C与一个线圈连成闭合回路，条形磁铁静止在线圈的正上方，N极朝下，如图所示，现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　D　)A．从a到b，上极板带正电B．从a到b，下极板带正电C．从b到a，上极板带正电D．从b到a，下极板带正电解析：磁铁N极接近线圈的过程中，线圈中有向下的磁场，并且磁通量增加，由楞次定律可得，感应电流的方向为b→R→a，故电容器下极板带正电，上极板带负电，D正确．6．电阻R1、R2与交流电源按照如图甲所示方式连接，R1＝10 Ω、R2＝20 Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示．则(　B　)A．通过R1的电流的有效值是1.2 AB．R1两端的电压有效值是6 VC．通过R2的电流的最大值是1.2 AD．R2两端的电压最大值是6 V解析：由题图乙可得，正弦交变电流的最大值Im＝0.6 A，所以电流的有效值I＝＝0.6 A，电阻R1、R2串联，所以电流的最大值均为0.6 A，有效值均为0.6 A．由欧姆定律U＝IR得，U1＝IR1＝6 V，所以U1m＝U1＝6 V，U2＝IR2＝12 V，U2m＝U2＝12 V.7．“西电东送”工程中为了减少输电损耗，必须提高输电电压．从西部某电站向华东某地区输送的电功率为106 kW，输电电压为1 000 kV，输电线电阻为100 Ω.若改用超导材料作为输电线，则可减少输电损耗的功率为(　A　)A．105 kW   B．104 kWC．106 kW   D．103 kW解析：解答本题，应先计算输电电流，然后计算输电线路上损耗的功率．输电电流I＝，输电线路损失的电功率P损＝I2R＝()2R＝1×105 kW，当改用超导输电时，就不损失电能，因此减少的输电损耗就等于P损，A正确．8．如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是(　BCD　)A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B．线圈先后两次转速之比为32C．交流电a的瞬时值为u＝10sin5πt VD．交流电b的最大值为 V解析：由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题图可知TaTb＝23，故nanb＝32，B正确；由题图可知，C正确；交流电最大值Um＝NBSω，故UmaUmb＝32，故Umb＝Uma＝ V，D正确．9．如图所示，MN和PQ为两光滑的电阻不计的水平金属导轨，N、Q接理想变压器，理想变压器的输出端接电阻元件R、电容元件C，导轨上垂直放置一金属棒ab.今在水平导轨部分加一竖直向上的匀强磁场，则下列说法中正确的是(IR、IC均为有效值)(　BCD　)A．若ab棒匀速运动，则IR≠0，IC＝0B．若ab棒匀速运动，则IR＝0，IC＝0C．若ab棒在某一中心位置两侧做往复运动，则IR≠0，IC≠0D．若ab棒做匀加速运动，则IR≠0，IC＝0解析：ab匀速切割时产生恒定电动势，原线圈中有稳恒电流，故副线圈电流为零，选项A错，选项B正确；若ab棒在某一中心位置两侧做往复运动，原线圈中产生周期性变化的电流，副线圈产生电磁感应现象，副线圈电流不为零．电容器进行充放电，故选项C正确；当ab匀加速运动时，产生的电动势均匀增加，原线圈中电流均匀增加，产生的磁场均匀增强，副线圈中产生稳定的感应电动势，副线圈两端电压不变，因而电容器不会充放电．故选项D也正确．10．如图所示，平行金属导轨与水平面成θ角，导轨与固定电阻R1和R2相连，匀强磁场垂直穿过导轨平面，有一导体棒ab，质量为m，导体棒的电阻与固定电阻R1和R2的阻值均相等，与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒ab沿导轨向上滑动，当上滑的速度为v时，受到安培力的大小为F，此时(　BCD　)A．电阻R1消耗的热功率为Fv/3B．电阻R2消耗的热功率为Fv/6C．整个装置因摩擦而消耗的热功率为μmgvcosθD．整个装置消耗的机械功率为(F＋μmgcosθ)v解析：棒ab上滑速度为v时，切割磁感线产生的感应电动势E＝Blv，设棒电阻为R，则R1＝R2＝R，回路的总电阻R总＝R，通过棒的电流I＝＝，棒所受安培力F＝BIl＝，通过电阻R1的电流与通过电阻R2的电流相等，即I1＝I2＝＝，则电阻R1消耗的热功率P1＝IR＝＝，电阻R2消耗的热功率P2＝IR＝.棒与导轨间的摩擦力Ff＝μmgcosθ，故因摩擦而消耗的热功率为P＝Ffv＝μmgvcosθ；由能量的转化知，整个装置中消耗的机械功率为安培力的功率和摩擦力的功率之和，即P机＝Fv＋Ffv＝(F＋μmgcosθ)v.由以上分析可知，B、C、D选项正确．二、填空题(共22分)11．(6分)如图所示，均匀金属环的电阻为R，圆心为O，半径为L.一金属杆OA，质量可忽略不计，电阻为r，可绕O点转动，A端固定一质量为m的金属球a，球上有孔，套在圆环上可无摩擦地滑动，Ob为一导线，整个装置放在与金属环所在平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B.现把金属杆OA从水平位置由静止开始释放，运动到竖直位置时金属球a的速度为v，则金属杆OA运动到竖直位置时产生的电动势为BLv；此时OA所受安培力的功率为；金属杆OA由水平位置转到竖直位置这段时间内，电路中转化的内能为mgL－mv2.解析：金属杆OA运动到竖直位置时，金属球a的速度为v，则金属杆OA切割磁感线的平均速度为v，故产生的感应电动势为E＝BLv，此时电路中的总电阻为R总＝r＋R，则OA所受的安培力为F＝BIL＝BL＝，安培力的功率为P＝F×v＝；金属杆OA由水平位置转到竖直位置的过程中，由于金属杆质量忽略不计，故电路中转化的内能等于金属球a的机械能减小量，即E内＝mgL－mv2.12．(8分)学习了法拉第电磁感应定律后，为了定量验证感应电动势E与时间Δt成反比，某小组同学设计了如图所示的实验装置：线圈和光电门固定在水平光滑轨道上，强磁铁和挡光片固定在运动的小车上；每当小车在轨道上运动经过光电门时，光电门会记录下挡光片的挡光时间Δt，同时触发接在线圈两端的电压传感器记录下在这段时间内线圈中产生的感应电动势E.利用小车末端的弹簧将小车以不同的速度从轨道的最右端弹出，就能得到一系列的感应电动势E和挡光时间Δt.实验中得到的数据如下表：(1)观察和分析该实验装置可看出，在实验中，每次测量的时间Δt内，磁铁相对线圈运动的距离都相同(选填“相同”或“不同”)，从而实现了控制磁通量的变化量不变．(2)在得到上述表格中的数据之后，为了验证E与Δt成反比，他们想出两种办法来处理数据，第一种是计算法，即算出感应电动势E和挡光时间Δt的乘积，若该数据在误差范围内基本相等，则验证了E与Δt成反比；第二种是作图法，即在直角坐标系中作出感应电动势E与挡光时间Δt的倒数关系图线，若图线是基本过坐标原点的倾斜直线，则可验证E与Δt成反比．13．(4分)如图所示，理想变压器的原线圈与一10 V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡L1和L2.小灯泡L1的额定功率为0.3 W，正常发光时电阻为30 Ω.已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为103, 流过灯泡L2的电流为0.2 A.解析：对灯泡L1，由P＝得U2＝＝ V＝3 V，则＝＝.根据变压器的功率关系P入＝P出，可知U1I1＝10×0.09 W＝U2I2，解得I2＝0.3 A，又流过灯泡L1的电流IL1＝＝0.1 A，所以流过灯泡L2的电流IL2＝I2－IL1＝0.2 A.14．(4分)一台发电机的输出电压为5 000 V，输出功率为104 kW，向远处的用户供电的输电导线的电阻率为ρ＝1.7×10－8 Ω·m，横截面积S＝0.85 cm2，总长度为L＝800 km，若要求输电导线上的电功率损失不超过发电机输出功率的4%，则在输电时，电压应升高到200 kV，所用的升压变压器的原、副线圈匝数比应为140.解析：设输电导线的电阻为R，发电机输出电压为U1，升压变压器的输出电压为U2，输电导线上损失的功率P损＝0.04P，又P损＝IR，R＝ρ，故输电导线中的电流为I2＝＝50 A，输电电压U2＝＝200 kV；升压变压器的原、副线圈匝数比为＝＝.三、计算题(共42分)15．(8分)如图所示，边长为0.5 m的正方形线框ABCD绕AB边在匀强磁场中匀速转动，AB边和磁场垂直，转速为每秒50转，磁感应强度为0.4 T．求：(1)感应电动势的最大值；(2)在转动过程中，当穿过线框的磁通量为0.05 Wb时，感应电动势的瞬时值为多大？答案：(1)31.4 V　(2)27.2 V解析：(1)ω＝2πn≈314 rad/s，Em＝BωS＝31.4 V.(2)Φm＝BS＝0.1 Wb，由Φ＝Φmcosθ得cosθ＝＝，θ＝60°，E＝Emsinθ≈27.2 V.16．(8分)如图所示，两根相距d＝0.20 m的平行金属长导轨，固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B＝0.20 T．导轨上面横放着两根金属细杆，与两导轨构成矩形回路，每根金属细杆的电阻r＝0.25 Ω，回路中其余部分的电阻可不计．已知两金属细杆在平行于导轨的拉力F作用下，沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v＝5.0 m/s.不计导轨上的摩擦，求：(1)作用于每根金属细杆的拉力F的大小；(2)两金属杆在间距增加ΔL＝0.40 m的滑动过程中共产生的热量．答案：(1)3.2×10－2 N　(2)1.28×10－2 J解析：设匀强磁场方向竖直向上．在两金属杆匀速平移的过程中，等效电路如图所示，即两杆可以等效为两个串联的同样的电源(E0)．根据能量守恒定律，当杆匀速运动时，两拉力(F)的机械总功率等于闭合电路的热功率，即P＝2Fv＝＝，所以，每根金属杆受到的拉力大小为F＝＝3.2×10－2 N.(2)在两金属杆增加距离ΔL的过程中，产生的热量就等于两拉力所做的功，即Q＝2FΔL/2＝FΔL＝1.28×10－2 J.17．(12分)如图所示，用质量为m、电阻为R的均匀导线做成边长为l的单匝正方形线框MNPQ，线框每一边的电阻都相等．将线框置于光滑绝缘的水平面上， 在线框的右侧存在垂直水平面向里的有界匀强磁场，磁场边界间的距离为2l，磁感应强度为B.在垂直MN边的水平拉力作用下，线框以垂直磁场边界的速度v匀速穿过磁场．在运动过程中线框平面水平，且MN边与磁场的边界始终平行．求：(1)线框MN边刚进入磁场时，线框中感应电流的大小；(2)线框MN边刚进入磁场时，M、N两点间的电压UMN；(3)在线框从MN边刚进入磁场到PQ边刚穿出磁场的过程中，水平拉力对线框所做的功W.答案：(1)　(2)Blv　(3)解析：(1)线框MN边在磁场中运动时，感应电动势E＝Blv，线框中的感应电流I＝＝.(2)M、N两点间的电压UMN＝E＝Blv.(3)只有MN边在磁场中时，线框运动的时间t＝，此过程线框中产生的焦耳热Q1＝I2Rt＝，同理，只有PQ在磁场中运动时，线框产生焦耳热Q2＝Q1＝，由功能关系可知，水平拉力做的功W＝Q1＋Q2＝.18．(14分)如图所示，矩形线框的匝数N＝250匝，ab＝12 cm，ad＝10 cm，线框置于B＝ T的匀强磁场中并绕垂直于磁场的轴以120 r/min匀速转动．线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R＝12 Ω的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L.求：(1)当K接e时，电流表的读数为多少？R的热功率为多大？10 min内外力对线框做的功为多少？(2)当K接f时，氖泡闪光的频率为多大？通电10 min，氖泡发光的总时间为多少？(线框电阻不计)答案：(1)1.4 A　24 W　1.44×104 J　(2)4 Hz　400 s解析：(1)当K接e时，电流表的读数为I＝＝＝ A＝ A≈1.4 A，R的热功率P＝I2R＝()2×12 W＝24 W，外力做的功都转化为R上的热量，故W＝Pt＝24×10×60 J＝1.44×104 J.(2)当K接f时，取从中性面开始计时，产生的感应电动势为E＝NBSωsinωt＝24sinωt，根据正弦曲线的变化规律，可知在交变电流的一个周期T内，氖泡发光2次，每次发光的时间为.由于T＝ s，故氖泡闪光的频率为4 Hz.通电10 min，氖泡发光的总时间为t＝10×60×(4××) s＝400 s.