人教版高中物理选择性必修第二册模块综合测评含答案

模块综合测评

一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。

1.(2023浙江温州模拟)厂商通过在手机背面安装感应线圈来实现无线充电,如图是一种结构紧凑的双层感应线圈设计图,a、b为线圈的两端。当线圈处在向上增强的磁场中时,下列说法正确的是(　　)

A.感应电流从a端流出,两层线圈相互排斥

B.感应电流从a端流出,两层线圈相互吸引

C.感应电流从b端流出,两层线圈相互排斥

D.感应电流从b端流出,两层线圈相互吸引

2.(2023山东潍坊期末)将很多质量为m、电荷量为+q、可视为质点的绝缘小球,均匀穿在由绝缘材料制成的半径为r的光滑圆轨道上并处于静止状态,轨道平面水平,空间内有分布均匀的磁场,磁场方向竖直向上,如图甲所示。磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,其中B0是已知量。已知在磁感应强度增大或减小的过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿顺时针或逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点的电场强度大小相等。关于绝缘小球的运动情况,下列说法正确的是(　　)

A.在t=0到t=T0时间内,绝缘小球均做匀速圆周运动

B.在t=T0到t=2T0时间内,绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动

C.在t=2T0到t=3T0时间内,绝缘小球均沿顺时针方向做加速圆周运动

D.在t=3T0到t=5T0时间内涡旋电场沿顺时针方向

3.(2023辽宁沈阳期末)关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是(　　)

A.电磁波能传递信息,声波不能传递信息

B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波

C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同

D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同

4.(2023江苏镇江期末)如图所示,交流发电机线圈电阻r=1 Ω,用电器电阻R=9 Ω,电压表示数为9 V,那么该交流发电机(　　)

A.电动势的峰值为10 V

B.电动势的有效值为9 V

C.线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 V

D.线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为 V

5.(2023浙江嘉兴期末)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶3,副线圈所在回路中接入三个均标有“36 V　40 W”的灯泡,且均正常发光,那么,标有“36 V　40 W”的灯泡A(　　)

A.也正常发光

B.将被烧毁

C.比另三个灯泡暗

D.无法确定

6.(2023河北石家庄期末)如图所示,电路中L是一电阻可忽略不计的电感线圈,a、b为L的左、右两端点,A、B、C为完全相同的三盏灯泡,原来开关S是闭合的,三盏灯泡均发光。某时刻将开关S断开,则下列说法正确的是(　　)

A.a点电势高于b点,A灯闪亮后缓慢熄灭

B.b点电势高于a点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭

C.a点电势高于b点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭

D.b点电势高于a点,B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭

7.(2023江西南昌期末)如图所示,在水平面上有一根通有恒定电流的直导线,直导线周围空间存在范围足够大的匀强磁场,磁场方向与水平面成60°角斜向左上方,通电直导线在磁场力作用下沿水平面始终做匀速直线运动,直导线与水平面间的动摩擦因数为0.7。现使磁场方向顺时针转30°直到竖直向上,则磁感应强度(　　)

A.一直变大

B.一直变小

C.先变大后变小

D.先变小后变大

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.(2023福建福州期末)磁流体发电机示意图如图所示。平行金属板a、b之间有一个很强的匀强磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量的等量正、负离子)以垂直于磁场的方向喷入磁场,a、b两板间便产生电压。如果把a、b板与用电器相连接,a、b板就是等效直流电源的两个电极。若磁场的磁感应强度为B,每个离子的电荷量大小为q、速度为v,a、b两板间距为d,两板间等离子体的等效电阻为r,用电器电阻为R。稳定时,下列判断正确的是(　　)

A.图中b板是电源的正极

B.电源的电动势为Bvq

C.用电器中电流为

D.用电器两端的电压为Bvd

9.(2023山东菏泽期末)如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,放置一根长为l、质量为m、通电电流为I的导线,若导线静止,则在斜面上施加的匀强磁场B的大小和方向可能为(　　)

A.,方向垂直于斜面向下

B.,方向垂直于斜面向上

C.,方向竖直向下

D.,方向水平向右

10.(2023山东青岛期末)如图所示,固定在竖直面上半径为r的金属圆环内存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒一端与圆环接触良好,另一端固定在导电转轴上,随轴以角速度ω匀速转动。在圆环的A点和圆心O间接有阻值为R的电阻和电容为C的平行板电容器,电容器的极板水平且间距为d,在极板间有一带正电的微粒处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是(　　)

A.金属棒逆时针转动

B.带电微粒的比荷为

C.金属棒转动一周,通过电阻R的电荷量为

D.金属棒克服安培力做功的功率总等于重力对其做功的功率

三、非选择题:本题共5个小题,共54分。

11.(8分)(2023河南安阳期末)某同学选用匝数可调的可拆变压器做探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验,变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压　　　　　　　　(选填“交流电源”或“直流电源”)。先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”);然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。上述探究中采用的实验方法是　　　　(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”)。 

12.(8分)(2023湖北黄冈期末)为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表:

(1)根据表中数据,请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点。

(2)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统,请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。

不考虑控制开关对所设计电路的影响,提供的器材如下:

光敏电阻R(符号,阻值见上表);

直流电源E(电动势3 V,内阻不计);

定值电阻R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出);

开关S及导线若干。

13.(10分)(2023湖南长沙期末)如图所示,宽为l=0.5 m的光滑导轨与水平面成θ=37°角,质量为m=0.1 kg、长也为l=0.5 m的金属杆ab水平放置在导轨上,电源电动势E=3 V,内阻r=0.5 Ω,金属杆电阻为R1=1 Ω,导轨电阻不计。金属杆与导轨垂直且接触良好。空间存在着竖直向上的匀强磁场(图中未画出),当电阻箱的电阻调为R2=0.9 Ω时,闭合开关S,金属杆恰好能静止。重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。

(1)求磁感应强度B的大小。

(2)保持其他条件不变,当电阻箱的电阻调为R2'=0.5 Ω时,闭合开关S,同时由静止释放金属杆,求此时金属杆的加速度。

14.(12分)(2023福建师大附中开学考试)如图所示,在xOy坐标平面的第一、四象限内,y轴和平行于y轴的边界MN之间有沿y轴负方向的匀强电场,匀强电场的电场强度大小为E,半径为R的圆形有界磁场与MN相切于P(R,0)点,磁场垂直于坐标平面向里。一个带正电的粒子从O点沿坐标平面以初速度v斜向右上方射入匀强电场,从MN上Q点垂直MN射出电场,粒子进入磁场后,经磁场偏转,刚好从圆形有界磁场的最上端射出。不计粒子的重力和场的边缘效应。

(1)求粒子的比荷。

(2)求匀强磁场磁感应强度的大小。

(3)若保持粒子从O点射出方向不变,改变粒子速度大小,使粒子刚好从P点进入磁场,求粒子在电场和磁场中运动的总时间。

15.(16分)(2023江苏南京期末)如图所示,两相距为l的光滑金属导轨,半径为R的圆弧部分竖直放置,平直部分固定于水平地面上,MNQP范围内有方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场。金属棒ab和cd垂直导轨放置且与导轨接触良好,cd静止在磁场中,ab从圆弧导轨的顶端由静止释放,进入磁场后与cd没有接触。已知ab的质量为m、电阻为r,cd的质量为3m、电阻为r。金属导轨电阻不计,重力加速度为g。

(1)求ab到达圆弧底端时对轨道压力的大小。

(2)求ab刚进入磁场时cd棒中的电流方向并计算此时电流的大小。

(3)计算两棒都在磁场中的任一时刻的加速度之比。

(4)若cd离开磁场时的速度是此刻ab速度的一半,求cd离开磁场瞬间,ab受到的安培力大小。

模块综合测评

1.D　当线圈处在向上增强的磁场中时,穿过线圈的磁通量向上增加,根据楞次定律可知,产生的感应电流从a端流入,从b端流出;两线圈中的感应电流从上往下看都是顺时针方向,则两线圈相互吸引,故D正确。

2.B　在t=0到t=T0时间内,磁感应强度不变,没有涡旋电场产生,绝缘小球保持静止,故A错误;在t=T0到t=2T0时间内,根据法拉第电磁感应定律可得,沿轨道一周的感应电动势为ε=πr2=πr2,由于同一条电场线上各点的电场强度大小相等,所以E=,涡旋电场沿顺时针方向,根据牛顿第二定律可得,在t=T0到t=2T0时间内,小球沿切线方向的加速度大小恒为a1=,所以绝缘小球均沿顺时针方向做速率均匀增加的圆周运动,故B正确;在t=2T0到t=3T0时间内,磁感应强度不变,没有涡旋电场产生,绝缘小球均沿顺时针方向做匀速圆周运动,故C错误;根据法拉第电磁感应定律可知,在t=3T0到t=5T0时间内涡旋电场沿逆时针方向,故D错误。

3.B　电磁波能传递信息,声波也能传递信息,A错误;手机在通话时,涉及的波既有电磁波又有声波,B正确;太阳光中的可见光的传播速度远大于医院“B超”中的超声波的传播速度,C错误;遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线波长,D错误。

4.D　用电器电阻R=9 Ω,电压表的示数9 V是有效值,则电路中的电流I=1 A,电动势的有效值E=I(R+r)=10 V,其峰值Em=E=10V,故A、B错误;由正弦式交变电流的产生与变化的规律可知,交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为零,故C错误;线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势=n V,故D正确。

5.A　理想变压器的电压之比等于匝数之比,由副线圈所在回路中三个均标有“36 V　40 W”的灯泡能正常发光,可知副线圈两端电压U2=36×3 V=108 V,所以原线圈两端电压U1=U2=36 V,灯泡A与原线圈并联,两端电压也为36 V,所以能正常发光。

6.B　开关S闭合稳定时,电感线圈支路的总电阻比B、C灯支路的电阻小,故流过A灯的电流大于流过B、C灯的电流,且电流方向由a到b,a点电势高于b点。当开关S断开时,电感线圈会产生自感现象,相当于电源,b点电势高于a点,阻碍流过A灯电流的减小,瞬间流过B、C灯支路的电流比原来的大,故B、C灯闪亮后缓慢熄灭,B正确。

7.A　以直导线为研究对象,受力分析如图所示,F=BIl,θ=90°-α,Ff=μFN,由平衡条件得G=FN+BIlsin θ,Ff=BIlcos θ,解得B=,其中sin φ=,即φ>30°。因60°≤α≤90°,则B在磁场缓慢转过30°的过程中一直变大,故A正确,B、C、D错误。

8.AD　由左手定则可知,正离子受洛伦兹力向下偏转,负离子受洛伦兹力向上偏转,b板为电源的正极,A正确;稳定时,由平衡条件得qvB=q,解得电源电动势E=U=Bdv,电流I=,用电器两端的电压UR=IR=Bvd,B、C错误,D正确。

9.AC　若磁场的方向垂直于斜面向下,由左手定则可知安培力的方向沿斜面向上,由受力平衡可得mgsin α=BIl,解得B=,故A正确;若磁场的方向垂直于斜面向上,由左手定则可知安培力的方向沿斜面向下,此时导线不可能受力平衡保持静止,故B错误;若磁场的方向竖直向下,由左手定则可知安培力的方向水平向左,由受力平衡可得mgtan α=BIl,解得B=,故C正确;若磁场的方向水平向右,由左手定则可知安培力的方向竖直向下,此时导线不可能受力平衡保持静止,故D错误。

10.AC　在极板间有一带正电的微粒处于静止状态,所以电容器上极板带负电,根据右手定则可知,金属棒逆时针转动,故A正确;由于在圆环内存在磁感应强度为B的匀强磁场,所以金属棒有效切割长度为r,金属棒切割磁感线产生的感应电动势E=Brv=Br·Br2ω,带电微粒处于静止状态,由平衡条件得q=mg,解得微粒的比荷,故B错误;金属棒转动一周,通过电阻R的电荷量为Q=It=,故C正确;金属棒随轴以角速度ω匀速转动,根据能量守恒定律可知,金属棒克服安培力做功的功率等于重力对其做功的功率与外力对其做功的功率之和,故D错误。

11.答案 交流电源　增大　减小　控制变量法

解析 变压器不能改变直流电的电压,故电源应为低压交流电源。由知U2=U1,原线圈的匝数n1不变,增加副线圈的匝数n2,则副线圈两端的电压增大;副线圈的匝数n2不变,原线圈的匝数n1增大时,U2减小。上述实验采用的方法是控制变量法。

12.答案 见解析

解析 (1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示。

由图线可知,光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。

(2)当照度降低至1.0 lx时,其电压升至2 V,由图线知,此时光敏电阻R=20 kΩ;因照度降低时1、2两端电压升高,光敏电阻阻值升高,所以控制开关并联在光敏电阻R两端,UR=2 V,E=3 V,串联电阻分压U=1 V,由,解得R'=10 kΩ,故选定值电阻R1,电路原理图如图所示。

13.答案 (1)1.2 T　(2)1.2 m/s2,方向沿斜面向上

解析 (1)由安培力公式和平衡条件可得mgsin θ=BIlcos θ

由闭合电路欧姆定律得I=

解得B=1.2 T。

(2)由牛顿第二定律和闭合电路欧姆定律有

BI'lcos θ-mgsin θ=ma

I'=

解得a=1.2 m/s2

方向沿斜面向上。

14.答案 (1)　(2)　(3)

解析 (1)粒子在匀强电场中做类斜抛运动,设初速度与x轴正向成θ角,由牛顿第二定律有ma=qE

将粒子的运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀变速直线运动,根据运动学公式可得,竖直方向上有

2××a=(vsin θ)2

vsin θ=at

水平方向上有vcos θ=

联立可得θ=45°,。

(2)粒子进入磁场的速度为

v1=vcos θ=v

甲

带电粒子在电场和磁场中的运动轨迹如图甲所示,设轨迹圆半径为r

AD为磁场圆和轨迹圆的公共弦,由几何知识可得r=R

在磁场中洛伦兹力提供向心力,有qv1B=m

联立,可得B=。

(3)设粒子从O点射出的速度大小为v0,粒子从O到P过程是类斜抛运动,则有

R=v0cos θ·t1

v0sin θ=a·

解得t1=,v0=v

乙

根据对称性,粒子从P点射入磁场时,速度大小为v0,方向斜向右下方,与x轴正向的夹角为45°。粒子在磁场中的运动轨迹如图乙所示,设轨迹圆半径为r'

由牛顿第二定律有qv0B=m

联立解得r'=R

粒子在磁场中做圆周运动的周期T=

根据几何关系,可知PO1QO3为平行四边形,则粒子在磁场中运动的轨迹所对的圆心角为135°,所以粒子在磁场中运动的时间为t2=T=

所以粒子在电场和磁场中运动的总时间为

t=t1+t2=。

15.答案 (1)3mg　(2)电流方向由d到c　

(3)3∶1　(4)

解析 (1)设ab到达圆弧底端时受到的支持力大小为FN,ab下滑机械能守恒,有mgR=mv2

由牛顿第二定律有FN-mg=

联立解得FN=3mg

由牛顿第三定律得,ab对轨道压力的大小为FN'=3mg。

(2)根据右手定则可知,ab刚进入磁场时cd棒中的电流方向由d到c

此时导体棒ab切割磁感线产生的电动势E=Blv

回路中的电流I=

联立解得I=。

(3)两棒都在磁场中时,金属棒ab所受安培力F1=BI0l,其加速度a1=

金属棒cd所受安培力F2=BI0l,其加速度a2=

故加速度之比=3∶1。

(4)设cd离开磁场时ab在磁场中的速度为vab,则cd此时的速度为vab,ab、cd组成的系统动量守恒,有mv=mvab+3m×vab

ab、cd构成的闭合回路,由法拉第电磁感应定律有E'=Blvab

由闭合电路欧姆定律有I'=

ab受到的安培力Fab=BI'l

联立可得Fab=。