教科版高中物理选择性必修第二册模块综合检测含答案

这是一份教科版高中物理选择性必修第二册模块综合检测含答案，共16页。
模块综合测评一、单项选择题1．法拉第是十九世纪英国著名科学家，为物理学的发展做出了非常突出的贡献，关于法拉第的研究工作，以下说法中符合事实的是(　　)A．发现了电流的磁效应，从而揭示了电和磁的关系B．发现了电荷间的相互作用规律，并用实验测得元电荷的数值C．发现了产生电磁感应现象的条件，并制作了发电机D．发现了电流间相互作用的规律，并提出了判断电流产生的磁场方向的方法C　[1820年奥斯特发现了电流的磁效应，故A错误；美国科学家密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，故B错误；法拉第发现了产生电磁感应现象的条件，并制作了发电机，故C正确；根据物理学史可知，安培发现了电流间相互作用的规律，并提出了判断电流产生的磁场方向的方法，故D错误。]2．下列说法中正确的是(　　)A．遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的C．麦克斯韦预言了空间存在电磁波，赫兹用实验证实了电磁波的存在D．红外线最显著的作用是荧光效应，紫外线最显著的作用是热效应C　[红外线波长一定大于X射线波长，故A不符合题意；根据麦克斯韦的电磁理论可知，恒定不变的电场不会产生磁场，电磁波是变化磁场产生变化电场，变化电场又产生磁场，不断交替变化产生的，故B不符合题意；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，故C符合题意；红外线最显著的作用是热效应，紫外线最显著的作用是荧光效应，故D不符合题意。]3．传感器是一种采集信息的重要器件，如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是(　　)①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生④若电流表有示数，说明压力F发生变化⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化A．②④　　B．①④　　C．③⑤　　D．①⑤A　[F向下压膜片电极，使得电容器两板间的距离减小，电容器的电容增大，又因电容器两极板间的电压不变，所以电容器的电荷量增加，电容器继续充电，电路中有从b到a的电流；因此电流表有示数说明压力发生了变化，因此②④正确，故选A。]4．一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图(a)所示缠绕方式将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从两管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图(b)和图(c)所示，分析可知(　　)A．图(c)是用玻璃管获得的图像B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短A　[强磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，玻璃是绝缘体，故强磁体在玻璃管中运动，玻璃管不会形成涡流。强磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，近似做匀速直线运动，而玻璃管中的磁体则一直做加速运动，故由题图可知题图(c)的脉冲电流峰值不断增大，说明强磁体的速度在增大，与玻璃管中磁体的运动情况相符，A正确；在铝管中下落，脉冲电流的峰值一样，磁通量的变化率相同，故小磁体近似做匀速运动，B错误；在玻璃管中下落，玻璃管为绝缘体，线圈的脉冲电流峰值增大，电流不断在变化，故小磁体受到的电磁阻力在不断变化，C错误；强磁体分别从两管的上端由静止释放，在铝管中，磁体在线圈间近似做匀速运动，在玻璃管中，磁体在线圈间做加速运动，故用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长，D错误。故选A。]5．如图甲所示，用一根横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r的圆环，ab为圆环的直径。在ab的右侧存在一个足够大的匀强磁场，t＝0时刻磁场方向垂直于竖直圆环平面向里，磁场磁感应强度B随时间t变化的关系图像如图乙所示，则0～t1时间内(　　)A．圆环中产生的感应电流的方向为逆时针B．圆环中产生的感应电流的方向先是顺时针后是逆时针C．圆环一直具有扩张的趋势D．圆环中感应电流的大小为B0rS4t0ρD　[磁通量先向里减小再向外增加，由楞次定律“增反减同”可知，线圈中的感应电流方向一直为顺时针，故A、B错误；由楞次定律的“增缩减扩”可知，0～t0时间内，为了阻碍磁通量的减小，线圈有扩张的趋势，t0～t1时间内为了阻碍磁通量的增大，线圈有缩小的趋势，故C错误；由法拉第电磁感应定律得E＝B0πr22t0，感应电流I＝ER＝B0πr22t0·Sρ·2πr＝B0rS4t0ρ，故D正确。]6．(2023·山东卷)某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率为500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4＝50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω，其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率为88 kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是(　　)A．发电机的输出电流为368 AB．输电线上损失的功率为4.8 kWC．输送给储能站的功率为408 kWD．升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶44C　[由P＝UI得发电机的输出电流I＝PU1＝500×103250 A＝2×103 A，A错误；用户端电流I4＝P4U4＝88×103220 A＝400 A，由理想变压器原、副线圈的电流之比与原、副线圈的匝数之比的关系得I3I4＝n4n3，则I3＝n4n3 I4＝150×400 A＝8 A，则输电线上损失的功率ΔP＝I32R＝4 kW，B错误；输送功率P2＝P4＋ΔP＝88 kW＋4 kW＝92 kW，则输送给储能站的功率P′＝P－P2＝500 kW－92 kW＝408 kW，C正确；输送电压U2＝P2I3＝92×1038 V＝1.15×104 V，由理想变压器原、副线圈的电压之比与原、副线圈的匝数之比的关系得n1n2＝U1U2＝250 V1.15×104 V＝146，则升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶46，D错误。]7．图甲为一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示。发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω 恒定不变，电流表内阻不计，则下列说法中正确的为(　　)A．电压表的示数为6 VB．发电机的输出功率为4 WC．在1.0×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量最大D．在1.0×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大C　[由Em＝62 V知E＝6 V，电压表示数U＝RR+rE＝91+9×6＝5.4 V，故A错误；灯泡实际消耗的功率即为电源的输出功率，由功率公式可知P＝U2R＝5.429 W＝3.24 W，故B错误；在1.0×10-2s时刻，感应电动势为零，说明穿过线圈的磁通量最大，此时穿过线圈的磁通量的变化率为零，故C正确，D错误。]8．如图所示为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯灯泡相同，且都是“220 V　40 W”；当灯泡所消耗的功率都调于20 W时，哪种台灯消耗的功率最小(　　)A　　　　　　　BC　　　　　　　DC　[台灯的消耗功率包含灯泡和其他辅助器件消耗的总功率。由A、B、C、D四选项分析可知：C中理想变压器功率损耗为零，电源输出的总功率(台灯消耗功率)只有灯泡的功率20 W。而其他选项中，不论滑动变阻器是分压接法还是限流接法，滑动变阻器上总有功率损耗，台灯的消耗功率都大于20 W。故选C。]二、多项选择题9．(2023·山东卷)足够长U形导轨平置在光滑水平绝缘桌面上，宽为1 m，电阻不计。质量为1 kg、长为1 m、电阻为1 Ω的导体棒MN放置在导轨上，与导轨形成矩形回路并始终接触良好，Ⅰ和Ⅱ区域内分别存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度分别为B1和B2，其中B1＝2 T，方向向下。用不可伸长的轻绳跨过固定轻滑轮将导轨CD段中点与质量为0.1 kg 的重物相连，绳与CD垂直且平行于桌面。如图所示，某时刻MN、CD同时分别进入磁场区域Ⅰ和Ⅱ并做匀速直线运动，MN、CD与磁场边界平行。MN的速度v1＝2 m/s，CD的速度为v2且v2>v1，MN和导轨间的动摩擦因数为0.2。重力加速度大小取10 m/s2，下列说法正确的是(　　)A．B2的方向向上 　 B．B2的方向向下C．v2＝5 m/s 　 D．v2＝3 m/sBD　[CD运动速度v2大于导体棒MN的速度v1，则导体棒MN受到水平向右的摩擦力，因为导体棒MN做匀速运动，所以导体棒MN受到的安培力方向水平向左，导体棒MN的质量m＝1 kg，设MN受到的安培力大小为FMN，规定水平向右为正方向，对导体棒MN受力分析有μmg－FMN＝0，解得FMN＝2 N，根据左手定则可知，MN中电流从N流向M，设CD受到的安培力为FCD，重物质量m0＝0.1 kg，对CD受力分析有－μmg＋FCD＋m0g＝0，解得FCD＝1 N，则CD受到的安培力向右，电流从D流向C，根据左手定则可知，B2的方向竖直向下，A错误，B正确；FMN＝B1IL，FCD＝B2IL，根据法拉第电磁感应定律有E＝B1Lv1－B2Lv2，根据闭合电路欧姆定律有E＝IR，联立解得v2＝3 m/s，C错误，D正确。]10．如图所示，竖直放置的两根足够长平行金属导轨相距L，导轨间接有一阻值为R的定值电阻，质量为m、电阻为r的导体棒与两导轨始终保持垂直并良好接触，且无摩擦，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，现将导体棒由静止释放，导体棒下落高度为h时开始做匀速运动，在此过程中(　　)A．导体棒的最大速度为2ghB．通过定值电阻的电荷量为BLhR+rC．导体棒克服安培力做的功等于定值电阻上产生的热量D．重力和安培力对导体棒做功的代数和等于导体棒动能的增加量BD　[导体棒匀速运动时速度最大，由于导体棒做加速度减小的变加速运动，加速度小于g，根据功能关系可知最大速度小于2gh，故A错误；通过电阻R的电荷量为q＝ΔΦR总＝BLhR+r，故B正确；由功能原理可知，导体棒克服安培力做的功等于电阻R与r上产生的热量之和，故C错误；根据动能定理可知，重力和安培力对导体棒做功的代数和等于导体棒动能的增加量，故D正确。故选BD。]11．如图所示，平行板电容器和电池组相连，用绝缘工具将电容器两板间的距离逐渐增大的过程中，关于电容器两极板间的电场和磁场，下列说法中正确的是(　　)A．两极板间的电压和场强都将逐渐减小B．两极板间的电压不变，场强逐渐减小C．两极板间将产生顺时针方向的磁场(俯视)D．两极板间将产生逆时针方向的磁场(俯视)BD　[电容器两极间电压一定，等于电源的电动势，根据U＝Ed可知，两板间的距离逐渐增大的过程中，电场强度逐渐减小，故A错误，B正确；电容器间距增加，由C＝εrS4πkd可知电容减小，根据Q＝CU可知电容器要放电，两极板间将产生逆时针方向的磁场(俯视)，故C错误，D正确。]12．如图(a)所示，A、B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通有如图(b)所示的电流i，则下列说法中错误的是(　　)A．t1时刻两线圈间的相互作用力为零B．t2时刻两线圈间的相互作用力最大C．在t1～t2时间内A、B两线圈相斥D．在t2～t3时间内A、B两线圈相斥BC　[由题意可知，在t1时刻，线圈A中的电流最大，而磁通量的变化率最小，为零，所以线圈B中的感应电流也是零，因此两线圈间作用力为零，故A正确，不符合题意；在t2时刻，线圈A中的电流为零，而磁通量的变化率是最大的，所以线圈B感应电流最大，但由于A中电流为零，故A、B间的相互作用力最小，故B错误，符合题意；在t1到t2时间内，若设逆时针(从左向右看)方向为正，则线圈A中电流方向为逆时针且大小减小，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B的方向向左的磁通量大小减小，由楞次定律可知，线圈B的电流方向为逆时针方向，因此A、B中电流方向相同，出现相互吸引现象，故C错误，符合题意；在t2到t3时间内，若设逆时针方向(从左向右看)为正，则线圈A电流方向顺时针且大小增大，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向右的磁通量大小增大，由楞次定律可知，线圈B的电流方向为逆时针方向，因此A、B中电流方向相反，A、B相互排斥，故D正确，不符合题意。]三、非选择题13．(1)某学生选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是________。A．原线圈接直流电压，电表用直流电压挡B．原线圈接直流电压，电表用交流电压挡C．原线圈接交流电压，电表用直流电压挡D．原线圈接交流电压，电表用交流电压挡(2)该学生继续做实验，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”)。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系过程中采用的实验方法是控制变量法。[解析]　(1)变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，故A、B、C错误，D正确。(2)根据变压比公式U1U2＝n1n2可知，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增大；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减小。[答案]　(1)D　(2)增大　减小14．数字体温计是常用的体温测量工具，它的核心元件是热敏电阻，某实验小组利用如下器材探究热敏电阻的温度特性：热敏电阻R(常温下约8 kΩ)；电流表A(量程1 mA，内阻约200 Ω)；电压表V(量程3 V，内阻约10 kΩ)；电池组E(电动势4.5 V，内阻约1 Ω)；滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)；开关S、导线若干、烧杯和水、温度计。(1)先用螺旋测微器测量此热敏电阻的直径如图甲所示，其直径为________mm；(2)根据提供器材的参数将图乙所示的实物图中所缺的导线补接完整；(3)实验开始前，滑动变阻器的滑动触头P应置于______端(选填“a”或“b”)；(4)利用图乙的电路测出热敏电阻的阻值比真实值________(选填“大”或“小”)；(5)本实验测得热敏电阻的阻值R与温度t的关系如图丙所示，现将此热敏电阻接在电流恒定的电路中，当它产生的热量与向周围环境散发的热量达到平衡时，热敏电阻的温度稳定在某一值t，且满足关系式I2R＝k(t－t0)，其中k是散热系数，t是电阻的温度，t0是周围环境温度，I为电流强度，已知I＝40 mA，t0＝15 ℃，k＝0.16 W/℃，由丙图可知该热敏电阻的温度稳定在________℃。[解析]　(1)其直径为0.5 mm＋2.0×0.01 mm＝0.520 mm。(2)如图。(3)实验开始前，为了安全，滑动变阻器的滑动触头P应置于最大阻值处，故置于a端。(4)利用题图乙的电路测出热敏电阻的电压包含了电流表的分压，根据R＝UI可知，U偏大，故测出的阻值比真实值偏大。(5)将I2R＝k(t－t0)变形得R＝kI2·t-kt0I2代入数据得R＝100t－1500(Ω)＝0.1t－1.5 (kΩ)在题图丙中作出其图线如下，两条图线的交点即为电阻的实际工作状态，可以看出温度约为45 ℃。[答案]　(1)0.520(2)(3)a　(4)大　(5)45(43～46)15．如图所示，面积为S的单匝圆形金属线圈与阻值为R的电阻连接成闭合电路，不计圆形金属线圈及导线的电阻。线圈内存在一个方向垂直纸面向里、磁感应强度大小均匀增加且变化率为k的磁场Bt。电阻R两端并联一对平行金属板M、N，两板间距为d，N板右侧xOy坐标系(坐标原点O在N板的下端)的第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场边界OA和y轴的夹角∠AOy＝45°，AOx区域为无场区。在靠近M板处的P点由静止释放一质量为m、带电荷量为＋q的粒子(不计重力)，经过N板的小孔，从点Q(0，l)垂直y轴进入第一象限，经OA上某点离开磁场，最后垂直x轴离开第一象限。求：(1)平行金属板M、N获得的电压U；(2)yOA区域内匀强磁场的磁感应强度B的大小。[解析]　(1)根据法拉第电磁感应定律，闭合电路的电动势为E＝ΔΦΔt＝ΔBΔtS＝kS ①因平行金属板M、N与电阻并联，故M、N两板间的电压为U＝UR＝E＝kS。 ②(2)带电粒子在M、N间做匀加速直线运动，有qU＝12mv2 ③带电粒子进入磁场区域的运动轨迹如图所示，有qvB＝mv2r ④由几何关系可得r＋r cot 45°＝l ⑤联立②③④⑤得B＝2l2mkSq。[答案]　(1)kS　(2)2l2mkSq16．如图所示，空间有磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场，两平行光滑金属导轨水平放置，其电阻不计、间距为L，左端接有阻值为R的定值电阻。一质量为m、电阻也为R的导体棒与两导轨接触良好，在水平力F的作用下在O位置两侧M、N间做往复运动，t＝0时刻起导体棒从M位置开始向右运动，其速度变化规律为v＝vmsin ωt，在O位置速度最大。(1)写出定值电阻中的电流i随时间t变化的表达式；(2)导体棒从M位置开始运动到O位置的过程中，经过的时间t＝π2ω，求定值电阻中产生的焦耳热Q及水平力F做的功W。[解析]　(1)导体棒中产生的感应电动势e＝BLv＝BLvmsin ωt(V)由欧姆定律，导体棒中的电流i＝e2R则电流随时间变化的表达式为i＝BLvm2Rsin ωt(A)。(2)导体棒中产生的感应电动势的有效值E＝BLvm2导体棒中电流的有效值I＝E2R定值电阻中产生的热量Q＝I2Rt联立解得Q＝πB2L2vm216Rω根据功能关系得W＝2Q＋12mvm2解得W＝πB2L2vm28Rω+12mvm2。[答案]　(1)i＝BLvm2Rsin ωt(A)　(2)πB2L2vm216Rω　πB2L2vm28Rω+12mvm217．如图甲所示，M、N为竖直放置、彼此平行的两块平板，板间距离为d，两板中央各有一个小孔O、O′正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图乙所示，设垂直纸面向里的磁场方向为正方向。有一群正离子在t＝0时垂直于M板从小孔O射入磁场。已知正离子质量为m、带电荷量为q，正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为T0，不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响，不计离子重力。求：(1)磁感应强度B0的大小；(2)要使正离子从O′孔垂直于N板射出磁场，正离子射入磁场时的速度v0的可能值。[解析]　(1)正离子射入磁场，由洛伦兹力提供向心力，即：qv0B0＝mv02r做匀速圆周运动的周期：T0＝2πrv0联立两式得磁感应强度：B0＝2πmqT0。(2)要使正离子从O′孔垂直于N板射出磁场，两板之间正离子只运动一个周期即T0时，v0的方向应如图所示，有：r＝d4当在两板之间正离子共运动n个周期，即nT0时，有r＝d4n(n＝1，2，3，…)联立方程求解，得正离子的速度的可能值为：v0＝B0qrm＝πd2nT0(n＝1，2，3，…)。[答案]　(1)2πmqT0　(2)πd2nT0(n＝1，2，3，…)18．(2023·江苏卷)霍尔推进器某局部区域可抽象成如图所示的模型。Oxy平面内存在竖直向下的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。质量为m、电荷量为e的电子从O点沿x轴正方向水平入射。入射速度为v0时，电子沿x轴做直线运动；入射速度小于v0时，电子的运动轨迹如图中的虚线所示，且在最高点与在最低点所受的合力大小相等。不计重力及电子间的相互作用。(1)求电场强度的大小E；(2)若电子入射速度为v04，求运动到速度为v02时位置的纵坐标y1；(3)若电子入射速度在0