1、模块综合试卷模块综合试卷(一一) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 12 小题，每小题 4 分，共计 48 分.16 题为单选题，712 题为多选题， 全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分) 1.如图 1 所示，关于下列器材的原理和用途，正确的是( ) 图 1 A.变压器不但可以改变交变电压，而且能改变频率 B.扼流圈对交流有阻碍作用主要是因为线圈存在电阻 C.真空冶炼炉的工作原理是炉体产生涡流使炉内金属熔化 D.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起到电磁阻尼的作用 答案 D 解析 变压器可以改变交变电压但不能改变频率，A 项错误；扼流圈对
2、交流有阻碍作用主要 是因为在扼流圈中产生的感应电动势阻碍电流的变化，B 项错误；真空冶炼炉是用涡流来熔 化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，金属中产生涡 流并熔化，C 项错误；磁电式仪表中的铝框能起到电磁阻尼的作用，线圈转动时会产生感应 电流，使线圈受安培力的阻碍作用，从而使指针迅速稳定，D 项正确. 2.(2018 福州市第八中学高二下期中)如图 2 所示，A、B、C 为三个相同的灯泡(设其电阻值保 持不变)，a、b、c 为与之串联的三个常用元件，如：电感线圈、电容器或电阻.E1为稳恒直流 电源，e2为正弦交流电源.当开关 S 接“1”时，A、B 两灯均正常发
3、光，C 灯不亮；当开关 S 接“2”时，A 灯仍正常发光，B 灯变暗，C 灯正常发光.由此可知( ) 图 2 A.a 元件是电阻 B.b 元件是电容器 C.c 元件是电感线圈 D.由于电源 e2的电动势 E2与 E1的大小关系未知，无法判断 b、c 各是什么元件 答案 A 解析 由题意，当开关 S 接“1”直流电源时，A、B 两灯均正常发光，C 灯不亮，说明 c 为 电容器；当接“2”交流电源时，A 灯仍正常发光说明 a 对交流电和直流电的影响相同，则 a 为电阻；B 灯变暗，说明 b 对交流电的阻碍作用比对直流电的阻碍作用大，则 b 为电感线圈； 接交流电源 C 灯正常发光，则进一步说明 c
4、 为电容器，A 正确. 3.一定值电阻接到方波交流电源上， 在一个周期内产生的热量为 Q方； 若该电阻接到正弦交流 电源上，在一个周期内产生的热量为 Q正.该电阻上电压的峰值为 u0，周期为 T，如图 3 所示. 则 Q方Q正等于( ) 图 3 A.1 2 B. 21 C.12 D.21 答案 D 解析 根据题图图像可知，方波交流电的有效值 U方u0，正弦交流电的有效值 U正 u0 2， 一个周期内产生的热量分别为 Q方u 2 0 R T，Q正u 2 0 2RT，所以 Q 方Q正21，D 正确. 4.如图 4 所示，在匀强磁场中圆形线圈匀速转动的周期为 T，匝数为 10 匝，转轴 O1O2垂直
5、 于磁场方向，线圈总电阻为 2 ，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，线圈转过 30 时的 瞬时电流为 1 A，下列说法中正确的是( ) 图 4 A.线圈中电流的最大值为 2 A B.线圈中电流的最大值为 2 A C.线圈消耗的电功率为 8 W D.从图示位置开始计时，感应电流的瞬时值表达式为 i2cos (2 T t) A 答案 B 解析 从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的表达式为 eEmsin t，则感应 电流 ie R Em R sin t， 由题给条件有： 1 A Em 2 1 2， 解得 Em4 V， 则 Im2 A， I 有效 2 A， 线圈消耗的电功率 PI 2 有
6、效R4 W，选项 A、C 错误，B 正确；从题图所示位置开始计时， iImsin t2sin (2 T t) A，故选项 D 错误. 5.(2018 阳泉市第十一中学高二下月考)如图 5 所示为远距离输电示意图，图中两变压器均为 理想变压器，升压变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、n2，降压变压器原、副线圈的匝数分 别为 n3、n4，输电线的总电阻为 r.将原线圈接到 uUmsin t 的交流电源上，若输送的电功率 为 P，不考虑其他因素的影响，则( ) 图 5 A.输电线上通过的电流为 2P Um B.输电线上损失的电压为n2Um 2n1 C.输电线上损失的电功率为 2(n1 n2) 2(P
7、 Um) 2r D.仅增大输送的电功率即可提升输电的效率 答案 C 解析 输入的交流电的有效值 U1Um 2，升压变压器副线圈中的电压 U2 n2 n1U1，故输电线上 通过的电流为 I P U2 2n1P n2Um ，A 错误；输电线路上损失的电压 UIr 2n1rP n2Um ，B 错误； 输电线上损失的功率 PI2r2(n1 n2) 2(P Um) 2r，C 正确；输电的效率 PP P 12(n1 n2) 2r U 2 m P，则仅增大输送的电功率，会降低输电的效率，故 D 错误. 6.(2018 全国卷)如图 6 所示，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的 矩形匀强磁场
8、区域，区域宽度均为 l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为3 2l 的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流 i 随时间 t 变化的正确图线可能是 ( ) 图 6 答案 D 解析 设线路中只有一边切割磁感线时产生的感应电流为 I0. 线框位移 等效电路的连接 电流 0l 2 I2I0(顺时针) l 2l I0 l3l 2 I2I0(逆时针) 3l 22l I0 分析知，只有选项 D 符合要求. 7.(2017 苏北四市联考)如图 7 所示，理想变压器原线圈接入正弦交流电，副线圈的匝数可以 通过滑动触头P调节.RT为热敏电阻， 当环境温度升高时， RT的阻值变小.下列说法
9、正确的有(电 表均为理想电表)( ) 图 7 A.P 向下滑动时，电压表读数变大 B.P 向下滑动时，电流表读数变小 C.若环境温度升高，变压器的输入功率变大 D.若环境温度升高，灯泡消耗的功率变小 答案 BC 解析 原线圈的电压不变， 故当 P 向下滑时， 副线圈的匝数变小， 则副线圈两端的电压变小， 电压表的示数变小，副线圈电流变小，由I1 I2 n2 n1知电流表示数变小，A 错误，B 正确；若环境 的温度升高，则热敏电阻的阻值变小，副线圈的电流变大，灯泡消耗的功率变大，由 P1P2 U2I2知，变压器的输入功率变大，C 正确，D 错误. 8.(2018 全国卷)如图 8，两个线圈绕在同
10、一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另 一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路.将一小磁针悬挂在直导线 正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态.下列说法正确的是( ) 图 8 A.开关闭合后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 答案 AD 解析 根据安培定则，开关闭合时铁芯中产生水平向右的磁场，开关闭合后的瞬间，根据楞 次定律，直导线上将
11、产生由南向北的电流，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动，A 项正确；开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应 电流，故小磁针的 N 极指北，B、C 项错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根 据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，这时直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小 磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动，D 项正确. 9.(2018 全国卷)如图 9(a)，在同一平面内固定有一长直导线 PQ 和一导线框 R，R 在 PQ 的 右侧.导线 PQ 中通有正弦交流电 i，i 的变化如图(b)所示，规定从 Q 到 P 为电流正方向.导线 框 R 中
12、的感应电动势( ) 图 9 A.在 tT 4时为零 B.在 tT 2时改变方向 C.在 tT 2时最大，且沿顺时针方向 D.在 tT 时最大，且沿顺时针方向 答案 AC 10.如图 10 甲所示是某燃气炉点火装置的原理图.转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交 变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、n2，为理 想交流电压表.当变压器副线圈电压的瞬时值大于 5 000 V 时，就会在钢针和金属板间引发电 火花进而点燃气体.以下判断正确的是( ) 图 10 A.电压表的示数等于 5 V B.电压表的示数等于5 2 2 V C.实现点火的条件是n2 n11 000
13、 D.实现点火的条件是n2 n1 2 500 2 V 5 2 2 V 1 000，故选项 C 正确，D 错误. 11.两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直.边长为 0.1 m、总电阻为 0.005 的单匝正方形导线框 abcd 位于纸面内，cd 边与磁场边界平行，如图 11(a)所示.已知 导线框一直向右做匀速直线运动，cd 边于 t0 时刻进入磁场.线框中感应电动势随时间变化 的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正).下列说法正确的是( ) 图 11 A.磁感应强度的大小为 0.5 T B.导线框运动速度的大小为 0.5 m/s C.磁感应强度的方向
14、垂直于纸面向外 D.在 t0.4 s 至 t0.6 s 这段时间内，导线框所受的安培力大小为 0.1 N 答案 BC 解析 导线框运动的速度 vL t1 0.1 0.2 m/s0.5 m/s，根据 EBLv0.01 V 可知，B0.2 T， A 错误，B 正确；根据楞次定律可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，C 正确；在 t0.4 s 至 t0.6 s 这段时间内，导线框中的感应电流 IE R 0.01 0.005 A2 A，安培力大小为 FBIL 0.04 N，D 错误. 12.如图 12 所示， 两电阻可忽略不计的光滑平行长金属导轨相距为 d， 导轨与水平面的夹角为 30 ，上端 ab
15、处接有阻值为 R 的定值电阻，磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直轨道平面向上. 现有质量为 m、电阻为 R 的金属杆从轨道上端 ab 处由静止释放，向下运动的距离为 x 时达 到最大速度，则下列说法正确的是( ) 图 12 A.金属杆运动的最大速度为mgR B2d2 B.金属杆从静止释放至达到最大速度过程中，通过电阻 R 的电荷量为Bdx R C.金属杆从静止释放至达到最大速度过程中，电阻 R 上产生的热量为mgx 2 m 3g2R2 2B4d4 D.金属杆运动的最大加速度为g 2 答案 AD 解析 金属杆刚刚释放时只受重力和支持力，此时加速度最大，由 mgsin 30 ma 得，ag 2， D
16、 项正确；对金属杆受力分析可得，mgsin 30 F安ma，金属杆的加速度为零时，金属 杆运动的速度最大，此时的感应电动势 EBdv，感应电流 I E 2R，金属杆受到的安培力 F 安 BId，则金属杆运动的最大速度 vmgR B2d2，A 项正确；金属杆从静止释放至达到最大速度过 程中，由法拉第电磁感应定律得，通过电阻 R 的电荷量为 q 2R Bdx 2R ，B 项错误；金属杆 从静止释放至达到最大速度过程中，由能量守恒可得，mgxsin 30 1 2mv 22Q，则电阻 R 上 产生的热量 Qmgx 4 m 3g2R2 4B4d4 ，C 项错误. 二、非选择题(本题共 6 小题，共计 5
17、2 分) 13.(6 分)在研究电磁感应现象的实验中. (1)为了能观察到明显的实验现象，请在如图 13 所示的实验器材中选择必要的器材，在图中 用实线连接成相应的实物电路图. 图 13 (2)将原线圈插入副线圈中，闭合开关瞬间，副线圈中的感应电流方向与原线圈中电流的绕行 方向_(填“相同”或“相反”). (3)将原线圈拔出时， 副线圈中的感应电流与原线圈中电流的绕行方向_(填“相同”或 “相反”). 答案 (1)见解析图(2 分) (2)相反(2 分) (3)相同(2 分) 解析 (1)实物电路图如图所示. (2)因闭合开关瞬间，穿过副线圈的磁通量增大，由楞次定律知，感应电流的磁场方向与原磁
18、 场方向相反，故电流绕行方向相反. (3)将原线圈拔出时，穿过副线圈的磁通量减小，由楞次定律知，感应电流的磁场方向与原磁 场方向相同，故电流绕行方向相同. 14.(6 分)(2018 三明市高二下期末)如图 14 甲所示为热敏电阻的 Rt 图像，图乙为用此热敏 电阻和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为 100 .当线圈的电流大于或 等于 20 mA 时，继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势 E9.0 V，内阻不 计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源. 图 14 (1)应该把恒温箱内的加热器接在_(填“A、B 端”或“C、D 端”)； (2)若恒温箱系统要保持温度
19、为 50 ，则需把滑动变阻器调节到_ ；为了实现调节 滑动变阻器到此阻值进行了下列步骤： 电路接通前，滑动变阻器阻值调节为最大，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求， 这一阻值应为_ ； 将单刀双掷开关向_(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至 继电器的衔铁被吸合； 保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷开关向另一端闭合，恒温箱系统即可正常使用. 答案 (1)A、B 端(1 分) (2)260(2 分) 90(2 分) c(1 分) 解析 (1)由题图甲知，热敏电阻 R 的阻值随温度的升高而减小，由闭合电路欧姆定律得，干 路电流增大，当增大到继电器的衔铁被吸合的电流时，恒
20、温箱内的加热器停止加热，故恒温 箱内的加热器接在 A、B 端； (2)当恒温箱内的温度保持 50 ，应调节滑动变阻器 R的阻值使电流达到 20 mA，由闭合 电路欧姆定律得 rRRE I，即 R E IrR 9 0.02 100 90 260 ，即滑动 变阻器 R的阻值应调节为 260 ；电路接通前，滑动变阻器阻值调节为最大，需将电阻 箱调到一固定的阻值， 根据实验要求， 电阻箱的阻值应等于 50 热敏电阻的电阻， 应为 90 ； 将单刀双掷开关向 c 端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至继电器的衔铁被吸合. 15.(9 分)某兴趣小组设计了一种发电装置， 如图 15 所示.在磁极和圆柱状铁
21、芯之间形成的两磁 场区域的圆心角均为 4 9， 磁场均沿半径方向.匝数为 N 的矩形线圈 abcd 的边长 abcdl、 bcad2l.线圈以角速度 绕中心轴匀速转动，bc 和 ad 边同时进入磁场，在磁场中，两条 边所经过处的磁感应强度大小均为 B、方向始终与两边的运动方向垂直.线圈的总电阻为 r， 外接电阻为 R.求： 图 15 (1)线圈切割磁感线时产生的感应电动势的大小 Em； (2)bc 边切割磁感线时所受安培力的大小 F. (3)外接电阻上电流的有效值 I. 答案 (1)2NBl2 (2)4N 2B2l3 rR (3)4NBl 2 3rR 解析 (1)bc、ad 边的线速度 vl
22、2(1 分) 线圈切割磁感线时产生的感应电动势 Em2NB 2l v4NBlv2NBl2.(1 分) (2)电流 Im Em rR(1 分) bc 边切割磁感线时所受安培力 F2NBIml4N 2B2l3 rR (2 分) (3)一个周期内，通电时间 t4 9T(1 分) R 上消耗的电能 WIm2Rt(1 分) 根据有效值的定义 WI2RT(1 分) 解得 I4NBl 2 3rR.(1 分) 16.(9 分)(2017 南京市学情调研卷)如图 16 甲所示，间距为 L 的足够长的光滑平行金属导轨 MN 和 PQ 放置在绝缘水平桌面上，M、P 间接有电阻 R0，导体棒 ab 垂直放置在导轨上，
23、接 触良好.导轨间直径为 L 的圆形区域内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度 B 的大小随时间 t 变化的规律如图乙所示，导体棒和导轨的电阻不计，导体棒 ab 静止.求： 图 16 (1)在 0t0时间内，回路中的感应电动势 E； (2)在 0t0时间内，电阻 R0产生的热量 Q； (3)若从 tt0时刻开始，导体棒始终以速度 v 向右匀速运动，则导体棒通过圆形区域过程中， 导体棒所受安培力 F 的最大值. 答案 见解析 解析 (1)在 0t0时间内，回路中磁感应强度的变化率为B t B0 t0 ，(1 分) 圆形区域的面积 S L 2 2L 2 4 ，(1 分) 回路中的感应电动势 EB tS
24、 B0L2 4t0 .(1 分) (2)在 0t0时间内， 电阻 R0上的电流 I E R0 B0L2 4t0R0(1 分) 电阻 R0产生的热量 QI2R0t0 2B 2 0L 4 16t0R0 .(1 分) (3)导体棒进入圆形磁场区域， 保持匀速直线运动状态， 当有效切割长度为 L 时， 安培力最大， 电动势 EB0Lv，(1 分) 回路中的电流 IE R0 ，(1 分) 导体棒受到的安培力最大值 FmB0IL，(1 分) 联立得 FmB 2 0L 2v R0 .(1 分) 17.(10 分)如图 17 所示，某小型水电站发电机的输出功率为 10 kW，输出电压恒为 400 V，向 距离
25、较远的用户供电， 为了减少电能损失， 使用 2 kV 高压输电， 最后用户得到 220 V、 9.5 kW 的电力，变压器可视为理想变压器，求： 图 17 (1)升压变压器原、副线圈的匝数比 n1n2； (2)输电线路导线的总电阻 R； (3)降压变压器原、副线圈的匝数比 n3n4. 答案 (1)15 (2)20 (3)9511 解析 (1)升压变压器原、副线圈的匝数比n1 n2 U1 U2 1 5.(2 分) (2)输电线损失的功率 P0.5 kWI22R(1 分) 又 P1P2U2I2(2 分) 所以 I25 A，R20 .(1 分) (3)降压变压器原线圈电压 U3U2I2R(2 分)
26、降压变压器原、副线圈匝数比n3 n4 U3 U4(1 分) 解得n3 n4 95 11.(1 分) 18.(12 分)如图 18 所示，两根足够长的平行光滑金属导轨 MN、PQ 间距为 l0.5 m，其电阻 不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成 30 角.完全相同的两金属棒 ab、cd 分别垂直导轨 放置，两棒两端都与导轨始终接触良好，已知两棒的质量均为 0.02 kg，电阻均为 R0.1 ， 整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中， 磁感应强度为 B0.2 T， 棒 ab 在平行于导 轨向上的力 F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒 cd 恰好能保持静止.取 g10 m/s2，问： 图
27、 18 (1)通过 cd 棒的电流 I 是多少，方向如何？ (2)棒 ab 受到的力 F 多大？ (3)棒 cd 每产生 Q0.1 J 的热量，力 F 做的功 W 是多少？ 答案 (1)1 A 方向由 d 到 c (2)0.2 N (3)0.4 J 解析 (1)棒 cd 受到的安培力 FcdIlB 棒 cd 受力平衡， 则 Fcdmgsin 30 (1 分) 联立并代入数据解得 I1 A(1 分) 电流方向由 d 到 c.(1 分) (2)棒 ab 与棒 cd 受到的安培力大小相等 FabFcd(1 分) 对棒 ab 由平衡条件有 Fmgsin 30 IlB(2 分) 代入数据解得 F0.2 N(1 分) (3)设在时间 t 内棒 cd 产生 Q0.1 J 的热量， 由焦耳定律可知 QI2Rt(1 分) 设 ab 棒匀速运动的速度大小为 v， 则产生的感应电动势 EBlv(1 分) 由闭合电路欧姆定律知 I E 2R(1 分) 由运动学公式知，在时间 t 内，棒 ab 沿导轨的位移 xvt 力 F 做的功 WFx(1 分) 综合上述各式，代入数据解得 W0.4 J.(1 分)
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