2020年沪科版高中物理选修3-2模块综合试卷（二）含答案

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1、模块综合试卷模块综合试卷(二二) (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.18 题为单选题，912 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.下列应用中与涡流无关的是( ) A.真空冶炼炉 B.金属探测器 C.电磁灶 D.闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生电流 答案 D 2.(2018 溧水高级中学高二上期中)如图 1 所示，直角三角形导线框 abc 以速度 v 匀速进入匀 强磁场区域，从图示位置开始计时，则此过程中导线框内感应电流随时间变化的规律为下列 四个图像中的( ) 图 1

2、 答案 A 解析 在导线框进入磁场的过程中磁通量增加，根据楞次定律判断电流方向始终为 abca，进 入磁场过程中切割的有效长度先变大后变小，所以导线框内电流先变大后变小，A 正确. 3.如图 2 所示，两条足够长的平行金属导轨水平放置，导轨的一端接有电阻和开关，导轨光 滑且电阻不计，匀强磁场的方向垂直于导轨平面向下，金属杆 ab 置于导轨上.当开关 S 断开 时，在杆 ab 上作用一水平向右的恒力 F，使杆 ab 向右运动进入磁场.一段时间后闭合开关开 始计时，金属杆在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好.金属杆 ab 的 vt 图像不可能是图 中的( ) 图 2 答案 D 解析 以金属杆为研究

3、对象， 有 FF安ma， 即 FB 2L2v R ma， 闭合开关瞬间， 若 FB 2L2v R ， 则金属杆做匀速运动，选项 A 正确；若 FB 2L2v R ，则金属杆先做加速度减小的加速运动后做匀速运动， 选项 B 正确，只有选项 D 不可能. 4.(2018 天津卷)教学用发电机能够产生正弦式交变电流.利用该发电机(内阻可忽略)通过理想 变压器向定值电阻 R 供电，电路如图 3 所示，理想交流电流表 A、理想交流电压表 V 的读数 分别为 I、U，R 消耗的功率为 P.若发电机线圈的转速变为原来的1 2，则( ) 图 3 A.R 消耗的功率变为1 2P B.电压表 V 的读数变为1 2

4、U C.电流表 A 的读数变为 2I D.通过 R 的交变电流频率不变 答案 B 解析 发电机线圈的转速变为原来的1 2，由 E nBS 2 知，原线圈中输入电压变为原来的1 2，频 率变为原来的1 2，根据 U1 U2 n1 n2，则 U2 变为原来的1 2，电压表读数变为原来的 1 2，即 1 2U，则通过 R 的电流变为原来的1 2，R 消耗的功率 P2 U 2 2 R 1 4P，根据 I1 I2 n2 n1，原线圈上的电流也变为原 来的1 2，即电流表 A 的读数变为 1 2I，故选 B. 5.(2018 福州三中检测)如图 4 所示是一种理想自耦变压器的示意图，线圈绕在一个圆环形的

5、铁心上，P 是可移动的滑动触头，A、B 间接交流电压 U，输出端连接了两个相同的灯泡 L1 和 L2，Q 为滑动变阻器的滑片.当开关 S 闭合，P 处于如图所示的位置时，两灯均能发光.下 列说法正确的是( ) 图 4 A.将 P 沿逆时针方向移动，两灯均变暗 B.P 不动，将 Q 向左移动，两灯均变亮 C.P 不动，将 Q 向右移动，变压器输入功率变大 D.断开开关 S，L1将变暗 答案 B 解析 当 P 沿逆时针方向移动时，副线圈的匝数 n2增大，由U1 U2 n1 n2知，U2 增大，L1、L2两 灯均变亮，选项 A 错误；当 P 不动，Q 向左移动时，U2不变，R 减小，L1、L2两端的

6、电压增 大，两灯均变亮，选项 B 正确；当 P 不动，Q 向右移动时，U2不变，R 增大，R总增大，变 压器的输出功率 P2U 2 2 R总 减小，而输入功率 P1P2，故 P1减小，选项 C 错误；断开开关 S， 则负载电阻增大， 通过 R 的电流减小， R 两端的电压减小， 故 L1两端的电压增大， L1将变亮， 选项 D 错误. 6.如图 5 所示，用一段外皮绝缘的导线扭成的两个半径为 R 和 r 的圆形平面组成闭合回路， Rr，导线单位长度的电阻为 ，导线横截面半径远小于 R 和 r.圆形区域内均存在垂直平面向 里、 磁感应强度大小随时间按 Bkt(k0， 为常数)的规律变化的磁场，

7、下列说法正确的是( ) 图 5 A.小圆环中电流的方向为逆时针 B.大圆环中电流的方向为顺时针 C.回路中感应电流大小为kR 2r2 Rr D.回路中感应电流大小为kRr 2 答案 D 解析 由于穿过整个回路的磁通量增大，依据楞次定律，知大圆环中电流的方向为逆时针， 小圆环中电流的方向为顺时针，故 A、B 项错误；根据法拉第电磁感应定律有 Ek(R2r2)， 由闭合电路欧姆定律知回路中感应电流大小为 I E R总 kR2r2 2R2r kRr 2 ，故 C 项错误， D 项正确. 7.(2018 南京市模拟试题)某发电厂的发电机组输出的电压恒为 400 V， 将其通过升压变压器升 压后加在输电

8、线上向距离较远的用户端变电站供电，输电线总电阻为 5 ，当输送的电功率 恒为 200 kW 时，发电厂提供的电能与用户消耗的电能不相等，二者在一个小时内相差 50 度 电，则下列说法正确的是( ) A.输电线上损失的功率为 50 W B.供电端升压变压器的匝数比为 15 C.输电线上损失的电压为 50 V D.若输电功率增大，则输电线上损失的功率将会减小 答案 B 解析 输电线上损失的功率 PE t 50 kW h 1 h 50 kW， A 错误； P(P U) 2R， 解得 U2 000 V，升压变压器的匝数比为 4002 00015，B 正确；根据 PU 2 R ，解得 U500 V， C

9、 错误；输电电压不变，若输电功率变大，则输电电流变大，输电线上损失的功率变大，D 错误. 8.如图 6 所示电路，电阻 R1与电阻 R2阻值相同，都为 R，和 R1并联的 D 为理想二极管(正向 电阻可看做零，反向电阻可看做无穷大)，在 A、B 间加一正弦交流电 u20 2sin (100t) V， 则加在 R2上的电压有效值为( ) 图 6 A.10 V B.20 V C.15 V D.5 10 V 答案 D 解析 前半个周期内电压值取正值时，二极管导通，R1被短路，R2两端电压 U120 2 2 V 20 V； 后半个周期内电压值取负值时，二极管截止， R1、R2串联，R2两端电压 U21

10、0 2 2 V10 V； 设 R2两端电压的有效值为 U， 则在一个周期内U 2 R2 T U 2 1 R2 T 2 U 2 2 R2 T 2. 解得 U5 10 V，D 正确. 9.(2017 西安交大附中期中)目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏.电容式触摸屏内有一导电 层，导电层四个角引出四个电极.当手指触摸屏幕时，人体和触摸屏就形成了一个电容器，电 容器具有“通高频”的作用，从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流过，并且流经 这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算， 得出触摸点的位置信息.在开机状态下，下列说法中正确的是( ) A.电容式触摸屏

11、感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变 B.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象 C.当手指触摸屏幕时，手指有微弱的电流流过 D.当手指离开屏幕时，电容变小，对高频电流的阻碍变大，控制器不易检测到手指的准确位置 答案 CD 解析 感测手指触摸点的位置是通过测电流，由电流比例计算，选项 A、B 错误；当手指触 摸屏幕时，由于电容器具有“通高频”的作用，所以有微弱电流流过，选项 C 正确；当手指 离开屏幕时，电容器两极板间的距离增大，电容减小，对高频电流的阻碍变大，选项 D 正确. 10.某交流发电机的电动势瞬时值表达式为 e220 2 sin (100t) V，以下说

12、法正确的是( ) A.1 s 内电动势的平均值为 0 B.1 s 内电流方向改变 50 次 C.若将发电机的转速提高一倍，其他条件不变，则电动势的有效值为 440 2 V D.若将“220 V,100 F”的电容器接在该发电机两端，则电容器可能被击穿 答案 AD 解析 由 e220 2sin(100t) V 可知，该交流电的电动势最大值为 311 V，100 rad/s，所 以 T2 2 100 s0.02 s，频率为 50 Hz,1 s 内完成 50 个周期，由电动势瞬时值表达式可知， 线圈从中性面开始计时，因此一个周期内，电动势的平均值为零，在 50 个周期内，电动势的 平均值也为零， 故

13、 A 正确； 转动一周电流方向改变两次， 故 1 s 内电流方向改变的次数 n 1 0.02 2100 次，故 B 错误；将发电机的转速提高一倍，角速度 2n 增加一倍，产生的感应 电动势的最大值 EmNBS 加倍，故产生的感应电动势瞬时值 e440 2sin(200t) V，根据 有效值与最大值的关系可知，有效值 E440 2 2 V440 V，则电动势的有效值为 440 V，故 C 错误；若将“220 V,100 F”的电容器接在该发电机两端，电源的最大电压为 220 2 V， 大于电容器的耐压值 220 V，则电容器可能被击穿，故 D 正确. 11.(2018 成都市九校高二下期中)如图

14、 7 所示电路，理想变压器原、副线圈匝数比为 21，电 流表、电压表均为理想交流电表，R 是光敏电阻(其阻值随照射光强度增大而减小).原线圈接 入电压随时间按 u220 2sin(100t) V 变化的交流电，下列说法正确的是( ) 图 7 A.交流电的频率为 100 Hz B.电压表的示数为 110 V C.照射 R 的光强度增大时，电流表的示数变大 D.照射 R 的光强度增大时，电压表示数变大，灯泡变得更亮 答案 BC 解析 原线圈接入 u220 2sin (100t) V 的交流电压，T0.02 s，所以频率为 f1 T50 Hz， A 错误；交流电的有效值为 U1220 V，根据U1

15、U2 n1 n2，则 U2110 V，B 正确；R 阻值随照射 光强度增大而减小，根据 I2 U2 RRD知副线圈电流增大，副线圈输出功率增大，即灯泡变得 更亮，根据功率相等，所以原线圈输入功率增大，原线圈电流增大，所以电流表的示数增大， 但是电压表示数不变，故 C 正确，D 错误. 12.如图 8 甲所示，光滑金属导轨沿竖直方向固定，间距为 L，其下端接有定值电阻 R，质量 为 m、长度为 L、阻值为 r 的金属棒 MN 用导槽固定在导轨上，金属棒只能沿竖直方向上下 移动，且始终与导轨接触良好，整个装置处在垂直纸面向外的匀强磁场中.t0 时刻开始在金 属棒上施加竖直向上的外力，在金属棒向上运

16、动的过程中，流过金属棒的电流随时间变化的 规律如图乙所示.用 P 表示克服安培力做功的功率、a 表示金属棒的加速度、F 表示外力、q 表示流过定值电阻的电荷量，则描述上述四个物理量随时间变化的规律的图像可能正确的是 ( ) 图 8 答案 CD 解析 流过金属棒的电流 I BLv Rr，由题图乙可知，I 与 t 成正比例函数关系，则 v 与 t 成正 比例函数关系， 可知金属棒的加速度 a 不变， B 错误； 克服安培力做功的功率 PF安vB 2L2v2 Rr B 2L2a2 Rr t2，故 Pt 图线应为过原点的曲线，A 错误；由牛顿第二定律可知，FF安mg ma，则 FB 2L2a Rr t

17、mgma，故 Ft 图线应为不过原点的倾斜直线，C 正确；流过定值电阻 的电荷量 qIt，令 Ikt，则 qkt2，故 qt 图线应为过原点的曲线，D 正确. 二、非选择题(本题共 6 小题，共计 52 分) 13.(6 分)(2018 霞浦市第一中学高二下月考)如图 9 为“探究电磁感应现象”的实验装置. 图 9 (1)将图中所缺的导线补接完整. (2)原线圈插入副线圈后，如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上 开关后可能出现的情况有： 将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将_偏转(选填“发生”或“不发 生”)； 原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左拉时，灵敏

18、电流计指针_偏转(选 填“发生”或“不发生”)； 在上述两过程中灵敏电流计指针的偏转方向_(选填“相同”或“相反”). (3)在做“探究电磁感应现象”实验时，如果副线圈两端不接任何元件，则副线圈电路中将 _. A.因电路不闭合，无电磁感应现象 B.有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势 C.不能用楞次定律判断感应电动势方向 D.可以用楞次定律判断感应电动势方向 答案 (1)见解析图(1 分) (2)发生(1 分) 发生(1 分) 相反(1 分) (3)BD(2 分) 解析 (1)将电源、开关、滑动变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串 联成另一个回路，电路图如图所示： (

19、2)闭合开关，磁通量增加，指针向右偏转，将原线圈迅速插入副线圈，磁通量增加，则灵敏 电流计的指针将向右偏转一下；原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左拉时，电 阻增大，则电流减小，穿过副线圈的磁通量减小，则灵敏电流计指针向左偏转一下；两过程 中灵敏电流计指针偏转方向相反. (3)如果副线圈 B 两端不接任何元件，线圈中仍有磁通量的变化，仍会产生感应电动势，不过 没有感应电流存在，可根据楞次定律判断出感应电动势的方向，B、D 正确，A、C 错误. 14.(6 分)(2018 全国卷)某实验小组利用如图 10 甲所示的电路探究在 25 80 范围内某 热敏电阻的温度特性.所用器材有：置于温控

20、室(图中虚线区域)中的热敏电阻 RT，其标称值 (25 时的阻值)为 900.0 ；电源 E(6 V，内阻可忽略)；电压表(量程 150 mV)；定值电阻 R0(阻值 20.0 )，滑动变阻器 R1(最大阻值为 1 000 )；电阻箱 R2(阻值范围 0999.9 )；单 刀开关 S1，单刀双掷开关 S2. 实验时，先按图甲连接好电路，再将温控室的温度 t 升至 80.0 .将 S2与 1 端接通，闭合 S1， 调节 R1的滑片位置， 使电压表读数为某一值 U0； 保持 R1的滑片位置不变， 将 R2置于最大值， 将 S2与 2 端接通，调节 R2，使电压表读数仍为 U0；断开 S1，记下此时

21、 R2的读数.逐步降低 温控室的温度 t，得到相应温度下 R2的阻值，直至温度降到 25.0 .实验得到的 R2t 数据见 下表. t/ 25.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 R2/ 900.0 680.0 500.0 390.0 320.0 270.0 240.0 图 10 回答下列问题： (1)在闭合 S1前，图甲中 R1的滑片应移动到_(填“a”或“b”)端. (2)在图乙的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并作出 R2t 曲线. (3)由图乙可得到 RT在 25 80 范围内的温度特性.当 t44.0 时， 可得 RT_. (4)将 RT握于手心，手心温度

22、下 R2的相应读数如图丙所示，该读数为_，则手心温 度为_. 答案 (1)b(1 分) (2)如图所示(2 分) (3)450(1 分) (4)620.0(1 分) 33.0(1 分) 解析 (1)闭合开关 S1前，应让滑片移动到 b 端，使滑动变阻器连入电路的阻值最大. (3)由图像可知 t44.0 时，电阻的阻值为 450 . (4)由题图丙可得电阻箱阻值为 620.0 ，由图像可得温度约为 33.0 . 15.(9 分)(2018 烟台市高二下期末)如图 11 所示为边长为 L 的单匝正方形线圈 abcd， 放在磁感 应强度为 B 的匀强磁场中，从图示位置开始以 bc 边为轴匀速转动.线

23、圈从图示位置转过一周 的过程中产生的热量为 Q.已知线圈的 bc 边与磁场方向垂直，线圈电阻为 R.求： 图 11 (1)线圈转动的角速度大小； (2)线圈从图示位置转过 3时，线圈产生的感应电动势的瞬时值； (3)线圈从图示位置转过 2的过程中，线圈产生的感应电动势的平均值. 答案 (1) RQ B2L4 (2) 3RQ 2BL2 (3) 2RQ 2BL2 解析 (1)线圈转动过程中，产生的感应电动势有效值为 E 2 2 BL2(1 分) 线圈从题图所示位置转过一周所用的时间： tT2 (1 分) 所以热量 QE 2 Rt B2L4 R (1 分) 解得： RQ B2L4(1 分) (2)线

24、圈从题图所示位置开始匀速转动 3时，产生的感应电动势的瞬时值：eBL 2sin t BL2sin 3(1 分) 解得：e 3RQ 2BL2(1 分) (3)线圈从题图所示位置转过 2的过程中，线圈内磁通量的变化量 BL 2(1 分) 所用的时间为 t 2(1 分) 线圈产生的感应电动势的平均值： E t 2RQ 2BL2.(1 分) 16.(9分)(2018 泰安市高二下期末)某水电站的水位落差为20 m， 通过水轮机的流量为10 m3/s， 发电效率为 20%.水流通过水轮机时，使水轮机以 25 2 rad/s 的角速度转动.水轮机带动的线 圈共 1 000 匝，线圈面积为 0.2 m2，线

25、圈置于磁感应强度为 0.1 T 的匀强磁场中，线圈电 阻不计.发电机先经过匝数比为 110 的升压变压器后经输电线输送到远处，再由降压变压 器降压后给用户供电.若按最大功率供电时输电线路损耗的功率为发电机最大输出功率的 2%，用户电压为 220 V.g 取 10 m/s2，求： (1)输电线的总电阻； (2)降压变压器的匝数比. 答案 (1)1.25 (2)24511 解析 (1)发电机的输出电压的有效值 UNBS 2 ，代入数据得：U500 V(1 分) 最大输出功率：PQtgh t Qgh， 代入数据得：P4105 W(1 分) 发电机的最大输出电流的有效值 IP U800 A(1 分)

26、输电线中的最大电流有效值与发电机的最大输出电流有效值的关系 I I线 n2 n1(1 分) 且 I线 2rP2% 联立并代入数据得：r1.25 (1 分) (2)升压变压器副线圈的电压为 U2， 则 U U2 n1 n2(1 分) 降压变压器原线圈的电压为 U3， 则 U2U3I线r(1 分) 降压变压器原副线圈电压关系为：U3 U4 n3 n4(1 分) 联立并代入数据得：n3 n4 245 11 .(1 分) 17.(10 分)如图 12 所示，一宽为 L1 m 的矩形金属框架固定在倾角 37 的绝缘斜面上，框 架两端各接一个阻值 R04 的电阻，框架的其余部分电阻忽略不计，框架足够长.匀

27、强磁场 垂直斜面向下，磁感应强度大小 B1.0 T，金属杆 ab 的质量为 0.2 kg，电阻为 r1 ，杆与 框架接触良好，杆与框架间的动摩擦因数为 0.5，当杆受一沿斜面向上的恒力 F 作用时， 由静止开始运动， 经过一段时间后电流表示数稳定为 0.2 A， 已知金属杆加速过程中每个电阻 R0产生的热量 Q00.152 J，取 g 10 m/s2，sin 37 0.6，cos 37 0.8.求： 图 12 (1)电路中产生的最大感应电动势； (2)恒力 F 的大小； (3)金属杆在加速过程中经过的位移大小. 答案 (1)1.2 V (2)2.4 N (3)1.5 m 解析 (1)当金属杆做

28、匀速运动时，速度最大，回路中感应电动势最大.等效电路图如图所示， 当电流表示数稳定为 0.2 A 时，回路中总电流 I0.4 A. R并R0 2 2 (1 分) 根据闭合电路欧姆定律有 EI(R并r) 得回路中产生的最大感应电动势 E1.2 V(1 分) (2)以金属杆为研究对象，根据力的平衡条件有： Fmgsin mgcos F安(1 分) 而 F安BIL(1 分) 得 F2.4 N(1 分) (3)由 EBLv 可得，稳定时金属杆的速度 v1.2 m/s(1 分) 由 QI2Rt 可得金属杆在加速过程中产生的热量与每个电阻 R0产生的热量相等，都为 Q0(1 分) 对金属杆从静止到稳定过程

29、中，由功能关系有： (Fmgcos mgsin )x1 2mv 23Q 0(2 分) 解得 x1.5 m.(1 分) 18.(12 分)如图 13 甲所示，平行长直导轨 MN、PQ 水平放置，两导轨间距 L0.5 m，导轨左 端 M、P 间接有一阻值 R0.2 的定值电阻，导体棒 ab 的质量 m0.1 kg，与导轨间的动摩 擦因数 0.1， 导体棒垂直于导轨放在距离左端为 d1.0 m 处， 导体棒和导轨始终接触良好， 电阻均忽略不计.整个装置处在范围足够大的匀强磁场中，t0 时刻，磁场方向竖直向下，此 后，磁感应强度 B 随时间 t 的变化如图乙所示，不计感应电流对磁场的影响.取重力加速度

30、 g 10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力. 图 13 (1)求 t0 时导体棒所受到的安培力大小 F0； (2)分析前 3 s 时间内导体棒的运动情况并求前 3 s 内导体棒所受的摩擦力 Ff的大小随时间 t 变化的关系式； (3)若 t3 s 时，突然使导体棒获得向右的速度 v08 m/s，同时垂直导体棒施加一方向水平、 大小可变化的外力 F，使导体棒的加速度大小恒为 a4 m/s2，方向向左.求从 t3 s 到 t4 s 的时间内通过电阻 R 的电荷量 q. 答案 见解析 解析 (1)t0 时导体棒的速度为零，回路中产生感应电动势 E t B tLd(1 分) 电流 IE R，可得

31、 I0.25 A(1 分) 所以 t0 时导体棒所受到的安培力大小 F0B0IL0.025 N(1 分) (2)导体棒与导轨间的最大静摩擦力 Ffmmg0.1 NF0(1 分) 所以在 t0 时刻导体棒静止不动，加速度为零，在 03 s 内磁感应强度 B 都小于 B0，导体 棒所受的安培力都小于 Ffm，故前 3 s 内导体棒静止不动，电流恒为 I0.25 A(1 分) 在 03 s 内，磁感应强度 B0.20.1t (T)(1 分) 因为导体棒静止不动，所以 FfBIL(1 分) 即 Ff0.0250.012 5t (N)，t3 s(1 分) (3)34 s 内磁感应强度大小恒为 B10.1 T，导体棒做匀变速直线运动，t1 s(1 分) 设 t 时间内导体棒的位移为 x xv0t1 2a(t) 2(1 分) 这段时间内，通过电阻 R 的电荷量为 q R ，B1Lx(1 分) 即 q1.5 C.(1 分)