高中物理新教材同步选择性必修第二册 模块综合试卷(二)

模块综合试卷(二) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、单项选择题(本题共8 小题，每小题4 分，共32 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.正三角形金属框架ABC 边长为a，将其放置在水平绝缘桌面上，俯视图如图1 所示．现施 加竖直向上的磁感应强度为B 的匀强磁场，将AC 接入电路，图中电流表示数为I，电流方 向如图，金属框架静止．则( ) 图1 A．金属框架所受的安培力为0 B．金属框架所受摩擦力大小为BIa C．金属框架所受摩擦力方向水平向左 D．若增大磁感应强度B，金属框架一定静止 答案 B 解析 由电路知识知，AC 段的电流大小为I，ABC 段的电流大小为I，AC 段所受的安培力 为：F＝B·I·a＝BIa，根据左手定则可知方向水平向左；ABC 段所受的安培力为：F＝B·I·a＝ BIa，由左手定则知方向向左；金属框架受到的安培力为两段导线所受安培力的合力，故金 属框架受到的安培力为F＝BIa＋BIa＝BIa，方向水平向左，根据平衡条件，线框所受摩擦 力大小Ff＝F＝BIa，方向水平方向右，故A、C 错误，B 正确．增大磁感应强度B，安培力 增大，若安培力增大到大于最大静摩擦力，线框就要开始运动，故D 错误． 2．(2019·中山市期末)电流i 随时间t 变化的图像如图2 所示，该电流的周期和有效值分别是 ( ) 图2 A．2×10－3 s A B．3×10－3 s A C．3×10－3 s A D．5×10－3 s A 答案 B 解析 由题图可知，电流的周期为3×10－3 s；由有效值的定义可得1 2R×T＝I2RT.代入数据解 得I＝ A，故B 正确． 3.如图3 所示，圆形线圈在匀强磁场中绕轴O1O2匀速转动的周期为T，匝数为10 匝，转轴 O1O2垂直于磁场方向，线圈总电阻为2 Ω，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，下列说法正确的是( ) 图3 A．线圈中电流的最大值为 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i＝2cos (t) A 答案 B 解析 从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt，则感应电流i＝＝sin ωt，由题给条件有1 A＝×，解得Em＝4 V，则Im＝2 A，I 有效＝ A，线圈中消耗的电功率为P＝IR＝4 W，选项A、C 错误，B 正确；从题图所示位置开始计 时，感应电流的瞬时值表达式为i＝Imsin ωt＝2sin (t) A，选项D 错误． 4．(2019·北京101 中学高二期末)如图4 甲所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为 55∶6，其原线圈两端接入如图乙所示的正弦交流电，副线圈通过电流表与负载电阻R 相连． 若交流电压表和交流电流表都是理想电表，则下列说法中正确的是( ) 图4 A．变压器输入电压的最大值是220 V B．若电流表的示数为 0.5 A，则变压器的输入功率是12 W C．原线圈输入的正弦交变电流的频率是100 Hz D．电压表的示数是24 V 答案 B 解析 由题图乙可知交流电压最大值Um＝220 V，故A 错误；输入电压的有效值为220 V， 根据变压器原副线圈电压之比等于匝数之比知电压表示数为U＝×220 V＝24 V，即电压表 的示数是24 V，若电流表的示数为0.5 A，变压器的输入功率P 入＝P 出＝UI＝24×0.5 W＝ 12 W，故B 正确，D 错误；变压器不改变频率，由题图乙可知交流电的周期T＝0.02 s，根 据f＝可知原线圈输入的正弦交变电流的频率是50 Hz，故C 错误． 5．(2019·启东中学期中)如图5 所示，A、B 是两个完全相同的灯泡，D 是理想二极管，L 是 带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计．下列说法正确的是( ) 图5 A．S 闭合瞬间，A 先亮 B．S 闭合瞬间，A、B 同时亮 C．S 断开瞬间，B 逐渐熄灭 D．S 断开瞬间，A 闪亮一下，然后逐渐熄灭 答案 D 6. (2020·山西省实验中学期中)如图6 所示，两块水平放置的金属板间距离为d，用导线、开 关K 与一个n 匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B 中．两板间放一 台小型压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为m、电荷量为 q 的带正电小球．K 没有闭合时传感器有示数，K 闭合时传感器示数变为原来的一半．重力 加速度为g，则线圈中磁场B 的变化情况和磁通量变化率分别为( ) 图6 A．正在增强， B．正在增强， C．正在减弱， D．正在减弱， 答案 B 解析 开关闭合时，根据平衡条件：qE＋FN＝mg，其中FN＝mg，解得：E＝，又有：E＝ ＝，可得＝，小球带正电，可知上极板带负电，下极板带正电，根据楞次定律可知，磁场正 在增强，故B 正确，A、C、D 错误． 7. (2020·张家口市高二期末)如图7 所示，两平行金属板P、Q 水平放置，上极板带正电，下 极板带负电，板间存在匀强电场和匀强磁场(图中未画出)，一个带电粒子在两平行板间做匀 速直线运动后，从O 点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中，粒子做匀速圆周运动， 最后打在挡板MN 上的A 点，不计粒子重力．下列说法正确的是( ) 图7 A．此粒子一定带负电 B．P、Q 间的磁场一定垂直于纸面向外 C．若另一个带电粒子在磁场中也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷 D．若另一个带电粒子在P、Q 间也能做匀速直线运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷 答案 C 解析 粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子向下偏转，粒子刚进入MN 右侧磁场时所受洛伦 兹力竖直向下，应用左手定则可知，粒子带正电，故A 错误；粒子在复合场中做匀速直线 运动，粒子所受合力为零，粒子所受电场力竖直向下，则粒子所受洛伦兹力竖直向上，由左 手定则可知，P、Q 间的磁场垂直于纸面向里，故B 错误；粒子在复合场中做匀速直线运动， 由平衡条件可知：qvB＝qE，解得：v＝，粒子具有相同的速度，不一定具有相同的比荷， 故D 错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB ＝m，解得＝，由于粒子匀速通过P、Q 间的复合场，则粒子速度v 相同，粒子运动轨迹相 同，则粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径r 相同，则粒子的比荷相同，故C 正确． 8．如图8 甲所示，矩形导线框abcd 固定在变化的磁场中，产生了感应电流(电流方向沿 abcda 为正方向)．若规定垂直纸面向里的方向为磁场的正方向，能够产生如图乙所示电流的 磁场为( ) 图8 答案 D 解析 由题图乙可知，0～t1内，线框中电流的大小与方向都不变，根据法拉第电磁感应定 律可知，线框中磁通量的变化率不变，故0～t1内磁感应强度与时间的关系图线是一条倾斜 的直线，A、B 错；又由于0～t1时间内电流的方向为正，即沿abcda 方向，由楞次定律可知， 电路中感应电流的磁场方向垂直纸面向里，故0～t1内原磁场垂直纸面向里减小或垂直纸面 向外增大，C 错，D 对． 二、多项选择题(本题4 小题，每小题4 分，共16 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4 分，选对但不全的得2 分，有选错的得0 分) 9.如图9 所示的电路中，电源两端的电压恒定，L 为小灯泡，R 为光敏电阻，R 和L 之间用 挡板(未画出)隔开，LED 为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R 与LED 间距不变， 下列说法中正确的是( ) 图9 A．当滑动触头P 向左移动时，L 消耗的功率增大 B．当滑动触头P 向左移动时，L 消耗的功率减小 C．当滑动触头P 向右移动时，L 消耗的功率减小 D．无论怎样移动滑动触头P，L 消耗的功率都不变 答案 AC 解析 滑动触头P 左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而 发光增强，使光敏电阻R 的阻值减小，流过灯泡的电流增大，L 消耗的功率增大．同理，当 滑动触头P 向右移动时，L 消耗的功率减小． 10．(2019·昆明市官渡一中期中)如图10 甲，螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，以图 中箭头所示方向为其正方向．螺线管与导线框abcd 相连，导线框内有一小金属圆环L，圆 环与导线框在同一平面内．当螺线管内的磁感应强度B 随时间按图乙所示变化时( ) 图10 A．在t1～t2时间内，L 有收缩趋势 B．在t2～t3时间内，L 有扩张趋势 C．在t2～t3时间内，L 内有逆时针方向的感应电流 D．在t3～t4时间内，L 内有顺时针方向的感应电流 答案 AD 解析 在t1～t2时间内，外加磁场的磁感应强度增大且图线斜率在增大，则在导线框中产生 顺时针方向且大小增加的电流，该电流激发的磁场通过圆环，在圆环内产生感应电流，据 “增缩减扩”可以判定圆环有收缩趋势，故选项A 正确；在t2～t3时间内，外加磁场均匀变 化，在导线框中产生稳定电流，该电流激发出稳定磁场，该磁场通过圆环时，圆环中没有感 应电流，故选项B、C 错误；在t3～t4时间内，外加磁场方向向下且减小，又知图线斜率也 减小，在导线框中产生顺时针方向减小的电流，该电流激发出向内减小的磁场，则圆环内产 生顺时针方向的电流，故选项D 正确． 11. (2020·莱西一中、高密一中、枣庄三中联考)如图11 所示，在x 轴上方第一象限内存在垂 直纸面向里的匀强磁场，x 轴下方存在沿y 轴正方向的匀强电场．a、b 两个重力不计的带电 粒子分别从电场中的同一点P 由静止释放后，经电场加速从M 点射入磁场并在磁场中发生 偏转．最后从y 轴离开磁场时，速度大小分别为v1和v2，v1的方向与y 轴垂直，v2的方向与 y 轴正方向成60°.a、b 两粒子在磁场中运动的时间分别记为t1和t2，则以下比值正确的是( ) 图11 A．v1∶v2＝2∶1 B．v1∶v2＝1∶2 C．t1∶t2＝3∶2 D．t1∶t2＝3∶8 答案 AD 解析 粒子在电场中加速，设加速的位移为d，则根据动能定理有qEd＝mv2， 所以v＝① 粒子在磁场中运动时，其轨迹如图， a 粒子的圆心为O，b 粒子的圆心为O′， 根据几何知识可知，R2·sin 30°＋R1＝R2， 则R1∶R2＝1∶2，② 根据洛伦兹力提供向心力有R＝，③ 联立①②③可得∶＝1∶4，④ 将④代入①中可得v1∶v2＝2∶1，故A 正确，B 错误． 粒子在磁场中运动的周期为T＝＝， 所以两粒子在磁场中运动的时间之比为t1∶t2＝T1∶T2＝∶＝3∶8，故C 错误，D 正确． 12．(2020·山东模拟)空间有磁感应强度为B 的有界匀强磁场区域，磁场方向如图12 所示， 有一边长为L、电阻为R、粗细均匀的正方形金属线框abcd 置于匀强磁场区域中，ab 边与 磁场的右边界平行，若金属线框在外力作用下以速度v 向右匀速运动，下列说法正确的是( ) 图12 A．当ab 边刚离开磁场时，cd 边两端的电压为 B．从ab 边刚离开磁场到cd 边刚离开磁场的过程中，外力所做的功为 C．从ab 边刚离开磁场到cd 边刚离开磁场的过程中，外力做功的功率为 D．从ab 边刚离开磁场到cd 边刚离开磁场的过程中，通过线框某一截面的电荷量为 答案 ABD 解析 当ab 边刚离开磁场时，cd 边切割磁感线产生的感应电动势为E＝BLv，cd 间电压为 E＝，故A 正确．当ab 边刚出磁场区域时，cd 边切割磁感线产生的感应电动势为E＝BLv， 线圈中电流为I＝，所受安培力F 安＝BIL＝，由于金属框做匀速运动，根据二力平衡有拉力 等于安培力，拉力做功W＝F 安L＝，故B 正确．根据功率公式，拉力功率为P＝＝＝，故C 错误．由法拉第电磁感应定律得E＝，根据闭合电路欧姆定律得I＝，由电流定义式得I＝， 联立解得q＝＝，故D 正确． 三、非选择题(本题6 小题，共52 分) 13．(5 分)(2020·北师联盟模拟)如图13 为研究电磁感应现象的实验装置，部分导线已连接． 图13 (1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好； (2)在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合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________．原线圈插入副线圈后，将滑动变 阻器触头迅速向右拉时，灵敏电流计指针将________；断开开关时，灵敏电流计指针将____ ____．(均选填“向右偏”“向左偏”或“不偏转”) 答案 (1)见解析图(2 分) (2)向右偏(1 分) 向左偏(1 分) 向左偏(1 分) 解析 (1)将电源、开关、滑动变阻器、原线圈串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一 下两个接线柱，再将电流计与副线圈串联成另一个回路，电路图所图所示． (2)在闭合开关时，穿过线圈的磁通量增大，灵敏电流计的指针向右偏转；将原线圈迅速插 入副线圈时，穿过线圈的磁通量增加，灵敏电流计指针将向右偏．原线圈插入副线圈后，将 滑动变阻器触头迅速向右拉时，线圈中的电流减小，穿过线圈的磁通量减小，灵敏电流计指 针将向左偏．断开开关时，线圈中的电流减小，穿过线圈的磁通量减小，灵敏电流计指针将 左偏． 14. (6 分)如图14 所示，线圈L 的电感为25 mH，电阻为零，电容器C 的电容为40 μF，灯泡 D 的规格是“4 V 2 W”．开关S 闭合后，灯泡正常发光，S 断开后，LC 中产生振荡电流． 若从S 断开开始计时，求： 图14 (1)当t＝×10－3 s 时，电容器的右极板带何种电荷； (2)当t＝π×10－3 s 时，LC 回路中的电流大小． 答案 (1)正电荷 (2)0.5 A 解析 (1)S 断开后，LC 中产生振荡电流， 振荡周期为T＝2π＝2π s＝2π×10－3 s，(2 分) 则t＝×10－3 s＝时，电容器充电完毕，右极板带正电荷．(1 分) (2)开关S 闭合后，灯泡正常发光时电路中的电流I＝＝ A＝0.5 A，(2 分) 当t＝π×10－3 s＝时，LC 回路中的电流达到反向最大，即I＝0.5 A．(1 分) 15．(9 分)(2019·武汉二中期末)如图15 甲为手机无线充电工作原理示意图，它由送电线圈和 受电线圈组成．已知受电线圈的匝数为N＝50，电阻r＝1.0 Ω，在它的c、d 两端接阻值R＝ 9.0 Ω 的电阻．设受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间的变化规律如图 乙所示，可在受电线圈中产生正弦式交变电流．求： 图15 (1)在一个周期内，阻值为R 的电阻上产生的焦耳热；(结果保留两位有效数字) (2)从t1到t2时间内，通过阻值为R 的电阻的电荷量． 答案 (1)5.7×10－2 J (2)2.0×10－3 C 解析 (1)由题图乙知T＝π×10－3 s，受电线圈中产生的电动势最大值为Em＝NBSω＝NΦm＝ 50×2.0×10－4× V＝20 V(1 分) 受电线圈中产生的感应电流的最大值为 Im＝＝2.0 A(1 分) 通过电阻的电流的有效值为I＝＝ A(1 分) 在一个周期内电阻R 上产生的焦耳热为Q＝I2RT≈5.7×10－2 J(1 分) (2)受电线圈中感应电动势的平均值＝N(1 分) 通过电阻R 的平均电流为＝(1 分) 通过电阻R 的电荷量q＝Δt(1 分) 由题图乙可知，在t1～t2时间内，|ΔΦ|＝4.0×10－4 Wb(1 分) 解得q＝N＝2.0×10－3 C．(1 分) 16．(10 分)(2019·哈尔滨市第三中学期中)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW，发电 机输出电压恒为500 V，现用总电阻为10 Ω 的输电线向远处的用电单位输电，在发电机以 最大输出功率工作时，若输电线上的损失功率为发电机输出功率的4%， (1)求所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比； (2)如果用户用电器的额定电压为220 V，求所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比； (3)在保持输电线的电阻以及升压、降压变压器各自匝数比不变的前提下，如果用电单位的 电路中总电流为96 A，求此时输电线上损失的电压． 答案 (1) (2) (3)44 V 解析 (1)原线圈的电流为I1＝＝200 A(1 分) 由于输电线上损失的功率为发电机输出功率的4%，由P 损＝I2 2R，P 损＝4%P(1 分) 得副线圈上的电流为I2＝＝20 A，(1 分) 则升压变压器原、副线圈的匝数之比为＝＝(1 分) (2)根据变压器原理可知＝，(1 分) 所以U2＝U1＝5 000 V，(1 分) 输电线上损耗的电压为U 损＝I2R＝20×10 V＝200 V， 降压变压器原线圈的电压为U3＝U2－U 损＝5 000 V－200 V＝4 800 V(1 分) 则降压变压器原、副线圈的匝数之比为＝＝＝(1 分) (3)如果用电单位的电路中总电流为96 A，则输电线上的电流为I2′＝I4＝×96 A＝4.4 A(1 分) 则此时输电线上损失的电压为U 损＝I2′R＝44 V．(1 分) 17．(10 分)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，且与导轨接触良好．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0～t0时间内，回路中的感应电动势E； (2)在0～t0时间内，电阻R0产生的热量Q； (3)若从t＝t0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 (1) (2) (3) 解析 (1)在0～t0时间内，回路中磁感应强度的变化率为＝，(1 分) 圆形区域的面积S＝π2＝，(1 分) 回路中的感应电动势E＝S＝.(1 分) (2)在0～t0时间内， 电阻R0上的电流I＝＝(1 分) 电阻R0产生的热量Q＝I2R0t0＝.(2 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E′＝B0Lv，(1 分) 回路中的电流I′＝，(1 分) 导体棒受到的安培力最大值Fm＝B0I′L，(1 分) 联立可得Fm＝.(1 分) 18. (12 分)(2020·青岛十七中模拟)如图17 所示，在平面坐标系xOy 的第Ⅰ象限内有M、N 两 个平行金属板，板间电压为U，在第Ⅱ象限内存在沿y 轴负方向的匀强电场，在第Ⅲ、Ⅳ象 限内存在垂直坐标平面向里的匀强磁场．一质量为m、电荷量为q 的带正电的粒子(不计粒 子重力)从靠近M 板的S 点由静止释放后，经N 板上的小孔穿出，从y 轴上的A 点(yA＝L)沿 x 轴负方向射入电场，从x 轴上的C 点(xC＝－2L)离开电场，经磁场偏转后恰好从坐标原点 O 处再次进入