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【学练考】2015-2016学年高二人教版物理选修3-2练习册:特色专题训练2


特色专题训练(二) 电磁感应和交变电流 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,共 100 分,考试时间 90 分钟. 第Ⅰ卷(选择题 共 36 分) 一、选择题(本题共 9 小题,每小题 4 分,共 36 分.在每小题给出的四个选项中,有的 只有一个选项符合题意,有的有多个选项符合题意,全部选对的得 4 分,选对但不全的得 2 分,选错或不答的得 0 分) 1.将闭

合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈 中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是( ) A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B.穿过线圈的磁通量越大,感应电动势越大 C.穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大 D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 2.如图 Z21 所示, 两块条形磁铁摆成“V”字形, 将一根绕有多匝线圈的软铁棒置于 N、 S 极之间.线圈与灵敏电流计通过开关相连.下列说法正确的是( )

图 Z21 A.保持两磁铁与软铁棒三者的相对位置不变,只要闭合开关,电路中就会产生持续的 电流 B.保持两磁铁与软铁棒三者的相对位置不变,开关闭合的瞬间电路中会产生感应电流 C.开关保持闭合的情况下,将软铁棒从两磁极间移开的瞬间,电路中会产生感应电流 D. 开关保持闭合的情况下,移开左侧或右侧磁铁的瞬间,电路中不会产生感应电流 3.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的,可是我们在晚上七八点钟用电高峰 时开灯,电灯比深夜时要显得暗些.这是因为用电高峰时( ) A.总电阻比深夜时大,供电线路上的电流小,每盏灯两端的电压较小 B.总电阻比深夜时大,供电线路上的电流小,通过每盏灯的电流较小 C.总电阻比深夜时小,供电线路上的电流大,输电线上损失的电压较大 D.供电线路上的电流恒定,但开的灯比深夜时多,通过每盏灯的电流小 4.(多选)正弦交变电源与电阻 R、交流电压表、交流电流表按照图 Z22 甲所示的方式 连接,R=200 Ω.图乙是交变电源输出电压 u 随时间 t 变化的图像.则( )

图 Z22 A.交流电压表的读数是 311 V B.交流电流表的读数是 1.1 A

C.R 两端的电压随时间变化的规律是 uR=311cos πt(V) D.R 两端的电压随时间变化的规律是 uR=311cos 100πt(V) 5.如图 Z23 所示,在匀强磁场中的“U”形金属轨道上,有两根等长的金属棒 ab 和 cd, 它们以相同的速度匀速运动,则( )

图 Z23 A.断开开关 S,ab 中有感应电流 B.闭合开关 S,ab 中有感应电流 C.无论断开还是闭合开关 S,ab 中都有感应电流 D.无论断开还是闭合开关 S,ab 中都没有感应电流 6.交流电源与理想变压器按如图 Z24 所示的方式连接.变压器的原线圈匝数 n1=600 匝,交流电源的电动势 e=311sin 100πt(V),不考虑其内阻,电压表和电流表对电路的影响 可忽略不计,原线圈串联一个额定电流为 0.2 A 的保险丝,副线圈匝数 n2=120 匝,为保证 保险丝不被烧断,则( )

图 Z24 A.负载的功率不能超过 31 W B.副线圈中电流的最大值为 1 A C.副线圈电路中的电阻 R 不能小于 44 Ω D.副线圈电路中电压表的读数为 62 V 7.如图 Z25 所示,理想变压器的 a、b 端加上交流电压(电压有效值保持不变),副线 圈 c、d 端所接灯泡 L 恰好正常发光.此时滑动变阻器的滑片 P 位于图示位置.现将滑片下 移(导线电阻不计),则以下说法中正确的是( )

图 Z25 A.灯泡仍能正常发光,原线圈输入电流变小 B.灯泡不能正常发光,原线圈输入功率变大 C.灯泡不能正常发光,原线圈输入电压变大 D.灯泡仍能正常发光,原线圈输入功率不变 8.如图 Z26,水平桌面上固定有一半径为 R 的金属细圆环,环面水平,圆环每单位 长度的电阻为 r,空间有一匀强磁场,磁感应强度大小为 B,方向竖直向下;一长度为 2R、 电阻可忽略的导体棒置于圆环左侧并与环相切, 切点为棒的中点. 棒在拉力的作用下以恒定 加速度 a 从静止开始向右运动,运动过程中棒与圆环接触良好.下列说法正确的是( )

图 Z26 A.拉力的大小在运动过程中保持不变 B.棒通过整个圆环所用的时间为 2R a

B 2aR C.棒经过环心时流过棒的电流为 πr 8B2R 2aR D.棒经过环心时所受安培力的大小为 πr 9.在水平桌面上,一个面积为 S 的圆形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂 直,磁感应强度 B1 随时间 t 变化的规律如图 Z27 甲所示,0~1 s 内磁场方向垂直于线框平 面向下.圆形金属线框与两根水平的平行金属导轨相连接,一根导体棒垂直于导轨放置,导 体棒的长为 L、电阻为 R,且与导轨接触良好,导体棒处于磁感应强度为 B2 的匀强磁场中, 如图乙所示.若导体棒始终保持静止,则其所受的静摩擦力 f 随时间变化的图像是图 Z28 中的(设向右的方向为静摩擦力的正方向)( )

甲 图 Z27



A

B

C

D

图 Z28 第Ⅱ卷(非选择题 共 64 分) 二、实验题(本题共 2 小题,10 题 6 分,11 题 9 分,共 15 分) 10.图 Z29 为“研究电磁感应现象”实验的实物连接图,实验表明:当穿过闭合电路的 磁通量发生变化时,闭合电路中就会产生感应电流.将线圈 L1 插入线圈 L2 中,合上开关 S, 能使线圈 L2 中感应电流产生的磁场方向与线圈 L1 中原磁场方向相同的实验操作是( )

图 Z29 A.插入铁芯 B.拔出线圈 L1

C.使滑动变阻器的阻值变大 D.断开开关 S 11.有一个教学用的可拆变压器,如图 Z210 甲所示,它有两个用相同的导线绕制的 线圈 A、B,线圈外部还可以绕线.





图 Z210 (1)某同学用一个多用电表的同一欧姆挡先后测量了 A、B 两个线圈的阻值,指针分别 对应图乙中的 a、 b 位置, 则 A 线圈的电阻为________Ω, 由此可推断________(选填“A”或“B”) 线圈的匝数较多. (2)如果把它看作理想变压器,现要测量 A 线圈的匝数,提供的器材有:一根足够长的 绝缘导线、一个多用电表和低压交流电源.请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量,并 用 字 母 表 示 ) : ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. A 线圈的匝数为 nA=________(用所测物理量的符号表示). 三、计算题(本题共 4 小题,12 题 11 分,13 题 11 分,14 题 13 分,15 题 14 分,共 49 分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分) 12.如图 Z211 所示,一台模型发电机的电枢是矩形导线框 abcd,其 ab 边长为 l1=0.4 m,ad 边长为 l2=0.2 m,匝数 n=100 匝,它在磁感应强度 B=0.2 T 的匀强磁场中绕通过线 框对称中心线且垂直于磁场方向的轴 OO′匀速转动,当开关 S 断开时,电压表的示数为 10 2 V,开关 S 闭合时,外电路上标有“10 V 10 W”的灯泡恰好正常发光,求: (1)导线框 abcd 在磁场中转动的角速度; (2)开关 S 闭合后,导线框从图示位置转过 θ=60° 的过程中通过灯泡的电荷量.

图 Z211

13.如图 Z212 所示,理想变压器的原线圈通有正弦式交变电流,副线圈接有 3 个电 阻和一个电容器.已知 R1=R3=20 Ω ,R2=40 Ω,原、副线圈的匝数比为 10∶1,原线圈 的输入功率为 P=35 W,已知通过 R1 的正弦交变电流如图乙所示.求: (1)原线圈输入的电压; (2)电阻 R2 的电功率; (3)流过电容器 C 的电流.

图 Z212

14.如图 Z213 甲所示:MN、PQ 是相距 d=1 m 的足够长的平行光滑金属导轨,导轨

平面与水平面成某一夹角,导轨电阻不计;长也为 1 m 的金属棒 ab 垂直于 MN、PQ 放置在 导轨上,且始终与导轨接触良好,ab 的质量 m=0.1 kg、电阻 R=1 Ω;MN、PQ 的上端连 接右侧电路,电路中的 R2 为电阻箱;已知灯泡电阻 RL=3 Ω,定值电阻 R1=7 Ω,调节电阻 箱使 R2=6 Ω, 重力加速度 g 取 10 m/s2.现断开开关 S, 在 t=0 时刻由静止释放 ab, 在 t=0.5 s 时刻由静止闭合 S,同时加上分布于整个导轨所在区域的匀强磁场,磁场方向垂直于导轨 平面斜向上:图乙为 ab 的速度随时间变化的图像. (1)求斜面倾角 α 及磁感应强度 B 的大小. (2)ab 由静止下滑 x=50 m(此前已达到最大速度)的过程,求整个电路产生的热量. (3)若只改变电阻箱 R2 的值,当 R2 为何值时,ab 匀速下滑中 R2 消耗的功率最大?消耗 的最大功率为多少?

甲 图 Z213



15.某水电站发电机组的设计如下:水以 v1=3 m/s 的速度流入水轮机后以 v2=1 m/s 的速度流出, 流出水位比流入水位低 10 m, 水流量为 Q=10 m3/s.已知水轮机的效率为 75%, 发电机的效率为 80%,水的密度 ρ=1× 103 kg/m3,g 取 10 m/s2,试问: (1)发电机的输出功率是多少? (2)如果发电机输出电压为 240 V, 用户所需电压为 220 V, 输电线路中的功率损耗为 5%, 输电线的总电阻为 12 Ω,那么所需用升、降压变压器的原、副线圈匝数比分别是多少?

参考答案 特色专题训练(二) ΔΦ ΔB 1.C [解析] 由 E=n =nS 知,选项 A、B 错误,选项 C 正确;感应电流产生的 Δt Δt 磁场与原磁场的方向可能相同,也可能相反,选项 D 错误. 2.C [解析] 产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化.当保持两磁铁 与软铁棒三者的相对位置不变时, 磁通量不变, 即使闭合开关也不会产生感应电流, 选项 A、 B 错误; 开关保持闭合的情况下, 无论移动软铁棒还是移动磁铁的瞬间, 磁通量都是变化的, 电路中都能产生感应电流.选项 C 正确,选项 D 错误. 3.C [解析] 照明供电线路的用电器是并联的,晚上七八点钟用电高峰时,用电器较 多, 总电阻较小, 供电线路上的电流较大, 输电线上损失的电压较大, 用户得到的电压较小, 所以选项 C 正确. 4.BD [解析] 由图乙可知,电源输出电压的峰值为 311 V,有效值为 220 V,所以电 U 压表的读数为 220 V,电流表的读数为电流的有效值 I= =1.1 A,选项 A 错误,选项 B 正 R 确;由图乙可知 T=2× 10
-2

2π s,ω= =100π rad/s,所以 R 两端的电压随时间变化的规律为 T

uR=311cos 100πt (V),选项 C 错误,选项 D 正确. 5.B [解析] 两根金属棒 ab 和 cd 以相同的速度匀速运动,若断开开关 S,两根金属棒 与导轨构成的回路中磁通量无变化,则回路中无感应电流,选项 A、C 错误;若闭合开关 S, 金属棒 ab 与导轨构成的回路中磁通量发生变化,则回路中有感应电流,选项 B 正确,选项 D 错误. 6.C U 1 n1 I1 n2 [解析] 由 = 得 U2=44 V,选项 D 错误;由 = 得 I2≤1 A,所以负载的功率 U 2 n2 I2 n1

P2=U2I2≤44 W,选项 A 错误;副线圈中的电流的最大值为 Im= 2 A,故选项 B 错误;由 R U2 2 = 得 R≥44 Ω,选项 C 正确. P2 7.A [解析] 因为副线圈两端的电压没有发生变化,所以灯泡仍能正常发光.当滑片 下移时,由于滑动变阻器的电阻增大,所以副线圈中的电流减小,原线圈中输入的电流也变 小,故输入的功率变小,选项 A 正确. 8.D [解析] 导体棒做匀加速运动,合外力恒定,由于受到的安培力随速度的变化而 变化,故拉力一直变化,选项 A 错误;设棒通过整个圆环所用的时间为 t,由匀变速直线运 1 动的基本关系式可得 2R= at2,解得 t= 2 4R ,选项 B 错误;由 v2-v2 0=2ax 可知棒经过环 a

心时的速度 v= 2aR,此时的感应电动势 E=2BRv,此时金属圆环的两侧并联,等效电阻 r


πRr E 4B 2aR = ,故棒经过环心时流过棒的电流为 I= = ,选项 C 错误;由对选项 C 的分 2 πr r总 8B2R 2aR ,选项 D 正确. πr

析可知棒经过环心时所受安培力的大小为 F=2BIR=

9.B [解析] 由图甲可知在 0~1 s 内磁感应强度均匀增大,产生恒定的感应电流,根 据楞次定律可判断感应电流的方向为逆时针方向; 由左手定则可知, 导体棒受到的安培力的

方向水平向左,导体棒静止不动,故静摩擦力方向水平向右,为正方向,且大小不变.由此 可以得出选项 B 正确. 10.BCD [解析] 根据楞次定律可知,当原磁场减弱时线圈 L2 中感应电流产生的磁场 方向与原磁场方向相同,因为拔出线圈 L1、使滑动变阻器的阻值变大以及断开开关都能够 使原磁场减弱,所以选项 B、C、D 正确. 11.(1)24.0 A (2)①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制 n 匝线圈;②将 A 线圈与低压交 流电源相连接; ③用多用电表的交流电压挡分别测量 A 线圈的输入电压 UA 和绕制线圈的输 出电压 U UA n(其他方法,只要合理即可) U 12.(1)12.5 rad/s (2) [解析] 2 C 25

(1)由 Em=nBSω 得

Em 20 ω= = rad/s=12.5 rad/s. nBS 100× 0.2× 0.4× 0.2 (2)开关 S 闭合后 UL=10 V,PL=10 W,I= 1 Bl l 2 12 ΔΦ 2 q=n =n· = C. 25 R总 R总 13.(1)200 V (2)10 W (3)0.25 A [解析] (1)通过 R1 的电流的有效值 I1= 2 A =1 A , 2 PL E =1 A,所以 R 总= =10 UL I 2 Ω,

电阻 R1 两端的电压的有效值 U1=I1R1=1× 20 V=20 V 所以原线圈输入电压的有效值 n1 U= U1=10× 20 V=200 V. n2 (2)通过电阻 R2 的电流 I2= U1 20 = A=0.5 A, R2 40

2 电阻 R2 的电功率 P2=I2 40 W=10 W. 2R2=0.5 ×

P 35 (3)原线圈输入的电流 I= = A=0.175 A , U 200 n1 副线圈输出的电流 I′= I=10× 0.175 A=1.75 A, n2 R3 支路中的电流 I3=I′-I1-I2=1.75 A-1 A-0.5 A=0.25 A. 14.(1)37° 1 T (2)28.2 J (3)0.27 W [解析] (1)S 断开时,ab 做匀加速直线运动. Δv 从图乙得 a= =6 m/s2,由牛顿第二定律有 mgsin α=ma, Δt 3 故 sin α= , 5 解得 α=37° (或 α=arcsin 0.6). t=0.5 s 时,S 闭合且加上了磁场,分析可知,此后 ab 将先做加速度减小的加速运动,

当速度达到最大(vm=6 m/s)后接着做匀速运动,匀速运动时,由平衡条件有 mgsinα=F 安, 3× 6 Bdvm R2RL ? 又 F 安=BId,I= ,R 总=Rab+R1+ = 1+7+3+6? Ω=10 Ω, ? R总 R2+RL ? 联立以上各式有 mgsin α= 代入数据解得 B= B2d2vm , R总

mgR总sin α =1 T. d2vm

1 2 (2)由能量守恒定律有 mgxsin α= mvm +Q, 2 1 代入数据解得 Q=mgxsin α- mv2 =28.2 J. 2 m (3)改变电阻箱 R2 的值后,ab 匀速下滑时有 mgsin α=BdI, 则 I= mgsin α =0.6 A, Bd RL I, RL+R2 R2 R2 L L 2 2R2=I 2. R (RL+R2) ? L + R2 ? ? R2 ?

通过 R2 的电流为 I2=

R2 的功率为 P=I2 2R2, 联立以上各式有 P=I2



RL 1 = R2时,即 R2=RL=3 Ω,功率最大,最大功率 Pm= I2RL=0.27 W. 4 R2

15.(1)6.24× 105 W (2)1∶51 53∶1 [解析] (1)水轮机的输出功率即发电机的输入功率,为 1 ?mgh+1mv2 - mv2? 75%× 2 2 1 2 2? ? ? v2 1-v2? P1= = Qρgh+Qρ × 75%=7.8× 105 W, t 2 ? ?

发电机的输出功率为 P0=P1× 80%=6.24× 105 W. (2)输电示意图如图所示,发电机输出的电流 I1= P0 6.24× 105 = A=2600 A, U1 240

输电线路中的功率损耗 P 耗=P0· 5%=3.12× 104 W, 输电线路中的电流 I2= P耗 = R 3.12× 104 A≈51 A, 12

n1 I2 1 所以升压变压器 T1 的原、副线圈匝数比 = ≈ n2 I1 51 降压变压器 T2 的输出功率为 P=P0-P 耗=5.928× 105 W T2 的输出电流为 I3= P 5.928× 105 = A=2.7× 103 A U4 220

所以降压变压器 T2 的原、副线圈匝数比 n3 I3 2.7× 103 53 = = ≈ . n4 I2 51 1


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