人教版高中物理选修3-2综合测试(带答案)

高中物理选修3-2综合测试一．选择题（每小题4分，56分，1~9题为单选，10~14题为多选）1.如图所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论不正确的是（）A．感应电流方向不变B．CD段直线始终不受安培力C．感应电动势最大值E=BavD．感应电动势平均值E=41πBav2.如图所示，N匝矩形导线框以角速度绕对称轴匀速转动，线框面积为S，线框电阻，电杆均不计，在左侧有磁感应强度为B的匀强磁场，外电路接有电阻R和理想电流表A，那么可以确定的是A.从图示时刻起，线框产生的瞬时电动势为B.电流表的示数C.R两端电压有效值D.一个周期内R的发热量为3.如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，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A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动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4.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流电动势如图所示，下面说法正确的是（）A.交流电动势的有效值为20VB.交流电动势的有效值为𝟏𝟎√𝟐𝐕C.t=0.01s线圈处于中性面D.交流电动势的频率为50Hz5.如图所示，光滑弧形金属双轨与足够长的水平光滑双轨相连，间距为L，在水平轨道空间充满竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B.乙金属棒静止在双轨上，而甲金属棒在h高处由静止滑下，轨道电阻不计。两棒的质量均为m，电阻均为R.甲棒与乙棒不会相碰，则下面说法正确的是A.从开始下滑到最终稳定，甲、乙的运动方向相反B.当稳定后，回路中感应电流的方向从上向下看是逆时针的C.乙棒受到的最大磁场力为D.整个过程中，电路释放的热量为mgh6.手摇发电机产生的正弦交流电经理想变压器给灯泡L供电，其电路如图所示。当线圈以角速度ω匀速转动时，电压表示数为U，灯泡正常发光。已知发电机线圈的电阻为r，灯泡正常发光时的电阻为R，其他电阻可忽略，变压器原线圈与副线圈的匝数比为k。A.灯泡的额定功率为22kURB.从中性面开始计时，流过原线圈电流的瞬时值表达式为2sinUtiURC.发电机的线圈中产生的电动势最大值为上(R+r)D.不改变线圈转动的角速度，把L换成一个额定电压相同但功率更大的灯泡将不能正常发光7.如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ放在水平面上，左端向上弯曲，导轨间距为L，电阻不计，水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。导体棒的质量分别为ma=m，mb=2m，电阻值分别为Ra＝R，Rb＝2R。b棒静止放置在水平导轨上足够远处，与导轨接触良好且与导轨垂直；a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放，运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重力加速度为g，则下列选项错误的是A．a棒刚进入磁场时回路中的感应电流为𝑩𝑳√𝟐𝒈𝒉𝑹B．a棒刚进入磁场时，b棒受到的安培力大小为𝑩𝟐𝑳𝟐√𝟐𝒈𝒉𝟑𝑹C．a棒和b棒最终稳定时的速度大小为√𝟐𝒈𝒉𝟑D．从a棒开始下落到最终稳定的过程中，a棒上产生的焦耳热为𝟐𝟗𝒎𝒈𝒉8.半径为r、质量为m、电阻为R的金属圆环用一根长为L的绝缘轻细杆悬挂于O1点，杆所在直线过圆环圆心，在O1点的正下方有一半径为L＋2r的圆形匀强磁场区域，其圆心O2与O1点在同一竖直线上，O1点在圆形磁场区域边界上，磁感应强度为B，如图所示。现使绝缘轻细杆从水平位置由静止释放，下摆过程中金属圆环所在平面始终与磁场垂直，已知重力加速度为g，不计空气阻力及摩擦阻力，则（）A.圆环最终会静止在O1点的正下方B.圆环第一次进入磁场的过程通过圆环的电量大小为22BrRC.圆环在整个过程中产生的焦耳热为1mg(L+2r)2D.圆环在整个过程中产生的焦耳热为12mgLr＋9.如图所示，固定在水平面上的光滑平行导轨间距为L，右端接有阻值为R的电阻，空间存在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场。质量为m、电阻为r的导体棒ab与固定弹簧相连并垂直导轨放置。初始时刻，弹簧处于自然长度。现给导体棒水平向右的初速度v0，导体棒开始沿导轨往复运动，运动过程中始终与导轨垂直并保持良好接触。若导体棒电阻r与电阻R的阻值相等，不计导轨电阻，则下列说法中正确的是A.初始时刻导体棒受到的安培力方向水平向右B.初始时刻导体棒两端的电压Uab=BLv0C.导体棒开始运动后速度第一次为零时，弹簧的弹性势能2012PEmvD.导体棒整个运动过程中电阻R上产生的焦耳热2014Qmv10.如图甲所示，等离子气流（由高温高压的等电量的正、负离子组成）由左方连续不断地以速度v0射入P1和P2两极板间的匀强磁场中，ab直导线与P1、P2相连接，线圈A与直导线cd相连接，线圈A内存在如图乙所示的变化磁场，且磁感应强度B的正方向规定为向左，则下列叙述正确的是（）A．0～1s内ab、cd导线互相排斥B．1～2s内ab、cd导线互相吸引C．2～3s内ab、cd导线互相排斥D．3～4s内ab、cd导线互相吸引11.图甲所示的变压器原，副线圈匝数比为3∶1，图乙是该变压器cd输入端交变电压u的图象，L1，L2，L3，L4为四只规格均为“9V，6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，以下说法正确的是A.ab输入端电压的瞬时值表达式为Uab＝36sin100πt(V)B.电流表的示数为2A，四只灯泡都能正常发光C.流过灯L1的电流每秒钟方向改变50次D.ab输入端输入功率Pab＝18W12.关于正弦交变电流的有效值，下列说法正确的是（）A.有效值就是交流在一个周期内的平均值B.交流的有效值是根据电流的热效应来定义的C.在交流电路中，交流电流表和交流电压表的示数表示的都是有效值D.对于正弦交变电流，最大值的平方等于有效值平方的2倍13.如图所示，固定的竖直光滑U型金属导轨，间距为L，上端接有阻值为R的电阻，处在方向水平且垂直于导轨平面、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m、电阻为r的导体棒与劲度系数为k的固定轻弹簧相连放在导轨上，导轨的电阻忽略不计．初始时刻，弹簧处于伸长状态，其伸长量为𝒙𝟏=𝒎𝒈𝒌，此时导体棒具有竖直向上的初速度v0．在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．则下列说法正确的是A．初始时刻导体棒受到的安培力大小𝑭=𝑩𝟐𝑳𝟐𝒗𝟎𝑹B．初始时刻导体棒加速度的大小𝒂=𝟐𝒈+𝑩𝟐𝑳𝟐𝒗𝟎𝒎(𝑹+𝒓)C．导体棒开始运动直到最终静止的过程中，克服安培力做功等于棒上电阻r的焦耳热D．导体棒开始运动直到最终静止的过程中，回路上产生的焦耳热𝑸=𝟏𝟐𝒎𝒗𝟎𝟐+𝟐𝒎𝟐𝒈𝟐𝒌14.如图所示，理想变压器原副线圈两端A、B接在电动势E=16V，内阻r=4Ω的交流电源上，理想变压器的副线圈两端与阻值足够大的滑动变阻器R相连，变压器原副线圈的匝数比为1：2，当电源输出功率最大时，下列说法正确的是A.滑动变阻器R接入电路中的电阻阻值为16ΩB.滑动变阻器R接入电路中的电阻阻值为8ΩC.通过滑动变阻器的电流为2AD.滑动变阻器消耗的功率为16W二.计算题（共44分）15.(10分)如图甲所示，质量m=1kg，边长ab=1.0m，电阻r=2Ω单匝正方形闭合线圈abcd放置在倾角θ=30°的斜面上，保持静止状态．匀强磁场垂直线圈平面向上，磁感应强度B随时间t变化如图乙所示，整个线圈都处在磁场中，重力加速度g=10m/s2．求：（1）t=1s时穿过线圈的磁通量；（2）4s内线圈中产生的焦耳热；（3）t=3.5s时，线圈受到的摩擦力．16.（10分）如图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，匝数为100匝的矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈的两端经集流环给外电路供电。外电路中M是额定电压为80V、额定功率为160W的小型电动机，R是电阻为的电热丝，D为理想二极管，具有单向导电性，在t=0时刻线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化，重力加速度取10m／s2，取3.14。（1）求交流发电机产生的电动势的最大值；（2）当闭合、断开时，小型电动机正常工作，恰好将质量为3.2kg的重物以4m／s的速度匀速提起，则矩形线圈电阻及电动机内阻分别为多少?（3）当断开、闭合时，求在1分钟内电热丝产生多少热量?17.（12分）如图所示，光滑水平轨道MN、PQ和光滑倾斜轨道NF、QE在Q、N点连接，倾斜轨道倾角为θ，轨道间路均为L.水平轨道间连接着阻值为R的电阻，质量分别为M、m，电阻分别为R、r的导体棒a、b分别放两轨道上，导体棒均与轨道垂直，a导体棒与水平放置的轻质弹簧通过绝缘装置连接，弹簧另一端固定在整直墙壁上。水平轨道所在的空间区域存在竖直向上的匀强磁场，倾斜轨道空间区域存在垂直轨道平面向上的匀强磁场，该磁场区域仅分布在QN和EF所间的区域内，QN、EF路离为d，两个区域内的磁感应强度分别为B1、B2，以QN为分界线且互不影响。现在用一外力F将导体棒a向拉至某一位置处，然后把导体棒b从紧靠分界线QN处由静上释放，导体棒b在出磁场边界EF前已达最大速度。当导体棒b在磁场中运动达稳定状态，撤去作用在a棒上的外力后发现a棒仍能静止一段时间，然后又来回运动并最终停下来。(倾斜轨道足够长，重力加速度为g)求：(1)导体棒b在倾斜轨道上的最大速度；(2)若两个区域内的磁感应强度均为B，且导体棒电阻均为R，从b棒开始运动到a棒最终静止的整个过程中，电阻R上产生的热量为Q，求弹簧最初的弹性势能。18.（12分）如图所示，两根相距d=1m的足够长的光滑平行金属导轨位于xoy竖直面内，两金属导轨一端接有阻值为R=2Ω的电阻．在y＞0的一侧存在垂直纸面的磁场，磁场大小沿x轴均匀分布，沿y轴大小按规律0.5By分布。一质量为m=0.05kg、阻值r=1Ω的金属直杆与金属导轨垂直，在导轨上滑动时接触良好，当t=0时位于y=0处，速度v0=4m/s，方向沿y轴的正方向。在运动过程中，有一大小可调节、方向为竖直向上的外力F作用于金属杆以保持金属杆的加速度恒定，大小为a=2m/s²，方向沿y轴的负方向．设导轨电阻忽略不计，空气阻力不计，重力加速度为g。求：(1)当金属直杆的速度大小v=2m/s时金属直杆两端的电压；(2)当时间分别为t=3s和t=5s时外力F的大小；(3)R的最大电功率。参考答案题号1234567891011121314答案BBDBCDACDBCABBCDBDAD（仅对难题给出详细解答）15.（1）0.1Wb（2）0.01J（3）5N16.（1）100V（2）8Ω；10Ω（3）2700J17.【答案】（1）（2）【解析】【分析】根据受力平衡条件，结合法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律，即可求解，根据能量守恒定律，结合焦耳定律，即可求解；解：(1)b棒达到最大速度时，设b杆中的电流为I，则有：切割感应电动势：闭合电路欧姆定律计算得出：(2)设b杆在磁场中运动期间，电阻R上产生的热量为，a杆振动期间，电阻R上产生的热量为则有：因为且导体棒电阻可得到，b杆在磁场中运动期间，由能量守恒定律：；a杆振动期间：计算得出：18.（1）233UV(2)11.1NF;20.6NF(3)89mPW2