【三维设计】2013高三物理备考复习-第十一章--模块知识整合与综合检测-新人教版选修3-2--(广东专版).doc

【三维设计】2013高三物理备考复习 第十一章 模块知识整合与综合检测 新人教版选修3-2 （广东专版）
(时间：50分钟，满分：100分)
一、单项选择题（本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中只有一个选项符合题意）
1．如图1所示，正方形闭合导线框处在磁感应强度恒定的匀强磁场中，C、E、D、F为导线框中的四个顶点，图甲中的导线框绕E点转动，图乙中的导线框向右平动，磁场足够大。下列判断正确的是(　　)

图1
A．图甲线框中有感应电流产生，C点电势比D点低
B．图甲线框中无感应电流产生，C、D两点电势相等
C．图乙线框中有感应电流产生，C点电势比D点低
D．图乙线框中无感应电流产生，C、D两点电势相等
解析：两导线框在运动中都无磁通量的变化线框中都无感应电流产生，A、C错误。图甲中C、D两点绕E点转动时切割磁感线的有效长度相同，旋转方向一致，故EC与ED两边中产生的电动势大小、方向相同，B正确。图乙中EC与DF两边切割磁感线产生的电动势相当于两电源，CF两端相当于电源正极、ED两端相当于电源负极，故C点电势高于D点电势，D错误。
答案：B
2．如图2所示电路，已知灯炮a、R1、R2、R3的电阻和电源的内阻都为R，线圈L的直流电阻为零，现灯泡正常发光。由于电路出现故障，灯泡亮度发生变化，以下说法正确的是(　　)

图2

A．如果R2或R3短路，灯泡亮度将突然增加，电源输出功率最终减小
B．如果R2或R3短路，灯泡亮度将逐渐减弱，电源输出功率最终减小
C．如果R1短路，灯泡亮度将逐渐增加，电源输出功率最终增大
D．如果R1短路，灯泡亮度将逐渐减弱，路端电压最终减小
解析：电路出现故障前内外电路的电阻相等，电源的输出功率最大。当R2或R3短路时，电路中总电阻突然减小，通过电源的电流突然增大，内电压突然增大，路端电压突然减小，通过灯泡的电流应减小，但由于线圈的自感作用，通过灯泡的电流只能缓慢减小，灯泡亮度将逐渐减弱，最终状态下外电路阻值小于电源内阻，电源输出功率变小，A错误B正确。当R1短路时，同理可知最终状态下灯泡亮度增加、路端电压减小、电源的输出功率减小，由于线圈的自感作用，此过程中灯泡的亮度应是逐渐增大的，C、D皆错误。
答案：B
3．一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压U随时间t的变化规律如图3所示，副线圈仅接入一个10 Ω的电阻，则(　　)

图3
A．流过电阻的最大电流是20 A
B．与电阻并联的电压表的示数是141 V
C．变压器的输入功率是1×103 W
D．在交变电流变化的一个周期内，电阻产生的焦耳热是2×103 J
解析：由图知输入电压的峰值为220 V，其有效值为220 V，由n1∶n2＝U1∶U2知副线圈两端电压的峰值、有效值分别为100 V、100 V，则流过电阻的最大电流Im＝＝10 A，A错误。电压表的示数应为副线圈两端电压的有效值100 V，B错误。变压器的输入功率等于电阻的热功率P＝＝1 000 W，C正确。电阻在一个周期内产生的焦耳热Q＝Pt＝1 000×2×10－2 J＝20 J，D错误。
答案：C
4．远距离输电线的示意图如图4所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是(　　)

图4
A．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B．输电线路中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C．当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大
D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
解析：根据变压器的功率关系，负载需要多少电能，原线圈端就输入多少电能，因此输电线路中的损耗功率、输电线上的电流、线路损失电压等都与用户有关，当用户增大用电量时，上述物理量都随之增大，选项C正确。
答案：C
二、双项选择题（本题共5小题，每小题7分，共35分。在每小题给出的四个选项中均有两个选项符合题意）
5．图2甲中的变压器为理想变压器，原线圈的匝数n1与副线圈的匝数n2之比为10∶1。变压器的原线圈接如图5乙所示的正弦式电流，两个20 Ω的定值电阻串联接在副线圈两端。电压表为理想电表。则(　　)

图5
A．原线圈上电压的有效值为100 V
B．原线圈上电压的有效值约为70.7 V
C．电压表的读数为5.0 V
D．电压表的读数约为3.5 V
解析：由图乙可以看出原线圈上电压的峰值为U1m＝100 V，则其有效值为U1＝≈70.7 V，A错误B正确。由＝可得副线圈两端电压U2≈7.07 V，因电表示数为电流或电压的有效值，则电压表的示数UV＝≈3.5 V，C错误D正确。
答案：BD
6.如图6所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为k，输出端接有一交流电动机，此电动机线圈的电阻为R。当原线圈两端接有正弦交变电流时，变压器的输入功率为P0，电动机恰好能带动质量为m的物体以速度v匀速上升，此时理想交流电流表的示数为I。 图6
若不计电动机的机械能损耗，重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　)
A．电动机输出的机械功率为P0
B．变压器的输出功率为mgv
C．副线圈两端电压的有效值为
D．整个装置的效率为
解析：因重物匀速上升，电动机的输出功率等于克服重物重力做功的功率，而电动机线圈要产生焦耳热，故变压器的输入功率即输出功率就等于电动机线圈的发热功率与输出的机械功率之和，P0＝mgv＋I2R，A、B皆错误。因副线圈的输出功率为P0，通过的电流为I，故其两端电压为U2＝，C正确。整个装置效率为有用功率(电动机对重物做功的功率)与消耗的总功率(变压器的输入功率)之比，D正确。
答案：CD
7．如图7所示，在水平放置的两条平行光滑导轨上有一垂直其放置的金属棒ab，匀强磁场跟轨道平面垂直，磁场方向如图所示，导轨接有两定值电阻，R1＝5 Ω，R2＝6 Ω，及滑动变阻器R0，其余电阻不计。电路中的电压表量程为0～10 V，电流表的量程为0～3 A，现将R0调至30 Ω，用F＝40 N水平向右的力使ab垂直导轨向右平移，当ab达到稳定状态时，两电表中有一表正好达到满偏，而另一表未达到满偏。则下列说法正确的是(　　)

图7
A．当棒ab达到稳定状态时，电流表满偏
B．当棒ab达到稳定状态时，电压表满偏
C．当棒ab达到稳定状态时，棒ab的速度是1 m/s
D．当棒ab达到稳定状态时，棒ab的速度是2.25 m/s
解析：设电压表达到满偏，则电路中的电流I＝＋＝ A＋ A＝2 A小于电流表的量程，故A错误B正确。电压表满偏时a、b两端的电压Uab＝UV＋IR1＝20 V，再由Uab＝BLv、F＝BIL可得v＝1 m/s，C正确D错误。
答案：BC
8．如图8所示，50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝ T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5 m2，线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝200 rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈线接入一只“220 V　60 W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10 A，下列说法正确的是(　　)

图8
A．图示位置穿过线框的磁通量为零
B．线框中产生交变电压的有效值为500 V
C．变压器原、副线圈匝数之比为25∶11
D．允许变压器输出的最大功率为5 000 W
解析：图示位置处线框平面与磁感线垂直，磁通量最大，A错误。线框产生的交变电压的有效值为U＝＝500 V，B错误。对于理想变压器有＝＝，输出功率等于输入功率P＝IU1＝10 A×500 V＝5 000 W，C、D正确。
答案：CD
9．如图9所示水平光滑的平行金属导轨，左端接有电阻R，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在空间内，质量一定的金属棒PQ垂直于导轨放置。今使棒以一定的初速度v0向右运动，当其通过位置a、b时，速率分别为va、vb到位置c时棒刚好静止。设导轨与棒的电阻均不计，a与b，b与c的间距相等，则金属棒在由a→b与b→c的两个过程中，下列说法正确的是(　　)

图9
A．金属棒运动的加速度相等
B．通过金属棒横截面的电荷量相等
C．回路中产生的电能Eabab
解析：由＝ma知棒在运动过程中加速度与其运动速度是成正比的，而棒只在安培力作用下向右做减速运动，故其运动过程中加速度是逐渐减小的，A错误D正确。再由q＝＝知金属棒在由a→b与b→c的两个过程中回路的磁通量变化相同，通过导体棒横截面的电荷量也应相同，B正确。由于回路产生的电能等于导体棒克服安培力所做的功，两个过程中棒通过的位移相同，但棒做减速运动，第二阶段的最大安培力等于第一阶段中安培力的最小值，故棒在第一阶段中克服安培力做功多，回路中产生的电能多，C错误。
答案：BD
三、解答题（本大题共3小题，共45分。解答应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位）
10．(12分)人们利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、风能、煤等燃烧的化学能……)转化为电能。为了合理的利用这些能源，发电站要修建在靠近这些天然资源的地方，但是，用电的地方往往很远。因此，需要高压输送线路把电能输送到远方。如果，某发电站将U＝6 000 V的电压直接地加在高压输送线路的入端，向远方供电，且输送的电功率为P＝800 kW。则此时安装在高压输送线路的入端和终端的电能表一昼夜读数就相差ΔE＝9600 kW·h(1 kW·h＝1度电)。求：
(1)此种情况下，高压线路的输电效率。
(2)若要使此高压输电线路的输电效率为98%，则在发电站处应安装一个变压比(n1/n2)是多少的变压器？
解析：(1)此情况下，终端功率：
P′＝P－＝800 kW－＝400 kW，
所以输电效率：
η＝×100%＝×100 %＝50 %。
(2)设高压输送线路的导线电阻为r，由题意知：
原来线路损耗P损1＝I12r＝400 kW，
而UI1＝P，现在线路损耗：
P损2＝P×(1－98%)＝I22r，
而U′I2＝P，＝，解得＝。
答案：(1)50%　(2)
11.(16分)宽度为L，足够长的光滑倾斜导轨与水平面间夹角为θ，匀强磁场磁感应强度为B，方向垂直于导轨向上，范围足够大，导轨的上端连着一个阻值为R的电阻，下端连着一个阻值为2R的电阻，导轨电阻不计。金属棒ab长为L，质量m，电阻也为R，垂直地放在导轨上。在某一平行于导轨向上的恒力(图中未画 图10
出)的作用下，ab棒从静止开始沿导轨向上运动，最后达到稳定的运动状态。整个过程中，通过斜面底端电阻2R的最大电流为I，求：
(1)通过ab棒的最大电流；
(2)ab棒的最大加速度；
(3)ab棒的最大速度。
解析：(1)ab棒在外力F的作用下沿导轨向上做加速度a逐渐减小的加速运动，当a＝0时，速度v＝vm最大，此时电流也最大。
由电路结构知，此时，通过ab棒的电流为3I①
(2)当速度v＝vm时，有F－3BIL－mg sinθ＝0②
得F＝3BIL＋mg sinθ③
刚开始时，v＝0，a＝am最大，所以F－mg sinθ＝mam④
am＝⑤
(3)a＝0时，v＝vm，ab棒的电动势E＝BLvm⑥
又E＝3I×R＝5IR⑦
可得vm＝⑧
答案：(1)3I　(2)　(3)
12.（17分）（2011·汕头模拟）两根足够长的光滑金属导轨平行固定在倾角为θ的斜面上，它们的间距为d。磁感应强度为B的匀强磁场充满整个空间、方向垂直于斜面向上。两根金属杆ab、cd的质量分别为m和2m，垂直于导轨水平放置在导轨上，如图11所示。设杆和导轨形成的回路总电阻为R而且保持不变，重力加速度为g。
（1）给ab杆一个方向沿斜面向上的初速度，同时对ab杆施加一平行于导轨方向的恒定拉力，结果cd杆恰好保持静止而ab杆则保持匀速运动。求拉力做功的功率。
（2）若作用在ab杆的拉力与第（1）问相同，但两根杆都是同时从静止开始运动，求两根杆达到稳定状态时的速度。
解析：(1)cd杆保持静止，则杆所受安培力
FB＝IdB＝2mg sinθ ①
设ab杆所受的拉力为F，则对ab杆，有
F＝mg sinθ＋FB ②
设ab杆的速度为v0，则回路中的感应电流
I＝ ③
拉力做功的功率
P＝Fv0 ④
联立解得拉力做功的功率
P＝()2·6R ⑤
(2)开始时ab杆所受合力沿斜面向上，因此沿斜面向上运动，而cd杆所受合力沿斜面向下，因此沿斜面向下运动，随着速度的增大，安培力也逐渐增大，最后两杆同时达到匀速运动状态。
设ab杆和cd杆最后的速度大小分别为v1、v2，因为两杆组成的系统所受的外力合力为零，因此系统动量守恒，取沿斜面向上为正方向，则
0＝mv1－2mv2 ⑥
cd杆匀速运动，则杆所受安培力
I′dB＝2mg sinθ ⑦
回路中的电流
I′＝ ⑧
联立解得ab杆和cd杆达到稳定状态时的速度分别为

v1＝(方向沿斜面向上) ⑨
v2＝ (方向沿斜面向下) ⑩
答案：(1)()2·6R
(2)，方向沿斜面向上　，方向沿斜面向下
面向下