物理-重庆四十二中2016-2017学年高二下学期期中试卷(解析版)

重庆四十二中2016-2017学年高二下学期期中试卷一．选择题（1-7单选，每小题4分，8-10题多选，每小题4分共46分，错选、多选不得分）1．某交变电流发电机正常工作时产生的电动势e=E m sinωt．若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其它条件不变，则产生的电动势的表达式为（）A．e=E m sinωt B．e=2E m sinωt C．e=2E m sin2ωt D．e=E m sin2ωt2．如图所示，一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图（甲）所示的匀强磁场中．通过线圈内的磁通量Φ随时间的变化规律如图（乙）所示．下列说法正确的是（）A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B．t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变C．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小3．三个相同的电阻，分别通过如图甲、乙、丙所示的交变电流，三个图中的I0和周期T相同．下列说法中正确的是（）A．在相同时间内三个电阻发热量相等B．在相同时间内，甲、乙发热量相等，是丙发热量的2倍C．在相同时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的D．在相同时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小4．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键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中．两板间放一台小压力传感器，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、电量为+q的小球．电键K闭合前传感器上有示数，电键K闭合后传感器上的示数变为原来的一半，则线圈中磁场的变化情况和磁通量变化率分别是（）A．正在增强，B．正在增强，C．正在减弱，D．正在减弱，5．如图所示，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b 和下边界d水平．在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平．线圈从水平面a开始下落．已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离．若线圈下边刚通过水平面b、c（位于磁场中）和d时，线圈所受到的磁场力的大小分别为F b、F c和F d，则（）A．F d＞F c＞F b B．F c＜F d＜F b C．F c＞F b＞F d D．F c＜F b＜F d6．如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，副线圈匝数n2=180匝，交流电源的电压U1=220sin120πtV，电阻R=45Ω，电压表、电流表均为理想电表，则（）A．交流电的频率为50HzB．A1的示数约为0.13AC．该交变电压不能加在耐压值为300V的电容器上D．V的示数为36V7．如图所示，LOO′L′为一折线，它所形成的两个角∠LOO′和∠OO′L′均为45°．折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直于纸面向里．一边长为l 的正方形导线框沿垂直于OO′的方向以速度v 做竖直向上的匀速直线运动，在t=0时刻恰好位于图中所示位置．以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流﹣时间（I ﹣t ）关系的是（时间以为单位）（ ）A ．B ．C ．D ．8．如图所示电路中，A 、B 是两个完全相同的灯泡，L 是一个理想电感线圈，当S 闭合与断开时，A 、B 灯的情况是（ ）A ．S 闭合时，B 立即亮，然后逐渐变亮B ．S 闭合时，A 、B 立即亮，然后A 逐渐熄灭C ．S 断开后，A 、B 立即熄灭D ．S 断开后，B 立即熄灭，A 比B 后熄灭9．如图所示，均匀金属圆环总电阻为2R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过圆环．金属杆OM长为l，电阻为，M端与环紧密接触，金属杆OM绕过圆心的转轴O以恒定的角速度ω转动，当电阻为R的一段导线一端和环连接，另一端与金属杆的转轴Ο相连接时，下列结论中正确的是（）A．通过导线R电流的最大值为B．通过导线R电流的最小值为C．OM中产生的感应电动势恒为D．导线中通过的电流恒为10．如图所示，光滑斜面的倾角为θ，在斜面上放置一矩形线框abcd，ab边的边长为l1，bc 边的长为l2，线框的质量为m、电阻为R，线框通过细线与重物相连，重物的质量为M，斜面上ef线（ef平行底边）的右方有垂直斜面向上的匀强磁场宽度l3（l3大于l2），磁感应强度为B．如果线框从静止开始运动，直至全部进入磁场，且进入磁场的最初一段时间是做匀速运动，则下列说法正确的是（）A．线框abcd进入磁场前运动的加速度为B．线框在进入磁场过程中的运动速度v=C．线框做匀速运动的时间为D．该过程产生的焦耳热Q=（Mg﹣mgsin θ）l3二．实验填空题11．一同学用如图所示装置研究感应电流方向与引起感应电流的磁场变化的关系．已知电流从接线柱a 流入电流表时，电流表指针右偏，实验时原磁场方向、磁铁运动情况及电流表指针均记录在下表中（1）由实验1、3得出的结论是：穿过闭合回路的磁通量 （填“增加”、“减少”）时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向（填“相同”、“相反”）．（2）由实验2、4得出的结论是：穿过闭合回路的磁通量 （填“增加”、“减少”）时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向 （填“相同”、“相反”）．（3）由实验1、2、3、4得出的结论是： ．三．计算题（12题10分、13题12分、14题14分、15题18分共54分）12．如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N=100匝，线圈电阻r=3Ω，ab=cd=0.5m ，bc=ad=0.4m ，磁感应强度B=0.5T ，电阻R=311Ω，当线圈以n=300r/min的转速匀速转动时，（π=3.14， =220）求：（1）感应电动势的最大值；（2）t=0时刻，线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式；（3）此电压表的示数是多少．13．如图所示，电阻r=0.1Ω的导体棒ab沿光滑的导线框向右做匀速运动，线框左端接有电阻R=0.4Ω，线框放在磁感应强度B=0.1T的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框所在平面，导体棒ab的长度L=0.4m，运动速度v=5.0m/s．线框的电阻不计．（1）电源的电动势（即产生的感应电动势）为多少？电路abcd中的电流为多少？（2）求导体ab所受的安培力的大小，并判断其方向．（3）外力做功的功率是多少？（4）电源的功率为多少？电源内部消耗的功率是多少？外部电阻R消耗的功率是多少？14．发电机输出功率为100kW，输出电压是250V，用户需要的电压是220V，输电线电阻为10Ω．若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：（1）画出此输电线路的示意图（2）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比．（3）用户得到的电功率是多少？15．如图所示，足够长的金属导轨MN、PQ平行放置，间距为L，与水平面成θ角，导轨与定值电阻R1和R2相连，且R1=R2=R，R1支路串联开关S，原来S闭合．匀强磁场垂直导轨平面向上，有一质量为m、有效电阻也为R的导体棒ab与导轨垂直放置，它与导轨的接触粗糙且始终接触良好，现让导体棒ab从静止开始释放，沿导轨下滑，当导体棒运动达到稳定状态时速率为V，此时整个电路消耗的电功率为重力功率的．已知重力加速度为g，导轨电阻不计，求：（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小和达到稳定状态后导体棒ab中的电流强度I；（2）如果导体棒ab从静止释放沿导轨下滑x距离后运动达到稳定状态，在这一过程中回路中产生的电热是多少？（3）导体棒ab达到稳定状态后，断开开关S，从这时开始导体棒ab下滑一段距离后，通过导体棒ab横截面的电量为q，求这段距离是多少？【参考答案】一．选择题（1-7单选，每小题4分，8-10题多选，每小题4分共46分，错选、多选不得分）1．【考点】正弦式电流的图象和三角函数表达式；正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率．【分析】根据Em=NBSω判断电动势的峰值，由e=EmSinωt知电动势的表达式判断新产生的电动势的表达式．【解答】解：由Em=NBSω知若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍时Em不变；转速变为2ω，由e=EmSinωt知电动势的表达式为e=E m sin2ωt，D正确；故选：D2．【考点】正弦式电流的图象和三角函数表达式；交流发电机及其产生正弦式电流的原理．【分析】由数学知识可知：磁通量﹣时间图象斜率等于磁通量的变化率，其大小决定了感应电动势的大小．当线圈的磁通量最大时，线圈经过中性面，电流方向发生改变．【解答】解：A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零．故A错误．B.t2、t4时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，线圈中感应电流方向没有改变．故B错误．C.t1、t3时刻线圈的磁通量最大，处于中性面，线圈中感应电流方向改变．故C正确．D.t2、t4时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，线圈中感应电动势最大．故D错误．故选C3．【考点】交流的峰值、有效值以及它们的关系．【分析】交流电的发热量要以有效值来计算，有效与峰值的关系是I=，之后依据Q=I2Rt 可比较三个变化电流在相同时间内产生的热量，时间可取一个周期．【解答】解：甲的有效值为：I=，由Q=I2Rt可知一个周期内甲的发热量为：Q1=．乙前后半个周期电流大小相等，故其发热量为：Q2=I02RT．丙只有前半个周期有电流，故其发热量为：Q3=I02R×T=．故可知在相同时间内，甲丙发热量相等，是乙发热量的，故C正确．故选：C．4．【考点】法拉第电磁感应定律．【分析】线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场中，根据法拉第电磁感应定律E=，会产生稳定的电动势．当电键断开时，小球受重力和支持力平衡，当电键闭合时，支持力变为原来的一半，可知，小球受到向上的电场力，根据小球的平衡可求出磁通量的变化率以及磁场的变化．【解答】解：电键闭合时，qE+N=mg，N=，所以E=，E==．所以．小球带正电，知上极板带负电，根据楞次定律，磁场正在增强．故B正确，A、C、D错误．故选B．5．【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；安培力的计算．【分析】对线圈的运动过程进行分析．通过边框切割磁感线产生的感应电动势大小去判断感应电流的大小．通过安培力的大小与哪些因素有关去解决问题．【解答】解：线圈从a到b做自由落体运动，在b点开始进入磁场切割磁感线所以受到安培力F b，由于线圈的上下边的距离很短，所以经历很短的变速运动而进入磁场，以后线圈中磁通量不变不产生感应电流，在c处不受安培力，但线圈在重力作用下依然加速，因此从d 处切割磁感线所受安培力必然大于b处．故选D．6．【考点】变压器的构造和原理；正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率．【分析】根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，逐项分析即可得出结论．【解答】解：A.交流电源的电压U1=220sin120πtV，交流电的频率f==60Hz，故A 错误；B.对于与匝数成正比，电压表的示数为U2=×220=36V，电流表A2的示数为I2==0.8A，根据原副线圈的电流与匝数成反比可以求得原线圈的电流为×0.8=0.13A，故BD正确；C.交流电源的电压U1=220sin120πtV，电压最大值是U m=220V＜300V，所以该交变电压不能加在耐压值为300V的电容器上，故C正确；故选：BCD．7．【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律．【分析】根据导体切割磁感线产生电动势可正确解答，注意两根导体在磁场中同时切割产生总电动势的求法，同时注意根据几何关系正确求解有效切割长度．【解答】解：刚开始时，即如题图中开始所示状态，随着线框的匀速向上运动，上方导体切割长度不变，下方逐渐变小，因此总感应电动势逐渐增大，感应电流逐渐增大，由楞次定律可知，感应电流方向为正，故AC错误；当线框全部进入上方磁场时，感应电流突然变为零，当线框离开磁场时，有效切割磁感应线的长度在增大，则感应电动势在增大，因此感应电流增大，当有一半出磁场时，继续离开时，切割长度在减小，则感应电流也减小，由楞次定律可知，感应电流方向为负，故B错误，D 正确．故选：D．8．【考点】电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用．【分析】电容对直流电是相当于是断开的，而线圈能阻碍电流的变化：即电流增大时阻碍增大，减小时阻碍减小．【解答】解：A、BS闭合之后，由于L的阻碍作用，灯泡A、B立即亮，之后，L的直流电阻为零，A被短路，B逐渐变亮，然后A逐渐熄灭，不发光，故A、B正确；C、DS断开后，B和电容构成回路，不会立即熄灭；而A与线圈构成回路，会逐渐熄灭，故C、D错误；故选：AB9．【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律．【分析】圆环总电阻一定，当两部分电阻阻值相等时并联后有最大电阻；转动切割磁感线产生的电动势为E=BL2ω【解答】解：M端线速度为v=ωl，OM切割磁感线的平均速度为=，OM转动切割磁感线产生的电动势为E=Bl=BL2ωA.当M位于最下端时圆环被接入的电阻为0，此时有最大电流I==，故A正确；B.当M端位于最上端时，圆环两部分电阻相等，并联电阻最大，电流最小，R并=，I==，故B正确；C.由上面分析知C正确；D.通过导线的电流在最大电流与最小电流之间变化，不是恒定的，故D错误．故选：ABC．10．【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化．【分析】线框进入磁场前，对整体分析，根据牛顿第二定律求解加速度．线框进入磁场的过程做匀速运动，由平衡条件求出线框匀速运动的速度，再求出时间．根据克服安培力做功等于产生的焦耳热求出热量的大小．【解答】解：A.对整体分析，根据牛顿第二定律得，线框的加速度为：a=，故A错误．B.线框进入磁场的最初一段时间是做匀速运动，根据平衡有：，解得：v=，故B正确．C.线框匀速运动的时间为：t==，故C正确．D.该过程中产生的焦耳热等于克服安培力做功，则有：Q=F A l2=（Mg﹣mgsinθ）l2，故D错误．故选：BC．二．实验填空题11．【考点】研究电磁感应现象．【分析】根据控制变量法的要求，分析各实验操作，根据所控制的变量与实验现象间的关系，得出实验结论．【解答】解：（1）由表中信息可知，在实验1、3中，磁铁插入线圈，穿过线圈的磁通量增加，而穿过线圈的磁场方向相反，感应电流方向相反，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，由此可知：穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反．（2）由表中实验信息可知，在实验2、4中，穿过线圈的磁通量减小，磁场方向相反，感应电流方向相反，感应电流磁场方向与原磁场方向相同，由此可知：穿过闭合回路的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同．（3）综合分析4次实验可知：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．故答案为：（1）增加；相反；（2）减少；相同；（3）感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．三．计算题（12题10分、13题12分、14题14分、15题18分共54分）12．【考点】交流发电机及其产生正弦式电流的原理；正弦式电流的图象和三角函数表达式；正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率．【分析】（1）根据转速求出角速度的大小，结合E m=NBSω求出感应电动势的最大值；（2）t=0时刻，线圈处于与中性面垂直面的位置，结合e=E m cosωt写出瞬时表达式；（3）电压表的示数是电压的有效值，根据峰值求出电动势的有效值，结合闭合电路欧姆定律求出电压表的示数．【解答】解：（1）n=300r/min=5r/s，则ω=2πn=2π×5=10πra d/s，感应电动势的最大值E m=NBSω=100×0.5×0.5×0.4×10πV=314V．（2）因为从中性面垂直面开始计时，则e=E m cosωt=314cos10πtV．（3）电动势的有效值E=V，根据闭合电路欧姆定律知，电压表的示数U=．答：（1）感应电动势的最大值为314V；（2）t=0时刻，线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式为e=314cos10πtV．（3）此电压表的示数是220V．13．【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律；电功、电功率．【分析】（1）导体棒做切割磁感线产生感应电动势，从而产生感应电流．由导体棒切割磁感线产生电动势的公式E=BLv求得感应电动势，再由闭合电路殴姆定律即可求出回路中的电流；（2）安培力大小由公式F=BIL求解，方向由左手定则判断．（3）匀速运动时，外力做功的功率等于电功率，由公式：P=I2R即可求得；（4）导体棒匀速运动，电源的功率等于外力的功率，由P=Fv求得．电源的内部和R消耗的功率均由公式P=I2R求解．【解答】解：（1）导体棒做切割磁感线，产生感应电动势，相当于电源，电动势为：E=BLv=0.1×0.4×5V=0.2V．电路abcd中的电流为：I==A=0.4A；（2）导体ab所受的安培力的大小：F安=BIL=0.1×0.4×0.4=0.016N由左手定则判断可知，安培力方向向左；（3）导体棒匀速运动，外力与安培力二力平衡，则有：F外=F安=0.016N故外力做功的功率是：P外=F外v=0.016×5W=0.08W（4）导体棒匀速运动，电源的功率等于外力的功率，为：P电=P外=0.08W；电源内部消耗的功率：P内=I2r=0.42×0.1W=0.016W．外部电阻R消耗的功率：P R=P电﹣P内=0.064W；答：（1）电源的电动势为0.2V，电路abcd中的电流为0.4A．（2）导体ab所受的安培力的大小为0.016N，方向向左；（3）外力做功的功率是0.08W．（4）电源的功率为0.08W，电源内部消耗的功率是0.016W，外部电阻R消耗的功率是0.064W．14．【考点】远距离输电；变压器的构造和原理．【分析】画出输电线路图，由输电线损耗功率求出输电电流I2，再由发电机输出功率与输出电压求得升压变压器的原线圈的电流I1，由是I1，I2得升压变压器的匝数比；求出升压变压器的匝数比后可求出降压变压器的原线圈的电压，再与用户电压结合求出降压变压器的原副线圈的匝数比．【解答】解：（1）输电线路的示意图如图所示，（2）输电线损耗功率P线=100×4% kW=4 kW，又P线=I22R线输电线电流I2=I3=20 A原线圈中输入电流I1=A=400 A所以这样U2=U1n2/n1=250×20 V=5000 VU3=U2﹣U线=5000﹣20×10 V=4800 V所以（3）用户得到的电功率P出=100×96% kW=96 kW答：（1）输电线路如图所示．（2）升压变压器的原副线圈匝数比为1：20，降压变压器的原副线圈匝数比为240：11．（3）用户得到的电功率是96KW．15．【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律；电磁感应中的能量转化．【分析】（1）当导体棒匀速运动时达到稳定状态，此时速率为V，重力功率为mgVsinθ．由E=BLV、I=、P电=I2R总，得到回路的总电功率P电，根据电功率为重力功率的，列式求磁感应强度B．并求出通过ab棒的电流I；（2）根据重力功率等于电功率与克服摩擦力做功功率之和，列式求出摩擦力大小，由能量守恒求回路中产生的电热；（3）S断开后，由法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电量公式q=It，得到电量q与距离的关系，即可求出距离．【解答】解：（1）回路中的总电阻为：R总=当导体棒ab以速度V匀速下滑时棒中的感应电动势为：E=BLV此时棒中的感应电流为：I=此时回路的总电功率为：P电=I2R总此时重力的功率为：P重=mgVsinθ．据题给条件有：P电=解得：I=，B=（2）设导体棒ab与导轨间的滑动摩擦力大小为f，根据能的转化和守恒定律可知：P重=P电+fV则有=fV解得：f=导体棒ab减少的重力势能等于增加的动能、回路中产生的焦耳热以及克服摩擦力做功的和：mgsinθ•x=+Q+fx解得：Q=mgsinθ•x﹣（3）S断开后，回路中的总电阻为：R总′=2R设这一过程经历的时间为△t，这一过程回路中的平均感应电动势为，通过导体棒ab的平均感应电流为，导体棒ab下滑的距离为S，则：==，==得：q=△t=解得：S=答：（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小，达到稳定状态后导体棒ab中的电流强度I为；（2）如果导体棒ab从静止释放沿导轨下滑x距离后运动达到稳定状态，在这一过程中回路中产生的电热是mgsinθ•x﹣；（3）导体棒ab达到稳定状态后，断开开关S，从这时开始导体棒ab下滑一段距离后，通过导体棒ab横截面的电量为q，这段距离是．。