人教版高中物理选修3-2模块综合测试卷【解析版】

人教版高中物理选修3-2模块综合测试卷

（满分：100分 时间：90分钟）

一、选择题（每题4分，共40分）

1．单匝闭合线框在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动的过程中，线框中的最大磁通量为φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是（ ） A．当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势也为零 B．当穿过线框的磁通量减小时，线框中感应电动势也减小

C．当穿过线框的磁通量等于0.5φm时，线框中感应电动势不等于0.5Em D．线框转动的角速度等于Em /φm

2．目前中国南极考察队队员正在地球南极考察，设想考察队队员在地球南极附近水平面上驾驶一辆冰车向前行进时，由于地磁场作用，冰车两端会有电势差，设驾驶员左方电势为U1，右方电势为U2，则以下说法正确的是 ( )

A．向着南极点行进时，U1比U2高 B．背着南极点行进时，U1比U2低 C．在水平冰面上转圈时，U1比U2高

D．无论怎样在水平冰面上行进，U1总是低于U2

3．将一个闭合金属环用丝线悬于O点，如图1所示。虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场。下列的现象能够发生的是（ ）

O 图1

A．金属环的摆动不会停下来，一直做等幅摆动

B．金属环的摆动幅度越来越小，小到某一数值后做等幅摆动 C．金属环的摆动会很快停下来

D．金属环最后一次向左摆动时，最终停在平衡位置左侧某一点处

4．如图2所示，光滑无电阻的金属框架MON竖直放置，水平方向的匀强磁场垂直MON平面，质量为m的金属棒ab从∠abO=60°的位置由静止释放，两端沿框架在重力作用下滑动。在棒由图示的位置滑动到处于水平位置的过程中，ab中感应电流的方向是（ ）

A．由a到b B．由b到a C．先由a到b，再由b到a D．先由b到a，再由a到b

5．在图3中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为内阻可不计、零点在表盘的电流计。当开关K处于闭合状态时，两表的指针皆偏向右方。那么，当开关K断开时，将出现( )

图2

1

图3

A．G1和G2的指针都立即回到零点

B．G1的指针立即回到零点，而G2的指针缓慢地回到零点

C．G1的指针缓慢地回到零点，而G2的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 D．G1的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2的指针缓慢地回到零点

6．传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转化成电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用，如图4所示，是一种测定液面高度的电容式传感器示意图，金属芯线与导电的液体形成一个电容器，从电容C的大小变化就能反映导电液面的升降情况，两者的关系是( )

图4

A．C增大表示h增大B．C增大表示h减小C．C减小表示h减小D．C减小表示h增大 7．如图5所示为一正弦式电流通过一电子元件后的波形图，则下列说法正确的是（ ）

图5

A．这也是一种交变电流 B．电流的变化周期是0.02s C．电流的变化周期是0.01s

D．电流通过100Ω的电阻时，1s内产生热量为100J

8．如图6所示是一种热敏电阻（PTC元件）的电阻R随温度t变化的关系图线，这种元件具有发热、控温双重功能．常见的电热灭蚊器中就使用这种元件来加温并控制温度．如果将该元件接到220V恒定电压下，则

A．通电后，其电功率先增大后减小 B．通电后，其电功率先减小后增大

C．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1不变

D．当其发热功率等于散热功率时，温度保持在t1 到t2之间的某一值不变

2

R 铁芯 t/℃t1 图6 t2

A 图（a）

图（b）

图7

9．钳形电流表的外形和结构如图7（a）所示。图（a）中电流表的读数为1.2A 。图（b）中用同一电缆线绕了3匝，则 （ ） A．这种电流表能测直流电流，图（b）的读数为2.4A B．这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为0.4A C．这种电流表能测交流电流，图（b）的读数为3.6A D．这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图（b）的读数为3.6A

10．如图8所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10︰1，b是原线圈的中心抽头，电压表V 和电流表A均为理想电表，除滑动变阻器电阻R以外，其余电阻均不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为:u12202sin100t (V)。下列说法中正确的是:( )

图8

A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22V

1s600时，c、d两点间的电压瞬时值为110V

B．

C．单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小 D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小 二、填空题（每小题6分，共24分）

11．将金属热敏电阻、数字电流表、电源按图9连接成电路．将烧杯装入2/3的水，并用铁架台固定在加热器上．闭合开关S，当热敏电阻未放入热水中时，电流表示数为I1；将热敏电阻放入温水中，电流表示数为I2；将热敏电阻放入热水中，电流表示数为I3．则I1、I2、I3的大小关系为 ．

S tA RT 图9

图10

12．如图10所示，边长为0.5m和0.4m的矩形线圈，在斜向上B=0.1T的匀强磁场中从水平方向转到竖直

3

方向，若B与水平方向间的夹角为30°，线圈电阻为0.01Ω，则此过程中通过线圈的电荷量为 13．如图11所示，理想变压器的初级线圈接在220V的正弦交流电源上，R10，次级线圈、间匝数为10匝，当把电键K由掷向时，通过上的电流增加0.2A，则通过变压器铁芯的最大磁通量变化率为

图11

图12

14．如图12所示，变压器的原线圈及两个副线圈的匝数比为n1∶n2∶n3=4∶2∶1，所连接的三个灯消耗的电功率相同.则通过每个灯的电流之比I1∶I2∶I3=____ _，每个灯的电阻之比为R1∶R2∶R3=_____ .

三、计算题（每小题9分，共36分）

15．如图13所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有一定空气隙的是另

Ce一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器．该电容器的电容C可用公式

Sd计算，式中

常量e=9×10-12 F·m-1 ，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时两金属片的距离为0.6 mm．如果电容变化了0.25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，求键至少要被按下多少mm？

16．如图14所示，在绝缘光滑水平面上，有一个边长为L的单匝正方形线框abcd，在外力的作用下以恒定的速率v向右运动进入磁感应强度为B的有界匀强磁场区域。线框被全部拉入磁场的过程中线框平面保持与磁场方向垂直，线框的ab边始终平行于磁场的边界。已知线框的四个边的电阻值相等，均为R。求：⑴在ab边刚进入磁场区域时，线框内的电流大小。⑵在ab边刚进入磁场区域时，ab边两端的电压。⑶在线框被拉入磁场的整个过程中，线框产生的热量。

图13

d a v c b 图14

B

17．图15甲所示，光滑且足够长的金属导轨MN、PQ平行地固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.20m，电阻R=0.40Ω，导轨上停放一质量m=0.10kg的金属杆ab，位于两导轨之间的金属杆的电阻r=0.10Ω，导轨

4

的电阻可忽略不计。整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。现用一水平外力F水平向右拉金属杆，使之由静止开始运动，在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好，若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示。从金属杆开始运动经t=5.0s时，求：⑴通过金属杆的感应电流的大小和方向；⑵金属杆的速度大小； ⑶外力F的瞬时功率。

M V R P b 甲 a B F Q N 0.6 0.4 0.2 O 1 2 3 4 5 6 t/s U/V

18．如图16所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈的长度ab=0.25m，宽度bc=0.20m，共有n=100匝，总电阻r=1.0，可绕与磁场方向垂直的对称轴OO’转动。线圈处于磁感应强度B=0.40T的匀强磁场中，与线圈两端相连的金属滑环上接一个“3.0V，1.8W”的灯泡，当线圈以角速度ω匀速转动时，小灯泡消耗的功率恰好为1.8W。（不计转动轴与电刷的摩擦）

（1）推导发电机线圈产生感应电动势的最大值的表达式Em=nBSω（其中S表示线圈的面积）； （2）求线圈转动的角速度ω；

（3）线圈以上述角速度转动100周过程中发电机产生的电能。

O′ b a d c B 图15

乙

O L 图16

5

人教版高中物理选修3-2模块综合测试卷 参

1．BCD 解析：线框在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流，磁通量最大时，电动势最小，磁通量最小时，

3电动势最大；当磁通量等于0.5φm时，线框与磁场方向成600角，则电动势应为2Em；由Em=NBS=Nφm,

可知D正确，故选BCD。

2．BD 解析：在南极附近，地磁场磁感线的方向都是向上的，向着南极点行进或者背着南极点行进时，冰车切割磁感线，由右手定则可知，驾驶员右方电势高于左方电势；不管冰车怎样在水平冰面上行进，依据右手定则可判定，驾驶员右方电势总是高于左方电势。故BD正确。

3．C 解析：此题考查电磁阻尼。左边有匀强磁场，金属环在穿越磁场边界时（无论是进入还是穿出），由于磁通量发生变化，环内一定有感应电流产生。根据楞次定律，感应电流将会阻碍相对运动，所以摆动会很快停下来，这就是电磁阻尼现象。若用能量守恒来解释：有电流产生，就一定有机械能向电能转化，摆的机械能将不断减小。摆动就会很快停下来。

4．D 解析：回路面积先增加后减小，根据楞次定律可知感应电流先由b到a，再由a到b。

5．D 解析: K断开后，自感电流的方向与G1原电流方向相反，与G2原电流方向相同．答案为D． 6．AC 解析:电容器的电容C决定于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素.如果某一物理量的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，那么，通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化.在此题中，当液面高度h发生变化时，将导致接触面积的变化，液面上升，接触面积增大，电容增大；液面下降，接触面积减小，电容减小.

7．BD．解析：此电子元件为二极管由于电流方向不变,此电流为直流电,根据电流有效值得定义由 公式I12Rt1+0= I2RT,其中 I1=2, t1=0.01,T=0.02,解得I =1A,1s内产生的热量为Q=50I2RT=100J

U2PR可知，P先增大后减小，故A正确，B错8．AD 解析：由于电阻R在通电后先减小后增加，又由

误；

9．D 解析：当用同一电缆线绕了3匝，加在电表上电压为原来的3倍，电流也为原来的3倍。

10．A 解析:因为

U1n1n,U22U1U2n2n1,当单刀双掷开关与a连接时,U1=220V,

n1:n2=10︰1,解得: U2=22V,A选项正确;

对B选项:因为B选项错误;

u12202sin100t,u12202sin10011102(V)600,

对C选项: 滑动变阻器触头向上移动时,其电阻R变大,由欧姆定律得:

I2U2R,I2变小,电流表示数变小,而

n2U1n1电压表示数不变,因为它的示数U2是由U1和匝数比决定的,而这些量没有变化,因此C错误;

U2对D选项: 当单刀双掷开关由a扳向b时,匝数n1变小, 匝数n2和输入电压U1不变,由变大, I2变大,因此电压表和电流表示数均变大.本题正确答案为A.

,得, U2

6

I11． I1＜I2＜I3 解析：由于热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低，故由12．(3+1)C

UR可知，I1＜I2＜I3

13BSBS22(13)BS2tt解析：据法拉第电磁感应率，可知线圈中产生的感应电动势为E=t==

(13)BS(13)BS•t13C2R2t•R而电荷量Q=I·Δt= 213．5Wb/s．

解析：由U1/ n1 = U2/n2 = U３/n３得U1/ n1 =（U３－U2）/ (n３－n2)可得U1/ n1 =0．2Ｖ／匝，即每匝线圈若接一个伏特表其示数为0．2Ｖ，所以结合法拉第电磁感应定律可知则通过变压器铁芯的最大磁通量变

2化率为5Wb/s．

14．1∶1∶2；4∶4∶1

解析：理想变压器每个线圈的电压之比等于它们的匝数比，理想变压器的输入功率等于输出功率，则有I1U1=I2U2+I3U3，

I2U2=I3U3，I2=

U3U2I3=I3;I1U1=2I2U2，I1=

2U2U1I2=I2=I3，则：I1∶I2∶I3=1∶1∶2.

三个灯泡消耗的功率相等，有I12R1=I22R2=I32R3得：R1∶R2∶R3=4∶4∶1. 15．0.15mm。

解析：计算机键盘是一个电容传感器，由题意知是改变两极板间距改变电容，得到相应的电信号。又因两极板间距减小，电容变大，设原间距为d0，至少要按下距离为d，电子线路恰能检测出必要的信号，则根

据

SCed，

11CeS()dd0，得

eSd091012501060.6103dm0.15103m123126Cd0eS0.25100.6109105010，即d=0.15mm。

B2L3vBLv16．（1）4R （2）3BLv/4 （3）4R

解析：（1）ab边切割磁感线产生的电动势为E=BLv

EBLv4R 所以通过线框的电流为 I=4R7

（2）ab边两端电压为路端电压 Uab=I·3R 所以Uab= 3BLv/4

（3）线框被拉入磁场的整个过程所用时间t=L/v

B2L3v4R 线框中电流产生的热量Q=I2·4R·t

17．解析：（1）由图象可知，t=5.0s时的U=0.40V

此时电路中的电流（即通过金属杆的电流）I=U/R=1.0A 用右手则定判断出，此时电流的方向为由b指向a （2）金属杆产生的感应电动势E=I（R+r）=0.50V

因E=BLv，所以5.0s时金属杆的速度大小 v=E/BL=5.0m/s （3）金属杆速度为v时，电压表的示数应为

URBLvRr

由图象可知，U与t成正比，由于R、r、B及L均为不变量，所以v与t成正比，即金属杆应沿水平方向向

右做初速度为零的匀加速直线运动。 金属杆运动的加速度a=v/t=1.0m/s2

根据牛顿第二定律，在5.0s末时对金属杆有F-BIL=ma，解得F=0.20N 此时F的瞬时功率P=Fv=1.0W

18．解析：（1）线圈平面与磁场方向平行时产生感应电动势最大，设ab边的线速度为v，该边产生的感应电动势为 E1=BLabv

线圈的cd边产生的感应电动势为 E2= BLcdv 线圈产生的总感应电动势为：Em=n（E1+E2） 因为 Lab=Lcd，

所以，Em=2nBLabv 线速度v=ωLbc，

所以Em= nBLab Lb cω=nBSω（其中S= Lab Lb c表示线圈的面积）

（2）设小灯泡正常发光时的电流为I，则 I=

2U额PP额U额=0.60A

设灯炮正常发光时的电阻为R， R==5.0Ω

根据闭合电路欧姆定律得：E=I（R+r）=3.6V 发电机感应电动势最大值为Em=2E， Em=nBSω

Em解得ω=nBS=1.82 rad/s =2.5 rad/s

2（3）发电机产生的电能为Q=IEt， t=100T=100s 解得Q=5.0×102J 。

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