2021-2022版高中物理 模块素养评价练新人教版选修3-2

1、2021-2022版高中物理 模块素养评价练新人教版选修3-22021-2022版高中物理 模块素养评价练新人教版选修3-2年级：姓名：- 16 -模块素养评价 (90分钟100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。其中19题为单选,1012题为多选)1.法拉第发明了世界上第一台发电机法拉第圆盘发电机。如图所示,紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个摇柄,边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴,用导线将电刷与电流表连接起来形成回路。转动摇柄,使圆盘逆时针匀速转动,电流表的指针发生偏转。下列说法正确的是()a.回路中电流大小变化,方向不变b.回路中电流大小不变,

2、方向变化c.回路中电流的大小和方向都周期性变化d.回路中电流方向不变,从b导线流进电流表【解析】选d。圆盘在磁场中切割磁感线产生恒定的感应电动势e=br2,由右手定则判断得a端为负极、b端为正极,所以只有d项正确。2.如图甲所示,矩形线圈abcd固定于方向相反的两个磁场中,两磁场的分界线oo恰好把线圈分成对称的左右两部分,两磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,规定磁场垂直纸面向内为正,线圈中感应电流逆时针方向为正。则线圈感应电流随时间的变化图象为()【解析】选a。因磁场是均匀变化的,由法拉第电磁感应定律和欧姆定律知,感应电流的大小不变,故c、d项错误;在开始阶段oo左侧磁场增强,oo右

3、侧磁场减弱,由楞次定律可知线圈中有逆时针方向的感应电流,a项对,b项错。【加固训练】如图所示,矩形线圈abcd的面积为s,匝数为n,线圈电阻为r,在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴p1和p2以相同的角速度匀速转动(p1与ab边重合,p2过ad边的中点),从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过90的过程中,绕p1及p2轴转动产生的交变电流的大小、通过线圈的电荷量及线圈中产生的热量分别为i1、q1、q1及i2、q2、q2,则下列判断正确的是()a.线圈绕p1和p2轴转动时电流的方向相同,都是abcdab.q1q2c.i1=i2d.q1q2【解析】选c。绕p1、p2轴转动时电流的方向相同

4、,但电流的方向为adcba,选项a错误;电荷量q=,与绕哪个轴转动没有关系,选项b错误;线圈分别绕两轴转动时产生的电动势相同,所以电流相同,产生的热量也相同,选项c正确,选项d错误。3.在如图a所示的虚线框内有匀强磁场,设图示磁场方向为正,磁感应强度随时间变化规律如图b所示。边长为l,电阻为r的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中,磁场方向垂直于线框平面,此时线框ab边的发热功率为p,则下列说法正确的是 ()a.磁感应强度b0=b.线框中感应电流为i=2c.线框cd边的发热功率为2pd.a端电势高于b端电势【解析】选b。由题图b可知,线框中产生的感应电动势恒定,线框ab边的发热功率为p=,感

5、应电动势e=s=,所以b0=,a错误;由p=i2r可得线框中的感应电流i=2,b正确;cd边电阻等于ab边电阻,而两边流过的电流相等,因此发热功率相等,c错误;由楞次定律可判断,线框中感应电流方向为adcba方向,因此a端电势比b端低,d错误。【加固训练】用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示。在每个线框进入磁场的过程中,m、n两点间的电压分别为ua、ub、uc和ud。下列判断正确的是()a.uaubucud b.uaubuducc.ua=ubuc=ud d.ubuauduc【解析】选b。线框进入磁场后切割磁感线,a、b产生的感应电动势是c、

6、d电动势的一半,而不同的线框的电阻不同,设a线框电阻为4r,b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r,则有:ua=blv=,ub=blv=,uc=b2lv=,ud=b2lv=,故a、c、d错误,b正确。4.(2020山东等级考)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=223,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡l的电阻恒为15 ,额定电压为24 v。定值电阻r1=10 、r2=5 , 滑动变阻器r的最大阻值为10 。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为()a.1 b.5 c.6 d.8 【解析】选a。输电电压的有效值为(即原线圈电压的有效值)u1= v=

7、220 v,根据理想变压器电压规律=可知副线圈电压有效值为u2=u1=220 v=30 v,灯泡正常工作时电压为24 v,则通过灯泡的电流即副线圈部分的干路电流为il= a=1.6 a,根据串联分压规律可知,r1和r2、r构成的并联电路部分的分压为u=u2-ul=30 v-24 v=6 v,则通过r1的电流为i1= a=0.6 a,通过r2、r的电流为i2=il-i1=1.6 a-0.6 a=1 a,r2、r串联的总电阻r2+r=,解得滑动变阻器的阻值为r=-r2= -5 =1 ,a正确,b、c、d均错误。故选a。5.如图所示,l为电阻很小的线圈,g1和g2为内阻可不计、零点在表盘中央的电流计

8、。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()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【解析】选d。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。故选d。【加固训练】(多选)如图所示的电路中,线圈l的自感系数足够大,其直流电阻忽略不计,a、b是两个相同的灯泡,下列说法中正确的是()a.s闭合后,a、b同时发光且亮度不变b.s闭合后,a立即发光

9、,然后又逐渐熄灭c.s断开的瞬间,a、b同时熄灭d.s断开的瞬间,a再次发光,然后又逐渐熄灭【解析】选b、d。线圈对变化的电流有阻碍作用,开关闭合时,a、b串联, 同时发光,但电流稳定后线圈的直流电阻忽略不计,使a被短路,所以a项错误,b项正确;开关断开时,线圈产生自感电动势,与a构成回路,a再次发光,然后又逐渐熄灭,所以c项错误,d项正确。6.电源、开关s和s、定值电阻r1、光敏电阻r2和电容器连接成如图所示电路,电容器的两平行板水平放置。当开关s、s闭合,并且无光照射光敏电阻r2时,一带电液滴恰好静止在电容器两板间的m点。当用强光照射光敏电阻r2时,光敏电阻的阻值变小,则()a.液滴向下运

10、动b.液滴仍然静止c.r2两端的电势差是否升高无法分析d.当光照强度不变时断开s,把电容器的上极板向上移一小段距离,则上极板的电势比a点的电势高【解析】选d。当用强光照射光敏电阻r2时,光敏电阻的阻值变小,r2两端的电势差降低,r1两端的电势差升高,电容器极板之间电压升高,液滴向上运动,选项a、b、c错误;当光照强度不变,断开s时,电容器所带电荷量不变,把电容器的上极板向上移一小段距离,电容器电容变小,又q=cu,则上极板的电势比a点的电势高,选项d正确。7.如图所示,一无限长通电直导线固定在光滑水平面上,金属环质量为0.2 kg,在该平面上以v0=4 m/s、与导线成60角的初速度运动,最后

11、达到稳定状态,这一过程中环中产生的电能为()a.1.6 jb.1.2 jc.0.8 jd.0.4 j【解析】选b。金属环远离通电直导线过程中,金属环中有感应电流,受到垂直通电直导线方向的安培力,最终金属环垂直通电直导线方向的速度变为零,沿通电直导线方向的速度不变,将金属环的速度v0分解为沿通电直导线方向的vy和垂直通电直导线方向的vx,则vy=v0cos 60,所以这一过程中环中产生的电能为e=m-m=1.2 j,b项正确。8.(2020全国卷)如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关s由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到()a

12、.拨至m端或n端,圆环都向左运动b.拨至m端或n端,圆环都向右运动c.拨至m端时圆环向左运动,拨至n端时向右运动d.拨至m端时圆环向右运动,拨至n端时向左运动【解析】选b。不论开关s拨至m端或n端,穿过右边金属圆环的磁通量都会增加,由楞次定律的“增缩减扩”可知,圆环向右运动才能减小磁通量的增加,故b正确。9.如图甲所示,导体棒mn置于水平导轨上,pqmn所围的面积为s,pq之间有阻值为r的电阻,不计导轨和导体棒的电阻。导轨所在区域内存在沿竖直方向的匀强磁场,规定磁场方向竖直向上为正,在02t0时间内磁感应强度的变化情况如图乙所示,导体棒mn始终处于静止状态。下列说法正确的是()a.在0t0和t

13、02t0时间内,导体棒受到的导轨的摩擦力方向相同b.在0t0时间内,通过导体棒的电流方向为n到mc.在t02t0时间内,通过电阻r的电流大小为d.在0t0时间内,通过电阻r的电荷量为【解析】选b。导体棒mn始终静止,与导轨围成的线框面积不变,根据电磁感应可得感应电动势e=s,即感应电动势与b-t图象斜率成正比,0t0时间内的感应电流i1=s=s,t02t0时间内的感应电流i2=s=s,选项c错误。0t0时间内竖直向上的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场方向竖直向上,感应电流为n到m,选项b正确。0t0时间内磁通量在减小,根据楞次定律要阻碍磁通量的减小,导体棒有向右运动的趋势,摩擦力水平向

14、左;t02t0时间内磁通量增大,同理可判断导体棒有向左运动的趋势,摩擦力水平向右,选项a错误。在0t0时间内,通过电阻r的电荷量q=t=t=st=,选项d错误。10.(2020全国卷)如图,u形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上,ab和dc边平行,和bc边垂直。ab、dc足够长,整个金属框电阻可忽略,一根具有一定电阻的导体棒mn置于金属框上,用水平恒力f向右拉动金属框,运动过程中,装置始终处于竖直向下的匀强磁场中,mn与金属框保持良好接触,且与bc边保持平行。经过一段时间后()a.金属框的速度大小趋于恒定值b.金属框的加速度大小趋于恒定值c.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值d.导体棒到金属框

15、bc边的距离趋于恒定值【解析】选b、c。由bc边切割磁感线产生电动势,形成电流,使得导体棒mn受到向右的安培力,向右做加速运动,bc边受到向左的安培力,向右做加速运动。当mn运动时,金属框的bc边和导体棒mn一起切割磁感线,设导体棒mn和金属框的速度分别为v1、v2,则电路中的电动势e=bl(v2-v1),导体棒中的电流i=,金属框受到的安培力f安框=,与运动方向相反,导体棒mn受到的安培力f安mn=,与运动方向相同。设导体棒mn和金属框的质量分别为m1、m2,则对导体棒mn根据牛顿第二定律有=m1a1,对金属框abcd根据牛顿第二定律有f-=m2a2。因初始速度均为零,则a1从零开始逐渐增加

16、,a2从开始逐渐减小,当a1=a2时,解得金属框相对金属棒的速度为v2-v1=,则v2-v1大小恒定,结合=m1a1、f安mn=可知,金属框的加速度大小趋于恒定值,导体棒所受安培力大小也趋于恒定值,故选项b、c正确;整个运动过程可用速度-时间图像描述,如图,则金属框的速度会一直增大,导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大,选项a、d错误。故选b、c。11.(2020全国卷)在图(a)所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 v,理想变压器原、副线圈的匝数比为101,r1、r2、r3均为固定电阻,r2=10 ,r3=20 ,各电表均为理想电表。已知电阻r2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(

17、b)所示。下列说法正确的是()a.所用交流电的频率为50 hzb.电压表的示数为100 vc.电流表的示数为1.0 ad.变压器传输的电功率为15.0 w【解析】选a、d。由图(b)可知,t=0.02 s,所以f=50 hz,a正确;由图(b)可知电流i2的最大值为im= a,故有效值i2=1 a,r2两端的电压u2=i2r2=10 v,由理想变压器的电压特点=可得原线圈的两端电压u1=100 v,所以电压表的示数为uv=220 v-100 v=120 v,b错误;由欧姆定律得ia= a=0.5 a,c错误;变压器副线圈的电流i=1 a+0.5 a=1.5 a,变压器传输的电功率p=u2i=1

18、0 v1.5 a=15.0 w,d正确。【加固训练】如图,一理想变压器的原线圈a、b两端接入电压为u=220sin (100t)v的交变电流。原线圈匝数n1=1 100 匝,副线圈匝数为n2=30 匝,则()a.副线圈中磁通量变化率的最大值为0.2 vb.将耐压值为6 v的电容器接在c、d两端,能正常工作c.把额定电压为8 v的小灯泡接在c、d两端,小灯泡能正常工作d.把电磁打点计时器接在c、d两端,打点周期为0.02 s【解析】选d。副线圈中磁通量的变化率与原线圈中的相同,为=,因此磁通量变化率最大值=0.2 v,故a错误;变压器输出电压最大值由=得u2m=6 v,大于电容器的耐压值,b错误

19、;输出电压有效值为6 v,小于小灯泡的额定电压,c错误;由于该交流电的周期为0.02 s,因此d正确。12.(2020天津等级考)手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电。在充电过程中()a.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化b.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变c.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递d.手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失【解析】选a、c。充电基座

20、上的送电线圈通入的是正弦式的交变电流,它是场源电流,由于它本身是周期性的,所以由它激发出来的电场也是周期性的,故a正确,b错误;送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递,其原理是电磁感应,故c正确;手机和基座无需导线连接,这样传递能量也是有损失的,不是所有通过送电线圈的磁感线都能通过受电线圈,这一部分能量就是损失能量,故d错误。二、实验题(本题共2小题,共12分)13.(6分)如图(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用dis方法对模型进行测量,其结果如图(b)中电脑屏幕所示。(1)图(a)中的传感器为_传感器。(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲,其

21、相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的_(选填“a”“b”或“c”)。(3)如增大小球在斜槽上的高度,小球过凸形桥甲时的压力图线如何变化?【解析】(1)该传感器把力信号转化为电信号,属于力电传感器。(2)小球经过凸形桥甲的最高点时,压力小于重力,其相对应的图线应是电脑屏幕上的c。(3)增大小球在斜槽上的高度,小球经凸形桥甲的最高点时压力更小,其图线与c相比较,最低点应更低一些。答案:(1)力电(2)c(3)见解析14.(6分)如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变,且对温度很敏感)的i-u关系曲线图。(1)为了通过测量得到如图所示i-u关系的完整曲线,在如图所示的a和b两个电路中应

22、选择的是图_。(2)在图c所示电路中,电源电压恒为9 v,当给热敏电阻加热后,电流表读数将_(选填“增大”“减小”或“不变”)。【解析】(1)由于图中要求测量多组数据,所测电压调节范围较大,且从零开始变化,故应选图a;(2)热敏电阻温度升高时,其电阻值减小,故干路中的电流增大。答案:(1)a(2)增大三、计算题(本题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)15.(8分)如图所示,水平桌面上有两个质量为m=5.010-3 kg、边长均为l=0.2 m的正方形线框a和b,电阻均为r=0.5 ,用绝缘细线相连静止于宽为d=0.8 m的匀强磁场的两边,磁感应强度b=1

23、.0 t,垂直桌面向下,现用水平恒力f=0.8 n拉线框b,不计摩擦,线框a的右边离开磁场时恰好做匀速运动,求:(1)线框匀速运动的速度;(2)线框产生的焦耳热。【解析】(1)线框a的右边离开磁场时e=blv,i=,(2分)平衡条件为f=bil,所以v=10 m/s。(2分)(2)由能量守恒定律q=f(d+l)-2mv2,(2分)代入数据解得线框产生的焦耳热q=0.3 j。(2分)答案:(1)10 m/s(2)0.3 j16.(8分)某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径为r=0.1 m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为r的金属棒oa,a端与导轨接触良好,o端固定在圆心处

24、的转轴上。转轴的左端有一个半径为r=的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5 kg的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度b=0.5 t。a点与导轨相连,b点通过电刷与o端相连。测量a、b两点间的电势差u可算得铝块速度。铝块由静止释放,下落h=0.3 m时,测得u=0.15 v。(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g取10 m/s2)(1)测u时,与a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?(2)求此时铝块的速度大小。(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。【解析】(1)由右手定则

25、可知,a是电源正极,所以a点接的是电压表的正极。(1分)(2)金属棒切割磁感线产生的电动势e=,(2分)金属圆盘和金属棒的角速度相同,设为,铝块速度为v,则v=,va=r(1分)代入数据可得v=2 m/s(其中e=u)。(1分)(3)根据能量的转化与守恒,下落过程中铝块机械能的损失e=mgh-,(2分)代入数据得e=0.5 j。(1分)答案:(1)正极(2)2 m/s(3)0.5 j17.(10分)发电站通过升压变压器、输电导线和降压变压器把电能输送到用户(升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器),若发电站的输出功率是100 kw,输出电压是250 v,升压变压器的原副线圈的匝数比为125。(1)画出上述输电全过程的线路图;(2)求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流;(3)若输电导线电阻为10 ,求降压变压器原线圈两端的电压;(4)计算降压变压器的输出功率。【解析】(1)线路图如图所示:(2分)(2)对升压变压器,据公式=,有u2=u1=250 v=6250 v