小题狂练大题冲关2015年高三年级物理二轮复习专题突破系列-整合测试-电路及电磁感应（权威命制）

./2014届高三物理二轮复习专题突破系列：整合测试--电路和电磁感应本卷分第Ⅰ卷<选择题>和第Ⅱ卷<非选择题>两部分。满分100分,考试时间90分钟。第Ⅰ卷<选择题共40分>一、选择题<共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项符合题目要求,有的小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分>1．<2013·XX茂名一模>交流发电机电枢中产生的交变电动势为e＝Emsinωt,如果要将交变电动势的有效值提高一倍,而交流电的周期不变,可采取的方法是<>A．将电枢转速提高一倍,其他条件不变B．将磁感应强度增加一倍,其他条件不变C．将线圈的面积增加一倍,其他条件不变D．将磁感应强度增加一倍,线圈的面积缩小一半,其他条件不变[答案]BC[解析]交变电动势的峰值Em＝NBSω,有效值E＝eq\f<NBωS,\r<2>>＝eq\f<2NBSπ,\r<2>T>,故要将交变电动势的有效值提高一倍,B、C正确,D错误；电枢转速提高一倍,根据ω＝2πn可知角速度提高一倍,交变电动势的有效值提高一倍,但周期T＝eq\f<2π,ω>会改变,A错误。2.<2013·XX哈三中一模>如图所示,足够长的平行光滑导轨固定在水平面上,电阻为r,其右端连接有两个定值电阻R1、R2,开关S处于断开状态,整个装置处于垂直导轨平面方向的匀强磁场中。一电阻为R3的导体棒在恒定的水平外力F的作用下在导轨上匀速向左运动,运动中导体棒始终与导轨垂直。现将开关S闭合,下列说法不正确的是<>A．刚闭合S的瞬间,导体棒中的电流增大B．刚闭合S的瞬间,导体棒两端电压减小C．闭合S后,导体棒做减速运动直到停止D．闭合S后,导体棒做减速运动直到再一次匀速运动[答案]C[解析]闭合S,外电阻减小,而闭合S瞬间导体棒的速度不变,感应电动势不变,根据I＝eq\f<BLv,R总>可知,导体棒中电流增大,A正确；闭合S的瞬间,外电阻减小,电动势不变,路端电压减小,B正确；闭合S后,刚开始安培力大于拉力F,导体棒做加速度减小的减速运动,当a＝0时导体棒匀速,D正确,C错误。3．<2013·XXXX一模>一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势e＝220eq\r<2>sin100πt<V>,那么<>A．该交变电流的频率是50HzB．当t＝0时,线圈平面恰好位于中性面C．当t＝eq\f<1,100>s时,e有最大值D．该交变电流电动势的有效值为220eq\r<2>V[答案]AB[解析]根据表达式知ω＝100π,交变电流的频率f＝eq\f<1,T>＝eq\f<ω,2π>＝50Hz,A正确；当t＝0时,e＝0,线圈处于中性面位置,B正确；当t＝eq\f<1,100>s时e＝0,C错误；该交变电流电动势的有效值为E＝eq\f<Em,\r<2>>＝220V,D错误。4．<2013·XX一模>如图甲所示,矩形导线框ABCD固定在匀强磁场中,磁场方向垂直于线框所在平面向里。规定垂直于线框所在平面向里为磁场的正方向,线框中沿着ABCDA方向为感应电流i的正方向。要在线框中产生如图乙所示的感应电流,则磁感应强度B随时间t变化的规律可能为<>[答案]B[解析]由i－t图象可知,在0～t0时间内,感应电流大小恒定,方向沿正方向,则B随t可能是向里且均匀减小,同理可得在t0～2t0时间内,B随t可能是向里且均匀增大,且两种情况下的斜率相等,故B正确,A、C、D错误。5．<2013·XXXX一模>如图为远距离输送交流电的系统示意图,变压器均为理想变压器。随着用户负载增多,发电机F达到额定功率时,仍导致降压变压器输出功率不足,用户的用电器不能正常工作。那么,在发电机以额定功率工作的情况下,为了适当提高用户的用电功率,可采取的措施是<>A．适当减小输电线的电阻rB．适当提高eq\f<n4,n3>C．适当提高eq\f<n2,n1>的同时,降低eq\f<n4,n3>D．适当降低eq\f<n2,n1>的同时,提高eq\f<n4,n3>[答案]AC[解析]用户得到的功率等于发电机输出的功率减去输电线上损失的功率,减小输电线上损失的功率可适当提高用户的用电功率,而ΔP＝I2r,所以A正确；改变eq\f<n4,n3>只是使电压降到用户需要的电压值,对功率无影响,适当提高eq\f<n2,n1>,能提高输送电压,减小输送电流,减小功率损失,故C正确,B、D错误。6．<2013·XXXX一模>如图甲所示,匀强磁场垂直纸面向里,磁感应强度的大小为B,磁场在y轴方向足够宽,在x轴方向宽度为a。一直角三角形导线框ABC<BC边的长度为a>从图示位置向右匀速穿过磁场区域,以逆时针方向为电流的正方向,在图乙中感应电流i、BC两端的电压uBC与线框移动的距离x的关系图象正确的是<>[答案]D[解析]导线框匀速进入磁场过程中,AC边切割磁感线,且切割磁感线的有效长度不断增加,其感应电流的大小不断增加,由右手定则可知感应电流的方向是逆时针方向；当导线框完全进入磁场时,AC边、AB边都切割磁感线,感应电动势之和为零,线框中的感应电流为零；当导线框出磁场时,AB边和AC边的一部分都切割磁感线,等效切割长度不断增大,导线框中的感应电流不断增大,感应电流的方向为顺时针。综上可知感应电流的i－x图象应为如图所示的情况,故A、B错误；BC两端的电压uBC＝iRBC,故C错误,D正确。7.<2013·XX五校协作体一模>如图所示,理想变压器初、次级分别接有完全相同的灯泡A和B,且初、次级线圈匝数比n1:n2＝2:1,电源电动势为u,则B灯两端电压为<>A.eq\f<u,2>B．2uC.eq\f<u,5>D.eq\f<2u,5>[答案]D[解析]设原线圈两端的电压为u1,B两端的电压为u2,根据eq\f<u1,u2>＝eq\f<n1,n2>,u1＝eq\f<n1,n2>u2＝2u2,在原线圈回路有u＝u1＋uA；根据eq\f<I1,I2>＝eq\f<n2,n1>,则I1＝eq\f<n2,n1>I2＝eq\f<1,2>I2,uA＝I1RA＝eq\f<1,2>u2,所以u2＝eq\f<2,5>u,故D正确；A、B、C错误。8．<2013·XXXX"十校"调研>如图所示,一个长方形的金属线框电阻为R,放在光滑的水平面上,有界匀强磁场的方向垂直于水平面向下。线框在水平恒力F的作用下由静止开始向右运动,在线框离开磁场的过程中,拉力F的功率随时间变化的图象不可能的是<>[答案]B[解析]线框出磁场过程的运动情况可能有三种：若拉力F大于安培力,线框加速出磁场,且加速度逐渐减小,由P＝Fv知,拉力F的功率逐渐增大,但增大得越来越慢,A正确。若拉力F等于安培力,线框匀速出磁场,由P＝Fv知,拉力F的功率不变,D正确。若拉力F小于安培力,线框减速出磁场,且加速度逐渐减小,由P＝Fv知,拉力F的功率逐渐减小,且减小得越来越慢,C正确。故选B。9.<2013·XXXX一模>如图所示,间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为R的电阻连接,导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒,金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度沿导轨向右运动,若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q。下列说法正确的是<>A．金属棒在导轨上做匀减速运动B．整个过程中金属棒克服安培力做功为eq\f<1,2>mv2C．整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为eq\f<2qR,BL>D．整个过程中电阻R上产生的焦耳热为eq\f<1,2>mv2[答案]BC[解析]金属棒运动中受到安培力作用,F安＝BIL＝eq\f<B2L2v,R>,方向向左,故金属棒做加速度不断减小的减速运动,A错误；由功能关系可知金属棒克服安培力做的功等于动能的减少量,等于整个回路产生的焦耳热,B正确,D错误；金属棒整个过程中通过的电荷量q＝eq\x\to<I>t＝eq\f<ΔΦ,2R>,而ΔΦ＝BLx,所以x＝eq\f<2qR,BL>,C正确。10．<2013·XX西工大附中一模>矩形导线框abcd放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的图象如图甲所示。设t＝0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里,则在0～4s时间内,图乙中能正确反映线框ab边所受的安培力随时间t变化的图象<规定ab边所受的安培力向左为正>的是<>[答案]D[解析]在0～2s内,线框中的感应电动势E1＝eq\f<ΔB,Δt>·s,对应的感应电流大小不变,方向顺时针,而F＝BILab,所以根据左手定则可知F的方向先向左后向右,F的大小与B成正比；同理可知在2～4s内F的方向也是先向左后向右,大小与B成正比,故D正确。第Ⅱ卷<非选择题共60分>二、填空题<共3小题,每小题6分,共18分。把答案直接填在横线上>11．如图所示,直线a、抛物线b分别为某电池的总功率P、输出功率PR随电流I变化的图象。根据图线可知该电池的电动势E＝________V；内阻r＝________Ω；当外电阻为0.5Ω时,电池的输出功率PR＝________W。[答案]1.210.32[解析]题中的图象对应的物理关系：P＝EI,P－PR＝I2r,从题图上取数据,可求得E＝1.2V,内阻r＝1Ω。当R外＝0.5Ω时,I＝eq\f<E,R＋r>＝eq\f<1.2,1.5>A＝0.8A,故PR＝I2R＝0.32W。12．某发电厂用2.2kV的电压将电能输出给远处的用户,后改为用22kV的电压,在既有输电线路上输送同样的电功率。前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为________。要将2.2kV的电压升高到22kV,若变压器原线圈的匝数为180匝,则副线圈的匝数应该是________匝。[答案]100:11800[解析]输送电流I＝eq\f<P,U>,设输电线电阻为r,输电线消耗功率为P′.因P′＝I2r＝eq\b\lc\<\rc\><\a\vs4\al\co1<\f<P,U>>>2r,据题意有eq\f<P1′,P2′>＝eq\b\lc\<\rc\><\a\vs4\al\co1<\f<U2,U1>>>2＝eq\b\lc\<\rc\><\a\vs4\al\co1<\f<22,2.2>>>2＝100:1根据eq\f<n1,n2>＝eq\f<U1,U2>,则n2＝eq\f<U2,U1>n1＝eq\f<22,2.2>×180匝＝1800匝。13．某集装箱吊车的交流电动机输入电压为380V,则该交流电电压的最大值为________V。当吊车以0.1m/s的速度匀速吊起总质量为5.7×103kg的集装箱时,测得电动机的电流为20A,电动机的工作效率为________。<g取10m/s2>[答案]380eq\r<2>75%[解析]对于正弦交流电Um＝eq\r<2>U＝380eq\r<2>V电动机的输出功率为P出＝mgv＝5.7kW电动机的输入功率为P入＝UI＝7.6kW电动机的工作效率为eq\f<P出,P入>＝0.75＝75%三、计算题<共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位>14．<10分>如图,两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置,导轨间距离为L,电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求：<1>磁感应强度的大小；<2>灯泡正常发光时导体棒的运动速率。[答案]<1>eq\f<mg,2L>eq\r<\f<R,P>><2>eq\f<2P,mg>[解析]<1>设小灯泡的额定电流为I0,有P＝Ieq\o\al<2,0>R①由题意在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后,小灯泡保持正常发光,流经MN中电流为I＝2I0②此时金属棒MN所受的重力和安培力相等,下落的速度达到最大值,有mg＝BLI③联立①②③式得B＝eq\f<mg,2L>eq\r<\f<R,P>>④<2>设灯泡正常发光时,导体棒的速率为v,由电磁感应定律与欧姆定律得E＝BLv⑤E＝RI0⑥联立①②④⑤⑥式得v＝eq\f<2P,mg>⑦15．<10分>如图所示交流发电机矩形线圈的边长ab＝cd＝0.4m,ac＝bd＝0.2m,共50匝,线圈电阻r＝1Ω.线圈在磁感应强度B＝0.2T的匀强磁场中,绕垂直磁场方向的轴以eq\f<100,π>r/s的转速匀速转动,外接电阻为R＝9Ω,求：<1>电压表的读数；<2>电阻R上的电功率和发电机的电功率．[答案]<1>101.8V<2>1152W1280W[解析]<1>线圈在磁场中转动产生的感应电动势的最大值为：Em＝nBSω＝50×0.2×0.2×0.4×eq\f<100,π>×2πV＝160V路端电压为U,则：U＝IR＝eq\f<EmR,\r<2>R＋r>＝72eq\r<2>V＝101.8V<2>电阻R上的功率为P,则：P＝UI＝72×eq\r<2>×8eq\r<2>W＝1152W发电机的电功率P′＝EI＝eq\f<E2,R＋r>＝eq\f<E\o\al<2,m>,2R＋r>＝eq\f<1602,2×9＋1>W＝1280W.16．<11分>如图所示,空间存在B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场,MN、PQ是处于同一水平面内相互平行的粗糙长直导轨,间距l＝0.2m,R是连接在导轨一端的电阻,ab是跨接在导轨上质量为m＝0.1kg的导体棒。从零时刻开始,通过一小型电动机对ab棒施加一个牵引力F,方向水平向左,使其从静止开始沿导轨做加速运动,此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。图乙是棒的v－t图象,其中OA段是直线,AC段是曲线,DE段是曲线图象的渐近线,小型电动机在12s末达到额定功率P＝4.5W,此后保持功率不变。除R外,其余部分电阻均不计,取g＝10m/s2。<1>求导体棒ab在0～12s内的加速度大小；<2>求导体棒ab与导轨间的动摩擦因数及电阻R的值；<3>若t＝17s时,导体棒ab最大速度,从0～17s内共发生位移100m,试求12～17s内,R上产生的热量是多少。[答案]<1>0.75m/s2<2>0.20.4Ω<3>12.35J[解析]<1>由图象知12s末导体棒ab的速度为v1＝9m/s,在0～12s内的加速度大小为a＝eq\f<Δv,Δt>＝eq\f<9,12>m/s2＝0.75m/s2。<2>t1＝12s时,导体棒中感应电动势为E＝Blv1感应电流I＝eq\f<E,R>导体棒受到的安培力F1＝BIl即F1＝eq\f<B2l2v1,R>此时电动机牵引力为F＝eq\f<P,v1>由牛顿第二定律得eq\f<P,v1>－eq\f<B2l2v1,R>－μmg＝ma由图象知17s末导体棒ab的最大速度是v2＝10m/s,此时加速度为零,同理有eq\f<P,v2>－eq\f<B2l2v2,R>－μmg＝0由以上各式解得μ＝0.2,R＝0.4Ω<3>0～12s内,导体棒匀加速运动的位移s1＝eq\f<v1,2>t1＝54m12～17s内,导体棒的位移s2＝<100－54>m＝46m由能量守恒得Q＝Pt2－<eq\f<1,2>mveq\o\al<2,2>－eq\f<1,2>mveq\o\al<2,1>>－μmgs2代入数据解得R上产生的热量Q＝12.35J。17．<11分><2013·课标全国Ⅰ>如图,两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ,间距为L。导轨上