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    2019年人教版高中物理二轮复习专题测试练(五)含答案

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    2019年人教版高中物理二轮复习专题测试练(五)含答案

    1、专题测试卷(五) 电路与电磁感应(时间:90 分钟 满分:100 分)一、选择题(本题包括 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正确,有的小题有多个选项正确,全部选对的得 4 分。选不全的得 2 分,有选错的或不答的得0 分。)1图 1 和图 2 是教材中演示自感现象的两个电路图,L 1 和 L2 为电感线圈。实验时,断开开关 S1 瞬间,灯 A1 突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关 S2,灯 A2 逐渐变亮,而另一个相同的灯 A3 立即变亮,最终 A2 与 A3 的亮度相同。下列说法正确的是( )A图 1 中,A 1 与 L1 的电阻值相同B

    2、图 1 中,闭合 S1,电路稳定后,A 1 中电流大于 L1 中电流C图 2 中,变阻器 R 与 L2 的电阻值相同D图 2 中,闭合 S2 瞬间,L 2 中电流与变阻器 R 中电流相等解析 本题考查自感现象判断。在图 1 中断开 S1 瞬间,灯 A1 突然闪亮,说明断开 S1 前,L 1 中的电流大于 A1 中的电流,故 L1 的阻值小于 A1 的阻值,A、B 选项均错误;在图 2 中,闭合 S2 瞬间,由于 L2的自感作用,通过 L2 的电流很小,D 错误;闭合 S2 后,最终 A2 与 A3 亮度相同,说明两支路电流相等,故 R 与 L2 的阻值相同,C 项正确。答案 C2(多选) 如图

    3、所示,一个电阻为 R 的家用电炉和一个绕线电阻为 r 的电动机 M 并联接在电压恒定为U 的电源上,电动机和电炉都正常工作,测得流经电炉和电动机的电流分别为 I1、I 2,电炉和电动机消耗的功率分别为 P1、P 2,产生的热功率分别为 P3、P 4,则下面关系中正确的是( )AI 2 BP 1 CP 2UI 2 DP 4I rUr U2R 2解析 根据题意可知,电动机两端的电压为 U,但是电动机不是纯电阻电路,欧姆定律不适用,故I2 ,故 A 错误;电炉是纯电阻电路,消耗的功率为 P1 ,故 B 错误,根据功率公式可知,电动机消Ur U2R耗的功率 P2UI 2,故 C 正确;根据焦耳定律得,

    4、电动机产生的热功率为 P4I r,故 D 正确。2答案 CD3电动自行车因轻便、价格相对低廉、污染和噪音小而受到市民喜爱,某国产品牌电动自行车的铭牌如下,则此车所配电机的内阻为( )规格 后轮驱动直流永磁电机车型:20电动自行车 电机输出功率:170 W电源输出电压:36 V 额定工作电压/电流:36V/5A整车质量:40 kg 额定转速:240 r/minA.0.2 B0.4 C7.2 D7.4 解析 电机输出功率为 P 出 170 W,电源的输出电压为 U36 V,电流为 I5 A,设内阻为 R,则根据能量守恒定律得 UII 2RP 出 ,解得 R0.4 ,故选 B。答案 B4一含有理想变

    5、压器的电路如图所示,变压器原副线圈匝数比 n1n 221,图中电阻 R1、R 2 和R3 的阻值分别是 4 、2 和 3 ,U 为有效值恒定的正弦交流电源。当开关 S 断开时,理想电流表的示数为 I,当 S 闭合时,电流表的示数为( )A. I B. I23 12C. I D2I32解析 设 S 闭合时,电流表示数为 I1,对理想变压器有 P 入 P 出 , ,则开关闭合时有I1I2 n2n1I1UI R1(2I 1)2R2,开关断开时有 IUI 2R1(2I )2(R2R 3),两式联立解得 I12I ,故 D 项正确。21答案 D5如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数比为 51,原线圈接入

    6、如图乙所示的正弦交流电,副线圈与二极管(正向电阻为零,相当于导线;反向电阻为无穷大,相当于断路) 、定值电阻 R0、热敏电阻Rt(阻值随温度的升高而减小) 及报警器 P(电流增加到一定值时报警器 P 将发出警报声) 组成闭合电路,电压表、电流表均为理想电表。则以下判断正确的是( )A变压器线圈输出交流电的频率为 25 HzB电压表的示数为 22 V2CR t处温度减小到一定值时,报警器 P 将会发出警报声D报警器报警时,变压器的输入功率比报警前小解析 由图乙可知 f 50 Hz,而理想变压器不改变交流电的频率,A 项错误。由图乙可知原线圈1T输入电压的有效值 U1220 V,则副线圈两端电压有

    7、效值 U2 U144 V,设电压表示数为 U,由于二n2n1极管作用,副线圈回路在一个周期内只有半个周期的时间有电流,则由有效值定义有 T,解T2 U2R总得 U 22 V,B 项正确。由题给条件可知,R t处温度升高到一定值时,报警器会发出警报声, CU22 2项错误。因报警器报警时回路中电流比报警前大,则报警时副线圈回路的总功率比报警前大,而输入功率与输出功率相等,D 项错误。答案 B6(多选) 如图为某小型水电站的电能输送示意图。已知输电线的总电阻 R10 ,降压变压器 T2 的原、副线圈匝数之比为 41,电阻 R011 。若 T1、 T2 均为理想变压器,T 2 的副线圈两端电压表达式

    8、为 u220 sin 100t V,下列说法正确的是( )2A发电机中的电流变化频率为 100 HzB通过 R0 的电流有效值为 20 AC升压变压器 T1 的输入功率为 4 650 WD若 R0 的电阻减小,发电机的输出功率也减小解析 交流电经过变压器,频率不变,则交流电的频率 f 50 Hz,故 A 错误。通过 R0 的电流2有效值 I A20 A,故 B 正确。根据 得,输电线上的电流 I320 A5 A ,则输电线UR0 22011 I3I4 n4n3 14上损耗的功率 P 损 I R2510 W250 W ,降压变压器的输入功率 P3U 4I422020 W4 400 W,23则升压

    9、变压器的输出功率 P2P 3P 损 4 400 W250 W 4 650 W ,故 C 正确。当电阻 R0 减小时,降压变压器的输出电流增大,则输电线上的电流增大,升压变压器原线圈中的电流变大,根据 PUI 知,发电机的输出功率增大,故 D 错误。答案 BC7(多选) 如图甲所示,间距为 L 的光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为 B,轨道左侧连接一定值电阻 R。垂直导轨的导体棒 ab 在水平外力 F 作用下沿导轨运动,F 随 t 变化的规律如乙图所示。在 0t 0 时间内,棒从静止开始做匀加速直线运动。乙图中 t0、F 1、F 2 为已知量,棒和导轨的电阻不计。则( )A在

    10、t0 以后,导体棒一直做匀加速直线运动B在 t0 以后,导体棒先做加速,最后做匀速直线运动C在 0t 0 时间内,导体棒的加速度大小为2(F2 F1)RB2L2t0D在 0t 0 时间内,通过导体棒横截面的电荷量为(F2 F1)t02BL解析 因在 0t 0 时间内棒做匀加速直线运动,故在 t0 时刻 F2 大于棒所受的安培力,在 t0 以后,外力保持 F2 不变,安培力逐渐变大,导体棒做加速度越来越小的加速运动,当加速度 a0,即导体棒所受安培力与外力 F2 相等后,导体棒做匀速直线运动,故 A 错误,B 正确。设在 0t 0 时间内导体棒的加速度为 a,通过导体棒横截面的电荷量为 q,导体

    11、棒的质量为 m,t 0 时刻导体棒的速度为 v,则有:a ,F 2 ma,F 1 ma,q , BSBL t0,解得:a ,q ,vt0 B2L2vR R v2 (F2 F1)RB2L2t0 (F2 F1)t02BL故 C 错误、D 正确。答案 BD8(多选) 在半径为 r、电阻为 R 的圆形导线框内,以直径为界,左、右两侧分别存在着方向如图甲所示的匀强磁场,以垂直纸面向外的磁场为正,两部分磁场的磁感应强度 B 随时间 t 的变化规律分别如图乙所示。则 0t 0 时间内,导线框中 ( )A感应电流方向为顺时针B感应电流方向为逆时针C感应电流大小为 r2B0t0RD感应电流大小为2 r2B0t0

    12、R解析 根据楞次定律可知,左边的导线框的感应电流方向是顺时针,而右边的导线框的感应电流方向也是顺时针,则整个导线框的感应电流方向为顺时针,故 A 正确,B 错误;由法拉第电磁感应定律,因磁场的变化,导致导线框内产生感应电动势,结合题意可知,产生感应电动势正好是两者之和,即为E2 ,再由闭合电路欧姆定律,可得感应电流大小为 I ,故 C 正确,D 错误。r2B02t0 ER r2B0t0R答案 AC9(多选) 如图中 MN 和 PQ 为竖直方向的两平行足够长的光滑金属导轨,间距为 L,电阻不计。导轨所在平面与磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直,两端分别接阻值为 2R 的电阻 R1 和电容为 C 的

    13、电容器。一质量为 m、电阻为 R 的金属杆 ab 始终垂直于导轨,并与其保持良好接触。杆 ab 由静止开始下滑,在下滑过程中最大的速度为 v,整个电路消耗的最大电功率为 P,则( )A电容器左极板带正电B电容器的最大带电荷量为2CBLv3C杆 ab 的最大速度 vPmgD杆 ab 所受安培力的最大功率为2P3解析 根据右手定则,感应电动势的方向为:ab,故右极板带正电,故 A 错误;当金属杆 ab 的速度达到最大时,感应电动势最大,感应电动势的最大值为:E mBLv mBLv;路端电压的最大值为:UEm BLv,故电容器的带电荷量最大,为:Q CU ,故 B 正确;由 PF 安 v,当 P、F

    14、 安2R2R R 23 2CBLv3达到最大时,杆 ab 的速度达到最大值,此时杆 ab 受力平衡,即:v ,故 C 正确;杆 ab 克服PmF安 m Pmg安培力的最大功率为:PF 安 mvmmgv mmg vP,故 D 错误。答案 BC10(2018东北三省四市模拟) 如图甲所示,光滑平行金属导轨 MN、PQ 所在平面与水平面成 角,M、P 两端接一电阻 R,整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t0 时对金属棒施加一平行于导轨的外力 F,使金属棒 ab 由静止开始沿导轨向上运动,导轨和金属棒的电阻忽略不计。已知通过电阻 R 的感应电流 I 随时间 t 变化的关系如图乙所示。下列关

    15、于棒运动速度 v、外力 F、流过 R 的电荷量 q以及闭合回路中磁通量的变化率 随时间 t 变化的图像正确的是( ) t解析 根据题图乙所示的 It 图像可知 Ikt ,其中 k 为比例系数,因 EIR ,EBl v,所以v t,vt 图像是一条过原点且斜率大于零的直线,说明了导体棒做的是初速度为零的匀加速直线运动,kRBl即 vat,故 A 错误;由闭合电路欧姆定律可得:I ktER可推出:EktR而 E ,t所以有: ktR,tt 图像是一条过原点且斜率大于零的直线,故 B 正确;t对导体棒在沿导轨方向列出动力学方程 FBIlma ,而 I ,vat 得到 F tma,BlvR B2l2a

    16、R可见 Ft 图像是一条斜率大于零且与 F 轴正半轴有交点的直线,故 C 错误;q t t2, qt 图像是一条开口向上的抛物线,故 D 错误。R Bl12at2R Bla2R答案 B二、非选择题(本题共 6 小题,共 60 分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。)11(8 分)(2018河南洛阳二模)实际电流表都有内阻,为了测量电流表 G1 的内阻 rg,提供的器材如下:待测电流表 G1 (05 mA,内阻约 300 )电流表 G2 (015 mA,内阻约 100 )定值电阻 R1(R1

    17、150 )滑动变阻器 R2(020 )电源(电动势 3 V )开关 S 及导线若干(1)为了使测量结果尽量精确,设计并画出实验的电路图。(2)对照所画电路图连接如图所示实物图。(3)闭合开关 S ,移动滑动触头至某一位置,记录 G1 和 G2 的读数 I1 和 I2,则待测电流表的内阻可表示为 rg_。答案 (1)电路如图所示(2)连线如图所示(3) R1(I2 I1)I112(8 分) 为测定某电源的电动势 E 和内阻 r 及一段电阻丝的电阻率 ,设计了如图甲所示的电路。ab 是一段电阻率较大的粗细均匀的电阻丝,R 0 是阻值为 2 的保护电阻,滑动片 P 与电阻丝接触良好。(1)实验中用螺

    18、旋测微器测得电阻丝的直径如图乙所示,其示数为 d_ mm 。(2)实验时闭合开关,调节 P 的位置,记录 aP 长度 x 和对应的电压 U、电流 I 等相关数据,如下表:x/m 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60U/V 1.50 1.72 1.89 2.00 2.10 2.18I/A 0.49 0.43 0.38 0.33 0.31 0.28/UI 3.06 4.00 4.97 6.06 6.77 7.79请根据表中数据在图丙中作出 UI 关系图线,根据图像可得电源的电动势 E_V,内阻r_ (结果均保留 2 位有效数字) 。(3)图丁是根据表中数据作出 x 的关系图像

    19、,由图像求出电阻丝的阻率 _ m(保留 2UI位有效数字)。(4)图丁中的 x 关系图像纵截距的物理意义是_。UI解析 (1)实验中螺旋测微器的示数为 0.600 mm。(2)根据表格中数据描点,连线如图所示,图像中与纵坐标轴的交点就是电源电动势,可知 E3.0 V,而图像的斜率为 3 ,它等于内阻与 R0 之和,因此内阻 r1.0 。3.0 1.20.6(3)由图像可知,当 x0 时电阻值就是电流表内阻,即 rA2.0 ,当 x0.6 m 时,电阻 R7.8 2.0 5.8 ,根据 R 可得 m2.710 6 m。lS RSl 5.83.14(310 4)20.6(4)UI ,解得 R A

    20、,所以 x 图像的纵截距是电流表的内阻。(RA xS) UI xS UI答案 (1)0.600 (0.5990.601)(2)图见解析 3.0(2.93.1) 1.0(0.91.1)(3)2.7106 2.910 6(4)电流表内阻(或电流表内阻为 2.0 )13(10 分) 某同学在学习电磁感应后,认为电磁阻尼能够承担电梯减速时大部分制动的负荷,从而减小传统制动器的磨损。如图甲所示,是该同学设计的电磁阻尼制动器的原理图。电梯厢与配重质量都为 M,通过高强度绳子套在半径为 r1 的承重转盘上,且绳子与转盘之间不打滑。承重转盘通过固定转轴与制动转盘相连。制动转盘上固定了半径为 r2 和 r3 的

    21、内外两个金属圈(如图乙) ,金属圈内阻不计。两金属圈之间用三根互成 120的辐向导体棒连接,每根导体棒电阻均为 R。制动转盘放置在一对励磁线圈之间,励磁线圈产生垂直于制动转盘的匀强磁场(磁感应强度为 B),磁场区域限制在 120辐向角内,如图乙阴影区所示。若电梯厢内放置质量为 m 的货物一起以速度 v 竖直上升,电梯厢离终点( 图中未画出) 高度为 h 时关闭动力系统,仅开启电磁制动,一段时间后,电梯厢恰好到达终点。(1)若在开启电磁制动瞬间,三根金属棒的位置刚好在图乙所示位置,则此时制动转盘上的电动势 E为多少?此时 a 与 b 之间的电势差有多大?(2)若忽略转盘的质量,且不计其他阻力影响

    22、,则在上述制动过程中,制动转盘产生的热量是多少?(3)若要提高制动的效果,试对上述设计做出两处改进。解析 (1)电梯上升的速度与制动转盘的速度相同,有 。制动转盘的两金属圈的线速度为vr1va r3,v b r2根据法拉第电磁感应定律得电动势为EB(r3 r2)(va vb)2解得 E感应电流为 IE(R 0.5R)a 与 b 之间的电势差为 Uab I0.5R解得 Uab(2)根据功能关系可得 Qmgh (m2M) v212解得 Q (m 2M)v2mgh12(3)增加励磁电流;减小金属棒的电阻;增加金属棒的数目(用实心的金属材料做整个金属盘 );增加外金属圈的半径 r3;减小内金属圈的半径

    23、 r2;减小承重盘的半径 r1。(答出其中任 2 项)答案 (1) (2) (m 2M)v2mgh (3) 见解析1214(10 分)(2018哈尔滨第六中学检测)相距 l1.5 m 的足够长金属导轨竖直放置,质量为 m11 kg的金属棒 ab 和质量为 m20.27 kg 的金属棒 cd 均通过棒两端的小环水平地套在金属导轨上,如图 (a)所示,虚线上方磁场方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度的大小相同。ab 棒光滑,cd 棒与导轨间动摩擦因数为 0.75,两棒总电阻为 1.8 ,导轨电阻不计。ab 棒在方向竖直向上、大小按图(b)所示规律变化的外力 F 作用下,从

    24、静止开始沿导轨做匀加速运动,同时 cd 棒也由静止释放。重力加速度 g 取 10 m/s2。求:(1)磁感应强度 B 的大小和 ab 棒加速度的大小;(2)若在 2 s 内外力 F 做功 40 J,此过程中两棒产生的总焦耳热;(3)cd 棒达到最大速度所需的时间。解析 (1)由牛顿第二定律:Fm 1gF Am 1a其中 FA ,vatB2l2vR即 F tm 1(ga)B2l2aR代入题图(b)中数据,解得a1 m/s 2,B 1.2 T。(2)由 ab 棒做匀加速运动:x at212vat2 s 末时,由能量关系:WF m1gx m1v2Q12解得 Q18 J。(3)cd 棒先做加速度逐渐减

    25、小的加速运动,当 cd 棒所受重力与滑动摩擦力相等时,速度达到最大;然后做加速度逐渐增大的减速运动,最后停止运动。当 cd 棒速度达到最大时,由平衡条件可得:m2g FA由 FA ,vatB2l2vR解得 t2 s。答案 (1)1.2 T 1 m/s 2 (2)18 J (3)2 s15(12 分)(2018上海虹口区期末)如图甲所示,光滑且足够长的平行金属导轨 MN、PQ 固定在同一水平面上,两导轨间的距离 L1 m,定值电阻 R16 ,R 23 ,导轨上放一质量为 m1 kg 的金属杆,杆的电阻 r2 ,导轨的电阻不计,整个装置处于磁感应强度为 B0.8 T 的匀强磁场中,磁场的方向垂直于

    26、导轨平面向下,现用一拉力 F 沿水平方向拉杆,使金属杆以一定的初速度开始运动。图乙所示为通过 R1 中电流的平方 I 随时间 t 的变化关系图像,求:21(1)5 s 末金属杆的速度大小;(2)写出安培力的大小随时间变化的关系式;(3)5 s 内拉力 F 所做的功。解析 (1)外电路总电阻 R 外 2 。R1R2R1 R2由图像得 5 s 末的电流 I10.2 A,R 1、R 2 并联,故 I 总 3I10.6 A,EI 总 (R 外 r )0.6(22)V2.4 V。由 EBLv 得 vt m/s3 m/s。EBL 2.40.81(2)图像方程:I 0.020.004 t,21得 I10.1

    27、 A。2 0.4tR1、R 2 并联,故 I 总 3I 10.3 A。2 0.4t安培力 F 安 BI 总 L0.24 N。2 0.4t(3)图线与时间轴包围的“面积”为(0.020.04)50.15,12故 5 s 内 R1 中产生的焦耳热为 Q1I 2R1t0.156 J0.9 J,电路中总电热 Q 总 Q 1Q 2Q r6Q 15.4 J。金属杆初始速度 v0 m/s1.5 m/s,由功能关系有 WFW 安 E k,E0BL 30.02(2 2)0.81 2又 W 安 Q 总 ,得 WF EkQ 总 m(v v )Q 总 ,12 21 20代入数据得 WF 1(32 1.522) J5.

    28、4 J7.65 J。12答案 (1)3 m/s (2)F 安 0.24 N (3)7.65 J2 0.4t16(12 分)(2018湖北高三八校联考)如图所示,AD 与 A1D1 为水平放置的无限长平行金属导轨,DC与 D1C1 为倾角为 37的平行金属导轨,两组导轨的间距均为 l1.5 m,导轨电阻忽略不计。质量为m10.35 kg、电阻为 R11 的导体棒 ab 置于倾斜导轨上,质量为 m20.4 kg、电阻为 R20.5 的导体棒 cd 置于水平导轨上,轻质细绳跨过光滑滑轮一端与 cd 的中点相连,另一端悬挂一轻质挂钩。ab、cd与导轨间的动摩擦因数相同,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。整

    29、个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为 B2 T。初始时刻,ab 在倾斜导轨上恰好不下滑。(g 取 10 m/s2,sin 370.6)(1)求 ab 与导轨间的动摩擦因数 ;(2)在轻质挂钩上挂上物体 P,细绳处于拉伸状态,将 P 与 cd 同时由静止释放,当 P 的质量不超过多大时,ab 始终处于静止状态?( cd 运动过程中,ab、cd 一直与 DD1 平行,且没有与滑轮相碰)(3)若 P 的质量取第(2) 问中的最大值,由静止释放开始计时,当 t1 s 时 cd 已经处于匀速直线运动状态,求在这 1 s 内 ab 上产生的焦耳热为多少。解析 (1)对 ab,由平衡条件得m1gsi

    30、n m1gcos 0解得 。34(2)当 P 的质量最大时,P 和 cd 的运动达到稳定时,P 和 cd 一起做匀速直线运动,ab 处于静止状态,但摩擦力达到最大且沿斜面向下。设此时电路中的电流为 I对 ab,由平衡条件得沿斜面方向:BIlcos m 1gsin N0垂直于斜面方向:NBIlsin m 1gcos 0对 cd,设细绳中的张力为 T,由平衡条件得TBIl m2g0对 P,由平衡条件得 MgT 0解得:I4 A,M1.5 kg故当 P 的质量不超过 1.5 kg 时,ab 始终处于静止状态。(3)设 P 匀速运动的速度为 v,由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得Blv I(R1R 2)解得 v2 m/s对 P,由牛顿第二定律得 MgT Ma,对 cd,由牛顿第二定律得T m2gB lm 2aBlvR1 R2即 Mgm 2gB l( Mm 2)aBlvR1 R2两边同时乘以 t,并累加求和,可得Mgtm 2gtB l( Mm 2)vBlsR1 R2解得 s m4130对 P、ab 和 cd,由能量守恒定律得Mgs m2gs Q (Mm 2)v2,12解得 Q12.6 J在这 1 s 内 ab 上产生的焦耳热为Q1 Q8.4 J。R1R1 R2答案 (1) (2)1.5 kg (3)8.4 J34


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