高中物理选修3-2：《电磁感应》《交流电》《传感器》综合测试卷

《电磁感应》《交流电》《传感器》综合测试卷

(时间：90分钟，满分：100分)

一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确．)

1．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要．则以下符合事实的是( )

A．丹麦物理学家奥斯特梦圆电生磁，终于发现了电磁感应现象 B．焦耳通过实验研究发现了电流通过导体产生电热的规律 C．法拉第发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕 D．安培定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的

2.如图，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是( )

A．Ua>Uc，金属框中无电流

B．Ub >Uc，金属框中电流方向沿a－b－c－a 1

C．Ubc＝－Bl2ω，金属框中无电流

2

1

D．Uac＝Bl2ω，金属框中电流方向沿a－c－b－a

2

3．图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化．下列说法正确的是( )

A．图甲表示交流电，图乙表示直流电

B．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝2202sin 100πt V C．图甲、图乙两种电压的有效值分别为220 V和4 V

1

D．图甲所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后，频率变为原来的

10

4．为了控制海洋中水的运动，海洋工作者有时依靠水流通过地磁场所产生的感应电动势测水的流速．某课外活动兴趣小组由四名成员甲、乙、丙、丁组成，前去海边某处测量水流速度．假设该处地磁场的竖直分量已测出为B，该处的水流是南北流向，则下列测定方法可行的是( )

A．甲将两个电极在水平面上沿水流方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连

1

的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v＝

U BL

B．乙将两个电极在水平面上沿垂直水流方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极U

相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v＝ BL

C．丙将两个电极沿垂直海平面方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测U

量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v＝ BL

D．丁将两个电极在水平面上沿任意方向插入水流中，测出两极间距离L及与两极相连的测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v＝

U BL

5．如图所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向．菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线垂直，磁场宽度与对角线AC长均为d，现使线框沿AC方向匀速穿过磁场，以逆时针方向为感应电流的正方向，则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中，线框中电流i随时间t的变化关系，以下可能正确的是( )

6．酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是( )

A．U越大，表示c越大，c与U成正比 B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比 C．U越大，表示c越小，c与U成反比

2

D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比

7．(2016·高考全国卷乙)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关

S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比值为( )

A．2 C．4

B．3 D．5

二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意．)

8．如图所示，P、Q是两个完全相同的灯泡，L是直流电阻为零的纯电感，且自感系数L很大．C是电容较大且不漏电的电容器，下列判断正确的是( )

A．S闭合时，P灯亮后逐渐熄灭，Q灯逐渐变亮

B．S闭合时，P灯、Q灯同时亮，然后P灯变暗，Q灯变得更亮

C．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯立即熄灭 D．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯逐渐熄灭 9．某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有( )

A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变 C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起

D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起

10．如图所示，正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω转动，c、d两点与外电路相连，外电路电阻也为r.则下列说法中正确的是( )

3

A．S断开时，电压表读数为B．S断开时，电压表读数为2

BωL2 22

BωL2 8

2

C．S闭合时，电流表读数为BωL2

10r

πBL2

D．S闭合时，线框从图示位置转过过程中流过电流表的电荷量为 27r

11．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v0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

mv20

B．整个过程中电阻R上产生的焦耳热为

22qR

C．整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为 BLmv20

D．整个过程中金属棒克服安培力做功为

2

12．两根相距L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面．质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，回路总电阻为2R.整个装置处于磁感应强度大小为B、

方向竖直向上的匀强磁场中．当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度v2向下匀速运动．重力加速度为g，以下说法正确的是( )

B2L2v1

A．ab杆所受拉力F的大小为μmg＋

2RB．cd杆所受摩擦力为零

BL（v1＋v2）

C．回路中的电流强度为

2R

4

D．μ与v1的大小关系为μ＝

题号 答案 1 2 3 2Rmg

B2L2v14 5 6 7 8 9 10 11 12 三、计算题(本题共4小题，共42分．解答时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．)

13．(8分)一小型水电站，其交流发电机的输出功率为1 000 kW，输出电压为1 000 V，在输电过程中，要求输电线能量损耗不大于4%，已知输电线电阻为16 Ω，用户降压变压器的输出电压为240 V，求输电线路中，升压变压器与降压变压器的变压比各多大？(升、降压变压器均为理想变压器)

14．(10分)如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡L，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n＝100 匝，电阻r＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁场的磁感应强度按图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmS

2π2π

cos t，TT

其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期．不计灯丝电阻随温度的变化，求：

(1)线圈中产生感应电动势的最大值； (2)小灯泡消耗的电功率；

T

(3)在磁感应强度变化的0～的时间内，通过小灯泡的电荷量．

4

5

15．(10分)如图所示，质量m1＝0.1 kg，电阻R1＝0.3 Ω，长度l＝0.4 m的导体棒ab横放在U型金属框架上．框架质量m2＝0.2 kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，相距0.4 m的MM′、NN′相互平行，电阻不计且足够长．电

阻R2＝0.1 Ω的MN垂直于MM′.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.5 T．垂直于ab施加F＝2 N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM′、NN′保持良好接触，当ab运动到某处时，框架开始运动．设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.

(1)求框架开始运动时ab速度v的大小；

(2)从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量Q＝0.1 J，求该过程ab位移x的大小．

16．(14分)在图甲中，直角坐标系xOy的1、3象限内有匀强磁场，第1象限内的磁感应强度大小为2B，第3象限内的磁感应强度大小为B，磁感应强度的方向均垂直于纸面向里．现将半径为l，圆心角为90°的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在纸面内沿逆时针匀速转动，导线框回路电阻为R.

(1)求导线框中感应电流的最大值；

(2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流I随时间t变化的图象；(规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为t＝0，以逆时针方向为正方向)

(3)求线框匀速转动一周产生的热量．

6

参考答案与解析

1．[145] 【解析】选B.丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，为“电生磁”现象，法拉第发现了电磁感应现象，为“磁生电”现象，所以AC都错．安培定则用来判断电流产生的磁场方向，D项是错误的．焦耳通过实验发现了焦耳定律，揭示了电能产生电热的规律，所以B项正确．

2．[146] 【解析】选C.金属框abc平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B、D错误．转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断Ua＜Uc，Ub＜Uc，选项A错误．由转动切割产生感应电动势的公式1

得Ubc＝－Bl2ω，选项C正确．

2

3．[147] 【解析】选B.由于两图中表示的电流方向都随时间变化，因此都为交流电，故A错误；图甲所示电压的周期是0.02 s，所以瞬时值表达式为u＝2202sin 100πt V，故B正确；若交流电在一个周期内产生热量与恒定电流在相同时间内产生的热量相等，则恒定电（42）2（32）2U2

流的值就是交流电的有效值．对于乙图交流电即×0.01＝×0.005＋

RRR×0.005，解得U＝5 V，故C错误；电压经匝数比为10∶1的变压器变压后，频率不变，故D错误，故选B.

4．[148] 【解析】选B.将两个电极在水平面上沿垂直水流方向插入水中，水流视为导U

体切割磁感线，则：E＝BLv，又E＝U，故v＝.

BL

5．[149] 【解析】选D.线圈在进磁场的过程中，根据楞次定律可知，感应电流的方向沿逆时针方向，为正值，在通过两个磁场的分界线时，根据楞次定律可知，感应电流的方向沿顺时针方向，为负值，线圈出磁场的过程中，根据楞次定律知，感应电流的方向为逆时针，为正值，故B、C错误．设BD＝L，在线圈进入磁场一半的过程中，切割的有效长度均匀增大，感应电动势均匀增大，则感应电流均匀增大，当BD刚进入磁场时，感应电流最大为I1＝i0；在线圈进入磁场全部过程中，切割的有效长度均匀减小，感应电动势均匀减小，则感应电流均匀减小至零；线圈通过两个磁场的分界线时，切割的有效长度先均匀增大，感应电流均匀增大，当BD通过磁场分界线时，感应电流最大为I2＝2i0；而后均匀减小至零；在线圈出磁场的过程中，切割的有效长度先均匀增大后均匀减小，感应电流先均匀增大后均匀减小，此过程感应电流最大为I3＝i0；故D正确，A错误．

6．[150] 【解析】选B.传感器电阻r′的倒数与酒精气体浓度c成正比， 1E

即＝kc.电路中的电流为I＝， r′r′＋R＋R0＋rER0电压表示数U＝IR0＝＝r′＋R＋R0＋r

kR0E1

k（R＋R0＋r）＋c

，

7

可见电压U与酒精气体浓度c的关系不成正比，但随着浓度的增加而增加．故B正确． 7．[151] 【解析】选B.设理想变压器原、副线圈匝数比值为k，根据题述，当开关S断开时，电流表示数为I，则由闭合电路欧姆定律得，U＝IR1＋U1.由变压公式U1/U2＝k及功率关系U1I＝U2I2，可得I2/I＝k，即副线圈输出电流为I2＝kI，U2＝I2(R2＋R3)＝kI(R2＋R3)．当开关S闭合时，电流表示数为4I，则有U＝4IR1＋U′1.由变压器公式U′1/U′2＝k及功率关系U′1·4I＝U′2I′2，可得I′ 2/(4I)＝k，即副线圈输出电流为I′2＝4kI，U′2＝I′2R2＝4kIR2；联立解得k＝3，选项B正确．

8．[152] 【解析】选AD.当S闭合时，通过自感线圈的电流逐渐增大而产生自感电动势，L相当于断路，电容C较大，相当于短路，当电流稳定时，L相当于短路，电容C相当于断路，故P灯先亮后灭，Q灯逐渐变亮；当S断开时，灯泡P与自感线圈L组成了闭合回路，灯泡P中的电流先增大后减小至零，故闪亮一下熄灭，电容器与灯泡Q组成闭合回路，电容器放电，故灯泡Q逐渐熄灭，选项A、D正确．

9．[153] 【解析】选ABD.由于零线、火线中电流方向相反，产生的磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．

10．[154] 【解析】选BD.只有ab边切割磁感线，所以ab边是电源，总电阻为3.5r，BL2ω12最大电动势为BLω，有效值E＝；S断开时，电压表测量cd边电压，读数为E＝BL2ω，

482

2

0.5rE

故A错误B正确；S闭合时，外接电阻与cd边并联，电压表读数为E＝，电流表读数3.5r7EE′

2

72BLωπBST7TBL2为＝，C错误；转过过程中平均电动势为E′＝，电荷量q＝I×＝×＝，r14r2T4r47r

4D正确．

11．[155] 【解析】选CD.设某时刻的速度为v，则此时的电动势E＝BLv，安培力F安

B2L2v＝，由牛顿第二定律有F安＝ma，则金属棒做加速度减小的减速运动，选项A错误；

R由能量守恒定律知，整个过程中克服安培力做功等于电阻R和金属棒上产生的焦耳热之和，1ΔΦBSBLx

即W安＝Q＝mv2，选项B错误，D正确；整个过程中通过金属棒的电荷量q＝＝＝，

202R2R2R2qR

得金属棒在导轨上发生的位移x＝，选项C正确．

BL

12．[156] 【解析】选AD.根据右手定则及左手定则可知，对ab，F＝μmg＋F安，对B2L2v1

cd，μF安＝mg，因为F安＝，故A、D正确，B错误．又因为cd不切割磁感线，故C

2R

8

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