精品解析：河北省河北衡水中学2025-2026学年高二上学期12月月考物理试题

2025—2026学年度高二年级上学期综合素质评价三 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分 考试时间75分钟，满分100分 第Ⅰ卷（选择题共46分） 一、单项选择题（每题只有一个正确选项。每小题4分，共7个小题，满分28分） 1. 下列关于电磁感应现象的说法中，正确的是（  ） A. 铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力是由于磁铁对铜片的吸引 B. 搬运电流表时将正负接线柱用导线连接可以避免指针剧烈晃动而损坏 C. 图丙，真空冶炼炉接高频交流电源后能在炉体内产生涡流发热加热金属使金属熔化 D. 摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会和磁铁同向转动且转得比磁铁快 2. 如图所示，线圈自感系数为L，电容器电容为C，电源电动势为和是三个相同的小灯泡。开始时，开关S处于断开状态。忽略线圈电阻和电源内阻，将开关S闭合，下列说法正确的是（　　） A. 闭合瞬间，与同时亮起 B. 闭合后，亮起后亮度不变 C. 稳定后，与亮度一样 D. 稳定后，电容器的电荷量是 3. 著名的法拉第圆盘发电示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，圆盘以恒定角速度旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（　　） A. 圆盘中的电流呈周期性变化特点 B. 若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿b到a的方向流动 C. 若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向发生变化 D. 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，其他条件不变，则电流在R上的热功率变为原来的4倍 4. 我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入运行，如图甲所示。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　） A. 海浪频率的变化对输出电流的大小没有影响 B. 在图乙所示位置时，线圈端电势高于端电势 C. 在图乙所示位置时，线圈靠近极的导线受到的安培力方向向上 D. 在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最小 5. 通过一阻值的电阻的交变电流如图所示，其周期为0.8s。通过电阻电流的有效值为（　　） A B. C. 0.15A D. 6. 在如图所示的输电线路中，交流发电机的输出电压一定，两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为、，两变压器间输电线路电阻为。下列说法正确的是（　　） A. 仅增加用户数，消耗的功率减小 B. 仅增加用户数，用户端的电压增大 C. 仅适当增加，用户端的电压增大 D. 仅适当增加，整个电路消耗的电功率减小 7. 如图，水平面内固定一间距为0.5m、电阻不计且足够长的光滑平行金属导轨，中间区域没有磁场。导轨左、右两侧分别处于竖直向下、向上的匀强磁场中，磁感应强度大小均为0.2T。金属棒、垂直静置于导轨上，其质量均为0.1kg，电阻均为0.1Ω。棒静止在左侧的磁场边界，棒静止在中间区域的某一位置，当棒以的初速度水平向左运动，同时棒以的初速度水平向右运动。在棒向左运动2m时，棒刚好向右进入磁场，忽略两棒间的作用力。则（　　） A. 棒向左运动时的速度大小为 B. 最终棒与棒处于静止状态 C. 全过程中通过棒的电量为 D. 全过程中棒产生的热量为 二、多项选择题（每个小题至少有两个正确选项。每小题6分，漏选得3分，有错选得0分，共18分） 8. 如图所示，以平行虚线为边界的两个匀强磁场区域长度足够长，宽度皆为，磁感应强度大小皆为、方向相反。单匝正方形金属框边长为，电阻为，在初始位置时边恰好处于匀强磁场区的上边界上。现金属框以大小为的速度向下匀速通过磁场区，感应电流顺时针方向为正方向，安培力以向上为正方向，则下图中能定性反映金属框穿过磁场区时安培力与感应电流随时间变化关系的是（　　） A. B. C. D. 9. 如图为某一新能源动力电池充电的供电电路图。配电设施的输出电压，升压变压器原、副线圈的匝数比，降压变压器原、副线圈的匝数比。充电桩充电时的额定功率，额定电压，变压器均视为理想变压器。计算正确的是（　　） A 升压变压器副线圈两端电压 B. 降压变压器原线圈两端电压 C. 通过输电线上电流 D. 输电线的总电阻 10. 如图1所示，两条足够长的平行金属导轨固定在水平桌面上，左端接有阻值的电阻，导轨电阻忽略不计，一质量为、电阻不计的金属棒垂直导轨放置，整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中，现金属棒在水平向右的拉力作用下向右运动，拉力与时间的关系式为，时撤去拉力，金属棒在时停止运动，金属棒整个运动过程的图像如图2所示。重力加速度。下列说法正确的是（　　） A. 金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 B. 撤去拉力后金属棒运动的距离为 C. 撤去拉力后电阻上产生的焦耳热为 D. 撤去拉力后通过电阻的电荷量为 第Ⅱ卷（非选择题共54分） 三、填空题（每空2分，共16分） 11. 某物理小组同学设计了用磁感应强度传感器探究线圈中磁场变化产生感应电流的实验。如图甲所示，他将一条形磁铁放在转盘上，磁铁可随转盘转动，另将一磁感应强度传感器固定在转盘旁边，磁感应强度传感器上还套有一带有绝缘外层的闭合导线圈（图中未画出），感应电流产生的磁场对原磁场的磁感应强度产生影响不计。转动转盘（及磁铁），磁感应强度测量值周期性地变化，该变化周期与转盘转动的周期一致。该同学取向右为正方向在计算机上得到了如图乙所示的图像，请完成下面填空： （1）在图像记录的这段时间内，线圈中产生的交流电______（填“是”或“不是”）按正弦变化的。 （2）在图像记录的这段时间内，线圈中产生的交流电的周期______（填“不变”，“先不变，后变小”或“先不变，后变大”）。 （3）在时刻，线圈内产生的感应电流的方向______（填“不变”或“变化”）。 （4）在0.10s~0.15s时间内，线圈内产生的感应电流______（填“逐渐减小”“不变”或“逐渐增大”）。 12. （1）某小组在进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，实验中保持原副线圈匝数不变，当原线圈接入电压增大，用多用电表测得副线圈两端电压______。（选填“增大”“减小”或“不变”） （2）某同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器（可视为理想电压表）上，观察到副线圈电压随时间变化的图像如图甲所示，在时间内，该同学先断开开关，其后仅进行一项操作，再次闭合开关，得到之后的图像。该操作可能是______。 A. 增加了交流电源的频率 B. 摆正并拧紧了松动的铁芯 C. 减少了副线圈的匝数 D. 增加了原线圈的匝数 （3）图乙中变压器为理想变压器，若原、副线圈的匝数保持不变，分别为、，在交流电源（内阻不计）的电压有效值和电阻确定的情况下，调节可变电阻，如果可变电阻可调范围足够大，则当______（用、、表示）时，可获得最大功率。 （4）图乙中变压器为理想变压器，若原、副线圈的匝数保持不变，分别为、，在交流电源（内阻不计）的电压有效值和电阻确定的情况下，调节可变电阻，电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值的大小为________（用、、表示）。 四、计算题（共38分，要写出必要的文字说明和解题过程，只写出结果，没有过程不得分） 13. 某手摇式发电机的原理示意图如图所示。一半径的半圆形单匝金属线圈处在磁感应强度，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，摇动手柄使线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，金属线圈电阻，外电路连接的电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。求 （1）从图示位置开始计时，时刻感应电动势瞬时值的表达式； （2）转动过程中，交流电压表的示数； （3）从图示位置转过过程中，平均感应电动势和通过电阻的电量。 14. 如图所示，两根不计电阻的光滑倾斜平行导轨与水平面的夹角，底端及顶端分别接有和的电阻。在两根导轨所在的平面内建立xOy坐标系。在x轴方向0到6m范围内满足方程的曲线与x轴所围空间区域内存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于导轨平面向上。金属棒PQ的质量为，电阻不计，在平行于x轴正方向的外力F作用下以的速度沿斜面向上匀速运动。已知：，，。求： （1）当金属棒PQ通过位置时的感应电动势； （2）外力F的最大值； （3）金属棒PQ通过磁场的过程中外力F所做的功。 15. 我国第三艘航母“福建号”已装备最先进的电磁弹射技术。某兴趣小组对其加速和减速阶段简化为下述过程。两根足够长的平直轨道AB和CD固定在水平面上，其中PQ左侧为光滑金属轨道，轨道电阻忽略不计，AC间接有定值电阻R，PQ右侧为粗糙绝缘轨道。沿CD轨道建立x轴、Q点为坐标原点；PQ左侧分布有垂直于轨道平面向下的匀强磁场B0，PQ右侧为沿x轴渐变的磁场，垂直于x轴方向磁场均匀分布。现将一质量为m，长度为L，电阻为R的金属棒ab垂直放置在轨道上，与PQ距离为s。PQ的右方还有质量为3m，各边长均为L的U形框cdef，其电阻为3R，且与左边金属轨道绝缘。ab棒在恒力F作用下向右运动，到达PQ前已匀速，运动到PQ处时撤去恒力F，随后与U形框发生碰撞，碰后连接成“口”字形闭合线框，并一起运动，后续运动中受到摩擦阻力f大小与速度满足。已知m=1kg，F=2N，s=5m，L=1m，R=1Ω，B0=1T，k=1T/m，求： （1）棒ab与U形框碰撞前速度的大小v0； （2）棒ab与U形框碰撞前通过电阻R的电量； （3）“口”字形线框停止运动时，fc边的坐标xfc； （4）U形框在运动过程中产生焦耳热。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025—2026学年度高二年级上学期综合素质评价三 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分 考试时间75分钟，满分100分 第Ⅰ卷（选择题共46分） 一、单项选择题（每题只有一个正确选项。每小题4分，共7个小题，满分28分） 1. 下列关于电磁感应现象的说法中，正确的是（  ） A. 铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力是由于磁铁对铜片的吸引 B. 搬运电流表时将正负接线柱用导线连接可以避免指针剧烈晃动而损坏 C. 图丙，真空冶炼炉接高频交流电源后能在炉体内产生涡流发热加热金属使金属熔化 D. 摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会和磁铁同向转动且转得比磁铁快 【答案】B 【解析】 【详解】A．铜片在磁铁两极间摆动时会受到很大的阻力，是因为铜片在磁场中运动时产生了涡流，涡流受到磁场的安培力阻碍铜片的运动，并非是磁铁对铜片的吸引，故A错误； B．搬运电流表时将正负接线柱用导线连接，电流表内部会形成闭合回路，当指针晃动时会因电磁感应产生感应电流，感应电流的安培力会阻碍指针的晃动，可以避免指针剧烈晃动而损坏，故B正确； C．真空冶炼炉接高频交流电源后能在金属中产生涡流，金属中产生大量热量，从而使金属熔化，故C错误； D．摇动手柄使蹄形磁铁转动时，铝框会因电磁感应产生感应电流，感应电流受到磁场力作用会和磁铁同向转动，但根据楞次定律，铝框转得比磁铁慢，故D错误。 故选B。 2. 如图所示，线圈自感系数为L，电容器电容为C，电源电动势为和是三个相同的小灯泡。开始时，开关S处于断开状态。忽略线圈电阻和电源内阻，将开关S闭合，下列说法正确的是（　　） A. 闭合瞬间，与同时亮起 B. 闭合后，亮起后亮度不变 C. 稳定后，与亮度一样 D. 稳定后，电容器的电荷量是 【答案】C 【解析】 【详解】A．闭合开关瞬间，电容器C相当于通路，线圈L相当于断路，所以瞬间亮起，逐渐变亮，A错误； B．闭合开关后，电容器充电，充电完成后相当于断路，所以亮一下后熄灭，B错误； C．稳定后，电容器相当于断路，线圈相当于短路，所以、串联，所以一样亮，C正确； D．稳定后，电容器与并联，两端电压等于两端电压，由于线圈电阻和电源内阻忽略不计，且、串联，两端电压为，根据，可得电容器的电荷量等于，D错误。 故选C。 3. 著名的法拉第圆盘发电示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，圆盘以恒定角速度旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（　　） A. 圆盘中的电流呈周期性变化特点 B. 若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿b到a的方向流动 C. 若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向发生变化 D. 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，其他条件不变，则电流在R上的热功率变为原来的4倍 【答案】D 【解析】 【详解】A．可将铜圆盘等效为若干根由圆心到圆盘边缘的导体棒，每根导体棒都在切割磁感线，产生恒定的感应电动势，相当于电源，则整个铜圆盘就相当于若干个相同的电源并联，圆盘中的电流恒定，故A错误； B．根据右手定则可知，若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动，故B错误； C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向不变，故C错误； D．圆盘产生的感应电动势为 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则感应电动势变为原来的2倍，通过R的电流变为原来的2倍，根据可知，电流在R上的热功率变为原来的4倍，故D正确。 故选D。 4. 我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入运行，如图甲所示。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　） A. 海浪频率的变化对输出电流的大小没有影响 B. 在图乙所示位置时，线圈端电势高于端电势 C. 在图乙所示位置时，线圈靠近极的导线受到的安培力方向向上 D. 在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最小 【答案】C 【解析】 【详解】A．线圈转动过程中产生的电动势的最大值为 其中 则输出电流的最大值为 则海浪频率的变化对输出电流有影响，故A错误； B．根据右手定则可知此时线圈内部电流从b到a，则线圈转动到如图所示位置时a端电势高于b端电势，故B错误； C．线圈内部电流从b到a，根据左手定则可知线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向上，故C正确； D．图乙中线圈所处位置与磁感线平行，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，故D错误。 故选C。 5. 通过一阻值的电阻的交变电流如图所示，其周期为0.8s。通过电阻电流的有效值为（　　） A. B. C. 0.15A D. 【答案】A 【解析】 【详解】依据电流热效应，经过相同时间通过相同电阻，若交流电产生的热量等于直流电产生的热量，则直流电的读数为交流电的有效值，则有 解得 故选A。 6. 在如图所示的输电线路中，交流发电机的输出电压一定，两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为、，两变压器间输电线路电阻为。下列说法正确的是（　　） A. 仅增加用户数，消耗的功率减小 B. 仅增加用户数，用户端的电压增大 C. 仅适当增加，用户端的电压增大 D. 仅适当增加，整个电路消耗的电功率减小 【答案】C 【解析】 【详解】A．整个电路物理量标注如图 设用户端总电阻为，降压器输入端等效为电阻，则有 因为 其中，则对于输电线有 联立整理可得 仅增加用户数，则减小，可知增大，根据 可知消耗功率增大，故A错误； B．仅增加用户数，增大，根据 可知减小，根据用户端的电压 可知用户端的电压减小，故B错误； C．仅适当增加，根据 可知增大，根据 可知增大，根据 可知增大，根据用户端的电压 可知用户端的电压增大，故C正确； D．由C选项可知，仅适当增加，、增大，根据整个电路消耗的电功率 可知整个电路消耗的电功率变大，故D错误。 故选C。 7. 如图，水平面内固定一间距为0.5m、电阻不计且足够长的光滑平行金属导轨，中间区域没有磁场。导轨左、右两侧分别处于竖直向下、向上的匀强磁场中，磁感应强度大小均为0.2T。金属棒、垂直静置于导轨上，其质量均为0.1kg，电阻均为0.1Ω。棒静止在左侧的磁场边界，棒静止在中间区域的某一位置，当棒以的初速度水平向左运动，同时棒以的初速度水平向右运动。在棒向左运动2m时，棒刚好向右进入磁场，忽略两棒间的作用力。则（　　） A. 棒向左运动时的速度大小为 B. 最终棒与棒处于静止状态 C. 全过程中通过棒的电量为 D. 全过程中棒产生的热量为 【答案】D 【解析】 【详解】AC．当ab棒向左运动时，设ab棒的速度为，设向左为正方向，对ab棒向左运动的过程，根据动量定理有 可得 再由 可得，故A错误，C错误； B．当ab棒向左运动时，cd棒刚好向右进入磁场，根据右手定则可知回路的总电压 所以abcd回路中电流为零，ab棒、cd棒所受安培力均为零，因此两棒所受合力均为零，所以接下来ab棒向左以做匀速运动，cd棒向右以做匀速运动，故B错误； D．由能量守恒得全过程中ab棒产生的热量 故D正确。 故选D。 二、多项选择题（每个小题至少有两个正确选项。每小题6分，漏选得3分，有错选得0分，共18分） 8. 如图所示，以平行虚线为边界的两个匀强磁场区域长度足够长，宽度皆为，磁感应强度大小皆为、方向相反。单匝正方形金属框边长为，电阻为，在初始位置时边恰好处于匀强磁场区的上边界上。现金属框以大小为的速度向下匀速通过磁场区，感应电流顺时针方向为正方向，安培力以向上为正方向，则下图中能定性反映金属框穿过磁场区时安培力与感应电流随时间变化关系的是（　　） A. B. C. D. 【答案】AC 【解析】 【详解】CD．根据右手定则可以判断，边刚进入磁场时，产生的感应电流逆时针方向，即为负值，大小为 经过时间 边运动到两个磁场的边界，此后边与边都切割磁感线，产生的感应电流顺时针方向，即为正值，因感应电动势是原来的2倍，感应电流也变为原来的2倍，再经过时间后，边离开磁场区，边在下方磁场区切割磁感线，感应电流逆时针方向，大小为，故C正确，D错误； AB．安培力总是阻碍金属框运动，安培力方向向上，在时间内，边内的感应电流大小是原来的2倍，所受安培力也是原来的2倍，同时边也受到同样大小的安培力，即金属框的安培力变为原来的4倍，故A正确，B错误。 故选AC。 9. 如图为某一新能源动力电池充电的供电电路图。配电设施的输出电压，升压变压器原、副线圈的匝数比，降压变压器原、副线圈的匝数比。充电桩充电时的额定功率，额定电压，变压器均视为理想变压器。计算正确的是（　　） A. 升压变压器副线圈两端电压 B. 降压变压器原线圈两端电压 C. 通过输电线上的电流 D. 输电线的总电阻 【答案】ABD 【解析】 详解】A．根据，可得升压变压器副线圈两端电压，故A正确； B．根据，可得降压变压器原线圈两端电压，故B正确； CD．根据，可得通过输电线上的电流 根据 可得输电线的总电阻，故C错误，D正确。 故选ABD。 10. 如图1所示，两条足够长平行金属导轨固定在水平桌面上，左端接有阻值的电阻，导轨电阻忽略不计，一质量为、电阻不计的金属棒垂直导轨放置，整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中，现金属棒在水平向右的拉力作用下向右运动，拉力与时间的关系式为，时撤去拉力，金属棒在时停止运动，金属棒整个运动过程的图像如图2所示。重力加速度。下列说法正确的是（　　） A. 金属棒与导轨之间的动摩擦因数为 B. 撤去拉力后金属棒运动的距离为 C. 撤去拉力后电阻上产生的焦耳热为 D. 撤去拉力后通过电阻的电荷量为 【答案】BC 【解析】 【详解】A．根据图可得内，金属棒做匀加速直线运动，加速度为 当时，物体受到的安培力为零，根据牛顿第二定律得 解得 物体在竖直方向受力平衡得 根据滑动摩擦力的计算公式得，故A错误； BD．当时，拉力，金属棒速度 根据感应电动势公式得 感应电流 安培力 根据牛顿第二定律得 解得 规定向右为正方向，撤去拉力后，由动量定理得 从撤去拉力到停止运动时间间隔 解得撤去拉力后通过电阻的电荷量 又 解得，故B正确，D错误； C．撤去拉力后，对金属棒，根据动能定理有 解得安培力做功为 电阻上产生的焦耳热大小等于安培力做功的大小，即，故C正确。 故选BC。 第Ⅱ卷（非选择题共54分） 三、填空题（每空2分，共16分） 11. 某物理小组的同学设计了用磁感应强度传感器探究线圈中磁场变化产生感应电流的实验。如图甲所示，他将一条形磁铁放在转盘上，磁铁可随转盘转动，另将一磁感应强度传感器固定在转盘旁边，磁感应强度传感器上还套有一带有绝缘外层的闭合导线圈（图中未画出），感应电流产生的磁场对原磁场的磁感应强度产生影响不计。转动转盘（及磁铁），磁感应强度测量值周期性地变化，该变化周期与转盘转动的周期一致。该同学取向右为正方向在计算机上得到了如图乙所示的图像，请完成下面填空： （1）在图像记录的这段时间内，线圈中产生的交流电______（填“是”或“不是”）按正弦变化的。 （2）在图像记录的这段时间内，线圈中产生的交流电的周期______（填“不变”，“先不变，后变小”或“先不变，后变大”）。 （3）在时刻，线圈内产生的感应电流的方向______（填“不变”或“变化”）。 （4）在0.10s~0.15s时间内，线圈内产生的感应电流______（填“逐渐减小”“不变”或“逐渐增大”）。 【答案】（1）不是 （2）先不变，后变大 （3）不变 （4）逐渐减小 【解析】 【小问1详解】 由于磁场不是按正弦变化的，所以线圈中产生的交流电不是按正弦变化的。 【小问2详解】 在图像记录的这段时间内，磁场的变化周期0.8s之前不变，后来的周期增大，所以线圈中产生的交流电的周期先不变，后变大。 【小问3详解】 由图乙可知，在时刻，磁场由正向减小到负向增大，根据楞次定律可知线圈内产生的感应电流的方向不变。 【小问4详解】 在0.10s~0.15s时间内，由图乙可知，磁感应强度的变化率越来越小，根据法拉第电磁感应定律可知，产生感应电动势越来越小，则线圈内产生的感应电流逐渐减小。 12. （1）某小组在进行“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，实验中保持原副线圈匝数不变，当原线圈接入电压增大，用多用电表测得副线圈两端电压______。（选填“增大”“减小”或“不变”） （2）某同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器（可视为理想电压表）上，观察到副线圈电压随时间变化的图像如图甲所示，在时间内，该同学先断开开关，其后仅进行一项操作，再次闭合开关，得到之后的图像。该操作可能是______。 A. 增加了交流电源的频率 B. 摆正并拧紧了松动的铁芯 C. 减少了副线圈的匝数 D. 增加了原线圈的匝数 （3）图乙中变压器为理想变压器，若原、副线圈的匝数保持不变，分别为、，在交流电源（内阻不计）的电压有效值和电阻确定的情况下，调节可变电阻，如果可变电阻可调范围足够大，则当______（用、、表示）时，可获得最大功率。 （4）图乙中变压器为理想变压器，若原、副线圈的匝数保持不变，分别为、，在交流电源（内阻不计）的电压有效值和电阻确定的情况下，调节可变电阻，电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值的大小为________（用、、表示）。 【答案】（1）增大 （2）B （3） （4） 【解析】 【小问1详解】 理想变压器电压与匝数的关系为  保持原、副线圈匝数 、不变时，有 原线圈接入电压增大增大时，副线圈两端电压  随之增大。 【小问2详解】 A．如果增加电源频率，副线圈电压的频率也会增加，周期会变短。但如图甲所示，操作前后周期没有发生变化，故A错误； B．摆正并拧紧了松动的铁芯，减少了漏磁，副线圈的磁通量变化率增大，副线圈电压增大，故B正确； CD．根据变压器电压与匝数的关系，可得 减少副线圈的匝数或者增加原线圈的匝数，都会使副线圈电压减小，故CD错误。 故选B 【小问3详解】 把变压器和R等效为一个电阻，当作电源内阻，当内外电阻相等，即时，输出功率最大，根据理想变压器电压与匝数比的关系 得 根据理想变压器电流与匝数比的关系 原线圈的等效电阻 当时，即 解得 【小问4详解】 电压表测的是副线圈电压，电流表测的是原线圈电流，则 由变压器电压与匝数的关系，可得 根据，得 将代入上式，得 则有 电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值的大小为 四、计算题（共38分，要写出必要的文字说明和解题过程，只写出结果，没有过程不得分） 13. 某手摇式发电机的原理示意图如图所示。一半径的半圆形单匝金属线圈处在磁感应强度，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，摇动手柄使线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，金属线圈电阻，外电路连接的电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。求 （1）从图示位置开始计时，时刻感应电动势瞬时值的表达式； （2）转动过程中，交流电压表的示数； （3）从图示位置转过过程中，平均感应电动势和通过电阻的电量。 【答案】（1） （2） （3）， 【解析】 【小问1详解】 半圆形单匝金属线圈产生的感应电动势最大值为 图示位置线圈处于中性面位置，所以从图示位置开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为 【小问2详解】 电动势有效值为 交流电压表的示数等于定值电阻两端电压有效值，则有 【小问3详解】 从图示位置转过过程中，根据法拉第电磁感应定律可得 其中， 解得 平均电流为 则通过电阻的电量为 14. 如图所示，两根不计电阻的光滑倾斜平行导轨与水平面的夹角，底端及顶端分别接有和的电阻。在两根导轨所在的平面内建立xOy坐标系。在x轴方向0到6m范围内满足方程的曲线与x轴所围空间区域内存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于导轨平面向上。金属棒PQ的质量为，电阻不计，在平行于x轴正方向的外力F作用下以的速度沿斜面向上匀速运动。已知：，，。求： （1）当金属棒PQ通过位置时的感应电动势； （2）外力F的最大值； （3）金属棒PQ通过磁场的过程中外力F所做的功。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 由曲线方程可知，在处 则金属棒在处的有效长度为 金属棒做切割磁感线运动，产生感应电动势为，则 【小问2详解】 由，， 联立解得 由上式可知，当取最大值时，为最大值，此时外力最大，根据曲线方程可知，在处取最大值 和并联，满足关系式 解得 由力的平衡可知 解得 【小问3详解】 金属棒通过正弦曲线与x轴所围空间区域磁场，其中电流的有效值为 通过磁场的时间 焦耳热 安培力做功 对金属棒通过磁场过程用动能定理有 解得 15. 我国第三艘航母“福建号”已装备最先进的电磁弹射技术。某兴趣小组对其加速和减速阶段简化为下述过程。两根足够长的平直轨道AB和CD固定在水平面上，其中PQ左侧为光滑金属轨道，轨道电阻忽略不计，AC间接有定值电阻R，PQ右侧为粗糙绝缘轨道。沿CD轨道建立x轴、Q点为坐标原点；PQ左侧分布有垂直于轨道平面向下的匀强磁场B0，PQ右侧为沿x轴渐变的磁场，垂直于x轴方向磁场均匀分布。现将一质量为m，长度为L，电阻为R的金属棒ab垂直放置在轨道上，与PQ距离为s。PQ的右方还有质量为3m，各边长均为L的U形框cdef，其电阻为3R，且与左边金属轨道绝缘。ab棒在恒力F作用下向右运动，到达PQ前已匀速，运动到PQ处时撤去恒力F，随后与U形框发生碰撞，碰后连接成“口”字形闭合线框，并一起运动，后续运动中受到摩擦阻力f大小与速度满足。已知m=1kg，F=2N，s=5m，L=1m，R=1Ω，B0=1T，k=1T/m，求： （1）棒ab与U形框碰撞前速度的大小v0； （2）棒ab与U形框碰撞前通过电阻R的电量； （3）“口”字形线框停止运动时，fc边的坐标xfc； （4）U形框在运动过程中产生的焦耳热。 【答案】（1）4m/s （2）2.5C （3） （4）0.5J 【解析】 【小问1详解】 由题意可知棒ab到达PQ前已匀速，则有，， 联立解得 【小问2详解】 通过电阻的电量为，， 联立可得 【小问3详解】 设碰后瞬间金属框的速度为v1，根据动量守恒可得 解得 此后任意时刻闭合线框的速度为v，ab边处磁场为B1，de边处磁场为B2，则回路中的电动势为， 回路总电阻为4R，根据闭合电路欧姆定律可得 此时回路受到的安培力大小为 根据动量定理可得 联立解得“口”字形线框停止运动时，fc边的坐标为 【小问4详解】 根据功能关系可知，U形框在运动过程中产生的总热量为 因任意时刻安培力与摩擦力之比为1:2，所以焦耳热与摩擦热之比也为1:2，可得回路产生的总焦耳热为 则U形框在运动过程中产生焦耳热为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $