章末检测试卷(第三、四、五章)(配套教参Word)-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册学习笔记(人教版 浙江专版)
2026-08-11
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进店逛逛 摘要:
本高中物理讲义聚焦电磁波、电磁感应、LC振荡电路、变压器及传感器等核心知识点,系统梳理从电磁波性质、交变电流产生到电路应用的脉络,为学生构建从理论到实际问题解决的学习支架。
资料以真实情境(如北斗导航、特高压输电)设计题目,强化物理观念与科学思维,通过实验题(如变压器匝数比)和计算题(如发电机功率)培养科学探究能力,课中辅助教师检测学情,课后助力学生查漏补缺,提升知识应用素养。
内容正文:
章末检测试卷(第三、四、五章)
[满分:100分]
一、选择题Ⅰ(本题共10小题,每小题3分,共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.我国北斗导航系统所使用的电磁波频率约1 561 MHz,家用微波炉加热食物所使用的电磁波频率约2 450 MHz;家用Wi-Fi所使用的电磁波频率约5 725 MHz,真空中光速为3×108 m/s,则家用Wi-Fi所使用的电磁波( )
A.不会产生偏振现象
B.比微波炉所使用的电磁波的波长短
C.传播速度大于3×108 m/s
D.从一个房间穿越墙壁进入另一个房间时其频率会变化
答案 B
解析 电磁波可以发生偏振现象,A错误;家用Wi-Fi所使用的电磁波频率较高,波长较短,B正确;电磁波在真空中的传播速度为3×108 m/s,家用Wi-Fi所使用的电磁波的传播速度不会大于3×108 m/s,C错误;电磁波的频率由波源决定,则从一个房间穿越墙壁进入另一个房间时,频率不变,D错误。
2.在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 Ω,则( )
A.t=0时,线圈中的电流改变方向
B.t=1.0 s时,线圈平面垂直于磁感线
C.t=1.5 s时,线圈中的感应电动势为0
D.一个周期内,线圈产生的热量为8 J
答案 C
解析 每经过一次中性面(线圈平面垂直于磁感线,磁通量有最大值),电流的方向改变一次,t=0时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,线圈中的电流方向不改变,A错误;t=1.0 s时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,B错误;t=1.5 s时,磁通量有最大值,但磁通量的变化率为零,根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为0,C正确;感应电动势最大值Em=NBSω=4π V,有效值E==2π V,一个周期内,线圈产生的热量为Q=T=8π2 J,D错误。
3.近场通信(NFC)是一种短距高频的无线电技术,其主要结构就是线圈和电容器组成的类似LC振荡电路的并联谐振电路,其终端有主动、被动和双向三种模式,最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等,刷卡时,电路发生电谐振,给电容器充电,达到一定电压后,在读卡设备发出的射频场中响应,被读或写入信息。下列说法正确的是( )
A.LC电路的电容器在充电时,电流增大
B.如果增大LC电路中电容器两极板间距离,振荡周期将增大
C.LC电路中,电容器充电时,线圈中自感电动势增大
D.电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的技术叫电谐振
答案 C
解析 LC电路的电容器在充电时,电流减小,故A错误;增大LC电路中电容器两极板间距离,电容器的电容会变小,根据T=2π可知,LC电路的振荡周期将减小,故B错误;LC电路中,电容器充电时,电流减小得越来越快,线圈中的自感电动势增大,故C正确;电磁波发射时,使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制,故D错误。
4.如图所示,闭合开关后,R=5 Ω的电阻两端的交流电压为u=50sin 10πt V,电压表和电流表均为理想交流电表,则( )
A.该交流电周期为0.02 s
B.电压表的读数为100 V
C.电流表的读数为10 A
D.电阻的电功率为1 kW
答案 C
解析 该交流电的周期T= s=0.2 s,
电压表的读数为交流电的有效值,
即U= V=50 V,选项A、B错误;
电流表的读数为I= A=10 A,选项C正确;
电阻的电功率为P=IU=10×50 W=500 W,选项D错误。
5.(2024·舟山市高二期末)直流电阻不计的线圈L和电容器C如图连接,先闭合开关S,稳定后将开关S断开并记为t=0时刻,当t=0.06 s时LC回路中电容器上极板第一次带正电,且电荷量达到最大值。下列说法正确的是( )
A.LC回路的振荡周期为0.04 s
B.t=0.05 s时回路中电流沿逆时针方向
C.t=0.14 s时线圈的自感电动势最大
D.拔出线圈中的铁芯,振荡电路向外界辐射能量的本领将减弱
答案 C
解析 t=0时,线圈中电流向下,断开开关S后,电容器充电。在一个周期内,电容器充电两次,放电两次,t=0.06 s时LC回路中电容器上极板第一次带正电,且电荷量达到最大值,此时是第二次充电完毕,则周期为0.08 s,故A错误;当t=0.05 s时线圈中电流向上为电容器充电,回路中电流沿顺时针方向,故B错误;当t=0.14 s时电容器顺时针充电结束,该时刻电流为零,电流变化最快,线圈的自感电动势最大,故C正确;拔出线圈中的铁芯,电感L减小,根据f=可知LC振荡电路的频率增加,故辐射能量的本领也在增加,故D错误。
6.随着生活水平的提高,电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分,电子秤的种类也有很多,如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时,把物体放到电子秤面板上,压力作用会导致平行板上层膜片电极下移,则( )
A.电容器储存的电能减小
B.电容器的电容减小,带电荷量减小
C.膜片下移过程中,电流表有从a到b的电流
D.电子秤是一个压力传感器,稳定后电容器两板间电压等于电源电动势
答案 D
解析 根据电容决定式C=,当两个极板的距离减小时,电容器的电容增大;再根据C=,由于电容器一直和电源相连,电压不变,当电容增大时,带电荷量增大,则电容器储存的电能增加,故A、B错误;膜片下移过程中,电容器充电,则电流表有从b到a的电流,故C错误;电子秤是一个压力传感器,当压力稳定后,电容器停止充电,电路中的电流为零,即电流表示数为零,两极板的电势差等于电源的电动势,故D正确。
7.(2024·金华市高二期末)2022年12月30日“白浙工程”(白鹤滩—浙江800 kV特高压直流输电工程)成功投产运营,该工程是国家“西电东送”战略部署的重点工程。输电线路流程和参数可简化为如图所示,变压设备和整流逆变设备造成的能量损失均不计。直流和交流转变时有效值不发生变化。下列说法正确的是( )
A.采用直流输电可以减少远距离输电中感抗、容抗引起的电能损失
B.“500 kV”指交流电的平均值
C.若保持输送功率不变,远距离输电电压降低一半,输电线电阻上损失的功率为原来的一半
D.降压变压器的原副线圈匝数之比为8∶5
答案 A
解析 采用直流输电可以减少远距离输电中感抗、容抗引起的电能损失,故A正确;“500 kV”指交流电的有效值,故B错误;输电线电阻上损失的功率为ΔP=I2r线=()2r线,如果保持输送功率不变,若远距离输电电压降低一半,则输电线电阻上损失的功率变为原来的4倍,故C错误;由于输电线存在电阻,有一定的电压损失,则降压变压器原线圈的输入电压小于800 kV,则降压变压器的原副线圈匝数之比满足<,故D错误。
8.(2024·丽水市高二月考)光敏二极管在各种自动化装置中有很多应用,街道的路灯自动控制开关就是其应用之一,图中所示为其模拟电路,其中A为光敏二极管,B为电磁继电器,C为照明电路,D为路灯,下列说法正确的是( )
A.路灯自动控制电路中的光敏二极管的阻值随光照增强而增大
B.当没有光照时(夜晚),光敏二极管所在回路中的电流很小
C.根据“日出路灯熄”的常识,分析可知白天电磁铁与衔铁不吸引
D.如果换上灵敏度更高的光敏二极管,则相同的光照强度下,电磁铁的磁性更弱
答案 B
解析 光敏二极管有光敏电阻的特征,阻值随光照增强而减小,也具有一般二极管单向导电性的特征,故A错误;根据“日出路灯熄、日落路灯亮”的常识,结合路灯自动控制电路中的特征,可知没有光照时(夜晚),触点接通,照明电路的路灯变亮,电磁铁与衔铁不吸引,电磁铁的磁性不强,所在回路中的电流很小,反之白天电磁铁与衔铁吸引,触点断开,故B正确,C错误;如果换上灵敏度更高的光敏二极管,白天在相同的光照强度下,电磁铁的磁性更强,与衔铁的吸引力更大,故D错误。
9.(2024·衢州市高二期末)如图所示,有一个50匝、电阻为R的矩形线圈,绕垂直于磁场方向的OO'轴在匀强磁场中匀速转动,产生的电动势随时间变化的关系式为e=50sin 100t(V)。矩形线圈通过铜滑环与理想变压器原线圈的A、B两端相接,变压器的副线圈连接一个阻值为4R的负载。变压器原、副线圈匝数比为1∶2,则( )
A.图示位置矩形线圈产生电动势的瞬时值为0
B.穿过矩形线圈的最大磁通量为0.01 Wb
C.副线圈两端电压有效值为100 V
D.若在副线圈回路中串接一个二极管,流过负载的电流平均值不变
答案 B
解析 图示位置矩形线圈平面与磁感线平行,则产生电动势的瞬时值最大,选项A错误;根据Em=nBωS=nωΦm,可得穿过矩形线圈的最大磁通量为Φm= Wb=0.01 Wb,选项B正确;矩形线圈感应电动势最大值为Em=50 V,有效值U==25 V,对原线圈所在回路,由闭合电路欧姆定律得U=I1R+U1,又,,U2=I2·4R,联立解得U2=25 V,C错误;若在副线圈回路中串接一个二极管,由于二极管有单向导电性,则一个周期内只有一半电流流过负载,可知流过负载的电流平均值减小,选项D错误。
10.(2024·镇海中学高二期末)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1,电源的输出电压u=30sin 100πt(V),定值电阻R1=20 Ω,R3=2.5 Ω,滑动变阻器R2的最大阻值为5 Ω,a、b为滑动变阻器的两个端点,所有电表均为理想电表。现将滑动变阻器滑片P置于b端,则( )
A.电流表示数为 A
B.电压表示数为10 V
C.滑片P由b向a缓慢滑动,R3消耗的功率减小
D.滑片P由b向a缓慢滑动,变压器的输出功率减小
答案 C
解析 电路图可以等效为如图所示
设原线圈两端电压为U1,副线圈两端电压为U2,又因为理想变压器原副线圈的功率相等,有,,整理有R3'+R2'=()2(R3+R2),电源的输出电压为u=30sin 100πt(V),因为电流表和电压表测量的是有效值,电源的有效值为30 V,电流表的示数为I==1 A,原线圈两端电压的有效值为U1有=u有-IR1,电压表测量的是副线圈两端的电压,即,整理有U2有=5 V,故A、B错误;当滑片P由b向a缓慢滑动过程中,R2阻值变大,总电阻变大,结合之前的分析可知,流过电阻R1的电流减小,由变压器规律,流过副线圈的电流也成比例减小,电阻R3不变,电流减小,根据P=I2R,可知R3消耗的功率减小,故C正确;由之前的分析,可以将电阻R1与电源放在一起,等效成新电源,其副线圈输出功率变为新电源的输出功率,由电源的输出功率的规律可知,当等效电阻等于新电源的内阻20 Ω时,即R2=2.5 Ω,其输出功率最大,所以在滑片P由b向a缓慢滑动的过程中,其副线圈的输出功率先增大后减小,故D错误。
二、选择题Ⅱ(本题共3小题,每小题4分,共12分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得4分,选对但不选全的得2分,有选错的得0分)
11.(2025·浙江金华卓越联盟高二月考)有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜,它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列有关电磁波的说法,正确的是( )
A.麦克斯韦预言电磁波存在,赫兹通过实验证实电磁波的存在
B.变化的磁场一定可以产生电场,变化的电场一定可以产生变化的磁场
C.电磁波的传播可以不需要介质
D.LC振荡电路中,当电容器两极板的电势差达到最大时线圈的自感电动势也最大
答案 ACD
解析 麦克斯韦预言电磁波存在,赫兹通过实验证实电磁波的存在,A正确;变化的磁场一定可以产生电场,变化的电场不一定产生变化的磁场,比如均匀变化的电场产生稳定的磁场,B错误;电磁波的传播不需要介质,C正确;LC振荡电路中,当电容器两极板的电势差达到最大时,电流变化最快,根据自感电动势E=L,可知此时自感电动势最大,D正确。
12.(2024·浙江精诚联盟高二月考)无线充电器能给手机充电是因为两者内部均有线圈存在,当电源的电流通过无线充电器的送电线圈会产生变化的磁场,手机端的受电线圈靠近该磁场就会产生感应电流,双方密切配合,手机成功无线充电,如图为某校高二物理兴趣小组制作的简易无线充电装置,由一个电磁炉(发射线圈)、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成,发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2=11∶1,若电磁炉两端所加电压为u=220sin 314t(V),不考虑充电过程中的各种能量损失,则下列说法正确的是( )
A.通过车载充电器的电流为直流电
B.通过车载充电器的电流为交流电
C.车载充电器两端电压的有效值为20 V
D.车载充电器两端电压的有效值为10 V
答案 AD
解析 接收线圈与车载充电器之间连接一个二极管,二极管只能单向通电,具有整流作用,所以通过车载充电器的电流为直流电,故B错误,A正确;发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2=11∶1,若电磁炉两端所加电压为u=220sin 314t(V),则发射线圈两端电压有效值为U1=,由,代入数据联立可得接收线圈两端电压有效值为U2=20 V,由有效值的定义有··T,可得车载充电器两端电压的有效值为U3=10 V,故C错误,D正确。
13.(2025·杭州学军中学高二月考)如图所示,在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,一边长为L的单匝正方形线圈abcd绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,角速度为ω,线圈通过滑环E、F与理想变压器原线圈相连,理想变压器副线圈与阻值为R的负载电阻相连,不计其他电阻,变压器原、副线圈匝数之比为k,图示位置线圈平面与磁场方向平行,下列说法正确的是( )
A.当线圈平面与磁场方向垂直时,线圈中的电动势最大
B.电阻R中的电流方向每秒改变次
C.从图示位置开始计时,线圈中的电动势e随时间t变化的关系式为e=BL2ωsin ωt
D.线圈转动过程中电阻R的功率为
答案 BD
解析 当线圈平面与磁场方向平行时,线圈中的电动势最大,故A错误;依题意,有ω=2πf,线圈的转动频率为f=,电阻R中的电流方向每秒改变的次数为N=2f=,故B正确;线圈中的电动势最大值为Em=BSω=BωL2,图示位置线圈平面与磁场方向平行,此时电动势最大,则线圈中的电动势e随时间t变化的关系式为e=Emcos ωt=BωL2cos ωt,故C错误;线圈转动过程中变压器原线圈两端电压有效值U1=,副线圈两端电压有效值U2=,电阻R的功率P=,联立解得P=,故D正确。
三、非选择题(本题共5小题,共58分)
14.(14分)Ⅰ.(4分)(2024·浙江新力量联盟高二期末)(1)(2分)某同学在做“探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系”实验时,用学生电源提供给图甲所示变压器原线圈的电压为5 V,用演示电表交流50 V电压挡测量副线圈电压时示数如图乙所示,则变压器的原、副线圈匝数之比可能是 ;
A.5∶8 B.5∶16
C.1∶12 D.1∶8
(2)(2分)街头见到的变压器是降压变压器,假设它只有一个原线圈和一个副线圈, (选填“原线圈”或“副线圈”)应该使用较粗的导线。
答案 (1)C (2)副线圈
解析 (1)根据题图乙可知,该变压器的输出电压为40 V,所以变压器的原副线圈匝数之比,考虑漏磁等因素,所以变压器的原、副线圈匝数之比小于,故选C。
(2)理想变压器的电压与匝数成正比,当只有一个副线圈的时候,电流与匝数成反比,街头见到的变压器是降压变压器,可知副线圈的匝数比原线圈的匝数少,副线圈的电流较大,应该使用较粗的导线。
Ⅱ.(4分)飞机失事后,为了分析事故的原因,必须寻找黑匣子,而黑匣子在30天内能以37.5 kHz的频率自动发出信号,人们就可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位置,那么黑匣子发出的电磁波波长是 m。若接收电路是由LC振荡电路组成的,其中该接收装置内线圈的电感L=4.0 mH,此时产生电谐振的电容为 F(结果保留两位有效数字,已知真空中光速c=3×108 m/s)。
答案 8 000 4.5×10-9
解析 由公式c=λf得
λ= m=8 000 m
由公式f=得C=
= F
≈4.5×10-9 F。
Ⅲ.(6分)酒驾严重危害交通安全,喝酒不开车已经成为准则。某款酒精检测仪如图甲所示,核心部件为酒精气体传感器,其电阻R与酒精气体浓度c的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精测量仪,除酒精气体传感器外,在实验室中找到如下器材,并设计如图丙所示的测量电路:
A.干电池组(电动势E=3.0 V,内阻r=1.2 Ω)
B.电流表(满偏电流60 mA,内阻Rg=4.8 Ω)
C.电阻箱R0(最大阻值9 999.9 Ω)
D.开关及导线若干
(1)(2分)该同学想将酒精气体浓度为零的位置标注在电流表20 mA处,则应将电阻箱R0的阻值调为 Ω;
(2)(2分)完成步骤(1)后,某次在实验室中测试酒精浓度时,电流表指针如图丁所示。已知酒精浓度在0.2~0.8 mg/mL之间属于酒驾;酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于醉驾,则该次测试的酒精浓度属于 (选填“酒驾”或“醉驾”)范围;
(3)(2分)使用较长时间后,干电池组电动势降低,内阻增大,则此时所测的酒精气体浓度与真实值相比 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案 (1)64 (2)酒驾 (3)偏小
解析 (1)电流表显示电流为20 mA,且由题图乙可知,当酒精气体浓度为零时,酒精气体传感器电阻R=80 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得
I1=
解得R0= 64 Ω
(2)由题图丁可知,电流表指针指在30 mA处,则根据闭合电路欧姆定律可得I2=
解得R'=30 Ω
由题图乙可知当R'=30 Ω时酒精含量约为0.3 mg/mL,属于酒驾范围。
(3)使用较长时间后,干电池组电动势降低,内阻增大,根据I=可知,同一酒精浓度下,电路中的总电流将偏小,流经电流表的电流偏小,故所测得的酒精浓度值偏小。
15.(8分)如图所示,理想变压器原线圈匝数n1=800,副线圈匝数n2=200,灯泡A标有“5 V 2 W”的字样,电动机D的线圈电阻为1 Ω。将交流电压u=100sin 100πt (V)加到理想变压器原线圈两端,灯泡恰能正常发光,求:
(1)(4分)副线圈两端电压;
(2)(4分)电动机D消耗的电功率。
答案 (1)25 V (2)8 W
解析 (1)交流电压u=100sin 100πt (V),
最大值为Um=100 V
故有效值为U1= V=100 V
根据理想变压器
有U2= V=25 V
(2)由于灯泡正常发光,故电流为
I= A=0.4 A
电动机两端电压为
UD=U2-UL=25 V-5 V=20 V
电动机消耗的电功率为
PD=UDI=20×0.4 W=8 W。
16.(10分)如图所示,一小型发电机内有匝数n=100的矩形线圈,矩形面积S=0.10 m2,线圈电阻不计。在外力作用下矩形线圈在磁感应强度B为0.10 T的匀强磁场中,以恒定的角速度ω=100π rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动,发电机线圈两端与R=100 Ω的电阻构成闭合回路,π取3.14。
(1)(2分)求线圈转动时产生感应电动势的最大值;
(2)(3分)从线圈平面在中性面位置开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;
(3)(5分)求从线圈平面在中性面位置开始,线圈转过90°角的过程中通过电阻R的电荷量。
答案 (1)314 V (2)e=314sin 100πt (V)
(3)0.01 C
解析 (1)线圈中感应电动势的最大值为Em=nBSω=100×0.10×0.10×100π V=314 V
(2)从中性面开始计时,
线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
e=Emsin ωt=314sin 100πt (V)
(3)平均感应电动势=n=nB
平均电流
转过90°角过程中的电荷量为q=Δt=
代入数据解得q=0.01 C。
17.(12分)如图所示的电路中,电感的自感系数为L= mH,电容器的电容可调节,电源的电动势为E=5 V,内阻为r=1 Ω,定值电阻的阻值为R=4 Ω,忽略电感线圈的直流电阻,闭合开关S,经过一段时间电路达到稳定状态,t=0时刻将开关S断开。LC振荡电路的频率为f=×105 Hz,求:
(1)(3分)电容器的电容;
(2)(4分)断开开关S后,理想电流表的示数;
(3)(5分)哪些时刻电容器的上极板开始带正电。
答案 (1)×10-6 F (2)1 A (3)t=(2n+1)π×10-5 s(n=0,1,2,3…)
解析 (1)根据f=,解得C=×10-6 F
(2)断开开关S前,由闭合电路欧姆定律可得I=,断开开关S后,电流表的示数I有效=,联立解得I有效=1 A
(3)LC振荡电路的周期为T==2π×10-5 s,t=0时刻开始,LC振荡电路开始工作,在第一个振荡周期内,0~电容器充电,下极板带正电,~电容器反向充电,上极板开始带正电。由此可知电容器的上极板开始带正电的时刻为t=+nT=T=(2n+1)π×10-5 s(n=0,1,2,3…)。
18.(14分)水力发电是获得清洁能源的重要途径之一。有一条河流,河水的流量为Q=2 m3/s,落差h=5 m,河水的密度为ρ=1.0×103 kg/m3,现利用其发电,若发电机的总效率为η1=50%,输出电压为U1=240 V,输电线的总电阻为R=30 Ω,用户获得220 V的电压,此时输电线上允许损失的电功率与发电机输出电功率的比值为η2=6%。g取10 m/s2。
(1)(4分)求输电线中的电流I;
(2)(7分)求输电线路使用的理想升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比;
(3)(3分)如果输送的电能供“220 V 100 W”的电灯使用,求能够正常发光的电灯的盏数。
答案 (1)10 A (2) (3)470盏
解析 (1)发电机的输出功率P总=η1ρQgh=5×104 W
输电线上损失的电功率P损=I2R
又P损=η2P总
解得输电线中的电流为I=10 A。
(2)升压变压器原线圈两端的电压U1=240 V
副线圈两端的电压为U2= V=5×103 V
故升压变压器原、副线圈的匝数比为
输电线上的电压损失为ΔU=IR=10×30 V=300 V
降压变压器原线圈两端的电压为U3=U2-ΔU=5×103 V-300 V=4 700 V
降压变压器副线圈两端的电压为U4=220 V,故降压变压器原、副线圈的匝数比为
(3)设正常发光的电灯的盏数为N,则N= 盏=470盏。
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