模块五 电磁感应和交变电流（综合训练）（安徽专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

模块五 电磁感应与交变电流 （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 一、单选题：每小题4分，共32分。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 B C A C A D C C 二、多选题：每小题5分，共10分。 题号 9 10 答案 AC CD 三、非选择题：本题共5小题，共58分。 11．（6分） 【答案】(1)向下插入 (2) 有 BC 【详解】（1）根据图甲可知，电流从灵敏电流计的左接线柱流入，指针往左偏。图乙电流计的指针也往左偏，则由安培定则可知，螺线管中感应电流的磁场方向竖直向下；已知条形磁铁在螺线管中的磁场方向（原磁场方向）竖直向上，可见感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，则根据楞次定律“增反减同”可知穿过线圈的原磁通量增加，所以条形磁铁向下插入线圈。 （2）[1] 由右手螺旋定则可知，用右手握住螺线管，四指的方向和电流方向相同，大拇指指的方向为螺线管N极的方向，螺线管B中导线的绕向不同，则右手握住螺线管的方式不同，故灵敏电流计中电流方向与螺线管B中导线的绕向有关。 [2] 合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了，说明B线圈中磁通量增加时，电流计指针右偏；现在要使灵敏电流计的指针向左偏转，因此穿过B线圈的磁通量应该减小。 A．在A线圈中插入铁芯，穿过B线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈中产生的电流方向与开关合上瞬间线圈B中的电流方向相同，所以灵敏电流计指针右偏，故A错误； B．拔出A线圈，则穿过B线圈的磁通量应该减小，根据楞次定律可知，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间线圈中的感应电流方向相反，所以灵敏电流计左偏，故B正确； C．由图丙可知，变阻器的滑片向右滑动，电路中的电流减小，线圈A的磁感应强度减小，穿过线圈B的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间线圈B中的感应电流方向相反，所以灵敏电流计左偏，故C正确； D．由图丙可知，变阻器的滑片向左滑动，电路中的电流增大，线圈A的磁感应强度增大，穿过线圈B的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间线圈B中的感应电流方向相同，所以灵敏电流计右偏，故D错误。 故选BC。 12．（10分） 【答案】(1)0.988/0.989/0.990/0.991/0.992 (2) 减小 更大 (3) 【详解】（1）图甲中固定刻度的半毫米刻线已露出，固定刻度读数为；基准线对准可动刻度第格，每格为，故导线直径为 （2）[1]图乙中光敏电阻、电磁铁线圈和滑动变阻器串联。天亮时，光敏电阻阻值减小，控制电流增大至吸合电流，衔铁被吸下，触点连通，此时应使路灯熄灭；天暗时，光敏电阻阻值增大，控制电流减小至释放电流，衔铁被弹簧顶起，触点连通，此时应使路灯点亮。因此，路灯应接在之间。 [2]设路灯刚好点亮时的光敏电阻为，电源内阻、电磁铁电阻及滑动变阻器接入电阻之和为。此时控制电流为释放电流，由闭合电路欧姆定律得 点亮阈值对应的光敏电阻为 要使路灯在更暗时才点亮，需使点亮阈值对应的光敏电阻增大。电动势和释放电流不变时，应减小，所以滑动变阻器接入电路的电阻应减小。 [3]只更换内阻相同的电源时，不变。由上述点亮阈值关系，增大电动势可使点亮时的光敏电阻增大，对应的环境更暗，因此应换用电动势更大的电源。 （3）路灯点亮后，光照逐渐增强，光敏电阻减小；控制电流升至吸合电流时，触点切换至，路灯刚好熄灭。设此时光敏电阻为，保持其他电阻不变，由闭合电路欧姆定律得 因此，熄灭阈值对应的光敏电阻为 题给吸合电流大于释放电流，所以点亮时的光敏电阻大于熄灭时的光敏电阻。结合第（2）问的点亮阈值关系，所求差值为 13．（12分） 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）线框的发热功率用电流有效值计算，根据 可得电流有效值 正弦交变电流中电流峰值 可得 （2）感应电动势峰值 根据欧姆定律 线框面积 联立得 （3）图示位置中，线框平面与匀强磁场垂直，磁通量最大，其变化率为零，感应电流（感应电动势）为零，因此瞬时值用正弦函数表示 代入 和 数值，可得 14．（14分） 【答案】(1)N端 (2) (3)3.2m 【详解】（1）金属棒沿倾斜导轨下滑时，根据右手定则可知，棒内感应电流方向从M指向N。金属棒相当于电源，电源内部电流从低电势流向高电势，因此N端的电势更高。 （2）由图乙可知，金属棒在倾斜导轨上最终达到匀速运动状态，匀速速度 匀速时受力平衡，沿斜面的重力分力与安培力大小相等，即 其中安培力 感应电流 联立解得 （3）金属棒进入水平轨道后，初速度为，在安培力作用下做减速运动直到静止。取初速度方向为正方向，对该过程，由动量定理得 其中 代入动量定理表达式得 解得 15．（16分） 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）金属棒甲释放后瞬间，根据闭合电路欧姆定律有 根据左手定则和牛顿第二定律有 解得 （2）金属棒甲在倾斜导轨上匀速运动时，根据平衡条件有 根据闭合电路欧姆定律有 解得 （3）金属棒甲与乙在MQ处发生碰撞，设碰后共同速度为，根据动量守恒定律有 解得 当金属棒甲、乙、丙三者共速时，弹簧压缩量达到最大，设共同速度，根据动量守恒定律有 解得 设弹簧压缩过程中产生的总热量为，金属棒甲、乙粘连后并联接入电路，其等效电阻为 金属棒丙产生的焦耳热 根据能量守恒定律有 解得 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 模块五 电磁感应与交变电流 （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 考试范围：物理必修第三册第十三章第3节；物理选择性必修第二册第二、三章 注意事项： 1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。 2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合要求的。 1． 如图所示为某家用电磁炉的线圈及其工作示意图，电磁炉内的变频电路可将50 Hz的照明电生成为20~40 kHz的高频交流电供给线圈。该电磁炉工作时，下列说法正确的是（      ） A．线圈内与锅底中的磁场方向有时相同、有时相反 B．可能引发锅的振动并发出轻微的嗡嗡声 C．最大功率是最小功率的2倍 D．线圈中电流的频率是锅底中涡流的频率的2倍 【答案】B 【详解】A．变频电路把的照明电变为的高频交流电供给线圈，线圈中交变电流产生同频率的交变磁场，磁感线是闭合曲线，穿过线圈内部并经过锅底；锅底中变化的磁通量感应出同频率的涡流，涡流经焦耳热加热锅体。线圈内的磁场与锅底中的磁场在同一条闭合磁感线上，任一时刻方向都相同，并随交流电同时反向，不存在“有时相同、有时相反”的情况，故A错误； B．锅中的涡流处于交变磁场中，受到的安培力方向周期性变化，铁质锅在交变磁场中还会发生磁致伸缩，可能引发锅的振动并发出轻微的嗡嗡声，故B正确； C．加热功率由锅底涡流的强弱、锅体电阻等因素决定，只是电流频率的可调范围，功率并不与频率成正比，不能得出最大功率是最小功率2倍的结论，故C错误； D．锅底中的涡流由线圈电流产生的交变磁场感应而生，二者频率相同，都等于高频交流电的频率，不是2倍关系，故D错误。 故选B。 2．如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕OO′轴顺时针（沿OO′方向看）匀速转动时，线圈中产生正弦交流电。从线圈转过图示位置开始计时，设沿adcba方向为电流正方向，则线圈中产生的交流电图像是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】图示位置为中性面，穿过线圈的磁通量最大，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可知此时感应电流为零，从该位置开始计时，由右手定则可判断ad边中感应电流方向为d→a，与规定的正方向相反，故刚开始一段时间内电流为负，i-t图像应从原点开始先向负方向变化。 故选C。 3．磁单极子是仅有单一磁极（N极或S极）的假想粒子。若一个只有S极的磁单极子（其磁感线与负点电荷的电场线分布类似）自上而下穿过闭合超导线圈，如图所示，则从上向下看，该线圈中的感应电流（　　 ） A．一直沿顺时针方向 B．一直沿逆时针方向 C．先沿顺时针方向后沿逆时针方向 D．先沿逆时针方向后沿顺时针方向 【答案】A 【详解】只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈时，穿过线圈的磁通量先向上增加，后向下减小，根据楞次定律“增反减同”可知，从上向下看线圈中产生顺时针方向的持续流动的感应电流。 故选A。 4．越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机，手机与基站及耳机间的通信过程如图所示。若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，以下说法正确的是（　　） A．甲波的频率比乙波的频率高 B．乙波的频率比紫外线的频率高 C．甲波比乙波更容易发生衍射 D．真空中甲波的传播速度比乙波的传播速度慢 【答案】C 【详解】A．由甲、乙波的波长大小关系为，根据可知，波长越大频率越小，所以甲、乙波的频率关系为，故A错误； B．乙波波长大于紫外线波长，根据可知，乙波的频率比紫外线的频率低，故B错误； C．波长越长，波动性越显著，越容易发生明显的衍射现象。因为 ，所以甲波比乙波更容易发生衍射，故C正确； D．所有电磁波在真空中的传播速度都等于光速c，所以真空中甲波的传播速度等于乙波的传播速度，故D错误。 故选C。 5．如图所示，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”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，其中浪板和转子的连接装置使转子只能单方向转动，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流。在图示位置时，下列说法正确的是（      ） A．线圈b端电势低于a端电势 B．线圈所处位置是中性面 C．穿过线圈的磁通量变化率最小 D．线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向下 【答案】A 【详解】AD．磁场方向由N极指向S极，即水平向右；线圈沿逆时针方向转动，从正面看，左侧导线向下切割磁感线，右侧导线向上切割磁感线。 由右手定则可知，左侧导线感应电流流向端，则端电势高于端电势，故A正确； 安培力会阻碍线圈的运动，因此线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向上，故D错误； BC．图示位置线圈平面与磁场方向平行，此时穿过线圈的磁通量为，但线圈正处于切割磁感线最快的时刻，即磁通量变化率最大，故C错误； 中性面是线圈平面与磁场垂直的位置。因此图示位置不是中性面，故B错误。 故选A。 6．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U形导体框间距为L，左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度开始运动，最终停在导体框上。在此过程中（      ） A．导体棒做匀减速直线运动 B．通过导体棒的电荷量为 C．电阻产生的焦耳热为 D．导体棒运动的位移大小为 【答案】D 【详解】A．导体棒受到的安培力 方向与速度方向相反。随着速度减小，安培力减小，由牛顿第二定律知加速度减小，故导体棒做加速度减小的减速运动，并非匀减速直线运动，故A错误； B．对导体棒，由动量定理 即 解得通过导体棒的电荷量，故B错误； C．整个过程中系统损失的动能转化为焦耳热，总焦耳热 电阻与导体棒电阻串联，电阻产生的焦耳热，故C错误； D．通过导体棒的电荷量又 联立解得导体棒运动的位移，故D正确。 故选D。 7．如图所示，两条平行光滑金属导轨水平放置，间距为L，中间有宽度为L、磁感应强度为B的匀强磁场；导轨左侧接有一个阻值为R的定值电阻。一个边长为L的正方形导线框abcd置于导轨左侧，其ad、bc边始终与导轨接触良好。导线框的ab、cd两边电阻均为R，ad、bc边电阻可忽略，当它刚进入磁场区域时施加一外力F，使之以速度v匀速穿过磁场。则线框穿过磁场的过程中，关于线框ab边电势差、外力F随时间t变化的图像，可能正确的是（      ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】AB. 边在磁场中切割磁感线，边在磁场外， 边产生的感应电动势为 边与电阻并联 电路总电阻 流过 边的电流为 流过 边的电流 两端电压 ，故A错误，B错误； CD.  边在磁场中切割磁感线，边受到的安培力大小为 由于线框匀速运动，外力 与安培力 平衡，故 边在磁场中切割磁感线，边在磁场外， 边产生感应电动势为 边与电阻 并联 电路总电阻 流过 边的电流为 边受到的安培力大小为 由于线框匀速运动，外力 与安培力 平衡，故 所以在切割磁感线和切割磁感线的两个阶段中，外力的大小均为 ，故C正确，D 错误。 故选 C。 8．如图所示为某火灾报警器的简化电路图，理想变压器原线圈接入电压有效值不变的正弦交流电源，副线圈连接报警系统，为热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），为定值电阻，滑动变阻器R用于设定报警温度。当通过的电流大于设定的临界值时就会触发报警，下列说法错误的是（      ） A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小 B．警戒范围内出现火情时，则两端电压降低 C．当时，原线圈的输入功率最大 D．若将滑动变阻器R的滑片向右移一点，则可以降低报警温度 【答案】C 【详解】A．变压器、和整体可以等效为一个新电阻，新电阻的阻值为 设a、b两端接入的交流电源的电压有效值为U，则新电阻两端的电压为 若出现火情，则环境温度升高，减小，故减小，减小，根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系 可得副线圈两端电压，所以副线圈两端电压减小，故A正确； B．根据闭合电路欧姆定律可得两端电压 由于和均减小，则减小，即两端电压降低，故B正确； C．将R等效为电源的内阻，则当时R1两端电压最大，功率最大，即原线圈的输入功率最大，故C错误； D．根据变压器原、副线圈电流与线圈匝数关系 可得副线圈中的电流 若将滑动变阻器R的滑片向右移一点，滑动变阻器R接入电路的阻值将减小，导致会增大，故可以降低报警温度，故D正确。 本题选择错误选项，故选C。 二、选择题：本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 9．某小型发电站高压输电的示意图如图所示。已知升压变压器和降压变压器均为理想变压器，升压变压器的输入功率为20kW，用户获得的功率为19.75kW，输电线的总电阻为。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数之比为。下列说法中正确的是（　　） A．电流表的示数为0.5A B．升压变压器的输出电压 C．其他条件不变，用户数增多，输电线上损耗的功率将增加 D．用电高峰期，为了让用户能够正常用电，可将P向下滑 【答案】AC 【详解】A．根据升压端输入功率和最终用户端的功率，可知输电线上损失的功率 又 得输电线中的电流 又因为电流互感器原、副线圈的匝数比为，则流过电流表的电流为，故A正确； B．升压变压器为理想变压器，故升压变压器的输出功率 又 得升压变压器的输出电压，故B错误； C．其他条件不变，用户数增多，用户电流变大，输电线上的电流变大，输电线上损耗的功率将增加，故C正确； D．用电高峰期，由于用电器的增多，输电线上电流变大，损失的电压增大，则导致用户端的电压下降。根据降压变压器原、副线圈电压比满足 可得用户端电压为 其它条件不变，将上滑，会使用户电压变大，可保证用户正常用电，故D错误。 故选AC。 10．如图所示，半径为、间距为的光滑圆弧导轨与水平光滑导轨在、处相切且平滑连接，水平导轨由两个足够长的宽窄导轨组成，宽导轨的间距为，窄导轨的宽度为，虚线右侧存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为，两根粗细相同、材质相同的均匀金属棒、分别放在宽窄导轨上，长度与导轨宽度相同，棒的质量为，电阻为。棒从圆弧导轨顶端由静止沿圆弧导轨滑下，到、棒运动稳定的整个过程中，两棒始终与导轨接触良好且垂直于导轨，不计导轨的电阻，重力加速度为。在、棒整个运动过程中，下列说法正确的是（      ） A．b棒的最大加速度大小为 B．b棒上产生的焦耳热为 C．流过b棒的电荷量为 D．a棒克服安培力做的功大于安培力对b棒做的功 【答案】CD 【详解】棒沿光滑圆弧导轨滑到水平导轨的过程中机械能守恒，设其滑到水平导轨时的速度大小为。由 得 两棒粗细、材质相同，棒的长度为棒的，故棒的质量为、电阻为，回路的总电阻为 两棒与导轨组成闭合回路，回路中的总电动势为 对棒由牛顿第二定律得 对棒由牛顿第二定律得 两棒加速度大小相等、方向相反，故 稳定后回路中电流为零，即，结合 解得、 A．棒刚进入水平导轨时棒静止，回路中的电流最大，为 此时棒的加速度最大，由牛顿第二定律得，故A错误； B．两棒串联，电流相同，产生的焦耳热与电阻成正比，回路中产生的总焦耳热 则棒上产生的焦耳热，故B错误； C．对棒由动量定理得 则流过棒的电荷量，故C正确； D．由功能关系，棒克服安培力做的功与安培力对棒做的功之差等于回路中产生的电能，即，故D正确。 故选CD。 三、非选择题：本题共5小题，共58分。 11．（6分）某同学在做探究电磁感应现象规律的实验中，她选择了一个灵敏电流计G，在没有电流通过灵敏电流计的情况下，电流计的指针恰好指在刻度盘中央。她先将灵敏电流计G连接在图甲所示的电路中，电流计的指针如图甲所示。 (1)为了探究电磁感应规律，该同学将灵敏电流计G与一螺线管串联，如图乙所示。通过分析可知图乙中的条形磁铁的运动情况是____（填“向上拔出”或“向下插入”） (2)该同学将灵敏电流计G接入图丙所示的电路。此时电路已经连接好，A线圈已插入B线圈中，请问灵敏电流计中电流方向与螺线管B中导线的绕向____（选填“有”或者“没有”）关系。她合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了一下，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是____。 A．在A线圈中插入铁芯        B．拔出A线圈 C．变阻器的滑片向右滑动     D．变阻器的滑片向左滑动 【答案】(1)向下插入 (2) 有 BC 【详解】（1）根据图甲可知，电流从灵敏电流计的左接线柱流入，指针往左偏。图乙电流计的指针也往左偏，则由安培定则可知，螺线管中感应电流的磁场方向竖直向下；已知条形磁铁在螺线管中的磁场方向（原磁场方向）竖直向上，可见感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，则根据楞次定律“增反减同”可知穿过线圈的原磁通量增加，所以条形磁铁向下插入线圈。 （2）[1] 由右手螺旋定则可知，用右手握住螺线管，四指的方向和电流方向相同，大拇指指的方向为螺线管N极的方向，螺线管B中导线的绕向不同，则右手握住螺线管的方式不同，故灵敏电流计中电流方向与螺线管B中导线的绕向有关。 [2] 合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了，说明B线圈中磁通量增加时，电流计指针右偏；现在要使灵敏电流计的指针向左偏转，因此穿过B线圈的磁通量应该减小。 A．在A线圈中插入铁芯，穿过B线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈中产生的电流方向与开关合上瞬间线圈B中的电流方向相同，所以灵敏电流计指针右偏，故A错误； B．拔出A线圈，则穿过B线圈的磁通量应该减小，根据楞次定律可知，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间线圈中的感应电流方向相反，所以灵敏电流计左偏，故B正确； C．由图丙可知，变阻器的滑片向右滑动，电路中的电流减小，线圈A的磁感应强度减小，穿过线圈B的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间线圈B中的感应电流方向相反，所以灵敏电流计左偏，故C正确； D．由图丙可知，变阻器的滑片向左滑动，电路中的电流增大，线圈A的磁感应强度增大，穿过线圈B的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间线圈B中的感应电流方向相同，所以灵敏电流计右偏，故D错误。 故选BC。 12．（10分） 为了节能环保，一些公共场所使用光控电路控制照明系统。某实验小组对路灯的内部电路进行模拟探究。 (1)用螺旋测微器测量电磁铁导线直径，示数如图甲，读数为______mm； (2)图乙是实验小组设计的路灯内部电路： 电路结构：下方为控制电路，利用电动势为E的直流电源为电磁铁供电，电磁铁直流阻值恒定，光敏电阻R阻值随光照强度的增大而减小；上方为工作电路，利用0～220 V交流电源为路灯供电。 工作原理：当控制电路电流升高至吸合电流I1时，电磁铁工作将衔铁吸下，动触点与C接触（即CB连通）；当电流降低至释放电流I2时，电磁铁停止工作，弹簧将衔铁顶起，动触点切换至与A接触（即AB连通）。有I1＞I2。 ①为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在______（选填“AB”或“BC”）之间。 ②调试时发现天还未完全黑暗路灯就自动点亮了。若要让路灯在更暗的环境下才点亮，有以下方法： 仅调节滑动变阻器，使其接入电路的电阻______（选填“增大”或“减小”）； 仅换用内阻相同，电动势______（选填“更大”或“更小”）的电源。 (3)为避免光照强度微弱波动时路灯频繁通断，延长器件使用寿命。路灯刚好点亮与刚好熄灭对应的光敏电阻阻值不相同，其差值|ΔR|=______（用I1、I2、E表示） 【答案】(1)0.988/0.989/0.990/0.991/0.992 (2) 减小 更大 (3) 【详解】（1）图甲中固定刻度的半毫米刻线已露出，固定刻度读数为；基准线对准可动刻度第格，每格为，故导线直径为 （2）[1]图乙中光敏电阻、电磁铁线圈和滑动变阻器串联。天亮时，光敏电阻阻值减小，控制电流增大至吸合电流，衔铁被吸下，触点连通，此时应使路灯熄灭；天暗时，光敏电阻阻值增大，控制电流减小至释放电流，衔铁被弹簧顶起，触点连通，此时应使路灯点亮。因此，路灯应接在之间。 [2]设路灯刚好点亮时的光敏电阻为，电源内阻、电磁铁电阻及滑动变阻器接入电阻之和为。此时控制电流为释放电流，由闭合电路欧姆定律得 点亮阈值对应的光敏电阻为 要使路灯在更暗时才点亮，需使点亮阈值对应的光敏电阻增大。电动势和释放电流不变时，应减小，所以滑动变阻器接入电路的电阻应减小。 [3]只更换内阻相同的电源时，不变。由上述点亮阈值关系，增大电动势可使点亮时的光敏电阻增大，对应的环境更暗，因此应换用电动势更大的电源。 （3）路灯点亮后，光照逐渐增强，光敏电阻减小；控制电流升至吸合电流时，触点切换至，路灯刚好熄灭。设此时光敏电阻为，保持其他电阻不变，由闭合电路欧姆定律得 因此，熄灭阈值对应的光敏电阻为 题给吸合电流大于释放电流，所以点亮时的光敏电阻大于熄灭时的光敏电阻。结合第（2）问的点亮阈值关系，所求差值为 13．（12分）如图所示，边长为1m、电阻为4Ω的刚性正方形线框abcd放在匀强磁场中，磁感应强度恒为0.2T，线框以某一角速度绕其中心轴OO'匀速转动时，线框的发热功率为1W (1)求线框中的电流峰值； (2)求线框转动的角速度的大小； (3)若从图示位置开始计时，求线框中电流的瞬时值随时间变化的表达式。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）线框的发热功率用电流有效值计算，根据 可得电流有效值 正弦交变电流中电流峰值 可得 （2）感应电动势峰值 根据欧姆定律 线框面积 联立得 （3）图示位置中，线框平面与匀强磁场垂直，磁通量最大，其变化率为零，感应电流（感应电动势）为零，因此瞬时值用正弦函数表示 代入 和 数值，可得 14．（14分）如图甲所示，足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨，其宽度，倾斜部分与水平面夹角，匀强磁场分别垂直穿过两个导轨平面，各处磁感应强度大小相等。导轨的上端连接阻值为的电阻，质量为、电阻为的金属棒紧贴在导轨上。现闭合开关使金属棒由静止开始下滑，在倾斜部分其下滑的速度与时间的关系如图乙所示，导轨电阻不计，取（忽略棒运动过程中对原磁场的影响）。 (1)判断金属棒两端哪一端的电势高； (2)求磁感应强度大小； (3)求金属棒进入水平轨道后滑行的距离。 【答案】(1)N端 (2) (3)3.2m 【详解】（1）金属棒沿倾斜导轨下滑时，根据右手定则可知，棒内感应电流方向从M指向N。金属棒相当于电源，电源内部电流从低电势流向高电势，因此N端的电势更高。 （2）由图乙可知，金属棒在倾斜导轨上最终达到匀速运动状态，匀速速度 匀速时受力平衡，沿斜面的重力分力与安培力大小相等，即 其中安培力 感应电流 联立解得 （3）金属棒进入水平轨道后，初速度为，在安培力作用下做减速运动直到静止。取初速度方向为正方向，对该过程，由动量定理得 其中 代入动量定理表达式得 解得 15．（16分） 某物理兴趣小组设计了一个电磁弹射缓冲实验装置，如图所示，倾角均为、宽度的两平行光滑倾斜导轨CD、HG的顶端连接电动势、内阻的直流电源。DG以上区域存在垂直导轨平面向下、磁感应强度大小的匀强磁场。一质量、电阻的金属棒甲垂直导轨放置，金属棒甲的长度恰为L，金属棒甲与导轨始终接触良好。闭合开关S瞬间，将金属棒甲由静止释放，金属棒甲向下运动一段时间达到匀速后穿出磁场边界DG，经过绝缘圆弧轨道进入足够长的光滑水平导轨MN、QP。导轨电阻不计，取重力加速度大小。 (1)求金属棒甲释放后瞬间的加速度大小a； (2)求金属棒甲在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v； (3)金属棒甲经过绝缘圆弧后，到达光滑水平导轨上时的速度大小，MQ右侧存在竖直向下、磁感应强度大小也为B的匀强磁场，金属棒乙、丙通过轻质绝缘弹簧连接，静止在水平导轨上，金属棒乙恰好与磁场边界MQ重合，此时弹簧处于原长，三根金属棒甲、乙、丙完全相同，金属棒甲与乙在MQ处发生完全非弹性碰撞（时间极短），碰后粘为一体，经过一段时间后，乙、丙间距最小且该过程中金属棒丙产生的焦耳热，求该过程中弹簧的最大弹性势能。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）金属棒甲释放后瞬间，根据闭合电路欧姆定律有 根据左手定则和牛顿第二定律有 解得 （2）金属棒甲在倾斜导轨上匀速运动时，根据平衡条件有 根据闭合电路欧姆定律有 解得 （3）金属棒甲与乙在MQ处发生碰撞，设碰后共同速度为，根据动量守恒定律有 解得 当金属棒甲、乙、丙三者共速时，弹簧压缩量达到最大，设共同速度，根据动量守恒定律有 解得 设弹簧压缩过程中产生的总热量为，金属棒甲、乙粘连后并联接入电路，其等效电阻为 金属棒丙产生的焦耳热 根据能量守恒定律有 解得 试卷第2页，共14页 试卷第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 模块五 电磁感应与交变电流 （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 考试范围：物理必修第三册第十三章第3节；物理选择性必修第二册第二、三章 注意事项： 1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。 2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合要求的。 1． 如图所示为某家用电磁炉的线圈及其工作示意图，电磁炉内的变频电路可将50 Hz的照明电生成为20~40 kHz的高频交流电供给线圈。该电磁炉工作时，下列说法正确的是（      ） A．线圈内与锅底中的磁场方向有时相同、有时相反 B．可能引发锅的振动并发出轻微的嗡嗡声 C．最大功率是最小功率的2倍 D．线圈中电流的频率是锅底中涡流的频率的2倍 2．如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕OO′轴顺时针（沿OO′方向看）匀速转动时，线圈中产生正弦交流电。从线圈转过图示位置开始计时，设沿adcba方向为电流正方向，则线圈中产生的交流电图像是（　　） A． B． C． D． 3．磁单极子是仅有单一磁极（N极或S极）的假想粒子。若一个只有S极的磁单极子（其磁感线与负点电荷的电场线分布类似）自上而下穿过闭合超导线圈，如图所示，则从上向下看，该线圈中的感应电流（　　 ） A．一直沿顺时针方向 B．一直沿逆时针方向 C．先沿顺时针方向后沿逆时针方向 D．先沿逆时针方向后沿顺时针方向 4．越来越多的手机用户选择使用蓝牙耳机，手机与基站及耳机间的通信过程如图所示。若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波，以下说法正确的是（　　） A．甲波的频率比乙波的频率高 B．乙波的频率比紫外线的频率高 C．甲波比乙波更容易发生衍射 D．真空中甲波的传播速度比乙波的传播速度慢 5．如图所示，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”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，其中浪板和转子的连接装置使转子只能单方向转动，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流。在图示位置时，下列说法正确的是（      ） A．线圈b端电势低于a端电势 B．线圈所处位置是中性面 C．穿过线圈的磁通量变化率最小 D．线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向下 6．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U形导体框间距为L，左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度开始运动，最终停在导体框上。在此过程中（      ） A．导体棒做匀减速直线运动 B．通过导体棒的电荷量为 C．电阻产生的焦耳热为 D．导体棒运动的位移大小为 7．如图所示，两条平行光滑金属导轨水平放置，间距为L，中间有宽度为L、磁感应强度为B的匀强磁场；导轨左侧接有一个阻值为R的定值电阻。一个边长为L的正方形导线框abcd置于导轨左侧，其ad、bc边始终与导轨接触良好。导线框的ab、cd两边电阻均为R，ad、bc边电阻可忽略，当它刚进入磁场区域时施加一外力F，使之以速度v匀速穿过磁场。则线框穿过磁场的过程中，关于线框ab边电势差、外力F随时间t变化的图像，可能正确的是（      ） A． B． C． D． 8．如图所示为某火灾报警器的简化电路图，理想变压器原线圈接入电压有效值不变的正弦交流电源，副线圈连接报警系统，为热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），为定值电阻，滑动变阻器R用于设定报警温度。当通过的电流大于设定的临界值时就会触发报警，下列说法错误的是（      ） A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小 B．警戒范围内出现火情时，则两端电压降低 C．当时，原线圈的输入功率最大 D．若将滑动变阻器R的滑片向右移一点，则可以降低报警温度 二、选择题：本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 9．某小型发电站高压输电的示意图如图所示。已知升压变压器和降压变压器均为理想变压器，升压变压器的输入功率为20kW，用户获得的功率为19.75kW，输电线的总电阻为。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数之比为。下列说法中正确的是（　　） A．电流表的示数为0.5A B．升压变压器的输出电压 C．其他条件不变，用户数增多，输电线上损耗的功率将增加 D．用电高峰期，为了让用户能够正常用电，可将P向下滑 10．如图所示，半径为、间距为的光滑圆弧导轨与水平光滑导轨在、处相切且平滑连接，水平导轨由两个足够长的宽窄导轨组成，宽导轨的间距为，窄导轨的宽度为，虚线右侧存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为，两根粗细相同、材质相同的均匀金属棒、分别放在宽窄导轨上，长度与导轨宽度相同，棒的质量为，电阻为。棒从圆弧导轨顶端由静止沿圆弧导轨滑下，到、棒运动稳定的整个过程中，两棒始终与导轨接触良好且垂直于导轨，不计导轨的电阻，重力加速度为。在、棒整个运动过程中，下列说法正确的是（      ） A．b棒的最大加速度大小为 B．b棒上产生的焦耳热为 C．流过b棒的电荷量为 D．a棒克服安培力做的功大于安培力对b棒做的功 三、非选择题：本题共5小题，共58分。 11．（6分）某同学在做探究电磁感应现象规律的实验中，她选择了一个灵敏电流计G，在没有电流通过灵敏电流计的情况下，电流计的指针恰好指在刻度盘中央。她先将灵敏电流计G连接在图甲所示的电路中，电流计的指针如图甲所示。 (1)为了探究电磁感应规律，该同学将灵敏电流计G与一螺线管串联，如图乙所示。通过分析可知图乙中的条形磁铁的运动情况是____（填“向上拔出”或“向下插入”） (2)该同学将灵敏电流计G接入图丙所示的电路。此时电路已经连接好，A线圈已插入B线圈中，请问灵敏电流计中电流方向与螺线管B中导线的绕向____（选填“有”或者“没有”）关系。她合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了一下，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是____。 A．在A线圈中插入铁芯        B．拔出A线圈 C．变阻器的滑片向右滑动     D．变阻器的滑片向左滑动 12．（10分） 为了节能环保，一些公共场所使用光控电路控制照明系统。某实验小组对路灯的内部电路进行模拟探究。 (1)用螺旋测微器测量电磁铁导线直径，示数如图甲，读数为______mm； (2)图乙是实验小组设计的路灯内部电路： 电路结构：下方为控制电路，利用电动势为E的直流电源为电磁铁供电，电磁铁直流阻值恒定，光敏电阻R阻值随光照强度的增大而减小；上方为工作电路，利用0～220 V交流电源为路灯供电。 工作原理：当控制电路电流升高至吸合电流I1时，电磁铁工作将衔铁吸下，动触点与C接触（即CB连通）；当电流降低至释放电流I2时，电磁铁停止工作，弹簧将衔铁顶起，动触点切换至与A接触（即AB连通）。有I1＞I2。 ①为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在______（选填“AB”或“BC”）之间。 ②调试时发现天还未完全黑暗路灯就自动点亮了。若要让路灯在更暗的环境下才点亮，有以下方法： 仅调节滑动变阻器，使其接入电路的电阻______（选填“增大”或“减小”）； 仅换用内阻相同，电动势______（选填“更大”或“更小”）的电源。 (3)为避免光照强度微弱波动时路灯频繁通断，延长器件使用寿命。路灯刚好点亮与刚好熄灭对应的光敏电阻阻值不相同，其差值|ΔR|=______（用I1、I2、E表示） 13．（12分）如图所示，边长为1m、电阻为4Ω的刚性正方形线框abcd放在匀强磁场中，磁感应强度恒为0.2T，线框以某一角速度绕其中心轴OO'匀速转动时，线框的发热功率为1W (1)求线框中的电流峰值； (2)求线框转动的角速度的大小； (3)若从图示位置开始计时，求线框中电流的瞬时值随时间变化的表达式。 14．（14分）如图甲所示，足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨，其宽度，倾斜部分与水平面夹角，匀强磁场分别垂直穿过两个导轨平面，各处磁感应强度大小相等。导轨的上端连接阻值为的电阻，质量为、电阻为的金属棒紧贴在导轨上。现闭合开关使金属棒由静止开始下滑，在倾斜部分其下滑的速度与时间的关系如图乙所示，导轨电阻不计，取（忽略棒运动过程中对原磁场的影响）。 (1)判断金属棒两端哪一端的电势高； (2)求磁感应强度大小； (3)求金属棒进入水平轨道后滑行的距离。 15．（16分） 某物理兴趣小组设计了一个电磁弹射缓冲实验装置，如图所示，倾角均为、宽度的两平行光滑倾斜导轨CD、HG的顶端连接电动势、内阻的直流电源。DG以上区域存在垂直导轨平面向下、磁感应强度大小的匀强磁场。一质量、电阻的金属棒甲垂直导轨放置，金属棒甲的长度恰为L，金属棒甲与导轨始终接触良好。闭合开关S瞬间，将金属棒甲由静止释放，金属棒甲向下运动一段时间达到匀速后穿出磁场边界DG，经过绝缘圆弧轨道进入足够长的光滑水平导轨MN、QP。导轨电阻不计，取重力加速度大小。 (1)求金属棒甲释放后瞬间的加速度大小a； (2)求金属棒甲在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v； (3)金属棒甲经过绝缘圆弧后，到达光滑水平导轨上时的速度大小，MQ右侧存在竖直向下、磁感应强度大小也为B的匀强磁场，金属棒乙、丙通过轻质绝缘弹簧连接，静止在水平导轨上，金属棒乙恰好与磁场边界MQ重合，此时弹簧处于原长，三根金属棒甲、乙、丙完全相同，金属棒甲与乙在MQ处发生完全非弹性碰撞（时间极短），碰后粘为一体，经过一段时间后，乙、丙间距最小且该过程中金属棒丙产生的焦耳热，求该过程中弹簧的最大弹性势能。 试卷第2页，共14页 试卷第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 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