高三电、磁学模块第一轮复习自测题((选修33--11、33--22))

■江苏省沛县张寨高级中学 黄传立

一、选择题

1.两电荷量分别为+Q和-Q的点电荷a、b,相距为r,在它们连线的中点O处放置另一带电荷量为+q的点电荷c,则点电荷c所受的静电力的大小为( )。

2.某静电场的电场线分布如图1所示,P、Q为该电场中的两点。下列说法中正确的是( )。

图1

A.P点场强大于Q点场强

B.P点电势低于Q点电势

C.将电子从P点移动到Q点,静电力做正功

D.将电子从P点移动到Q点,其电势能增大

3.霍尔元件在电子线路中的应用日益广泛,某个霍尔元件接到电路中时的示意图如图2所示,其中a面为上表面,b面为下表面,c面为前表面,d面为后表面,所加磁场方向垂直于a面向下。考虑到霍尔元件有两类,设A类的载流子(即用来导电的自由电荷)为正电荷,B类的载流子为负电荷,当通以从左到右的电流I时,下列说法中正确的是( )。

图2

A.在刚开始通电的很短时间内,若是A类元件,则载流子向c面偏转

B.在刚开始通电的很短时间内,若是B类元件,则载流子向c面偏转

C.通电一段时间后,若是A类元件,则c面电势较高

D.通电一段时间后,若是B类元件,则c面电势较高

4.由粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框ab c位于匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,a、c两点间接一直流电源,电流方向如图3所示。则( )。

A.导线ab受到的安培力大小大于导线a c受到的安培力大小

B.导线ab c受到的安培力大小大于导线a c受到的安培力大小

C.线框受到安培力的合力为零

图3

D.线框受到安培力的合力方向垂直于导线a c向下

5.如图4所示,D1、D2、D3是三个完全相同的灯泡,L是一个自感系数较大的线圈(直流电阻可忽略不计)。则( )。

图4

A.开关S闭合时,D1灯立即亮,然后逐渐熄灭

B.开关S闭合时,D2灯立即亮,然后逐渐熄灭

C.电路接通稳定后,三个灯的亮度相同

D.电路接通稳定后,开关S断开时,D3灯立即熄灭

6.如图5所示,半径为R的半圆形区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场(图中未画出)。一质量为m、带电荷量为+q且不计重力的粒子,以速度v沿与半径P O成夹角θ=30°的方向从P点垂直磁场射入,最后粒子垂直于MN边射出,则磁感应强度的大小为( )。

图5

7.如图6所示为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图。当被测物体在左右方向上发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动,连接电容器的静电计会显示电容器两极板间电压的变化,进而能测出电容的变化,最后就能探测到物体位移的变化。设静电计上的指针偏角为θ,则被测物体( )。

图6

A.向左移动时,θ增大

B.向右移动时,θ增大

C.向左移动时,θ减小

D.向右移动时,θ减小

8.在x轴上有两个点电荷q1和q2,它们产生的电场的电势在x轴上的分布情况如图7所示。下列说法中正确的是( )。

图7

A.q1和q2带有异种电荷

B.x=x2处的电场强度一定为0

C.将负电荷沿x轴从x1移动到x2,电势能减小

D.将正电荷沿x轴从x1移动到x2,静电力做负功

9.如图8所示,边长为L,匝数为N,电阻不计的正方形线框ab cd,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴O O′以角速度ω匀速转动,轴O O′垂直于磁感线,制成一台交流发电机,它与理想变压器的原线圈连接,变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2,二极管的正向电阻为零,反向电阻无穷大。从正方形线框处于图示位置开始计时,下列判断不正确的是( )。

图8

A.交流发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e=NB L2ωs i nω t

B.变压器的输入功率与输出功率之比为1∶2

C.电压表示数为NB L2ω

D.若将滑动变阻器的滑片向下滑动,则电流表的示数增大

10.如图9甲所示,一水平放置的线圈,匝数n=100,横截面积S=0.2m2,电阻r=1Ω,线圈处于水平向左的均匀变化的磁场中,磁感应强度B1随时间t的变化关系如图9乙所示。线圈与足够长的竖直光滑导轨MN、P Q连接,导轨间距L=20cm,导体棒ab与导轨始终接触良好,导体棒ab的电阻R=4Ω,质量m=5g,导轨的电阻不计,导轨处在与导轨平面垂直向里的匀强磁场中,磁感应强度B2=0.5T。t=0时刻,导体棒由静止释放,取重力加速度g=10m/s2。则下列说法中正确的是( )。

图9

A.t=0时刻,线圈内产生的感应电动势大小为2V

B.t=0时刻,导体棒ab两端的电压为1V

C.t=0时刻,导体棒ab的加速度大小为2m/s2

D.导体棒ab达到稳定状态时,导体棒所受重力的瞬时功率为0.25W

二、实验题

11.在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中,要测量一个标有“3V,1.5W”字样的小灯泡两端的电压和通过它的电流,现有如下器材:

A.直流电源(3V,内阻可不计)

B.直流电流表(0～600 mA,内阻约0.5Ω)

C.直流电压表(0～3V,内阻约3k Ω)

D.滑动变阻器(10Ω,1A)

E.滑动变阻器(1k Ω,300mA)

F.开关、导线若干

(1)本实验中滑动变阻器应选用____(选填“D”或“E”)。

(2)表1中的各组数据是该同学在实验中测得的,根据表格中的数据在如图10所示的坐标纸上作出该小灯泡的伏安特性曲线。

表1

图10

(3)如图11所示,将两个这样的小灯泡并联后再与阻值为5Ω的定值电阻R0串联,接在电压恒定为4V的电路中,则每个小灯泡的实际功率为____W。

图11

三、解答题

12.在如图12所示的电路中,电源电动势E=3V,两个定值电阻的阻值R1=R2=2Ω,电源内阻r=1Ω,电容器的电容C=20μF。开关全部闭合时,一带电油滴恰能在电容器的两极板间静止。取重力加速度g=10m/s2,求:

图12

(1)电容器所带的电荷量大小。

(2)电源的效率。

(3)断开开关S2时(认为电容器充放电过程极快完成)油滴的加速度。

图13

13.如图13所示为一台小型发电机的构造示意图,发电机内的矩形线框在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线框匝数n=100,内阻r=5 Ω,外电路电阻R=95Ω,电路中其余电阻不计。转动过程中穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化,如图14所示,求:

图14

(1)该发电机的电动势最大值。

(2)交流电流表的读数。

(3)在0～7.85×10-3s时间内通过电阻R的电荷量。(取π=3.14)

14.某兴趣小组用电流传感器测量某磁场的磁感应强度。实验装置如图15甲所示,不计电阻的足够长光滑金属导轨竖直放置在匀强磁场中,导轨间距为d,其平面与磁场方向垂直。电流传感器与阻值为R的电阻串联接在导轨上端。质量为m、有效阻值为r的导体棒ab由静止释放沿导轨下滑,该过程中电流传感器测得电流随时间的变化规律如图15乙所示,电流最大值为imax。导体棒在下滑过程中与导轨保持垂直且良好接触,不计电流传感器内阻及空气阻力,重力加速度为g。求:

图15

(1)求该磁场的磁感应强度大小。

(2)求在t1时刻导体棒的速度大小。

(3)在0～t1时间内导体棒下降的高度为h,求此过程中电阻R产生的电热。

15.如图16所示,真空中竖直放置的两块平行金属板间加上恒定电压U0,一质量为m,电荷量为q的正点电荷A从左板处由静止释放,从右板的小孔水平射出后,进入一个两板水平放置的平行板电容器,进入时点电荷贴着上极板,经偏转后从下极板边缘飞出。已知电容器的电容为C,两极板的间距为d,长度为kd,两极板间电压恒定。不计点电荷的重力,求:

图16

(1)点电荷进入水平放置电容器时的速度大小。

(2)水平放置的电容器所带的电荷量大小。

(3)点电荷穿过水平放置电容器的过程中电势能的增量。

16.如图17所示,竖直放置的平行金属板间电压为U,质量为m、电荷量为+q的带电粒子在靠近左板的P点,由静止开始经电场加速,从小孔Q射出,从a点进入磁场区域,abde是边长为2L的正方形区域,ab边与竖直方向间的夹角为45°,cf与ab边平行且将正方形区域等分成两部分,abcf中有方向垂直于纸面向外的匀强磁场B1,defc中有方向垂直于纸面向里的匀强磁场B2,粒子进入磁场B1后又从cf上的M点垂直c f边射入磁场B2中(图中M点未画出),不计粒子重力。求:

图17

(1)粒子从小孔Q射出时的速度大小。

(2)磁感应强度B1的大小。

(3)磁感应强度B2的取值在什么范围内,粒子能从c、d两点间边界射出?

一、选择题

1.如图1所示,导体棒ab用绝缘细线水平悬挂,通有从a到b的电流。导体棒ab正下方放一圆形线圈,线圈通过导线、开关与直流电源连接。开关闭合瞬间,导体棒ab将( )。

A.向外摆动

B.向里摆动

C.保持静止,细线上张力变大

D.保持静止,细线上张力变小

图1

2.如图2所示,三根完全相同的长直导线互相平行,通以大小和方向都相同的电流。它们的截面处于一个正方形ab cd的三个顶点a、b、c处。已知每根通电长直导线在其周围产生的磁感应强度与该导线的距离成反比,通电导线b在a处产生的磁场的磁感应强度大小为B,则d处的磁感应强度大小为( )。

图2

3.工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度,通常要在生产流水线上设置如图3所示的传感器。其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板,其位置均固定,且分别接在恒压直流电源的两极上。当流水线上通过的产品厚度增大时,下列说法中正确的是( )。

A.平行板电容器的电容减小

图3

B.A、B两极板间的电场强度增大

C.A、B两极板上的电荷量变小

D.有电流从b向a流过灵敏电流计

图4

4.如图4所示,两相同导体棒a、b的长度为L,质量为m,导体棒a被放置在光滑的斜面上,导体棒b固定不动,a、b两导体棒在同一水平面上且保持平行,斜面倾角为45°,当a、b两导体棒中通有电流为I的反向电流时,导体棒a恰好能在斜面上保持静止,则通电导体棒b在导体棒a处所产生的磁场的磁感应强度B的大小为( )。

5.如图5所示,在P1、P2处各放一个等电荷量正点电荷,O点为P1P2连线的中点。一带正电的试探电荷的从M点由静止出发,沿直线MON运动到N点,M、N两点关于O点对称。如图6所示的四幅关于试探电荷的速度v、电场强度E、电势φ、电势能Ep的图像中描述正确的是( )。

图6

6.在如图7所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,C为电容器,L为小灯泡,R为定值电阻,闭合开关S,小灯泡能正常发光。现将滑动变阻器的滑片向右滑动一段距离,滑动前后理想电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI,则( )。

图7

A.电源的输出功率一定增大

B.小灯泡逐渐变暗

D.当电路稳定后,断开开关S,小灯泡立刻熄灭

7.反天刀是生活在尼罗河里的一种鱼类,沿着它身体的长度方向分布着电器官,这些器官能在鱼周围产生电场。反天刀周围的电场线分布示意图如图8所示,A、B、C为电场中的点,下列说法中正确的是( )。

图8

A.头部带负电

B.A点电场强度大于B点电场强度

C.C点电势高于B点电势

D.正离子从A点向C点运动时,其电势能增大

8.如图9甲所示,电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R0=6Ω、滑动变阻器R、开关S组成串联回路。滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值R的关系如图9乙所示。下列说法中正确的是( )。

图9

B.图乙中Rx=25Ω

C.定值电阻R0消耗的最大功率为0.96W

D.调整滑动变阻器的阻值可以得到该电源的最大输出功率为1W

图10

9.如图10所示为质谱仪的工作原理图,初速度忽略不计的带电粒子进入加速电场,经加速电场加速后进入速度选择器,在速度选择器中做直线运动最后通过平板S的狭缝P进入平板S下方的偏转磁场,磁场的方向垂直于纸面,磁感应强度大小为B,粒子最终打在胶片A1A2上,粒子打在胶片上的位置到P点的距离为L,加速电场两极板间的电压为U,速度选择器两极板间的电场强度大小为E,不计粒子的重力,则下列判断正确的是( )。

A.速度选择器两极板间磁场的方向垂直于纸面向外

B.平板S下面的偏转磁场的方向垂直于纸面向里

10.如图11甲所示,光滑平行金属导轨MN、P Q所在平面与水平面成θ角,M、P两点间接一阻值为R的定值电阻,阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置,其他部分电阻不计。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向上。t=0时刻对金属棒施加一平行于导轨的外力F,使金属棒由静止开始沿导轨向上运动,通过电阻R的感应电流I随时间t变化的关系如图11乙所示。如图12所示的四幅关于穿过回路ab PM a的磁通量Φ和磁通量的瞬时变化率,以及金属棒两端的电势差Uab和通过金属棒的电荷量q随时间t变化的图像中,正确的是( )。

图11

图12

二、实验题

11.利用电压表和电阻箱可以测量电池的电动势和内阻。某同学找到了如下器材:电池组(电动势约为6.0V,内阻约为1Ω),灵敏电流计G(满偏电流Ig=100μA,内阻Rg=100Ω),定值电阻R1(R1=1Ω),定值电阻R2(R2=59.9k Ω),变阻箱R3(阻值范围为0～9.9Ω可调),开关,导线若干。该同学发现还需要一个合适的电压表,于是把上述G表改装成电压表。

(1)将G表改装成量程为6 V的电压表,需将G表与____(选填“R1”“R2”或“R3”)串联。

(2)为了准确地测量电池组的电动势和内阻,请在图13甲的虚线框中把实验电路图补充完整,并在对应的电阻旁边标上R1、R2或R3,如果为变阻箱,请将其符号补充完整。

(3)某次测量,电压表示数如图13乙所示,其读数为____V。

(4)经过多次测量,得出如图14所示的图像。根据该图像可求得该电池组的电动势为____V,内阻为____Ω。(结果保留两位有效数字)

图13

图14

三、解答题

12.如图15所示,电源电动势E=25V,内阻r=1Ω,定值电阻 R1=12Ω,闭合开关S,灯泡L恰好正常发光。P、Q是两个平行金属板,两极板间的距离d=60cm,金属板的长度L=1 m。在金属板的上边缘,有一比荷(不计自身重力)的带负电粒子,以初速度v0=100m/s竖直向下射入两极板间,并在金属板的下边缘离开,带电粒子进入电场时到P板的距离和离开电场时到Q板的距离均为求:

图15

(1)两极板间的电场强度大小E0。

(2)灯泡L的额定功率P。

13.光滑绝缘的正方形水平桌面边长d=0.48m,离地高度h=1.25m。桌面上存在一水平向左的匀强电场(其余位置均无电场),电场强度E=1×104N/C。在水平桌面上某一位置P处有一质量m=0.01kg,电荷量q=1×10-6C的带正电小球以初速度v0=1m/s向右运动。空气阻力忽略不计,取重力加速度g=10m/s2。

(1)求小球在桌面上运动时的加速度。

(2)P处距桌面右边缘多远时,小球从开始运动到最终落地的水平距离最大?并求出该最大水平距离。

14.利用太阳能电池这个能量转换器件将太阳能转变为电能的系统又称光伏发电系统。有一台内阻r=1Ω的太阳能发电机,供给一个学校照明用电,如图16所示,升压变压器的匝数比为1∶4,降压变压器的匝数比为4∶1,输电线的总电阻R=4Ω,全校共22个班,每班有“220V,40 W”灯6盏,若全部电灯正常发光,则:

图16

(1)发电机的输出功率多大?

(2)输电线路的效率多大?

(3)发电机电动势的有效值多大?

15.如图17甲所示,两根足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面内,导轨间距d=1m,左端连接定值电阻R=4Ω。匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,方向垂直于导轨所在平面向下。质量m=0.2kg、长度l=1m、电阻r=1Ω的金属杆置于导轨上,以初速度v0向右运动并与导轨始终保持垂直且接触良好。t=0时刻,对金属杆施加一平行于导轨方向的外力F,金属杆运动的v-t图像如图17乙所示。其余电阻不计。求:

图17

(1)从t=0开始,金属杆运动距离为5m时电阻R两端的电压。

(2)在0～3s时间内,外力F大小随时间t变化的关系式。

16.如图18所示,一根光滑的绝缘细杆,上、下部分分别弯成半径为R的半圆和半径为R的圆弧Q B C D,中间部分为长度为2R的竖直杆P Q,竖直杆上下两端分别与半圆和圆弧的圆心等高。半圆右侧下端有一弹簧枪可沿光滑细杆发射质量为m、电荷量为q的中间带孔的带正电小球。圆弧放置在水平向右、电场强度E=(g为重力加速度)的匀强电场中,已知弹簧枪发射的小球到达半圆最高点A时恰好对细杆的压力为零。

图18