物理人教版選修3-2模塊綜合檢測(cè)

模塊綜合檢測(cè)(時(shí)間：90分鐘滿分：110分)一、選擇題(本題共14小題，每小題4分，共56分，第1～8小題中只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，第9～14小題中有多個(gè)選項(xiàng)符合題意，全選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)1．在物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中，觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)、假說(shuō)和邏輯推理等方法都起到了重要作用。下列敘述不符合史實(shí)的是()A．奧斯特在實(shí)驗(yàn)中觀察到電流的磁效應(yīng)，該效應(yīng)揭示了電和磁之間存在聯(lián)系B．安培根據(jù)通電螺線管的磁場(chǎng)和條形磁鐵的磁場(chǎng)的相似性，提出了分子電流假說(shuō)C．法拉第在實(shí)驗(yàn)中觀察到，在通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近的固定導(dǎo)線圈中，會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流D．楞次在分析了許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)后提出，感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化解析：選C通有恒定電流的靜止導(dǎo)線附近產(chǎn)生的磁場(chǎng)是不變的，在其附近的固定導(dǎo)線圈中沒(méi)有磁通量的變化，因此，不會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。2.如圖所示，螺線管CD的導(dǎo)線繞向不明，當(dāng)磁鐵AB插入螺線管時(shí)，電路中有圖示方向的電流產(chǎn)生，下列關(guān)于螺線管極性的判斷正確的是()A．C端一定是N極B．C端一定是S極C．C端的極性一定與磁鐵B端的極性相同D．無(wú)法判斷極性，因螺線管的繞法不明解析：選CAB的插入使螺線管磁通量增大而產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙AB插入，因此，C端極性一定和B端極性相同。3．如圖甲所示，水平放置的平行金屬導(dǎo)軌連接一個(gè)平行板電容器C和電阻R，導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上且接觸良好，整個(gè)裝置放于垂直于導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化情況如圖乙所示(如圖甲所示磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?，MN始終保持靜止，則0～t2時(shí)間內(nèi)()A．電容器C所帶的電荷量先減小后增加B．電容器C的a板先帶正電后帶負(fù)電C．MN所受安培力的大小始終沒(méi)變D．MN所受安培力的方向先向右后向左解析：選D磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化，產(chǎn)生恒定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電容器的電荷量大小始終沒(méi)變，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由于磁感應(yīng)強(qiáng)度變化，MN所受安培力的大小變化，由安培定則判斷得知，MN中感應(yīng)電流方向一直向上，由左手定則可知，MN所受安培力的方向先向右后向左，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。4.用柔軟的細(xì)金屬絲彎成一個(gè)矩形閉合線框，用絕緣細(xì)線將其懸掛起來(lái)，如圖所示，若勻強(qiáng)磁場(chǎng)與線框平面垂直，開(kāi)始時(shí)磁場(chǎng)很強(qiáng)，當(dāng)磁場(chǎng)均勻減弱時(shí)eq\f(ΔB,Δt)＝k，k＜0，下列說(shuō)法正確的是()A．細(xì)線可能斷掉B．線框?qū)?huì)收縮C．線框可能變成圓形D．線框繞過(guò)a的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)解析：選C準(zhǔn)確理解“阻礙”含義，當(dāng)磁場(chǎng)減弱時(shí)，線框內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙磁通量變化，線框面積將擴(kuò)大，而最大即為圓形，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確。線框懸線拉力未變，A錯(cuò)誤。線框繞過(guò)a的豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過(guò)線框的磁通量減小，故D錯(cuò)誤。5.物理學(xué)家霍爾于1879年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流垂直于磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料左右兩個(gè)側(cè)面時(shí)，在材料的上下兩個(gè)表面之間產(chǎn)生電勢(shì)差。這一現(xiàn)象被稱作霍爾效應(yīng)，產(chǎn)生這種效應(yīng)的元件叫霍爾元件，在現(xiàn)代技術(shù)中被廣泛應(yīng)用。如圖為霍爾元件的原理示意圖，其霍爾電壓U與電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系可用公式UH＝kHeq\f(IB,d)表示，其中kH叫該元件的霍爾系數(shù)。根據(jù)你所學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，判斷下列說(shuō)法正確的是()A．霍爾元件上表面電勢(shì)一定高于下表面電勢(shì)B．公式中的d指元件上下表面間的距離C．霍爾系數(shù)kH是一個(gè)沒(méi)有單位的常數(shù)D．霍爾系數(shù)kH的單位是m3·s－1·A－1解析：選D由于通過(guò)側(cè)面的載流子的電性是不確定的，無(wú)法判斷上表面的電性故無(wú)法比較上下表面的電勢(shì)高低，A錯(cuò)誤；對(duì)于載流子，靜電力和洛倫茲力平衡，故qvB＝qeq\f(UH,h)，其中h為上下兩個(gè)表面的距離，電流微觀表達(dá)式為I＝nqSv，則UH＝Bhv＝eq\f(hIB,nSq)，由于S＝hd，故UH＝eq\f(IB,nqd)＝kHeq\f(IB,d)，公式中的d指元件前后側(cè)面(磁場(chǎng)垂直穿過(guò)的表面)間的距離，B錯(cuò)誤；依據(jù)公式UH＝kHeq\f(IB,d)中UH、I、B、d的單位，可知系數(shù)kH的單位是m3·s－1·A－1，故C錯(cuò)誤，D正確。6.如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電阻為R、半徑為L(zhǎng)、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(O軸位于磁場(chǎng)邊界)。則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為()A.eq\f(BL2ω,2R) B.eq\f(\r(2)BL2ω,2R)C.eq\f(\r(2)BL2ω,4R) D.eq\f(BL2ω,4R)解析：選D扇形閉合導(dǎo)線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度始終是半徑L，各點(diǎn)的平均速度v＝eq\f(Lω,2)，導(dǎo)線框進(jìn)磁場(chǎng)和出磁場(chǎng)時(shí)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由法拉第電磁感應(yīng)定律和有效值的定義有：E＝eq\f(BL2ω,2)，eq\f(E2,R)×eq\f(T,4)＝I2RT，可得I＝eq\f(BL2ω,4R)，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。7.如圖所示為含有理想變壓器的電路，圖中的三個(gè)燈泡L1、L2、L3都標(biāo)有“5V5W”字樣，L4標(biāo)有“5V10W”字樣，若它們都正常發(fā)光，不考慮導(dǎo)線的能耗，則該電路的輸入功率Pab和輸入電壓Uab應(yīng)為()A．20W25V B．20W20VC．25W25V D．25W20V解析：選C該電路的輸入功率為4盞燈的功率總和，即Pab＝5W＋5W＋5W＋10W＝25W。通過(guò)L1的電流I1＝1A，根據(jù)輸入功率等于輸出功率可得U1I1＝20W，解得U1＝20V，故電源輸入電壓Uab＝U1＋UL1＝25V。本題選C。8．如圖甲所示是一小型交流發(fā)電機(jī)供電原理圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)，理想變壓器原、副線圈分別與發(fā)電機(jī)和燈泡連接，燈泡標(biāo)有“6V3W”字樣且正常發(fā)光。從某時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出端的電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，則以下說(shuō)法正確的是()A．t＝0.04s時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行B．電路中的電流方向每秒鐘改變50次C．變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為1∶4D．交流發(fā)電機(jī)輸出電流的函數(shù)表達(dá)式i＝eq\r(2)sin50πt(A)解析：選Bt＝0.04s時(shí)電流最小為零，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，故發(fā)電機(jī)內(nèi)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，A錯(cuò)誤；由題圖乙可知，周期T＝0.04s，一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變2次，故1s內(nèi)改變的次數(shù)n＝eq\f(1,0.04)×2＝50次，B正確；流過(guò)燈泡的電流為I＝eq\f(P,U)＝0.5A，最大值Im′＝eq\r(2)I＝eq\f(\r(2),2)A，故eq\f(n1,n2)＝eq\f(Im′,Im)＝eq\f(\f(\r(2),2),0.2)＝eq\f(5\r(2),2)，C錯(cuò)誤；交流電的角速度ω＝eq\f(2π,T)＝50πrad/s，交流發(fā)電機(jī)輸出電流的函數(shù)表達(dá)式i＝0.2sin50πt(A)，D錯(cuò)誤。9.如圖所示的電路中，a、b、c為三個(gè)相同的燈泡，線圈L的自感系數(shù)很大，電阻不計(jì)，電源E內(nèi)阻不計(jì)，下列判斷正確的有()A．S閉合的瞬間，b、c兩燈一樣亮B．S閉合的瞬間，b燈最亮C．電路穩(wěn)定后，將S斷開(kāi)的瞬間，a、c兩燈立即熄滅D．電路穩(wěn)定后，將S斷開(kāi)，a、c兩燈亮度相同且逐漸變暗解析：選AD由于通過(guò)線圈L的電流會(huì)緩慢變化，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合的瞬間，L中的電流為零，電路的結(jié)構(gòu)為b、c串聯(lián)后與a并聯(lián)，所以a支路的電阻值小，流過(guò)a的電流大，而流過(guò)b、c的電流相等，所以S閉合的瞬間，b、c兩燈一樣亮，a燈最亮，A正確，B錯(cuò)誤；當(dāng)電流逐漸穩(wěn)定時(shí)，線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)b被短路，a、c并聯(lián)，電路穩(wěn)定后，將S斷開(kāi)，此時(shí)線圈L產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，電路的結(jié)構(gòu)是a、c串聯(lián)后與b并聯(lián)，所以a、c兩燈亮度相同且逐漸變暗，C錯(cuò)誤，D正確。10．漏電斷路器是家庭電路中必不可少的一種安全保護(hù)裝置，如圖為其基本原理圖。電源線的火線與零線并行繞在鐵芯上，當(dāng)與放大器相連的線圈有微小電流時(shí)，即刻會(huì)驅(qū)動(dòng)電磁繼電器斷開(kāi)電源，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。下列相關(guān)說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)與地不絕緣的人不小心觸碰到火線時(shí)，漏電斷路器會(huì)即刻斷開(kāi)電源B．當(dāng)與地絕緣的人不小心同時(shí)觸碰到火線與零線時(shí)，漏電斷路器會(huì)即刻斷開(kāi)電源C．當(dāng)外接電網(wǎng)是恒定直流電源時(shí)，漏電斷路器不能正常工作D．在相同條件下，放大器繞在鐵芯上的線圈匝數(shù)越多，則能檢測(cè)到更微小的漏電解析：選AD由于火線和零線并行繞制，所以在家庭電路正常工作時(shí)，火線和零線的電流大小相等，方向相反，因此合磁通量為零，線圈中的磁通量為零，而當(dāng)?shù)孛嫔系娜私佑|火線發(fā)生觸電時(shí)，火線的電流突然變大，即線圈中的磁場(chǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致線圈中的磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使繼電器工作，電磁鐵將開(kāi)關(guān)吸起，A正確；當(dāng)與地絕緣的人不小心同時(shí)觸碰到火線與零線時(shí)，不會(huì)形成電流變化，從而不會(huì)引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故漏電斷路器不會(huì)斷開(kāi)電源，B錯(cuò)誤；當(dāng)外接電網(wǎng)是恒定直流電源時(shí)，如果有人觸電仍會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故能正常工作，C錯(cuò)誤；在相同條件下，放大器繞在鐵芯上的線圈匝數(shù)越多，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，則能檢測(cè)到更微小的漏電，D正確。11．如圖甲所示，一個(gè)圓形線圈的匝數(shù)n＝100，線圈面積S＝200cm2，線圈的電阻r＝1Ω，線圈外接一個(gè)阻值R＝4Ω的電阻，把線圈放入一方向垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。下列說(shuō)法中正確的是()A．電阻R兩端的電壓保持不變B．初始時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為0.4WbC．線圈電阻r消耗的功率為4×10－4WD．前4s內(nèi)通過(guò)R的電荷量為4×10－4C解析：選AC根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，可知磁通量的變化率恒定，所以電動(dòng)勢(shì)恒定，則電阻兩端的電壓恒定，故A正確；初始時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量Φ＝BS＝0.2×200×10－4Wb＝0.004Wb，故B錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(ΔB·S,Δt)＝100×eq\f(0.4－0.2,4)×0.02V＝0.1V，由閉合電路歐姆定律，可知電路中的電流為I＝eq\f(E,r＋R)＝eq\f(0.1,1＋4)A＝0.02A，所以線圈電阻r消耗的功率P＝I2r＝0.022×1W＝4×10－4W，故C正確；前4s內(nèi)通過(guò)R的電荷量Q＝It＝0.02×4C＝0.08C，故D錯(cuò)誤。12．圖甲中的變壓器為理想變壓器，原線圈與副線圈的匝數(shù)之比n1∶n2＝10∶1，變壓器的原線圈接如圖乙所示的正弦式電壓，兩個(gè)20Ω的定值電阻串聯(lián)接在副線圈兩端，電壓表為理想電表。則()A．原線圈上電壓的有效值為100VB．原線圈上電壓的有效值約為70.7VC．交變電流的周期為50HzD．電壓表的讀數(shù)約為3.54V解析：選BD原線圈上電壓的最大值為100V，有效值約為70.7V，選項(xiàng)B正確A錯(cuò)誤。交變電流的周期為0.04s，頻率為25Hz，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。根據(jù)變壓器變壓公式，副線圈電壓為7.07V，電壓表的讀數(shù)約為3.54V，選項(xiàng)D正確。13．如圖所示電路中，電源電壓u＝311sin100πt(V)，A、B間接有“220V，440W”的電暖寶、“220V,220W”的抽油煙機(jī)、交流電壓表及保險(xiǎn)絲。下列說(shuō)法正確的是()A．交流電壓表的示數(shù)為311VB．電路要正常工作，保險(xiǎn)絲的額定電流不能小于3AC．電暖寶發(fā)熱功率是抽油煙機(jī)發(fā)熱功率的2倍D．1min抽油煙機(jī)消耗的電能為1.32×104J解析：選BD交流電壓表的示數(shù)為220V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。電暖寶中電流為2A，抽油煙機(jī)中電流為1A，電路要正常工作，保險(xiǎn)絲的額定電流不能小于3A，選項(xiàng)B正確。電暖寶發(fā)熱功率遠(yuǎn)大于抽油煙機(jī)發(fā)熱功率的2倍，1min抽油煙機(jī)消耗的電能為W＝Pt＝220×60J＝1.32×104J，選項(xiàng)C錯(cuò)誤D正確。14．如圖所示，L1、L2為水平面上足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌，左端連接定值電阻R＝0.5Ω，其間有足夠多等間隔反向分布的磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝0.5T，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面，每個(gè)磁場(chǎng)Ⅰ或Ⅱ的兩個(gè)直邊界的間距為L(zhǎng)＝0.4m，長(zhǎng)直邊界在Ox上，左右曲邊界恰好可以組合成相同的eq\f(1,2)周期的正弦曲線，其他邊界均為直線段。導(dǎo)體棒MN與兩導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌垂直，不計(jì)導(dǎo)體棒及導(dǎo)軌的電阻。當(dāng)導(dǎo)體棒從x＝0處沿導(dǎo)軌以速度v＝10m/s勻速向右滑動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．通過(guò)電阻R的是交變電流B．電阻R兩端電壓的最大值為4VC．通過(guò)電阻R的電流有效值為2eq\r(3)AD．導(dǎo)體棒從x＝0處運(yùn)動(dòng)到x＝1.2m處的過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量為7.2J解析：選AC當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)E＝BLv可知隨有效長(zhǎng)度L及磁場(chǎng)方向的變化會(huì)產(chǎn)生交變電流，選項(xiàng)A正確；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝BLmv＝2V，故電阻R兩端電壓的最大值為2V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)有效值的定義可知eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Um,\r(2))))2,R)×eq\f(1,2)＋eq\f(Um2,R)×eq\f(1,2)＝eq\f(U2,R)，解得U＝eq\r(3)V，通過(guò)電阻R的電流有效值為2eq\r(3)A，選項(xiàng)C正確；導(dǎo)體棒從x＝0處運(yùn)動(dòng)到x＝1.2m處的過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q＝eq\f(U2,R)·eq\f(x0,v)＝0.72J，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。二、實(shí)驗(yàn)題(共1小題，共8分)15．(8分)有一種測(cè)量壓力的電子秤，其原理圖如圖所示。E是內(nèi)阻不計(jì)、電動(dòng)勢(shì)為6V的電源。R0是一個(gè)阻值為300Ω的限流電阻。G是由理想電流表改裝成的指針式測(cè)力顯示器。R是一個(gè)壓敏電阻，其阻值可隨壓力大小變化而改變，其關(guān)系如下表所示。C是一個(gè)用來(lái)保護(hù)顯示器的電容器。秤臺(tái)的重力忽略不計(jì)。試分析：壓力F/N050100150200250300…電阻R/Ω300280260240220200180…(1)利用表中的數(shù)據(jù)可知電阻R隨壓力F變化的函數(shù)表達(dá)式為：________________。(2)若電容器的耐壓值為5V，則該電子秤的最大稱量值為_(kāi)_____N。(3)如果把電流表中電流的刻度變換成壓力刻度，則該測(cè)力顯示器的刻度是________的。(選填“均勻”或“不均勻”)解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可知k＝eq\f(ΔR,ΔF)＝eq\f(20Ω,50N)＝0.4Ω/N。所以電阻R隨壓力F變化的函數(shù)表達(dá)式為R＝(300－0.4F)Ω。(2)R上受到的壓力越大，R的阻值越小，電容器兩端電壓越大，但不能超過(guò)5V，所以eq\f(5V,6V)＝eq\f(R0,R0＋R)，解得R＝60Ω，又因?yàn)镽＝(300－0.4F)Ω，得出F＝600N。(3)電流表中的電流I＝eq\f(E,R0＋R)＝eq\f(E,600－0.4F)，電流I與壓力F不是線性關(guān)系，則該測(cè)力顯示器的刻度不均勻。答案：(1)R＝(300－0.4F)Ω(2)600(3)不均勻三、計(jì)算題(共4小題，共46分)16．(10分)水力發(fā)電具有防洪、防旱、減少污染等多項(xiàng)功能，是功在當(dāng)代，利在千秋的大事，現(xiàn)在水力發(fā)電已經(jīng)成為我國(guó)的重要能源之一。某河流水流量Q＝40m3/s，現(xiàn)在欲在此河段上筑壩安裝一臺(tái)發(fā)電功率為1000kW的發(fā)電機(jī)，采用高壓輸電，高壓輸電線的總電阻為5Ω，損耗占總功率的5%。(1)設(shè)發(fā)電機(jī)輸出電壓為500V，則所用理想升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比應(yīng)是多大；(2)若所用發(fā)電機(jī)總效率為50%，則攔河壩要建多高。(水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，設(shè)壩高與水位落差相等)解析：(1)根據(jù)輸電線上的功率損耗等于輸電線電阻的熱功率可得0.05P＝I22R，解得升壓變壓器副線圈的電流I2＝100A又P＝U1I1，解得原線圈的電流I1＝2000A根據(jù)升壓變壓器匝數(shù)和電流的關(guān)系得eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)＝eq\f(1,20)。(2)時(shí)間t內(nèi)通過(guò)發(fā)電機(jī)的水流體積V＝Qt，又m＝ρV由能量關(guān)系可得P＝eq\f(50%mgh,t)，聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)解得h＝5m。答案：(1)eq\f(1,20)(2)5m17．(12分)(2016·全國(guó)卷Ⅲ)如圖，兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面(紙面)內(nèi)，其左端接一阻值為R的電阻；一與導(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)軌上；在電阻、導(dǎo)軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域，區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B1＝kt，式中k為常量；在金屬棒右側(cè)還有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，區(qū)域左邊界MN(虛線)與導(dǎo)軌垂直，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，方向也垂直于紙面向里。某時(shí)刻，金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，在t0時(shí)刻恰好以速度v0越過(guò)MN，此后向右做勻速運(yùn)動(dòng)。金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好，它們的電阻均忽略不計(jì)。求：(1)在t＝0到t＝t0時(shí)間間隔內(nèi)，流過(guò)電阻的電荷量的絕對(duì)值；(2)在時(shí)刻t(t＞t0)穿過(guò)回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小。解析：(1)在金屬棒越過(guò)MN之前，t時(shí)刻穿過(guò)回路的磁通量為Φ＝ktS①設(shè)在從t時(shí)刻到t＋Δt的時(shí)間間隔內(nèi)，回路磁通量的變化量為ΔΦ，流過(guò)電阻R的電荷量為Δq。由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝eq\f(ΔΦ,Δt)②由歐姆定律有i＝eq\f(E,R)③由電流的定義有i＝eq\f(Δq,Δt)④聯(lián)立①②③④式得|Δq|＝eq\f(kS,R)Δt⑤由⑤式得，在t＝0到t＝t0的時(shí)間間隔內(nèi)，流過(guò)電阻R的電荷量q的絕對(duì)值為|q|＝eq\f(kt0S,R)。⑥(2)當(dāng)t＞t0時(shí)，金屬棒已越過(guò)MN。由于金屬棒在MN右側(cè)做勻速運(yùn)動(dòng)，有f＝F⑦式中，f是外加水平恒力，F(xiàn)是勻強(qiáng)磁場(chǎng)施加的安培力。設(shè)此時(shí)回路中的電流為I，F(xiàn)的大小為F＝B0Il⑧此時(shí)金屬棒與MN之間的距離為s＝v0(t－t0)⑨勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)回路的磁通量為Φ′＝B0ls⑩回路的總磁通量為Φt＝Φ＋Φ′?式中，Φ仍如①式所示。由①⑨⑩?式得，在時(shí)刻t(t＞t0)穿過(guò)回路的總磁通量為Φt＝B0lv0(t－t0)＋kSt?在t到t＋Δt的時(shí)間間隔內(nèi)，總磁通量的改變量為ΔΦt＝(B0lv0＋kS)Δt?由法拉第電磁感應(yīng)定律得，回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為Et＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔΦt,Δt)))?由歐姆定律有I＝eq\f(Et,R)?聯(lián)立⑦⑧???式得f＝(B0lv0＋kS)eq\f(B0l,R)。?答案：(1)eq\f(kt0S,R)(2)B0lv0(t－t0)＋kSt(B0lv0＋kS)eq\f(B0l,R)18．(12分)如圖所示，一匝數(shù)為N＝100的矩形線圈，面積S＝0.01m2，內(nèi)阻不計(jì)，繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)線圈經(jīng)過(guò)的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T，線圈通過(guò)一理想變壓器后，接一標(biāo)有“6V3W”字樣的燈泡L，變壓器原線圈的總匝數(shù)為n1＝200匝，b是原線圈的中心抽頭，副線圈的匝數(shù)為n2＝20匝。當(dāng)開(kāi)關(guān)S撥到b位置時(shí)，小燈泡恰好正常發(fā)光。(1)求此時(shí)電路中兩電表的讀數(shù)；(2)求線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω；(3)若將開(kāi)關(guān)S撥到a位置，并將一個(gè)理想二極管接到A、B之間，其他條件不變，則此時(shí)線圈提供的功率為多少？(假設(shè)小燈泡的電阻不隨溫度發(fā)生變化)解析：(1)由題意可知，副線圈兩端的電壓U2＝6V，副線圈中的電流為I2＝eq\f(P,U)＝0.5A由eq\f(U1,U2)＝eq\f(nb,n2)＝eq\f(n1,2n2)得電壓表的讀數(shù)U1＝30V由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,nb)＝eq\f(2n2,n1)得電流表的讀數(shù)I1＝0.1A。(2)由題意可知，線圈提供的電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝30eq\r(2)V由Em＝NBSω得ω＝15eq\r(2)rad/s。(3