2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步练习--期末学业水平检测

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2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步
期末学业水平检测
注意
事项　1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.传感器的应用十分广泛,以下关于传感器在生产生活中的实际应用,说法正确的是 (　　)
A.电梯能对超出负载作出“判断”,主要利用的是力传感器
B.宾馆的自动门能“感受”到人靠近而开启,主要利用的是声音传感器
C.检测汽车尾气排放是否符合标准,主要利用的是热传感器
D.红外测温枪向人体发射红外线,从而测量人体温度
2.下列关于电磁波谱的说法中,正确的是 (　　)
A.夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
B.验钞机验钞票真伪体现了红外线的荧光效应
C.利用雷达测出从发射微波脉冲到接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D.相同条件下,电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
3.
如图所示,一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间,铝框可以绕竖直的转轴自由转动,转动手柄使磁铁绕竖直的转轴旋转,观察到铝框会随之转动,对这个实验现象的描述和解释,下列说法中正确的是 (　　)
A.铝框的转动方向与蹄形磁铁的转动方向一定是相同的
B.铝框的转动快慢与蹄形磁铁的转动快慢总是一致的
C.铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时,铝框中的感应电流最大
D.铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时,铝框两个竖直边受到的安培力均为零
4.以下说法中,对甲、乙、丙、丁四幅图的描述错误的是 (　　)
A.如图甲所示,导体棒垂直于磁场方向运动,B、l、v两两垂直时,则电动势E=Blv
B.如图乙所示,导线的运动方向与导线本身垂直,与磁感线方向夹角为θ时,则电动势E=Blv sin θ
C.如图丙所示,线圈以恒定速度v从图示位置向上离开磁场过程中电动势逐渐变大
D.如图丁所示,导体棒平动切割磁感线产生的电动势为Blv
5.一交流发电机产生的感应电动势图像如图乙所示,该交流电通过一理想自耦变压器对一电阻供电,不计发电机内阻,则下列说法正确的是 (　　)
A.电压表示数为12 V
B.电阻中电流方向每秒钟改变100次
C.t=0.05 s时发电机线圈平面与磁场方向垂直
D.当自耦变压器滑片P向上滑动时,电阻消耗的功率减小
6.远距离输电线路简化如图所示,发电厂输出功率不变,变压器均为理想变压器,图中标示了电压和电流,其中输电线总电阻为R,则 (　　)
A.I2=
B.输电线上损失的电功率为
C.提高输送电压U2,则输电线中的电流I2增大
D.发电厂输出功率为U2I2
7.如图所示,匀强磁场的边界是两个同心圆,内圆的半径为r,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B,A是内侧边界上的一点。在圆心O处沿平行纸面方向射出一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,粒子速度方向与OA成60°角,粒子经磁场第一次偏转后刚好从A点射出磁场,不计粒子重力,则下列说法正确的是 (　　)
A.粒子一定带正电
B.粒子第一次在磁场中运动的时间为
C.粒子运动的速度大小为
D.磁场外边界圆的半径至少为r
8.水平面上半径为r的金属圆盘内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。圆盘绕轴以角速度ω匀速转动,转动方向如图所示。在两个电刷间接有阻值为R的电阻和板间距为d的平行板电容器,有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g,不计其他电阻和摩擦,下列说法正确的是 (　　)
A.电容器上极板的电势更高
B.微粒的电荷量与质量之比为
C.电阻消耗的电功率为
D.若加快圆盘转速,带电粒子会加速下降
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.在如图所示的空间直角坐标系所在的区域内,同时存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场。已知从坐标原点O沿x轴正方向射入的质子,穿过此区域时未发生偏转,则可以判断此区域中E和B的方向可能是(　　)
A.E和B都沿y轴的负方向
B.E和B都沿x轴的正方向
C.E沿y轴正方向,B沿z轴负方向
D.E沿z轴正方向,B沿y轴负方向
10.如图甲所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,图中电表均为理想电表,R、L和D分别是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、电感线圈和灯泡。原线圈接入如图乙所示的正弦式交变电压u,下列说法正确的是(　　)
A.电压u的频率为50 Hz
B.电压表的示数为22 V
C.有光照射R时,电流表的示数变大
D.抽出L中的铁芯,D灯变亮
11.如图所示,连接两平行金属板的导线的一部分CD与一有电源回路的一部分GH平行且均在纸面内,金属板置于磁场中,磁场方向垂直于纸面向里,当一束等离子体(含等量正、负电荷的气态离子群)射入两金属板之间时,CD段导线受到力F的作用,则 (　　)
A.若等离子体从右方射入,F向左
B.若等离子体从右方射入,F向右
C.若等离子体从左方射入,F向左
D.若等离子体从左方射入,F向右
12.如图所示,间距为L=0.1 m且足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面夹角为θ=30°,M、P两端接一阻值为R=0.1 Ω的定值电阻,质量为m=0.1 kg、电阻不计的金属棒ab垂直导轨放置且棒两端始终与导轨接触良好,导轨电阻不计。整个装置处在磁感应强度大小为B=1 T、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t=0时对金属棒施加一平行于导轨向上的拉力F,拉力F的功率恒为P=15 W,使金属棒由静止开始沿导轨向上运动,经过足够长时间,达到稳定状态后,下列说法正确的是 (　　)
A.导体棒运动的速度为10 m/s
B.单位时间内通过电阻R的电荷量为10 C
C.电阻R的热功率为15 W
D.拉力F的大小为10 N
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)小管同学用如图所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验,螺线管A、滑动变阻器、开关与电池相连构成回路,螺线管B与“0刻度线”在中间的灵敏电流计构成闭合回路,螺线管B套在螺线管A的外面。
(1)为了探究影响感应电流方向的因素,闭合开关后,通过不同的操作观察指针摆动情况,以下正确的有　　　。
A.断开与闭合开关时指针会偏向同一侧
B.闭合开关,待电路稳定后,如果滑动变阻器的滑片不移动,电流计指针不偏转
C.滑动变阻器的滑片匀速向左或匀速向右滑动,灵敏电流计指针都静止在中央
D.滑动变阻器的滑片向右加速移动和向右减速移动,都能使指针偏向同一侧
(2)图中,闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于最　　　端(选填“左”或“右”);在未断开开关,也未把A、B两螺线管和铁芯分开放置的情况下,直接拆除某螺线管处导线,可能由于自感现象突然被电击一下,则被电击可能是在拆除　　　(选填“A”或“B”)螺线管所在电路时发生的。
14.(8分)热敏电阻是温度传感器的核心元件,某热敏电阻说明书给出的阻值RT随温度T变化的曲线如图甲所示。现在有一课外活动小组利用所学知识来测量该金属热敏电阻随温度变化(低于100 ℃)的阻值,现提供实验器材,如下:
A.直流电源,电动势E=3 V,内阻不计
B.电压表,量程0~3 V,内阻约5 kΩ
C.电流表,量程0~0.3 A,内阻约10 Ω
D.滑动变阻器R1,最大阻值5 Ω
E.滑动变阻器R2,最大阻值2 kΩ
F.被测热敏电阻RT
G.开关、导线若干
(1)本实验采用如图乙的电路连接方式,滑动变阻器应选用　　　 (选填“ R1”或“R2”)。
(2)根据提供的实验器材,为较精确地测量热敏电阻的阻值,单刀双掷开关应置于　　　 (选填“1”或“2”)位置。
(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,此时电压表示数为0.8 V,对应的电流表示数(如图丙所示)为　　　A, 由此得此时热敏电阻的测量值为　　　 Ω(结果保留两位有效数字),其对应的温度为　　　 ℃。
15.(8分)如图甲所示为手摇发电机的实物模型,其工作原理可简化为如图乙所示,匀强磁场的磁感应强度大小为 T,矩形线圈的总电阻为0.3 Ω、匝数为50、面积为0.1 m2,可绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。将这台手摇发电机接在理想变压器的原线圈上,副线圈接有规格均为“220 V,110 W”的灯泡L1、L2,如图丙所示,现在匀速摇动发电机,使两灯泡均正常发光,已知理想变压器的原、副线圈匝数之比为1∶10,电压表为理想交流电表,其余电阻均不计。求:
(1)理想交流电压表的读数;
(2)手摇发电机匀速转动的角速度。
16.(10分)目前困扰5G发展的大难题之一是供电,5G基站单系统功耗为4 kW(基站用电器功率),信号覆盖半径约为100 m,而在4G时代,基站单系统功耗仅为1 kW,信号覆盖半径约为2 km。如图所示,某5G基站距离100 kV主供电线路一定距离,线路电阻为40 Ω,线路损耗功率占总功率的20%(变压器均视为理想变压器)。
(1)求输电线路中的电流;
(2)高压变压器原、副线圈的匝数比;
(3)深圳5G网络建设领跑全国,2020年底已实现全市5G网络信号全覆盖。已知深圳市面积约为2 000平方公里,试计算全市的5G基站运行一天将消耗约多少度电 (π取3)
17.(12分)如图所示,两根质量均为m,接入电阻均为R的金属棒P、Q放置在足够长的倾斜平行长直金属导轨MN和M'N'上,两导轨间距为L,倾角θ=30°,两金属棒与导轨间的动摩擦因数均为μ=,磁感应强度为B的匀强磁场与导轨平面垂直斜向上。金属棒Q通过不可伸长的轻绳跨过光滑的轻质定滑轮与质量为4m的重物相连,滑轮左侧轻绳与导轨平面平行,重物离地面足够高。初始时刻,两金属棒处于静止状态,细绳处于绷直状态,用外力使重物保持静止,现撤去外力,使重物下落,重物下落h时,金属棒P恰好相对斜面开始运动。金属棒与导轨始终接触良好,导轨电阻不计,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为g,试求:
(1)金属棒P恰好要运动时,金属棒Q的速度大小;
(2)重物从静止释放至下落h过程,金属棒P产生的焦耳热以及金属棒Q运动的时间;
(3)两金属棒最终的速度差值。
18.(16分)如图所示,ab边长为L的矩形abcd边界内存在匀强电场,其方向为由b指向a;两边界1、2平行且间距一定但未知,边界cd正好在边界1上,边界1、2之间存在匀强磁场,磁感应强度方向垂直纸面向里、大小为,电场边界和磁场边界在同一平面内。一质量为m、带正电的粒子(不计受到的重力)从a点以大小为v0的速度射入电场,经过电场偏转后,从c点垂直边界1射出电场,接着经过磁场偏转后到达d点,粒子在c点的动能与动量大小之比为;若仅减小匀强磁场的磁感应强度,使粒子不从边界2射出的磁感应强度的最小值与电场强度大小之比为。求:
(1)粒子在a点的速度方向与边界ad的夹角及粒子所带的电荷量;
(2)匀强电场的电场强度大小和磁场的边界1与边界2之间的距离;
(3)粒子正好不从边界2射出时,粒子从a点射入电场到从边界1射出磁场的运动时间。
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1.A 2.C 3.A 4.C 5.D 6.D
7.D 8.C 9.BC 10.ACD 11.AD 12.AB
1.A　通过压力传感器,可以使电梯判断是否超出负载,即电梯能对超出负载作出“判断”,主要利用的是力传感器,A正确;宾馆的自动门能“感受”到人靠近而开启,是因为安装了红外线传感器,从而能感知红外线,将门打开,B错误;检测汽车尾气排放是否符合标准,主要利用的是气体传感器,C错误;红外测温枪是通过接收人体向外辐射的红外线,从而测量人体温度,D错误。故选A。
2.C　热效应最强的是红外线,A错误;验钞机是利用了紫外线的荧光效应,B错误;电磁波测距就是利用发射脉冲和接收脉冲的时间间隔来确定的,C正确;波长越短越难发生衍射,电磁波谱中比X射线波长短的还有γ射线,D错误。
3.A　根据楞次定律可知,为阻碍磁通量变化,铝框应该减小与磁感线之间夹角的变化,随磁铁转动方向转动,但比磁铁转动速度要慢,A对,B错;铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时,磁通量变化率为零,铝框中的感应电流为零,C错;铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时,铝框产生的感应电流最大,两个竖直边均受到安培力,D错。
4.C　如题图甲所示,导体棒垂直于磁场方向运动,B、l、v两两垂直时,根据导体棒切割磁感线产生的感应电动势的计算公式可得产生的感应电动势为E=Blv,故A正确;如题图乙所示,导线的运动方向与导线本身垂直,与磁感线方向夹角为θ时,速度v在垂直于磁感线方向上的分速度为v sin θ,则电动势E=Blv sin θ,故B正确;如题图丙所示,线圈以恒定速度v从图示位置向上离开磁场过程中,有效切割长度先增大后减小,感应电动势先增大后减小,故C错误;如题图丁所示,导体棒平动切割磁感线时,导体棒垂直于磁场方向运动,B、l、v两两垂直,所以产生的电动势为Blv,故D正确。
5.D　电压表的示数为交流电压的有效值,则U= V=6 V,故A错误;交流电的周期为T=0.2　s,则频率为f==5　Hz,一个周期内电流方向改变2次,所以电阻中电流方向每秒钟改变10次,故B错误;t=0.05　s时,感应电动势最大,磁通量为零,此时发电机线圈平面与磁场方向平行,故C错误;当自耦变压器滑片P向上滑动时,根据=,可知U2减小,则R两端的电压减小,电流减小,电阻消耗的功率减小,故D正确。
6.D　由于输电线总电阻为R,输电线上有电压降,ΔU=U2-U3,根据欧姆定律得I2==,故A错误;输电线上的功率损失为ΔP==R,故B错误;根据理想变压器P1=P2=U2I2,知在电功率不变的情况下,U2增大,I2减小,故C错误;理想变压器原、副线圈电功率相等,U1I1=U2I2,故发电厂输出功率为U2I2,故D正确。
7.D　根据题意画出粒子在磁场中运动的轨迹如图,根据左手定则可以判断,粒子带负电,选项A错误;粒子第一次在磁场中运动的时间为t=T=,选项B错误;粒子在磁场中做圆周运动的半径R=r tan 30°=r,根据牛顿第二定律有qvB=m,解得v=,选项C错误;磁场外边界圆的半径至少为r'=R+=r,选项D正确。
8.C　根据右手定则可知感应电流指向圆盘中心,电路中电流沿逆时针方向,电容器下极板的电势更高,A错误;因为切割磁感线的有效长度为r,所以棒产生的感应电动势为E=Br=Br2ω,金属棒电阻不计,两极板间的电压等于金属棒产生的电动势,微粒静止时,重力等于电场力有q=mg,联立可得=,B错误;电阻消耗的电功率为P==,故C正确;根据平衡条件可知,带电微粒所受电场力方向竖直向上,若加快圆盘转速,则感应电动势增大,极板间电场强度变大,微粒所受电场力变大,重力不变,则带电微粒会加速上升,D错误。故选C。
9.BC　若E和B都沿y轴的负方向,则电场力沿y轴负方向,由左手定则知洛伦兹力沿z轴正方向,所以不可能平衡,质子不能沿直线运动,故A错误;E、B都沿x轴正方向时,电场力沿x轴正方向,质子不受洛伦兹力,质子能沿直线运动,所以B正确;若E沿y轴正方向,则电场力沿y轴正方向,B沿z轴负方向,则洛伦兹力沿y轴负方向,则当电场力等于洛伦兹力时,质子沿直线运动,选项C正确;若E沿z轴正方向,则电场力沿z轴正方向;B沿y轴负方向,则洛伦兹力沿z轴正方向,不可能平衡,质子不能沿直线运动,所以D错误。
10.ACD　原线圈接入如题图乙所示的交流电压,T=0.02 s,所以频率为f==50 Hz,故A正确。原线圈接入交流电压的最大值是220 V,所以原线圈接入电压的有效值是U=220 V,理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,所以副线圈两端电压是22 V,故电压表的示数为22 V,B错误。有光照射R时,R的阻值随光强增大而减小,故负载电阻减小,副线圈两端电压不变,得副线圈输出功率增大,所以原线圈输入功率增大,所以电流表的示数变大,故C正确。抽出L中的铁芯,线圈自感系数减小,电感线圈对电流的阻碍减小,所以D灯变亮,故D正确。
11.AD　右侧电路中的电流的方向为由G到H,等离子体是整体显电中性,内部含有等量的正、负电荷的气态离子群,当等离子体从右方射入时,由左手定则可以判断电容器的上极板带负电,下极板带正电,电流的方向为由D到C,电流的方向与电路中GH的电流的方向相反,两导线相互排斥,CD受到的作用力向左,故A正确,B错误;等离子体从左方射入时,由左手定则可以判断电容器的上极板带正电,下极板带负电,电流的方向为由C到D,电流的方向与电路中GH的电流的方向相同,所以CD受到的作用力向右,故C错误,D正确。
12.AB　金属棒达到稳定状态后,做匀速直线运动,受力平衡,则有F=mg sin θ+BIL,又P=Fv,I=,E=BLv,解得v=10 m/s,故A正确;由q=Δt,=,=,解得单位时间内通过电阻R的电荷量为q==ΔS==10 C,故B正确;由P热=I2R,I=,E=BLv,解得电阻R的热功率为P热=10 W,故C错误;力F的大小为F==1.5 N,故D错误。
13.答案　(1)BD(2分)　(2)左(2分)　A(2分)
解析　(1)断开与闭合开关时,螺线管B中磁通量变化情况相反,产生的感应电流方向相反,指针偏转方向相反,故A错误;闭合开关,待电路稳定后,如果滑动变阻器的滑片不移动,则螺线管A中的电流不变,穿过螺线管B的磁通量不变,感应电流为零,指针不偏转,故B正确;滑动变阻器的滑片匀速向左或匀速向右滑动,螺线管A中的电流变化,穿过螺线管B的磁通量变化,感应电流不为零,指针均将发生偏转,故C错误;滑动变阻器的滑片向右加速移动和向右减速移动,螺线管A中的电流都增大,穿过螺线管B的磁通量都增大,产生的感应电流方向相同,都能使指针偏向同一侧,故D正确。故选B、D。
(2)为了保护元件,闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于最左端。由题意可知可能是在拆除A螺线管所在电路的导线时,导致螺线管A中磁通量在一瞬间减小,从而产生了较大的自感电动势,使操作者被电击一下。
14.答案　(1)R1(2分)
(2)2(1分)
(3)0.200(2分)　4.0 (2分)　40(1分)
解析　(1)本实验采用如题图乙的电路连接方式,滑动变阻器应选用阻值较小的R1。
(2)因电压表的内阻远大于热敏电阻的阻值,则应该采用电流表外接电路,能较精确地测量热敏电阻的阻值,单刀双掷开关应置于2位置。
(3)接通开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,此时电压表示数为0.8 V,对应的电流表分度值为0.01 A,则示数为0.200 A, 由此得此时热敏电阻的测量值为RT== Ω=4.0 Ω;
由图像可知RT=RT0+kT,k= Ω/℃= Ω/℃,RT0= Ω
则RT=+T(Ω)
当RT=4.0 Ω时其对应的温度为T=40 ℃。
15.答案　(1)22 V　(2)10 rad/s
解析　(1)由题意可知副线圈两端电压为U2=220 V,根据理想变压器电压规律可得原线圈两端电压,即
理想交流电压表的读数为U1=U2=22 V(2分)
(2)副线圈中的电流为I2==1 A(1分)
根据理想变压器电流规律可得原线圈中的电流为
I1=I2=10 A(1分)
设手摇发电机匀速转动的角速度为ω,则产生的感应电动势的最大值为Em=NBSω (1分)
有效值为E=Em(1分)
根据闭合电路欧姆定律可得E-I1r=U1 (1分)
联立解得ω=10 rad/s(1分)
16.答案　(1)5 A　(2)100∶1　(3)8×106 kW·h
解析　(1)由题意可知,总功率为
P总===5 kW(1分)
线路损耗功率为
ΔP=20%P总=1 kW(1分)
由ΔP=I2R (1分)
解得I=5 A(1分)
(2)高压变压器副线圈两端的电压为
U2==1 000 V(1分)
由= (1分)
解得= (1分)
(3)需要的基站个数
N===×105个 (1分)
每个基站一天耗电量约为
E0=P总t=5 kW×24 h=120 kW·h(1分)
总耗电量约为
E=N·E0=8×106 kW·h(1分)
17.答案　(1)
(2)mgh-　+
(3)
解析　(1)金属棒P刚要运动时,对P有
F安=mg sin θ+μmg cos θ (1分)
而F安=BIL,I=,E=BLv (1分)
联立解得v= (1分)
(2)对两金属棒及重物组成的系统,由能量守恒得
4mgh=mgh sin θ+(m+4m)v2+Q+μmgh cos θ (2分)
金属棒P产生的焦耳热为
QP=Q=mgh-
对金属棒Q,由动量定理有
IT-mgt sin θ-μmgt cos θ-BLt=mv-0 (1分)
对重物,由动量定理有
4mgt-IT=4mv-0 (1分)
而q=t,=,=,ΔΦ=BLh (1分)
解得t=+ (1分)
(3)经分析,最终两金属棒与重物的加速度大小相等,设为a,对P,由牛顿第二定律得
F安'-mg sin θ-μmg cos θ=ma (1分)
对Q,由牛顿第二定律得
FT-F安'-mg sin θ-μmg cos θ=ma (1分)
对重物,由牛顿第二定律得
4mg-FT=4ma
又F安'=
解得Δv= (1分)
18.答案　(1)60°　　(2)L　(3)
解析　(1)设粒子在c点的速度大小为vc,粒子在a点的速度方向与边界ad的夹角为θ
由题意知粒子在c点的动能与动量大小之比为
则有= (1分)
根据匀变速曲线运动特征,粒子在ad方向以vc做匀速直线运动,把粒子在a点的速度分别沿ab和ad方向分解,则有v0 cos θ=vc (1分)
解得vc=,θ=60° (1分)
设粒子的电荷量为q,由题意和题图可知,粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径R0= (1分)
洛伦兹力提供向心力,有Bqvc= (1分)
解得q= (1分)
(2)设匀强电场的电场强度大小为E,粒子从a点到c点,由动能定理有-EqL=m-m (1分)
解得E=E0 (1分)
设使粒子不从边界2射出的磁感应强度的最小值为Bmin,边界1与边界2之间的距离为x
由题意知= (1分)
当粒子的运动轨迹正好与边界2相切时,轨迹的半径Rm=x (1分)
洛伦兹力提供向心力,有Bminqvc= (1分)
联立解得x=L,Rm=L (1分)
(3)粒子从a点到c点的运动时间tac= (1分)
粒子在磁场中的运动时间tcd= (1分)
粒子从a点到从边界1射出磁场的运动时间
t0=tac+tcd (1分)
解得t0= (1分)
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