2025人教版高中物理选择性必修第二册强化练习题（有解析）--期末学业水平检测

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2025人教版高中物理选择性必修第二册
期末学业水平检测
注意事项
1.全卷满分100分。考试用时90分钟。
2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。
3.本卷的考试范围:第一章~第五章
一、单项选择题(本大题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求)
1.磁传感器是将磁信号转变为电信号的仪器。如图所示,将探头放在磁场中,可以很方便地测量磁场的强弱和方向。探头可能是 (　　)
A.感应线圈　　　　B.热敏电阻　　　　C.霍尔元件　　　　D.干簧管
2.关于电磁波,下列说法正确的是 (　　)
A.电磁波和机械波的传播都需要介质
B.各种频率的电磁波在真空中传播的速度不同
C.遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率大
D.手机是人们生活中普遍使用的通信工具,它是利用电磁波进行通信的
3.我国新疆昌吉至安徽古泉新建了1 100 kV特高压直流输电工程。这是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的特高压输电工程。如图是交流特高压a和直流特高压输电b的年耗费与输电距离的对比图。下列说法正确的是 (　　)
A.“西电东送”直流高压输电不需要使用变压器
B.相同输电距离直流输电线路的感抗比交流输电的少
C.直流特高压输电的线路上没有电能的损耗
D.直流特高压输电在近距离输电上经济效益更高些
4.如图所示是电磁波发射电路中的LC振荡电路,某时刻电路中正形成图示方向的电流,此时电容器的上极板带负电,下极板带正电,则以下说法正确的是 (　　)
A.电容器中的电场向上且正在增强
B.线圈中的磁场向上且正在减弱
C.若在线圈中插入铁芯,则发射电磁波的频率变大
D.若增大电容器极板间的距离,则发射电磁波的波长变小
5.物理学中有很多关于圆盘的实验。第一个是法拉第圆盘,圆盘全部处于磁场区域,可绕中心轴转动,通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘,将一铜圆盘水平放置,圆盘可绕中心轴自由转动,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针。第三个是费曼圆盘,一块水平放置的绝缘体圆盘可绕过其中心的竖直轴自由转动,在圆盘的中部有一个线圈,圆盘的边缘固定着若干带负电的金属小球。以下说法正确的是 (　　)
A.法拉第圆盘在转动过程中(俯视,圆盘顺时针转动),虽然圆盘中磁通量不变,但会有自上而下的电流流过电阻R
B.阿拉果圆盘实验中,转动圆盘,小磁针会同向转动,反之,转动小磁针,圆盘则不动
C.费曼圆盘实验中,当开关闭合的一瞬间,圆盘会顺时针(俯视)转动
D.法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现
6.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,R0为定值电阻,R是滑动变阻器,原线圈两端的输入电压u=200 sin 100πt(V),设理想交流电压表V1、V2的示数分别是U1、U2,理想交流电流表A1、A2的示数分别是I1、I2。下列说法正确的是 (　　)
A.电压表V2的示数U2=10 V
B.滑片P向b端滑动过程中,U2不变,I1与I2都变大
C.滑片P向b端滑动过程中,R0两端的电压变小
D.通过原、副线圈的交变电流频率之比为10∶1
7.如图所示,1958年科学家发现地球周围近层宇宙空间的范艾伦辐射带,其中存在着高达几兆电子伏的电子以及高达几百兆电子伏的质子。质量为m的某科研卫星经过该区域想利用高能粒子发电,发电吸收板面积为S,假设每秒单位面积上有n个能量为E的粒子被吸收板捕捉,其中60%的能量被吸收并转化为电能,吸收板单位面积受到粒子平均作用力为F,以下说法正确的是 (　　)
A.粒子仅在地磁场的作用下动能不变
B.范艾伦辐射带的存在一定与地磁场无关
C.吸收板t时间内吸收高能粒子获得电能nSEt
D.吸收板t时间内的平均加速度为
8.如图所示,两条足够长、间距d=1 m的光滑平行金属导轨MN和PQ固定在水平面上,阻值R=2 Ω的定值电阻两端分别与导轨的M、P端相连,导轨电阻不计。空间中存在垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B=1 T的匀强磁场,质量m=0.1 kg、长度L=1 m、阻值不计的金属杆ab垂直于导轨放置并且始终与导轨接触良好。在杆ab的中点处系一根不可伸长的轻绳,轻绳跨过定滑轮与一个质量也为m的物块相连,滑轮左侧轻绳与导轨平面保持平行。某时刻释放物块,物块和金属杆从静止开始运动,当物块下落的高度h=2 m时,二者达到最大速度。不计空气阻力。从开始运动到达到最大速度的过程中,下列说法正确的是 (　　)
A.金属杆的平均速度大小为5 m/s
B.通过电阻R的电荷量为0.7 C
C.所用的时间为1.4 s
D.电阻R产生的热量为1.8 J
二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)
9.人体含水量约为70%,水中有钠离子、钾离子等离子存在,因此容易导电,脂肪则不容易导电。当人两手握住脂肪测量仪的两把手时,就可知道人体脂肪所占的比例。下列说法中正确的是 (　　)
A.脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
B.脂肪测量仪的工作原理是通过人体的电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
C.脂肪测量仪的工作原理是通过测量人体的体温来判断人体脂肪所占的比例
D.激烈运动之后,脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
10.芯片制造中的重要工序之一是离子注入,速度选择器是离子注入机的重要组成部分。如图所示,从离子源S发射出速度不同的各种离子,仅有部分离子沿平行于纸面的水平直线穿过速度选择器右侧挡板上的小孔,已知速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E、方向竖直向上,匀强磁场的方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B,速度选择器置于真空中,不计离子受到的重力。下列说法正确的是 (　　)
A.穿过小孔的离子一定带正电荷
B.穿过小孔的离子的速度大小一定为
C.穿过小孔的离子的比荷一定相同
D.若离子受到的重力不能忽略,则从小孔穿过的负离子的速度大于正离子的速度
11.某同学用如图所示的电路研究远距离输电。已知B1为升压变压器,匝数比为1∶n,B2为降压变压器,匝数比为n∶1,4个定值电阻R的阻值均为10 Ω,L1、L2均为“5 V　4 W”的灯泡。当A、B端接入6 V的正弦交流电时,灯泡L2正常发光。两个变压器均可视为理想变压器,两个电流表A1、A2可视为理想电表,导线电阻不计。下列说法正确的是 (　　)
A.电流表A1的示数小于电流表A2的示数
B.灯泡L2比灯泡L1亮
C.n=2
D.n=4
12.如图所示,在平面直角坐标系xOy内,以坐标原点O为圆心、半径为R的圆形区域内存在垂直于坐标平面的匀强磁场(图中未画出),磁场区域外右侧有宽度为R的粒子源,M、N为粒子源两端点,M、N连线垂直于x轴,粒子源中点P位于x轴上,粒子源持续沿x轴负方向发射质量为m、电荷量为q(q>0)、速率为v的粒子。已知从粒子源中点P发出的粒子,经过磁场区域后,恰能从圆与y轴负半轴的交点Q处沿y轴负方向射出磁场,不计粒子重力及粒子间相互作用力,则 (　　)
A.带电粒子在磁场中运动的半径为R
B.匀强磁场的磁感应强度大小为
C.在磁场中运动的带电粒子路程最长为
D.带电粒子在磁场中运动的时间最短为
三、非选择题(本大题共6小题,共60分)
13.(6分)如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻,R0是定值电阻,日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,G、H接入电路,太阳能电池板给蓄电池充电,光线不足时,衔铁被弹簧拉起,与E、F接入电路,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起。请回答以下问题:
(1)该光敏电阻阻值随光照强度增大而　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)在使用中,发现路灯在夜晚亮起偏迟,清晨灭灯偏早。你认为可采取什么措施改进该电路。(写两条措施)　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　。
14.(8分)在“探究变压器原、副线圈两端的电压和匝数的关系”实验中,可拆变压器结构如图甲所示。
　
(1)变压器的铁芯常用的结构和材料是　　　　。(填字母)
A.整块硅钢铁芯
B.整块不锈钢铁芯
C.绝缘的铜片叠成
D.绝缘的硅钢片叠成
(2)用匝数na=400匝和nb=800匝的变压器,实验测量数据如表:
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根据测量数据可判断原线圈匝数为　　　　匝。(填“400”或“800”)
(3)图乙为某电学仪器原理图,左侧虚线框内的交流电源与串联的定值电阻R0可等效为该电学仪器电压输出部分,该部分与一理想变压器的原线圈连接;一可变电阻R与该变压器的副线圈连接,原、副线圈的匝数分别为n1、n2,在交流电源的电压有效值U0不变的情况下,调节可变电阻R的过程中,当=　　　　时,R获得的功率最大。
15.(8分)如图甲所示,固定的两光滑导体圆环相距1 m,圆环通过导线与灯泡(额定电压为6 V)及电源相连,电源的电动势E=12 V,内阻r1=1.0 Ω。在两圆环上放置一导体棒,导体棒质量为0.06 kg,接入电路的电阻r2=2.0 Ω,圆环电阻不计,匀强磁场竖直向上。开关S闭合后,灯泡恰好正常发光,导体棒可以静止在圆环上某位置,该位置对应的半径与水平方向的夹角为θ=37°,如图乙所示,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求此时:
(1)每个圆环对导体棒的支持力的大小FN;
(2)匀强磁场的磁感应强度大小。
16.(10分)如图,导体棒OM受外力作用在圆形金属轨道所围磁场中绕端点O以角速度ω=100π rad/s,沿逆时针匀速转动。磁场区域的半径为a=1.0 m,第一和第三象限的磁感应强度大小为B1= T,第二和第四象限的磁感应强度大小为B2= T,磁场均垂直于轨道平面,方向如图,导体棒两端分别与圆心O和金属导轨良好接触,接入电路中的电阻为R1=10 Ω,外电路电阻R2=40 Ω,电阻R2与圆心O和导轨上的N点连接,不计一切摩擦。求:
(1)图中所示时刻导体棒O、M两点之间的电势差UOM;(M为此时导轨上的接触点)
(2)若从导体棒刚进入第一象限开始计时,规定R2中电流向右为正方向,画出导体棒转动一周的过程中,外电路电阻R2中电流i随时间t变化的图像;
(3)图中理想电流表的示数(结果保留1位小数)。
17.(14分)如图,在棱长为L的正方体区域的右侧面,以中心O为原点建立直角坐标系xOy,x轴平行于正方体底面。该正方体区域内加有方向均沿x轴正方向、电场强度大小为E的匀强电场和磁感应强度大小为B的匀强磁场,若电荷量为q、质量为m的正离子以某一速度正对O点并垂直右侧面射入该区域,则正离子在电磁场作用下发生偏转。
(1)若正离子从右侧面坐标为(x0,y0)的P点射出,求正离子通过该区域过程的动能增量;
(2)若撤去电场只保留磁场,试判断入射速度v=的正离子能否从右侧面射出。
①若能,求出射点坐标;若不能,请说明理由。
②求出正离子在磁场中运动的时间。
18.(14分)如图所示的xOy坐标系中,y轴的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=1 T,y轴的左侧存在沿x轴正方向的匀强电场。P点为x轴上的点,OP=20 cm,一电荷量为q=1.0×10-7 C、质量为m=1.0×10-8 kg的带正电粒子由P点沿x轴正方向射入磁场,经过一段时间粒子通过y轴进入电场,速度方向与y轴的负方向成α=30°角,粒子在电场中垂直x轴经过Q点。忽略粒子的重力,求:
(1)粒子最初射入磁场的初速度大小以及电场强度E的大小;
(2)粒子从开始运动到第三次经过y轴的时间。
答案全解全析
1.C　将探头放在磁场中,可以很方便地测量磁场的强弱和方向,将磁信号转变为电信号,所以探头可能是霍尔元件。故选C。
2.D　机械波的传播需要介质,电磁波的传播不需要介质,A错误;各种频率的电磁波在真空中传播的速度相同,B错误;遥控器发出的红外线的频率比医院CT中的X射线的频率小,C错误;手机是利用电磁波进行通信的,D正确。故选D。
3.B　要想改变电压,采用高压输电,必须要使用变压器,故A错误;感抗大小与交流电的频率有关,则相同输电距离直流输电线路的感抗比交流输电的少,故B正确;因输电线有电阻,则直流特高压输电的线路上仍有电能的损耗,故C错误;由图可知,直流特高压输电在近距离输电上年消耗较大,经济效益更低些,故D错误。
4.D　由图可知电流由电容器带正电极板流向带负电极板,此时电容器正在放电,电容器中的电场向上且正在减弱,电场能减小,磁场能增大,根据右手螺旋定则可知,线圈中的磁场向上且正在增强,故A、B错误。若在线圈中插入铁芯,则自感系数L变大,根据f=可知发射电磁波的频率变小,故C错误。若增大电容器极板间的距离,则电容C减小,根据f=可知发射电磁波的频率变大,根据c=λf可知发射电磁波的波长变小,故D正确。故选D。
5.C　法拉第圆盘在转动过程中(俯视,圆盘顺时针转动),虽然圆盘中磁通量不变,但可认为是每条半径切割磁感线,由右手定则可知,会有自下而上的电流流过电阻R,故A错误;阿拉果圆盘实验中,转动圆盘或小磁针,都产生感应电流,因安培力的作用,另一个物体也会跟着同向转动,故B错误;费曼圆盘实验中,线圈接通电源瞬间,变化的磁场产生感生电场,从而导致带电小球受到电场力,使其转动,根据电磁场理论可知,开关闭合瞬间产生逆时针方向的电场(俯视),负电荷受到的电场力与电场方向相反,则有顺时针方向的电场力,圆盘会顺时针(俯视)转动,故C正确;如果磁场相对于导体运动,在导体中会产生感应电流,感应电流使导体受到安培力的作用,安培力使导体运动起来,这种作用就是电磁驱动,显然法拉第圆盘实验中机械能转化为电能,并不是电磁驱动,故D错误。故选C。
6.B　由u=200 sin 100πt(V)可知输入电压有效值U1= V=100 V,由=,可得U2=×100 V=5 V,故A错误;滑片P向b端滑动过程中,副线圈负载电阻减小,电压由原线圈输入电压决定,U1不变,所以U2不变,则I2变大,由理想变压器输入功率等于输出功率I1U1=I2U2,得I1=,I1变大,故B正确;由B项可知,滑片P向b端滑动过程中,I2变大,R0两端的电压=I2R0变大,故C错误;变压器不改变交变电流的频率,通过原、副线圈的交变电流频率之比为1∶1,故D错误。
7.A　地磁场对粒子有洛伦兹力作用,洛伦兹力对粒子不做功,则粒子仅在地磁场的作用下动能不变,故A正确;地磁场对范艾伦辐射带有力的作用,则范艾伦辐射带的存在一定与地磁场有关,故B错误;吸收板t时间内吸收高能粒子获得电能60%nSEt,故C错误;根据牛顿第二定律有FS=ma,所以吸收板t时间内的平均加速度为a=,故D错误。选A。
8.C
思路点拨　(1)“二者达到最大速度”此时二者加速度为0,受力平衡。
(2)金属杆切割磁感线做变加速运动过程,求运动时间可用动量定理。
通过电阻R的电荷量q=t=t==1 C,故B错误;金属杆达到最大速度vm时加速度为0,有mg=ImLB,Im=,可得vm==2 m/s,取金属杆和物块整体作为研究对象,由动量定理得mgt-LB·t=2mvm-0,解得t==1.4 s,故C正确;平均速度为== m/s= m/s,故A错误;由能量守恒定律得mgh=×2m+Q,解得Q=mgh-m=1.6 J,故D错误。故选C。
易错警示　本题容易误将绳的拉力大小看作等于物块重力。实际上金属杆从静止开始加速运动,所受安培力不断增大,所以金属杆做加速度减小的加速运动。轻绳拉力在金属杆和物块做变速运动过程中不等于物块重力。本题取金属杆和物块整体作为研究对象分析比较方便。
9.BD　人体内水和脂肪导电性不同,可以通过测量人体电阻的办法来计算人体脂肪率,故A、C错误,B正确;激烈运动之后,人体内含水量和钠、钾等无机盐会有一部分流失,人体脂肪所占比例会发生变化,人体的电阻大小变化,所以测量数据会不准确,故D正确。故选B、D。
10.BD　假设离子带正电,根据左手定则可知,离子受到的洛伦兹力竖直向下,与其受到的电场力平衡时,离子可沿平行于纸面的水平直线穿过小孔,即qvB=qE,可得离子的速度大小v=,若离子带负电,其受到的洛伦兹力竖直向上,受到的电场力竖直向下,仍可能受力平衡,故B正确,A错误;穿过小孔的离子速度大小一定相等,但其电荷量和质量均未知且未被限定,故C错误;若离子受到的重力不能忽略,正离子受力平衡时,有mg+qvB=qE,负离子受力平衡时,有qvB=qE+mg,则从小孔穿过的负离子的速度大于正离子的速度,故D正确。
11.BD　灯泡L2正常发光,可知变压器B2副线圈两端电压为5 V,电流为IL2=0.8 A,根据理想变压器电压、电流与匝数的关系可知,变压器B2原线圈两端电压为5n V,电流为 A;变压器B1副线圈两端电压为6n V,则6n V-5n V=×2R,解得n=4,选项C错误,D正确;灯泡电阻为RL== Ω=6.25 Ω,电流表A1的示数为I1== A≈0.23 A,电流表A2的示数为I2= A=0.2 A,则电流表A1的示数大于电流表A2的示数,选项A错误;因IL1=I1=0.23 A12.AC
模型构建　本题中,粒子轨迹半径与磁场区域圆半径相等,属于磁聚焦模型,适用“平进点出”规律。
从粒子源中点P发出的粒子,在磁场中的轨迹如图所示。
由几何知识可知带电粒子在磁场中运动的半径为R,故A正确;根据牛顿第二定律有qvB=m,解得B=,B错误;从M点发出的粒子在磁场中的轨迹如图所示,此时轨迹最长
由几何知识可知四边形O2DOQ为菱形,则∠QO2D=120°,则在磁场中运动的带电粒子路程最长为l=×2πR=,C正确;从N点发出的粒子在磁场中运动时间最短,轨迹如图所示。
可知四边形OBO3Q为菱形,则∠QO3B=60°,可知此时粒子在磁场中运动时间t=×=,D错误。故选A、C。
13.答案　(1)减小(2分)　(2)将R0阻值调大些,或减少线圈匝数,或更换劲度系数更大的弹簧(其他合理措施也给分)(4分)
解析　(1)日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,可知控制电路中电流增大了,根据闭合电路欧姆定律,可知控制电路中电阻变小了,因此该光敏电阻阻值随光照强度增大而减小。
(2)发现路灯在夜晚亮起偏迟,清晨灭灯偏早,则应在相同光照下减小控制电路中的电流或者减少线圈匝数(减小继电器的吸引力),或者增大弹簧弹力,则可以将R0阻值调大些或减少线圈匝数或更换劲度系数更大的弹簧。
14.答案　(1)D(2分)　(2)800(3分)　(3)(3分)　
解析　(1)为减小涡流,变压器的铁芯常采用绝缘的硅钢片叠成,故选D。
(2)观察发现,Ua总是略小于Ub的一半,考虑变压器不是理想变压器,有漏磁及发热现象,故Ub是原线圈两端电压,则原线圈匝数为800匝。
(3)将变压器与可变电阻R等效为一个纯电阻,等效电阻为R等====R,理想变压器无功率损耗,则等效电阻R等消耗的功率等于可变电阻R消耗的功率,则有P=R等=,根据数学知识可知,当等效电阻R等与定值电阻R0阻值相等时,R等消耗功率最大,即R消耗的功率最大,则有R等=R0,联立上述公式解得=。
15.答案　(1)0.5 N　(2)0.4 T
解析　(1)导体棒受安培力、重力、两个圆环对它的支持力,导体棒静止,受力如图所示:
由平衡条件得=sin θ (2分)
代入数据解得FN总=1 N(1分)
每个圆环对导体棒的支持力大小为FN=FN总=0.5 N(1分)
(2)由闭合电路欧姆定律可得E=UL+I(r1+r2) (1分)
由安培力公式得F安=BIL (1分)
由平衡条件得mg=F安 tan θ (1分)
联立各式并代入数据,解得B=0.4 T(1分)
16.答案　(1)24 V　(2)图见解析　(3)1.2 A
解析　(1)图示时刻,根据法拉第电磁感应定律得E1=B1ωa2=30 V(1分)
O、M两点之间的电势差UOM=E1=24 V(1分)
(2)若从导体棒刚进入第一象限开始计时,规定R2中电流向右为正方向,则
I1==0.6 A,R2中电流向左 (1分)
E2=B2ωa2=80 V(1分)
I2==1.6 A,R2中电流向右 (1分)
外电路电阻R2中电流i随时间t变化的图像如图
　　　　　　　　 (2分)
(3)根据有效值的定义可得R2+R2=I2R2T (2分)
解得电流表的示数I≈1.2 A(1分)
17.答案　(1)Eqx0　(2)①能　　②
解析　(1)由于洛伦兹力不做功,则正离子通过该区域过程的动能增量为ΔEk=Eqx0 (2分)
(2)①正离子在磁场中做匀速圆周运动,有Bqv=m (1分)
解得r==L (1分)
因为正离子轨迹半径大于L,能从右侧面射出, (1分)
轨迹如图所示,根据几何关系有(r-y1)2+L2=r2 (2分)
解得y1=L (1分)
所以出射点坐标为 (1分)
②设正离子在磁场中轨迹对应的圆心角为α
由几何关系有sin α== (1分)
解得α=37° (1分)
由Bqv=m,T=,可得T= (1分)
正离子在磁场中运动的时间为t=T (1分)
解得t= (1分)
18.答案　(1)4 m/s　 V/m　(2) s
解析　(1)根据题意,作出粒子的运动轨迹如图所示。
由几何关系有R cos 30°=20 cm(1分)
解得粒子在磁场中的运动半径R=0.4 m(1分)
设粒子最初射入磁场的初速度大小为v,根据洛伦兹力提供向心力有qvB=m (1分)
解得v==4 m/s(1分)
粒子从进入电场到垂直x轴经过Q点,其逆运动是类平抛运动,逆向分析,设所用时间为t2,
沿y轴方向做匀速直线运动,有R+R sin 30°=v cos 30°·t2 (1分)
沿x轴方向有v sin 30°=at2 (1分)
其中a= (1分)
解得t2= s, (1分)
E= V/m(1分)
(2)粒子在磁场中运动的周期T== s(1分)
粒子进入电场前在磁场中转过的角度是240°,运动时间t1=T=T= s(1分)
粒子在电场中运动的时间为2t2= s(1分)
粒子再次进入磁场后转过的角度为300°,所用时间t3=T=T= s(1分)
粒子从开始运动到第三次经过y轴所用的时间t=t1+2t2+t3= s(1分)
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