期末综合复习练习（三）-2020_2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修二（word含答案）

2020~2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修二期末综合复习练习（三）
一、单选题
1．我国第一艘航母“辽宁舰”交接入列后，歼—15飞机顺利完成了起降飞行训练，图为一架歼—15飞机刚着舰时的情景。已知该飞机机身长为l，机翼两端点C、D的距离为d，某次在我国近海海域训练中飞机降落时的速度沿水平方向，大小为v，该空间地磁场磁感应强度的水平分量为Bx，竖直分量为By。C、D两点间的电势差为U，下列分析正确的是（　　）
A．U=Bxlv，C点电势低于D点电势
B．U=Bxdv，C点电势高于D点电势
C．U=Bylv，C点电势低于D点电势
D．U=Bydv，C点电势高于D点电势
2．如图所示，有一带铁芯的线圈，a、c是线圈两端，b为中间抽头，把a、b两点接入一平行金属导轨，在导轨上横放一金属棒，导轨间有如图所示的匀强磁场，要使a、c两点的电势都低于b点，则金属棒沿导轨的运动情况可能是
A．向左做匀加速直线运动 B．向左做匀减速直线运动
C．向右做匀加速直线运动 D．向右做匀减速直线运动
3．如图所示，相距为d的两水平直线false和false分别是水平向里的匀强磁场的上、下边界，磁场的磁感应强度为B，正方形线框abcd边长为L（LA．线框一直都有感应电流
B．线框一定有减速运动的过程
C．线框不可能有匀速运动的过程
D．线框产生的总热量为false
4．如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈。工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向（左视图）均匀增大的电流，则下列说法正确的是（电流方向判断均从门的左测观察）（　　）
A．无金属片通过时，接收线圈中不产生感应电流
B．无金属片通过时，接收线圈中产生顺时针方向的感应电流
C．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针，且感应电流大小比无金属片通过时要小
D．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针，且感应电流大小比无金属片通过时要大
5．在图示的电路中，闭合开关S瞬间与稳定后再断开瞬间，通过灯R的电流方向是（　　）
A．一直是由a到b
B．先是由a到b，后是由b到a
C．先是由a到b，后无电流
D．无法判断
6．如图所示，A1和A2是两个规格完全相同的灯泡，A1与自感线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻串联后接到电路中。先闭合开关S，缓慢调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R1，使两个灯泡都正常发光，然后断开开关S。对于这个电路，下列说法中正确的是（　　）
A．再闭合开关S时，A1先亮，A2后亮
B．再闭合开关S时，A1和A2同时亮
C．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A2先亮一下，过一会儿熄灭
D．再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A1和A2都要过一会才熄灭
三、填空题
7．水平面中的平行导轨P、Q相距L，它们的右端与电容为C的电容器的两块极板分别相连如图9-9所示，直导线ab 放在P、Q上与导轨垂直相交，磁感应强度为B的匀强磁场竖直向下穿过导轨面．若发现与导轨P相连的电容器极板上带负电荷，则ab向_______沿导轨滑动；如电容器的带电荷量为Q，则ab滑动的速度v =_____________.
8．如图所示，水平放置的两平行金属导轨间距为0.5m，其上垂直于导轨放置质量为0.05kg的直金属棒，整个装置放在方向跟导轨平行的匀强磁场中，当闭合开关S时，金属棒中的电流为2.0A时，它对轨道的压力恰好为零，取false，则金属棒所受到的安培力大小为_____N，匀强磁场的磁感应强度大小为___T。
四、解答题
9．如图所示，两根竖直放置的平行光滑金属导轨，上端接阻值R＝3 Ω的定值电阻．水平虚线A1、A2间有与导轨平面垂直的匀强磁场B，磁场区域的高度为d＝0.3 m．导体棒a的质量ma＝0.2 kg，电阻Ra＝3 Ω；导体棒b的质量mb＝0.1 kg，电阻Rb＝6 Ω.它们分别从图中P、Q处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑动，且都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时a正好进入磁场．设重力加速度为g＝10 m/s2，不计a、b之间的作用，整个过程中a、b棒始终与金属导轨接触良好，导轨电阻忽略不计．求：
(1)在整个过程中，a、b两棒克服安培力做的功分别是多少；
(2)a、b棒进入磁场的速度大小；
(3)分别求出P点和Q点距A1的高度．
10．竖直平面内存在有界的磁场如图所示，磁场的上边界MN和下边界PQ与水平轴x平行，且间距均为4L；在y＞0区域，磁场垂直纸面向里，y＜0区域磁场垂直纸面向外；沿同一水平面内磁感应强度相同，沿竖直方向磁感应强度满足B＝ky（k为已知常量，﹣4L≤y≤4L）。现有一个质量为m、电阻为R、边长为L的正方形线圈abcd；t＝0时，线圈在上边框ab与磁场上边界MN重合位置从静止开始释放，线圈下边框cd到达x轴前已达到稳定速度。不计空气阻力，重力加速度为g，试求
（1）线圈下边框cd达到x轴时的速度v；
（2）线圈开始释放到下边框cd与x轴重合时经过的时间t；
（3）线圈开始释放到线圈下边框cd与磁场下边界PQ重合的过程产生的焦耳热Q。
11．如图甲，平行固定在水平面上的两足够长光滑导轨MN、PQ相距为L，M、P两端连接一阻值为R的电阻。金属棒ab垂直于导轨放置且接触良好，与导轨最左端的距离为d，并通过水平细线跨过滑轮与物体A相连，棒ab两端的右侧各有一个自动控制的支柱E、F挡住棒ab，当支柱受到棒的压力为零时，会自动撤去。t=0时刻起，垂直于导轨平面向上的匀强磁场按图乙的规律变化，当磁感应强度从0增加到B0时棒恰好开始运动，此后磁感应强度保持不变，并测得棒ab开始运动到最大速度的过程中，流过电阻R的电量为q。已知棒ab、物体A质量均为m，重力加速度为g，不计除R外其余部分的电阻、一切摩擦以及细线和滑轮的质量。求：
(1)棒ab刚开始运动的时刻t0；
(2)棒ab运动过程中的最大速度v的大小；
(3)棒ab从开始运动到最大速度的过程中电阻R上产生的焦耳热Q。
12．如图所示，直导线ab与固定的电阻器R连成闭合电路，ab长0.40m，在磁感应强度是0.60T的匀强磁场中以5.0m/s的速度向右做切割磁感线的运动，运动方向跟ab导线垂直。
求：（1）这时直导线ab产生的感应电动势的大小是多少？
（2）直导线ab中的感应电流的方向。
13．如图所示，相距为false的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为false，上端接有阻值为false的电阻，虚线false以下有垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为false，将一根金属棒从false上方false处由静止释放，金属棒进入磁场后再运动距离false开始匀速滑下，已知金属棒的质量为false，阻值也为false，导轨电阻不计，重力加速度为false，求：
（1）金属棒刚进入磁场时，流过电阻false的电流大小；
（2）金属棒匀速运动时的速度大小；
（3）金属棒从静止到刚开始匀速下滑的过程中，金属棒上产生的热量。
14．如图甲所示为发电机的简化模型，固定于绝缘水平桌面上的金属导轨，处在方向竖直向下的匀强磁场中，导体棒ab在水平向右的拉力F作用下，以水平速度v沿金属导轨向右做匀速直线运动，导体棒ab始终与金属导轨形成闭合回路．已知导体棒ab的长度恰好等于平行导轨间距l，磁场的磁感应强度大小为B，忽略摩擦阻力．
(1)求导体棒ab运动过程中产生的感应电动势E和感应电流I；
(2)从微观角度看，导体棒切割磁感线产生感应电动势是由于导体内部的自由电荷受到沿棒方向的洛伦兹力做功而产生的．如图乙(甲图中导体棒ab)所示，为了方便，可认为导体棒ab中的自由电荷为正电荷，每个自由电荷的电荷量为q，设导体棒ab中总共有N个自由电荷．
a.求自由电荷沿导体棒定向移动的速率u；
b.请分别从宏观和微观两个角度，推导非静电力做功的功率等于拉力做功的功率．
15．如图所示，质量为m=0.36kg，边长为L=0.5m的正方形金属线框abcd从磁场上方某一高度自由下落，线框进入磁场后先减速后匀速．当bc边刚进入磁场时，线框的加速度大小为false，线框完全在磁场中运动的时间为t=0.1s，已知匀强磁场的宽度d=0.75m，正方形线框由均匀材料制成，总电阻为R=0.2Ω，重力加速度false，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度；
（2）开始下落时，bc边距离磁场上边界的高度；
（3）整个线框穿出磁场过程产生的焦耳热．
16．图所示，一根长度为L、质量为m的导体棒放在水平导轨上，导体棒与导轨垂直，导体棒中通以大小为I的电流。匀强磁场的磁感应强度为B，B的方向垂直于导体棒与竖直方向成θ角，导体棒刚好保持静止。求导体棒与导轨间的摩擦因数。（已知重力加速度为）
参考答案
1．D
【详解】
歼—15飞机在北半球的上空以速度v水平飞行，切割磁感应强度的竖直分量，切割的长度等于机翼的长度，所以
U=Bydv
北半球的磁感应强度的竖直分量是向下的，根据右手定则，感应电动势的方向D指向C，所以C点的电势高于D点的电势；故D正确，ABC错误。
故选D。
2．B
【详解】
要使c点的电势都低于b点，线圈中产生感应电动势c相当于电源的负极，a端相当电源的正极，由于线圈中的电流从b端进、a端出，根据楞次定律判断可知，线圈的电流应减小，则由false ，可知，金属棒应做减速运动，故要使a、c两点的电势都低于b点，金属棒沿导轨可能向左做匀减速直线运动。故B正确。
故选B。
【名师点睛】
本题是两次电磁感应的问题，根据右手定则和楞次定律分析感应电流的方向，由法拉第电磁感应定律和欧姆定律结合分析感应电流大小的变化情况，来确定金属棒的运动情况。
3．B
【详解】
A．线框完全在磁场中运动时，磁通量不变，没有感应电流产生，A错误；
BC．线框进入磁场的过程，由于无法判断安培力与重力的关系，所以线框可能做匀速运动、加速运动和减速运动，完全在磁场中时，不受安培力，做匀加速运动，由于ab边进入磁场时速度和cd边刚穿出磁场时速度都是false，则线框出磁场过程一定有减速运动，B正确C错误；
D．ab边进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程，动能变化量为零，故根据能量守恒定律得：
false，
D错误。
故选B。
4．C
【详解】
AB. 根据楞次定律，无金属片通过时，接收线圈中产生逆时针方向的感应电流，AB错误；
CD. 有金属片通过时，根据楞次定律，金属片和接收线圈中都产生逆时针的感应电流，由于金属片中的产生的感应电流与通电线圈中的电流方向相反，二者在接收线圈处的磁场方向相反，使得接收线圈处的合磁场减弱，磁通量变化率减小，所以接收感应电流大小比无金属片通过时要小，C正确，D错误。
故选C。
5．B
【详解】
开关S闭合瞬间，通过灯R的电流方向是由a到b，稳定后再断开开关S瞬间，由于线圈自感产生一个与原电流方向相同的自感电动势，所以线圈此时相当于一个电源，与灯R构成放电电路，因此此时通过灯R的电流方向是由b到a。
故选B。
6．D
【详解】
AB．再闭合开关S时，A2立刻导通，从而发光，电感L有阻碍电流变化的作用，A1在电感L的作用下，缓缓发光，故A错误，B错误；
CD．重新断开S后，A1、A2、电感L及滑动电阻器R组成一个回路，并且稳定时两灯都正常发光，电流相等，由于电感的作用，在断开S后，该回路仍有电流通过，所以两灯泡都要过一会才熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
7．左 false
【解析】
由题意可知，电容器极板上带负电荷，因此因棒的切割，从而产生由a到b的感应电流，根据右手定则可知，只有当棒向左滑动时，才会产生由a到b的感应电流；根据电容器的电容公式Q=CU，可得：false，而棒切割磁感线产生感应电动势大小为：false，此时U=E，所以ab滑动的速度为：false.
8．0.5 0.5
【详解】
[1]导体棒对轨道压力为零，说明导体棒所受重力与安培等大反向，则
false
[2]根据安培力的表达式false可知磁感应强度
false
9．(1)0.6J，0.3J (2)4m/s，3m/s (3)0.8m，0.45m
【详解】
（1）导体棒只有通过磁场时才受到安培力，因两棒均匀速通过磁场，由能量关系知，克服安培力做的功与重力功相等，有
false
false
（2）设b棒在磁场中匀速运动的速度为false，此时b棒相当于电源，a棒与电阻R并联，此时整个电路的总电阻为false，
b棒中的电流为false
根据平衡条件有：false
设a棒在磁场中匀速运动时速度为false，此时a棒相当于电源，b棒与电阻R并联，此时整个电路的总电阻为false.
a棒中的电流为false
根据平衡条件有：false
解得false，设b棒在磁场中运动的时间为t，有false
因b刚穿出磁场时a正好进入磁场，则false
解得false，false
（3）设P点和Q点距A1的高度分别为false，两棒在进入磁场前均做自由落体运动，有：
解得false，false.
10．（1）false；（2）false；（3）7mgLfalse。
【解析】
【详解】
（1）运动过程中产生的感应电动势E＝（Bab﹣Bdc）Lv
根据闭合电路的欧姆定律可得：Ifalse
线框受到的安培力FA＝BabIL﹣BcdIL
其中Bab﹣Bcd＝kL
匀速运动时受力平衡，则FA＝mg
联立解得：vfalse；
（2）根据动量定理可得：mg△t﹣（BabIL﹣BcdIL）△t＝mv
则有：mg△tfalsemv
解得：△tfalse；
（3）线圈匀速运动后将一直匀速运动到cd边框与磁场下边界PQ重合，那么：
mg?7L﹣Qfalse
解得：Q＝7mgLfalse
11．(1)false；(2)false；(3)false
【详解】
(1) 当支柱受到棒的压力为零时
BoIL=T=mg
false

联立可得
false
(2)根据受力分析可知，当ab棒运动速度最大时，则有
false
解得
false
(3)设ab棒滑行达到最大速度的过程中通过的距离为x，则
false
又
x=false
计算得出
false
根据能量守恒定律得
false
解得
false
12．(1）1.2V （2）b→a
【详解】
（1）直导线ab产生的感应电动势的大小是
E=BLv=0.6×0.4×5V=1.2V
（2）直导线ab中的感应电流根据右手定则判断，其方向为b→a．
13．（1）false；（2）false；（3）false
【详解】
（1）设金属棒刚进入磁场时的速度为false，对棒有机械能守恒，有
false
进入磁场时的棒产生的感应电动势
false
感应电流
false
联立解得流过电阻false的电流
false
（2）设棒的速度为false时开始匀速运动，此时棒中电流为false，对棒进行受力分析，有
false
false
解得棒匀速运动时的速度
false
（3）对金属棒运动全过程进行分析，由能量守恒得
false
金属棒的电阻为false，则在这个过程中电阻false上产生的热量与金属棒产生的热量相同，即电阻false产生的热量
false
联立解得
false
14．(1) false false (2) false 宏观角度
【解析】
(1)根据法拉第电磁感应定律，感应电动势false
导体棒水平向右匀速运动，受力平衡，则有false
联立解得：false
(2)a如图所示：
每个自由电荷沿导体棒定向移动，都会受到水平向左的洛伦兹力false
所有自由电荷所受水平向左的洛伦兹力的合力宏观表现为安培力false
则有：false
解得：false
B, 宏观角度：非静电力对导体棒ab中所有自由电荷做功的功率等于感应电源的电功率，则有：false
拉力做功的功率为：false
因此false，??即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率；
微观角度：如图所示：
对于一个自由电荷q，非静电力为沿棒方向所受洛伦兹力false
非静电力对导体棒ab中所有自由电荷做功的功率false
将u和false代入得非静电力做功的功率false
拉力做功的功率false
因此false??即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率.
15．(1) 1.2T (2) 0.8m (3) 2.7J
【解析】
(1) 设线框匀速运动的速度为false，ad边进入磁场后开始做匀加速运动，加速度为g，则有
false，解得false
导体棒匀速运动时有mg=BIL，E=BLV0，E=IR，代入数据可得B=1.2T；
(2) 设开始下落时，bc边距离磁场上边界的高度为h，bc进入磁场时的速度为false，则有false，false，false
由牛顿第二定律可知false，代入数据可得false
由运动学规律可知false，代入数据可得h=0.8m；
(3) 线框bc边刚要穿出磁场时，速度为false，由运动学规律可得false，代入数据可得
false
由于false ，分析可知最终线框会匀速穿出磁场，及线圈出磁场的速度为false
由功能关系可知，线圈出磁场过程中产生的焦耳热false
代入数据可得Q=2.7J．
16．false
【解析】
【分析】
对导体棒受力分析，正交分解，根据平衡条件求解。
【详解】
对导体棒受力分析，如图
根据共点力平衡规律得：BILsinθ+Fn=mg，得导体棒对轨道的压力大小为Fn=mg-BILsinθ
Ff=BILcosθ
导体棒刚好保持静止，所以false
联立解得：false。
【点睛】
本题借助安培力考查了平衡条件以及正交分解的应用，注意安培力公式F=BILsinθ，θ为B与I之间的夹角。