期末复习培优训练与检测（一）—2020-2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）

2020-2021学年高二下学期期末复习培优训练与检测（一）（2019人教版选择性必修二）
一、单选题
1．空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（false）中虚线MN所示。一硬质细导线的电阻率为false、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。false时磁感应强度的方向如图（false）所示；磁感应强度B随时间t的变化关系如图（false）所示。则在false到false的时间间隔内（　　）
A．圆环所受安培力的方向始终不变
B．圆环中的感应电流始终沿顺时针方向
C．圆环中的感应电流大小始终为false
D．圆环中的MN两点的电势差大小始终为false
2．线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流电动势瞬时值表达式为false，则下列中说法不正确的是（ ）
A．false时，线圈平面位于中性面
B．false时，穿过线圈的磁通量最大
C．false时，交变电流将改变方向
D．false时，false有最大值false
3．如图所示，有界匀强磁场边界线SP∥MN，速度不同的同种带电粒子从S点沿SP方向同时射入磁场，其中穿过a点的粒子速度与MN垂直，穿过b点的粒子，其速度方向与MN成30°角，设两粒子从S到a、b所需的时间分别为t1、t2，则t1∶t2为（　　）
A．1∶1 B．3∶2 C．3∶1 D．4∶3
4．关于地磁场和指南针的应用，下面说法正确的是：
A．地磁南极和地理北极完全重合； B．地磁南极和地理南极完全重合；
C．指南针的指向与实际方向存在地磁偏角； D．不同地点的磁偏角是相同的．
5．当交流发电机的转子线圈平面与磁感线平行时，电流方向如图所示，当转子线圈平面旋转到中性面位置时（）
A．线圈中的感应电流最大，方向将不变
B．线圈中的感应电流最大，方向将改变
C．线圈中的感应电流等于零，方向将不变
D．线圈中的感应电流等于零，方向将改变
二、多选题
6．如图所示，磁感应强度为B的矩形磁场区域长为false，宽为L，甲、乙两电子沿矩形磁场的上方边界从A点射入磁场区域，甲、乙两电子分别从D点和C点射出磁场，则甲、乙两电子在磁场运动的过程中（　　）
A．速率之比为1：4 B．角速度之比为1：3
C．路程之比为4：3 D．时间之比为3：1
7．如图，在坐标系xOy中，有边长为L的正方形金属线框abcd，对角线ac和y轴重合，顶点a位于坐标原点O处．在第I、IV象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合，左边界与y轴重合，右边界与y轴平行．t=0时刻，线框以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域．则在线框穿过磁场区域的过程中，ab间的电势差Uab、安培力的功率P随时间t变化的图线正确的是
A． B． C．
D．
8．如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。加速电场的加速压为U，静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。下列说法正确的是（　　）
A．磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外
B．磁分析器中圆心O2到Q点的距离false
C．不同粒子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器
D．静电分析器通道中心线半径为false
9．中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”，进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图．结合上述材料，下列说法中正确的是（　　）
A．地理南、北极与地磁场的南、北极不完全重合
B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D．指南针能够指向南北，说明地球具有全球性的磁场
10．如图所示，间距L=0.5m的平行导轨竖直放置，导轨上端与电阻R连接，图中水平虚线下方存在垂直导轨平面向外、磁感应强度大小B=0.2T的匀强磁场。现将质量m=0.1kg的导体棒从虚线上方h1处垂直于导轨由静止释放，经时间t1后导体棒进入磁场且恰好以速度v0做匀速直线运动，匀速运动t2=2s后给导体棒施加一竖直向上的恒力F=2N，并且由于磁感应强度发生变化，回路中不再产生感应电流，再经过t3=0.2s导体棒的速度减为零。已知导体棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，导轨和导体棒的电阻不计，重力加速度g=10m/s2，关于导体棒由静止释放到速度减为零的过程，下列说法正确的是（　　）
A．v0=2m/s
B．h1=2m
C．回路中磁通量的最大值为4Wb
D．回路中产生的焦耳热为4J
三、实验题
11．应用下图器材研究电磁感应现象的实验．
（1）将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路，接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是_________
A．开关位置错误 B．电流表的正、负极接反
C．线圈B的接头3、4接反 D．蓄电池的正、负极接反
（2）如果想验证楞次定律，必需先要明确_________
A．线圈A和B的绕线方向
B．线圈A和B的自感系数大小
C．电流表指针偏向与流入的电流方向的关系
D．线圈A和B的匝数大小
四、解答题
12．如图所示，倾角为false的斜面上固定平行导轨MN，在斜面底端与水平面上的固定平行导轨PQ平滑连接，导轨间距L=0.3m且PQ足够长．斜面部分存在竖直向上的匀强磁场，水平面部分存在与斜面平行的方向斜向上的匀强磁场，两部分磁感应强度B大小均为1T，在h=3m高处垂直导轨MN放置可自由滑动的质量m1=12g，电阻R1=1false的导体棒ab．在水平面上垂直导轨PQ放置被插销固定的质量false，电阻false的导体棒cd，导体棒ab、cd分别与导轨MN、PQ接触良好．现由静止释放ab，ab在到达斜面底端前已匀速，当ab滑离斜面进入水平导轨时，立即拔下导体棒cd棒的插销，不计导轨的摩擦及电阻（false，重力加速度g取10m/s2）求：
（1）ab导体棒在水平面上运动时的最终速度
（2）ab导体棒在斜面与水平面运动时产生的电能各是多少？
（3）ab导体棒在斜面和水平面上运动时通过ab的电荷量各是多少？
13．如图所示，匀强磁场与匀强电场存在理想边界AB，已知匀强电场的方向与边界成45°角，匀强磁场的方向垂直纸面向里。在AB上的O点向磁场中射入一个速度大小为v，方向与BA成45°角的带正电粒子，该粒子在磁场中运动时的轨迹半径为R。磁感应强度B与电场强度E的大小均未知，但满足关系E=vB，如果把带电粒子从O点出发记为粒子第一次进入磁场。不计粒子的重力，求：
(1)粒子第三次进入磁场后做圆周运动的轨迹半径R1；
(2)粒子第三次进入磁场时的位置到O点的距离。
14．卫星在一定高度绕地心做圆周运动时，由于极其微弱的阻力等因素的影响，在若干年的运行时间中，卫星高度会发生变化（可达false之多），利用离子推进器可以对卫星进行轨道髙度、姿态的调整。图甲是离子推进器的原理示意图：将稀有气体从O端注入，在A处电离为带正电的离子，带正电的离子飘入电极B、C之间的匀强加速电场（不计带正电的离子飘入加速电场时的速度），加速后形成正离子束，以很高的速度沿同一方向从C处喷出舱室，由此对卫星产生推力。D处为一个可以喷射电子的装置，将在电离过程中产生的电子持续注入由C处喷出的正离子束中，恰好可以全部中和带正电的离子。
(1)在对该离子推进器做地面静态测试时，若false间的加速电压为U，正离子被加速后由C处喷出时形成的等效电流大小为I，产生的推力大小为F。已知每个正离子的质量为m，每个电子的电荷量为e求：
①单位时间内从D处注入的电子数false；
②正离子的电荷量q；
(2)离子推进器所能提供的推力大小F与加速正离子所消耗的功率P之比，是衡量推进器性能的重要指标。已知false间的加速电压为U，正离子的比荷为k。
①请推导F与P的关系式，并在图乙中绘制出false图像；
②在加速正离子所消耗的能量相同的情况下，要使离子推进器提供的推力的冲量更大，可采取什么措施？
15．在一横截面为正方形的柱形区域内有匀强电场，正方形边长为L，如图所示，电场线为与AC平行的一簇平行线，P为AB边的中点，质量为m电荷量为q（q＞0）的带电粒子自P点以大小不同的速度进入电场，速度方向与电场方向垂直。已知进入电场时速率为v0的粒子恰好由C点离开电场，运动中粒子仅受电场力作用。
（1）求电场强度的大小；
（2）为使粒子从DC的中点Q离开电场，该粒子进入电场的速度为多大；
（3）若粒子从P进入电场到D点离开，则粒子在此过程中所受电场力的冲量为多大。
参考答案
1．B
【详解】
A．圆环中的磁场方向发生变化，而感应电流的方向不变，根据左手定则可知，圆环所受的安培力方向发生变化，A错误；
B．由楞次定律可知圆环中感应电流的方向始终沿顺时针方向，B正确；
D．由法拉第电磁感应定律可知
false
D错误；
C．圆环的总电阻为
false
则圆环中的感应电流大小为
false
C错误。
故选B。
2．D
【详解】
A．当t=0时，e=0，线圈平面恰好位于中性面，故A正确。
B．t=0时，线圈处于中性面，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，穿过线圈的磁通量最大，故B正确。
C．线圈每次通过中性面，交变电流改变一次方向，t=0.1s时，e=0，线圈处于中性面，所以交变电流将改变方向，故C正确。
D．t=0.4s时，e=0，故D错误。
故选D。
3．C
【详解】
粒子在磁场中运动的周期的公式为
false
由此可知，粒子的运动的时间与粒子的速度的大小无关，所以粒子在磁场中的周期相同，由粒子的运动的轨迹可知，通过a点的粒子的偏转角为90°，通过b点的粒子的偏转角为30°，所以通过a点的粒子的运动的时间为false，通过b点的粒子的运动的时间为false，所以从S到a、b所需时间
t1：t2=3：1
故选C。
4．C
【详解】
根据地磁场的分布可知，地磁南极和地理北极并非完全重合，地理北极的附近是地磁南极，地理南极的附近是地磁北极，选项AB错误；指南针的指向与实际方向存在地磁偏角，且不同地点的磁偏角是不相同的，选项C正确，D错误；故选C．
【点睛】
地球是个巨大的磁体，地球的周围存在着磁场，任一点的磁场方向是不变的．地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近．
5．D
【详解】
线圈平面旋转到中性面位置时，磁感线与切割速度方向平行，根据公式E=BLvsinθ可知，线圈中的感应电流等于零，转过中性面之后，电路中又产生了感应电流，但是电流方向与之前线圈中的感应电流的方向相反，选项D正确.
故选D
6．AD
【详解】
A.根据几何关系可知，甲的轨道半径为false，乙的轨道半径为2L，根据公式
false
因此解得，速度之比等于半径之比，因此甲乙速率之比为1：4，故A正确；
B.根据公式
false
解得角速度之比为1:1，故B错误；
C.根据几何关系可知，甲的圆心角为false，乙的圆心角为false，因此其路程分别为
false，false
因此路程之比为3:16，故C错误；
D.根据公式
false
可知，甲乙电子运动周期相同，因此其运动时间跟圆心角有关，即
false
解得，其运动时间之比为3：1，故D正确。
7．BD
【详解】
AB．在d点运动到O点过程中，ab边切割磁感线，根据右手定则可以确定线框中电流方向为逆时针方向，则false 电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0；然后cd边开始切割，感应电流的方向为顺时针方向，false 且一开始false 电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0．故A错误，B正确；
CD．在d点运动到O点过程中，电流均匀减小到0，则功率false 可知功率也在减小，当cd边切割时，电流也是均匀减小到0，则前后两段切割功率与时间得图像应该是一样的，故C错误，D正确；
故选BD．
8．ACD
【详解】
A．粒子在磁分析器中沿顺时针转动，所受洛伦兹力指向圆心，根据左手定则，磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外，故A正确；
B．离子在静电分析器时速度为false，离子在加速电场中加速的过程中，根据动能定理可得
false
离子在磁分析器中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可得
false
联立以上等式可得
false
因此
false
即磁分析器中圆心false到false点的距离为false，故B错误；
CD．在通过静电分析器时，电场力提供向心力，由此可得
false
结合之前分析所得通过静电分析器的速度结果，可化简得
false
即静电分析器通道中心线半径为false，false与离子的比荷无关，所以不同粒子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器，故CD正确。
故选ACD。
9．ABD
【详解】
A．地理南、北极与地磁场的南、北极不完全重合，选项A正确；
B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近，选项B正确；
C．由图可知，地球北半球的磁场有向下分量，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故C错误；
D．指南针能够指向南北，说明地球具有磁场，地磁场是南北指向的，故D正确。
故选ABD。
10．AD
【详解】
A．给导体棒施加一个竖直向上的恒力false后，回路中无电流，导体棒不受安培力作用，导体棒做匀减速直线运动，根据
false
解得加速度大小为
a=g
经过false速度减为零，则有
false
选项A正确；
B．根据false解得
false
选项B错误；
C．导体棒进入匀强磁场运动false后回路中磁通量达到最大，2s时间内导体棒的位移
false
则回路磁通量的最大值为
false
选项C错误；
D．根据能量守恒定律可知整个过程中回路中产生的焦耳热与匀速运动阶段重力势能的减少量相等
false
选项D正确。
故选AD。
11．A AC
【详解】
（1）[1]．由电路图可知，电键接在电流表所在电路，电键连接错误，闭合与断开电键时，通过螺线管A的电流不变，穿过螺线管B的磁通量不变，没有感应电流产生，电流表指针不偏转；故A正确；
（2）[2]．因为实验中需要根据右手定则判断螺线管中的磁场，所以需要明确两个线圈的绕线方向；在判断感应线圈中的电流方向时，需要根据电流表指针偏向与流入的电流方向的关系判断，故AC正确；而自感系数和匝数跟产生感应电流大小有关，本实验要验证感应电流方向规律，所以只要有感应电流即可，感应电流的大小与实验无关，BD错误．
12．(1) false (2) false (3) false
【详解】
（1）设ab匀速下滑时的速度为v1
产生的电动势
false ①
导体棒ab的电流
false ②
导体棒的安培力
F=BIL③
且
F=m1gtanθ④
联立①②③④式得
false ⑤
ab进入水平轨道后，与cd系统动量守恒，所以
false ⑥
联立可得
v1=5m/s，v2=4m/s
（2）导体棒在斜面上运动产生的电能
false
在水平面运动产生的电能
false
代入数据得
E1=0.21J；E2=0.03J
设ab棒在斜面上和水平面上运动时，通过ab棒的电荷量各为q1、q2，ab棒在斜面上运动时平均电动势
false
false
通过的电荷量
false
代入数据得
q1=0.3C
ab棒在水平面上运动时
false
代入数据解得
false
13．(1)falseR；(2)4falseR
【详解】
(1)画出粒子的运动轨迹如图所示。第一段是半径为R的false圆弧，与AB边界右交点为a，然后粒子恰好逆着电场线做匀减速运动到b点，沿电场线方向返回a点时的速率仍为v，接着粒子在磁场中运动一段false圆弧到c点，再接着沿垂直电场线方向进入电场做类平抛运动到d点，第三次进入磁场。
第三次进入磁场时有
false
根据类平抛运动知识可知，粒子进入磁场时速度偏向角的正切值为位移偏向角正切值的2倍。即
tan β=2tan α=2
可得
vy= 2vx=2v
所以
false
可得粒子第三次进入磁场后的运动轨迹半径为
false
(2)当粒子第三次进入磁场时的位置到O点的距离为Oa段、ac段与cd段的长度之和，分别设为x1、x2、x3，故有
false
粒子在电场中做类平抛运动时，在垂直电场方向有
x=vt
沿电场方向有
false
粒子在电场中的加速度
false
因为电场方向与边界成45°角，故有
x=y
粒子在匀强磁场中运动时
false
又有
E=vB
联立以上各式可解得
x=y=2R
则类平抛运动的位移
false
因此d点到O点的距离
false
14．(1)①false；②false；(2)①false，；②见解析
【详解】
(1)①根据电荷守恒有
It=N1te
解得
false
②设正离子的电荷量为q，单位时间内射出的正离子个数为N
由动量定理有
Ft=Ntmv
由动能定理有
false
根据电流的定义有
I=Nq
联立以上几式可得
false
(2)方法一
①设单位时间内喷射出的正离子个数为N
由动量定理有
Ft=Ntmv
由功率的定义有
false
由动能定理有
false
联立以上几式可得
false
F与P的关系式图像如图2所示。
方法二
根据
false
由功率的定义有
false
联立以上几式可得
false
F与P的关系式图像如图2所示。
②由于
false
可得
false
因此推力冲量
false
由表达式可得，在加速正离子所消耗的能量相同的情况下，要使离子推进器提供的推力的冲量更大，可采用比荷较小的离子作推进剂，减小加速电压。
15．（1）false；（2）false；（3）false
【详解】
(1)带电粒子在电场中做类平抛运动。设粒子由P到C用时为t1
false，false
解得
false
(2)设粒子以速度v由P到Q用时为t2
false，false
解得
false
(3)设粒子由P到D用时为t3，粒子在此过程中所受电场力的冲量
false
又有
false
解得
false