期末复习练习与检测（二）-2020-2021学年高二下学期人教版（2019）选择性必修二（含答案）

2020-2021学年高二下学期期末复习练习与检测（二）（2019人教版选择性必修二）
一、单选题
1．在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则
A．线圈产生的交变电动势频率为100 Hz
B．线圈产生的交变电动势有效值为311 V
C．t ＝0.005 s时线圈平面与磁场方向平行
D．t ＝0.010 s时线圈的磁通量变化率最大
2．如图是交流发电机的示意图，图甲到图丁分别表示线圈转动过程中的四个位置，其中甲、丙中的线圈与磁场方向垂直，乙、丁中线圈与磁场方向平行，则在线圈转动的过程中直流电流表有示数的位置是
A．甲、丙 B．丙、丁 C．甲、乙 D．乙、丁
3．如图所示，边长为L的正三角形abc区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为q的同种粒子每次都从a点沿与ab边成30°角的方向垂直射入磁场，若初速度大小为v0，射入磁场后从ac边界距a点false处射出磁场。不计粒子的重力，下列说法错误的是（　　）
A．若粒子射入磁场的速度增大为2v0，则出射位置距a点 false
B．若粒子射入磁场的速度增大为2v0，则粒子在磁场中的运动时间减小为原来的一半
C．若粒子射入磁场的速度不大于3v0，粒子从磁场中射出时速度方向均与ab边垂直
D．若粒子射入磁场速度不同，但从ac边射出的所有粒子在磁场中的运动时间相等
4．水平放置一个固定的单匝金属圆线圈，磁场正方向和线圈中感应电流的正方向如图甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t如图乙变化时，线圈中感应电动势E-t图象是（　　）
A． B． C． D．
5．如图所示为一款国内外流行的儿童磁性玩具巴克球，借助巴克球的磁场特性，可以组合出众多的造型，下列关于巴克球的磁场特性说法正确的是（　　）
A．巴克球是一种磁单极子，其磁场从球心向四周辐射
B．巴克球的球心是磁体的N极，球面是磁体的S极
C．巴克球的球心是磁体的S极，球面是磁体的N极
D．巴克球周围的磁场类似于地磁场，磁体的false极在球体的两端
二、多选题
6．如图所示，在上海地区将一根直导体棒false的两端与U形导电框架false连接成闭合电路，且导体棒可在框架上自由滑动将该导体棒在框架上滑动时，导体棒中产生的感应电流方向正确的是（ ）.
A．框架水平且false沿东西方向放置，false向北运动时电流向西
B．框架水平且false沿东西方向放置，false向南运动时电流向西
C．框架竖直且false沿东西方向放置，false向上运动时电流向西
D．框架竖直且false沿东西方向放置，false向下运动时电流向西
7．如图所示，水平放置的光滑金属导轨false固定在磁感应强度大小为false、方向与所在平面垂直的匀强磁场中，false为false的角平分线。false时刻，单位长度电阻恒定的金属棒false在水平外力作用下从false点由静止向右做匀加速直线运动，运动中与导轨接触良好且垂直false。设回路中感应电流的大小为false，金属棒受到的安培力的瞬时功率为false，水平外力大小为false，流过回路横截面的电荷量为false，导轨电阻不计，则下列关于false、false、false、false随时间false变化的图象中可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
8．现使线框以速度v匀速穿过磁场区域，若以初始位置为计时起点，规定电流逆时针方向时的电动势方向为正，B垂直纸面向里为正，则图中关于线框中的感应电动势、磁通量、感应电流及电功率的四个图象正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
9．如图，虚线上方空间分布着垂直纸面向里的匀强磁场，在纸面内沿不同的方向从粒子源O先后发射速率均为v的质子和false粒子，质子和false粒子同时到达P点。已知OP＝false，false粒子沿与PO成30°角的方向发射，不计粒子的重力和粒子间的相互作用力，则下列说法正确的是（　　）
A．质子在磁场中运动的半径为false
B．粒false子在磁场中运动的半径为false
C．质子在磁场中运动的时间为false
D．质子和a粒子发射的时间间隔为false
10．如图，一质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器构成。静电分析器通道的圆弧中心线半径为R，通进内有均匀辐向电场，中心线处的场强大小为E；半圆形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。要让质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力），由静止开始从M板经加速电场加速后沿圆弧中心线通过静电分析器，再由P点垂直磁场边界进入磁分析器，最终打到胶片上，则（　　）
A．加速电场的电压U需满足的关系为false
B．若q<0，则M板电势需低于N板电势，辐向电场的方向由圆心指向圆外，且磁分析器中磁场方向垂直于纸面向外
C．电荷量相同的粒子都能打在胶片上的同一点
D．粒子打在胶片上的位置Q到P点的距离为false
三、实验题
11．为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，固定于离地面某高处，如图所示。已知线圈由a端开始绕至b端，当电流从电流计G右端流入时，指针向右偏转。将磁铁N极向下从线圈上方竖直向下插入L时，发现指针向右偏转。
(1)在图L上画两匝线圈，以便能看清线圈绕向______；
(2)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，指针将向________偏传（选填“左”或“右”）；
(3)将条形磁铁从线圈L正上方自由释放（忽略空气阻力），当磁铁穿过线圈L后，向下远离L的短暂过程中，条形磁铁的加速度________重力加速度（选填“大于”、“等于” 或“小于”）。
四、解答题
12．如图（a）所示，以间距为L的两虚线为边界，中间存在如图（b）所示规律的匀强电场，方向平行纸面且与边界垂直，两侧有方向垂直纸面向里、强度不变的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q（q>0）的带电粒子，从O点由静止开始加速运动，经时间T0（T0未知）到达M点，进入右侧磁场后做半径为false的圆周运动。不计粒子重力。
（1）通过计算说明，粒子在N、P间的运动情况；
（2）若粒子经过左侧磁场时也做半径为false的圆周运动，求两侧磁场的磁感应强度之比false。
13．如图所示，在水平面上固定一光滑金属导轨HGDEF，EF∥GH，DE=EF=DG=GH=EG=L．一质量为m足够长导体棒AC垂直EF方向放置于在金属导轨上，导轨与导体棒单位长度的电阻均为r．整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中．现对导体棒AC施加一水平向右的外力，使导体棒从D位置开始以速度v0沿EF方向做匀速直线运动，导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触．
(1)求导体棒运动到FH位置，即将离开导轨时，FH两端的电势差．
(2)关于导体棒运动过程中回路产生感应电流，小明和小华两位同学进行了讨论．小明认 为导体棒在整个运动过程中是匀速的，所以回路中电流的值是恒定不变的；小华则认 为前一过程导体棒有效切割长度在增大，所以电流是增大的，后一过程导体棒有效切 割长度不变，电流才是恒定不变的．你认为这两位同学的观点正确吗?请通过推算证 明你的观点．
(3)求导体棒从D位置运动到EG位置的过程中，导体棒上产生的焦耳热．
14．如图所示，水平放置的平行金属板AB间的距离d=0.1m，板长L=0.3m，在金属板的左端竖直放置一带有小孔的挡板，小孔恰好位于AB板的正中间，距金属板右端x=0.5m处竖直放置一足够大的荧光屏，现在AB板间加如图（b）所示周期性的方波形电压，已知U0=1.0×102V，t=0s时刻，A板电势高于B板电势。在挡板的左侧，有大量带负电的相同粒子以平行于金属板方向的速度持续射向挡板，粒子的质量m=1.0×10-7kg，电荷量q=1.0×10-2C，速度大小均为v0=1.0×104m/s，带电粒子的重力不计，则：
（1）求粒子在电场中的运动时间；
（2）求在t=0时刻进入的粒子打在荧光屏上的位置到光屏中心O点的距离；
（3）若撤去挡板，求粒子打在荧光屏上的最高位置和最低位置到光屏中心O点的距离。
参考答案
1．C
【详解】
A、由乙图可知，周期为0.02s，线圈产生的交变电动势频率为50Hz，A错误
B、该线圈产生的交变电动势为正弦变化，有效值为峰值的false，所以有效值为false，B错误
C、t ＝0.005 s时电动势最大，线圈平面与磁场方向平行，C正确
D、t ＝0.010 s时电动势为0，线圈的磁通量变化率最小，D错误
2．D
【解析】
由题意可知，根据右手定则，得：乙、丁中线圈虽与磁场方向平行，但切割速度与磁场垂直，故有感应电流出现，而甲、丙中的线圈与磁场方向垂直，但切割速度与磁场平行，因此没有感应电流，故D正确，A、B、C错误；故选D.
【点睛】考查右手定则的应用，注意切割速度的理解，并形成结论：磁通量最大时，切割速度与磁场平行；磁通量最小时，切割速度与磁场垂直．
3．B
【详解】
AB．若粒子射入磁场的速度增大为2v0，根据
R=false
可知，粒子的半径增大到原来的2倍，则出射位置距a点false，粒子从ac边射出时与ac边的夹角不变，轨迹对应的圆心角不变，则粒子在磁场中的运动时间不变，A正确，不符合题意，B错误，符合题意；
C．若粒子射入磁场的速度不大于3v0，则粒子均能够从ac边射出，射出时的速度方向与ac边的夹角为30°，而ab边与ac边的夹角为60°，则粒子从磁场中射出时速度方向均与ab边垂直，C正确，不符合题意；
D．若粒子射入磁场的速度不同，但从ac边射出的所有粒子运动轨迹对应的圆心角均为60°，所以在磁场中的运动时间相等，D正确，不符合题意。
故选B。
4．C
【详解】
0~1s，磁感应强度方向向上并均匀增大，根据楞次定律，感应电流与正方向相同，电动势为正；1~3s，磁感应强度不变，线圈磁通量不变，无感应电流，电动势为零；3~6s，磁感应强度的变化率为负并不变，根据楞次定律，感应电流与正方向相反，电动势为负。
故选C。
5．D
【详解】
A．目前还没有磁单极子存在的证据，所以巴克球不是磁单极子。A错误；
BCD．巴克球之间有相互的引力和斥力，所以巴克球周围的磁场类似于地磁场，磁体的false极在球体的两端。BC错误，D正确。
故选D。
6．AC
【详解】
地磁场可等效为竖直放置的条形磁铁，地理南极相当于地磁N极，地理北极相当于地磁S极，即地球表面磁感线都是由地理南极发出到达地理北极。上海在北半球，则磁感线的水平分量由南到北，竖直分量竖直向下。
AB．框架水平且MN沿东西方向放置，MN向北运动时垂直切割向下的磁感线分量，由右手定则可知感应电流向西；MN向南运动时感应电流向东；故A正确，B错误。
CD．框架竖直且MN沿东西方向放置，MN向上运动时垂直切割由南指北的水平分量，由右手定则可知感应电流向西；MN向下运动时由右手定则可知感应电流向东；故C正确；D错误。
故选AC。
7．AD
【详解】
A．设导体棒的加速度为a，经过时间t，则导体棒的运动的距离
x=vt
导体棒的有效长度
L=2vttanθ
导体棒的电阻
R=r0L
感应电动势
E=BLv
则回路的电流
false
选项A正确；
B．金属棒受到的安培力的瞬时功率为
false
选项B错误；
C．根据牛顿第二定律
F-F安=ma
解得水平外力大小
false
则选项C错误；
D．流过回路横截面的电荷量为
false
选项D正确。
故选AD。
8．CD
【详解】
AC．当线框运动L时，右边开始切割磁感线，产生E=BLv的电动势，电路中电流
false
向右再运动L时，线框两边均切割磁感线，由于磁场反向，故电动势
E′=2BLv
此时电流的方向反向，电流
false
当线圈再向右运动L过程中，只有左侧切割磁感线，此时电动势为E=BLv，方向沿正方向，故A错误，C正确；
B．线圈在运动过程中，L-2L处时磁通量均匀增大，而2L-3L过程中，由于内外磁通量相互抵消，故磁通量在2.5L处应为零，故B错误；
D．电路中功率false，故D正确；
故选CD。
9．ACD
【详解】
AB．根据题意作出false粒子运动轨迹如图所示；由几何知识可知，粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径
falsefalse
因为粒子做圆周运动的半径为
false
质子与false粒子的荷质比为false所以其半径之比为false，质子半径为false。故A正确B错误；
CD．粒子在磁场中做圆周运动的周期
false
由几何知识可知， false粒子在磁场中转过的圆心角：θ1=300°，false粒子在磁场中的运动时间
false
质子从O射入P点射出，又质子半径为false，可知O点射入的速度方向必与OP边界垂直,false故
false
所以质子和a粒子发射的时间间隔为
false
故CD正确。
故选ACD。
10．AD
【详解】
A．在加速电场中
false
在静电分析器中
false
解得
false
A正确；
B．若q<0，要想使得粒子在电场中被加速，则M板电势需低于N板电势；要想使粒子在静电分析器中做圆周运动，则辐向电场的方向由圆心指向圆外，根据左手定则可知，磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里，B错误；
CD．离子在磁分析器中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有
false
解得
false
则粒子打在胶片上的位置Q到P点的距离为
false
可知荷质比相同的粒子能打在胶片上的同一点，C错误，D正确。
故选AD。
11． 右 小于
【详解】
(1) [1]将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，穿过L的磁场向下，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，感应电流磁场应该向上，电流表指针向右偏转，电流从电流表右端流入，由安培定则可知，俯视线圈，线圈绕向为逆时针；
(2)[2]当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，穿过线圈的磁通量向上减小，根据楞次定律可知，感应电流磁场应该向上，产生的感应电流从电流计的右端流入，则指针将向右偏传；
(3) [3]将条形磁铁从线圈L正上方自由释放（忽略空气阻力），当磁铁穿过线圈L后，向下远离L的短暂过程中，根据楞次定律“来拒去留”可知，条形磁铁受到向上的磁场力，则其加速度小于重力加速度。
12．（1）粒子从N到P做匀加速直线运动；（2）false
【详解】
(1)粒子从O到M过程中由牛顿第二定律可得
false
粒子加速时间
false
在右侧磁场做圆周运动的时间
false
由于
false
所以粒子到达N点时加速度与速度方向相同。
假设粒子一直加速，则
false
false
可得
false
即从N加速至P所需时间小于false，故粒子从N到P做匀加速直线运动。
(2)粒子经过右侧磁场时
false
O到M过程有
false
设到达P点时速度为false，由运动学公式有
false
经过左侧磁场时
false
联立解得
false
13．(1)false (2)两个同学的观点都不正确 (3)false
【详解】
(1)导体棒运动到FH位置，即将离开导轨时，由于切割磁感线产生的电动势为E=BLv0在电路中切割磁感线的那部分导体相当于电源，则此时可将电路等效为：
可以将切割磁感线的FH棒看成电动势为E，内阻为r的电源，
根据题意知，外电路电阻为R=4r，
再根据闭合电路欧姆定律得FH间的电势差：false
(2)两个同学的观点都不正确
取AC棒在D到EG运动过程中的某一位置，MN间距离设为x，
则由题意有：DM=NM=DN=x
则此时切割磁感线的有效长度为x，则回路中产生的感应电动势E=Bxv0
回路的总电阻为R=3rx
据欧姆定律知电路中电流为false，即此过程中电流是恒定的；
当导体棒由EG棒至FH的过程中，由于切割磁感线的导体长度一定，故产生的感应电动势恒定，但电路中电阻是随运动而增加的据欧姆定律可得，电路中的电流是减小的．
(3)设任意时刻沿运动方向的位移为s,如图所示：
则false
安培力与位移的关系为false
AC棒在DEG上滑动时产生的电热，数值上等于克服安培力做的功，
又因为false，所以false
因为导体棒从D至EG过程中，导体棒的电阻始终是回路中电阻的false，
所以导体棒中产生的焦耳热false
14．(1)3×10?5s (2)0.85m（3）0.1m,0.005
【解析】
【详解】
（1）进入电场的粒子在水平方向不受力，做匀速直线运动：L=v0t
粒子在电场中运动时间t=Lv0=3×10?5s
（2）粒子在电场运动时间一共是3×10-5s，根据两极板电压变换图b，在竖直方向上0-2×10-5s粒子匀加速运动，粒子匀减速直线运动，由于电压大小一样，所以加速度大小相等
离开电场时竖直方向速度：vy=a×2×10?5s?a×1×10?5s=1000m/s
竖直方向位移：y=12a(2×10?5)2+a×2×10?5×1×10?5?12a(1×10?5)2=0.035m
离开电场后到金属板的过程，水平方向匀速直线运动：x=v0t′
竖直方向匀速直线运动y′=vyt′=0.05m
所以打到荧光屏的位置到O点的距离y+y′=0.085m
因为任意时刻进入电场的粒子在电场中运动的时间πd2U4IL=T（交变电场变化的周期），设粒子在任意的t0时刻进入，离开电场时竖直方向的末速度 vy=a（2T3?t0）?aT3+at0=aT3=1000m/s 均相同 （也可借助图像分析）
所以所有粒子离开电场时的速度方向相互平行
由（2）得，t=nT （n=0、1、2...）时刻进入的粒子，离开电场时在竖直方向上具有最大的位移y=0.035m
若粒子进入的位置合适，粒子可以从极板的上边缘离开电场，如图所示；
故粒子打到荧光屏上最高点到O点的的距离为H=d2+y'=0.1m
nT＋≤ t≤nT＋2T/3时刻进入的粒子，若粒子进入的位置合适，粒子向B板运动的速度减小到0时，粒子刚好可以到达B板，随后开始向A板加速，加速时间均为t=1×10-5s，此情形下粒子射出极板时位置最低，打到荧光屏上的位置也最低。对应粒子射出极板时离B板距离为y''=12a×(1×10?5)2=0.005m
则粒子打到荧光屏上最低点到O点的的距离为0.005m。
【点睛】
解决在偏转场中问题，通常由类平抛运动规律求解，要能熟练运用运动的合成与分解的方法研究，分析时要充分运用匀加速运动位移的比例关系和运动的对称性，来求解竖直分位移．