期末复习练习与检测（三） 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练习与检测（三）（2019人教版选择性必修二）
一、单选题
1．赤道附近一根直立旗杆因上空带正电云层靠近，遭受雷击，则当雷电通过旗杆时地球磁场对旗杆的安培力方向为（　　）
A．向东 B．向南 C．向西 D．向北
2．一个交流电源的输出端电压的瞬时值表达式为u = 311sin50πt(V)，将一个不计内阻的交流电流表与一个阻值为220Ω的电阻串联后接在该电源上，则（ ）
A．交流电流表的示数为1.55A
B．交流电流表的示数为1A
C．该交流电的频率为50Hz
D．该交流电的周期为0.02s
3．在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定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，正确表示线圈中感应电动势E变化的是图中的（　　）
A． B．
C． D．
4．如图所示，带异种电荷的粒子false、false以相同的动能同时从false点射入宽度为false的有界匀强磁场，两粒子的入射方向与磁场边界的夹角分别为false和false，且同时到达false点，false、false两粒子的质量之比为（ ）
A．1：2 B．false C．false D．false
5．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象如图乙所示，则（　　）
A．false时线圈平面与磁场方向平行
B．false时线圈的磁通量变化率最大
C．线圈产生的交变电动势频率为false
D．线圈产生的交变电动势的瞬时值为false
二、多选题
6．某种质谱仪的工作原理示意图如图所示。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；PQ间电压恒为U的加速电场；静电分析器，即中心线半径为R的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心O，且与圆心O等距的各点电场强度大小相等；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外。当有粒子打到胶片M上时，可以通过测量粒子打到M上的位置来推算粒子的比荷，从而分析粒子的种类以及性质。由粒子源N发出的不同种类的带电粒子，经加速电场加速后从小孔false进入静电分析器，其中粒子a和粒子b恰能沿圆形通道的中心线通过静电分析器，并经小孔false垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上，其轨迹分别如图中的false和false所示。忽略带电粒子离开粒子源N时的初速度，不计粒子所受重力以及粒子间的相互作用。下列说法中正确的是（ ）
A．粒子a可能带负电
B．若只增大加速电场的电压U，粒子a可能沿曲线false运动
C．粒子a经过小孔false时速度大于粒子b经过小孔false时速度
D．粒子a在磁场中运动的时间一定大于粒子b在磁场中运动的时间
7．如图，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，下列说法正确的是
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．若粒子射入磁场的速度不同，但从ac边射出的所有粒子在磁场中的运动时间相等
8．如图所示，在水平面内有两根平行光滑导轨，导轨间距为d，左端连接一个定值电阻R0，右端连接一竖直光滑的四分之一圆弧轨道，轨道半径为r，平行导轨右端的空间区域内存在方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B．一导体棒垂直水平导轨放置，电阻为R1,质量为m．在外力作用下，导体棒从水平轨道某处开始沿导轨运动，在滑过圆弧轨道过程中，导体棒的速率始终为v，导体棒到达圆弧轨道最高点时撤去外力．运动过程中导体棒与导轨始终垂直且接触良好，不计导轨电阻，不计空气阻力、重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A．导体棒沿圆弧轨道上滑时，流过导体棒的电流方向为a→b
B．导体棒沿圆弧轨道下滑的过程中，流过电阻R0的电荷量与上滑时相等
C．导体棒一定能回到水平导轨
D．导体棒沿圆孤轨道下滑过程中产生的热量小于false
9．如图所示，一平行金属导轨与水平成false放置，导轨间的距离为L，在OO’的上方区域存在与导轨平面垂直，磁感应强度为B的匀强磁场(图中未全部画出)，导轨的下端接有阻值为R的电阻，在导轨的上端垂直于导轨放有一质量为m的导体棒ab，另有一质量为M的导体棒cd垂直于导轨，以v0的速度沿导轨向上进入磁场，cd与导轨无摩擦，当cd进入和离开磁场时，导体棒ab恰好保持静止，两导体棒一直没有相撞。已知两导体棒的长度均为L，电阻均为R，导体棒与导轨接触良好，不计其他电阻。则：(　　)
A．导体棒ab恰好不受摩擦力时，导体棒cd的速度为false
B．cd上滑过程中重力的冲量大于下滑过程中重力的冲量
C．cd上滑过程中通过R的电荷量大于下滑过程中通过R的电荷量
D．cd离开磁场时的速度为false
10．在直角坐标系的各象限内存在不同的匀强磁场，不同形状的线圈初始位置如图所示，线圈均绕坐标原点逆时针匀速转动，则下列会产生如图所示感应电流的是（设逆时针方向为感应电流的正方向）（　　）
A．
B．
C．
D．
三、实验题
11．在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图所示。它们是：①电流表；②直流电源；③带铁芯的线圈A；④线圈B；⑤开关；⑥滑动变阻器（用来控制电流以改变磁场强弱）。
（1）试按实验的要求在实物图上连接完整电路（图中已连好一根导线）；______
（2）若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上，而在开关刚刚闭合时电流表指针右偏，则开关闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动过程中，电流表指针将______（选填“左偏”、“右偏”或“不偏”）。将铁棒从A中抽出过程中，电流表指针将______（选填“左偏”、“右偏”或“不偏”）。
四、解答题
12．如图所示，在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，水平放置两根光滑的平行金属导轨，导轨间距为0.6m，导轨间接有电阻R=2.5Ω，有一导体棒AB在导轨上以10m/s的速度向右匀速滑动，导体棒AB的电阻r=0.5Ω，其余电阻不．求：
（1）导体棒AB两端电压．
（2）导体棒AB受到的安培力大小．
（3）电阻R消耗的电功率 ．
13．如图所示，在false直角坐标系中第二象限存在半径为R的圆形匀强磁场，磁感应强度大小为false（未知），磁场边界分别与x轴和y轴相切。y轴右侧false（L未知）范围内存在沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E。在false空间存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为false的匀强磁场，磁场左边界与x轴交于N点。在圆形磁场最低点有一粒子源P，能沿纸面同时向false的各个方向均匀发射速度大小为false的带正电粒子（不计重力及粒子间的相互作用），粒子电荷量为q、质量为m，其中沿y轴正方向发射的粒子能从false处沿x轴正方向射入电场，并恰好打到N点。在N点沿磁场左边界放置高为R的粒子收集板，打到收集板上的粒子被立即吸收。已知false，false。求：
(1)圆形匀强磁场的磁感应强度大小false；
(2)打到收集板左侧和右侧的粒子数各占发射的总粒子数的比值；
(3)若撤去收集板，粒子最终离开电磁场的y轴坐标区间。
14．如图所示，一质量为m，电荷量为e的质子从静止开始经加速电压U加速后，紧挨A板水平进入竖直方向的偏转电场中，已知A、B板的长度及板间距离都是L，A板电势比B板电势高2U，紧挨A、B的右侧有平面直角坐标系，坐标原点与A板右端重合，第四象限有竖直向上的匀强电场，电场强度为E。
(1)质子从加速电场射出时的速度v1是多大？
(2)质子射出偏转电场时的偏转角θ是多大？
(3)质子进入第四象限后经过多长的时间t速度方向变为水平？
参考答案
1．A
【详解】
赤道附近的地磁场方向由南向北，而旗杆中的电流方向向下，由左手定则可知，地球磁场对旗杆的安培力方向为向东。
故选A。
2．B
【详解】
CD．由数学表达式可知
ω = 50πrad/s，T = false = 0.04s，f = 25Hz
CD错误；
AB．交流电流表的示数是有效值
i = false = 1A
A错误、B正确。
故选B。
3．A
【详解】
在0~1 s内，根据法拉第电磁感应定律
false
根据楞次定律，感应电动势的方向与图示箭头方向相同，为正值；
在1~3 s内，磁感应强度不变，感应电动势为零；在3~5 s内，根据法拉第电磁感应定律
false
根据楞次定律，感应电动势的方向与图示方向相反，为负值，故A正确，BCD错误。
故选A。
4．C
【详解】
根据题意画出a、b粒子的轨迹如图所示，则a、b粒子的圆心分别是false和false，设磁场宽度为d，由图可知
粒子a的半径
false
粒子b的半径为
false
两粒子动能相等，即
false
且根据磁场中半径公式
false，false
又a粒子轨迹长度为
false
b粒子的轨迹长度为
false
所以
false，false
联立以上各式解得
false
A． 1：2与分析不符，故A错误；
B． false与分析不符，故B错误；
C． false与分析相符，故C正确；
D． false与分析不符，故D错误。
故选：C。
5．A
【详解】
A．由图可知t=0.005s时刻感应电动势最大，此时线圈所在平面与磁场平行，穿过线框回路的磁通量的变化率最大，故A正确；
B．t=0.01s时刻感应电动势等于零，穿过线框回路的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故B错误；
C．周期为false，频率为
false
故C错误；
D．分析乙图可知电动势最大值为311false，电动势变化的角速度
false
线圈产生的交变电动势的瞬时值为
false
故D错误。
故选A。
6．BD
【详解】
A．由磁场方向及粒子的偏转方向，利用左手定则可确定，该粒子一定带正电，A错误；
B．若只增大加速电场的电压U，粒子进入偏转电场的速度变大，电场力小于所需的向心力，粒子a可能沿曲线false运动，B正确；
C．粒子在加速电场中满足
false
在磁场中做匀速圆周运动，满足
false
联立可得
false
由图可知，粒子a的半径r较大，速度v较小，在偏转电场中粒子速度大小不变，故粒子a经过小孔false时速度小于粒子b经过小孔false时速度，C错误；
D．结合C的分析可知，粒子a在磁场中运动时弧长大，速度小，故粒子a运动时间较长，D正确。
故选BD。
7．ACD
【详解】
粒子的速度分别为false、false、false时，画出粒子轨迹过程图如图所示
A．若粒子射入磁场的速度增大为false，根据false可知，粒子的半径增大到原来的2倍，则出射位置距false点false，故A正确；
B．若粒子射入磁场的速度增大为false，粒子从false边射出时与false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，故B错误；
C．若粒子射入磁场的速度不大于false，则粒子均能够从false边射出，射出时速度方向与false边的夹角为false，而false边与false边的夹角为false，则粒子从磁场中射出时速度方向均与false边垂直，故C正确；
D．若粒子射入磁场的速度不同，但从false边射出的所有粒子运动轨迹对应的圆心角均为false，所以在磁场中的运动时间相等，故D正确。
故选ACD。
8．BCD
【详解】
A．由右手定则可得，流过导体棒的电流方向为false，故A错误；
B．由false可知，沿圆弧轨道上升和回落时false相同，故false相同，故B正确；
C．若导体棒停在圆弧上，对导体棒受力分析，仅受到重力和圆弧给的支持力，无法平衡，则导体棒一定能回到水平导轨，故C正确；
D．导体棒能回到水平轨道，回到水平轨道时还具有动能，导体棒落回到圆弧轨道上端时所具有的机械能为
false
根据能量守恒，所以电路产生的热量小于E，故D正确；
故选BCD．
9．AD
【详解】
A．当导体棒ab恰好不受摩擦力时，重力沿斜面向下的分力正好等于安培力，则有
false①
导体棒ab与电阻并联，则有电源电动势为
E=IR+2IR=BLv②
由①②可解得
false
故A正确；
B．cd棒上升过程中由牛顿第二定律可得
false
cd棒下降过程中由牛顿第二定律可得
false
可得下降加速度始终小于上升加速度，根据false可知，下降所用时间更长，则根据冲量公式可知，cd上滑过程中重力的冲量小于下滑过程中重力的冲量，故B错误；
C．根据感应电荷量公式有
false
上升与下降过程中，磁通量变化量相等，总电阻大小不变，则上升和下降过程中，通过R的电荷量相等，故C错误；
D．当cd进入和离开磁场时，导体棒ab恰好保持静止，由受力平衡可得
false③
false④
由③④可得cd离开磁场时的速度为
false
故D正确。
故选AD。
10．BD
【详解】
A．线圈在进入第二象限过程，由楞次定律可知，产生的感应电流方向为顺时针方向，感应电动势大小为false，线圈进入第三象限过程中，一直角边在第二象限切割磁感线，另一直角边在第三象限切割磁感线，回路中的总电动势为
false
由右手定则可知，此过程中感应电流的方向仍为顺时针方向，故A错误；
B．线圈在进入第二象限过程，由楞次定律可知，产生的感应电流方向为顺时针方向，感应电动势大小为false，线圈进入第三象限过程中，一边在第二象限切割磁感线，另一边在第三象限切割磁感线，回路中的总电动势为
false
由右手定则可知，此过程中感应电流的方向仍为逆时针方向，大小为第一过程的两倍，同理可分析线圈在进入第四象限过程中，回路中的总电动势为
false
由右手定则可知，此过程中感应电流的方向仍为顺时针方向，大小与第二过程相同，线圈进入第一象过程中只有一边切割磁感线由右手定则可知，此过程中感应电流的方向为逆时针方向，大小为第三过程中的一半，故B正确；
C．线圈切割磁感线的有效长度变化，则感应电流变化，故C错误；
D．从图示位置开始转过false过程中只有一边切割磁感线，由右手定则可知，感应电流方向为顺时针方向，转过false过程中一边在第三象限切割磁感线，另一边在第二象限切割磁感线，回路中的总电动势为两电势之和，由右手定则可知，此过程中的感应电流方向为逆时针方向，大小为第一过程中的两倍，转过false过程中一边在第三象限切割磁感线，另一边在第四象限切割磁感线，回路中的总电动势为两电势之和，由右手定则可知，此过程中的感应电流方向为顺时针方向，大小为第一过程中的两倍，转过false过程中只有一边在第四象限切割磁感线，由右手定则可知，此过程中的感应电流方向为逆时针方向，大小与第一过程相同，故D正确。
故选BD。
11． 左偏 左偏
【详解】
解：(1)[1]实物图接线如图所示：
(2)[2]闭合开关的瞬间，A线圈中电流增大，穿过B线圈的磁通量增加，电流表的指针向右偏转，说明B线圈的磁通量增加时，电流表指针向右偏。开关闭合后，滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动中，电路中的电阻增大，A线圈中电流减小，穿过B线圈的磁通量减少，电流表指针将向左偏。
[3]将铁棒从A中抽出运动中，穿过B线圈的磁通量减少，电流表指针将向左偏。
12．（1）1.0V；（2）0.048N；（3）0.4W。
【详解】
（1）AB切割磁感线相当于电源，其等效电路的电动势：
false
流过AB的电流
false
AB两端的电压
false
（2）导体AB受到的安培力
false
（3）电阻R消耗的功率
false
13．(1)false；(2)false；29.4false；(3)false
【详解】
(1)由题意可知，粒子在圆形磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为
false
根据洛伦兹力提供向心力
false
解得磁感应强度
false
(2)粒子运动的轨迹如图甲所示，从false处沿水平方向射入电场的粒子恰好打到N点，收集板高度false，所以从false处沿水平方向射入电场的粒子恰好打到M点。
打到收集板左侧粒子占发射的总粒子数的比值
false
如图乙所示，根据几何关系可知，电场中轨迹为虚线间的粒子无法打到收集板右侧，设无法打到收集板右侧的粒子的发射方向与y轴正方向的夹角为false，进入false磁场的速度为v，与水平方向的夹角为false，
在false磁场中轨迹半径为false，则
false
根据洛伦兹力提供向心力有
false
又
false
解得
false
粒子进入false磁场和离开false磁场两点间的距离为
false
为定值
如图乙所示
false
在false磁场中有
false
解得
false
故打到收集板右侧的粒子占总粒子数的比值为
false
(3)撤去收集板后，粒子的运动轨迹如图丙所示，粒子经过false磁场重新回到电场后的运动可以看做第一次在电场中运动的延续，由于水平速度不变，在电场中的运动时间不变，故竖直位移增加为原来的3倍，即false，由几何关系可知，从圆形磁场顶端飞出的粒子，最终离开电磁场的纵坐标
false
故所有粒子最终离开电磁场的y轴坐标区间为false。
14．(1)false；(2)45°；(3)false
【详解】
（1）质子在加速电场中被加速，根据动能定理，则有
false
解得
false
（2）质子垂直进入电场后，做类平抛运动，将运动分解成水平与竖直方向，水平方向做匀速直线运动，则有
L=v1t
竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，则有
false
由牛顿第二定律，则有
false
竖直方向的速度为
false
因此质子射出偏转电场时的偏转角θ，即
false
解得
θ=45°
（3）质子进入第四象限后速度方向变为水平时，竖直速度为零，则由
false
false
解得
false