期末复习练习与检测（五） 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（五）（2019人教版选择性必修二）
一、单选题
1．如图甲所示，圆形的刚性金属线圈与一平行板电容器连接，线圈内存在垂直于线圈平面的匀强磁场，磁感应强度B随时间变化的关系如图乙所示（以图示方向为正方向）．t=0时刻，平行板电容器间一带正电的粒子（重力可忽略不计）由静止释放，假设粒子运动未碰到极板，不计线圈内部磁场变化对外部空间的影响，下列粒子在板间运动的速度图象和位移图象（以向上为正方向）中，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
2．正方形金属线框false的false边与匀强磁场的边界重合，匀强磁场垂直纸面，范围足够大，第一次将金属线框以速度false匀速拉进匀强磁场内（如图甲）；第二次金属框以false边为轴匀速转动，false边的线速度大小为false，线框旋转false（如图乙），设两过程中线框中产生的焦耳热相同，则false等于（　　）
A．false B．false C．false D．false
3．一只闭合的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化图像如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．t=0s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大
B．t=0s时刻线圈平面与中性面重合
C．t=0.1s，线圈中电流方向改变
D．t=0.2s时刻，线圈中感应电动势最大
4．一匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，其边界如图中虚线所示，ab＝be＝2bc＝2de＝L，bcde为矩形。一束质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子，在纸面内从a点垂直于ab射入磁场，这些粒子具有各种速率。不计粒子之间的相互作用，在磁场中运动时间最长的粒子，其运动速率为（　　）
A．false B．false C．false D．false
5．在地球赤道上进行实验时，用磁传感器测得赤道上P点地磁场磁感应强度大小为B0.将一条形磁铁固定在P点附近的水平面上，让N极指向正北方向，如图所示，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度大小为B1；现将条形磁铁以P点为轴心在水平面内旋转90°，使其N极指向正东方向，此时用磁传感器测得P点的磁感应强度的大小应为(可认为地磁南北极与地理北、南极重合)(　　)
A．B1－B0 B．B1＋B0
C．false D．false
二、多选题
6．如图所示，两条电阻可忽略的平行金属导轨MN、PQ水平放置，导轨间距为L,在水平导轨的右侧存在磁感应强度方向垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B,磁场区域的长度为d．导轨的右端与一弯曲的光滑轨道平滑连接，左端接有一电阻R，将一阻值也为R的导体棒从弯曲轨道上h高处由静止释放，导体棒与水平导轨接触良好，且动摩擦因数为μ,导体棒最终恰好停在磁场的左边界处，重力加速度大小为g，则
A．导体棒在磁场中做匀减速直线运动
B．导体棒的最大电动势为false
C．电阻R中产生的焦耳热为false
D．整个过程产生的内能为false
7．如图所示，一个等腰直角三角形金属线框直角顶点O处不闭合，竖直放置于水平匀强磁场中，磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场方向垂直，线框的斜边长为L，定值电阻阻值为R，其余部分线框电阻可忽略不计。现有一质量分布均匀的导体棒水平放置，中心在线框最高点O处由静止释放（导体棒足够长，电阻不计），导体棒在下落过程中与线框始终保持良好接触。不计摩擦和空气阻力，下列说法中正确的是（　　）
A．导体棒下落false的过程中，流过R的电荷量为false
B．离开磁场前导体棒一定一直加速
C．离开磁场前导体棒可能先加速后匀速
D．导体棒下落过程机械能的减少量等于电阻R上产生的热量
8．同位素质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器。如图所示为质谱仪的原理图。若互为同位素的三个粒子从false处无初速度释放进入电场，经电压为U的加速电场加速后，垂直磁场边界从false处进入匀强磁场，经磁场偏转后打在底片上，磁场的磁感应强度大小为B，不计粒子的重力，则下列说法正确的是（　　）
A．质量大的粒子由电场进入磁场时的速度大
B．比荷大的粒子打在底片上的位置离false远
C．质量大的粒子打在底片上的位置离false远
D．某一粒子打在底片上的位置到false的距离与false成正比
9．如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接。右端接一个阻值为R的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、电阻也为R的金属棒从高度为h处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨间接触良好。则金属棒穿过磁场区域的过程中（　　）
A．流过定值电阻的电流方向是N→Q
B．通过金属棒的电荷量为
C．金属棒滑过false时的速度小于false
D．金属棒产生的焦耳热为false（mgh﹣μmgd）
10．如图所示，在坐标系xoy平面的第I象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场B1，在第IV象限内存在垂直纸面向里的另一个匀强磁场B2，在x轴上有一点false、在y轴上有一点P（0,a）。现有一质量为m，电量为+q的带电粒子（不计重力），从P点处垂直y轴以速度v0射入匀强磁场B1中，并以与x轴正向成false角的方向进入x轴下方的匀强磁场B2中，在B2中偏转后刚好打在Q点。以下判断正确的是（　　）
A．磁感应强度false
B．磁感应强度false
C．粒子从P点运动到Q点所用的时间false
D．粒子从P点运动到Q点所用的时间false
三、实验题
11．我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。以下是实验探究过程的一部分
（1）如图所示，磁铁的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生感应电流的方向，除了要知道线圈上导线的绕向外，还必须知道_______________________。
（2）如图所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏。闭合开关稳定后，若向左移动滑动变阻器触头，此过程中电流表指针向__________偏转；若将线圈A抽出，此过程中电流表指针向__________偏转（均选填“左”或“右”）。
四、解答题
12．如图所示，以两虚线P、Q为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的电场，电场强度为E，方向水平向右，两侧为相同的磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里。一质量为m、带电量为false、重力不计的带电粒子以水平向右的初速度false从电场边界P、Q之间的O点出发：
(1)若粒子能到达边界Q，求O点到边界Q的最大距离false；
(2)若使粒子到达边界Q并进入磁场的偏转半径为R，求O点到边界Q的距离false；
(3)在题(2)的前提下，能使粒子从O点出发到再次回到O点的过程中，在磁场运动的时间最短，求电场宽度d和全过程的运动时间t。
13．如图所示，匀强磁场B1垂直水平光滑金属导轨平面向下，垂直导轨放置的导体棒ab在平行于导轨的外力F作用下做匀加速直线运动，通过两线圈感应出电压，使电压表示数U保持不变。已知变阻器最大阻值为R，且是定值电阻R2 的三倍，平行金属板MN相距为d。在电场作用下，一个带正电粒子从O1由静止开始经O2小孔垂直AC边射入第二个匀强磁场区，该磁场的磁感应强度为B2，方向垂直纸面向外，其下边界AD距O1O2连线的距离为h。已知场强B2 =B，设带电粒子的电荷量为q、质量为m，则高度false，请注意两线圈绕法，不计粒子重力。求：
（1）试判断拉力F能否为恒力以及F的方向（直接判断）；
（2）调节变阻器R的滑动头位于最右端时，MN两板间电场强度多大？
（3）保持电压表示数U不变，调节R的滑动头，带电粒子进入磁场B2后都能击中AD边界，求粒子打在AD边界上的落点距A点的距离范围。
参考答案
1．C
【详解】
0～false内情况：由楞次定律可知，金属板上极板带负电，金属板下极板带正电；因粒子带正电，则粒子所受电场力方向竖直向上而向上做匀加速运动．false～false内情况：由楞次定律可知，金属板上极板带正电，金属板下极板带负电；因粒子带正电，则粒子所受电场力方向竖直向下而向上做匀减速运动，直到速度为零．false～false内情况：由楞次定律可知，金属板上极板带正电，金属板下极板带负电，带正电粒子向下匀加速，同理，false～T内情况：由楞次定律可知，金属板上极板带负电，金属板下极板带正电；因粒子带正电，则粒子所受电场力方向竖直向上，而向下做匀减速运动，直到速度为零．故AB错误；由A选项分析可知，false末速度减小为零，位移最大，当T末，粒子回到了原来位置．故C正确，D错误；故选C．
2．D
【详解】
设正方形金属线框的边长为l，电阻为R，磁场的磁感应强度为B，图甲产生的感应电动势为false，时间为
false
产生的热量为
false
图乙产生的感电动势的最大值false，时间为
false
有效值false，产生的热量为
false
根据题意false，求得
false
故选D。
3．B
【详解】
AB．由图知t=0时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，线圈平面应在中性面，故A错误，B正确；
C．t=0.1s时刻，磁通量为零，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大，即电动势最大，电流不改变方向，故C错误；
D．t=0.2s时刻，磁通量最大，但磁通量变化率为零，故线圈中感应电动势为零，故D错误；
故选B 。
4．C
【详解】
设粒子过bcde上一点g，当∠Oag最大时，∠aOg最小，粒子运动时间最长，O为粒子做圆周运动的圆心
由几何关系知，当粒子过c点时，粒子运动时间最长，设半径为R，则有
false
得
false
由
false
解得
false
故C正确，ABD错误。
故选C。
5．D
【详解】
根据题意，赤道上P点地磁场磁感应强度大小为B0，条形磁铁N极指向正北方向时，条形磁铁在P点产生的磁感应强度为B＝B1－B0；条形磁铁N极指向正东方向时，其分磁感应强度指向正东方向，此时两个分矢量垂直，故P点的合磁感应强度为
B′＝false＝false
A．B1－B0，与结论不相符，选项A错误；
B．B1＋B0，与结论不相符，选项B错误；
C．false ，与结论不相符，选项C错误；
D．false ，与结论相符，选项D正确；
故选D.
6．BD
【解析】
导体棒进入磁场后受到向右的安培力作用以及摩擦力作用而减速，随速度的减小，安培力减小，则加速度减小，则导体棒在磁场中做加速度减小的减速直线运动，选项A错误；金属棒下滑过程中，由机械能守恒定律得：mgh=falsemv2，金属棒到达水平面时的速度 v=false，金属棒到达水平面后进入磁场受到向右的安培力做减速运动，则导体棒刚到达水平面时的速度最大，所以最大感应电动势为 E=BLv=BLfalse，选项B正确；金属棒在整个运动过程中，由动能定理得：mgh-WB-μmgd=0-0，则克服安培力做功：WB=mgh-μmgd，所以整个电路中产生的焦耳热为 Q=WB=mgh-μmgd，电阻R中产生的焦耳热为QR=falsemg(h-μd)，故C错误；由能量关系可知，整个过程产生的内能为mgh，选项D正确；故选BD.
点睛：本题关键要能根据导体棒的受力情况分析其运动情况；能用能量关系分析导体棒运动过程中的能量转化关系，注意整个过程中有摩擦生热，也有电热产生．
7．AD
【详解】
A．由法拉第电磁感应定律可得
由闭合电路欧姆定律可得
false
由电流的定义式可得，流过R的电荷量为
导体棒下落false的过程中
联立可得
false
所以A正确；
BC．对导体棒受力分析，有重力和安培力。安培力定义式为
false
导体棒产生的电动势为
false
由闭合电路欧姆定律可得
false
则
false
最开始，重力大于安培力，此时导体棒做加速运动。不考虑导体棒的运动位移，当重力等于安培力之后，导体棒的有效切割长度继续变大，所以安培力就比重力大，合力向上，导体棒做减速运动。所以离开磁场前，导体棒可能一直加速，也可能先加速后减速，所以BC错误；
D．导体棒在下落过程中，重力做正功，安培力做负功转化为电阻R的热量，由能量守恒定律可得，导体棒下落过程机械能的减少量为
所以D正确。
故选AD。
8．CD
【详解】
A．根据动能定理有
false
得
false
由于互为同位素的粒子所带电荷量相同，因此质量大的粒子进入磁场时的速度小，A错误；
BC．粒子进入磁场后做匀速圆周运动，半径
false
粒子打在底片上的位置与false的距离
false
由此可知，质量大的粒子打在底片上的位置离false远，比荷大的粒子打在底片上的位置离false近， C正确，B错误；
D．对某一粒子而言，打在底片上的位置与false的距离
false
即x与false成正比，D正确。
故选CD。
9．BD
【详解】
A．金属棒下滑到低端时速度向右，而且磁场竖直向上，根据右手定则可以知道流过定值电阻的电流方向是Q→N， A错误；
B．根据法拉第电磁感应定律，通过金属棒的电荷量为
B正确；
C．金属棒滑过整个磁场区域时由动量定理
金属棒滑过false时由动量定理
其中
false
false
联立解得
false
C错误；
D．根据动能定理则
false
则克服安培力所做的功为
false
电路中产生的焦耳热等于克服安培力做功，所以金属棒产生的焦耳热为
false
D正确。
故选BD。
10．BC
【详解】
AB．粒子运动轨迹如图所示，由几何知识可知
false
解得
false
在B2磁场中根据几何知识有
false
解得
false
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
false
将半径代入解得
false
故A错误，B正确；
CD．粒子做圆周运动的周期为false，粒子的运动时间为
解得
false
故C正确，D错误。
故选BC。
11．电流从电流表的“+”接线柱流入时，指针向哪个方向偏转 右 左
【详解】
(1)[1]若要探究线圈中产生感应电流的方向，除了要知道线圈上导线的绕向外，还必须知道电流从电流表的“+”接线柱流入时，指针向哪个方向偏转。
(2)[2][3]闭合开关时，电流表指针向右偏，说明磁场向下且磁通量增大时，电流表指针向右偏，闭合开关稳定后，若向左移动滑动变阻器触头，电阻减小，电流增大，磁场增强，磁通量增大，故电流表指针向右偏转；若将线圈A抽出，磁场减弱，磁通量减小，此过程中电流表指针向左偏转。
12．(1) false；(2)false；(3)false，false
【详解】
(1)由动能定理得
false
得
false
(2)由
false
false
解得
false
(3)要使粒子在磁场中运动时间最短则轨迹如图：
由
false
false
false
解得
false
粒子在电场中运动的加速度
false
在磁场中运动的周期
false
全过程的运动时间：
falsefalse
13．（1）F不能为恒力，F方向向左；（2）false（3）false
【解析】
试题分析：（1）false棒不能做匀速运动，否则副线圈中没有感应电流，故false棒做变速运动，ab棒做变速运动，产生的感应电动势是变化的，原线圈电流是变化的，false棒受到的安培力是变力，false棒做匀加速运动，由牛顿第二定律可知，false棒受到的合外力为恒力，由于安培力是变力，则拉力F为变力；粒子带正电，粒子在两极板间加速，说明极板间的电场强度方向水平向右，M板电势高于N板电势，副线圈所在电路电流沿顺时针方向，由楞次定律与右手定则可知，false棒应向左运动。
（2）变阻器最大阻值为R，且是定值电阻false的三倍，则：false，由图示电路图可知，两电阻串联，电压表测两电阻的总电压，两极板间的电势差等于R2两端电压，
电路电流：false，
定值电阻两端电压：false，
极板间的电场强度：false；
（3）滑片在最右端时，两极板间的电势差最小，由（2）可知，最小电势差：false，滑片在最左端时，极板间的电势差最大，false，粒子在电场中加速，由动能定理得：false，解得：false，false，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：false，粒子轨道半径：false，false，，由题意可知：false，则：false，false，粒子运动轨迹如图所示：
由几何知识可得：false，false，
则：粒子打在AD边界上的落点距A点的距离范围是：false。
考点：带电粒子在匀强磁场中的运动
【名师点睛】本题是一道电磁感应、电路、带电粒子在匀强磁场中运动的综合题，难度较大，分析清楚电路结构、应用欧姆定律、动能定理、牛顿第二定律即可正确解题，解题时注意几何知识的应用。