期末复习培优训练与检测（四）—2020-2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（含答案）

2020-2021学年高二下学期期末复习培优训练与检测（四）（2019人教版选择性必修二）
一、单选题
1．半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为d，如图所示。有一变化的磁场垂直于纸面，规定向内为正，变化规律如图所示。在t=0时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为+q的微粒，从静止释放，两板间距足够长。则以下说法正确的是(　 )?
A．第1秒内金属圆环中的感应电流为逆时针方向
B．第2秒内粒子所受电场力将反向
C．第1秒内粒子将向下做自由落体运动
D．第1秒内上极板的电势高于下极板的电势
2．如图所示，在直角坐标系xOy的第1、4象限内存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，两磁场以OP直线为界，OP直线与+x轴夹角为false，其磁感应强度分别为B和2B。一质量为m、电荷量为q的粒子从y轴上的N点沿平行于+x轴的方向射入磁场Ⅰ；一段时间后，该粒子在OP边界上某点以垂直于OP的方向射入磁场Ⅱ，最后粒子射出磁场。则粒子在磁场中运动的时间为（　　）
A．false
B．false
C．false
D．false
3．如图电阻为r的矩形线圈面积为S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动．t=0时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表．则
A．滑片P下滑时，电压表的读数不变
B．图示位置线圈中的感应电动势最大
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为false
D．1 s内流过R的电流方向改变false次
4．如图所示，假设将一个小磁针放在地球北极点的水平面上，那么小磁针将会是（　　）
A．在北极的水平面上顺时针转动
B．静止，N极竖直向下
C．在北极的水平面上逆时针转动
D．静止，S极竖直向下
5．单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量false与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．false时刻线框平面与中性面垂直 B．线框的感应电动势的有效值为false
C．线框的感应电动势有效值为false D．从t=0到t=false过程中线框的平均感应电动势为false
二、多选题
6．一有界区域内，存在着方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和2B，磁场宽度均为L，如图所示。边长为L的正方形导线框abcd的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上，建立水平向右的x轴，且坐标原点在磁场的左边界上，t=0时刻开始线框沿x轴正方向匀速通过磁场区域，规定逆时针方向为电流的正方向，导线框受向左的安培力为正方向，四个边电阻均相等。下列关于感应电流i或导线框受的安培力F或b、a两点电势差Uba随时间t的变化规律正确的是（　　）
A． B．
C． D．
7．司南是中国古代辨别方向用的一种仪器，据近代考古学家猜测，司南是用天然磁铁矿石琢成一个勺形的东西，放在一个光滑的盘上，盘上刻着方位，可以辨别方向，如图所示，下列说法正确的是
A．司南不可能仅具有一个磁极
B．司南能够指向南北，说明地球具有磁场
C．司南的指向会受到附近铜块的干扰
D．在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线，导线通电时司南会发生偏转
8．如图所示，固定在水平面上的光滑平行金属导轨，间距为L，右端接有阻值为R的电阻，空间存在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场．质量为m、电阻也为R的导体棒ab与固定弹簧相连，放在导轨上．初始时刻，弹簧恰处于自然长度．给导体棒水平向右的初速度v0，导体棒开始沿导轨往复运动，在此过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触．不计导轨电阻，则下列说法中不正确的是（　　）
A．导体棒开始运动的初始时刻受到的安培力向左
B．导体棒开始运动的初始时刻导体棒两端的电压U=BLv0
C．导体棒开始运动后速度第一次为零时，系统的弹性势能Ep=falsemv02
D．金属棒最终会停在初始位置，在金属棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热Q=falsemv02
9．如图所示，质量为m、电荷量为e的质子以某一初动能false从坐标原点O沿y轴正方向进入场区，若场区仅存在平行于x轴正方向的匀强电场时，经过时间false质子恰好通过false点的动能为E；若场区仅存在垂直于false平面的匀强磁场时，经过时间false质子也能通过P点。不计质子的重力。设上述匀强电场的电场强度大小为E、匀强磁场的磁感应强度大小为B，则下列说法中正确的是（　　）
A．false B．false C．false D．false
10．质谱仪用来分析带电粒子的质量与电荷量，其构造原理如图所示。将第-种粒子源放于false处，经加速电场（电压为false）加速后垂直于磁场方向、垂直于磁场边界进入匀强磁场。在磁场中运动后到达磁场边界上的false点。换第二种粒子源也放在false处，其粒子同样到达false点。粒子从粒子源射出的初速度均为零，不计粒子重力。则下列说法正确的是（　　）
A．若第二种粒子的电性与第一种不同，需同时改变电场方向与磁场方向
B．若第二种粒子的电性与第一种不同，只需改变电场方向或磁场方向即可
C．若第二种粒子与第--种粒子是同位素，其质量比为false，保持电场电压不变，则磁场磁感应强度需调整为原来的false
D．若第二种粒子与第--种粒子的质量比为false、电荷量比为false，保持磁场磁感应强度不变，则电场电压需调整为原来的false
三、实验题
11．下图为“研究感应电流产生的条件”的实验电路图.
(1)请用铅笔连线，把实验装置连接完整．
(2)开始实验时，滑片应该放置在____（填“a”或“b”）
(3)闭合电键后,请写出两种使线圈B中产生感应电流的方法：a__________ ; b．____________.
四、解答题
12．如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L=0.5m一端连接R=2Ω的电阻。导线所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B=1T。导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。在平行于导轨的拉力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v=6m/s。求：
(1)感应电动势E和感应电流I；
(2)拉力F的大小；
(3)若将MN换为电阻r=lΩ的导体棒，其他条件不变，求导体棒两端的电压U。
13．如图所示，两带电平行板A、B间的电场为匀强电场，场强为E，两板相距d，板长L。一带电量为q、质量为m的粒子沿平行于板方向从两板的正中间射入电场后向着B板偏转，不计带电粒子所受重力，则
⑴粒子带何种电荷？
⑵要使粒子能飞出电场，粒子飞入电场时的速度v0至少为多大？这个速度的粒子在电场中运动时间为多长？电势能的变化量为多少？（用已知量表示）
14．如图所示的平面直角坐标系xOy，在x轴上方有沿y轴正方向的匀强电场，在x轴下方有垂直于xOy平面向里的匀强磁场。一不计重力、带负电的粒子，从y轴上的false点，以速度false沿x轴正方向射入电场，通过电场后从x轴上的false点进入x轴下方的磁场中运动，该粒子恰好没能进入第Ⅲ象限。试求：
(1)粒子到达Q点时速度的大小和速度方向与x轴正方向的夹角；
(2)粒子第一次在磁场中运动的时间。
15．现代切割技术常用的一种“水刀”如图所示。它将水从高压水枪中高速射出，形成很细的水束，用来切割钢板等物体。已知水束的横截面积为S，速度为v，并垂直射向钢板，若水射上钢板后的速度视为0，水的密度为false，求水对钢板的平均冲击力。
?
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A. 有楞次定律可知：第1秒内金属圆环中的感应电流为顺时针方向，故A错误；
B. 根据楞次定律可知在前2s内金属板上极板带正电，上极板电势高于下极板，电场方向没有发生变化，所以第2秒内粒子所受电场力不会反向，故B错误；
CD. 根据楞次定律可知在前2s内金属板上极板带正电，上极板电势高于下极板，平行板内存在向下的电场，所以带正电的粒子受到向下的电场力，但加速度不一定等于g，所以不一定做自由落体运动，故C错误；D正确；
2．B
【详解】
粒子在磁场中运动轨迹如图所示，由图可知，粒子在磁场I中的偏转角为false，则运动时间为
false
由公式
false
得
false
粒子在磁场II中的半径为I中的一半，由图可知，OM为粒子在磁场I中的半径，则粒子刚好从O点射出，则粒子在磁场II中的偏转角为false，运动时间为
false
则粒子在磁场中运动的时间为
false
故B正确，ACD错误。
故选B。
3．D
【解析】
试题分析：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流，电压表测量的是R两端电压的有效值，根据闭合电路欧姆定律分析其读数是否变化；图示位置没有任何一边切割磁感线，线圈中感应电动势和磁通量的变化率为零；线圈每经过中性一次，感应电流方向改变一次．
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流，感应电动势最大值为false，线圈在磁场中匀速转动时产生的感应电动势最大值不变，有效值不变．滑片P下滑时，R增大，据闭合电路欧姆定律可知，通过R的电流有效值减小，线圈的内电压减小，则R的电压有效值增大，电压表的读数增大，故A错误；图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线，线圈中感应电动势为零，由法拉第电磁感应定律可知磁通量的变化率为零，产生的电动势等于0，故B错误；线圈从图示位置转过180°的过程中，磁通量的大小相等，而方向相反，所以电路中的平均电动势大小false，平均电流false，流过电阻R的电量为false，故C错误；由题意得：线圈转动的周期为false，线圈每经过中性一次，感应电流方向改变一次，一周电流方向改变，所以1s内流过R的电流方向次数为false，故D正确．
4．B
【详解】
地球北极点是地磁的S极，磁场方向竖直向下，则将一个小磁针放在地球北极点的水平面上时，那么小磁针将会是静止，N极竖直向下。
故选B。
5．B
【详解】
A．false时刻通过线框的磁通量最大，故线框平面与中性面平行，故A错误；
BC．由于该线圈只有1匝，故感应电动势的最大值为
false
故有效值为
false
故B正确，C错误；
D．从t=0到t=false过程中线框的平均感应电动为
false
故D错误；
故选B。
6．ACD
【详解】
正方形导线框进入第一个磁场过程中，只有bc边切割磁感线，由右手定则可知，电流方向为逆时针方向，大小为
false
b、a两点的电势差为
false
正方形导线框所受安培力为
false
由左手定则可知，安培力方向水平向左，正方形导线框进入第二个磁场过程中，ad边在第一个磁场中切割磁感线，bc边在第二个磁场中切割磁感线，由右手定则可知，电流方向为顺时针，大小为
false
由于电流方向为顺时针则b点电势低于a点电势，b、a两点的电势差为
false
正方形导线框所受安培力为
false
由左手定则可知，两边所受安培力方向都水平向左，正方形导线框出第二个磁场过程中，只有ad边在第二个磁场中切割磁感线，由右手定则可知，电流方向为逆时针方向，大小为
false
b、a两点的电势差为
false
正方形导线框所受安培力为
false
由左手定则可知，安培力方向水平向左，故ACD正确，B错误。
故选ACD。
7．ABD
【解析】
磁极是成对出现的，则司南不可能仅具有一个磁极，选项A正确；司南能够指向南北，说明地球具有磁场，选项B正确；铜不是磁性材料，则司南的指向不会受到附近铜块的干扰，选项C错误；在司南正上方附近沿勺柄方向放置一直导线，因直导线下面的磁场与直导线垂直，可知导线通电时司南会发生偏转，选项D正确；故选ABD.
8．BCD
【详解】
导体棒开始运动的初始时刻，由右手定则判断可知：ab中产生的感应电流方向从a→b，由左手定则判断得知ab棒受到的安培力向左，故A正确．导体棒开始运动的初始时刻，ab棒产生的感应电势为E=BLv0．由于r=R，所以导体棒两端的电压U=falseE=falseBLv0．故B错误．由于导体棒运动过程中产生电能，所以导体棒开始运动后速度第一次为零时，根据能量守恒定律得知：系统的弹性势能小于falsemv02，故C错误．金属棒最终会停在初始位置，在金属棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热 Q=false?falsemv02=falsemv02，故D错误．此题选择不正确的选项，故选BCD．
【点睛】
弄清运动过程中能量如何转化，并应用能量转化和守恒定律分析解决问题是此题关键，当然右手定则和安培定则也熟练运用．
9．AD
【详解】
AC．设质子进入场区时的初速度为false，则初速度
false
当场区在只有电场存在时，质子做类平抛运动，x轴方向有
false
y轴方向有
false
解得
false﹐false，false
又由动能定理可知电场力做功为
false
解得
false
故选项A正确，选项C错误：
BD．当场区在只有磁场存在时，质子做匀速圆周运动，由几何知识可知，运动半径为d，根据牛顿第二定律有
false
解得
false
其由运动时间
false
故选项B错误，选项D正确。
故选AD。
10．ACD
【详解】
AB．如图所示
带电粒子运动有3个子过程。两种粒子要在电场中加速，则电场力方向相同。因电性不同，则电场方向相反。粒子进入磁场时速度方向相同，在磁场中均向下偏转，所受洛伦兹力方向相同，由左手定则知粒子电性不同，则磁场方向不同，故A正确，B错误；
CD．加速电场加速有
false
磁场中圆周运动有
false
解得
false
第二种粒子与第-种粒子是同位素，其电荷量false相同，若质量比为false，则
false
解得
false
故CD正确。
故选ACD。
11．（1） （2）a （3）断开电键；上下移动线圈A(或移动滑动变阻器的滑片)
【解析】
(1)将电源、电键、变阻器、线圈B串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将电流计与线圈A串联成另一个回路，电路图如图所示:
(2)由图示电路图可知，滑动变阻器采用限流接法，为保护电路应该使接入电路的电阻最大，在闭合电键S前，滑动变阻器滑动片P应置于a端．
(3)电键S闭合后还有多种方法能使线圈B中产生感应电流，如：移动滑动变阻器的滑片、或线圈A在线圈B中拔出或插入、或断开电键等．
【点睛】本题考查了实验注意事项、改变磁通量的方法，为保护电路，滑动变阻器采用限流接法时闭合开关前滑片应置于阻值最大处，滑动变阻器采用分压接法时，闭合开关前滑片置于分压电路分压为零的位置．
12．(1)3.0V，1.5A；(2)0.75N；(3)2.0V
【详解】
(1)根据电动势公式得
false
故感应电流
false
(2)金属棒匀速运动过程中，所受的安培力大小为
false
因为是匀速直线运动，所以导体棒所受拉力
false
(3)此时导体棒两端电压为路端电压，即电阻两端电压
false
13．(1)正 （2）false， false， false
【解析】（1）由图知A板带正电，板间电场方向竖直向下，粒子向下偏转，说明粒子受电场力方向向下与电场方向相同，所以粒子带正电；（2）粒子能飞出电场的临界条件是刚好从B板边缘飞出。粒子在板间做类平抛运动，在水平方向匀速直线： false， false，解得false， false，电场力做正功，电势能减小，所以电势能的变化量false
14．(1)false，方向与x轴正方向的夹角false；(2)false
【分析】
考查带电粒子在组合场中的运动。
【详解】
(1)设带电粒子在电场中运动时间为false，粒子到达Q点时速度的大小为v0，速度方向与x轴正方向的夹角为false，粒子到达Q点时沿y轴方向的速度大小为false，
由平抛运动规律，有
false，false
则
false，false
false
(2)因为粒子恰好没能进入第Ⅲ象限，所以粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹与y轴相切。如图所示。
由几何关系，有
false
解得false。
由对称性可知，粒子将在电场和磁场中做周期性运动，粒子在磁场中运动的周期为
false
所以，该粒子第一次在磁场中运动的时间为
false
15．false
【详解】
设t时间内有V体积的水打在钢板上，则这些水的质量为
false
以这部分水为研究对象，它受到钢板的作用力为F，以水运动的方向为正方向，由动量定理有
false
解得
false