期末复习培优训练与检测（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培优训练与检测（五）（2019人教版选择性必修二）
一、单选题
1．如图所示，矩形线圈abcd绕轴OO′匀速转动产生交流电，在图示位置开始计时，则下列说法正确的是（　　）
A．t=0时穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最大
B．false（T为周期）时感应电流沿dcbad方向
C．若转速增大为原来的2倍，则交变电流的频率是原来的2倍
D．若转速增大为原来的2倍，则产生的电流有效值为原来的4倍
2．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流的电动势为false.关于这个交变电流，下列说法中正确的是（ ）
A．电动势的有效值为220V
B．交变电流的频率为100Hz
C．电动势的最大值为220V
D．t=0时，线圈平面与中性面垂直
3．在宇宙环境中，地磁场保护着地球，地质记录表明，自地球在46亿年前形成以来，已经有过数百次地磁反转，也就是说，地球的磁场在“反极性”（地磁场方向与现在的方向相反）和“正极性”（地磁场方向与现在的方向相同）之间不断变换物理学家研究认为，地球的磁极反转在未来仍可能会发生下列关于地磁反转期间的说法正确的是（ ）
A．对依靠磁场进行导航的物种不会有影响
B．地磁场处于最弱的状态时，不会对地球生物的生存有影响
C．来自太阳的高速带电粒子流直接轰击地球的大气层，可能引发一些疾病
D．地球磁场的反转是瞬间发生的，而不是一个缓慢、渐进的过程
4．在水平桌面上，一个面积为false的圆形金属框置于匀强磁场中，金属框平面与磁场垂直，磁感应强度false随时间false的变化关系如图甲所示。false内磁场方向垂直金属框平面向下．圆形金属框与一个水平的宽度为false的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长也为false、电阻为false，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，其磁感应强度恒为false，方向垂直于导轨平面向下，如图乙所示。若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力false随时间变化的图像是（设向右为静摩擦力的正方向）（　　）

A． B．
C． D．
5．方形区域内有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外，带电粒子a、b是经质谱仪筛选出的具有相同比荷的带电粒子，粒子从磁场左侧边界中点o垂直于边界垂直于磁场射入磁场中，运动轨迹如图所示，a、b粒子分别从方形磁场左下角和右下角离开磁场，则（ ）
A．粒子带正电
B．a粒子质量大于b粒子
C．a粒子在磁场中运动时间小于b粒子
D．a粒子进入磁场的速度大于b粒子
二、多选题
6．如图为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；false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和粒子b经过小孔false时速度大小一定相等
B．若只减小加速电场的电压U，粒子a可能沿曲线false运动
C．静电分析器中距离圆心O为R处的电场强度大小为false
D．粒子b的比荷一定大于粒子a的比荷
7．利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图是某种金属材料制成的霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差，下列说法中正确的是
A．D侧面电势高于C侧面电势
B．C侧面电势高于D侧面电势
C．在测地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直
D．在测地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
8．如图所示，空间存在方向垂直于xOy平面的匀强磁场，在false的区域，磁感应强度的大小为B，方向向外：在false的区域，磁感应强度的大小为false，方向向里。一质量为m、电荷量为false的电子（不计重力）以速度false从坐标原点O沿x轴正方向射入磁场，当电子的速度方向再次沿x轴正方向时（　　）
A．电子运动的最短时间为false
B．电子运动的最短时间为false
C．电子与O点间的最短距离为false
D．电子与O点间的最短距离为false
9．两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直，一正方形单匝导线框abcd位于纸面内，如图a傲视，t=0时cd边与磁场边界重合，线框在水平外力F的作用下从静止开始做变速直线运动通过该磁场，规定逆时针方向为磁感应电流的正方向，回路中感应电流随时间变化如图b所示；规定水平向左为力的正方向，下列给出的关于回路中感应电动势E，线框所受安培力false，外力F随时间变化的图像中，可能正确的是
A． B． C． D．
10．如图所示，两根平行光滑金属导轨固定在同一水平面内，其左端接有定值电阻false,建立false轴平行于金属导轨，在false的空间区域内存在着垂直导轨平面向下的磁场(图中未画出)，磁感应强度false随坐标false (以false为单位)的分布规律为false，金属棒false在外力作用下从false的某处沿导轨向右运动，false始终与导轨垂直并接触良好，不计导轨和金属棒的电阻．设在金属棒从false处，经false到false的过程中，电阻器false的电功率始终保持不变，则( )
A．金属棒在false与false处产生的电动势之比为false
B．金属棒在false与false处受到磁场false的作用力大小之比为false
C．金属棒从false到false与从false到false的过程中通过false的电量之比为false
D．金属棒从0到false与从false到false的过程中电阻false产生的焦耳热之比为false
三、实验题
11．如图1所示的电路可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向
（1）在图1中用实线代替导线把它们连成实验电路
（2）将线圈A插入线圈B中，合上开关S，能使线圈B中感应电流的磁场方向与线圈A中原磁场方向相同的实验操作是______
A．插入铁芯F???????????B．拔出线圈A
C．使变阻器阻值R变小??????D．断开开关S
（3）已知一灵敏电流计，当电流从正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转，现把它与线圈串联接成图示电路，当条形磁铁按如图2所示所示的方向运动时，电流表偏转的方向向______（填“左”或“右”）
（4）如图3所示是一演示实验的电路图．图中L是一带铁芯的线圈，A是一灯泡．起初，开关处于闭合状态，电路是接通的．现将开关断开，则在开关断开的瞬间，a、b两点电势相比，φa______φb（填“＞”或“＜”）；这个实验是用来演示______现象的．
四、解答题
12．如图所示，一面积为S的n匝圆形金属线圈与阻值为R的电阻连接成闭合回路，金属线圈的电阻也为R，导线的电阻不计。线圈内存在一个方向垂直纸面向里、磁感应强度随时间均匀增加且变化率为k的磁场。电阻两端并联一对水平放置的平行金属板，金属板长为L、极板间距为false，极板间电场均匀分布。现有一粒子以大小为false的初速度从下极板左边缘飞入板间，粒子恰好从上极板右边缘水平飞出，粒子重力不计，求：
(1)粒子的带电性质及false与水平极板间的夹角θ；
(2)若保持false大小不变但改变false的方向，使得带电粒子恰能沿极板中央轴线水平飞出，则需要把磁感应强度的变化率调整为原来的多少倍。
13．如图（a）所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相距L，距左端L处的中间一段被弯成 半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H的水平面上．圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B0，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B（t），如图（b）所示，两磁场方向均竖直向上．在圆弧顶端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间t0滑到圆弧底端．设金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g．
⑴问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？为什么？
⑵求0到时间t0内，回路中感应电流产生的焦耳热量．
⑶探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间，回路中感应电流的大小和方向．
14．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。
?
15．如图为某同学在学习完回旋加速器之后设计的粒子加速器示意图．两块平行板电极的间距很小，可忽略不计．两板中茌接近右端处各有一个小孔M、N，两孔连线与板垂直，孔的直径及孔到板右端的距离很小，可忽略不计．垂直向里的匀强磁场以边长为L的正六边形ABCDEF为边界，N孔恰好位于该六边形的几何中心，平行板与边界CD平行，匀强磁场的磁感应强度为B (两平行板间无磁场）．现将比荷为q/m的带正电的粒子从M无初速释放，不计粒子重力
(1)若粒子恰好能以最短时间从A点离开磁场区域，求所加直流电压的值U1并求出从N运动到A点的最短时间．
(2)若false，则粒子经该加速器加速后能获得的最大速度是多少？（取false）
参考答案
1．C
【详解】
A．当false时穿过线圈的磁通量最大，而产生的感应电动势为零，则产生的感应电流也为零，故A错误；
B．false为周期）时，根据楞次定律，则有感生电流沿false方向，故B错误；
C．若转速增大为原来的2倍，根据转速与频率成正比的关系，则交变电流的频率是原来的2倍，故C正确；
D．若转速增大为原来的2倍，则角速度
false
增大为原来的2倍，感应电动势的最大值false ，也增加2倍，因此最大感应电流也增加2倍，所以产生的电流有效值为原来的2倍，故D错误。
故选C。
2．A
【详解】
AC.由false（V）可知该交变电流的电动势的最大值为falseV，即311V，有效值为220V，故A正确，C错误；
B.线圈转动的角速度为false，false，故其频率为false，故B错误；
D.当t=0时，e=0，此时线圈处在中性面的位置，故D错误
3．C
【详解】
A．当地球的磁场变化时，对依靠磁场进行导航的物种会有影响，故A错误；
BC．地磁场是地球生命的“保护伞"，地磁场处于最弱的状态时，来自太阳的高速带电粒子流(太阳风)会直射地球，可能威胁地球生物的生命，同时也可能引发一些疾病，故B错误，C正确；
D．地球磁场的反转不可能是瞬间发生的，而是一个缓慢、渐进的过程，故D错误；
故选C。
4．A
【详解】
在0~1s内磁感应强度B1随时间t均匀增大，由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势恒定不变，则感应电流也不变，由楞次定律可得，感应电流沿逆时针方向，根据左手定则可得，导体棒受到的安培力的方向向左，大小恒定，所以导体棒受的静摩擦力方向向右，即为正方向，且大小也恒定；在1~2s内磁感应强度B1大小不变，则金属框中没有感应电动势，所以没有感应电流，则也没有安培力，因此导体棒不受静摩擦力；在2~3s内磁感应强度B1随时间t均匀减小，由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势恒定不变，则感应电流也不变，由楞次定律可得，感应电流沿顺时针方向，根据左手定则可得，导体棒受到的安培力的方向向右，大小恒定，所以导体棒所受的静摩擦力方向向左，即为负方向，且大小也恒定，综上所述，A正确，BCD错误。
故选A。
5．A
【详解】
A．由左手定则可知，粒子带正电，选项A正确；
B．由题中条件不能确定粒子质量关系，选项B错误；
C．根据false可知，两粒子的周期相同，根据false，因a粒子在磁场中的偏转角大，则a粒子在磁场中运动时间大于b粒子，选项C错误；
D．根据false可知a粒子的运动半径较小，则进入磁场的速度小于b粒子，选项D错误；故选A.
6．CD
【详解】
A．由
false
可得
false
false
由此可知，所以带电粒子都可以通过静电分析器，即粒子a和粒子b经过小孔false时速度大小不一定相等，故A错误；
B．由A的分析可知，粒子通过静电分析器时，径向电场提供向心力，做圆周运动，半径为false，所以当U减小时，r减小，故B错误；
C．由false可知，静电分析器中距离圆心O为R处的电场强度大小为false，故C正确；
D．粒子在磁场中做圆周运动，由
false
可得
false
即打在胶片上的位置距O点越远粒子的比荷越小，所以粒子b的比荷一定大于粒子a的比荷，故D正确。
故选CD。
7．AC
【解析】
【详解】
AB、根据左手定则，电子向C侧面偏转，C表面带负电，D表面带正电，所以D侧面的电势高，故A正确，B错误；
CD、在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，故C正确，D错误．
8．BD
【详解】
电子先在false的区域运动半周，再在false的区域运动半周，当速度方向再次沿x轴正方向时，运动的最短时间为
false
与O点间的最短距离为
false
故BD项正确，AC项错误。
故选BD。
9．ACD
【详解】
A．感应电流：false，则：E=IR，由于R是定值，E随时间变化规律与I随t变化规律相同，故A正确；
BC．安培力：F安=BIL，由于B、L是定值，则F安随t的变化规律与I随t的变化规律相同，故C正确，B错误；
D．感应电流：false，B、L、R是定值，由I-t图线可知，线框做匀变速直线运动，a大小不变；对线框，由牛顿第二定律得：
F-F安=ma
外力：
F=F安+ma=BIL+ma
由于B、L、m、a都是定值，图D所示图象与I-t图线是对应的，故D正确；
故选ACD。
10．ACD
【分析】
由题意可知考查电磁感应规律，电路、电量和焦耳热计算，根据法拉第电磁感应定律、焦耳定律计算可得．
【详解】
A．电阻器false的电功率始终保持不变，说明回路中电流不变，所以金属棒在false与false处产生的电动势之比为false，A正确；
B．由false可知安培力大小正比于磁感应强度之比， 金属棒在false磁感应强度为B2=(0.8-0.2×2)T=0.4T，false处磁场B3=(0.8-0.2×3)T=0.2T 所以false、false处的作用力大小之比为false，故B错误；
C．金属棒在x1处磁感应强度
false
false
x2 处磁感应强度
B2=(0.8-0.2×2)T=0.4T，
false，
x3 处磁场磁感应强度
B3=(0.8-0.2×3)T=0.2T，
false ，
E=false ， false，
两式联立可得false ，
金属棒从false到false通过R的电量
false
从false到false的过程中通过false的电量
false
所以false，故C正确；
D．安培力随x均匀减小，做出安培力随距离变化图像如下所示
金属棒从0到false与从false到false的过程中电阻false产生的焦耳热之比为克服安培力做功之比，也等于图像中面积之比false，故D正确．
【点睛】
磁感应强度随x均匀减小，计算磁通量时可以用平均磁感应强度与面积乘积计算，电量平均电流计算，热量用效值计算或功能关系来计算．
11． BD 右 false 自感
【解析】
【分析】
本题考查研究电磁感应现象及验证楞次定律的实验，对于该实验注意两个回路的不同．由楞次定律可知，感应电流磁场总是阻碍原磁通量的变化，当原磁通量变大时，感应电流磁场与原磁场方向相反；根据楞次定律确定电流的方向，判断指针的偏转；线圈的特点是闭合时阻碍电流的增大，断开时产生一自感电动势相当于电源，与A组成闭合回路，L的右端电势高．
【详解】
解：false将电源、电键、变阻器、小螺线管A串联成一个回路，再将电流计与大螺线管B串联成另一个回路，电路图如图所示．
false、插入铁芯F??时，穿过线圈B的磁通量变大，感应电流磁场与原磁场方向相反，故A错误；
B、拔出线圈A，穿过线圈B的磁通量变小，感应电流磁场方向与原磁场方向相同，故B正确；
C、使变阻器阻值R变小，原电流变大，原磁场增强，穿过线圈B的磁通量变大，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，故C错误；
D、断开开关，穿过线圈B的磁通量减小，感应电流磁场方向与原磁场方向相同，故D正确；
false当电流从正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转，
当条形磁铁按如图所示所示的方向运动时，磁通量增加，依据楞次定律，感应磁场向上，再由右手螺旋定则，感应电流盘旋而下，则电流从正接线柱流入，所以灵敏电流计的指针将右偏．
false在K断开前，自感线圈L中有向右的电流，断开K后瞬间，L的电流要减小，于是L中产生自感电动势，阻碍自身电流的减小，但电流还是逐渐减小为零．原来跟L并联的灯泡A，由于电源的断开，向右的电流会立即消失．但此时它却与L形成了串联的回路，L中维持的正在减弱的电流恰好从灯泡A中流过，方向由b到a，即false因此，灯泡不会立即熄灭，而是渐渐熄灭，将这称为自感现象．这个实验是用来演示自感现象的．
【点睛】
知道磁场方向或磁通量变化情况相反时，感应电流反向是判断电流表指针偏转方向的关键；做好本类题目的关键是弄清线圈与哪种电器相配，结合线圈特点分析新组成的闭合回路的电流流向．
12．(1)false；(2)false
【详解】
(1)根据楞次定律可知线圈的电流为逆时针，则上极板带正电，带电粒子在竖直方向做匀减速，因此由带电粒子在电场中运动的轨迹可判断出粒子带正电，把粒子的运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀减速直线运动，则有
false
false
联立解得
false
(2)设此时初速度方向与水平极板间的夹角为false，
粒子在极板间做类平抛运动的逆运动，有
false
false
联立解得
false，
极板两端的电压
false
感应电动势
false
则
false，
因为
false
联立解得
false。
13．见解析
【详解】
（1）感应电流的大小和方向均不发生改变．因为金属棒滑到圆弧任意位置时，回路中磁通量的变化率相同．
（2）0—t0时间内，设回路中感应电动势大小为E0，感应电流为I，感应电流产生的焦耳热为Q，由法拉第电磁感应定律：
根据闭合电路的欧姆定律：由焦定律及②③有：
（3）设金属进入磁场B0的瞬间，速度为v，
金属棒在圆弧区域下滑的过程中，机械能守恒：
根据法拉第电磁感应定律，金属棒进入磁场B0区域瞬间产生的感应电动势大小为E，则：false方向为
而左端磁场的感应电动势为,方向为由闭合电路欧姆定律，求得感应电流：
根据⑦讨论：I.当时，I=0；
II.当时，，方向为；
III.当时，，方向为．
14．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
15．(1)false,false(2)false
【详解】
(1)根据题意粒子恰好能以最短时间从A点离开磁场区域，
连接NA即为粒子在磁场中做圆周运动的弦长，粒子在N点的速度方向竖直向下，所以弦切角为300，圆心角为600，在磁场中所用的时间false，
根据几何知识可得：弦长S=L，false，所以r=L，根据false可知：false，再由false，解得false；
(2)若粒子轨迹与AB相切，如图，
由几何关系得
false
即：false，
又false，得false，
假设粒子经过n次加速后，速度达到false，即false，
解得：n=5.28
即粒子可以经过6次加速，即：false，
解得：false．