期末综合练习（九）-2020-2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修二（Word含答案）

期末综合练习（九）2020~2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修二
一、单选题
1．如图，电灯的灯丝电阻为false，电池电动势为2V，内阻不计，线圈的自感系数很大false先合上电键K，稳定后突然断开K，则下列说法中正确的是
A．若线圈电阻为零，电灯立即变暗再熄灭
B．若线圈电阻为零，电灯会突然亮一下再熄灭
C．若线圈电阻为false，电灯会闪亮一下再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相反
D．若线圈电阻为false，电灯会立即变暗再熄灭，且电灯中电流方向与K断开前方向相同
2．如图所示，磁场中有一导线MN与“匸”形光滑的金属框组成闭合电路，当导线向右运动时，下列说法正确的是
A．电路中有顺时针方向的电流 B．电路中有逆时针方向的电流
C．导线的N端相当于电源的正极 D．电路中无电流产生
3．如图所示，A、B是两个规格相同的灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻与灯泡电阻相等，按照图示连接好电路。则（　　）
A．开关S闭合，A灯先亮，最后两者一样亮
B．开关S闭合，B灯先亮，最后两者一样亮
C．开关S闭合一段时间后断开，流过A的电流方向向左
D．开关S闭合一段时间后断开，A灯先闪亮一下再逐渐熄灭
4．如图，把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。则闭合开关S的瞬间（　　）
A．套环将保持静止，套环内无电流流过
B．套环将保持静止，套环内的电流与线圈内的电流方向相同
C．套环将向上跳起，套环内的电流与线圈内的电流方向相反
D．套环将向上跳起，套环内的电流与线圈内的电流方向相同
5．一正三角形导线框ABC（高度为a）从图示位置沿x轴正向匀速穿过两匀强磁场区域。两磁场区域磁感应强度大小均为B、方向相反、垂直于平面、宽度均为a。下图反映感应电流Ⅰ与线框移动距离x的关系，以逆时针方向为电流的正方向。图像正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6．如图所示，电源的电动势为6V、内阻为1Ω，R是一个电阻箱，定值电阻R2=4Ω、R3= 10Ω，电容器C的电容为5μF，闭合开关S，调节电阻箱R，电路达到稳定状态后，下列说法正确的是
A．当R1的阻值增大时，电源的路端电压增大，流过R3的电流减小
B．当R1的阻值增大时，电容器的电荷量将增大
C．当R1的电阻为6Ω时，电容器所带电荷量的大小为1×10-5C
D．当S断开后，R2中将出现瞬时电流，方向由a→b
7．如图所示，等腰直角三角形OPQ区域内存在匀强磁场，另有一等腰直角三角形导线ABC以恒定的速度沿垂直于磁场方向穿过磁场，穿越过程中速度始终与AB边垂直且保持AC平行于OQ．关于线框中的感应电流，以下说法中正确的是（　　）
A．完全进入磁场时感应电流沿顺时针方向
B．完全进入磁场时感应电流沿顺时针方向
C．开始进入磁场时感应电流沿顺时针方向
D．开始穿出磁场时感应电流沿顺时针方向
二、多选题
8．如图所示，某同学用玻璃皿在中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极做“旋转的液体的实验”，若蹄形磁铁两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，磁感应强度为B=0.1 T，玻璃皿的横截面的半径为a=0.05 m，电源的电动势为E=3 V，内阻r=0.1 Ω，限流电阻R0=4.9 Ω，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为R=0.9 Ω，闭合开关后当液体旋转时电压表的示数为1.5 V，则
A．由上往下看，液体做逆时针旋转
B．液体所受的安培力大小为 1.5×10-3N
C．闭合开关后，液体热功率为0.81 W
D．闭合开关10 s，液体具有的动能是3.69 J
9．如图所示，用一端拴有钢球的细绳做“感受向心力”的实验．抡动细绳使钢球在光滑水平台面上做圆周运动，则（ ）
A．绳对钢球的拉力提供向心力
B．桌面对钢球的支持力提供向心力
C．只减小钢球的绕行速度，绳的拉力将减小
D．松手后钢球仍能维持圆周运动
10．如图所示是电表中的指针和电磁阻尼器，下列说法中正确的是( )
A．1是磁铁，在2中产生涡流
B．2是磁铁，在1中产生涡流
C．该装置的作用是使指针能很快地稳定
D．该装置的作用是使指针能够转动
三、解答题
11．如图甲所示，一边长L＝1m、质量m＝5 kg的正方形金属线框，放在光滑绝缘的水平面上，整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度B＝10T的匀强磁场中，它的一边与磁场的边界MN重合，在水平力F作用下由静止开始向左运动，经过5 s线框被拉出磁场，测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图乙所示．在金属线框被拉出的过程中

(1)求通过线框截面的电荷量及线框的电阻；
(2)试判断线框做什么运动并速度v随时间t变化的表达式；
(3)写出水平力F随时间变化的表达式；
(4)已知在这5 s内力F做功1.4 J，那么在此过程中，线框产生的焦耳热是多少？
12．如图所示，两根固定在水平面上的光滑平行导轨MN和PQ，一端接有阻值为R的电阻，处于方向竖直向下的匀强磁场中。在导轨上垂直导轨跨放质量为m的金属直杆，金属杆的电阻为r，金属杆与导轨接触良好，导轨足够长且电阻不计。金属杆在垂直杆的水平恒力F作用下向右匀速运动时，电阻R上消耗的电功率是P，某一时刻撤去水平力F，杆最终停下来。求：
(1)杆停下来之前通过电阻R的电流方向。
(2)撤去F后，电阻R上产生的焦耳热是多少？
(3)撤去F后，当电阻R上消耗的电功率为false时，金属杆的加速度大小、方向。
13．如图所示，平行长直光滑固定的金属导轨false平面与水平面的夹角false，导轨间距为false，上端接有false的电阻，在导轨中间加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，磁场区域为false，磁感应强度大小为false，磁场区域宽度为false，放在导轨上的一金属杆false质量为false、电阻为false，从距磁场上边缘false处由静止释放，金属杆false刚好匀速进入磁场上边缘。导轨的电阻可忽略不计，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，重力加速度大小为false，求：
(1)金属杆进入匀强磁场时的速度大小；
(2)金属杆距磁场上边缘的距离false
(3)金属杆通过磁场区域的过程中电阻R上产生的焦耳热false。
14．如图所示，金属杆ab、cd置于平行轨道MN、PQ上，可沿轨道滑动，两轨道间距l＝0.5 m，轨道所在空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T，用力F＝0.25 N向右水平拉杆ab，若ab、cd与轨道间的滑动摩擦力分别为Ff1＝0.15 N、Ff2＝0.1 N，两杆的有效电阻R1＝R2＝0.1 Ω，设导轨电阻不计，ab、cd的质量关系为2m1＝3m2，且ab、cd与轨道间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等．求：
(1)此两杆之间的稳定速度差；
(2)若F＝0.3 N，两杆间稳定速度差又是多少？
15．（1）如图，质量为m的物体，仅在与运动方向相同的恒力F的作用下，经过时间t，发生了一段位移l，速度由v1增加到v2。结合图中情景，请猜测并推导：
a．恒力和其作用时间的累积Ft直接对应着什么物理量的变化？并由牛顿运动定律和运动学公式推导这种关系的表达式。
b．恒力在其作用空间上的积累Fl直接对应着什么物理量的变化？并由牛顿运动定律和运动学公式推导这种关系的表达式。
（2）题（1）a和（1）b所推导出的表达式不仅适用于质点在恒力作用下的运动，也适用于质点在变力作用下的运动，这时两个表达式中的力都是指平均力，但两个表达式中的平均力的含义不同。在（1）a所推导出的表达式中的平均力F1是指合力对时间的平均值，在（1）b所推导出的表达式中的平均力F2是指合力对位移的平均值。
c．质量为1.0kg的物块，受变力作用下由静止开始沿直线运动，在2.0s的时间内运动了2.5m的位移，速度达到了2.0m/s。请利用题（1）a和（1）b所推导出的表达式求出平均力F1和F2的值。
16．如图所示，设匀强磁场的磁感应强度B为0.1 T，切割磁感线的导线的长度l为40 cm，线框向左匀速运动的速度v为5 m/s，整个线框的电阻R为0.5 Ω，试求：
(1)感应电动势的大小；
(2)感应电流的大小．
17．如图所示，两根光滑金属导轨平行放置在倾角为30°的斜面上，导轨宽度为L，导轨下端接有电阻R，两导轨间存在一方向垂直于斜面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场．轻绳一端平行于斜面系在质量为m的金属棒上，另一端通过定滑轮竖直悬吊质量为m0的小木块．第一次将金属棒从PQ位置由静止释放，发现金属棒沿导轨下滑．第二次去掉轻绳，让金属棒从PQ位置由静止释放．已知两次下滑过程中金属棒始终与导轨接触良好，且在金属棒下滑至底端MN前，都已经达到了平衡状态．导轨和金属棒的电阻都忽略不计，已知false＝5，false(h为PQ位置与MN位置的高度差)，其他物理量未知．求：
(1)第一次与第二次运动到MN时的速度大小之比；
(2)金属棒两次运动到MN过程中，电阻R产生的热量之比．
18．如图所示，质量false的铜棒长false，用长度均为l的两根轻软导线水平地悬吊在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度false，通电后，棒向纸外偏转，当偏角false时处于平衡状态，求此铜棒中的电流（false，false）
四、填空题
19．如图所示，空间存在一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场宽度为l，在竖直平面中的正方形线框边长也为l，质量为m，电阻为R离磁场上边的距离为h.若线框自由下落后恰能匀速通过磁场区域，则线框下落的高度false________；线框通过磁场区域的时间false___________.
20．在倾角为θ的光滑斜面上，置一通有电流I、长为L、质量为m的导体棒，如图为截面图。要使棒静止的斜面上，且对斜面无压力，则所加匀强磁场的磁感应强度B的大小是 ，方向是 。
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
AB．突然断开K，线圈将产生自感现象，且与电灯构成一闭合回路，此时通过电灯的电流向上，与断开前的电流方向相反；因线圈直流电阻为零，比灯泡电阻小，断开前通过线圈的电流大于通过灯泡的电流，则电灯会突然比原来亮一下再熄灭，B正确，A错误．
CD．断开S，线圈中电流将要减小，产生自感电动势，相当于电源，且与电灯构成一闭合回路，形成自感电流，根据楞次定律可知，此时通过电灯的电流向上，与断开前的电流方向相反；因线圈直流电阻比灯泡大，断开前通过线圈是电流小于通过灯泡的电流，即电灯会突然比原来暗一下再熄灭，故CD错误，
故选B．
【点睛】
本题考查了电感线圈对电流突变时的阻碍作用，要能根据楞次定律判断电流的方向，分析断开前通过灯泡电流与线圈电流的大小关系，判断灯泡是否能闪亮一下．
2．B
【详解】
根据右手定则，由题意可知，当导线向右运动时，产生的感应电流方向由N端经过导线到M端，因此有逆时针方向的感应电流，故A错误，B正确； 由上分析可知，电源内部的电流方向由负极到正极，因此N端相当于电源的负极，故C错误；根据感应电流产生的条件可知，电路会产生感应电流，故D错误．所以B正确，ACD错误．
3．C
【详解】
AB．由于是两个完全相同的灯泡，当开关闭合瞬间，A灯泡立刻发光，而B灯泡由于线圈的自感现象，导致灯泡渐渐变亮，由于两灯泡并联，L的电阻与灯泡电阻相等，所以稳定后A比B更亮一些，AB错误；
CD．当S闭合一段时间后断开，线圈产生瞬间自感电动势提供电流，此时两灯泡串联，流过A的电流方向向左。因线圈存在电阻，则在断开前，A的电流大于B的电流，断开时，两灯泡都逐渐熄灭，C正确，D错误。
故选C。
4．C
【详解】
ABCD．闭合开关S的瞬间，线圈和铁芯中的磁场增强，则闭合套环中的磁通量增加，根据楞次定律可知，套环中将产生感应电流，且感应电流产生的磁场与线圈中的磁场方向相反，所以套环受到斥力作用向上跳起，又根据右手螺旋定则可知，感应电流的方向与线圈中电流的方向相反，故ABD错误，C正确。
故选C。
5．A
【详解】
在false上，在false范围，线框穿过左侧磁场时，根据楞次定律，感应电流方向为逆时针，为正值。在false范围内，线框穿过两磁场分界线时，BC、AC边在右侧磁场中切割磁感线，有效切割长度逐渐增大，产生的感应电动势false增大，AC边在左侧磁场中切割磁感线，产生的感应电动势false不变，两个电动势串联，总电动势
false
增大，同时电流方向为瞬时针，为负值。在false范围内，线框穿过左侧磁场时，根据楞次定律，感应电流方向为逆时针，为正值，综上所述，故A正确。
故选A。
6．C
【详解】
A．当R1的阻值增大时，总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可知，干路电流减小，内电压减小，电源的路端电压增大，则R3两端电压增大，通过的电流增大；故A错误。
B．电容器两端的电压为电阻R2两端电压，干路电流减小，通过R3的电流增大，则流过R2的电流减小，两端电压减小，电容器的电荷量Q=CU减小；故B错误。
C．当R1的电阻为6Ω时，则外电阻为5Ω，则路端电压为5V，电阻R2两端电压为2V，电荷量
Q=CU=5×10-6×2C=1×10-5C
故C正确。
D．当S断开时，电容器放电，左端为正极，R2中将出现瞬时电流，方向由b→a；故D错误。
故选C。
7．D
【详解】
AB．当线框完全进入磁场后，线框中的磁通量不再变化，线圈中无电流。故AB错误。
C．由楞次定律可知，线框开始进入磁场时，感应电流沿逆时针方向。故C错误。
D．由楞次定律可知，线框开始穿出磁场时，感应电流沿顺时针方向。故D正确。
8．ABD
【分析】
在电源外部，电流由正极流向负极；由左手定则可以判断出导电液体受到的安培力方向，从而判断出液体的旋转方向；根据闭合电路的欧姆定律求出电路中的电流值，然后根据安培力的公式计算安培力的大小，根据焦耳定律计算热功率，从而即可求解．
【详解】
A．由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极，在电源外部电流由正极流向负极，因此电流由边缘流向中心；器皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，A正确；
B．电压表的示数为1.5V，则根据闭合电路的欧姆定律：false，所以电路中的电流值false，液体所受的安培力大小为false，B正确；
C．玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为false，则液体热功率为false，C错误；
D．10s末液体的动能等于安培力对液体做的功，通过玻璃皿的电流的功率：false，所以闭合开关10s，液体具有的动能是：false，D正确．
【点睛】
该题考查电磁驱动，是一道容易出错的题目．容易错的地方是当导电液体运动后，液体切割磁感线将产生反电动势，导电液体的电阻值消耗的电压不等于液体两端的电压！
9．AC
【详解】
钢球在光滑水平台面上做圆周运动时，钢球受绳子的拉力、重力和桌面的支持力，其中绳对钢球的拉力提供向心力，桌面对钢球的支持力与重力平衡；选项A正确，B错误；只减小钢球的绕行速度，需要的向心力减小，则绳的拉力将减小，选项C正确；松手后钢球所受的向心力消失，则球不能维持圆周运动而将做直线运动，选项D错误；故选AC.
10．BC
【分析】
【详解】
该装置为电磁阻尼，2是磁铁，1为闭合线框，当1切割磁感线在1中产生涡流，将动能转化成内能，从而使1很快的稳定，故BC正确，AD错误．
故选BC。
11．(1) 8 Ω. (2) F＝(t＋0.4)N. (3)1J
【解析】
(1)根据q＝Δt，由It图象得：q＝1.25 C
又根据false ， 得R＝8 Ω.
(2)由电流图象可知，感应电流随时间变化的规律：I＝0.1 t(A)
由感应电流false，可得金属线框的速度随时间也是线性变化的，v＝false＝0.08t(m/s)
线框做匀加速直线运动，加速度a＝0.08 m/s2
线框在外力F和安培力FA作用下做匀加速直线运动，F－FA＝ma
所以水平力F随时间变化的表达式为F＝(t＋0.4)N.
(3)当t＝5 s时，线框从磁场中拉出时的速度
v5＝at＝0.4m/s
线框中产生的焦耳热为Q＝W－falsemv52＝1J.
12．(1) M→P；(2) false；(3) false，方向向左
【详解】
(1) 金属杆在垂直杆的水平恒力F作用下向右匀速运动时，根据右手定则可知，通过电阻R上的电流方向为M→P；
(2) 当金属杆受水平恒力F作用下向右匀速运动时，有
false ①
电阻R上消耗的电功P为
false ②
且
false ③
而
false ④
由①②③④式知，金属杆向右匀速运动时的速度
false
由能量守恒，撤去F后整个电路中产生的焦耳热为
false　　　⑤
则R上产生焦耳热为
false　　　⑥
(3) 设当电阻R消耗的电功率为false时通过的电流为false，则
false　　⑦
由左手定则知安培力方向向左，大小为
false　⑧　　　
根据牛顿第二定律，有
false　　⑨
由①②⑦⑧⑨可得杆的加速度a
false，方向向左 ⑩
13．(1)2m/s；(2)0.4m；(3)0.096J
【详解】
(1)进入磁场时导体棒产生的感应电动势
false
false
由平衡可知
false
解得
false
(2)由机械能守恒定律
false
解得
false
(3)回路的电流
false
false
电阻R上产生的热量
false
14．(1)0.32 m/s　(2)0.384 m/s
【详解】
因F＞Ff1，故ab由静止开始做加速运动，ab中将出现不断变大的感应电流，致使cd受到安培力F2作用，当F2＞Ff2时，cd也开始运动，故cd开始运动的条件是：
F－Ff1－Ff2＞0.
(1)当F＝0.25 N时，F－Ff1－Ff2＝0，故cd保持静止，两杆的稳定速度差等于ab的最终稳定速度vmax，故此种情况有：电流
Im＝false＝false
安培力
Fm＝BIml
则有
F－Fm－Ff1＝0
由此得
vmax＝0.32 m/s.
(2)当F＝0.3 N＞Ff1＋Ff2，对ab、cd组成的系统，ab、cd所受安培力大小相等，方向相反，合力为零，则系统受的合外力为
F合＝F－Ff1－Ff2＝0.05 N．
对系统有
F合＝(m1＋m2)a
因为2m1＝3m2，则
F合＝falsem2a.
取cd为研究对象，
F安－Ff2＝m2a
F安＝BIl
I＝false
联立各式解得
Δv＝false (falseF合＋Ff2)＝0.384 m/s.
15．（1）见解析；（2）F1=1.0N；F2=0.8N；
【详解】
（1）a．恒力和其作用时间的累积Ft直接对应着动量的变化．
由牛顿运动定律和运动学公式推导：
F = ma
v2=v1 + at
解得
Ft =m v2-mv1=?p
b.．恒力和其作用空间的累积Fl直接对应着动能的变化．
由牛顿运动定律和运动学公式推导：
F=ma
false
解得
false
（2）c．由题（1）a可知，合力对时间的平均值
false
由题（1）b可知，合力对位移的平均值
false
16．(1)0.2V； (2)0.4A
【详解】
(1)线框中的感应电动势
E＝Blv＝0.1×0.4×5 V＝0.2 V
(2)线框中的感应电流
false
17．（1）3:5（2）78:125
【详解】
（1）第一次释放金属棒后达到了平衡状态时，设金属棒速度为v1，根据法拉第电磁感应定律有：E1=BLv1
根据闭合电路欧姆定律有：false
金属棒受到的安培力为：F安=BI1L
金属棒匀速运动时有：mgsin30°=F安+m0g
解得：v1=false
第二次释放金属棒后达到了平衡状态后，设金属棒速度为v2，根据法拉第电磁感应定律有：
E2=BLv2
根据闭合电路欧姆定律有：false
金属棒受到的安培力为：F安=BI2L
金属棒匀速运动时有：mgsin30°=F安
解得：v2=false
所以有：false
（2）第一次下滑至MN位置的过程中根据动能定理是：
mgh-m0gfalse-W1=false（m+m0）v12
第二次下端至MN位置的过程中根据动能定理得：mgh-W2=falsemv22
两次运动过程中，电阻R上产生的热量之比为：false
联立解得：false
点睛：本题是电磁感应中的力学问题，关键要正确推导出安培力与速度的关系，由平衡条件解答；同时注意明确能量转化规律，再根据动能定理列式即可求解产生热量之比．
18．false
【详解】
对导体棒受重力，绳的拉力，安培力，侧视图如图（从右向左看），受力图如下所示：
根据力的平衡得：
BIL=mgtan37°
解得：
false
19．false false
【详解】
[1]．线框自由下落后恰能匀速通过磁场区域，则
false
解得
false
则线圈下落的高度
false
[2]．线框通过磁场区域的时间
false
20．B=mgIL，水平向左
【解析】试题分析：若对斜面无压力，且处于静止状态，则磁场应水平向左，且mg=BIL，则B=mgIL。
考点：安培力
【名师点睛】本题是通电导体在磁场中平衡问题类型，关键是分析安培力的大小和方向。