期末综合练习（三）-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（三）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
1．一个边长为false的等边三角形磁场区域，一个底边为L的直角三角形金属线框，线框电阻为R，二者等高，金属线框以速度v匀速穿过磁场区域的过程中，规定逆时针方向的电流为正，线框中感应电流i随位移x变化的图线正确的是（　　）
A． B． C． D．
2．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（　　）
A．开关S闭合瞬间，b、c灯立即亮，a灯逐渐亮
B．开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮
C．开关S断开后，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭
D．开关S断开后，b灯立即熄灭，a、c灯逐渐熄灭
3．如图所示，在0≤x≤2L的区域内存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，粗细均匀的正方形金属线框abcd位于xOy平面内，线框的bc边与x轴重合，cd边与y轴重合，线框的边长为L，总电阻为R．现让线框从图示位置由静止开始沿x轴正方向以加速度a做匀加速运动，通过磁场区域，则下列说法正确的是( )
A．全过程a端电势比b端电势有时高，有时低．
B．线框完全进入磁场时，a、b两端没有电势差
C．a、b两端的电压最大值为false
D．a、b两端的电压最大值为false
4．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略，a、b、c是三个相同的小灯泡下列说法正确的是（　　）
A．开关S断开后，b灯立即熄灭，a、c灯逐渐熄灭
B．开关S断开后，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭
C．开关S闭合瞬间，b、c灯立即亮，a灯逐渐亮
D．开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮
5．如图所示，电源电动势为 E，内阻为 r，C 为电容器，A为理想电流表，R1、R2 为可变电阻，R3 为定值电阻，R4 为光敏电阻，光敏电阻的阻值随光照射的强弱而改变，照射光越强，光敏电阻的阻值 R4 减小。如图乙所示，当电路发生变化时，下列说法正确的是( )
A．当光照增强时，电容器所带电荷量减小
B．当光照增强时，电源的输出功率减小
C．若 R2 的阻值减小，电流表的示数减小
D．若 R1 的阻值减小，R3 消耗的功率减小
6．如图所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈a、b、c、d在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图所示，当两直导线中的电流都增大时，产生顺时针方向感应电流的是（　　）
A．线圈a B．线圈b C．线圈c D．线圈d
7．如图当磁铁或线圈运动时，流过电阻的电流是由A经R到B，则可能发生的是（　　）
A．磁铁向下运动
B．磁铁向上运动
C．线圈向上运动
D．线圈、磁铁都向下运动
二、多选题
8．港珠澳大桥有一段半径约为false的圆弧形弯道，路面水平，路面对轮胎的径向最大静摩擦力为正压力的0.8倍，下雨时路面被雨水淋湿，路面对轮胎的径向最大静摩擦力变为正压力的0.4倍，若汽车通过圆弧形弯道时做匀速圆周运动，汽车可视为质点，取重力加速度false，则（　　）
A．汽车以20m/s的速率通过此圆弧形弯道时的向心加速度约为false
B．汽车以20m/s的速率通过此圆弧形弯道时的角速度为false
C．晴天时，汽车以30m/s的速率可以安全通过此圆弧形弯道
D．下雨时，汽车以15m/s的速率通过此圆弧形弯道时将做离心运动
9．下列设备或电器中，没有利用电磁感应原理工作的是
A．发电机 B．白炽灯
C．电动机 D．电吹风
10．如图所示，两平行金属导轨间的距离L，金属导轨所在的平面与水平面夹角为false，垂直于导轨所在平面的匀强磁场的磁感应强度为B，金属导轨的一端接有电动势为E、内阻为r的直流电源．现把一个质量为m的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒静止且有沿导轨向上运动的趋势．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为R0，金属导轨电阻不计．现让磁场从图示方向顺时针缓慢转为竖直向上的方向，该过程中金属棒受的
A．合力增大 B．安培力大小不变
C．弹力增大 D．摩擦力增大
三、解答题
11．如图甲所示，空间存在B＝0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L＝0.2 m，R是连在导轨一端的电阻，ab是跨接在导轨上质量m＝0.1 kg的导体棒．从零时刻开始，对ab施加一个大小为F＝0.45 N、方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，滑动过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好，图乙是棒的v－t图象，其中AO是图象在O点的切线，AB是图象的渐近线．除R以外，其余部分的电阻均不计．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．已知当棒的位移为100 m时，其速度达到了最大速度10 m/s.求：
（1）R的阻值；
（2）在棒运动100 m过程中电阻R上产生的焦耳热．
12．倾角为false的光滑绝缘斜面如图所示，在相隔为d的平行虚线false与false间有大小为false的匀强磁场，方向垂直斜面向下．一质量为false，电阻为false，边长为false的正方形单匝纯电阻金属线框，在斜面上某点由静止释放，当cd边刚进入磁场时，线框的加速度大小为false，方向沿斜面向下；线框ab边刚要离开磁场和cd边刚进入磁场时，cd边两端的电压相同．已知磁场的宽度d大于线框的边长L，不计空气阻力，重力加速度为g．求：
（1）cd边刚进入磁场时，线框中的电流方向；
（2）cd边刚进入磁场时线框速度v多大；
（3）线框通过磁场的过程中，线框中产生的热量Q是多少．
13．如下图所示，两平行光滑金属导轨间距false，导轨平面与水平面的夹角θ=30°，上端接有false的电阻；导轨内上部有方向垂直轨道面向上、面积false的有界均匀磁场，磁感应强度B大小随时间t变化，关系为false（false，且为常量）；下部区域ABCD内有大小false的匀强磁场，磁场方向垂直轨道面向下，AB、CD与导轨垂直，距离d=1.04m．现将金属棒MN置于两磁场之间的无磁场区域，并与导轨垂直；在t=0时由静止释放金属棒，金属棒以false的加速度匀加速通过ABCD区域．已知金属棒质量false，且运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，除R外所有电阻均忽略不计，false．求
（1）金属棒在ABCD区域中运动时电流大小及方向；
（2）k值及金属棒从静止到通过ABCD区域所用的时间．
14．如图所示，在空中有一水平方向的匀强磁场区域，区域上下边缘间距离为h，磁感应强度为B，有一宽度为b（b（1）线圈的M、N边刚好进入磁场时，线圈的速度大小。
（2）线圈从开始下落到刚好完全进入磁场所经历的时间。
15．如图所示，水平的平行虚线间距d＝10cm，其间有磁感应强度B＝1.0T的匀强磁场．一个正方形线圈ABCD的边长l＝10cm，质量m＝100g，电阻R＝0.04Ω。开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离h＝80cm。将线圈由静止释放，取g＝10m/s2，求：
（1）线圈下边缘刚进入磁场时，CD两端的电势差
（2）线圈下边缘刚进入磁场时加速度的大小
（3）整个线圈穿过磁场过程中产生的电热Q．
16．如图所示，在光滑水平面上，有一坐标系xOy，其第一象限内充满着垂直平面坐标向里的，大小为B0=1Tfalse的匀强磁场，有一长l1false=2m，宽l2=1m的形线框abcd，其总电阻为R=1Ω，初始时两边正好和xy轴重合．
（1）当线框绕ab轴以角速度ω=π匀速转动时线框产生的感应电动势的表达式是什么？
（2）线框绕ab轴转动90°过程中，产生的热量为多少？
（3）若磁感应强度B沿y方向不变，沿x方向的变化满足B=B0+x，使线框以速度v=1m/s沿x轴正方向匀速运动，需沿x轴方向施加多大外力？方向指向哪儿？
17．质量为1kg的铜块静止于光滑的水平面上，一个质量为50g的小球以1000m/s的速率碰到铜块后，又以800m/s的速率被反弹回，求：
(1)铜块获得的速度大小；
(2)小球对铜块的冲量大小。
18．如图所示，ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨，导体棒MN的长度为L=2m，电阻false，有垂直abcd平面向下的匀强磁场，磁感强度B=1.5T，定值电阻false，false，当导体棒MN以v=4m/s的速度向左做匀速直线运动时，电流表的示数为0.45A，灯L正常发光.求：
（1）棒切割磁感线产生的感应电动势和灯L的额定电压；
（2）维持杆匀速运动的外力功率为多大；
（3）正常发光时灯L的电阻值.
四、填空题
19．用如图等臂天平可测量磁感应强度B，天平右侧下方悬挂的矩形线圈宽为L，共N匝。虚线框中匀强磁场垂直于纸面，线圈通以图示方向的电流I时，天平平衡。保持电流大小不变，改变其方向，从左盘中移动质量为m的砝码至右盘，使天平重新平衡。由此可知磁场的方向垂直纸面向_______，磁感应强度大小B=___________。（已知重力加速度g）
20．如图所示，质量为m阻值为R的金属棒false从H高的弧形轨道由静止释放，水平轨道处于竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场强度大小为B，质量也为m阻值也为R金属棒false处于水平导轨上，运动过程中false棒与false棒不相撞，已知重力加速度g，平行导轨间距L，水平导轨足够长，不计一切摩擦，求：
（1）false棒固定，false棒刚进入磁场时的电流false___________？
（2）false棒固定，false棒进入磁场后运动的位移false___________？
（3）false棒不固定，false棒与false棒最终速度false___________？false___________？
（4）false棒不固定，整个过程中电能的生成量false___________？电热的生成量false___________？
参考答案
1．B
【详解】
当false时，感应电动势为
false
感应电流为
false
当false时，感应电动势为
false
感应电流为
false
当false时，感应电动势为
false
感应电流为
false
故选B。
2．D
【详解】
A．开关S闭合瞬间，a、b灯立即亮，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加，使得c灯逐渐亮，故A项错误；
B．L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略，开关S闭合，电路稳定后，L相当于导线，则三灯都亮，故B项错误；
CD．开关S断开后，b灯立即熄灭，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的减小，则电流将在线圈与a、c灯之间形成新的回路，使得a、c灯逐渐熄灭，故C项错误，D项正确。
故选D。
3．C
【分析】
可根据楞次定律或右手定则来判断，以及动力学公式和电磁感应定律来计算．
【详解】
A．当线框从开始位置到ab边运动到磁场右边缘的过程中，先cd边切割磁感线，后ab、cd边割磁感线，最后ab边切割，根据右手定则判断，a端电势比b端电势都高，故A错误；
B．线框完全进入磁场时，ab、cd边都切割磁感线，根据右手定则判断，虽然线框中没有感应电流，但a端电势仍比b端电势高，即a、b两端有电势差，故B错误；
CD．计算a、b两端的电压有最大值时，有两种情况可考虑：一种情况是，线框的ab边运动到磁场右边缘瞬间，线框的速度最大，线框中的电流最大，此时的a、b两端的电压最大，ab边通过的距离是3L,设线框的最大速度为false，根据运动学公式和导线切割磁感线产生感应电动势有
false
false
解得
false
因为ab边切割产生感应电动势，ab边就是电源，设电压为false得
false
false
第二种情况是，cd边运动到将要出磁场右边缘瞬间，金属线框通过距离是2L，整个金属线框在磁场中有最大速度，设最大速度为false＇，最大电动势为E＇根据导线切割磁感线产生感应电动势有
false＇=false
E＇false
因金属线框都在磁场中，ab、cd边以同方向、同速度都切割磁感线，产生的电动势大小相等，在电路中方向相反，线框中没有电流，此时a、b两端的电压就等于电动势，是false＇
false＇false
比较false和false＇，false故选C。
【点睛】
计算最大值的问题，要分析在什么情况下存在最大值．
4．A
【详解】
AB．S断开瞬间，线圈中的电流减小，产生阻碍原电流减小的感应电流，相当于一个电源，此时L、a、c形成闭合回路，故a、c灯逐渐熄灭，而b灯中的电流是立即为零的，所以b立即熄灭，故A正确，B错误；
CD．S闭合瞬间，穿过线圈的电流增大，产生感抗，所以c逐渐亮起来，而a、b不受影响，立即亮，稳定后，L相当于一根理想导线，故a、b、c均亮，故CD错误；
故选A。
5．C
【详解】
A. 由图知，当光照增强时，光敏电阻R4减小，总电阻减小，总电流增大，并联部分的电阻不变，所以电压增大，所以电容器两端的电压增大，根据Q=UC可知，电量增大，故A错误；
B. 当外电路电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，由于不知道外电路电阻与内阻的关系，所以无法判断电源的输出功率的变化，故B错误；
C. 若R2的阻值减小，则总电阻减小，总电流增大，并联部分的电压减小，通过A的电流减小，故C正确；
D.?R1与电容器串联，相当于断路，其变化不影响电路变化，故D错误。
6．C
【详解】
A．线圈a中磁场垂直纸面向里，当电流增大时，根据楞次定律线圈a中有逆时针方向的电流，故A错误；
BD．b、d区域中的磁通量为零，当电流变化时不可能产生感应电流，故BD错误；
C．线圈c中磁场垂直纸面向外，当电流增大时，根据楞次定律可知线圈c中有顺时针方向的电流，故C正确。
故选C。
7．B
【解析】
【详解】
A．当磁铁向下运动时，向下穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律，流过电阻的电流是由B经R到A，故A错误；
B．当磁铁向上运动时，向下穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，高于电流的磁场的方向向下，流过电阻的电流是由A经R到B，故B正确；
CD．根据相对运动，则线圈应该向下运动，等效于磁铁向上运动，故CD错误。
故选B。
【点睛】
楞次定律判断感应电流的方向往往按“三步走”：1、明确原磁场方向及磁通量的变化情况；2、根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；3、由安培定则判断感应电流方向。
8．AC
【详解】
AB．汽车通过此圆弧形弯道时做匀速圆周运动，轨道半径false，向心加速度为
false
角速度
false false
故A正确，B错误；
C．以汽车为研究对象，当路面对轮胎的径向摩擦力指向内侧且达到径向最大静摩擦力时，此时汽车的速率为安全通过圆弧形弯道的最大速率false ，设汽车的质量为m，在水平方向上根据牛顿第二定律得
false
在竖直方向上有
false
径向最大静摩擦力为正压力的0.8倍，即
false
以上三式联立解得
false
所以晴天时汽车以30m/s的速率可以安全通过此圆弧形弯道，故C正确；
D．下雨时，路面对轮胎的径向最大静摩擦力变为正压力的0.4倍，有
false
15m/s<21.9m/s
所以汽车可以安全通过此圆弧形弯道，且不做离心运动，故D错误。
故选AC。
9．BCD
【详解】
发电机是线圈在磁场中运动，结果是产生电流，利用电磁感应现象原理，故A错误；白炽灯是将电能转化为热能后一部分热能转化为光能的设备，即是消耗电能的电热装置，故B正确；电动机是线圈在磁场中运动，因通电，而产生力，故C正确；电吹风是将电能转化为热能，与电磁感应无关，故D正确；
故选BCD．
10．BC
【详解】
A．重力与安培力的合力与导体棒与斜面间正压力等大反向，磁场从图示方向顺时针缓慢转为竖直向上的方向过程中，重力与安培力合力的夹角减小，两力大小不变，所以合力变大，即正压力变大，所以最大静摩擦力变大，所以导体棒受力仍平衡，所以合力仍为零即不变，故A错误；
B．由公式false可知，由于磁场大小不变，所以安培力大小不变，故B正确；
C．磁场垂直斜面时：由平衡条件可得，弹力false，磁场为竖直向上时：由平衡条件可得，弹力
false
所以弹力变大，故C正确；
D．磁场垂直斜面时：由平衡条件可得，摩擦力
false
当磁场从图示方向顺时针缓慢转为竖直向上的方向时，安培力大小不变，安培力沿斜面方向的分力减小，当减小到与重力沿斜面向下的分力相等时，摩擦力变为零，当安培力沿斜面方向的分力减小到小于重力沿斜面向下的分力时，摩擦力增大，所以摩擦力先减小后增大，故D错误．
故选BC。
【点睛】
本题属于导体在磁场中平衡的问题，是安培力与力学知识的综合，按照力平衡的解题思路求解，分析受力是关键．
11．（1）0.4 Ω　（2）20 J
【详解】
（1）由图乙得ab棒刚开始运动瞬间a＝2.5 m/s2，
则
F－Ff＝ma
解得
Ff＝0.2 N.
ab棒最终以速度v＝10 m/s匀速运动，则所受到拉力、摩擦力和安培力的合力为零，
F－Ff－F安＝0.
false.
联立可得
R＝false＝0.4 Ω.
（2）由功能关系可得
（F－Ff）x＝falsemv2＋Q，
解得
Q＝20 J.
12．（1）false（2）false（3）false
【解析】
（1）由右手定则知 电流方向为false
（2）由牛顿第二定律得 mgsinα-FA=ma
安培力的大小为 FA=BIL
由闭合电路欧姆定律得false
由法拉第电磁感应定律得E=BLvfalse
得 false
（3）cd边进入磁场时，cd边两端电压为false
设ab边离开磁场时，线框的速度为v1，cd边两端电压为false
知v1=3v
由能量守恒定律得：false
得false
点睛：本题是电磁感应与力学和能量关系的结合题．分析清楚线圈的运动过程是正确解题的关键，解题时要注意：E=BLv、欧姆定律、安培力公式、平衡条件、动能定理与能量守恒定律的应用，求热量时，要根据线圈的机械能的变化情况来分析．
13．（1）0.6A 电流由M到N （2）1.2s
【详解】
（1）在磁场中运动时，因为
false
可知安培力必沿轨道面向上，故金属棒中电流由M到N
令金属棒中电流大小为false，则
false
解得
false
（2）令金属棒运动时间false后进入磁场区域false，
进入磁场前加速度
false
解得
false
刚进入磁场时的速度为false为
false
当金属棒在磁场中运动的时间为t时，金属棒、电阻、导轨组成的回路磁通量为：
false
由题意及（1）问可知，回路中的感应动势恒定不变，故磁通量一定随时间均匀变化
所以有
false
解得
false
考虑到回路中的感应电势大小及感应电流的方向，由法拉第电磁感应定律：
false
其中
false
代数据解得
false
金属棒在磁场中的运动时间
false
解得
false
金属棒从静止开始到通过磁场区域所用的时间：
false
14．（1）false（2）false
【解析】
【详解】
（1）设线圈匀速穿出磁场区域的速度为v2，此过程线圈的重力与安培力平衡，即有：false …①
解得：false …②
设线圈的MN边刚好进入磁场时，线圈的速度大小为v1．线圈完全在磁场中运动的过程，磁通量不变，没有感应电流产生，不受安培力，机械能守恒，则得：false …③
解得：false；… ④
（2）对线圈从开始到刚好完全进入磁场的过程，经历的时间设为t，线圈所受安培力的平均值为false．线圈速度的平均值为false，根据动量定理，得：false …⑤
而false…⑥
解得：false… ⑦
联立④⑦得：false ．
15．（1）0.3V；（2）0；（3）0.2J
【详解】
（1）设线框进入磁场的速度为v，根据动能定理可得
mgh=falsemv2
解得v=4m/s
根据法拉第电磁感应定律可得产生的感应电动势为
E=BLv=0.4V
CD两端电压为路端电压，则有
UCD=falseE=0.3V
（2）根据闭合电路的欧姆定律可得感应电流为
I=false=10A
此时的安培力大小为F=BIL=1N，方向向上，
重力为
G=mg=1N
所以加速度为
a=false=0；
（3）根据功能关系可知，产生的热量等于重力势能减少量，则
Q=2mgd=0.2J
16．（1）false （2）π2J（3）4N
【解析】（1）false
感应电动势的表达式false
（2）false
false
产生的热量： false
（3）Bab=B0+x1 Bcd=B0+x1+l1
false
E=?Bl2v=2V
false
false
方向：水平向右（或沿x轴正方向）
17．(1)90m/s；(2)90kgfalse
【详解】
(1)小球与铜块组成的系统动量守恒，以小球的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
false
即
false
解得
false
(2)由动量定理可得
false
18．(1)12V；9V；(2)7.2W；(3)false
【详解】
(1)导体棒false产生的感应电动势为：
false
false、false间并联电压为：
false
(2)由闭合电路欧姆定律得：
false
解得通过杆的电流为：false
根据能量守恒可得维持杆匀速运动的外力功率为等于整个装置产生的总电功率
则有整个装置产生的总电功率：
false
(3)则流过灯的电流为 ：
false
灯L的电阻值：
false
答：(1)12V；9V；(2)7.2W；(3)false
19．里 false
【详解】
[1]由题知，当电流改为反方向时（大小不变），右边再加质量为m的砝码后，天平重新平衡，说明电流反向后，线框所受的安培力方向由原来的向下变成向上，即开始线圈所受安培力的方向向下，根据左手定则可知，磁感应强度B的方向垂直纸面向里。
[2]开始线圈所受安培力的方向向下，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向上，安培力大小变化量等于砝码重力的2倍，所以右边应加砝码，根据天平平衡有
false
解得
false
20．false false false false false false
【详解】
(1)[1]false棒固定时，false棒进入水平轨道时速度为false，有
false
false棒刚进入磁场时的感应电动势为
false
false棒刚进入磁场时的电流为
false
联立解得
false
(2)[2]由动量定理可得
false
false ，false ，false ，false
联立解得
false
(3)[3][4]false棒不固定，两棒最终一起做匀速直线动动，由动量守恒定律可得
false
解得
false
则
false
(4)[5][6]由能量守恒定律可得，整个过程中动能减小转化为电能，再转化为内能产生热量，则有
false
解得
false