期末综合复习练习（十七）—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）

期末综合复习练习（十七）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．如图所示，等离子体以速度falsem/s水平向右进入两水平极板之间，平行极板间有磁感应强度大小falseT、方向垂直纸面向里的匀强磁场，两极板间的距离falsecm，两极板间的等效电阻false，电阻false，电动机M线圈的电阻false。闭合开关S后，当电动机正常工作时，理想电压表的示数恒为falseV，下列说法中正确的是（　　）
A．闭合开关S后，电阻false中有向左方向的电流
B．磁流体发电将其他形式的能转化为电能的功率为40W
C．电动机正常工作时通过电动机的电流为8A
D．电动机正常工作时输出功率为60W
2．如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里。abcd是位于纸面内、金属硬导线形成的单匝梯形闭合线圈，ad与bc间的距离也为l。t = 0时刻，bc边与磁场区域边界重合。线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，规定a→b→c→d→a的感应电流方向为正，bc边所受安培力F安水平向右为正方向。则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电动势e、感应电流i、bc两点间的电势差Ubc、bc边所受的安培力F安 随时间t变化的图线可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
3．如图所示的电路中，三个灯泡A、B、C完全相同，电感L自感系数很大，其直流电阻与定值电阻相等，D为理想二极管，下列判断中正确的是（　　）
A．闭合开关S的瞬间，流过灯泡A和C的电流同时达最大
B．闭合开关S的瞬间，只有灯泡C亮
C．闭合开关S稳定后，灯泡A、B、C一样亮
D．在电路稳定后，断开开关S，灯泡B、C均要闪亮一下再熄灭
4．一根导体棒ab在水平方向的匀强磁场中自由下落，并始终保持水平方向且与磁场方向垂直．如图所示，则有(　　)
A．Uab＝0
B．φa>φb，Uab保持不变
C．φa≥φb，Uab越来越大
D．φa<φb，Uab越来越大
5．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
6．关于自感现象，下列说法正确的是( )
A．感应电流一定和原电流方向相反
B．线圈中产生的自感电动势较大时，其自感系数一定较大
C．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感系数较大
D．对于同一线圈，当电流变化较快时，线圈中的自感电动势也较大
二、多选题
7．如图甲所示，长直导线与闭合线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示．在0～false时间内，长直导线中电流向上，则线框中感应电流的方向与所受安培力情况是
A．0～T时间内线框中感应电流方向为顺时针方向
B．0～T时间内线框中感应电流方向为先顺时针方向后逆时针方向
C．0～T时间内线框受安培力的合力向左
D．0～false时间内线框受安培力的合力向左，false～T时间内线框受安培力的合力向右
8．下列应用与涡流有关的是（）
A．高频感应冶炼炉
B．探雷器
C．车站安检门
D．闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生电流
三、填空题
9．如图所示，导线框中的电流为I，导线框垂直于磁场放置，磁感应强度为B，false与false相距为d，则false所受安培力的大小为_____，方向为_____。
10．矩形线圈长20cm，宽10cm，匝数n＝200，线圈回路总电阻R＝5Ω．整个线圈平面内均有垂直于线框平面的匀强磁场穿过，若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图所示，则：
（1）穿过线圈的磁通量的变化率为_______Wb/s；
（2）线圈回路中产的感应电流为_______A；
（3）在1min内线圈回路产生的焦耳热为_______J．
四、解答题
11．如图所示，金属细杆MN水平悬挂在间距为false的竖直平行金属导线下方，接入部分电阻为false，并处于竖直向上，磁感应强度为false的匀强磁场中.已知电源电动势为false、内阻不计，定值电阻阻值为false，其余电阻均可不计。求：
(1)闭合开关时，细杆向左偏还是向右偏；
(2)闭合开关瞬间，电路中电流I；
(3)闭合开关瞬间，细杆MN所受安培力F。
12．如图所示，在坐标xoy平面内存在B=2．0T的匀强磁场，OA与OCA为置于竖直平面内的光滑金属导轨，其中OCA满足曲线方程，C为导轨的最右端，导轨OA与OCA相交处的O点和A点分别接有体积可忽略的定值电阻R1和R2，其R1=4．0Ω、R2=12．0Ω．现有一足够长、质量m=0．10kg的金属棒MN在竖直向上的外力F作用下，以v=3．0m/s的速度向上匀速运动，设棒与两导轨接触良好，除电阻R1、R2外其余电阻不计，g取10m/s2，求：
（1）金属棒MN在导轨上运动时感应电流的最大值；
（2）外力F的最大值；
（3）金属棒MN滑过导轨OC段，整个回路产生的热量．
13．如图，导体棒false在匀强磁场中沿金属导轨运动时，产生的感应电流I的方向从a到b，导轨与螺线管相连。false为螺线管中的一根中心磁感线。在图中画出：
①导体棒false受到的磁场力的方向；
②磁感线false的方向。
14．如图所示，间距L=1m的足够长的光滑平行金属导轨与水平面成30°角放置，导轨电阻不计，导轨上端连有R=0.8Ω的电阻，磁感应强度为B=1T的匀强磁场垂直导轨平面向上，t=0时刻有一质量m=1kg，电阻r=0.2Ω的金属棒，以v0=10m/s的初速度从导轨上某一位置PP'开始沿导轨向上滑行，金属棒垂直导轨且与导轨接触良好，与此同时对金属棒施加一个沿斜面向上且垂直于金属棒的外力F，使金属棒做加速度大小为2m/s2的匀减速直线运动，则：
（1）t=2s时，外力F的大小？
（2）若已知金属棒运动从开始运动到最高点的过程中，回路中产生的热量为166.7J，求此过程中外力F做的功？
（3）到最高点后，撤去外力F，经过足够长时间后，最终电阻R上消耗的热功率是多少？
15．如图甲所示为发电机的简化模型，固定于绝缘水平桌面上的金属导轨，处在方向竖直向下的匀强磁场中，导体棒ab在水平向右的拉力F作用下，以水平速度v沿金属导轨向右做匀速直线运动，导体棒ab始终与金属导轨形成闭合回路．已知导体棒ab的长度恰好等于平行导轨间距l，磁场的磁感应强度大小为B，忽略摩擦阻力．
(1)求导体棒ab运动过程中产生的感应电动势E和感应电流I；
(2)从微观角度看，导体棒切割磁感线产生感应电动势是由于导体内部的自由电荷受到沿棒方向的洛伦兹力做功而产生的．如图乙(甲图中导体棒ab)所示，为了方便，可认为导体棒ab中的自由电荷为正电荷，每个自由电荷的电荷量为q，设导体棒ab中总共有N个自由电荷．
a.求自由电荷沿导体棒定向移动的速率u；
b.请分别从宏观和微观两个角度，推导非静电力做功的功率等于拉力做功的功率．
16．如图所示，在粗糙的水平面上有一滑板，滑板上固定着一个用粗细均匀的导线绕成的正方形闭合线圈，匝数N=10，边长L=lm，总电阻R=1Ω，滑板和线圈的总质量M=2kg，滑板与地面间的动摩擦因数μ=0.1。前方有一长2.5L，高L的矩形区域，其下边界与线圈中心等高，区域内有垂直线圈平面向里的水平匀强磁场，磁感应强度大小为1T，现给线圈施加一水平拉力F，使线圈以速度v=0.4m/s匀速进入矩形磁场，t=0时刻，线圈右侧恰好开始进入磁场。g=10m/s2，求：
（1）线圈刚进入磁场时线圈中通过的电流；
（2）线圈全部进入磁场区域前的瞬间所需拉力的大小；
（3）将线圈从磁场外匀速拉进磁场的过程中拉力F做的功。
17．导轨式电磁炮是利用磁场对电流的作用力,把电能转变成机械能的发射装置。如图为一电磁炮模型,把两根长为S0=100m,互相平行的铜制轨道放在垂直于轨道平面的磁场中,磁感应强度B=2.0×10?2T;质量m=2.0kg的弹体(包括金属杆PQ的质量)静止在轨道之间的宽L=2m的金属架上,通电后通过弹体的电流I=10A,弹体在运动过程中所受的阻力f恒为4.0×10?2N，求：
(1) 弹体受到的安培力多大？
(2)弹体最终以多大的速度V离开轨道?
(3)求弹体在S=25m处安培力的瞬时功率P?
参考答案
1．D
【详解】
A．等离子体射入磁场后，由左手定则可知，正离子向上偏转，负离子向下偏转，所以上极板带正电，下极板带负电，平行板可看作电源两极，闭合开关S后，电阻R0中有向右方向的电流，A错误；
BC．当电场力与洛伦兹力相等时，两极板间的电压不变，则有
false
解得 false
E=Bdv=1×0.1×5×102V=50V
由闭合电路欧姆定律有
E?UM=I（r+R0）
解得
I=2A
所以磁流体发电将其他形式的能转化成电能的功率是
P=EI=100W
电动机正常工作时流经电动机的电流是
IM=I=2A
BC错误；
D．电动机正常工作时输出功率
P出=UMIM?IM2R
代入数据解得
P出=60W
D正确。
故选D。
2．B
【详解】
AB．在线框进入磁场的过程中，根据右手定则，产生的感应电动势方向为a→d→c→b→a，为负方向，感应电流也为负方向，又由于感应电动势大小为
false
切割磁感线的有效长度逐渐减小，感应电动势大小逐渐减小，感应电流大小逐渐减小；在线框离开磁场的过程中，根据右手定则，产生的感应电动势方向为a→b→c→d→a，为正方向，感应电流也为正方向，由于切割磁感线的有效长度逐渐减小，感应电动势大小逐渐减小，感应电流大小也在逐渐减小，因此A错误，B正确；
C． 由于进入磁场和离开磁场的过程中，感应电流都在逐渐减小，因此在线框进入磁场和离开磁场的过程中，电压false都在逐渐减小，C错误；
D．根据安培力大小
false
由于进入磁场和离开磁场过程中，电流和切割磁感线的导线有效长度都在逐渐减小，因此在线框进入磁场和离开磁场的过程中，安培力大小都在逐渐减小，D错误。
故选B。
3．B
【详解】
AB．线圈中电流增大时，线圈中产生与原电流反向的自感电动势阻碍电流的增大，所以开关闭合后，电感L中电流由零逐渐增大；闭合开关S的瞬间，电感L中的电流可认为是零，闭合开关S的瞬间，灯泡A不亮。开关闭合后，理想二极管处于反向截止状态，灯泡B中没有电流，灯泡B不亮。闭合开关S的瞬间，电流会立即通过电阻和灯泡C串联组成的支路，灯泡C在闭合开关S的瞬间会发光。故A项错误，B项正确；
C．闭合开关S稳定后，电感L中没有自感电动势，由于电感的直流电阻与定值电阻相等，所以流过A、C的电流一样大。开关闭合后，理想二极管处于反向截止状态，灯泡B中没有电流，灯泡B不亮。故C项错误；
D．线圈中电流减小时，线圈中产生与原电流同向的自感电动势阻碍电流的减小；所以断开开关S后，电感L中电流逐渐减小，电感在回路中的作用相当于电源。断开开关S后电感的电流会通过灯泡B和灯泡C（此时理想二极管处于正向导通状态），且灯泡B和灯泡C的总电流等于电感中的电流，由于稳定时电感中的电流与灯泡A和C的电流相等，断开开关S后，灯泡B要闪亮一下再熄灭，灯泡C先变暗再熄灭。故D项错误。
故选B。
4．D
【解析】导体棒ab切割磁感线产生感应电动势，由右手定则可知，b点电势高，a点电势低，即false，导体棒下落过程速度v越来越大，感应电动势false越来越大，导体棒ab两端电势差false 越来越大，故D正确。
点睛：导体棒ab下落切割磁感线产生感应电动势，由右手定则判断出电势高低，由false 判断电势差的大小。
5．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。
6．D
【解析】
【详解】
A．根据楞次定律，当原电流增大时，感应电流与原电流方向相反；当原电流减小时，感应电流与原电流方向相同，故A错误；
B．自感系数是由线圈本身的特性决定的，与自感电动势的大小无关，故B错误；
CD．根据法拉第电磁感应定律可知，当电流变化越快时，磁通量变化越快，自感系数不变，自感电动势越大，故C错误，D正确．
7．AD
【详解】
AB.0～T时间内直导线中电流先向上减小，再向下增大，所以导线框中的磁场向里减小，后向外增强，根据右手定则，所以感应电流始终为顺时针方向，故A符合题意B不符合题意．
CD.在0～false时间内，长直导线中电流向上，根据安培定则，知导线右侧磁场的方向垂直纸面向里，电流逐渐减小，则磁场逐渐减弱，根据楞次定律，金属线框中产生顺时针方向的感应电流．根据左手定则，知金属框左边受到的安培力方向水平向左，右边受到的安培力水平向右，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属框所受安培力的合力水平向左；在false～T时间内，直线电流方向向下，根据安培定则，知导线右侧磁场的方向垂直纸面向外，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生顺时针方向的感应电流．根据左手定则，知金属框左边受到的安培力方向水平向右，右边受到的安培力水平向左，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属框所受安培力的合力水平向右，故C不符合题意D符合题意．
8．ABC
【解析】
【详解】
A、高频感应冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化,在冶炼炉中产生涡流,从而产生大量的热量.与涡流有关.所以A选项是正确的;
B、探雷器中变化电流遇到金属就会在金属物体上产生涡流，故B对；
C、安检门中变化电流遇到金属就会在金属物体上产生涡流，故C对；
D、闭合线圈在匀强磁场中转动，切割磁感线产生电流，但不是涡流，故D错；
故选ABC
【点睛】
电流做周期性的变化,在附近的导体中产生感应电流,该感应电流看起来像水中的漩涡,所以叫做涡流.涡流会在导体中产生大量的热量.
9．false 垂直false斜向下
【详解】
[1][2] false所受安培力的大小为
false
根据左手定则可知，方向为垂直false斜向下。
10．0.01 0.4 48
【详解】
（1）磁通量的变化率
false
（2）由法拉第电磁感应定律可得电动势为
false
回路中感应电流的大小为
false．
（3）1 min内线圈回路产生的焦耳热为
Q=I2Rt=0.42×5×60 J=48 J
11．(1)MN向右偏；(2)1A；(3)0.02N
【详解】
(1)由左手定则，MN向右偏
(2)由闭合电路得
false
(3)由安培力计算公式
false
12．（1）1．0A（2）20．0N（3）1．25J
【详解】
（1）金属棒MN沿导轨竖直向上运动，进入磁场中切割磁感线产生感应电动势．当金属棒MN匀速运动到C点时，电路中感应电动势最大，产生的感应电流最大．
金属棒MN接入电路的有效长度为导轨OCA形状满足的曲线方程中的x值．因此接入电路的金属棒的有效长度为
Lm=xm=0.5m
Em=3.0V
且
A
(2)金属棒MN匀速运动中受重力mg、安培力F安、外力F外作用
N
N
（3）金属棒MN在运动过程中，产生的感应电动势
有效值为
金属棒MN滑过导轨OC段的时间为t
m
s
滑过OC段产生的热量J.
13．见解析
【详解】
①导体棒中产生的感应电流由a到b，根据左手定则判断知导体棒受安培力向右；如图．
②感应电流通过螺线管，由安培定则判断可知磁感线MN的方向向上；如图．
14．（1）F =9N （2）false（3）false
【解析】
【分析】
（1）根据运动学公式求解t=2s时的速度，然后根据切割公式求解感应电动势，根据闭合电路欧姆定律求解感应电流，根据安培力公式求解安培力，最后受力分析，根据牛顿第二定律求解拉力；
（2）对上升过程，先根据运动学公式求解位移，再根据功能关系列式求解；
（3）到最高点后，撤去外力F，经过足够长时间后，金属棒匀速下降，根据平衡条件求解最大速度，再根据P=Fv求解克服安培力做功的功率，最后根据功率分配关系求解电阻R上消耗的热功率．
【详解】
（1）金属棒匀减速上升，根据速度时关系公式，有falsev1=v0-at=10-2×2=6m/s
false
false
解得：F =9N
（2）根据速度位移关系公式，到最高点的位移：false
由动能定理，得： false
false
解得：false
（3）如图所示，最后稳定时导体棒的速度满足：
false
false
根据功率分配关系，有：false
解得： PR=20W
【点睛】
本题关键是明确导体棒的运动情况和受力情况，然后结合牛顿第二定律、安培力公式、闭合电路欧姆定律、平衡条件列式求解．
15．(1) false false (2) false 宏观角度
【解析】
(1)根据法拉第电磁感应定律，感应电动势false
导体棒水平向右匀速运动，受力平衡，则有false
联立解得：false
(2)a如图所示：
每个自由电荷沿导体棒定向移动，都会受到水平向左的洛伦兹力false
所有自由电荷所受水平向左的洛伦兹力的合力宏观表现为安培力false
则有：false
解得：false
B, 宏观角度：非静电力对导体棒ab中所有自由电荷做功的功率等于感应电源的电功率，则有：false
拉力做功的功率为：false
因此false，??即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率；
微观角度：如图所示：
对于一个自由电荷q，非静电力为沿棒方向所受洛伦兹力false
非静电力对导体棒ab中所有自由电荷做功的功率false
将u和false代入得非静电力做功的功率false
拉力做功的功率false
因此false??即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率.
16（1）2A（2）14N（3）13J
【分析】
考查切割磁感线问题。
【详解】
（1）线框切割磁感线：
E1=NBfalsev=2V
I1=false=2A
（2）右边导线所受向左的安培力：
F1=NBI1false=20N
上边导线所受向下的安培力：
F2=NBI1L=20N
滑动摩擦力：
f=μ（Mg+F2）=4N
故拉力为：
F=F1+f=14N
（3）进入磁场过程中，
F=F1+f=F1+μ（mg+ NBIx）
进入过程外力所做的功：
W=false= 13J
17．（1）0.4 N； （1）6m/s； （2）1.2W．
【解析】（1）弹体在加速过程中， false；
（2）根据动能定理： false，联立解得： false
代入数据得： false；
（3）设false处速度为false，则在S距离内，由动能定理： false
false，联立解得： false，代入数据得： false。
点睛：本题关键是明确电磁炮的加速原理，然后根据动能定理列式分析出动能或速度表达式进行分析。