1、期末综合练习（五）期末综合练习（五）20202021 学年高二下学期物理人教版学年高二下学期物理人教版 （2019）选择性必修二）选择性必修二 一、单选题一、单选题 1阻值相等的四个电阻、电容器及电池内阻可忽略)连接成如图所示电路.开关 S 闭合 且电流稳定时,C所带的电荷量为 1 Q,断开开关S,电流再次稳定后,C所带的电荷量为 2 Q， 则 1 Q与 2 Q的比值为() A 5 3 B 5 2 C 2 1 D 3 2 2如图所示，总阻值为 R 的正方形线框的左半侧处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中， 磁场方向与线框平面垂直，线框的对称轴 MN 恰与磁场边缘平齐。若第一次将线框从磁 场中以恒
2、定速度 v1向右匀速拉出，第二次以线速度 v2让线框绕轴 MN 匀速转过 90，下 列说法正确的是（） A第一次操作过程中线框产生的感应电流方向沿逆时针方向 B两次操作过程中经过线框横截面的电量之比为 21 C若两次操作过程中线框产生的焦耳热相等，则 v1：v2=：2 D若两次操作过程中线框产生的平均感应电动势相等，则 v1：v2=2： 3如图所示，在以水平线段 AD 为直径的半圆形区域内有磁感应强度大小为 B、方向 垂直纸面向里的有界匀强磁场。现有一个闭合导线框 ACD（由细软弹性电阻丝制成） ， 端点 A、 D 固定。 在竖直面内， 将导线与圆周接触的 C 点以恒定角速度（相对圆心 O）
3、从 A 点沿圆弧移动至 D 点，使导线框上产生感应电流。设导线框的电阻恒为 r，圆的半 径为 R，从 A 点开始计时，下列说法正确的是（） 试卷第 2页，总 8页 A导线 CD 始终受到指向圆心 O 的安培力 BC 到达圆弧最高点时导线框中感应电动势的最大 C导线框中感应电动势的最大值为 2 2BR DC 点从 A 转至 D 过程中导线框中产生的焦耳热为 24 2 B R r 4如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈， 工作过程中某段时间通电线圈存在顺时针方向 （从左向右看） 均匀增大的电流， 则 （） A无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为顺时针 B无金
4、属片通过时，接收线圈中的感应电流增大 C有金属片通过时，金属片中没有感应电流 D有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化 5如图所示，虚线 OO左侧有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，凸 形线框 abcdefgh 以虚线 OO为轴，以角速度匀速转动，abch 是边长为 L 的正方形， defg 是边长为 1 2 L的正方形，线框的总电阻为 R，从图示位置开始计时，规定电流沿 abcdefgha 方向为正方向，则下列图象正确的是 （ ） AB CD 6如图，A、B 是相同的白炽灯，L 是自感系数很大、电阻可忽略的自感线圈。下面说 法正确的是 A闭合开关 S，A、B 灯同时亮
5、 B闭合开关 S，A 灯比 B 灯先亮 CA、B 灯最后一样亮 D断开开关 S，A 灯慢慢熄灭，B 灯闪亮一下再慢慢熄灭 7如图所示，L为电阻很小的线圈， 1 G和 2 G为内阻不计、零刻度线在表盘中央的电 流计。当开关S处于闭合状态时，两表的指针皆偏向右方，那么，当开关 S 断开时，将 出现（） 试卷第 4页，总 8页 A 1 G和 2 G的指针都立即回到零点 B 1 G的指针立即回到零点，而 2 G的指针缓慢地回到零点 C 1 G的指针缓慢地回到零点，而 2 G的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点 D 1 G的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而 2 G的指针缓慢地回到零点 二、
6、多选题二、多选题 8如图所示，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场 中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接，已知导 体棒MN受到的安培力大小为2N，下列说法正确的是（） A线框受到的安培力大小为3N B线框受到的安培力大小为4N C线框受到的安培力方向竖直向上 D线框受到的安培力方向竖直向下 9如图所示，绳子的一端固定在光滑桌面中心的铁钉上，另一端系着小球，小球在光 滑桌面上做匀速圆周运动，当绳子突然断裂后，则() A小球受向心力作用，向着圆心运动 B小球失去向心力，而做离心运动 C小球运动的半径增大，沿螺旋线运动 D小球沿切线方向做匀速直
7、线运动 10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 三、填空题三、填空题 11如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为 l， 共 N 匝， 线圈的下部悬在匀强磁场中， 磁场方向垂直纸面 当线圈中通有电流 I 时(方 向顺时针，如图)时，在天平左、右两边各加上质量分别为 m1、m2的砝码，天平平衡当 电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为 m 的砝码后，天平重新平衡由此可知：磁 感应强度的方向为_，大小为_ 12光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程是 2 yx，下半部 处在一个水平方向的匀强磁场中，
8、磁场的上边界是 y=a 的直线（图中虚线所示） ，一个 小金属环从抛物线上yb ba（）处以速度 v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，环可 视为质点金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量_ 四、解答题四、解答题 13如图所示，一足够长的金属框架 MON 平面与匀强磁场 B 垂直，导体棒 ab 能紧贴 金属框架运动，且始终与导轨 ON 垂直.当导体棒 ab 从 O 点开始匀速向右平动时，速度 为 v0，试求 bOc 回路中某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式. 试卷第 6页，总 8页 14如图所示，两根足够长光滑平行金属导轨 MN、PQ 固定在倾角37 的绝缘斜面 上，两导轨间距为L=1m，M
9、、P 两点间接有阻值为R=3的电阻整个装置处于磁感 应强度2BT的匀强磁场中， 磁场方向垂直斜面向下 一根质量为m=1kg的均匀直金 属杆 ab 放在两导轨上，并与导轨垂直，ab 在导轨之间的电阻是r1 ，电路中其余电 阻不计 金属杆 ab 由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨， 且与导轨接触良好 不 计空气阻力影响已知sin370.6,cos370.8 重力加速度取 2 10m/sg 求： （1）金属杆 ab 沿导轨向下运动时的最大速度 v 以及此时杆中电流方向： （2）若金属杆由静止释放至达到最大速度的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热总共为 1.5J R Q ,则流过电阻 R 的总电荷量
10、 q 为多少； （3）金属杆由静止释放至达到最大速度的过程中，经历的时间 t 15面积为 0.5m2的导体环与 5.0的电阻连接成闭合回路圆环处于垂直纸面向里的磁 场中，该磁场的磁感强度随时间的变化规律如图，磁场方向垂直纸面向里为正方向回 路中导线和开关的电阻忽略不计求： 线圈中感应电动势的大小； 电阻 R 消耗的电功率； 在下方坐标纸中画出 0 到 0.6s 内感应电流随时间变化的图象 （设感应电流逆时针方向 为正） 16如图所示，在甲、乙、丙三幅图中，标出感应电流的方向。 17如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 竖直放置，其宽度 L=1m，一匀 强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的
11、上端 M 与 P 之间连接一阻值为 R=0.30的电阻，质 量为 m=0.01kg、电阻为 r=0.40的金属棒 ab 紧贴在导轨上。现使金属棒 ab 由静止开始 下滑，下滑过程中 ab 始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离 x 与时间 t 的关 系如图乙所示，图象中的 OA 段为曲线，AB 段为直线，导轨电阻不计，g 取 10m/s2（忽 略 ab 棒运动过程中对原磁场的影响） 。 (1)判断金属棒两端 a、b 的电势高低； (2)求磁感应强度 B 的大小； (3)在金属棒 ab 从开始运动的 1.5s 内，电阻 R 上产生的热量。 18如图所示，平行金属导轨与水平面成倾角，匀强磁场垂
12、直导轨平面向上，一根通 有恒定电流的导体棒 ab 垂直导轨放置，并与导轨保持良好接触，导体棒与导轨之间的 动摩擦因数为。刚开始导体棒静止在导轨上，当磁感应强度减小为 B1时，导体棒恰好 试卷第 8页，总 8页 不下滑。求: （1）试说明导体棒 ab 中电流的方向； （2）当磁感应强度为多少时，导体棒恰好不上滑？ 19如图所示，在磁感应强度为 10 1 3 BtB、方向竖直向下的磁场中有两个固定的半 径分别为l和2l的水平放置的金属圆环形导线围成了如图回路，其总电阻为r，开口很 小，两开口端接有间距也为l的且足够长的两个固定平行导轨ABCD、，导轨与水平 面夹角为， 处于磁感应强度大小为 2 B
13、、 方向垂直于导轨向下的匀强磁场中。 质量为m、 电阻为r、长为l的金属棒ab与导轨良好接触。滑动变阻器R的最大电阻为3r，其他 电阻不计，一切摩擦和空气阻力不计，重力加速度为g。求： (1)电磁感应中产生的电动势； (2)若开关 1 K闭合、 2 K断开，求滑动变阻器的最大功率 m P； (3)若开关 1 K断开， 2 K闭合，棒ab由静止释放，棒能沿斜面下滑，求棒下滑过程中最 大速度 m v以及某段时间t内通过棒某一横截面的最大电荷量 m q。 20一质量为 M 汽车有牵引力作用下以恒定功率 P 启动，汽车在水平路面行驶时，受 到的阻力与车重成正比，经过时间 t，汽车达到最大速度 v，试求
14、汽车启动过程中： （1）汽车受到的阻力为多少？ （2）牵引力的冲量为多少？ （3）汽车运动的位移为多少？ 答案第 1页，总 11页 参考答案参考答案 1A 【解析】 【详解】 电路中四个电阻阻值相等，开关 S 断开时，外电路的连接等效为图 1，电路的总电阻 00 200 00 25 23 RR RRR RR 当开关 S 闭合后，外电路的连接等效为图 2，电路的总电阻 0 100 3 22 R RRR 由于不计电池的内阻， 设每个定值电阻的阻值为 R， 根据串并联电路的特点， 开关 S 断开时， 电容器两端的电压为 0 2 00 2 1 3 2 25 3 R E UE RR 当开关 S 闭合时，
15、电容器两端的电压为 0 1 0 1 2 3 3 2 R E UE R 由 Q=CU 可知， Q1：Q2=U1：U2=5：3 故 A 正确。 2D 【详解】 A由右手定则可知，第一次操作过程中感应电流的方向为顺时针方向，选项 A 错误； B由公式q R 可知两次操作过程中经过线框横截面的电量相同，选项 B 错误； C设线框的边长为 L，若两次操作过程中线框产生的焦耳热相等，第一次将线框从磁场中 以恒定速度 v1向右匀速拉出 11 EBLv 答案第 2页，总 11页 2 23 1 1 1 1 2 2 L BLvB L v Q RvR 第二次以线速度 v2让线框转过 90 2 2 22 BLvBS
16、E 2 2 23 2 2 2 11 2 2 42 8 BLv L B L v Q RvR Q1=Q2 所以 12 :4vv 选项 C 错误； D若两次操作过程中线框产生的平均感应电动势相等，第一次将线框从磁场中以恒定速度 v1向右匀速拉出 11 EBLv 第二次以线速度 v2让线框转过 90 2 2 2 2 1 2 11 2 2 42 BL L BLv E tv 12 EE 得 12 :2:vv D 选项正确。 故选 D。 3D 【详解】 A磁场强弱不变，闭合回路面积变化，从而引起磁通量变化产生感应电流。设经过的时间 答案第 3页，总 11页 为 t，则AOC=t，由几何关系知 2 t ADC
17、 ，且 ACCD 闭合回路面积 2 () 1111 2 sin()2 cossin) 2222 SACCDRtRtRt( 0t 原磁感应强度垂直纸面向里，闭合回路面积先增大再减小，磁通量=BS 先增大再减小，所 以感应电流方向先逆时针后顺时针，导线 CD 先受到背离圆心的安培力后受到指向圆心 O 的安培力，故 A 错误； BC由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 2 2 sin cos ()BRt EBRt tt 在 C 沿圆弧移动到圆心 O 的正上方时 2 t ，此时的感应电动势为零，导线框中感应电动 势的最大值为 2 m EBR 选项 BC 错误； DC 点从 A 转至 D 过程中导线框中
18、产生的焦耳热为 2 224 () 2 2 m E EB R Qt rrr 选项 D 正确。 故选 D。 4D 【详解】 A当左侧线圈中通有不断增大的顺时针方向的电流时，可知穿过右侧线圈的磁通量向右且 增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，A 错误； B通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈中的磁通量均匀增大，所以穿 过右侧线圈中的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知， 接收线圈中的感应电流大小不变，B 错误； C有金属片通过时，则穿过金属片中的磁通量发生变化，金属片中也会产生感应电流，C 错误； 答案第 4页，总 11页 D有金属片通过时，
19、则穿过金属片中的磁通量发生变化，金属片中也会产生感应电流，感 应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同， 所以也会将该空间中的磁场的变化削弱 一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，D 正确。 故选 D。 5C 【详解】 分段处理，第一个四分之一周期内，矩形线圈的磁通量变化产生正弦式交变电流，电流方向 为正，电流由零增加到最大，其最大值为 Im= 2 m EBL RR ，第二个四分之一周期内，矩形 线圈 defg 的磁通量变化产生正弦式交变电流，电流方向为正，电流由最大值 Im= 22 1 24 L BBL RR （） 减小到零；第三个四分之一周期内，矩形线圈 defg 的磁通量变化产
20、 生正弦式交变电流，电流方向为负，由零逐渐增大到负向最大-Im；第四个四分之一周期内， 矩形线圈 abch 的磁通量变化产生正弦式交变电流，电流方向为负，由-Im减小到零。 A该图与结论不相符，选项 A 错误； B该图与结论不相符，选项 B 错误； C该图与结论相符，选项 C 正确； D该图与结论不相符，选项 D 错误； 6C 【详解】 ABC开关闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，B 灯立即发光。由于线圈的自 感阻碍，A 灯逐渐发光，由于线圈的电阻可以忽略，则两灯最后一样亮，故 AB 错误，C 正 确； D断开开关的瞬间，流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源线圈与两灯一
21、起构成一个自感回路，则两灯逐渐同时熄灭，由于开始时两灯电流相等，则 B 灯不会闪亮， 故 D 错误。 故选 C。 7D 【详解】 答案第 5页，总 11页 当开关断开时， 1 G中原来的电流很快消失；由于通过线圈的电流变小，导致线圈中产生瞬 间感应电动势，从而阻碍电流变小，感应电流在 1 G和 2 G中重新构成回路， 2 G中电流方向 不变， 1 G中电流方向反向，所以 2 G的指针缓慢地回到零点，而 1 G的指针先立即偏向左方， 然后缓慢地回到零点。 故选 D。 8AC 【详解】 AB根据电阻定律可知导体棒 MLN 的电阻是导体棒 MN 电阻的 2 倍，由于导体棒 MLN 与 导体棒 MN
22、并联，则导体棒 MLN 与导体棒 MN 两端电压相等，根据欧姆定律可知，导体棒 MN 中的电流是导体棒 ML 中电流的 2 倍，若 MN 长度为 L，导体棒 MN 受到的安培力大小 为 F=BIL，由于导体棒 MN 中的电流是导体棒 ML 中电流的 2 倍，则导体棒 ML 和 LN 所受 到的安培力的合力大小为 F= 1 2 BIL= 1 2 F 三角形线框受到的安培力的大小为 F合=F+F=1.5F=3N 故 A 正确，B 错误； CD根据左手定则可知导体棒 MN 受到的安培力在线框所在的平面内垂直于 MN 向上，即 竖直向上，故 C 正确，D 错误。 故选 AC。 9BD 【详解】 AB.
23、做匀速圆周运动的物体所受的外力减小或者突然消失，将做离心运动，当绳子突然断裂 后，物体失去向心力，而做离心运动,故 A 错误、B 正确； CD.用绳子拉着小球在光滑的水平面上运动，如果绳子突然断了，在水平方向小球将不受力 的作用，所以将保持绳子断时的速度做匀速直线运动，故 C 错误、D 正确 故选 BD。 10BCD 【详解】 答案第 6页，总 11页 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
24、转化 为热能，与电磁感应无关，故 D 正确； 故选 BCD 11垂直纸面向里 2 mg NIL 【详解】 因为 B 的方向垂直纸面向里，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，相当于右边少了两倍的安培力大小，所以需要在右边加砝码则 有 mg=2NBIL，所以 B= 2 mg NIL 故答案为 12 2 1 2 mg bamv 【解析】圆环最终在 y=a 以下来回摆动，以yb ba（ ）处为初位置，y=a 处为末位置，知 末位置的速度为零，在整个过程中，重力势能减小，动能减小，减小的机械能转化为内能， 根据能量守恒得： 2 1 2 Qmg bamv 【点睛】
25、圆环在进入磁场和出磁场的过程中产生感应电流，有热量产生，最终以 y=a 以下来 回摆动，根据能量守恒求出金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量 13 2 0 3 3 EBv t 【详解】 设导体棒 ab 从 O 点出发时开始计时，经过时间 t，导体棒 ab 匀速运动的距离为 s，则有 0 sv t 在bOc中 30 bc tan s 0 30bcv t tan 答案第 7页，总 11页 在回路 bOc 中，导体棒切割磁感线产生的感应电动势为 2 00 30EBv bcBv t tan 可得回路 bOc 中，某时刻的感应电动势随时间变化的函数关系式为 2 0 3 3 EBv t 14 （1）6m/
26、s，电流方向为由 a 到 b； （2） 5 3 C（3） 14 9 s 【详解】 （1）金属棒速度最大时，满足： 22 sin37 B L v mg Rr ， 解得 v=6m/s，电流方向为由 a 到 b； （2）金属杆由静止释放至达到最大速度的过程中，由动能定理： 2 1 sin37 2 mgxmvQ 其中： R R QQ Rr 流过电阻 R 的总电荷量 q 为： = BLx q RRr 总 联立解得 5 C 3 q （3）由动量定理：sin37mgtFtmv ，其中安培力的冲量：FtBILtqBL 联立解得： 14 9 ts 151V；0.2W； 如图； 【解析】 【详解】 答案第 8页，
27、总 11页 根据法拉第电磁感应定律：E t ，有：2 0.51V BS E t 此电路是纯电阻电路，功率 2 1 0.2W 5 E P R 电流恒定不变；其大小为： 1 0.2A 5 E I R 图像如图； 16 【详解】 根据右手定则可知，导线中的电流方向如图； 17 （1） ba ； （2）0.1T； （3）0.195J 【详解】 （1）由右手定则判断： ba 。 （2）当金属棒匀速下落时，设其速度设为 v，由共点力平衡条件得 mgBIL 金属棒产生的感应电动势 答案第 9页，总 11页 EBLv 设电路中的电流为 I ，由闭合电路欧姆定律可得 E I Rr 由 x-t 图象可得 7m/s
28、v 代入数据解得 0.1TB （3）在 01.5 s，以金属棒 ab 为研究对象，根据动能定理得 2 1 = 2 mghWmv 安 代入数据解得 0.455JW 安 电阻 R 上产生的热量 =0.195J R R QW Rr 安 18 （1）从 a 到 b； （2） 21 sincos sincos BB 。 【详解】 （1）当磁场增大时，导体棒会上滑，即导体棒受到的安培力沿导轨平面向上，所以导体棒 中电流方向为从 a 到 b； （2）设棒中电流为 I，导轨间距为 L 当磁感应强度为 B1时，导体棒恰好不下滑，有： B1IL=mg(sin-cos) 当磁感应强度为 B2时，导体棒恰好不上滑，有
29、： B2IL=mg(sin+cos) 解得： 21 sincos sincos BB 19(1) 2 El ；(2) 2 4 4 m l P r ；(3) 3 2 2 2 2 2sin m mgrBl v B l ， 2 sin m mg qt B l 【详解】 答案第 10页，总 11页 (1)处在均匀变化的磁场中的有效面积 222 (2 )3Slll 根据法拉第电磁感应定律，产生的感应电动势为 2 1 3 BS ESl tt (2)根据闭合电路欧姆定律 E I Rr 滑动变阻器的功率 2 PI R 得 22 22 () 2 E RE P rRr Rr R 当Rr时，P有最大值 所以 22
30、4 44 m El P rr (3)棒切割磁感线产生的最大感应电动势 2m EB lv 通过分析知道沿整个回路的感应电动势都为逆时针方向，因此总电动势为 m EEE 对于整个回路，根据闭合电路欧姆定律有 2 m m E I r 当棒匀速下滑时速度达到最大，此时受力平衡 2 sin m mgB I l 解得 3 2 2 2 2 2sin m mgrBl v B l 当物体下滑速度最大时，在t时间内通过导体棒的电荷量也最大 答案第 11页，总 11页 mm qIt 解得 2 sin m mg qt B l 20(1) P f V (2) Pt IMV V (3) 3 2 2 PtVMV x P 【详解】 （1）汽车以恒定功率起动时，它的牵引力 F 将随速度 V 的变化而变化，其加速度 a 也随之 变化， 由此可得汽车速度达到最大时，a=0，此时 F=f，P=Fv 解得 P f v （2）由动量定理可知： IftMv 解得牵引力的冲量为： Pt IMv v （3）根据动能定理： 2 1 2 PtfxMv 解得 3 2 2 PtvMv x P
