选择性必修第二册综合测评

全书综合测评

(满分:100分;时间:90分钟)

一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分)

1.(2020江西南昌二中检测)电视机中有一个传感器,能将遥控器发出的红外线信号转化为电信号,下列装置中也利用了这种传感器的是(　　)

A.电话机的话筒

B.楼道里照明灯的声控开关

C.空调中的遥控接收器

D.冰箱中的温控器

2.(2020福建厦门双十中学检测)下列关于电磁波谱的说法中,正确的是(　　)

A.夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的

B.验钞机验钞票真伪体现了红外线的荧光效应

C.利用雷达测出从发射微波脉冲到接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离

D.相同条件下,电磁波谱中最难发生衍射的是X射线

3.(2020山西长治二中期末)随着科技的不断发展,无线充电已经进入人们的视线。小到手表、手机,大到电脑、电动汽车的充电,都已经实现了从理论研发到实际应用的转化。图中给出了某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式无线充电的原理图。关于无线充电,下列说法正确的是(　　)

A.无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”

B.只有将充电底座接到稳恒直流电源上才能对手机进行充电

C.接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同

D.只要有无线充电底座,所有手机都可以进行无线充电

4.(2019北京101中学高二上期中)如图所示,一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间,铝框可以绕竖直的转轴自由转动,转动手柄使磁铁绕竖直的转轴旋转,观察到铝框会随之转动,对这个实验现象的描述和解释,下列说法中正确的是(　　)

A.铝框的转动方向与蹄形磁铁的转动方向一定是相同的

B.铝框的转动快慢与蹄形磁铁的转动快慢总是一致的

C.铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时,铝框中的感应电流最大

D.铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时,铝框两个竖直边受到的磁场力均为零

5.(2020河南洛阳高二上期末)以下说法中,对甲、乙、丙、丁四幅图的描述错误的是(　　)

A.如图甲所示,导体棒垂直于磁场方向运动,B、l、v两两垂直时,则电动势E=Blv

B.如图乙所示,导线的运动方向与导线本身垂直,与磁感线方向夹角为θ时,则电动势E=Blv sin θ

C.如图丙所示,线圈以恒定速度v从图示位置向上离开磁场过程中电动势逐渐变大

D.如图丁所示,导体棒平动切割磁感线产生的电动势为Blv

6.(2020江西南昌六校高二上期末联考)将一面积为S=0.04 m2、匝数为n=100的线圈放在匀强磁场中,已知磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度B随时间t变化规律如图所示,线圈总电阻为2 Ω,则(　　)

A.在0~2 s内与2~4 s内线圈内的电流方向相反

B.在0~4 s内线圈内的感应电动势为0.008 V

C.第2 s末,线圈的感应电动势为零

D.在0~4 s内线圈内的感应电流为0.4 A

7.(2019云南玉溪一中高二上期末)如图甲所示电路中,变压器为一理想变压器,原、副线圈匝数比为22∶1,两个标有“10 V,5 W”的小灯泡并联在副线圈的两端。原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u如图乙所示,原线圈电路中电压表和电流表可视为理想电表。则下列说法正确的是(　　)

A.经过1 min原线圈的输出电能为6×102 J

B.由于电压过高小灯泡会被烧坏

C.电压表的示数为220 V

D.电流表的示数为2 A

8.(2019北京师大二附中高二上期末)在竖直方向的匀强磁场中,水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图a所示,磁场方向向上为正。当磁感应强度B随时间t按图b变化时,下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是(　　)

9.(2020黑龙江鹤岗一中高二上期末)(多选)如图所示,连接两平行金属板的导线的一部分CD与一有电源回路的一部分GH平行且均在纸面内,金属板置于磁场中,磁场方向垂直于纸面向里,当一束等离子体(含等量正、负电荷的气态离子群)射入两金属板之间时,CD段导线受到力F的作用,则(　　)

A.若等离子体从右方射入,F向左

B.若等离子体从右方射入,F向右

C.若等离子体从左方射入,F向左

D.若等离子体从左方射入,F向右

10.(2020陕西西安中学高二上期末)(多选)如图所示为圆柱形区域的横截面,在该区域加沿圆柱轴线方向、垂直纸面向里的匀强磁场。带电粒子(不计重力)第一次以速度大小为v1沿截面直径从q点入射,粒子飞出磁场区域时,速度方向偏转60°角;该带电粒子第二次以速度大小为v2从同一点沿同一方向入射,粒子飞出磁场区域时,速度方向偏转90°角,则带电粒子第一次和第二次在磁场中运动的(　　)

A.半径之比为∶1 B.速度之比为1∶

C.时间之比为2∶3 D.时间之比为3∶2

二、非选择题(本题共4小题,共40分)

11.(2020湖北沙市高二上期末)(5分)如图所示,两平行金属导轨间的距离L=0.4 m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.5 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.5 Ω的直流电源,现把一个质量为m=0.04 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒恰好静止。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R0=2.5 Ω,金属导轨电阻不计,g取10 m/s2(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。求:

(1)通过导体棒的电流;

(2)导体棒受到的安培力大小;

(3)导体棒受到的摩擦力。

12.(2019北京101中学高二上期中)(5分)如图所示,位于竖直平面内的矩形金属线圈,边长L1=0.4 m、L2=0.25 m,其匝数n=100匝,总电阻r=1 Ω,线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起,并通过电刷和R=3 Ω的定值电阻相连接。线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场,磁感应强度B=1 T,在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O1O2匀速转动,角速度ω=2 rad/s。求:

(1)电阻R两端电压的最大值;

(2)从线圈通过中性面(即线圈平面与磁场方向垂直的位置)开始计时,经过周期通过电阻R的电荷量;

(3)在线圈转动一周的过程中,整个电路产生的焦耳热。(本问保留3位有效数字)

13.(2019湖北两校荆州中学、宜昌一中高二期末联考)(10分)如图所示,半径r=0.06 m的半圆形无磁场区的圆心在坐标原点O处,半径R=0.1 m,磁感应强度大小B=0.075 T的圆形有界磁场区的圆心坐标为(0,0.08 m),平行金属板MN的极板长L=0.3 m、间距d=0.1 m,极板间所加电压U=6.4×102 V,其中N极板收集粒子全部中和吸收,一位于O处的粒子源向第Ⅰ、Ⅱ区域均匀地发射速度大小为v=6×105 m/s的带正电粒子,经磁场偏转后,从第Ⅰ区域出射的粒子速度方向均沿x轴正方向。若粒子重力不计、比荷=108 C/kg、不计粒子间的相互作用力及电场的边缘效应。sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。

(1)粒子在磁场中的运动半径R0;

(2)从坐标(0,0.18 m)处射出磁场的粒子,其在O点入射方向与y轴夹角θ;

(3)N板收集到的粒子占所有发射粒子的比例η。

14.(2019北京师大二附中高二上期末)(20分)如图所示,在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,有一竖直放置的光滑的平行金属导轨,导轨平面与磁场垂直,导轨间距为L,顶端接有阻值为R的电阻。将一根金属棒从导轨上的M处以速度v0竖直向上抛出,棒到达N处后返回,回到出发点M时棒的速度为抛出时的一半。已知棒的长度为L,质量为m,电阻为r。金属棒始终在磁场中运动,处于水平且与导轨接触良好,忽路导轨的电阻。重力加速度为g。

(1)金属棒从M点被抛出至落回M点的整个过程中,求:

a.电阻R消耗的电能;

b.金属棒运动的时间。

(2)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子的碰撞。已知元电荷为e。求当金属棒向下运动达到稳定状态时,棒中金属离子对一个自由电子沿棒方向的平均作用力大小。

答案全解全析

全书综合测评

一、选择题

1.C　用遥控器调换电视机的频道的过程,实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。电话机的话筒是将声音转化为电信号,故A错误;楼道中照明灯的声控开关将声信号转化为电信号,故B错误;空调机接收遥控信号的装置将光信号转化为电信号,故C正确;冰箱中控制温度的温控器将温度的信息转化为电信号,故D错误。

2.C　热效应最强的是红外线,A错误;验钞机是利用了紫外线的荧光效应,B错误;电磁波测距就是利用发射脉冲和接收脉冲的时间间隔来确定的,C正确;波长越短越难发生衍射,电磁波谱中比X射线波长短的还有γ射线,D错误。

3.C　无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是电磁感应现象,不是“电流的磁效应”,选项A错误;当充电设备通以稳恒直流电流时,无线充电设备不会产生变化的磁场,不能正常使用,选项B错误;发生互感时,接收线圈中交变电流的频率与发射线圈中交变电流的频率相同,选项C正确;被充电手机内部应该有一类似金属线圈的部件,与手机内部充电电路相连,当有交变磁场时,则产生感应电动势,普通手机不能利用无线充电设备进行充电,选项D错误。

4.A　根据楞次定律可知,为阻碍磁通量变化,铝框应该减小与磁感线之间夹角的变化,随磁铁转动方向转动,但比磁铁转动速度要慢,A对,B错;铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时,磁通量变化率为零,铝框中的感应电流为零,C错;铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时,铝框产生的感应电流最大,两个竖直边均受磁场力,D错。

5.C　如题图甲所示,导体棒垂直于磁场方向运动,B、l、v两两垂直时,根据导体棒切割磁感线产生的感应电动势的计算公式可得产生的感应电动势为E=Blv,故A正确;如题图乙所示,导线的运动方向与导线本身垂直,与磁感线方向夹角为θ时,速度v在垂直于磁感线方向上的分速度为v sin θ,则电动势E=Blv sin θ,故B正确;如题图丙所示,线圈以恒定速度v从图示位置向上离开磁场过程中,有效切割长度先增大后减小,感应电动势先增大后减小,故C错误;如题图丁所示,导体棒平动切割磁感线时,导体棒垂直于磁场方向运动,B、l、v两两垂直,所以产生的电动势为Blv,故D正确。

6.D　在0~2 s内与2~4 s内磁场方向相反,磁感应强度变化情况相反,根据楞次定律可知,在这两段时间内线圈内感应电流方向相同,A错误。由题图知:在0~4 s内,磁通量的变化率恒定,线框中产生的感应电动势不变,= T/s=0.2 T/s

在0~4 s内线圈内的感应电动势

E=n=nS=100×0.2×0.04 V=0.8 V

故B、C错误。

在0~4 s内线圈内的感应电流

I== A=0.4 A,D正确。

7.A　由题图乙可知,交变电源电压的最大值为220 V,有效值为220 V,根据变压器的变压比U1∶U2=n1∶n2,知副线圈两端电压U2=10 V,故两灯泡均正常工作,则变压器的输入功率为P1=P2=10 W,故在1 min内,原线圈的输出电能为P1t=10 W×60 s=600 J,A正确,B错误;电压表的示数为原线圈电压有效值U1,为220 V,C错误;根据P1=U1I1,得电流表示数I1== A,D错误。

8.D　根据法拉第电磁感应定律有:E=n=nS,因此在面积、匝数不变的情况下,感应电动势与磁感应强度的变化率成正比,即与B-t图像中的斜率成正比,由题图可知,0~2 s内,斜率不变,故形成的感应电流不变,再根据楞次定律可知感应电流方向为顺时针(即正值),2~4 s斜率大小不变,电流方向为逆时针;整个过程中斜率的绝对值大小不变,所以感应电流大小不变,故D正确。

9.AD　右侧电路中的电流的方向为由G到H,等离子体是整体显电中性,内部含有等量的正、负电荷的气态离子群,当等离子体从右方射入时,由左手定则可以判断电容器的上极板带负电,下极板带正电,电流的方向为由D到C,电流的方向与电路中GH的电流的方向相反,两导线相互排斥,CD受到的作用力向左,故A正确,B错误;等离子体从左方射入时,由左手定则可以判断电容器的上极板带正电,下极板带负电,电流的方向为由C到D,电流的方向与电路中GH的电流的方向相同,所以CD受到的作用力向右,故C错误,D正确。

10.AC　设圆柱形区域横截面的半径为R,带电粒子第一次以速度v1沿直径入射时,轨迹如图所示,粒子飞出此磁场区域时速度方向偏转60°角,则知带电粒子轨迹对应的圆心角为θ=60°

轨迹半径为

r1=R tan 60°

运动时间为

t1=T=T

带电粒子第二次以速度v2沿直径入射时,粒子飞出此磁场区域时速度方向偏转90°角,则知带电粒子轨迹对应的圆心角为θ=90°

半径为

r2=R

运动时间为

t2=T=T

所以轨迹半径之比

r1∶r2=∶1

时间之比

t1∶t2=2∶3

根据半径公式r=得,速度之比

v1∶v2=r1∶r2=∶1

故选A、C。

二、非选择题

11.答案　(1)1.5 A　(2)0.3 N　(3)0.06 N　方向沿斜面向下

解析　(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有

I==1.5 A;(1分)

(2)导体棒受到的安培力大小为

F安=BIL=0.3 N;(1分)

(3)受力分析如图所示,导体棒所受重力沿斜面向下的分力为

F1=mg sin 37°=0.24 N,

由于F1小于安培力,故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f,根据共点力平衡条件有

mg sin 37°+f=F安,(1分)

解得f=0.06 N,(1分)

方向沿斜面向下。(1分)

12.答案　(1)15 V　(2)2.5 C　(3)157 J

解析　(1)感应电动势的最大值

E=nBSω=100×1×0.4×0.25×2 V=20 V(1分)

电阻R两端电压的最大值

UR=E=15 V(1分)

(2)经过周期通过电阻R的电荷量

q=n=100× C=2.5 C(1分)

(3)由E=20 V,知有效值

U有= V=10 V(1分)

Q=t=× J≈157 J(1分)

13.答案　(1)0.08 m　(2)53°　(3)29%

解析　(1)由洛伦兹力提供向心力

qvB=m(1分)

解得:

R0==0.08 m(1分)

(2)如图所示,令从y=0.18 m处出射的粒子对应入射方向与y轴夹角为θ,由几何关系可得:

sin θ=0.8,θ=53°(2分)

(3)如图所示,令恰能从下极板右端出射的粒子坐标为y,由带电粒子在电场中偏转规律得

y=at2　①(1分)

a==　②(1分)

t=　③(1分)

联立①②③解得y==0.08 m

设此粒子入射时与x轴夹角为α,则有

y=r sin α+R0-R0 cos α(1分)

可知tan α=

即α=53°(1分)

比例η=×100%=29%(1分)

14.答案　(1)a.　b.　(2)f=

解析　(1)a.金属棒从M点被抛出至落回M点的整个过程中,由能量守恒得

回路中消耗的电能

Q=m-m=m(2分)

电阻R消耗的电能

QR=Q=(2分)

b.金属棒从M点被抛出至落回M点的整个过程中,取向下为正方向,由动量定理得:

mgt+I安=m·-(-mv0)(2分)

将整个运动过程划分成很多小段,可认为在每个小段中感应电动势几乎不变,设每小段的时间为Δt。则安培力的冲量

I安=Bi1L·Δt+Bi2L·Δt+Bi3L·Δt+…

I安=BL(i1·Δt+i2·Δt+i3·Δt+…)

I安=BLq

又q=t,

=,

=

因为ΔΦ=0,所以I安=0(2分)

解得t=(2分)

(2)当金属棒向下运动达到稳定状态时

mg=Fm(2分)

其中Fm=

解得vm=(2分)

沿棒方向,棒中自由电子受到洛伦兹力evmB、电场力eE和金属离子对它的平均作用力f作用。因为棒中电流恒定,所以自由电子沿棒的运动可视为匀速运动。

则f+eE=evmB(2分)

又E=,U=·R(2分)

解得f=(2分)