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期中学业水平检测卷2021-2022学年物理选择性必修第二册人教版2019（Word含解析）
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这是一份高中物理全册综合课后练习题，共16页。试卷主要包含了考试范围，关于下列四幅图的说法正确的是等内容，欢迎下载使用。
期中学业水平检测
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
3.考试范围:第一章~第二章。
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8小题只有一项符合题目要求,第9~12小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(2021江西赣州八校协作体高二下期中联考)下列说法正确的是 ( )
A.奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现了电磁感应现象
B.闭合电路在磁场中做切割磁感线运动,电路中一定会产生感应电流
C.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
D.涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律
2.(2021福建三明三地三校高二下期中联考)如图,一个半径为L的半圆形硬导体AB以速度v,在水平U形框架上匀速滑动,匀强磁场的磁感应强度为B,回路中的电阻为R0,半圆形硬导体AB的电阻为r,其余电阻不计,则半圆形导体AB切割磁感线产生感应电动势的大小及A、B之间的电势差分别为 ( )
A.BLv,BLvR0R0+r B.2BLv,BLv
C.BLv,2BL D.2BLv,2BLvR0R0+r
3.(2021山西忻州高二下月考)如图所示,一金属圆环水平固定放置,现将一竖直的条形磁铁,在圆环上方沿圆环轴线无初速度释放,在条形磁铁穿过圆环的过程中,条形磁铁与圆环 ( )
A.始终相互吸引
B.始终相互排斥
C.先相互吸引,后相互排斥
D.先相互排斥,后相互吸引
4.(2021山东淄博高二下期中)如图所示,一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v,若加上一个垂直纸面向外的磁场,则滑到底端时 ( )
A.v不变 B.v变大 C.v变小 D.不能确定
5.(2020江苏宜兴张渚高级中学高二月考)两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子a、b以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域,其运动轨迹如图所示,若不计粒子的重力,则下列说法正确的是 ( )
A.a粒子带负电,b粒子带正电
B.a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大
C.b粒子动能较小
D.b粒子在磁场中运动时间较长
6.(2021山东招远高二下月考)如图所示,灯泡A、B完全相同,L是电阻不计的电感线圈,如果断开开关S1,闭合S2,A、B两灯都能发光。如果最初S1是闭合的,S2是断开的,则以下说法正确的是 ( )
A.刚一闭合S2,A灯立即亮,B灯则延迟一段时间才亮
B.刚闭合S2时,线圈L中的电流很大
C.闭合S2以后,A灯变亮,B灯一直不亮
D.先闭合S2电路达到稳定后,再断开S2时,A灯立即熄灭,B灯先亮一下然后熄灭
7.(2021北京朝阳高二期末)图1为洛伦兹力演示仪的实物图,图2为结构示意图。演示仪中有一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈(励磁线圈),通过电流时,两线圈之间产生沿线圈轴向、方向垂直纸面向外的匀强磁场。圆球形玻璃泡内有电子枪,电子枪发射的电子不计重力,电子在磁场中做匀速圆周运动。电子速度的大小可由电子枪的加速电压来调节,磁场强弱可由励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是 ( )
A.仅使励磁线圈中电流为零,电子枪中飞出的电子将做匀加速直线运动
B.仅提高电子枪加速电压,电子做圆周运动的半径将变小
C.仅增大励磁线圈中电流,电子做圆周运动的周期将变小
D.仅提高电子枪加速电压,电子做圆周运动的周期将变小
8.(2021贵州贵阳高二期末)关于下列四幅图的说法正确的是 ( )
A.图甲是速度选择器示意图,由图可以判断出带电粒子的电性,不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是v=EB
B.图乙是磁流体发电机结构示意图,由图可以判断出A极板是发电机的正极
C.图丙是质谱仪结构示意图,打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大
D.图丁是回旋加速器示意图,要使粒子飞出加速器时的动能增大,可仅增加电压U
9.(2021北京朝阳高二上期末)如图所示,在竖直虚线MN和M'N'之间区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一带电粒子(不计重力)以初速度v0由A点垂直MN进入这个区域,带电粒子沿直线运动,并从C点离开场区。如果撤去磁场,该粒子将从B点离开场区;如果撤去电场,该粒子将从D点离开场区。则下列判断正确的是 ( )
A.该粒子由B、C、D三点离开场区时的动能相同
B.该粒子由A点运动到B、C、D三点的时间均不相同
C.匀强电场的场强E与匀强磁场的磁感应强度B之比EB=v0
D.若该粒子带负电,则电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向里
10.(2021安徽合肥一中月考)如图所示,两竖直放置的平行光滑导轨处于垂直于导轨平面的匀强磁场中,金属杆ab可沿导轨滑动,原先S断开,让ab杆由静止下滑,一段时间后闭合S,则从S闭合开始计时,ab杆的运动速度v随时间t的图像可能是图中的 ( )
A B C D
11.(2021四川成都外国语学校高二下期中)如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B。将质量为m的导体棒由静止释放,当速度达到v时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率为P,导体棒最终以2v的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g,下列选项正确的是 ( )
A.P=2mgv sin θ
B.P=3mgv sin θ
C.当导体棒速度达到v2时,加速度为g2 sin θ
D.在速度达到2v以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功
12.(2021河南驻马店高二下第一次检测)两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻。将质量为m、电阻也为R的金属棒悬挂在一个上端固定的轻弹簧下端,金属棒与导轨接触良好,导轨所在的平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示。除金属棒和电阻R外,其余电阻不计。现将金属棒从弹簧的原长位置由静止释放,则 ( )
A.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→b
B.最终弹簧对金属棒的弹力与金属棒的重力平衡
C.金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为F=B2L2vR
D.金属棒的速度为v时,金属棒两端的电势差为U=BLv2
二、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)(2021上海闵行高二期末)利用图(a)所示的装置可以定性研究产生感应电流的条件及其规律。线圈A、B套在绝缘的闭合环形铁芯C上,线圈B与电流传感器连接。先将开关S闭合,再断开,电流传感器中的电流随时间变化如图(b)所示,则电流传感器的正接线柱应在 端(选填“a”或“b”)。依据t1~t2过程中的电流变化情况,可以得出结论: 。
14.(6分)(2021湖北孝感高二期末)如图组装的实验器材,可以探究电磁感应现象,发现电磁感应产生的条件。当闭合开关S时,可发现电流表指针向右偏转一下后,又回到中央位置。现在通电状态下继续实验。
(1)把原线圈A抽出副线圈B的过程中,电流表的指针将 ;(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
(2)把原线圈插入副线圈后静止,电流表的指针将 ;(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
(3)原、副线圈保持不动,把变阻器滑片P向右移动过程中,电流表的指针将 。(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
15.(8分)(2021山西大同高三上学情调研)如图,直线MN上方有垂直纸面向里的足够大的有界匀强磁场区域,磁感应强度为B,一质量为m、电荷量为q(q<0)的带电粒子以速度v从O点射入该磁场区域,进入磁场时速度方向与MN边的夹角θ=60°,粒子在磁场中运动一段时间后从边界MN上的P点射出,粒子重力不计。求:
(1)带电粒子在磁场中运动的半径;
(2)入射点O与出射点P间的距离L;
(3)粒子在磁场中运动的时间t。
16.(8分)(2021江西赣州八校协作体高二下期中联考)如图(a)所示,一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路,线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示,图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0,导线的电阻不计,在0至t1时间内:(R、n、r1、r2、t0、B0、π为已知量)
(1)判断a、b两点的电势高低;
(2)求a、b两点的电势差Uab。
17.(12分)(2021湖南邵阳高二上期末)如图所示,坐标平面第Ⅰ象限内存在大小为E=4×105 N/C、方向水平向左的匀强电场,在第Ⅱ象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场,mq=4×10-10 kg/C的带正电的粒子,以初速度v0=3×107 m/s从x轴上的A点垂直x轴射入电场,OA=0.8 m,不计粒子的重力。
(1)求粒子经过y轴时的位置到原点O的距离;
(2)求粒子经过y轴时的速度大小和方向;
(3)若要使粒子不能进入第Ⅲ象限,求磁感应强度B的最小值为多大(不考虑粒子第二次进入电场后的运动情况)。
18.(14分)(2021云南曲靖四中高二下月考)如图所示,两足够长的光滑金属导轨水平放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒由距磁场左边界L处在恒力F作用下从静止开始运动。导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐增大,最终稳定为I。在加速过程中,导体棒产生的焦耳热为Q。整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终垂直导轨,不计其他部分的电阻。求:
(1)导体棒刚进入磁场时,流经电流表的电流I1;
(2)进入磁场后,导体棒加速过程位移的大小s。
答案全解全析
期中学业水平检测
1.A
2.D
3.D
4.C
5.A
6.D
7.C
8.C
9.CD
10.ACD
11.AC
12.BD
1.A 奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现了电磁感应现象,A正确;闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动,电路中一定会产生感应电流,B错误;线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势一定越大,C错误;涡流的形成也一定遵循法拉第电磁感应定律,D错误。
2.D 半圆形硬导体切割磁感线的有效长度为2L,则感应电动势大小为E=2BLv,根据闭合电路的欧姆定律可得,感应电流大小为I=ER0+r=2BLvR0+r,A、B之间的电势差为UAB=IR0=2BLvR0R0+r,故选D。
3.D 从磁铁开始下落至磁铁中间位置到达圆环时,穿过圆环的磁通量一直增大;而当磁铁中间位置从圆环向下运动时,穿过圆环的磁通量减小;则由楞次定律可知,当条形磁铁靠近圆环时,感应电流阻碍其靠近,是排斥力;当磁铁穿过圆环远离圆环时,感应电流阻碍其远离,是吸引力,故先相互排斥,后相互吸引;故D正确,A、B、C错误。
4.C 未加磁场时,根据动能定理,有:mgh-Wf=12mv2-0;加磁场后,物体受洛伦兹力,洛伦兹力不做功,但正压力变大,摩擦力变大,根据动能定理,有mgh-Wf'=12mv'2-0,因Wf'>Wf,所以v'
6.D 刚闭合S2,由于电感线圈阻碍电流的增大,故灯泡A和B立即就亮,线圈中电流缓慢增加,最后相当于直导线,故灯泡B被短路而熄灭,故A、C错误;刚闭合S2时,线圈L中自感电动势阻碍电流增加,故电流为零,故B错误;闭合S2稳定后,再断开S2时,A灯立即熄灭,由于线圈中产生了自感电动势,与灯泡B构成闭合回路,故电流逐渐减小,故B灯泡先亮一下,后逐渐熄灭,故D正确。
7.C 仅使励磁线圈中电流为零,电子枪中飞出的电子不受任何作用力,将做匀速直线运动,A错误;仅提高电子枪加速电压,则电子进入磁场的速度增大,根据牛顿第二定律得qvB=mv2r,解得r=mvqB,速度增大时,半径增大,B错误;带电粒子在磁场中运动的周期公式为T=2πmqB,所以仅增大励磁线圈中电流即增大磁感应强度,周期减小,仅提高电子枪加速电压即增大粒子速度,周期不变,C正确,D错误。
8.C 图甲是速度选择器示意图,由图无法判断出带电粒子的电性,不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是v=EB,故A错误;图乙是磁流体发电机结构示意图,由左手定则知正离子向下偏转,所以下极板带正电,A板是电源的负极,B板是电源的正极,故B错误;图丙是质谱仪结构示意图,粒子经过速度选择器后的速度一定,根据洛伦兹力提供向心力可得qvB=mv2R,解得qm=vBR,则可知知R越小,比荷越大,即打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大,故C正确;图丁是回旋加速器示意图,根据公式qvB=mv2r解得v=qBrm,故最大动能Ekm=12mv2=q2B2r22m,可知最大动能与加速电压无关,故D错误。
9.CD 洛伦兹力不做功,不改变粒子的动能,而电场力做正功,粒子的动能增大,则粒子由C、D两点离开场区时的动能相同,小于从B点离开场区的动能,故A错误。粒子在正交的电磁场中与只有电场时运动时间相等,为t1=ACv0;粒子在只有磁场时运动时间为t2=ADv0,由于AD>AC,则知粒子在磁场中运动时间最长,故B错误。带电粒子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场做匀速直线运动,电场力与洛伦兹力平衡,则qE=qv0B,得EB=v0,故C正确。若该粒子带负电,则知电场方向竖直向下,由左手定则判断得知,磁场方向垂直于纸面向里,故D正确。
10.ACD 当闭合开关S时,若满足重力等于安培力,即mg=B2L2vR时,金属杆匀速运动,A可能;当速度大小变化时,感应电动势也会变化,感应电流也变化,安培力大小也变化,所以金属杆的加速度也在变化,所以不可能做匀加速运动,B没有可能;如果闭合开关S时,v满足mg>B2L2vR,金属杆做加速运动,速度增大,安培力增大,加速度减小,最后匀速运动,C有可能;如果闭合开关S时,v满足mg
12.BD 金属棒向下运动时,由右手定则可知,流过电阻R的电流方向为b→a,故A错误;金属棒下落过程中,由能量守恒定律知,金属棒减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能(速度不为零时)以及电阻R上产生的热量,故机械能慢慢减小,最后稳定时,金属棒只受重力和弹力,故重力与弹力平衡,故B正确;金属棒速度为v时,安培力大小为F=BIL,其中I=BLv2R,由以上两式得F=B2L2v2R,故C错误;当速度为v时,电动势E=BLv,而金属棒两端的电势差等于R两端的电压,故为UR=BLv2,故D正确。
13.答案 a(2分) 磁通量变化时才能产生感应电流;磁通量减小的过程中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同(2分)
解析 当开关S闭合的瞬间,根据楞次定律可知,线圈B中的电流方向为a→B→b,而由图(b)可知此电流为负向电流,可知电流传感器的正接线柱应在a端。依据t1~t2过程中的电流变化情况,可以得出结论:磁通量变化时才能产生感应电流;磁通量减小的过程中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
14.答案 (1)向左偏转(2分)
(2)指零刻线(2分)
(3)向右偏转(2分)
解析 (1)根据题意,当闭合开关S时,可发现电流表指针向右偏转一下后,又回到中央位置,当穿过线圈B的磁通量变大时,电流表指针向右偏转。现把原线圈抽出副线圈的过程中,穿过线圈B的磁通量减小,则电流表的指针向左偏转;
(2)把原线圈插入副线圈后静止,穿过副线圈的磁通量不再变化,副线圈中不会产生感应电流,则电流表的指针指向零刻线。
(3)原、副线圈保持不动,把变阻器滑片P向右移动过程中,原线圈中电流增大,产生的磁场磁感应强度增大,穿过副线圈的磁通量增大,则电流表的指针向右偏转。
15.答案 (1)mvqB (2)3mvqB (3)4πm3qB
解析 (1)粒子带负电,粒子的运动轨迹如图
由qvB=mv2R (2分)
解得R=mvqB (1分)
(2)入射点O与出射点P间的距离
L=2R sin 60°=3R=3mvqB (2分)
(3)粒子运动的周期
T=2πmqB (1分)
粒子在磁场中转过的角度为43π,则运动的时间
t=43π2πT=4πm3qB (2分)
16.答案 (1)a点电势比b点电势低
(2)-2nπB0r223t0
解析 (1)由B-t图像知,0~t1时间内,穿过线圈的磁通量均匀减小,根据楞次定律可知a点电势比b点低; (2分)
(2)由法拉第电磁感应定律得
E=nΔΦΔt=nS·ΔBΔt=nSB0t0 (2分)
又有S=πr22 (1分)
由欧姆定律得I=E3R (1分)
线圈两端的电压为电路的路端电压,有
Uba=IR1=2nπB0r223t0 (1分)
Uab=-Uba=-2nπB0r223t0 (1分)
17.答案 (1)1.2 m
(2)5×107 m/s,与y轴正方向的夹角为53°
(3)0.03 T
解析 (1)设粒子在电场中运动的时间为t,粒子经过y轴时的位置与原点O的距离为y,则
OA=12at2 (1分)
根据牛顿第二定律有a=qEm (1分)
又因为y=v0t (1分)
解得a=1.0×1015 m/s2,t=4.0×10-8 s,y=1.2 m(1分)
(2)粒子经过y轴时在电场方向的分速度为
vx=at=4×107 m/s(1分)
粒子经过y轴时的速度大小为
v=vx2+v02=5×107 m/s(1分)
与y轴正方向的夹角θ满足
tan θ=vxv0=43,则θ=53° (1分)
(3)要使粒子不进入第Ⅲ象限,则运动轨迹如图所示
设此时粒子做圆周运动的轨道半径为R,根据几何关系有R+R sin 53°=y (1分)
解得1.8R=y (1分)
由洛伦兹力提供向心力有
qvB=mv2R (1分)
解得B=0.03 T(2分)
18.答案 (1)FIR2FLm
(2)QF+I4R2m2F3-L
解析 (1)根据题意,设导体棒刚进入磁场时的速度为v1,由动能定理得
FL=12mv12 (2分)
感应电动势E1=BLv1 (1分)
感应电流I1=E1R (1分)
电流稳定后,导体棒做匀速运动,有
BIL=F (1分)
联立解得I1=FIR2FLm (2分)
(2)设电流稳定后导体棒做匀速运动的速度为v,感应电动势E=BLv (1分)
感应电流I=ER (1分)
导体棒从静止开始运动到最终稳定,由动能定理有
F(s+L)-W安=12mv2 (3分)
其中W安=Q
联立解得s=QF+I4R2m2F3-L (2分)
期中学业水平检测
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。
3.考试范围:第一章~第二章。
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8小题只有一项符合题目要求,第9~12小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(2021江西赣州八校协作体高二下期中联考)下列说法正确的是 ( )
A.奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现了电磁感应现象
B.闭合电路在磁场中做切割磁感线运动,电路中一定会产生感应电流
C.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
D.涡流的形成不遵循法拉第电磁感应定律
2.(2021福建三明三地三校高二下期中联考)如图,一个半径为L的半圆形硬导体AB以速度v,在水平U形框架上匀速滑动,匀强磁场的磁感应强度为B,回路中的电阻为R0,半圆形硬导体AB的电阻为r,其余电阻不计,则半圆形导体AB切割磁感线产生感应电动势的大小及A、B之间的电势差分别为 ( )
A.BLv,BLvR0R0+r B.2BLv,BLv
C.BLv,2BL D.2BLv,2BLvR0R0+r
3.(2021山西忻州高二下月考)如图所示,一金属圆环水平固定放置,现将一竖直的条形磁铁,在圆环上方沿圆环轴线无初速度释放,在条形磁铁穿过圆环的过程中,条形磁铁与圆环 ( )
A.始终相互吸引
B.始终相互排斥
C.先相互吸引,后相互排斥
D.先相互排斥,后相互吸引
4.(2021山东淄博高二下期中)如图所示,一个带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到斜面底端时的速度为v,若加上一个垂直纸面向外的磁场,则滑到底端时 ( )
A.v不变 B.v变大 C.v变小 D.不能确定
5.(2020江苏宜兴张渚高级中学高二月考)两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子a、b以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域,其运动轨迹如图所示,若不计粒子的重力,则下列说法正确的是 ( )
A.a粒子带负电,b粒子带正电
B.a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大
C.b粒子动能较小
D.b粒子在磁场中运动时间较长
6.(2021山东招远高二下月考)如图所示,灯泡A、B完全相同,L是电阻不计的电感线圈,如果断开开关S1,闭合S2,A、B两灯都能发光。如果最初S1是闭合的,S2是断开的,则以下说法正确的是 ( )
A.刚一闭合S2,A灯立即亮,B灯则延迟一段时间才亮
B.刚闭合S2时,线圈L中的电流很大
C.闭合S2以后,A灯变亮,B灯一直不亮
D.先闭合S2电路达到稳定后,再断开S2时,A灯立即熄灭,B灯先亮一下然后熄灭
7.(2021北京朝阳高二期末)图1为洛伦兹力演示仪的实物图,图2为结构示意图。演示仪中有一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈(励磁线圈),通过电流时,两线圈之间产生沿线圈轴向、方向垂直纸面向外的匀强磁场。圆球形玻璃泡内有电子枪,电子枪发射的电子不计重力,电子在磁场中做匀速圆周运动。电子速度的大小可由电子枪的加速电压来调节,磁场强弱可由励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是 ( )
A.仅使励磁线圈中电流为零,电子枪中飞出的电子将做匀加速直线运动
B.仅提高电子枪加速电压,电子做圆周运动的半径将变小
C.仅增大励磁线圈中电流,电子做圆周运动的周期将变小
D.仅提高电子枪加速电压,电子做圆周运动的周期将变小
8.(2021贵州贵阳高二期末)关于下列四幅图的说法正确的是 ( )
A.图甲是速度选择器示意图,由图可以判断出带电粒子的电性,不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是v=EB
B.图乙是磁流体发电机结构示意图,由图可以判断出A极板是发电机的正极
C.图丙是质谱仪结构示意图,打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大
D.图丁是回旋加速器示意图,要使粒子飞出加速器时的动能增大,可仅增加电压U
9.(2021北京朝阳高二上期末)如图所示,在竖直虚线MN和M'N'之间区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一带电粒子(不计重力)以初速度v0由A点垂直MN进入这个区域,带电粒子沿直线运动,并从C点离开场区。如果撤去磁场,该粒子将从B点离开场区;如果撤去电场,该粒子将从D点离开场区。则下列判断正确的是 ( )
A.该粒子由B、C、D三点离开场区时的动能相同
B.该粒子由A点运动到B、C、D三点的时间均不相同
C.匀强电场的场强E与匀强磁场的磁感应强度B之比EB=v0
D.若该粒子带负电,则电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向里
10.(2021安徽合肥一中月考)如图所示,两竖直放置的平行光滑导轨处于垂直于导轨平面的匀强磁场中,金属杆ab可沿导轨滑动,原先S断开,让ab杆由静止下滑,一段时间后闭合S,则从S闭合开始计时,ab杆的运动速度v随时间t的图像可能是图中的 ( )
A B C D
11.(2021四川成都外国语学校高二下期中)如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B。将质量为m的导体棒由静止释放,当速度达到v时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率为P,导体棒最终以2v的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g,下列选项正确的是 ( )
A.P=2mgv sin θ
B.P=3mgv sin θ
C.当导体棒速度达到v2时,加速度为g2 sin θ
D.在速度达到2v以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功
12.(2021河南驻马店高二下第一次检测)两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻。将质量为m、电阻也为R的金属棒悬挂在一个上端固定的轻弹簧下端,金属棒与导轨接触良好,导轨所在的平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,如图所示。除金属棒和电阻R外,其余电阻不计。现将金属棒从弹簧的原长位置由静止释放,则 ( )
A.金属棒向下运动时,流过电阻R的电流方向为a→b
B.最终弹簧对金属棒的弹力与金属棒的重力平衡
C.金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为F=B2L2vR
D.金属棒的速度为v时,金属棒两端的电势差为U=BLv2
二、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)(2021上海闵行高二期末)利用图(a)所示的装置可以定性研究产生感应电流的条件及其规律。线圈A、B套在绝缘的闭合环形铁芯C上,线圈B与电流传感器连接。先将开关S闭合,再断开,电流传感器中的电流随时间变化如图(b)所示,则电流传感器的正接线柱应在 端(选填“a”或“b”)。依据t1~t2过程中的电流变化情况,可以得出结论: 。
14.(6分)(2021湖北孝感高二期末)如图组装的实验器材,可以探究电磁感应现象,发现电磁感应产生的条件。当闭合开关S时,可发现电流表指针向右偏转一下后,又回到中央位置。现在通电状态下继续实验。
(1)把原线圈A抽出副线圈B的过程中,电流表的指针将 ;(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
(2)把原线圈插入副线圈后静止,电流表的指针将 ;(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
(3)原、副线圈保持不动,把变阻器滑片P向右移动过程中,电流表的指针将 。(填“向左偏转”或“向右偏转”或“指零刻线”)
15.(8分)(2021山西大同高三上学情调研)如图,直线MN上方有垂直纸面向里的足够大的有界匀强磁场区域,磁感应强度为B,一质量为m、电荷量为q(q<0)的带电粒子以速度v从O点射入该磁场区域,进入磁场时速度方向与MN边的夹角θ=60°,粒子在磁场中运动一段时间后从边界MN上的P点射出,粒子重力不计。求:
(1)带电粒子在磁场中运动的半径;
(2)入射点O与出射点P间的距离L;
(3)粒子在磁场中运动的时间t。
16.(8分)(2021江西赣州八校协作体高二下期中联考)如图(a)所示,一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路,线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示,图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0,导线的电阻不计,在0至t1时间内:(R、n、r1、r2、t0、B0、π为已知量)
(1)判断a、b两点的电势高低;
(2)求a、b两点的电势差Uab。
17.(12分)(2021湖南邵阳高二上期末)如图所示,坐标平面第Ⅰ象限内存在大小为E=4×105 N/C、方向水平向左的匀强电场,在第Ⅱ象限内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场,mq=4×10-10 kg/C的带正电的粒子,以初速度v0=3×107 m/s从x轴上的A点垂直x轴射入电场,OA=0.8 m,不计粒子的重力。
(1)求粒子经过y轴时的位置到原点O的距离;
(2)求粒子经过y轴时的速度大小和方向;
(3)若要使粒子不能进入第Ⅲ象限,求磁感应强度B的最小值为多大(不考虑粒子第二次进入电场后的运动情况)。
18.(14分)(2021云南曲靖四中高二下月考)如图所示,两足够长的光滑金属导轨水平放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为R的导体棒由距磁场左边界L处在恒力F作用下从静止开始运动。导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐增大,最终稳定为I。在加速过程中,导体棒产生的焦耳热为Q。整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终垂直导轨,不计其他部分的电阻。求:
(1)导体棒刚进入磁场时,流经电流表的电流I1;
(2)进入磁场后,导体棒加速过程位移的大小s。
答案全解全析
期中学业水平检测
1.A
2.D
3.D
4.C
5.A
6.D
7.C
8.C
9.CD
10.ACD
11.AC
12.BD
1.A 奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发现了电磁感应现象,A正确;闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动,电路中一定会产生感应电流,B错误;线圈中磁通量变化越快,线圈中产生的感应电动势一定越大,C错误;涡流的形成也一定遵循法拉第电磁感应定律,D错误。
2.D 半圆形硬导体切割磁感线的有效长度为2L,则感应电动势大小为E=2BLv,根据闭合电路的欧姆定律可得,感应电流大小为I=ER0+r=2BLvR0+r,A、B之间的电势差为UAB=IR0=2BLvR0R0+r,故选D。
3.D 从磁铁开始下落至磁铁中间位置到达圆环时,穿过圆环的磁通量一直增大;而当磁铁中间位置从圆环向下运动时,穿过圆环的磁通量减小;则由楞次定律可知,当条形磁铁靠近圆环时,感应电流阻碍其靠近,是排斥力;当磁铁穿过圆环远离圆环时,感应电流阻碍其远离,是吸引力,故先相互排斥,后相互吸引;故D正确,A、B、C错误。
4.C 未加磁场时,根据动能定理,有:mgh-Wf=12mv2-0;加磁场后,物体受洛伦兹力,洛伦兹力不做功,但正压力变大,摩擦力变大,根据动能定理,有mgh-Wf'=12mv'2-0,因Wf'>Wf,所以v'
6.D 刚闭合S2,由于电感线圈阻碍电流的增大,故灯泡A和B立即就亮,线圈中电流缓慢增加,最后相当于直导线,故灯泡B被短路而熄灭,故A、C错误;刚闭合S2时,线圈L中自感电动势阻碍电流增加,故电流为零,故B错误;闭合S2稳定后,再断开S2时,A灯立即熄灭,由于线圈中产生了自感电动势,与灯泡B构成闭合回路,故电流逐渐减小,故B灯泡先亮一下,后逐渐熄灭,故D正确。
7.C 仅使励磁线圈中电流为零,电子枪中飞出的电子不受任何作用力,将做匀速直线运动,A错误;仅提高电子枪加速电压,则电子进入磁场的速度增大,根据牛顿第二定律得qvB=mv2r,解得r=mvqB,速度增大时,半径增大,B错误;带电粒子在磁场中运动的周期公式为T=2πmqB,所以仅增大励磁线圈中电流即增大磁感应强度,周期减小,仅提高电子枪加速电压即增大粒子速度,周期不变,C正确,D错误。
8.C 图甲是速度选择器示意图,由图无法判断出带电粒子的电性,不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是v=EB,故A错误;图乙是磁流体发电机结构示意图,由左手定则知正离子向下偏转,所以下极板带正电,A板是电源的负极,B板是电源的正极,故B错误;图丙是质谱仪结构示意图,粒子经过速度选择器后的速度一定,根据洛伦兹力提供向心力可得qvB=mv2R,解得qm=vBR,则可知知R越小,比荷越大,即打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大,故C正确;图丁是回旋加速器示意图,根据公式qvB=mv2r解得v=qBrm,故最大动能Ekm=12mv2=q2B2r22m,可知最大动能与加速电压无关,故D错误。
9.CD 洛伦兹力不做功,不改变粒子的动能,而电场力做正功,粒子的动能增大,则粒子由C、D两点离开场区时的动能相同,小于从B点离开场区的动能,故A错误。粒子在正交的电磁场中与只有电场时运动时间相等,为t1=ACv0;粒子在只有磁场时运动时间为t2=ADv0,由于AD>AC,则知粒子在磁场中运动时间最长,故B错误。带电粒子进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场做匀速直线运动,电场力与洛伦兹力平衡,则qE=qv0B,得EB=v0,故C正确。若该粒子带负电,则知电场方向竖直向下,由左手定则判断得知,磁场方向垂直于纸面向里,故D正确。
10.ACD 当闭合开关S时,若满足重力等于安培力,即mg=B2L2vR时,金属杆匀速运动,A可能;当速度大小变化时,感应电动势也会变化,感应电流也变化,安培力大小也变化,所以金属杆的加速度也在变化,所以不可能做匀加速运动,B没有可能;如果闭合开关S时,v满足mg>B2L2vR,金属杆做加速运动,速度增大,安培力增大,加速度减小,最后匀速运动,C有可能;如果闭合开关S时,v满足mg
12.BD 金属棒向下运动时,由右手定则可知,流过电阻R的电流方向为b→a,故A错误;金属棒下落过程中,由能量守恒定律知,金属棒减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能(速度不为零时)以及电阻R上产生的热量,故机械能慢慢减小,最后稳定时,金属棒只受重力和弹力,故重力与弹力平衡,故B正确;金属棒速度为v时,安培力大小为F=BIL,其中I=BLv2R,由以上两式得F=B2L2v2R,故C错误;当速度为v时,电动势E=BLv,而金属棒两端的电势差等于R两端的电压,故为UR=BLv2,故D正确。
13.答案 a(2分) 磁通量变化时才能产生感应电流;磁通量减小的过程中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同(2分)
解析 当开关S闭合的瞬间,根据楞次定律可知,线圈B中的电流方向为a→B→b,而由图(b)可知此电流为负向电流,可知电流传感器的正接线柱应在a端。依据t1~t2过程中的电流变化情况,可以得出结论:磁通量变化时才能产生感应电流;磁通量减小的过程中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
14.答案 (1)向左偏转(2分)
(2)指零刻线(2分)
(3)向右偏转(2分)
解析 (1)根据题意,当闭合开关S时,可发现电流表指针向右偏转一下后,又回到中央位置,当穿过线圈B的磁通量变大时,电流表指针向右偏转。现把原线圈抽出副线圈的过程中,穿过线圈B的磁通量减小,则电流表的指针向左偏转;
(2)把原线圈插入副线圈后静止,穿过副线圈的磁通量不再变化,副线圈中不会产生感应电流,则电流表的指针指向零刻线。
(3)原、副线圈保持不动,把变阻器滑片P向右移动过程中,原线圈中电流增大,产生的磁场磁感应强度增大,穿过副线圈的磁通量增大,则电流表的指针向右偏转。
15.答案 (1)mvqB (2)3mvqB (3)4πm3qB
解析 (1)粒子带负电,粒子的运动轨迹如图
由qvB=mv2R (2分)
解得R=mvqB (1分)
(2)入射点O与出射点P间的距离
L=2R sin 60°=3R=3mvqB (2分)
(3)粒子运动的周期
T=2πmqB (1分)
粒子在磁场中转过的角度为43π,则运动的时间
t=43π2πT=4πm3qB (2分)
16.答案 (1)a点电势比b点电势低
(2)-2nπB0r223t0
解析 (1)由B-t图像知,0~t1时间内,穿过线圈的磁通量均匀减小,根据楞次定律可知a点电势比b点低; (2分)
(2)由法拉第电磁感应定律得
E=nΔΦΔt=nS·ΔBΔt=nSB0t0 (2分)
又有S=πr22 (1分)
由欧姆定律得I=E3R (1分)
线圈两端的电压为电路的路端电压,有
Uba=IR1=2nπB0r223t0 (1分)
Uab=-Uba=-2nπB0r223t0 (1分)
17.答案 (1)1.2 m
(2)5×107 m/s,与y轴正方向的夹角为53°
(3)0.03 T
解析 (1)设粒子在电场中运动的时间为t,粒子经过y轴时的位置与原点O的距离为y,则
OA=12at2 (1分)
根据牛顿第二定律有a=qEm (1分)
又因为y=v0t (1分)
解得a=1.0×1015 m/s2,t=4.0×10-8 s,y=1.2 m(1分)
(2)粒子经过y轴时在电场方向的分速度为
vx=at=4×107 m/s(1分)
粒子经过y轴时的速度大小为
v=vx2+v02=5×107 m/s(1分)
与y轴正方向的夹角θ满足
tan θ=vxv0=43,则θ=53° (1分)
(3)要使粒子不进入第Ⅲ象限,则运动轨迹如图所示
设此时粒子做圆周运动的轨道半径为R,根据几何关系有R+R sin 53°=y (1分)
解得1.8R=y (1分)
由洛伦兹力提供向心力有
qvB=mv2R (1分)
解得B=0.03 T(2分)
18.答案 (1)FIR2FLm
(2)QF+I4R2m2F3-L
解析 (1)根据题意,设导体棒刚进入磁场时的速度为v1,由动能定理得
FL=12mv12 (2分)
感应电动势E1=BLv1 (1分)
感应电流I1=E1R (1分)
电流稳定后,导体棒做匀速运动,有
BIL=F (1分)
联立解得I1=FIR2FLm (2分)
(2)设电流稳定后导体棒做匀速运动的速度为v,感应电动势E=BLv (1分)
感应电流I=ER (1分)
导体棒从静止开始运动到最终稳定,由动能定理有
F(s+L)-W安=12mv2 (3分)
其中W安=Q
联立解得s=QF+I4R2m2F3-L (2分)
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