模块综合试卷（一）（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册教师用书（人教版 苏京）

模块综合试卷(一) 1 一、单项选择题 1.(2023·连云港市高二期中)关于以下四张图片,说法正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 A.甲图为电磁波调制时,调幅波的示意图 B.乙图为用γ射线拍摄的人体组织图片 C.丙图为干簧管,它的工作原理是利用电磁感应规律 D.丁图容器中充入电介质时,回路中振荡电流频率将增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 甲图是将电磁波的振幅按照传送的信号变化规律而变化,即调幅,A正确; 乙图是利用X射线拍摄的人体组织图片,B错误; 丙图为干簧管,是将磁信号转化为电路通断的传感器,C错误; 丁图容器中充入电介质时,电容器电容增大,由T=2π,可知回路中的振荡周期变大,振荡电流的频率减小,D错误。 12 13 14 15 16 2.1932年,物理学家安德森在宇宙射线实验中发现了正电子。他利用放在强磁场中的云室来记录宇宙射线粒子,并在云室中加入一块厚6 mm的铅板,借以减慢粒子的速度。当宇宙射线粒子通过云室内的强磁场时,拍下粒子径迹的照片。如图为安德森在云室内拍下的正电子的径迹,以下说法正确的是 A.正电子从下向上穿过铅板 B.正电子穿过铅板后做圆周运动的周期变大 C.磁场的方向垂直纸面向外 D.磁场的方向垂直纸面向里 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 正电子穿过铅板后速度减小,正电子在磁场中运动半径减小,由题图可知正电子从上向下穿过铅板,故A错误; 由于铅板上下的磁感应强度相同,根据T=可知,正电子穿过铅板后做圆周运动的周期不变,故B错误; 12 13 14 15 16 由左手定则可知磁场的方向垂直纸面向里,故D正确,C错误。 3.(2024·南京五校高二调研)在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框,磁场方向垂直于线框平面,a、c两点接一直流电源,电流方向如图所示。已知abc边受到的安培力大小为F, 则整个线框所受安培力大小为 A.5F B.6F C.F D.F √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据题意,由电阻定律R=ρ可知,短导线与长导线的电阻之比为1∶5,由欧姆定律可知,电流之比为5∶1,由于两段导线的有效长度相等,由公式F=BIL可知,长导线所受安培力大小为F,由左手定 则可知,两段导线所受安培力方向相同,则整个线 框所受安培力大小为F'=F+F=F,故选C。 12 13 14 15 16 4.(2024·苏州市高二期中)如图所示,两电阻阻值相同,开关S原来断开,电源及线圈、导线电阻均不计,电路中电流大小为I,现在闭合开关S将一个电阻短路,于是线圈中有自感电动势产生,该自感电动势 A.有阻碍电流增大的作用,最后电流小于I B.有阻碍电流增大的作用,最后电流增大到2I C.有阻碍电流减小的作用,最后电流由I减小为零 D.有阻碍电流变化的作用,因而电流保持为I不变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 由于开关的闭合,使得电流增加,则线圈产生感应电动势,有阻碍电流增大的作用,但只是减缓电流的增大,由于电阻减半,所以最后电流慢慢增加到2I。故选B。 12 13 14 15 16 5.如图所示,一个有界匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,一个矩形闭合导线框abcd,沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右),则 A.导线框进入磁场时,感应电流方向为 a→b→c→d→a B.导线框离开磁场时,感应电流方向为 a→d→c→b→a C.导线框离开磁场时,受到的安培力方向水平向右 D.导线框进入磁场时,受到的安培力方向水平向左 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据楞次定律“增反减同”可知导线框进入磁场时,感应电流方向为a→d→c→b→a,导线框离开磁场时感应电流方向为a→b→c→d→a,故A、B错误; 12 13 14 15 16 根据“来拒去留”可知导线框离开磁场时受到水平向左的安培力,导线框进入磁场时受到水平向左的安培力,故C错误,D正确。 6.如图所示,三段长度相等的直导线a、b、c相互平行且处在同一竖直面内,a、b间的距离等于b、c间的距离,通电电流Ia<Ib<Ic,方向如图所示,则下列判断正确的是 A.导线b受到的安培力可能为0 B.导线a受到的安培力可能为0 C.导线c受到的安培力的方向一定向左 D.导线a、b受到的安培力的方向一定相同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据同向电流相互吸引、反向电流相互排斥可知,导线a对导线b有向左的吸引力,导线c对导线b有向左的排斥力,则导线b受到的安培力一定不为0,方向向左,故A错误; 导线b对导线a有向右的吸引力,导线c对导线a有向左 12 13 14 15 16 的排斥力,由于Ia<Ib<Ic,所以导线a受到的安培力可能为0,故B正确; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 导线a和导线b对导线c都有向右的排斥力,故导线c受到的安培力的方向一定向右,故C错误; 导线a受到的安培力大小和方向不确定,则导线a、b受到的安培力的方向不一定相同,故D错误。 12 13 14 15 16 7.如图所示,边长为L的正三角形abc内存在垂直纸面的匀强磁场(未画出),磁感应强度大小为B。abc的中心O处有一粒子源,能够沿abc平面向任意方向发射速率为的粒子,粒子的质量为m,电荷量为q,不计粒子的重力和粒子间的相互作用。则粒子在磁场中运动的最短 时间为 A. B. C. D. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 假设粒子带正电,磁场的方向垂直纸面向里,粒子运动轨迹的半径满足qv0B=m,解得r=L,则当轨迹如图所示,即粒子水平向右进入磁场时,由图可知,轨 12 13 14 15 16 迹对应的圆心角为,粒子在磁场中的周期为T==,粒子在磁场中运动的最短时间为t=T=,故A、B、D错误,C正确。 8.如图所示是一个充电电路装置,图甲和图乙是其发电机的两个截面示意图。推动手柄使线圈a沿轴线往复运动,线圈a中产生的感应电动势随时间按如图丙所示的正弦规律变化。线圈a连接一原、副线圈匝数比为1∶10的理想变压器,其输出端接充电设备。线圈a及导线的电阻不计。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 则 A.变压器输出电流的频率为10 Hz B.充电设备两端的电压有效值为5 V C.其他条件不变,仅增大线圈a往复运动的频率,充电设备两端的电压最大 值不变 D.其他条件不变,对不同规格的充电设备充电,变压器输入功率可能不同 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据题图丙可知,输出电流的频率f= Hz=5 Hz,A错误; 原线圈两端电压的有效值U1= V= V, 12 13 14 15 16 根据电压与匝数的关系有=,解得U2= V,B错误; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 其他条件不变,仅增大线圈a往复运动的 频率时,根据Em=Blvm可知,原线圈两端电 压的最大值增大,根据电压与匝数的关系, 充电设备两端的电压最大值增大,C错误; 其他条件不变时,可知变压器原、副线圈两端电压的有效值均一定,对不同规格的充电设备充电,通过设备的额定电流可能不同,则变压器输出功率可能不同,而输出功率决定输入功率,即其他条件不变,对不同规格的充电设备充电,变压器输入功率可能不同,D正确。 12 13 14 15 16 9.(2023·扬州市高二期中)洛伦兹力演示仪的结构示意图如图所示。由电子枪产生电子束,玻璃泡内充有稀薄的气体,在电子束通过时能够显示电子的径迹。前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场,磁场方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节。适当调节U和I,玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹。下列调节方式中,一定能让 圆形径迹半径增大的是 A.同时增大U和I B.同时减小U和I C.减小U,增大I D.增大U,减小I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据题意,由牛顿第二定律有evB=m,解得R=,由动能定理有eU=mv2,整理可得R=,可知,一定能 让圆形径迹半径增大的是增大U,同时减小 B,即同时减小I。故选D。 12 13 14 15 16 10.(2023·苏州市高二期末)如图所示,从离子源释放的无初速度带电离子经电场U加速后,进入静电分析器(内有辐向电场E)中做匀速圆周运动,从小孔S2射出电场后自P1处垂直边界进入磁分析器中(内有垂直纸面向外的匀强磁场B),最后再从小孔P2垂直下边界射出磁场被收集,不计离子重力及离子间的相互作用,则 A.静电分析器中K1极板的电势高于K2电势 B.从S2射出的离子具有相同的电荷量 C.从S2射出的离子具有相同的速度 D.从P2射出的离子具有相同的比荷 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据题意可知,离子在磁分析器中做匀速圆周运动,磁场区域的磁感应强度垂直纸面向外,由左手定则可以判断离子一定带正电,同时在静电分析器中由静 12 13 14 15 16 电力提供向心力做圆周运动,可知K2的电势高于K1的电势,故A错误; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据题意,设离子的质量为m,电荷量为q,离子在加速电场中,由动能定理有 qU=mv2,解得v=,离子在静电分析 12 13 14 15 16 器中做匀速圆周运动,则有Eq=m,联立解得r=,可知所有离子都能从S2射出,则不能确定从S2射出的离子是否具有相同的电荷量和速度,故B、C错误; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据题意可知,由于离子在静电分析器中做匀速圆周运动,则离子进入磁分析器中的速度仍为v,由牛顿第二定律有 qvB=m,整理可得r=,可知从P2 射出的离子具有相同的比荷,故D正确。 12 13 14 15 16 11.(2023·常州市第一中学高二月考)如图所示,在直线MN上及其下方的半圆形区域内、外分别存在磁场方向垂直纸面向外和向里的匀强磁场。已知半圆的圆心为O,半径为r,M、O、N三点共线,N是圆外一点且OM=ON。一带正电粒子从M点在纸面内沿MO垂直于磁场射入半圆中,第一次从A点(图中未画出)沿圆的半径方向射出半圆形区域后从N点垂直MN离开磁场区域。不计粒子重力,半圆内、外磁场的磁感应 强度大小之比为 A.1∶2 B.1∶3 C.1∶4 D.1∶5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据题意,作出带电粒子在半圆内、外的运动轨迹如图 设粒子在半圆内、外磁场中运动的轨道半径分别为R1、R2,由几何关系可知 r2+= △O2AO与△O2MO1相似,则 = 有= 解得R1=3r,R2= 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,有 Bqv= 即B= 则B内=,B外= 解得B内∶B外=1∶4 故选C。 12 13 14 15 16 二、非选择题 12.(2024·苏州市第十中学高二月考)如图所示,三个线圈环绕在同一矩形铁芯上,闭合K1、断开K2,按如图的方式将条形磁体加速插入线圈,灵敏电流计的指针向左偏。则:(均选填“向左”“向右”或 “不”) (1)闭合K1、断开K2,条形磁体插入线圈后静止不动, 滑动变阻器的滑片向左加速滑动,灵敏电流计的指 针　　偏转。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 不 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 题干条件下,与线圈A构成的回路中产生逆时针方向增大的感应电流,由安培定则可知穿过C的磁通量向左增大,结合楞次定律可知电流从右向左通过灵敏电流计,灵敏电流计的指针向左偏。 闭合K1,断开K2,条形磁体插入线圈后静止不动,滑动变阻器的滑片向左加速滑动,穿过线圈的磁通量不变,线圈中没有感应电流产生,则灵敏电流计的指针不偏转。 12 13 14 15 16 (2)闭合K1、断开K2,将条形磁体从线圈中加速拔出,灵敏电流计的指针　　　　偏转。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 向右 闭合K1,断开K2,将条形磁体从线圈中加速拔出,则与线圈A构成的回路中产生顺时针方向增大的感应电流,与题干中情况相反,则灵敏电流计的指针向右偏。 (3)断开K1,闭合K2的瞬间,灵敏电流计的指针_______ 偏转;经过一段时间稳定后,灵敏电流计的指针______ 偏转;断开K2的瞬间,灵敏电流计的指针______偏转。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 向右 不 向左 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 断开K1,闭合K2的瞬间,C中的磁通量向右增加,则由楞次定律可知电流从左向右流过灵敏电流计,灵敏电流计的指针向右偏。 经过一段时间稳定后,线圈C内磁通量不再变化,线圈C中无感应电流,灵敏电流计的指针不偏转。 断开K2的瞬间,C中的磁通量向右减小,则由楞次定律 可知电流从右向左流过灵敏电流计,则灵敏电流计的指针向左偏。 (4)将两个开关均闭合,条形磁体插入线圈后静止不动,灵敏电流计的指针　　　偏转。  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 不 将两个开关均闭合,条形磁体插入线圈后静止不动,线圈C内磁通量不变,则灵敏电流计的指针不偏转。 13.如图甲所示,边长为L的n匝正方形金属线圈abcd置于垂直线圈平面的磁场中,线圈的总电阻为R,用导线e、f连接一阻值也为R的定值电阻,其他电阻阻值不计。磁场的磁感应强度B 随时间的变化关系如图乙所示,正 方向为垂直线圈平面向外。求: (1)在0到t1时间内,通过电阻R的电 荷量; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案　L2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 在0到t1时间内,根据法拉第电磁感应定律: =n=nS= = q=t1 联立解得:q=L2 12 13 14 15 16 (2)在2t1到3t1时间内,电阻R两端的 电压哪端高,高多少? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案　e端高　 在2t1到3t1时间内,电路的总电动势为E= 电阻R两端的电压为U== 根据楞次定律知,e端电势高。 B=0.5 T,边长L=30 cm的正方形线圈abcd共200匝,线圈总电阻r=3 Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动,角速度ω=20 rad/s,外电路连接的两个定值电阻的阻值均为R=4 Ω。求: (1)从图示位置起转时电动势瞬时值的表达式; 14.(2023·南京市宁海中学校考期末)如图所示,匀强磁场的磁感应强度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　e=180cos 20t(V) 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 从图示位置起转,其中ω=20 rad/s,电动势的最大值为 Em=NBωS=NBωL2=200×0.5×20×(30×10-2)2 V=180 V 则电动势瞬时值的表达式为 e=Emcos ωt=180cos 20t(V) 12 13 14 15 16 (2)理想交流电压表的示数; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　72 V　 13 14 15 16 电动势的有效值为E= 设电压表的示数为U,电压表测两电阻并联部分两端电压,并联部分电阻为R并= 有U=E 所以有U=72 V (3)线圈从图示位置转过30°的过程中通过线圈的电荷量。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　0.9 C 13 14 15 16 线圈从图示位置转过30°的过程中平均电动势为=N 磁通量变化为ΔΦ=BL2sin 30° 平均电流为= 解得q=Δt=0.9 C。 15.如图所示,两足够长的平行金属导轨MN、PQ倾斜放置,倾角θ=37°,导轨间距L=0.5 m,导轨电阻不计,M、P间连接一个R=4.5 Ω的电阻。两导轨间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B=1 T。一质量m=0.05 kg、电阻r=0.5 Ω的金属棒ab以v=2 m/s的速度沿导轨匀速向下滑动,下滑过程中始终与导轨垂直,且与导轨接触 良好。已知g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。 (1)求电阻R中电流I的大小; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　0.2 A 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 金属棒ab产生的感应电动势为 E=BLv=1 V 由闭合电路欧姆定律得I==0.2 A 12 13 14 15 16 (2)求金属棒与导轨间的动摩擦因数; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　0.5 13 14 15 16 金属棒ab受到的安培力方向沿导轨向上,金属棒匀速运动,根据平衡条件可得mgsin θ=μmgcos θ+BIL 解得μ=0.5 (3)对金属棒施加一个垂直于金属棒且沿导轨平面向上的恒定拉力F=0.12 N,若金属棒继续下滑x=2 m后速度恰好减为0,求在金属棒减速过程中,电阻R上产生的焦耳热。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案　0.054 J 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 从施加拉力F到金属棒停下的过程中,由能量守恒定律得 (F-mgsin θ+μmgcos θ)x+Q=mv2 电阻R上产生的焦耳热为QR= Q 联立两式解得QR=0.054 J。 16.(2024·盐城市高二期末)如图所示,在xOy坐标系内y轴左侧圆(虚线)内某区域存在垂直纸面向里匀强磁场(磁场未画出),磁感应强度大小为B0,y轴右侧x轴与绝缘弹性挡板MN之间区域也存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为3B0,宽度为R,其中圆的半径为R,圆心在O点,MN与y轴交于A点,弹性板上有一点D,AD=2R,粒子与挡板发生弹性碰撞(不计碰撞时间),碰撞前后水平方向速度不变,竖直方向速度大小不变,方向相反。现有宽度为R均匀分布的带电粒子群以相同的初速度向右射入磁场区域,粒子电荷量为 q(q>0),质量为m,不计重力及粒子间相互作用,所 有粒子经圆内部磁场偏转后均汇聚于A点,并在 A点发生弹性碰撞后进入y轴右侧磁场区域。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (1)求带电粒子初速度v0的大小; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案　　 根据题意所有粒子经圆内部磁场偏转后均汇聚于A点,可知圆周运动半径为R,根据洛伦兹力提供向心力有qv0B0=m 解得v0= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (2)求圆弧内磁场区域的最小面积; 答案　(-1)R2 由题意可得,磁场区域的最小面积为图中阴影部分面积 由数学关系可得 =- 解得S=(-1)R2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (3)某个粒子与挡板碰撞6次(不包括D点碰撞)后恰好到达D点,求该粒子在两个磁场中运动的总时间t及该粒子进入y轴左侧磁场时的位置坐标。 答案　　(-,R) 某个粒子与挡板碰撞6次(不包括D点 碰撞)后恰好到达D点,作出运动轨迹 如图 由几何关系可知,粒子在y轴右侧运动 的弦长为l== 因为粒子与挡板发生弹性碰撞,则在y轴右侧的磁场区域内根据洛伦兹 力提供向心力有qv0×3B0=m 解得r= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 设该粒子在y轴左侧磁场中运动的圆心角为α,经过A点碰后速度与AD的夹角为β,在y轴右侧运动每个圆弧对应的圆心角为θ,则由几何关系 α=β=30°= θ=60°= 则粒子运动的总路程为s=αR+6θr= 则该粒子运动的总时间为t= 解得t= 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 该粒子进入y轴左侧磁场时到x轴的距离,由几何关系可得 y=R-(R-Rcos α)=Rcos α=R 到y轴的距离x=Rsin α= 该粒子进入y轴左侧磁场的位置坐标 为(-,R)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 $ 模块综合试卷(一) (满分:100分) 一、单项选择题:共11题,每题4分,共44分。每题只有一个选项最符合题意。 1.(2023·连云港市高二期中)关于以下四张图片,说法正确的是(　　) A.甲图为电磁波调制时,调幅波的示意图 B.乙图为用γ射线拍摄的人体组织图片 C.丙图为干簧管,它的工作原理是利用电磁感应规律 D.丁图容器中充入电介质时,回路中振荡电流频率将增大 答案　A 解析　甲图是将电磁波的振幅按照传送的信号变化规律而变化,即调幅,A正确;乙图是利用X射线拍摄的人体组织图片,B错误;丙图为干簧管,是将磁信号转化为电路通断的传感器,C错误;丁图容器中充入电介质时,电容器电容增大,由T=2π,可知回路中的振荡周期变大,振荡电流的频率减小,D错误。 2.1932年,物理学家安德森在宇宙射线实验中发现了正电子。他利用放在强磁场中的云室来记录宇宙射线粒子,并在云室中加入一块厚6 mm的铅板,借以减慢粒子的速度。当宇宙射线粒子通过云室内的强磁场时,拍下粒子径迹的照片。如图为安德森在云室内拍下的正电子的径迹,以下说法正确的是(　　) A.正电子从下向上穿过铅板 B.正电子穿过铅板后做圆周运动的周期变大 C.磁场的方向垂直纸面向外 D.磁场的方向垂直纸面向里 答案　D 解析　正电子穿过铅板后速度减小,正电子在磁场中运动半径减小,由题图可知正电子从上向下穿过铅板,故A错误;由于铅板上下的磁感应强度相同,根据T=可知,正电子穿过铅板后做圆周运动的周期不变,故B错误;由左手定则可知磁场的方向垂直纸面向里,故D正确,C错误。 3.(2024·南京五校高二调研)在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框,磁场方向垂直于线框平面,a、c两点接一直流电源,电流方向如图所示。已知abc边受到的安培力大小为F,则整个线框所受安培力大小为(　　) A.5F B.6F C.F D.F 答案　C 解析　根据题意,由电阻定律R=ρ可知,短导线与长导线的电阻之比为1∶5,由欧姆定律可知,电流之比为5∶1,由于两段导线的有效长度相等,由公式F=BIL可知,长导线所受安培力大小为F,由左手定则可知,两段导线所受安培力方向相同,则整个线框所受安培力大小为 F'=F+F=F,故选C。 4.(2024·苏州市高二期中)如图所示,两电阻阻值相同,开关S原来断开,电源及线圈、导线电阻均不计,电路中电流大小为I,现在闭合开关S将一个电阻短路,于是线圈中有自感电动势产生,该自感电动势(　　) A.有阻碍电流增大的作用,最后电流小于I B.有阻碍电流增大的作用,最后电流增大到2I C.有阻碍电流减小的作用,最后电流由I减小为零 D.有阻碍电流变化的作用,因而电流保持为I不变 答案　B 解析　由于开关的闭合,使得电流增加,则线圈产生感应电动势,有阻碍电流增大的作用,但只是减缓电流的增大,由于电阻减半,所以最后电流慢慢增加到2I。故选B。 5.如图所示,一个有界匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,一个矩形闭合导线框abcd,沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右),则(　　) A.导线框进入磁场时,感应电流方向为a→b→c→d→a B.导线框离开磁场时,感应电流方向为a→d→c→b→a C.导线框离开磁场时,受到的安培力方向水平向右 D.导线框进入磁场时,受到的安培力方向水平向左 答案　D 解析　根据楞次定律“增反减同”可知导线框进入磁场时,感应电流方向为a→d→c→b→a,导线框离开磁场时感应电流方向为a→b→c→d→a,故A、B错误;根据“来拒去留”可知导线框离开磁场时受到水平向左的安培力,导线框进入磁场时受到水平向左的安培力,故C错误,D正确。 6.如图所示,三段长度相等的直导线a、b、c相互平行且处在同一竖直面内,a、b间的距离等于b、c间的距离,通电电流Ia<Ib<Ic,方向如图所示,则下列判断正确的是(　　) A.导线b受到的安培力可能为0 B.导线a受到的安培力可能为0 C.导线c受到的安培力的方向一定向左 D.导线a、b受到的安培力的方向一定相同 答案　B 解析　根据同向电流相互吸引、反向电流相互排斥可知,导线a对导线b有向左的吸引力,导线c对导线b有向左的排斥力,则导线b受到的安培力一定不为0,方向向左,故A错误;导线b对导线a有向右的吸引力,导线c对导线a有向左的排斥力,由于Ia<Ib<Ic,所以导线a受到的安培力可能为0,故B正确;导线a和导线b对导线c都有向右的排斥力,故导线c受到的安培力的方向一定向右,故C错误;导线a受到的安培力大小和方向不确定,则导线a、b受到的安培力的方向不一定相同,故D错误。 7.如图所示,边长为L的正三角形abc内存在垂直纸面的匀强磁场(未画出),磁感应强度大小为B。abc的中心O处有一粒子源,能够沿abc平面向任意方向发射速率为的粒子,粒子的质量为m,电荷量为q,不计粒子的重力和粒子间的相互作用。则粒子在磁场中运动的最短时间为(　　) A. B. C. D. 答案　C 解析　假设粒子带正电,磁场的方向垂直纸面向里,粒子运动轨迹的半径满足qv0B=m,解得r=L,则当轨迹如图所示,即粒子水平向右进入磁场时,由图可知,轨迹对应的圆心角为,粒子在磁场中的周期为T==,粒子在磁场中运动的最短时间为t=T=,故A、B、D错误,C正确。 8.如图所示是一个充电电路装置,图甲和图乙是其发电机的两个截面示意图。推动手柄使线圈a沿轴线往复运动,线圈a中产生的感应电动势随时间按如图丙所示的正弦规律变化。线圈a连接一原、副线圈匝数比为1∶10的理想变压器,其输出端接充电设备。线圈a及导线的电阻不计。则(　　) A.变压器输出电流的频率为10 Hz B.充电设备两端的电压有效值为5 V C.其他条件不变,仅增大线圈a往复运动的频率,充电设备两端的电压最大值不变 D.其他条件不变,对不同规格的充电设备充电,变压器输入功率可能不同 答案　D 解析　根据题图丙可知,输出电流的频率f= Hz=5 Hz,A错误;原线圈两端电压的有效值U1= V= V,根据电压与匝数的关系有=,解得U2= V,B错误;其他条件不变,仅增大线圈a往复运动的频率时,根据Em=Blvm可知,原线圈两端电压的最大值增大,根据电压与匝数的关系,充电设备两端的电压最大值增大,C错误;其他条件不变时,可知变压器原、副线圈两端电压的有效值均一定,对不同规格的充电设备充电,通过设备的额定电流可能不同,则变压器输出功率可能不同,而输出功率决定输入功率,即其他条件不变,对不同规格的充电设备充电,变压器输入功率可能不同,D正确。 9.(2023·扬州市高二期中)洛伦兹力演示仪的结构示意图如图所示。由电子枪产生电子束,玻璃泡内充有稀薄的气体,在电子束通过时能够显示电子的径迹。前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场,磁场方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节。适当调节U和I,玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹。下列调节方式中,一定能让圆形径迹半径增大的是(　　) A.同时增大U和I B.同时减小U和I C.减小U,增大I D.增大U,减小I 答案　D 解析　根据题意,由牛顿第二定律有evB=m,解得R=,由动能定理有eU=mv2,整理可得R=,可知,一定能让圆形径迹半径增大的是增大U,同时减小B,即同时减小I。故选D。 10.(2023·苏州市高二期末)如图所示,从离子源释放的无初速度带电离子经电场U加速后,进入静电分析器(内有辐向电场E)中做匀速圆周运动,从小孔S2射出电场后自P1处垂直边界进入磁分析器中(内有垂直纸面向外的匀强磁场B),最后再从小孔P2垂直下边界射出磁场被收集,不计离子重力及离子间的相互作用,则(　　) A.静电分析器中K1极板的电势高于K2电势 B.从S2射出的离子具有相同的电荷量 C.从S2射出的离子具有相同的速度 D.从P2射出的离子具有相同的比荷 答案　D 解析　根据题意可知,离子在磁分析器中做匀速圆周运动,磁场区域的磁感应强度垂直纸面向外,由左手定则可以判断离子一定带正电,同时在静电分析器中由静电力提供向心力做圆周运动,可知K2的电势高于K1的电势,故A错误;根据题意,设离子的质量为m,电荷量为q,离子在加速电场中,由动能定理有qU=mv2,解得v=,离子在静电分析器中做匀速圆周运动,则有Eq=m,联立解得r=,可知所有离子都能从S2射出,则不能确定从S2射出的离子是否具有相同的电荷量和速度,故B、C错误;根据题意可知,由于离子在静电分析器中做匀速圆周运动,则离子进入磁分析器中的速度仍为v,由牛顿第二定律有qvB=m,整理可得r=,可知从P2射出的离子具有相同的比荷,故D正确。 11.(2023·常州市第一中学高二月考)如图所示,在直线MN上及其下方的半圆形区域内、外分别存在磁场方向垂直纸面向外和向里的匀强磁场。已知半圆的圆心为O,半径为r,M、O、N三点共线,N是圆外一点且OM=ON。一带正电粒子从M点在纸面内沿MO垂直于磁场射入半圆中,第一次从A点(图中未画出)沿圆的半径方向射出半圆形区域后从N点垂直MN离开磁场区域。不计粒子重力,半圆内、外磁场的磁感应强度大小之比为(　　) A.1∶2 B.1∶3 C.1∶4 D.1∶5 答案　C 解析　根据题意,作出带电粒子在半圆内、外的运动轨迹如图 设粒子在半圆内、外磁场中运动的轨道半径分别为R1、R2,由几何关系可知 r2+= △O2AO与△O2MO1相似,则 = 有= 解得R1=3r,R2= 粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,有 Bqv= 即B= 则B内=,B外= 解得B内∶B外=1∶4 故选C。 二、非选择题:共5题,共56分。其中第13题~第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分;有数值计算时,答案中必须明确写出数值和单位。 12.(15分)(2024·苏州市第十中学高二月考)如图所示,三个线圈环绕在同一矩形铁芯上,闭合K1、断开K2,按如图的方式将条形磁体加速插入线圈,灵敏电流计的指针向左偏。则:(均选填“向左”“向右”或“不”) (1)(2分)闭合K1、断开K2,条形磁体插入线圈后静止不动,滑动变阻器的滑片向左加速滑动,灵敏电流计的指针　　　　　偏转。  (2)(2分)闭合K1、断开K2,将条形磁体从线圈中加速拔出,灵敏电流计的指针　　　　　偏转。  (3)(9分)断开K1,闭合K2的瞬间,灵敏电流计的指针　　　　　　偏转;经过一段时间稳定后,灵敏电流计的指针　　　　　　偏转;断开K2的瞬间,灵敏电流计的指针　　　　　　偏转。  (4)(2分)将两个开关均闭合,条形磁体插入线圈后静止不动,灵敏电流计的指针　　　　　　偏转。  答案　(1)不　(2)向右　(3)向右　不　向左　(4)不 解析　题干条件下,与线圈A构成的回路中产生逆时针方向增大的感应电流,由安培定则可知穿过C的磁通量向左增大,结合楞次定律可知电流从右向左通过灵敏电流计,灵敏电流计的指针向左偏。 (1)闭合K1,断开K2,条形磁体插入线圈后静止不动,滑动变阻器的滑片向左加速滑动,穿过线圈的磁通量不变,线圈中没有感应电流产生,则灵敏电流计的指针不偏转。 (2)闭合K1,断开K2,将条形磁体从线圈中加速拔出,则与线圈A构成的回路中产生顺时针方向增大的感应电流,与题干中情况相反,则灵敏电流计的指针向右偏。 (3)断开K1,闭合K2的瞬间,C中的磁通量向右增加,则由楞次定律可知电流从左向右流过灵敏电流计,灵敏电流计的指针向右偏。 经过一段时间稳定后,线圈C内磁通量不再变化,线圈C中无感应电流,灵敏电流计的指针不偏转。 断开K2的瞬间,C中的磁通量向右减小,则由楞次定律可知电流从右向左流过灵敏电流计,则灵敏电流计的指针向左偏。 (4)将两个开关均闭合,条形磁体插入线圈后静止不动,线圈C内磁通量不变,则灵敏电流计的指针不偏转。 13.(6分)如图甲所示,边长为L的n匝正方形金属线圈abcd置于垂直线圈平面的磁场中,线圈的总电阻为R,用导线e、f连接一阻值也为R的定值电阻,其他电阻阻值不计。磁场的磁感应强度B随时间的变化关系如图乙所示,正方向为垂直线圈平面向外。求: (1)(3分)在0到t1时间内,通过电阻R的电荷量; (2)(3分)在2t1到3t1时间内,电阻R两端的电压哪端高,高多少? 答案　(1)L2　(2)e端高　 解析　(1)在0到t1时间内,根据法拉第电磁感应定律: =n=nS= = q=t1 联立解得:q=L2 (2)在2t1到3t1时间内,电路的总电动势为 E= 电阻R两端的电压为U== 根据楞次定律知,e端电势高。 14.(8分)(2023·南京市宁海中学校考期末)如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,边长L=30 cm的正方形线圈abcd共200匝,线圈总电阻r=3 Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动,角速度ω=20 rad/s,外电路连接的两个定值电阻的阻值均为R=4 Ω。求: (1)(3分)从图示位置起转时电动势瞬时值的表达式; (2)(2分)理想交流电压表的示数; (3)(3分)线圈从图示位置转过30°的过程中通过线圈的电荷量。 答案　(1)e=180cos 20t(V)　(2)72 V　 (3)0.9 C 解析　(1)从图示位置起转,其中ω=20 rad/s,电动势的最大值为 Em=NBωS=NBωL2=200×0.5×20×(30×10-2)2 V=180 V 则电动势瞬时值的表达式为 e=Emcos ωt=180cos 20t(V) (2)电动势的有效值为E= 设电压表的示数为U,电压表测两电阻并联部分两端电压,并联部分电阻为R并= 有U=E 所以有U=72 V (3)线圈从图示位置转过30°的过程中平均电动势为 =N 磁通量变化为ΔΦ=BL2sin 30° 平均电流为= 解得q=Δt=0.9 C。 15.(12分)如图所示,两足够长的平行金属导轨MN、PQ倾斜放置,倾角θ=37°,导轨间距L=0.5 m,导轨电阻不计,M、P间连接一个R=4.5 Ω的电阻。两导轨间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B=1 T。一质量m=0.05 kg、电阻r=0.5 Ω的金属棒ab以v=2 m/s的速度沿导轨匀速向下滑动,下滑过程中始终与导轨垂直,且与导轨接触良好。已知g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。 (1)(3分)求电阻R中电流I的大小; (2)(3分)求金属棒与导轨间的动摩擦因数; (3)(6分)对金属棒施加一个垂直于金属棒且沿导轨平面向上的恒定拉力F=0.12 N,若金属棒继续下滑x=2 m后速度恰好减为0,求在金属棒减速过程中,电阻R上产生的焦耳热。 答案　(1)0.2 A　(2)0.5　(3)0.054 J 解析　(1)金属棒ab产生的感应电动势为 E=BLv=1 V 由闭合电路欧姆定律得I==0.2 A (2)金属棒ab受到的安培力方向沿导轨向上,金属棒匀速运动,根据平衡条件可得 mgsin θ=μmgcos θ+BIL 解得μ=0.5 (3)从施加拉力F到金属棒停下的过程中,由能量守恒定律得 (F-mgsin θ+μmgcos θ)x+Q=mv2 电阻R上产生的焦耳热为QR= Q 联立两式解得QR=0.054 J。 16.(15分)(2024·盐城市高二期末)如图所示,在xOy坐标系内y轴左侧圆(虚线)内某区域存在垂直纸面向里匀强磁场(磁场未画出),磁感应强度大小为B0,y轴右侧x轴与绝缘弹性挡板MN之间区域也存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为3B0,宽度为R,其中圆的半径为R,圆心在O点,MN与y轴交于A点,弹性板上有一点D,AD=2R,粒子与挡板发生弹性碰撞(不计碰撞时间),碰撞前后水平方向速度不变,竖直方向速度大小不变,方向相反。现有宽度为R均匀分布的带电粒子群以相同的初速度向右射入磁场区域,粒子电荷量为q(q>0),质量为m,不计重力及粒子间相互作用,所有粒子经圆内部磁场偏转后均汇聚于A点,并在A点发生弹性碰撞后进入y轴右侧磁场区域。 (1)(4分)求带电粒子初速度v0的大小; (2)(3分)求圆弧内磁场区域的最小面积; (3)(8分)某个粒子与挡板碰撞6次(不包括D点碰撞)后恰好到达D点,求该粒子在两个磁场中运动的总时间t及该粒子进入y轴左侧磁场时的位置坐标。 答案　(1)　(2)(-1)R2 (3)　(-,R) 解析　(1)根据题意所有粒子经圆内部磁场偏转后均汇聚于A点,可知圆周运动半径为R,根据洛伦兹力提供向心力有 qv0B0=m 解得 v0= (2)由题意可得,磁场区域的最小面积为图中阴影部分面积 由数学关系可得 =- 解得 S=(-1)R2 (3)某个粒子与挡板碰撞6次(不包括D点碰撞)后恰好到达D点,作出运动轨迹如图 由几何关系可知,粒子在y轴右侧运动的弦长为 l== 因为粒子与挡板发生弹性碰撞,则在y轴右侧的磁场区域内根据洛伦兹力提供向心力有 qv0×3B0=m 解得 r= 设该粒子在y轴左侧磁场中运动的圆心角为α,经过A点碰后速度与AD的夹角为β,在y轴右侧运动每个圆弧对应的圆心角为θ,则由几何关系 α=β=30°= θ=60°= 则粒子运动的总路程为 s=αR+6θr= 则该粒子运动的总时间为 t= 解得 t= 该粒子进入y轴左侧磁场时到x轴的距离,由几何关系可得 y=R-(R-Rcos α)=Rcos α=R 到y轴的距离x=Rsin α= 该粒子进入y轴左侧磁场的位置坐标为(-,R)。 学科网（北京）股份有限公司 $