2022-2023學年新教材高中物理第一章安培力與洛倫茲力第二章電磁感應學業(yè)質(zhì)量標準檢測新人教版選擇性必修第二冊

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B．eq\f(mg,IL)tanθ，豎直向下C．eq\f(mg,IL)sinθ，平行懸線向下 D．eq\f(mg,IL)sinθ，平行懸線向上解析：要求所加磁場的磁感應強度最小，應使棒平衡時所受的安培力有最小值。由于棒的重力恒定，懸線拉力的方向不變，由畫出的力的三角形可知，安培力的最小值為Fmin＝mgsinθ，即IlBmin＝mgsinθ，得Bmin＝eq\f(mg,IL)sinθ，方向應平行懸線向上。故選D。3．(2020·河南省豫南九校高二上學期期末聯(lián)考)下列說法正確的是(C)A．如圖甲所示，是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動能增大，可增加電壓UB．如圖乙所示，是磁流體發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出A極板是發(fā)電機的正極，B極板是發(fā)電機的負極C．如圖丙所示，是速度選擇器，帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是Eq＝qvB，即v＝eq\f(E,B)D．如圖丁所示，是磁電式電流表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，線圈在極靴產(chǎn)生的勻強磁場中轉(zhuǎn)動解析：甲圖中，根據(jù)qvB＝eq\f(mv2,r)可知，v＝eq\f(qBr,m)，粒子獲得的最大動能為：Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(q2B2r2,2m)，可知粒子獲得的最大動能與加速電壓大小無關(guān)，故A錯誤；乙圖中根據(jù)左手定則，正電荷向下偏轉(zhuǎn)，所以B板帶正電，為發(fā)電機的正極，A極板是發(fā)電機的負極，故B錯誤；丙圖中速度選擇器，只需帶電粒子所受的洛倫茲力和電場力等大反向。即qvB＝qE時，粒子就可勻速通過速度選擇器，此時速度v＝eq\f(E,B)，故C正確；丁圖中極靴在磁極間產(chǎn)生的磁場為均勻輻向磁場，該磁場為非勻強磁場，故D錯誤。4．(2020·安徽省黃山市屯溪一中高二第二學期期中)如圖所示，L1、L2為兩個相同的燈泡，線圈L的直流電阻不計，燈泡L1與理想二極管D相連，下列說法中正確的是(D)A．閉合開關(guān)S后，L1會逐漸變亮B．閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，L1、L2亮度相同C．斷開S的瞬間，L1會逐漸熄滅D．斷開S的瞬間，a點的電勢比b點高解析：閉合開關(guān)S后，線圈自感只是阻礙流過L的電流增大，故兩燈立刻變亮，故A錯誤；閉合開關(guān)S穩(wěn)定后，因線圈L的直流電阻不計，所以L1與二極管被短路，導致燈泡L1不亮，而L2將更亮，因此L1、L2亮度不同，故B錯誤；斷開S的瞬間，L2會立刻熄滅，線圈L與燈泡L1及二極管構(gòu)成回路，因線圈產(chǎn)生感應電動勢，a端的電勢高于b端，但此時的二極管反接，所以回路中沒有電流，L1保持熄滅狀態(tài)，故C錯誤，D正確。5.(2020·北京市通州區(qū)高二下學期段考)如圖所示，在磁感應強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中，有一水平放置的U形導軌，導軌左端連接一阻值為R的電阻，導軌電阻不計。導軌間距為L，在導軌上垂直放置一根金屬棒MN，與導軌接觸良好，電阻為r，用外力拉著金屬棒向右以速度v做勻速動。則導體棒運動過程中(D)A．金屬棒中的電流方向為由M到NB．電阻R兩端的電壓為BLvC．電路中電流大小為eq\f(BLv,R)D．金屬棒受到的安培力大小為eq\f(B2L2v,R＋r)解析：由右手定則判斷得知金屬棒MN中的電流方向為由N到M，故A錯誤；MN產(chǎn)生的感應電動勢為E＝BLv，回路中的感應電流大小為I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(BLv,R＋r)，則電阻R兩端的電壓為U＝IR＝eq\f(BLvR,R＋r)，故BC錯誤；金屬棒MN受到的安培力大小為F＝BIL＝eq\f(B2L2v,R＋r)，故D正確。6．如圖所示，在半徑為R的圓形區(qū)域和邊長為2R的正方形區(qū)域里均有磁感應強度大小相同的勻強磁場，兩個相同的帶電粒子以相同的速率分別從M、N兩點射入勻強磁場。在M點射入的帶電粒子，其速度方向指向圓心；在N點射入的帶電粒子，速度方向與邊界垂直，且N點為正方形邊長的中點，粒子重力不計，則下列說法不正確的是(C)A．帶電粒子在磁場中飛行的時間可能相同B．從M點射入的帶電粒子可能先飛出磁場C．從N點射入的帶電粒子可能先飛出磁場D．從N點射入的帶電粒子不可能比M點射入的帶電粒子先飛出磁場解析：帶電粒子垂直于磁場方向進入勻強磁場，粒子做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝meq\f(v2,r)，解得粒子的軌道半徑r＝eq\f(mv,qB)，兩粒子相同、兩粒子的速率相同，則兩粒子的軌道半徑r相同，粒子做圓周運動的周期T＝eq\f(2πm,qB)，粒子運動軌跡如圖所示；由圖示可知，當r＝R時，兩粒子在磁場中的運動時間相等，都等于eq\f(T,4)，故A正確；由圖示可知，當粒子軌道半徑r≠R時，粒子在圓形磁場中做圓周運動轉(zhuǎn)過的圓心角都小于在正方形區(qū)域中做圓周運動轉(zhuǎn)過的圓心角，則粒子在圓形磁場中的運動時間小于在正方形磁場中的運動時間，即從M點射入的粒子運動時間小于從N點射入的粒子運動時間，故BD正確，C錯誤；本題選不正確的，故選C。7.(2020·天津市七校(靜海一中、寶坻一中、楊村一中等)高二上學期期末)如圖所示，已知一帶電小球在光滑絕緣的水平面上從靜止開始經(jīng)電壓U加速后，水平進入互相垂直的勻強電場E和勻強磁場B的復合場中(E、g和B已知)，小球在此空間的豎直面內(nèi)做勻速圓周運動，則下列說法正確的是(AC)A．小球帶負電B．小球做勻速圓周運動過程中機械能保持不變C．小球做勻速圓周運動過程中周期T＝eq\f(2πE,Bg)D．若電壓U增大，則小球做勻速圓周運動的周期變大解析：小球在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運動，重力與電場力平衡，則知小球所受的電場力豎直向上，與電場方向相反，因此小球帶負電，故A正確；小球做勻速圓周運動，動能不變，重力勢能不斷變化，兩者之和即機械能在變化，故B錯誤；小球做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力，則有qvB＝meq\f(4π2,T2)r，又qE＝mg，聯(lián)立得T＝eq\f(2πE,Bg)，故C正確；根據(jù)T＝eq\f(2πm,qB)知小球做勻速圓周運動的周期不變，與加速電壓及粒子運動速度大小無關(guān)。故D錯誤。8.(2021·湖北省武漢市高三模擬)如圖，方向豎直向下的勻強磁場中有兩根位于同一水平面內(nèi)的足夠長的平行金屬導軌，兩相同的光滑導體棒ab、cd靜止在導軌上。t＝0時，棒ab以初速度v0向右滑動。運動過程中，ab、cd始終與導軌垂直并接觸良好，兩者速度分別用v1、v2表示，回路中的電流用I表示。下列圖像中可能正確的是(AC)ABCD解析：導體棒ab運動，切割磁感線，產(chǎn)生感應電流(從上向下看為逆時針)，導體棒ab受阻力F作用，速度減小，導體棒cd受安培力F′作用，速度變大。如圖所示。由E＝BlΔV知，感應電動勢E隨相對速度ΔV的減小而減小，則感應電流非均勻變化。當兩棒的速度相等時，回路上感應電流消失，兩棒在導軌上以共同速度做勻速運動。系統(tǒng)的動量守恒，則mv0＝2mv共，v共＝eq\f(v0,2)。故A、C正確，B、D錯誤。9．(2021·安徽省池州市第一中學高二下學期期中)如圖甲所示，螺線管內(nèi)有一平行于軸線的勻強磁場，規(guī)定圖中箭頭所示方向為磁感應強度B的正方向，螺線管與U形導線框cdef相連，導線框cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導線框cdef在同一平面內(nèi)。當螺線管內(nèi)的磁感應強度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時，下列說法正確的是(AC)A．在t1時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零B．在t2時刻，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零C．在t1～t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應電流D．在t1～t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L有擴張趨勢解析：由B－t圖知，t1時刻磁感應強度最大，但變化率為零，此時穿過螺線管的磁通量的變化率為零，U形導線框中的感應電流為零，金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零，A正確；在t2時刻，磁感應強度為零，但穿過螺線管的磁通量變化率最大，U形導線框中的感應電流最大，通過金屬圓環(huán)L的磁通量最大，B錯誤；在t1～t2時間內(nèi)穿過螺線管的磁通量變化率逐漸增大，U形導線框中的感應電流逐漸增大，但穿過螺線管的磁感應強度在減小，根據(jù)楞次定律，U形導線框中的感應電流方向是從c→d→e→f，根據(jù)安培定則，穿過金屬圓環(huán)L的磁通量方向由里向外，且在增強，根據(jù)楞次定律，金屬圓環(huán)L中有順時針方向的感應電流，C正確；在t1～t2時間內(nèi)，金屬圓環(huán)L中有順時針方向的電流，金屬圓環(huán)L又處在由里向外的磁場里，根據(jù)左手定則知，金屬圓環(huán)L受到指向圓心的力作用，因此金屬圓環(huán)L有收縮的趨勢，D錯誤。10．等離子氣流由左方連續(xù)以速度v0射入P1和P2兩板間的勻強磁場中，ab直導線與P1、P2相連接，線圈A與直導線cd連接。線圈A內(nèi)有隨圖乙所示變化的磁場，且磁場B的正方向規(guī)定為向左，如圖甲所示，則下列敘述正確的是(BD)A．0～1s內(nèi)ab、cd導線互相排斥B．1～2s內(nèi)ab、cd導線互相吸引C．2～3s內(nèi)ab、cd導線互相吸引D．3～4s內(nèi)ab、cd導線互相排斥解析：由左手定則，可判定等離子氣流中的正離子向上極板偏轉(zhuǎn)，負離子向下極板偏轉(zhuǎn)，所以ab中電流方向是由a向b的。在第1s內(nèi)，線圈A內(nèi)磁場方向向右，磁感應強度減小，由楞次定律可知感應電流的方向是由c向d的，由同向電流相互吸引，異向電流相互排斥，可知兩導線相互吸引，A錯；在第2s內(nèi)，線圈A內(nèi)磁場方向向左，磁感應強度增加，由楞次定律可知感應電流的方向是由c向d的，由同向電流相互吸引，異向電流相互排斥，可知兩導線相互吸引，B正確；同理可以判斷其他選項，故正確選項為B、D。第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共2小題，每小題8分，共16分。把答案直接填在橫線上)11．(2020·廣西壯族自治區(qū)來賓市高二年級調(diào)研)某同學在家電維修店得到一匝數(shù)較多的線圈，但從外觀上無法看出線圈的繞向，于是又在一些發(fā)光玩具中拆得一發(fā)光二極管，同時找到一強條形磁鐵。將線圈與發(fā)光二極管連接，如圖所示。該同學用條形磁鐵的S極向下快速插入線圈中時發(fā)現(xiàn)二極管發(fā)光。(1)二極管發(fā)光時，b端電勢比a端電勢高(填“高”或“低”)。(2)該同學將磁鐵S極向下快速拔出時，二極管將不發(fā)光(填“發(fā)光”或“不發(fā)光”)。(3)若該同學將磁鐵S極向下豎直放在水平桌面上，使線圈的中心軸與磁鐵的中心軸共線，當線圈豎直向下快速靠近磁鐵時，二極管將發(fā)光(填“發(fā)光”或“不發(fā)光”)。解析：(1)b端電勢比a端電勢高時，二極管發(fā)光。(2)將磁鐵S極向下快速拔出時，穿過螺線管的磁通量發(fā)生變化，有感應電流產(chǎn)生，原磁場方向向上，感應電流的磁場方向向上，由安培定則可知電流方向由上向下，二極管將不發(fā)光。(3)穿過螺線管的磁通量增大，有感應電流產(chǎn)生，原磁場方向向上，感應電流的磁場方向向下，由安培定則可知電流方向由下向上，二極管將發(fā)光。12.(2021·上海市浦東新區(qū)高三模擬)如圖所示，一無限長通電直導線固定在光滑水平面上，金屬環(huán)質(zhì)量為0.02kg，在該平面上以v0＝2m/s、與導線成60°角的初速度運動，其最終的運動狀態(tài)是勻速直線運動，環(huán)中最多能產(chǎn)生0.03J的電能。解析：金屬環(huán)在遠離導線的過程中，通過金屬環(huán)的磁通量發(fā)生變化，金屬環(huán)中產(chǎn)生感應電流，阻礙金屬環(huán)運動，最終結(jié)果是金屬環(huán)沿平行于導線的方向做勻速直線運動，運動速度的大小為v0cos60°＝1m/s，則金屬環(huán)中最多產(chǎn)生的電能為Ek1－Ek2＝0.03J。三、論述、計算題(本題共4小題，共44分。解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13．(9分)如圖為一電流表的原理示意圖，質(zhì)量為m的均質(zhì)細金屬棒MN的中點處通過一絕緣掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連，彈簧勁度系數(shù)為k，在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外，與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標尺上的讀數(shù)，MN的長度大于ab，當MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時，MN與矩形區(qū)域的cd邊重合，當MN中有電流通過時，指針示數(shù)可表示電流強度。(1)當電流表示數(shù)為零時，彈簧伸長多少？(重力加速度為g)(2)若要電流表正常工作，MN的哪一端應與電源正極相接？(3)若k＝2.0N/m，eq\x\to(ab)＝0.20m，eq\x\to(bc)＝0.050m，B＝0.20T，此電流表的量程是多少？(不計通電時電流產(chǎn)生的磁場的作用)(4)若將量程擴大2倍，磁感應強度應變?yōu)槎啻?？答案?1)eq\f(mg,k)(2)M端(3)2.5A(4)0.10T解析：(1)設(shè)彈簧的伸長為Δx，則有：mg＝kΔx ①由①式得：Δx＝eq\f(mg,k) ②故當電流表示數(shù)為零時，彈簧伸長量為eq\f(mg,k)。(2)為使電流表正常工作，作用于通有電流的金屬棒MN的安培力必須向下，由左手定則可知金屬棒中電流從M端流向N端，因此M端應接正極。故若要電流表正常工作，MN的M端應接正極。(3)設(shè)滿量程時通過MN的電流強度為Im，則有：BImeq\x\to(ab)＋mg＝k(eq\x\to(bc)＋Δx) ③聯(lián)立①③并代入數(shù)據(jù)得：Im＝2.5A ④故此電流表的量程是2.5A。(4)設(shè)量程擴大后，磁感應強度變?yōu)锽′，則有：2B′Imeq\x\to(ab)＋mg＝k(eq\x\to(bc)＋Δx) ⑤由①⑤得B′＝eq\f(k\x\to(bc),2Im\x\to(ab))，代入數(shù)據(jù)得B′＝0.10T，故若將量程擴大2倍，磁感應強度應變?yōu)?.10T。14．(10分)(2020·四川省樂山市高二調(diào)研)如圖所示，勻強磁場中有一個用軟導線制成的單匝閉合線圈，線圈平面與磁場垂直。已知線圈的面積S＝0.3m2、電阻R＝0.6Ω，磁場的磁感應強度B＝0.2T?，F(xiàn)同時向兩側(cè)拉動線圈，線圈的兩邊在Δt＝0.5s時間內(nèi)合到一起。求線圈在上述過程中：(1)感應電動勢的平均值E；(2)感應電流的平均值I，并在圖中標出電流方向；(3)通過導線橫截面的電荷量q。答案：(1)0.12V(2)0.2A(電流方向見圖)(3)0.1C解析：(1)感應電動勢的平均值E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，磁通量的變化ΔΦ＝BΔS，解得E＝eq\f(BΔS,Δt)，代入數(shù)據(jù)得E＝0.12V。(2)平均電流I＝eq\f(E,R)，代入數(shù)據(jù)得I＝0.2A(電流方向如圖)。(3)電荷量q＝IΔt，代入數(shù)據(jù)得q＝0.1C。15.(12分)(2021·江西省贛州市崇義中學高二下學期開學檢測)如圖所示，在磁感應強度為B的水平方向的勻強磁場中豎直放置兩平行導軌，磁場方向與導軌所在平面垂直。導軌上端跨接一阻值為R的電阻(導軌電阻不計)。兩金屬棒a和b的電阻均為R，質(zhì)量分別為ma＝2×10－2kg和mb＝1×10－2kg，它們與導軌相連，并可沿導軌無摩擦滑動，閉合開關(guān)S，先固定b，用一恒力F向上拉a，穩(wěn)定后a以v1＝10m/s的速度勻速運動，此時再釋放b，b恰好能保持靜止，設(shè)導軌足夠長，g取10m/s2。(1)求拉力F的大??；(2)若將金屬棒a固定，讓金屬棒b自由下滑(開關(guān)仍閉合)，求b滑行的最大速度v2；(3)若斷開開關(guān)，將金屬棒a和b都固定，使磁感應強度從B隨時間均勻增加，經(jīng)0.1s后磁感應強度增到2B時，a棒受到的安培力正好等于a棒的重力，求兩金屬棒間的距離h。答案：(1)0.4N(2)5m/s(3)eq\f(2,3)m解析：(1)a棒勻速運動F＝mag＋BIaL，Ib＝eq\f(Ia,2)，mbg＝eq\f(BIaL,2)，F(xiàn)＝mag＋2mbg＝0.4N；(2)當棒a向上勻速運動時Ea＝BLv1，Ia＝eq\f(2Ea,3R)，BIaL＝2BIbL＝2mbg，解得v1＝eq\f(3mbgR,B2L2)①當b勻速向下運動時mbg＝BI′L＝eq\f(2B2L2v2,3R)，v2＝eq\f(3mbgR,2B2L2)②，①②式聯(lián)立得v2＝5m/s；(3)E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\