高中物理新教材同步选择性必修第二册 模块综合试卷(一)

模块综合试卷(一) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、单项选择题(本题共8 小题，每小题4 分，共32 分．在每小题给出的四个选项中，只有 一项是符合题目要求的) 1.(2019·河池高级中学高二上期末)一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速 转动，产生的感应电流如图1 所示．下列判断正确的是( ) 图1 A．t＝0.01 s 时刻，线圈平面处于中性面位置 B．t＝0.02 s 时刻，线圈平面与磁感线平行 C．该交变电流的频率为100 Hz D．1 s 内电流的方向变化50 次 答案 A 解析 由题图知t＝0.01 s 和t＝0.02 s 时刻，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，线圈 平面处于中性面位置，A 正确，B 错误；由题图知该交变电流的周期T＝0.02 s，则其频率为 f＝50 Hz，C 错误；一个周期内电流方向变化两次，1 s 内电流的方向变化100 次，D 错误． 2．一定值电阻接到电压为u0的方波交流电源上，如图2 甲所示，在一个周期内产生的热量 为Q 方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q 正．该电阻上电压的峰 值为2u0，周期为T，如图乙所示．则Q 方∶Q 正等于( ) 图2 A．1∶ B.∶1 C．1∶2 D．2∶1 答案 C 解析 根据题图图像可知，方波交流电的有效值U 方＝u0，正弦交流电的有效值U 正＝＝ u0，一个周期内产生的热量分别为Q 方＝T，Q 正＝T，所以Q 方∶Q 正＝1∶2，C 正确． 3. (2020·山东模拟)如图3 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( ) 图3 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． 4．(2019·聊城市二模)如图4 甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′ 匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e 随时间t 的变化曲线如图乙所示，若外 接电阻R＝70 Ω，线圈电阻r＝10 Ω，则下列说法正确的是( ) 图4 A．线圈的角速度为100 rad/s B．0.01 s 末穿过线圈的磁通量最大 C．通过线圈的最大电流为1.25 A D．理想交流电压表的示数为87.5 V 答案 C 解析 由题图乙可知T＝4×10－2 s，ω＝＝50π rad/s，选项A 错误；t＝0.01 s 时电动势最大， 此时Φ＝0，选项B 错误；Im＝＝1.25 A，选项C 正确；E＝＝50 V，U＝·R＝ V≈61.9 V，选 项D 错误． 5.如图5 所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，一 束粒子流以速度v 水平射入，为使粒子流经过磁场时不偏转(不计重力)，则磁场区域内必须 同时存在一个匀强电场，关于此匀强电场电场强度大小和方向的说法中，正确的是( ) 图5 A．大小为，粒子带正电时，方向向上 B．大小为，粒子带负电时，方向向上 C．大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关 D．大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关 答案 D 6．(2020·山东模拟)如图6，在半径为R 的圆内有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里 的匀强磁场．一个质量为m、电荷量为q 的带正电粒子沿半径方向从a 点射入，从b 点射出 速度方向改变了60°，粒子的重力不计．若磁感应强度变为B 后，该粒子保持速度不变仍从 a 点入射．下列说法正确的是( ) 图6 A．粒子做圆周运动的半径为R B．粒子做圆周运动的半径为R C．粒子在磁场中运动的时间为 D．粒子在磁场中运动的时间为 答案 D 解析 磁感应强度为B 时速度方向改变了60°，此时粒子的运动轨迹如图，根据几何关系可 得R1＝＝R.根据洛伦兹力提供向心力可得：qvB＝m 解得：R1＝； 若磁感应强度变为B 后，R2＝，则R2＝＝R，故A、B 错误； 设粒子原来速度的偏向角为α＝60°，B 变化后速度的偏向角为β，根据几何关系有：tan＝＝ 1，则得：β＝90°，所以粒子飞出磁场区域时速度方向改变的角度为90°，粒子在磁场中运动 的时间t＝＝×＝，故C 错误，D 正确． 7.(2019·咸宁市崇阳县第一中学月考)如图7 所示，空间存在一个足够大的三角形区域(顶角为 45°)，区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，一等腰直角三角形导体线框一边与磁场边界重 合，自距离磁场两边界交点L 处以平行于纸面向上的速度匀速通过该区域，若以逆时针为正 方向，则下列关于回路中感应电流I 随时间t 的变化关系图像正确的是( ) 图7 答案 D 解析 由题图可知，线框进入磁场过程中穿过线框的磁通量增加，由楞次定律可知，感应电 流沿逆时针方向，是正的，线框离开磁场过程中，磁通量减少，由楞次定律可知感应电流沿 顺时针方向，为负的；线框进入磁场过程中，线框切割磁感线的有效长度l 减小，则感应电 流I＝减小，线框离开磁场过程中，有效长度l 增大，则感应电流I 增大，故A、B、C 错误， D 正确． 8.如图8 所示，质量为m 的金属圆环用不可伸长的细线悬挂起来，金属圆环有一半处于水平 且与环面垂直的匀强磁场中，从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减 小的过程中，关于线的拉力大小，下列说法中正确的是(重力加速度为g)( ) 图8 A．大于环重力mg，并逐渐减小 B．始终等于环重力mg C．小于环重力mg，并保持恒定 D．大于环重力mg，并保持恒定 答案 A 解析 根据楞次定律知圆环中感应电流的方向为顺时针方向，再由左手定则判断可知圆环所 受安培力方向竖直向下，对圆环受力分析，根据受力平衡有T＝mg＋F 安，得T＞mg；根据 法拉第电磁感应定律知，I＝＝＝S，可知I 为恒定电流，由F 安＝BIL 可知，B 减小，则F 安 减小，故由T＝mg＋F 安知FT减小，选项A 正确． 二、多项选择题(本题4 小题，每小题4 分，共16 分．在每小题给出的四个选项中，有多项 符合题目要求．全部选对的得4 分，选对但不全的得2 分，有选错的得0 分) 9．图9(a)是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路， 图中两个电阻的阻值均为R，L 是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R.图 (b)是某同学画出的在t0时刻开关S 切换前后，通过传感器的电流随时间变化的图像．关于 这些图像，下列说法中正确的是( ) 图9 A．图(b)中甲是开关S 由断开变为闭合，通过传感器1 的电流随时间变化的情况 B．图(b)中乙是开关S 由断开变为闭合，通过传感器1 的电流随时间变化的情况 C．图(b)中丙是开关S 由闭合变为断开，通过传感器2 的电流随时间变化的情况 D．图(b)中丁是开关S 由闭合变为断开，通过传感器2 的电流随时间变化的情况 答案 BC 10．在如图10 甲所示的虚线框内有匀强磁场，设图示磁场方向为正，磁感应强度随时间的 变化规律如图乙所示．边长为l、电阻为R 的正方形均匀线框abcd 有一半处在磁场中，磁场 方向垂直于线框平面，此时线框ab 边的发热功率为P，则下列说法正确的是( ) 图10 A．磁感应强度B0＝ B．线框中感应电流为I＝2 C．线框cd 边的发热功率为P D．a 端电势高于b 端电势 答案 BC 解析 由题图乙可知，线框中产生的感应电动势大小恒定，线框ab 边的发热功率为P＝， 感应电动势E＝S＝·＝，所以磁感应强度B0＝，A 错误；由P＝I2R 可得线框中感应电流为I ＝2，B 正确；cd 边电阻等于ab 边电阻，且两边流过的电流相等，因此发热功率相等，C 正 确；由楞次定律可知，线框中感应电流方向为adcba 方向，磁场中线框部分为等效电源，因 此a 端电势比b 端电势低，D 错误． 11．图11 甲为风力发电的简易模型．在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁 体下方的线圈与电压传感器相连．在某一风速时，电压传感器显示如图乙所示正弦规律变化， 则( ) 图11 A．永磁体的转速为10 r/s B．线圈两端电压的有效值为6 V C．交流电压的表达式为u＝12sin 5πt V D．该交流电可以直接加在击穿电压为9 V 的电容器上 答案 BC 解析 由题图乙可知，电流的周期为T＝0.4 s，故永磁体的转速为n＝＝ r/s＝2.5 r/s，故A 错误；由题图乙可知电压的最大值为12 V，故有效值U＝＝6 V，故B 正确；周期T＝0.4 s，故ω＝＝ rad/s＝5π rad/s，故交流电压的表达式为u＝12sin 5πt V，故C 正确；该交流电 的最大值大于电容器的击穿电压，故不能直接加在击穿电压为9 V 的电容器上，故 D 错误． 12．(2020·北师联盟模拟)如图12 所示为某种质谱仪的原理图．容器A 中有大量由H、H 和 He 混合的粒子，均可从容器A 下方的窄缝S1无初速度地飘入电势差为U 的加速电场，经窄 缝S2、S3沿与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场中，最后均能打到底片D 上， 在底片上只显示了两条感光谱线a、b.不计粒子重力，下列说法正确的是( ) 图12 A．打在a 处的粒子只有H B．打在b 处的粒子只有H C．打在a、b 两处的粒子在匀强磁场中运动的半径之比为1∶ D．打在a、b 两处的粒子在匀强磁场中运动的时间之比为2∶1 答案 AC 解析 设H 的质量为m，电荷量为q，粒子在电场中加速运动，根据动能定理可知：qU＝ mv2 进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，有：qvB＝m 解得半径为：r＝· 对比H、H 和He 的质量和电荷量关系可知，比荷越小的，半径越大，故打在a 处的粒子只 有H，故A 正确，B 错误； H 和He 打在b 处，则打在a、b 两处的粒子在匀强磁场中运动的半径之比为1∶，故C 正确； 粒子在磁场中运动周期为：T＝，运动轨迹都是半圆，则运动时间为：t＝，对比H、 H 和He 的质量和电荷量关系可知，打在a、b 两处的粒子在匀强磁场中运动的时间之比为 1∶2，故D 错误． 三、非选择题(本题6 小题，共52 分) 13．(6 分)在图13 甲中，不通电时电流计指针停在正中央，当闭合开关时，观察到电流计指 针向左偏．现按图乙连接方式将电流计与螺线管B 连成一个闭合回路，将螺线管A 与电池、 滑动变阻器和开关S 串联成另一个闭合回路． 图13 (1)闭合开关S 后，将螺线管A 插入螺线管B 的过程中，螺线管B 的________端(选填“上” 或“下”)为感应电动势的正极； (2)螺线管A 放在B 中不动，开关S 突然断开的瞬间，电流计的指针将________(选填“向 左”“向右”或“不发生”)偏转； (3)螺线管A 放在B 中不动，滑动变阻器的滑片向左滑动，电流计的指针将________(选填 “向左”“向右”或“不发生”)偏转． 答案 (1)下(2 分) (2)向右(2 分) (3)向左(2 分) 14．(6 分)(2020·霞浦市第一中学高二月考)如图14 为“探究电磁感应现象”的实验装置． 图14 (1)将图中所缺的导线补接完整． (2)连接电路后，如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关后 可能出现的情况有： ①将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将________偏转(选填“发生”或“不发 生”)； ②原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左拉时，灵敏电流计指针________偏转 (选填“发生”或“不发生”)； ③在上述两过程中灵敏电流计指针的偏转方向________(选填“相同”或“相反”)； (3)在做“探究电磁感应现象”实验时，如果副线圈两端不接任何元件，则副线圈电路中将_ _______． A．因电路不闭合，无电磁感应现象 B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势 C．不能用楞次定律判断感应电动势方向 D．可以用楞次定律判断感应电动势方向 答案 (1)见解析图(1 分) (2)①发生(1 分) ②发生(1 分) ③相反(1 分) (3)BD(2 分) 解析 (1)将电源、开关、滑动变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管 串联成另一个回路，电路图如图所示． (2)闭合开关，磁通量增加，指针向右偏转，将原线圈迅速插入副线圈，磁通量增加，则灵 敏电流计的指针将向右偏转；原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左拉时，滑动 变阻器接入电路的电阻增大，则电流减小，穿过副线圈的磁通量减小，则灵敏电流计指针向 左偏转；两过程中灵敏电流计指针偏转方向相反． (3)如果副线圈两端不接任何元件，线圈中仍有磁通量的变化，仍会产生感应电动势，不过 没有感应电流存在，可根据楞次定律判断出感应电动势的方向，B、D 正确，A、C 错误． 15．(8 分)(2020·北师联盟模拟)如图15 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： 图15 (1)在0 到t1时间内，通过电阻R 的电荷量； (2)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＝(1 分) ＝(1 分) q＝t1(1 分) 联立各式解得：q＝L2(1 分) (2)在2t1到3t1时间内，电路的总电动势为E＝(1 分) 电阻R 两端的电压为U＝＝(1 分) 根据楞次定律知，e 端电势高．(2 分) 16.(9 分)(2019·烟台市高二下期末)如图16 所示为边长为L 的单匝正方形线圈abcd，放在磁 感应强度为B 的匀强磁场中，从图示位置开始以bc 边为轴匀速转动．线圈从图示位置转过 一周的过程中产生的热量为Q.已知线圈的bc 边与磁场方向垂直，线圈电阻为R.求： 图16 (1)线圈转动的角速度大小； (2)线圈从图示位置转过时，产生的感应电动势的瞬时值； (3)线圈从图示位置转过的过程中，产生的感应电动势的平均值． 答案 (1) (2) (3) 解析 (1)线圈转动过程中，产生的感应电动势有效值为E＝BL2ω(1 分) 线圈从题图所示位置转过一周所用的时间： t＝T＝(1 分) 所以热量Q＝t＝(1 分) 解得：ω＝(1 分) (2)线圈从题图所示位置开始转过时，线圈产生的感应电动势的瞬时值：e＝BL2ωsin ωt＝ BL2ωsin (1 分) 解得：e＝(1 分) (3)线圈从题图所示位置转过的过程中，线圈内磁通量的变化量为ΔΦ＝BL2(1 分) 所用的时间为t＝(1 分) 线圈产生的感应电动势的平均值： ＝＝.(1 分) 17．(11 分)(2019·葫芦岛市模拟)如图17 所示，足够长的光滑金属导轨ab、cd 固定在竖直平 面内，导轨间距为l，b、c 两点间接一阻值为R 的电阻．ef 是一水平放置的导体杆，其质量 为m，有效电阻值为R，杆与ab、cd 保持垂直且接触良好．整个装置放在磁感应强度大小 为B 的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直．现用一竖直向下的力拉导体杆，使导体杆 从静止开始做加速度为1.5g 的匀加速运动，下降了h 高度，这一过程中b、c 间电阻R 产生 的焦耳热为Q，g 为重力加速度，不计导轨电阻及感应电流间的相互作用．求： 图17 (1)导体杆下降h 过程中通过杆的电荷量； (2)导体杆下降h 时所受拉力F 的大小； (3)导体杆下降h 过程中拉力做功大小． 答案 (1) (2)＋ (3)＋2Q 解析 (1)根据法拉第电磁感应定律得＝＝(1 分) 根据闭合电路欧姆定律得＝(1 分) 通过杆的电荷量为q＝Δt(1 分) 联立解得q＝(1 分) (2)设导体杆下降h 时，速度为v1，所受拉力为F，根据运动学公式v1 2＝2ah，(1 分) 得v1＝(1 分) 根据牛顿第二定律，得F＋mg－BI1l＝ma(1 分) 根据闭合电路欧姆定律，得I1＝(1 分) 联立解得F＝＋(1 分) (3)由功能关系，得WF＋mgh－2Q＝－0(1 分) 解得WF＝＋2Q(1 分) 18．(12 分)(2020·山东模拟)如图18 所示，直角坐标系第二象限存在垂直纸面向外的匀强磁 场，第一象限中有竖直向上的匀强电场，大小均未知．一带电荷量为＋q，质量为m 的粒子 从 P(－1.2d,0)点以初速度v0射入磁场，速度方向与x 轴负方向夹角为37°，经磁场偏转后，从 Q 点进入第一象限时与y 轴负方向夹角为53°，粒子在第一象限运动时，轨迹恰能与x 轴相 切．重力不计，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求： 图18 (1)磁感应强度大小； (2)电场强度大小； (3)粒子轨迹与x 轴相切点的坐标． 答案 (1) (2) (3)(d,0) 解析 (1)粒子在磁场中运动轨迹如图所示， PQ 恰为直径，由几何关系得： 2Rsin 37°＝1.2d(1 分) 由牛顿第二定律得qv0B＝m(2 分) 解得：B＝(1 分) (2)粒子轨迹恰能与x 轴相切，则竖直方向速度为零时恰到x 轴，根据位移速度公式有： (v0cos 53°)2＝2a·2Rcos 37°(2 分) 因为qE＝ma(1 分) 解得：E＝(1 分) (3)粒子沿着x 轴、y 轴方向的分运动分别满足关系式： x＝v0tsin 53°(1 分) y＝2Rcos 37°＝(1 分) 解得：x＝d(1 分) 即相切点的坐标为(d,0)．(1 分)