2024-2025年新教材高中物理模块检测含解析新人教版选择性必修第二册VIP

PAGEPAGE11模块达标验收(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共12小题，共40分。第1～8小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个正确选项，每小题3分；第9～12小题有多个正确选项，全选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1．在物理学发展过程中，观测、试验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述不符合史实的是()A．奥斯特在试验中视察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系B．安培依据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相像性，提出了分子电流假说C．法拉第在试验中视察到，在通有恒定电流的静止导线旁边的固定闭合导线圈中，会出现感应电流D．楞次在分析了很多试验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变更解析：选C通有恒定电流的静止导线旁边产生的磁场是不变的，在其旁边的固定闭合导线圈中没有磁通量的变更，因此，不会出现感应电流，选项C错误。2．电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁铁起先自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电状况是()A．从a到b，上极板带正电 B．从a到b，下极板带正电C．从b到a，上极板带正电 D．从b到a，下极板带正电解析：选D磁铁自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，通过线圈的磁通量方向向下且在增大，依据楞次定律可推断出线圈中感应电流的磁场方向向上，利用安培定则可推断出线圈中感应电流方向为逆时针绕向(由上向下看)，流过R的电流方向从b到a，电容器下极板带正电。选项D正确。3．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻推断升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示。将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的某一段时间内，发觉电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内()A．升降机可能匀速上升B．升降机肯定匀减速上升C．升降机肯定处于失重状态D．通过压敏电阻的电流肯定比电梯静止时大解析：选C在升降机运动过程的某一段时间内，电流表示数I不变，且有I＞I0，则说明电源的路端电压增大了，从而分析出是压敏电阻的阻值增大了，压敏电阻受的压力减小了，由牛顿其次定律可知，物块具有向下的加速度，处于失重状态，升降机可能向下匀加速运动，也可能向上匀减速运动，故C正确，A、B错误；因压敏电阻的阻值增大，电源总电流减小，电流表示数变大，故通过压敏电阻的电流肯定比电梯静止时小，D错误。4．如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。电阻为R、半径为l、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为()A．eq\f(Bl2ω,2R) B．eq\f(\r(2)Bl2ω,2R)C．eq\f(\r(2)Bl2ω,4R) D．eq\f(Bl2ω,4R)解析：选D扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径l，各点的平均速度v＝eq\f(lω,2)，导线框进磁场和出磁场时有感应电流产生，由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有E＝eq\f(Bl2ω,2)，eq\f(E2,R)×eq\f(T,4)＝I2RT，联立二式可得I＝eq\f(Bl2ω,4R)，故D正确，A、B、C错误。5．如图所示，三根长均为L的直导线水平放置，截面构成以A为顶点的等腰直角三角形，其中导线A、B中电流的方向垂直纸面对里，导线C中电流的方向垂直纸面对外。若导线B、C中的电流在导线A所在位置产生的磁感应强度的大小均为B0，导线A通过的电流大小为I，则导线A受到的安培力的大小和方向为()A．eq\r(2)B0IL，水平向左 B．2B0IL，水平向左C．eq\r(2)B0IL，竖直向上 D．2B0IL，竖直向上解析：选CB、C中的电流在A处产生的磁场的磁感应强度的大小均为B0，方向如图所示。依据平行四边形定则，结合几何关系，可得A处的磁感应强度大小为BA＝eq\r(2)B0，方向水平向左；由左手定则可知，导线A所受安培力方向竖直向上，大小为F＝eq\r(2)B0IL，选项C正确，A、B、D错误。6．如图所示，一束正离子先后经过速度选择器和匀强磁场区域，则在速度选择器中沿直线运动且在匀强磁场中偏转半径相等的离子具有相同的()A．电荷量和质量 B．质量和动能C．速度和比荷 D．速度和质量解析：选C在速度选择器中，正离子不偏转，说明离子受力平衡，离子受电场力和洛伦兹力，有qv0B1＝qE，得v0＝eq\f(E,B1)，可知这些正离子具有相同的速度；进入只有匀强磁场的区域时，离子的偏转半径相同，由R＝eq\f(mv0,qB2)和v0＝eq\f(E,B1)可得R＝eq\f(mE,qB1B2)，可知这些正离子具有相同的比荷。选项C正确，选项A、B、D错误。7．如图所示，在一平面正方形MNPQ区域内有一匀强磁场垂直纸面对里，磁感应强度为B。一质量为m、电荷量为q的粒子以速度v从Q点沿着与边QP夹角为30°的方向垂直进入磁场，从QP边界射出。已知QP边长为a，不计粒子的重力，下列说法正确的是()A．该粒子带正电B．运动过程中粒子的速度不变C．粒子在磁场中运动的时间为eq\f(πm,3qB)D．粒子的速度的最大值为eq\f(qBa,2m)解析：选C粒子从PQ边射出匀强磁场，粒子刚射入磁场时受到的洛伦兹力垂直于速度斜向右下方，由左手定则可知，粒子带负电，故A错误；粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，粒子速度大小不变而方向发生变更，粒子速度发生变更，故B错误；粒子在匀强磁场中转过的圆心角θ＝2×30°＝60°，则粒子在匀强磁场中的运动时间t＝eq\f(θ,360°)T＝eq\f(60°,360°)×eq\f(2πm,qB)＝eq\f(πm,3qB)，故C正确；粒子从P点射出磁场时轨道半径最大，粒子速度最大，此时粒子轨道半径r＝a，由牛顿其次定律得qvB＝meq\f(v2,r)，粒子的最大速度v＝eq\f(qBr,m)＝eq\f(qBa,m)，故D错误。8．如图所示的电路中，a、b、c为三个相同的灯泡，线圈L的自感系数很大，电阻不计，电源E内阻不计，下列推断正确的有()A．S闭合的瞬间，c灯亮B．S闭合的瞬间，b灯最亮C．电路稳定后，将S断开的瞬间，a、c两灯马上熄灭D．电路稳定后，将S断开，a、c两灯亮度相同且渐渐变暗解析：选D由于通过线圈L的电流会缓慢变更，当开关S闭合的瞬间，线圈L中的电流为零，电路的结构为b、c串联后与a并联，所以a支路的电阻值小，流过a的电流大，而流过b、c的电流相等，所以S闭合的瞬间，b、c两灯一样亮，a灯最亮，A、B均错误；当电流渐渐稳定时，线圈L不产生感应电动势，此时b被短路，a、c并联，电路稳定后，将S断开，此时线圈L产生感应电动势，相当于电源，电路的结构是a、c串联后与b并联，所以a、c两灯亮度相同且渐渐变暗，C错误，D正确。9．关于电磁波，下列说法正确的是()A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变更的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度方向、磁感应强度方向均垂直D．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消逝解析：选ABC电磁波在真空中的传播速度等于光速，与电磁波的频率无关，选项A正确；周期性变更的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波，选项B正确；电磁波传播方向与电场强度方向、磁感应强度方向均垂直，选项C正确；电磁波波源的电磁振荡停止，波源不再产生新的电磁波，但空间中已产生的电磁波仍可接着传播，选项D错误。10．如图所示，闭合金属环从曲面上h高处滚下，又沿曲面的另一侧上升，设环的初速度为零，摩擦不计，曲面处在图示磁场中，则()A．若是匀强磁场，环滚上的高度小于hB．若是匀强磁场，环滚上的高度等于hC．若是非匀强磁场，环滚上的高度等于hD．若是非匀强磁场，环滚上的高度小于h解析：选BD若是匀强磁场，环中磁通量不变，无感应电流产生，环的机械能守恒，A错误，B正确；若为非匀强磁场，则环中磁通量变更，产生感应电流，机械能削减，C错误，D正确。11．图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为如图乙所示的正弦式沟通电压，并加在一志向变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，两线圈横截面积相同，电压表为志向沟通电表。当变压器副线圈两端电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花点燃气体。开关闭合后，下列说法正确的是()A．电压表的示数为2．5eq\r(2)VB．若没有转换器，则变压器副线圈输出的是直流电C．若eq\f(n1,n2)＞eq\f(1,1000)，则可以实现燃气灶点火D．穿过原、副线圈的磁通量之比为1∶1解析：选AD依据题图乙可以得到原线圈输入电压的最大值U1m＝5V，依据正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，原线圈输入电压的有效值U1＝eq\f(U1m,\r(2))＝2．5eq\r(2)V，则电压表的示数为2．5eq\r(2)V，故A正确；若没有转换器，原、副线圈中磁通量恒定，不会发生电磁感应现象，变压器副线圈无电流输出，故B错误；由题意可知，副线圈输出电压最大值U2m＞5000V时，可实现燃气灶点火，依据变压比可知，eq\f(U1m,U2m)＝eq\f(n1,n2)，解得实现点火的条件是eq\f(n1,n2)＜eq\f(1,1000)，故C错误；志向变压器的原、副线圈横截面积相同，且无漏磁现象，穿过原线圈的磁感线也全部穿过副线圈，故穿过原、副线圈的磁通量之比为1∶1，故D正确。12．如图所示，一个边长为L的正方形线圈置于边界水平的匀强磁场上方L处，磁场宽也为L，方向垂直纸面对里，由静止释放线圈且线圈平面始终与磁场方向垂直。假如从线圈的一条边刚进入磁场起先计时，下列关于通过线圈横截面的电荷量q、感应电流i、线圈运动的加速度a、线圈具有的动能Ek随时间变更的图像中，可能正确的是()解析：选ACD若线圈进入磁场时受到的安培力等于重力，则线圈匀速进入，感应电流恒定，由q＝It可知，通过线圈横截面的电荷量匀称增大，线圈离开时由楞次定律可知，感应电流方向变更，通过的电荷量匀称减小，A项可能；由于线圈通过磁场时，线圈的宽度与磁场的宽度相等，故始终是一条边做切割磁感线运动，且速度不行能减小到零，所以线圈通过磁场的过程中不行能出现感应电流为零的状况，故B项错误；由于线圈进入磁场时重力也可能大于安培力，因此接着做加速运动，但速度增大安培力也增大，则加速度减小，当安培力增大到等于重力时，加速度变为零，故C项可能；假如线圈刚进入磁场时安培力就大于重力，则线圈做减速运动，速度减小则安培力减小，最终可能达到平衡，速度不变，动能不变，故D项可能。二、非选择题(本题共6小题，共60分)13．(6分)利用DIS(数字化信息处理系统)探究手摇发电机(如图所示)的线圈产生的交变电流。试验步骤如下：①将电压传感器接入数据采集器；②电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联；③点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”；④缓慢摇动发电机的手柄，视察工作界面上的信号。(1)屏上出现的电压波形如图所示，从图中可以看出，手摇发电机产生的电压波形不是正弦波，其缘由可能是______________________________(写出一条即可)。(2)探讨交变电流的波形时，发觉在用手摇动发电机手柄的2min内屏上出现了61个向上的“尖峰”，则交变电流的平均周期为____________。假如发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径的2倍，则手摇大轮转动的平均角速度为__________。解析：(1)只有线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电流才是标准的正弦式沟通电。手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的，所以不是匀强磁场，由于是手摇转动，转速难以保证恒定。(2)屏上每出现一次向上的“尖峰”，就代表经过了一个周期，2min内屏上出现了61个向上的“尖峰”，表明周期T＝eq\f(2×60,61－1)s＝2s，大轮的角速度等于小轮的角速度的一半，所以大轮的角速度ω＝eq\f(2π,T)·eq\f(1,2)＝0.5πrad/s。答案：(1)转子不是在匀强磁场中转动(或手摇发电机的转速不匀称)(2)2s0.5πrad/s14．(8分)磁力锁主要由电磁铁和衔铁组成。某小组用如图甲所示的装置探讨电磁铁的工作电压与衔铁所受磁力大小的关系，弹性梁一端连接有衔铁，在外力作用下可以上下运动，另一端固定于墙壁，电磁铁位于衔铁正下方，V1为志向电压表。(1)为增大电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片P应向________端移动(选填“c”或“d”)。(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30Ω，滑动变阻器的最大阻值为170Ω，电源E的电动势为12．0V，滑动变阻器能供应的最大分压为11．9V，则电源E的内阻为________Ω(保留2位有效数字)。(3)同学们将阻值会因形态变更而发生变更的金属应变片R1粘贴在弹性梁的上表面，然后将金属应变片R1、定值电阻R2和志向电压表V2连接成如图乙所示的电路。线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，R1的阻值将________，电压表V2的读数将________。(填“增大”“减小”或“不变”)(4)在线圈通电吸合衔铁后，用外力F使电磁铁和衔铁刚好分开，测得外力F与线圈两端电压U的关系如图丙所示，若要求该锁能反抗1200N的外力，则工作电压至少为________V。解析：(1)依据电流的磁效应，电流越大，产生的磁场强度越强，为了增加电磁铁产生的磁感应强度，变阻器的滑片应当滑向c端；(2)当滑动变阻器的滑片P滑到c端时，滑动变阻器供应的分压最大，由闭合电路欧姆定律E＝Um＋Ir，I＝eq\f(Um,R)，R＝eq\f(30×170,30＋170)Ω＝25．5Ω，联立解得：r＝0.21Ω。(3)线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，依据电阻定律，R1的阻值将增大；依据串联电路分压规律可知，电阻增大，电压增大，所以电压表V2的读数将增大。(4)由图丙可知，F＝1200N时对应的工作电压为6．0V，即要求该锁能反抗1200N的外力，则工作电压至少为6．0V。答案：(1)c(2)0.21(3)增大增大(4)6．015．(7分)如图所示，由S点发出的电荷量为q、质量为m的带电粒子，从静止被加速电压为U、极板间距离为d的匀强电场加速后，从正中心垂直射入电压为U的匀强偏转电场，偏转极板长度和极板距离均为L，带电粒子离开偏转电场后即进入一个垂直纸面方向的匀强磁场，其磁感应强度为B。若不计重力影响，欲使带电粒子通过某路径返回S点，求：(1)简要画出粒子经磁场返回S点的路径(粒子其次次进入电场时电场方向反向)。(2)粒子第一次进入磁场时的速度大小？(3)匀强磁场的宽度D至少为多少？解析：(1)粒子运动路径如图所示。(2)加速电场对粒子加速，由动能定理得qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)解得v0＝eq\r(\f(2qU,m))粒子在偏转电场中做类平抛运动，其加速度a＝eq\f(qU,mL)粒子通过偏转电场的时间t2＝eq\f(L,v0)＝Leq\r(\f(m,2qU))粒子在偏转电场中的侧移距离y＝eq\f(1,2)ateq\o\al(2,2)＝eq\f(L,4)侧向速度vy＝at2＝eq\r(\f(qU,2m))则粒子射出偏转电场时的速度v＝eq\r(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,y))＝eq\r(\f(5qU,2m))。(3)粒子以速度v进入磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力供应向心力，设运动半径为R，有qvB＝meq\f(v2,R)解得R＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(1,B)eq\r(\f(5mU,2q))则磁场宽度DD＝R＋eq\r(R2－y2)＝eq\f(1,B)eq\r(\f(5mU,2q))＋eq\r(\f(5mU,2qB2)－\f(L2,16))。答案：(1)见解析图(2)eq\r(\f(5qU,2m))(3)eq\f(1,B)eq\r(\f(5mU,2q))＋eq\r(\f(5mU,2qB2)－\f(L2,16))16．(9分)为保证教学工作正常开展，防止停电事故发生，某中学安排购置一台应急备用发电机。要求如下：一是要保证全校88间教室全部日光灯能正常发光；二是为避开噪音干扰发电机需远离教学区；三是尽量利用已有设备和线路。为此，某物理老师调查后得到以下数据：该校每间教室有日光灯20盏，每盏20W，额定电压均为220V；发电机安装位置距离并网接口约500米，计算得出此段所用电线每米电阻约2．0×10－3Ω，其余部分电阻不计；学校已有升压变压器和降压变压器各一台，升压变压器匝数比为n1∶n2＝1∶4，降压变压器的匝数比为n3∶n4＝4∶1，两变压器均可视为志向变压器，该物理老师画出示意图如图所示。则：(1)输电线总电阻R线是多少？(2)购买的发电机功率P应不小于多少？(3)发电机输出的电压U1是多少才能保证灯泡正常发光？解析：(1)输电线总电阻R线＝2×500×2．0×10－3Ω＝2Ω。(2)全部电灯正常发光时消耗的功率P灯＝88×20×20W＝35200W＝P4＝P3当灯正常发光时，降压变压器副线圈两端电压U4＝220V降压变压器原、副线圈两端电压之比eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)＝eq\f(4,1)解得U3＝880V两变压器之间输电线上的电流I线＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(35200,880)A＝40A输电线上损失的功率P线＝Ieq\o\al(2,线)R线＝402×2W＝3200W所以P＝P灯＋P线＝38400W＝38．4kW即所购发电机额定功率不得低于38．4kW。(3)要保证全部灯能正常发光，则升压变压器副线圈两端电压U2＝U3＋U线＝U3＋I线R线＝960V故升压变压器原线圈两端电压U1＝eq\f(n1,n2)U2＝eq\f(1,4)×960V＝240V。答案：(1)2Ω(2)38．4kW(3)240V17．(14分)如图所示，PM、QN是两根半径为d的光滑的eq\f(1,4)圆弧轨道，其间距为l，O、P连线水平，M、N在同一水平高度，圆弧轨道电阻不计，在其上端连有一阻值为R的电阻，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。现有一根长度稍大于l、质量为m、电阻为r的金属棒从轨道的顶端PQ处由静止起先下滑，到达轨道底端MN时对轨道的压力为2mg，求：(1)金属棒到达最低点时它两端的电压；(2)金属棒下滑过程中它产生的热量；(3)金属棒下滑过程中通过它的电荷量。解析：(1)在轨道的最低点MN处，金属棒对轨道的压力FN＝2mg，依据牛顿第三定律知轨道对金属棒的支持力大小FN′＝FN＝2mg，则FN′－mg＝meq\f(v2,d)，解得v＝eq\r(gd)。金属棒切割磁感线产生的感应电动势E＝Blv金属棒到达最低点时两端的电压U＝eq\f(R,R＋r)E＝eq\f(R,R＋r)Bleq\r(gd)。(2)金属棒下滑过程中，由能量守恒定律得mgd＝Q＋eq\f(1,2)mv2，解得Q＝eq\f(1,2)mgd。金属棒产生的热量Qr＝eq\f(r,R＋r)Q＝eq\f(mgdr,2R＋r)。(3)由q＝IΔt，I＝eq\f(E,R＋r)，E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，ΔΦ＝Bld，联立解得q＝eq\f(Bld,R＋r)。答案：(1)eq\f(R,R＋r)Bleq\r(gd)(2)eq\f(mgdr,2R＋r)(3)eq\f(Bld,R＋r)18．(16分)带电粒子一般没有通常意义上的容器可装，而是由磁场约束带电粒子运动将其束缚在某个区域内。如图甲所示，圆盒为电子放射器，厚度为h，M处是电子出射口，它是宽度为d＝eq