2024年高考物理选修二专题练习模块素养检测(选必二)

模块素养检测（选必二）

一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。1~5题每小题只有一个选项符合

题目要求。6〜10题每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2

分，有选错的得。分。）

1.［安徽皖北名校2021高二下联考］如图所示为一闭合导线框在匀强磁场中绕垂直于磁

场方向的轴匀速转动产生的正弦式交流电压的变化图像，则由图可知下列说法正确的有

①该交流电压的频率为0.04Hz

②该交流电压的有效值为56V

③该交流电压的瞬时值表达式为e=l（）sin507tt（V）

④t=2xl0-2s时，导线框恰好与磁场方向平行，磁通量为零

A.①③B.②③

C.③④D.①②

答案B

解析：该交流电压的周期为0.04s,则频率为25Hz,①错误；该交流电压的鼓大值为

10V,则有效值为5，iv,②正确；该交流电压的瞬时值表达式为e=Asin爷/=lOsin50TI/（V）,

③正确；f=2xl（T2s时，感应电动势为零，此时导线框恰好与磁场方向垂直，磁通量散大，

④错误.故选B.

2.［山东枣庄第三中学2021高二下质量检测］如图所示，带电荷量大小为q的负粒子M

经小孔从水平边界垂直进入范围足够广.的匀强磁场，虚线为其运动轨迹.粒子M以水平速

度与静止的、带电荷量大小为3夕的正粒子N发生对心正碰，碰后粘在•起，碰撞时间极短，

不考虑粒子M和粒子N的重力，与碰撞前相比，下列说法正确的是（）

A.碰后粒子做匀速圆周运动的周期不变XXXXXX

B.碰后粒子做匀速圆周运动的速率将减为一半XXX-.XXX

碰后粒子做匀速圆周运动的轨迹半径不变

C.xJXXXX

D.碰后粒子做匀速圆周运动的动能减少一一

答案D

解析：粒子M和粒子N碰撞过程，由动量守恒定律得"2M，o=（〃w+〃加）L两粒子发生

完成非弹性碰撞，动能损失最大，所以碰后粒子做匀速圆周运动的动能减少，D正确；粒子

在磁场中做匀速圆周运动，由丁=笳知，碰撞后质量变大但不知道变大多少，电荷量变为

原来2倍，则碰撞后周期无法确定，A错误；由于两粒子质量关系不知，所以碰撞后的速率

不一定减半，B错误；粒子在秘场中做匀速圆周运劫，碰撞前后动量守恒，则动量相同，碰

撞后也荷量增大，由知，碰后粒子做匀速圆周运动的轨道半径减小，C错误.

3.［黑龙江哈尔滨实验中学2021高二下月考］如图所示，一交流电源电压u=22(hnsin

100Ht(V),已知变压器原、副线圈匝数比为

10：1,L灯泡的额定功忘为4W,Lz灯泡的

额定功率为20W,排气扇电动机线圈的电阻为

1Q，电流表的示数为2A,用电器均正常工作，

电表均为理想电表，则()

A.电压表示数为20V

R.灯泡Li的电阻为001。

C.排气扇电动机的热功率为20W

D.整个电路消耗的功率为25W

答案A

解析：原线图的电流为八=景2=去2A=0.2A,原线图的电压为S=U—牛=220V

4%

一瓶V=200V,副线图的包压等于电压表示数，5=非/尸而x20()V=20V,A正确；灯

P\I4Pio

泡L的电阻为R［=#=(02)2C=10°C，B错误；排气扇电动机的电流为/M="一塞

=2A-2QA=1A,排气扇电动机的热功率为PM=/M2/=12X1W=1W,C错误；整个电路

消耗的功率为P=Uh=220x0.2W=44W,D错误.

4.小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图所示.在该

实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，此时电子测力计的示数为G,,磁铁两极之

间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计.直铜条AB的两端通过导线与一电阻连

接成闭合回路，总阻值为R.若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率v在磁场中竖直向

上运动，这时电子测力计的示数为G2,铜条在磁场中的长度为L.关于在直铜条AB向上运

动过程中的说法正确的是］)

A.直铜条AB所受安培力方向向上

B.直铜条AB中感应电流方向为B-A

C.Gi小于G2

D.磁感应强度的大小为B="(G|'G2)R

答案D

解析：直铜条AB向上运动，由右手定则可知，感应电流方向为由左手定则可

知，铜条受到的安培力方向竖直向下，故A、B选项错误；设磁铁的重力为G,由题意可知

Gi=G,铜条向上运动时，铜条受到的安培力F^=BILy方向竖直向下，由牛顿第三定律可

知磁铁受到的磁场力产=广安=8〃，方向竖直向上，由平衡条件得G=G2+B/L,G2=G-

FRIv

BIL,由此可知GI>G2,故C选项错误；感应电•流1=示=一相,解得

11(6,-Gz)

,故D选项正确.

L\Jv

5.将一段导线绕成图甲所示的闭合电路，并固定在纸面内，网路的ab边置于垂直纸面

向里的匀强磁场I中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场H,以垂直纸面向里为磁场H的

正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力，

以水平向右为F的止方向，能正确反映F随时间t变化的图像是（）

ABCD

答案B

解析：由题图乙可知0〜多时间内，磁感应强度随时间线性变化，即等=2（火是一个常数）,

圆环的面积S不变，由七=等=客等可知，圆环中产生的感应电动势不变，则回路中的感

应电流不变，〃〃边受到的安培力不变，可排除选项c、D;0〜号时间内，由楞次定律可判断

出流过而边的电流方向为由。至4,由左手定则可判断出边受到的安培力方向向左，为

负值，故A错误，B正确.

6.|江西宜春上高二中2021高二下月考］如图所示，在边长为L的正方形PQMN区域

内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在MN边界放一刚性挡板，若粒

子能碰到挡板则能够以原速率弹回.一质量为m、带电荷量为q的粒子以某一速度从P点

射入，恰好从Q点射出，下列说法正确的是（）

A.带电粒子一定带负电荷

B.带电粒子的速度最小值为黠

C.若带电粒子与挡板碰撞，则受到挡板作用力的冲量为警

D.带电粒子在磁场中运动时间可能为瞿

答案BCD

解析：若粒子的运动就迹如图甲所示，由左手

定则知，粒子带负电，粒子运动的枕迹半径最小，

速度最小，由4山8=〃片■得，也=舞^B正确；若

粒子带正电，与挡板MN说撞后恰好从Q点射出，

甲乙

C.到达板上的最长时间为笨

D.到达板上的最短时间为黑

答案BC

解析：打在板上的粒子轨迹的临界状态/一、

如图甲所示，根据几何关系知，带电粒子能“41一'.

打在板上的区域长度/=R+小R=（l+小W,/了'、'・、、、、\,:‘

故A错误；由图甲可以看到打在板上的最远:：+v=

点在右边，由几何关系可知，它与。点的距

离为24,故B正确；在磁场中运动时间最长和最短时，粒子运动凯迹示意图如图乙所示，

由几何关系可知，最长时间力=?7;最短时间，2=（二又有粒子在磁场中运动的周期7=平

=半，所以/尸骅及岑，故C正确，D错误.

9.［山东新高考2021高二下月考］将两根电阻均为R的导体棒ab、cd置于倾角为夕的

足够长粗糙导轨上，ab棒质量为m,cd棒质量为2m,两导体棒都恰好静止在导轨上（最大

静摩擦力等于滑动摩擦力），导轨与两导体棒的动摩擦因数均为〃，空间存在磁感应强度为B

的匀强磁场，方向垂直于导轨平面向上.某时刻给ab棒沿导轨向下的初速度即，导轨电阻

不计，下列分析正确的是］）

A.在相等的时间内，安培力对两导体棒的冲量相同\.

B.经过足够长的时间，两导体棒的距离均匀增大”\\

C.经过足够长的时间，两导体棒的距离保持不变

D.经过足够长的时间，回路中产生的焦耳热为|〃?疗**二..........

答案CD

解析：两棒组成闭合回路，电流大小相等，方向相反，两导体棒受到的安培力大小相等，

方向相反，在相等的时间内，安培力对两导体棒的冲量大小相等，方向相反，A错误；开始

时恰也于静■止可知〃〃zgcosJ=mgsin0,ab棒运动切割磁感线产生感应电动势，棒受到沿导

轨向上的安培力，重力和摩擦力向下做减速运动，cd棒受到沿导轨向下的安培力，重力和

摩擦力向下做加速运动，当两棒速度相等时，回路中的电流为0,此时两棒均做匀速运动，

则经过足够长的时间，两导体棒的距离保持不变，B错误，C正确；ab、cd棒组成的系统合

力为0,由动量守恒定律得，〃”0=。"+2m）也解得由能量守恒得，经过足够长的

时间，回路中产生的焦耳热Q=%w（）2—；x（2〃?+/〃）x（；i，0）2=；〃?i，o2,D正确.

10.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仇上端

接有定值电阻R，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度大小为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

保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2V的速度匀速运动.导体棒始终与导轨垂盲且接触

良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g.则下列选项正确的是()

A.P=2mgvsin0、\

B.P=3mgvsin0

C.当导体棒速度达到郛j,加速度大小为|血。/~~

D.在导体棒速度达到2\，后匀速运动的过程中，R上产4----------二

生的焦耳热等于拉力所做的功------------1

答案AC

解析：当印^#6勺迪更港Iy时，升幽羽斤,如图甲户后,〃颉0=8〃,，/=^,所以"领

0=’三当导体棒的速度达i⑵时，对导体棒进行受力分析，如图乙所示，〃蟒in8+Fh~^,综上可得尸二

/咽sin。，功率P=E<2V=2/依疝仇故人正确，B错误.当导依棒速度达^时，对导体棒受力分析，如图丙所

吟

〃刷〃一一^-]

示,。=---------,可得《=侬

〃4~Sin4

故C正确.当导依棒的速度达到2v时,

安培力等于拉力和“侬in夕之和，所以导

丙

体棒以后匀速运动的过程中,R廿生的

焦•秘等拉力和重力做功之也故D错误.

二、非选择题(本题共5小题，共60分。按要求作答，)

11.(10分)如图所示是三个成功的演示实验，回答下列问题.

丙

(1)在实验中，电流表指针偏转的原因是________________________________________

(2)电流表指针偏转角跟感应电动势的大小成关系.

(3)第一个成功实验(如图甲)中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插

入和慢速插入有什么量是相同的？,什么量是不同的？

(4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是：

解析：(1)在实验中，电流表指针偏转的原因是电流表所在回路有感应电流产生.

(2)感应电动势越大，则感应电流越大，电流表指针偏转角越大，故电流表指针偏转角

跟感应包动势的大小成正比关系.

(3)第一个成功实脸(如题图甲)中，将条形磁铁从同一高度插入到线国中同一位宽，快速

插入和慢速插入时磁通量的变化量是相同的，但是由于快速插入时间短，故磁通量的变化率

较大，故两次磁通量的变化率不同.

(4)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，

闭合回路中就有感应电流产生.

12.(10分)如图所示，坐标原点O处有一点状的放射源，它能向xOy平面内的x轴上

方各个方向发射质量为，小电荷量为+4的a粒子，a粒子的速度大小均为也在0<yVd的

区域内存在沿y轴正方向的匀强电场，场强大小七=驾，在y>d的区域内存在垂直I'xOy

平面向里的匀强磁场，磁感应强度需.ab为一块平行于x轴的面积很大的平面感光

板.现发现沿x轴正方向进入电场的粒子恰好打到ab板上.若不考虑a粒子的重力，求：

(l)a粒子刚进入磁场时的速度大小；

(2)ab板与y轴交点的坐标：

(3)将ab板沿)，轴平移，所有粒子均能打到板上时，ab板与)，

轴交点的坐标.

解析：⑴根据动能定理有Eqd=^mv}2—^mv(r,解得n=2v().

(2)设沿x轴正方向进入电场的粒子离开电场进入磁场时速度n与x轴正方向夹角为。,

cos此粒子恰好能打到他板上，此粒子轨迹必与油板相切，粒子运动轨迹如图

?2

所示，根据洛伦兹力提供向心力有Bqv=nr^,得r=jr/,y=d+(r+rsin300)=2d,则ab

板与y轴交点的坐标为(0,2d).

(3)由题意可知，沿x轴负方向进入电场的粒子若能打

到曲板上，则所有粒子均能打到板上.其临界情况是粒子

轨迹恰好与ab板相切.设磁场宽度为"'，由图可知，d'=r

1|4

—rsin30。=彳d,即当ah板下移到的位置时，

JJJ

4

即ab板与y轴交点的坐标为(0,丁/)时恰好所有粒子均能打

到板上.

13.(10分)如图所示，在xOy坐标系中，在y<d的区域内分布有指向y轴正方向的匀

强电场，在dgw3d的区域内分布有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，MN为电场和磁场的

边界，在y=3d处放置一垂直于y轴的足够大金属挡板ab,带电粒子打到板上即被吸收(轨

迹圆与挡板ab相切的粒子刚好不会被吸收)，一质量为m.电荷量为+q的粒子以初速度

vo由坐标原点0处沿X轴正方向射入电场，已知电场强度大小为E=端，粒子的重力不

计.

(1)要使粒子不打到挡板上，磁感应强度大小B应满足什么条件？

(2)通过调节磁感应强度的大小，可让粒子刚好通过点P(4d,0)(图中未画出)，求此时磁

感应强度的大小.\X

解析:⑴粒子先在电场中做类平抛运动，有x=i，*d=%t2,\-----------、

其中'=普=端",得到x=为，粒子进入磁场时速度方向与X•]1:

轴夹角设为8,则相〃。=%=*8=53。，进入磁场时粒子速度v|

=1vo.粒子刚好不打到挡板上时轨迹与板相切，设此时粒子在磁

场中运动半径为ro,由洛伦兹力提供向心力有qBv=m抵丫2，由几何关系得r()(l+cos0)=2d,

得到出=05,则8=量4mvo，故要使粒子不打到挡板上需要满足4mvn

(2)设粒子在磁场中的运动半径为r,粒子再次回到K轴上，沿x轴前进的距离Jx=2x

—2rsin0=3d—1r,且有0vmd,所以d9xv3d.设粒子通过P点时，回旋次数为n,满足nJx

=4d,所以,VnW4(n为正格数)，只能取n=2、n=3、n=4.n=2时，Jx=2d,此时B=；

n=3时，/x=?4d,此时B=堂8mvo；n=4时，/x=d,此时B=望4mv.n

14.(14分)如图甲所示，MN、PQ是间距1=0.5m且足够长的平行导轨，NQ1MN,

导轨的电阻均不订.导轨平面与水平面间的夹角0为37。，NQ间连接有一个R-4Q的电

阻.有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上，磁感应强度的大小B0=1T.将一根质量m

=0.05kg、阻值为r的金属棒ab紧靠NQ放置在导轨上，且与导轨接触良好.现由静止释

放金属棒，当金属棒滑行至cd处时达到稳定速度，已知在此过程中通过金属棒横截面的电

荷量q=0.2C,且金属棒的加速度a与速度v的关系如图乙所示，设金属棒沿导轨向下运动

过程中始终与NQ平行.求：

(1)金属棒与导轨间的动摩擦因数阳

(2)cd离NQ的距离x；

(3)金属棒滑行至cd处的过程中，电阻R上

产生的热量.(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取的

m/s2)

解析：(1)由题图乙知，当丫=0时,a=2m/s2,

由牛顿第二定律得mgsin。一〃〃igcos0=ma,解得〃=05

(2)由题图乙可知Vmax=2m/s时，金属棒速度稳定，滑到cd处.

E

当金属棒达到稳定速度时，安培力F=M,E=BdjZ=—,由牛顿第二定律有

K-rr

〃?gsin0=F+〃〃?gcos/解得r=lQ,

又因为q=12=2(黑,)加=器=船=0.2C,解得x=2m.

⑶根据动能定理有,“gxsin夕一w〃gxcos夕一卬尸热一一一。，解得W>=。息=0.1J,则

电,阻R上产生的热量QR=,Q总=0.08J.

15.(16分)如图所示，水平面上固定着间距不等的两段平行直导轨，处于磁感应强度大

小为B的竖直向下的匀强磁场中，粗糙导轨PQ、PQ，的间距为L,光滑导轨MN、M，N，无

限长，其间距为2L,导轨电阻均不计，金属棒ab、cd垂直放置于两段导轨上与导轨接触良

好，且均可自由滑动，其质量分别为m和2m,二者接入电路的阻值分别为R和2R,