【优化方案】2021届高考物理二轮复习综合讲义：综合检测4

综合检测一、选择题1．(2022·河南开封一模)如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为R.L1和L2为相同的灯泡，每个灯泡的电阻和定值电阻阻值均为R.电压表为抱负电表．K为单刀双掷开关，当开关由1位置掷到2位置时，下列说法中正确的是()A．L1亮度不变，L2将变暗B．L1将变亮，L2将变暗C．电源内阻的发热功率将变小D．电压表示数将变小解析：选D.开关掷到位置1时，灯泡L1和L2并联，并联电阻R并＝eq\f(R×R,R＋R)＝eq\f(R,2)，电路总电阻R总＝R＋R＋eq\f(R,2)＝eq\f(5R,2)，干路电流I＝eq\f(E,R总)＝eq\f(2E,5R)，依据并联电路电流与电阻成反比可得流过灯泡L1和L2的电流相等，即I1＝I2＝eq\f(E,5R).开关掷到2位置，灯泡L1与定值电阻R串联，然后与灯泡L2并联，并联电阻为R并′＝eq\f(R＋R×R,R＋R＋R)＝eq\f(2R,3)，电路总电阻R总′＝R＋eq\f(2R,3)＝eq\f(5R,3)，干路电流I′＝eq\f(E,R总′)＝eq\f(3E,5R)，依据并联电路电流与电阻成反比可得流过灯泡L1的电流I1′＝I′×eq\f(1,3)＝eq\f(E,5R)，流过灯泡L2的电流I2′＝I′×eq\f(2,3)＝eq\f(2E,5R).据此推断，开关由1位置掷到2位置，流过灯泡L1的电流大小不变，灯泡亮度不变，流过灯泡L2的电流变大，灯泡变亮，所以选项A、B错．总电流变大，电源内阻的发热功率(P＝I2R)变大，选项C错．总电流变大，内电压变大，路端电压变小，电压表示数变小，选项D对．2．(多选)(2022·高考山东卷)如图，将额定电压为60V的用电器，通过一抱负变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，沟通电压表和沟通电流表(均为抱负电表)的示数分别为220V和2.2A．A．变压器输入功率为484WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6C．通过副线圈的电流的最大值为2.2D．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3解析：选BD.对于抱负变压器，P入＝P出，所以输入功率P入＝60×2.2W＝132W，A错．I1＝eq\f(P入,U1)＝eq\f(132,220)A＝0.6A，B正确．正弦式沟通电电流的最大值I2m＝eq\r(2)I2＝2.2eq\r(2)A，C错误．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝11∶3，D正确．3．(多选)(2021·高考江苏卷)将一电荷量为＋Q的小球放在不带电的金属球四周，所形成的电场线分布如图所示，金属球表面的电势处处相等．a、b为电场中的两点，则()A．a点的电场强度比b点的大B．a点的电势比b点的高C．检验电荷－q在a点的电势能比在b点的大D．将检验电荷－q从a点移到b点的过程中，电场力做负功解析：选ABD.电场线的疏密程度表示场强的大小，A正确；沿电场线方向电势降低，B正确；负电荷在电势越高的位置电势能越小，C错误；因负电荷从a点移到b点的过程中电势能增大，由功能关系知电场力必做负功，D正确．4．(2022·高考安徽卷)一带电粒子在电场中仅受静电力作用，做初速度为零的直线运动．取该直线为x轴，起始点O为坐标原点，其电势能Ep与位移x的关系如图所示．下列图象中合理的是()解析：选D.在粒子运动中的某一小段位移Δx内电场力做功qEΔx.由功能关系知ΔEp＝－qE·Δx，即eq\f(ΔEp,Δx)＝－qE，Ep－x图线斜率的确定值表示电场力，故由图线可知E渐渐减小，A错误．因粒子仅受电场力作用，由qE＝ma可知a也渐渐减小，D正确；再由动能定理有ΔEk＝qE·Δx，即eq\f(ΔEk,Δx)＝qE，Ek－x图线的斜率也表示电场力，则Ek－x图线应是一条斜率渐渐减小的曲线，B错误．由v2＝2ax有v＝eq\r(2ax)，可知v－x图线应是一条曲线，故C错误．5．(多选)(2022·甘肃第一次诊考)如图所示，在xOy坐标系中，将一带负电的摸索电荷q由y轴上的a点移至x轴上的b点时，需克服电场力做功W；若将q从a点移至x轴上c点时，也需克服电场力做功W.那么此空间存在的静电场可能是()A．电场强度沿y轴负方向的匀强电场B．电场强度沿x轴正方向的匀强电场C．位于第Ⅰ象限某一位置的正点电荷形成的电场D．位于y轴上的一对等量异种电荷形成的电场解析：选ACD.电荷由a到b过程中－qUab＝－W，由a到c过程中－qUac＝－W，说明b、c两点电势相等，在图1、3、4中b、c两点电势均相等．所以，A、C、D正确，B项错误．6．带电粒子a、b在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的动量大小相等(已知动量等于质量与速度的乘积，即p＝mv)，a运动的半径大于b运动的半径．若a、b的电荷量分别为qa、qb，质量分别为ma、mb，周期分别为Ta、Tb.则确定有()A．qa<qbB．ma<mbC．Ta<TbD.eq\f(qa,ma)<eq\f(qb,mb)解析：选A.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿其次定律得qvB＝meq\f(v2,r)①两粒子动量相等，由①知p＝mv＝qBr，则qaBra＝qbBrb已知ra>rb，则qa<qb，故选项A正确．由已知条件不能对其他选项进行判定．7．(多选)(2022·河南六市联考)如图所示，两个半径相同的半圆形光滑轨道置于竖直平面内，左右两端等高，分别处于沿水平方向的匀强磁场和匀强电场中．两个相同的带正电小球a、b同时从两轨道左端最高点由静止释放，M、N为轨道最低点，则下列说法中正确的是()A．两个小球到达轨道最低点的速度vM＜vNB．两个小球第一次经过轨道最低点时对轨道的压力FM＞FNC．磁场中a小球能到达轨道另一端最高处，电场中b小球不能到达轨道另一端最高处D．a小球第一次到达M点的时间大于b小球第一次到达N点的时间解析：选BC.依据动能定理，对a球，mgR＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,M)－0，对b球，mgR－EqR＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,N)－0，可得vM＞vN，所以a球第一次到达M点的时间小于b球第一次到达N点的时间，所以A、D两项均错．由F－mg＝meq\f(v2,R)，可知FM＞FN，所以B项正确．依据能量守恒，洛伦兹力不做功，a球的机械能守恒，故能到达另一端最高处，电场力做负功，b小球机械能削减，故不能到达轨道另一端最高处，所以C项正确．8．(多选)(2022·高考四川卷)如图所示，不计电阻的光滑U形金属框水平放置，光滑、竖直玻璃挡板H、P固定在框上，H、P的间距很小．质量为0.2kg的细金属杆CD恰好无挤压地放在两挡板之间，与金属框接触良好并围成边长为1m的正方形，其有效电阻为0.1Ω.此时在整个空间加方向与水平面成30°角且与金属杆垂直的匀强磁场，磁感应强度随时间变化规律是B＝(0.4－0.2t)T，图示磁场方向为正方向．框、A．t＝1s时，金属杆中感应电流方向从C到DB．t＝3s时，金属杆中感应电流方向从D到CC．t＝1s时，金属杆对挡板P的压力大小为0.1ND．t＝3s时，金属杆对挡板H的压力大小为0.2N解析：选AC.据已知B＝(0.4－0.2t)T可知t＝1s时，正方向的磁场在减弱，由楞次定律可判定电流方向为由C到D，A项正确．同理可判定B项错误．t＝1s时感应电动势E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(|ΔB|,Δt)·S·sin30°＝0.1V，I＝E/R＝1A，安培力F安＝BIL＝0.2N，对杆受力分析如图．结合牛顿第三定律可知金属杆对挡板P的压力大小为F′N＝F安cos60°＝0.1N，C项正确．同理可得t＝3s时对挡板H的压力大小为0.1N，D项错误．9．(多选)(2022·内蒙古包头测评)如图，在水平桌面上放置两条相距l的平行光滑导轨ab与cd，阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连．质量为m、电阻不计的导体棒垂直于导轨放置并可沿导轨自由滑动．整个装置放于匀强磁场中，磁场的方向竖直向上，磁感应强度的大小为B.导体棒的中点系一个不行伸长的轻绳，绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后，与一个质量也为m的物块相连，绳处于拉直状态．现若从静止开头释放物块，用h表示物块下落的高度(物块不会触地)，g表示重力加速度，其他电阻不计，则()A．电阻R中的感应电流方向由a到cB．物块下落的最大加速度为gC．若h足够大，物块下落的最大速度为eq\f(mgR,B2l2)D．通过电阻R的电荷量为eq\f(Blh,R)解析：选CD.题中导体棒向右运动切割磁感线，由右手定则可得回路中产生顺时针方向的感应电流，则电阻R中的电流方向由c到a，A错误；对导体棒应用牛顿其次定律有：T－F安＝ma，又F安＝Beq\f(Blv,R)l，再对物块应用牛顿其次定律有：mg－T＝ma，则联立可得：a＝eq\f(g,2)－eq\f(B2l2v,2mR)，则物块下落的最大加速度am＝eq\f(g,2)，B错误；当a＝0时，速度最大为vm＝eq\f(mgR,B2l2)，C正确；下落h的过程，回路中的面积变化量ΔS＝lh，则通过电阻R的电荷量q＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(BΔS,R)＝eq\f(Blh,R)，D正确．二、计算题10．(2022·高考福建卷)如图，真空中xOy平面直角坐标系上的ABC三点构成等边三角形，边长L＝2.0m．若将电荷量均为q＝＋2.0×10－6C的两点电荷分别固定在A、B点，已知静电力常量k＝9.0×109N·m2/C(1)两点电荷间的库仑力大小；(2)C点的电场强度的大小和方向．解析：(1)依据库仑定律，A、B两点电荷间的库仑力大小为F＝keq\f(q2,L2)①代入数据得F＝9.0×10－3N．②(2)A、B点电荷在C点产生的场强大小相等，均为E1＝keq\f(q,L2)③A、B两点电荷形成的电场在C点的合场强大小为E＝2E1cos30°④由③④式并代入数据得E＝7.8×103N/C场强E的方向沿y轴正向．答案：(1)9.0×10－3N(2)7.8×103N/C方向沿y轴正方向11．(2022·高考江苏卷)如图所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为θ，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层.匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直.质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并始终匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g.求：(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数μ；(2)导体棒匀速运动的速度大小v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q.解析：(1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡：mgsinθ＝μmgcosθ解得μ＝tanθ.(2)在光滑导轨上感应电动势：E＝BLv感应电流：I＝eq\f(E,R)安培力：F安＝BIL受力平衡：F安＝mgsinθ解得v＝eq\f(mgRsinθ,B2L2).(3)摩擦生热Q摩＝μmgdcosθ由能量守恒定律得3mgdsinθ＝Q＋Q摩＋eq\f(1,2)mv2解得Q＝2mgdsinθ－eq\f(m3g2R2sin2θ,2B4L4).答案：(1)tanθ(2)eq\f(mgRsinθ,B2L2)(3)2mgdsinθ－eq\f(m3g2R2sin2θ,2B4L4)12．如图所示，左侧装置内存在着匀强磁场和方向竖直向下的匀强电场，装置上下两极板间电势差为U、间距为L；右侧为“台形”匀强磁场区域ACDH，其中，AH∥CD，eq\x\to(AH)＝4L.一束电荷量大小为q、质量不等的带电粒子(不计重力、可视为质点)，从狭缝S1射入左侧装置中恰能沿水平直线运动并从狭缝S2射出，接着粒子垂直于AH、由AH的中点M射入“台形”区域，最终全部从边界AC射出．若两个区域的磁场方向均水平(垂直于纸面对里)、磁感应强度大小均为B，“台形”区域宽度eq\x\to(MN)＝L，忽视电场、磁场的边缘效应及粒子间的相互作用．(1)判定这束粒子所带电荷的种类，并求出粒子速度的大小；(2)求出这束粒子可能的质量最小值和最大值；(3)求出(2)问中偏转角度最大的粒子在“台形”区域中运动的时间．解析：(1)由于粒子在“台形”磁场中从边界AC射出，可知粒子带正电由于粒子在左侧正交电磁场中沿直线通过且洛伦兹力不做功，故粒子速率不变有qvB＝qE，E＝eq\f(U,L)，所以v＝eq\f(U,BL).(2)在“台形”区域内，粒子做匀速圆周运动由牛顿其次定律，有qvB＝meq\f(v2,R)由上式知，当粒子质量有最小值时，R最小，粒子