2020届高考物理通用二轮题：电路与电磁感应、近代物理练习及答案

2020届高考物理通用二轮题：电路与电磁感应、近代物理练习及答案
专题：电路与电磁感应、近代物理
一、选择题
1、(2019·山东省烟台市模拟)如图甲所示，一个简单的闭合电路由内、外两部分电路构成。

已知内电路的电源是一个化学电池，电池的正、负极附近分别存在着化学反应层，反应层中非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个地方，电势会沿电流方向“跃升”。

这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示。

图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低，D点的高度略低于C点。

若减小外电路电阻R，则下列说法正确的是()
A．C、D两点之间的高度差将变大
B．A、D两点之间的高度差和C、B两点之间的高度差之和将变小
C．A、B两点之间的高度差不变
D．在电子从A点经DC移动至B点的过程中，非静电力做功将变大
2、如图所示，10匝矩形金属线框在磁感应强度为0.4 T的匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO′以角速度100 rad/s匀速转动，线框电阻不计，面积为0.5 m2，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接有两只灯泡L1和L2，且开关S断开时灯泡L1正常发光，电流表示数为0.01 A，则()
A．若从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值表达式为e＝
200sin100t(V)
B．灯泡L1的额定功率为2 W
C．若开关S闭合，灯泡L1将更亮
D．若开关S闭合，电流表示数将增大
3、(2019·湖南模拟)
图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中受电线圈示意图，已知线圈匝数n＝100匝、电阻r＝1 Ω、横截面积S＝1.5×10－3 m2，外接电阻R＝7 Ω。

线圈处在平行于线圈轴线的磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，设磁场的正方向水平向左，则()
A．在0.005 s时通过电阻R的电流大小为0
B．在0.005 s时通过电阻R的电流方向由a流向b
C．在0～0.01 s内通过电阻R的电荷量q＝1.5×10－3C
D．在0.02～0.03 s内电阻R产生的焦耳热为Q＝1.8×10－3 J
4、如图所示，质量为m＝0.04 kg、边长l＝0.4 m的正方形线框abcd放置在一光滑绝缘斜面上，线框用一平行斜面的细绳系于O点，斜面的倾角为θ＝30°；线框的一半处于磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化的关系为B＝2＋0.5t(T)，方向垂直于斜面；已知线框电阻为R＝0.5 Ω，重力加速度取g＝10 m/s2.下列说法中正确的是()
A ．线框中的感应电流方向为abcda
B ．t ＝0时，细线拉力大小为F ＝0.2 N
C ．线框中感应电流大小为I ＝80 mA
D ．经过一段时间t ，线框可能拉断细绳向下运动
5、（多选）如图所示，用某单色光照射光电管的阴极K ，会发生光电效应．在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值U 称为反向遏止电压，现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得反向遏止电压分别为U 1和U 2.设电子的质量为m ，电荷量为e.下列说法正确的是( )
A ．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为
2eU 1m B ．用频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为
eU 22m
C ．阴极K 金属的逸出功为W ＝e (U 1ν2－U 2ν1)ν1－ν2
D ．阴极K 金属的极限频率是ν0＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2
6、如图所示，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R1>r，R3为光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小，闭合开关S后，若照射R3的光照强度减弱，则()
A．R1两端的电压变大
B．通过R2的电流变大
C．电源的输出功率变大
D．小灯泡消耗的功率变大
7、(2019·江苏模拟)
发光二极管是目前电器指示灯广泛使用的电子元件，在电路中的符号是
“”。

只有电流从标有“＋”号的一端流入时，它才能发光，如图所示，螺线管与两只反向并联的发光二极管相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管。

下列说法正确的是()
A．磁铁N极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮
B．磁铁S极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮
C．若磁铁磁性足够强，则磁铁可以悬停在管内
D．磁铁减少的重力势能等于回路中产生的电能
8、有一种手持金属探测器实物及其结构原理图可简化为下图所示．探测器运用的是电磁感应原理，发射线圈(外环)可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场；内环线圈是接收线圈，用来收集被查金属物发出的磁场(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场)．随着发射线圈产生的磁场方向反复变化，它会
与所遇的金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的磁场，来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后，检测器会发出报警声．若发射线圈产生向下且增强的磁场，则下列说法中正确的是()
A．金属物产生的感应磁场的方向竖直向下
B．金属物中的涡流从上往下看是沿顺时针方向
C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈会产生微弱的电流，此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的
D．如果金属物中某时刻发出向上的磁场，那么接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向
9、下列描绘两种温度下黑体辐射强度与频率关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()
二、非选择题
(2019·高考大纲调研卷)
两固定水平平行金属导轨间距为L，导轨上放着两根相同导体棒ab和已知每根导体棒质量均为m，电阻均为R，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有
竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为v0和2v0。

(1)求从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的焦耳热；
(2)当ab棒的速度大小变为v0
4时，求：
①通过cd棒的电荷量为多少？
②两棒间的距离增大为多少？
③回路消耗的电功率为多少？
2020届高考物理通用二轮题：电路与电磁感应、近代物理练习及答案
专题：电路与电磁感应、近代物理
一、选择题
1、(2019·山东省烟台市模拟)如图甲所示，一个简单的闭合电路由内、外两部分电路构成。

已知内电路的电源是一个化学电池，电池的正、负极附近分别存在着化学反应层，反应层中非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个地方，电势会沿电流方向“跃升”。

这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示。

图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低，D点的高度略低于C点。

若减小外电路电阻R，则下列说法正确的是()
A．C、D两点之间的高度差将变大
B ．A 、D 两点之间的高度差和
C 、B 两点之间的高度差之和将变小
C ．A 、B 两点之间的高度差不变
D ．在电子从A 点经DC 移动至B 点的过程中，非静电力做功将变大
【答案】A
[解析] 电动势不变，当R 减小时，总电流增大，内电压增大，路端电压减小：而图中C 、D 两点之间的高度差类似于内电压，内电压增大，A 正确；A 与D ，C 与B 高度差的总和为电动势，应不变，B 错误；A 、B 两点的高度差为路端电压，路端电压减小，C 错误；电子从A 处经DC 至B 处，非静电力做功W ＝eE ，做功不变，D 错误。

2、如图所示，10匝矩形金属线框在磁感应强度为0.4 T 的匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO ′以角速度100 rad/s 匀速转动，线框电阻不计，面积为0.5 m 2，线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接有两只灯泡L 1和L 2，且开关S 断开时灯泡L 1正常发光，电流表示数为0.01 A ，则( )
A ．若从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值表达式为e ＝200sin100t(V)
B ．灯泡L 1的额定功率为2 W
C ．若开关S 闭合，灯泡L 1将更亮
D ．若开关S 闭合，电流表示数将增大
【答案】D
解析：变压器的输入电压的最大值为U m ＝NBSω＝10×0.4×0.5×100 V ＝200 V ，从垂直于中性面位置开始计时，故线框中感应电动势的瞬时值表达式为e ＝U m cosωt ＝200cos100t(V)，选项A 错误；变压器输入电压的有效值为U 1＝U m 2
＝
2002 V ＝100 2 V ，开关断开时，L 1正常发光，且电流表示数为0.01 A ，灯泡L 1的额定功率等于此时变压器的输入功率，为P L1＝P ＝U 1I 1＝1002×0.01 W ＝2 W ，选项B 错误；若开关S 闭合，则变压器输出电压不变，灯泡L 1亮度不变，输出端电阻减小，故输出电流增大，输入电流也增大，选项D 正确．
3、(2019·湖南模拟)
图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中受电线圈示意图，已知线圈匝数n ＝100匝、电阻r ＝1 Ω、横截面积S ＝1.5×10－3 m 2，外接电阻R ＝7 Ω。

线圈处在平行于线圈轴线的磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，设磁场的正方向水平向左，则( )
A ．在0.005 s 时通过电阻R 的电流大小为0
B ．在0.005 s 时通过电阻R 的电流方向由a 流向b
C ．在0～0.01 s 内通过电阻R 的电荷量q ＝1.5×10－3C
D ．在0.02～0.03 s 内电阻R 产生的焦耳热为Q ＝1.8×10－3 J
【答案】C
[解析] t ＝0.005 s 时磁感应强度为0，磁通量为0，但磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，A 错误；0～0.005 s 过程中，磁感应强度减小，磁通量减小，根据楞次定律，根据电流磁场方向向左，由安培定则知流过电阻R 的电流方向由b 流向a ，B 错误；在0～0.01 s 内，根据感应电量的公式有q ＝n ΔΦR ＋r
，其中ΔΦ＝2BS ＝2×4×10－2×1.5×10－3＝1.2×10－4Wb ，所以q ＝100×1.2×10－4
7＋1
C ＝1.5×10－3C ，C 正确；由图象知周期T ＝2.0×10－2s ，角速度ω＝2πT ＝2π2.0×10
－2＝100π rad/s ，感应电动势的最大值E m ＝nBSω＝100×4×10－2×1.5×10－3×100π＝0.6π，感应电动势的有效值E ＝E m 2＝0.6π2
，电流I ＝E R ＋r ＝0.6π8A ，电阻R 上产生的焦耳热Q ＝I 2Rt ＝(0.6π8
)2×7×0.01 J ≈4.0×10－3 J ，D 错
误。

4、如图所示，质量为m＝0.04 kg、边长l＝0.4 m的正方形线框abcd放置在一光滑绝缘斜面上，线框用一平行斜面的细绳系于O点，斜面的倾角为θ＝30°；线框的一半处于磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化的关系为B＝2＋0.5t(T)，方向垂直于斜面；已知线框电阻为R＝0.5 Ω，重力加速度取g＝10 m/s2.下列说法中正确的是()
A．线框中的感应电流方向为abcda
B．t＝0时，细线拉力大小为F＝0.2 N
C．线框中感应电流大小为I＝80 mA
D．经过一段时间t，线框可能拉断细绳向下运动
【答案】C
解析：由楞次定律可知线框中的感应电流方向为adcba，故选项A错误；感应
电动势E＝ΔΦ
Δt＝
ΔB
Δt(
1
2l
2)＝0.04 V，由闭合电路欧姆定律，可知线框中感应电流
大小为I＝E
R＝0.08 A＝80 mA，由平衡条件可知F T＋BIl＝mgsinθ，t＝0时，B
＝2 T，解得F T＝0.136 N，故选项B错误，C正确；经过一段时间t，安培力BIl可能大于mgsinθ，所以线框可能沿斜面向上运动，故选项D错误．
5、（多选）如图所示，用某单色光照射光电管的阴极K，会发生光电效应．在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为反向遏止电压，现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得反向遏止电压分别为U1和U2.设电子的质量为m，电荷量为e.下列说法正确的是()
A ．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为
2eU 1m B ．用频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为
eU 22m
C ．阴极K 金属的逸出功为W ＝e (U 1ν2－U 2ν1)ν1－ν2
D ．阴极K 金属的极限频率是ν0＝
U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2 【答案】ACD
解析：在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，逸出的光电子在反向电场中做减
速运动，根据动能定理可得－eU ＝0－12m v 2m ，解得光电子的最大初速度为v m ＝
2eU m ，所以用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为 2eU 1m ，用频
率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为 2eU 2m ，故A 正确，B 错误；根
据光电效应方程可得hν1＝eU 1＋W ，hν2＝eU 2＋W ，联立可得W ＝e (U 1ν2－U 2ν1)ν1－ν2，h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2，阴极K 金属的极限频率ν0＝W h ＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2，C 、D 正确． 6、如图所示，E 为电源，其内阻为r ，L 为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R 1、R 2为定值电阻，R 1>r ，R 3为光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小，闭合开关S 后，若照射R 3的光照强度减弱，则( )
A．R1两端的电压变大
B．通过R2的电流变大
C．电源的输出功率变大
D．小灯泡消耗的功率变大
【答案】B
解析：光照强度减弱，光敏电阻R3的阻值增大，电路中的总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可得，电路中干路电流减小，故R1两端的电压减小，故A错误；因干路电流减小，内电压减小，路端电压增大，同时R1两端的电压减小，故并联电路部分电压增大，则流过R2的电流增大，由并联电路的电流规律可知，流过灯泡的电流减小，由P＝I2R L可知，小灯泡消耗的功率变小，故B正确，D 错误；由于R1>r且电路的总电阻增大，故外电阻比内阻r越来越大，所以电源的输出功率减小，故C错误．
7、(2019·江苏模拟)
发光二极管是目前电器指示灯广泛使用的电子元件，在电路中的符号是
“”。

只有电流从标有“＋”号的一端流入时，它才能发光，如图所示，螺线管与两只反向并联的发光二极管相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管。

下列说法正确的是()
A．磁铁N极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮
B．磁铁S极朝下释放时，先红灯亮后绿灯亮
C．若磁铁磁性足够强，则磁铁可以悬停在管内
D．磁铁减少的重力势能等于回路中产生的电能
【答案】A
[解析]磁铁N极朝下释放时，由楞次定律可判断先是红灯亮后绿灯亮，A 正确；磁铁S极朝下释放时，由楞次定律可判断先是绿灯亮后红灯亮，B错误；即使磁铁磁性足够强，磁铁也不可能悬停在管内，因为假设悬停在管内，螺线管内无磁通量变化，无感应电流产生，磁铁只受重力，C错误；此过程中，磁铁的重力势能、动能和回路中的电能相互转化，磁铁减少的机械能等于回路中产生的电能，D错误。

8、有一种手持金属探测器实物及其结构原理图可简化为下图所示．探测器运用的是电磁感应原理，发射线圈(外环)可以产生垂直于线圈平面且大小和方向均变化的磁场；内环线圈是接收线圈，用来收集被查金属物发出的磁场(接收线圈能完全屏蔽发射线圈产生的磁场)．随着发射线圈产生的磁场方向反复变化，它会与所遇的金属物发生作用，导致金属物自身也会产生微弱的磁场，来自金属物的磁场进入内环线圈被接收到后，检测器会发出报警声．若发射线圈产生向下且增强的磁场，则下列说法中正确的是()
A．金属物产生的感应磁场的方向竖直向下
B．金属物中的涡流从上往下看是沿顺时针方向
C．金属物发出的磁场穿过接收线圈时，接收线圈会产生微弱的电流，此类探测器相应的元件就是依据这一电流进行报警的
D．如果金属物中某时刻发出向上的磁场，那么接收线圈中的感应电流方向从上往下看是沿逆时针方向
【答案】C
解析：先根据探测器发射线圈发出的磁场判定穿过金属物的磁通量方向和变化情况，再根据楞次定律确定金属物中感应电流产生的磁场方向，用安培定则判断金属物中的感应电流的方向，这里特别要注意感应电流产生的磁场与原磁场
不能混淆；金属物发出的磁场穿过接收线圈时，会引起接收线圈产生微弱的电流，使探测器报警，选项C正确；如果金属中发出向上逐渐增加的磁场，接收线圈感应电流从上向下看为顺时针方向，选项D错误．
9、下列描绘两种温度下黑体辐射强度与频率关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()
【答案】B
解析：根据黑体辐射实验规律，黑体热辐射的强度与波长的关系为：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，则各种频率的辐射强度也都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，即向频率较大的方向移动，只有B项符合黑体辐射实验规律．
二、非选择题
(2019·高考大纲调研卷)
两固定水平平行金属导轨间距为L，导轨上放着两根相同导体棒ab和已知每根导体棒质量均为m，电阻均为R，导轨光滑且电阻不计，整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B，开始时ab和cd两导体棒有方向相反的水平初速度，大小分别为v0和2v0。

(1)求从开始到最终稳定的过程中回路总共产生的焦耳热；
(2)当ab 棒的速度大小变为v 04时，求：
①通过cd 棒的电荷量为多少？
②两棒间的距离增大为多少？
③回路消耗的电功率为多少？
[答案] (1)94m v 20 (2)①3m v 04BL 或5m v 04BL ②3m v 0R 2B 2L 2或5m v 0R 2B 2L 2 ③9B 2L 2v 2016R 或B 2L 2v 2016R
[解析] (1)从开始到最终稳定的过程中，两棒总动量守恒，则有：2m v 0－m v 0＝2m v
解得：v ＝v 02
由能量守恒可得从开始到最终稳定回路中产生的焦耳热为：Q ＝12m v 20＋12m(2v 0)2
－12(2m)v 2＝94m v 20
(2)分析两棒运动的情况可知，ab 棒的速度大小为v 04
有两种情况： ①当ab 棒速度未反向时，即v ab ＝－v 04，设此时cd 棒的速度为v 1，由动量守恒
定律：
2m v 0－m v 0＝m v 04＋m v 1
解得： v 1＝5v 04
②当ab 棒速度反向时，即v ′ab ＝v 04，设此时cd 棒的速度为v 2，由动量守恒定
律：
2m v 0－m v 0＝m v 04＋m v 2
解得： v 2＝3v 04
①对棒由动量定理可得： F 安t ＝mΔv ，其中F 安＝BIL
I ＝E 2R ，E ＝BL(v cd －v ab )，q ＝It
代入两种情况可知：当v ′ab ＝－v 04时，BLq 2＝m v 0－m v 04
解得： q 1＝3m v 04BL
当v ab ＝v 04时， BLq 2＝m v 0＋m v 04解得： q 2＝5m v 04BL
②由q ＝ΔΦ2R ＝BLΔx 2R
可得：Δx 1＝3m v 0R 2B 2L 2 或Δx 2＝5m v 0R 2B 2L 2
③由于是纯电阻电路，电功率就是电生热的功率，即P ＝I 2
R ，将I ＝E 2R ，E ＝BL(v cd －v ab )代入得：P ＝B 2L 2(v cd －v ab )24R
； P 1＝B 2L 2(64v 0)24R ＝9B 2L 2v 2016R ，P 2＝B 2L 2(24v 0)24R
＝B 2L 2v 2016R。