高中物理模块训练含解析鲁科版选择性必修第二册

模块综合测评
(分值：100分)
1．(3分)用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化成电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )
A ．红外报警装置
B ．走廊照明灯的声控装置
C ．自动洗衣机中的压力传感装置
D ．电饭煲中控制加热和保温的温控器
A [红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转化成电信号；走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转化成电信号；自动洗衣机中的压力传感装置是把位移信号转化成电信号；电饭煲中控制加热和保温的温控器是把温度信号转化成电信号。

]
2．(3分)如图(a)所示，有一个面积为100 cm 2
的金属圆环，电阻为0.1 Ω，圆环中磁感应强度的变化规律如图(b)所示，且磁场方向与圆环所在平面相垂直，在A →B 过程中，圆环中感应电流I 方向和流过它的电荷量q 为( )
A ．逆时针，q ＝0.01 C
B ．逆时针，q ＝0.02
C C ．顺时针，q ＝0.02 C
D ．逆时针，q ＝0.03 C
A [由楞次定律可知，感应电流为逆时针方向；再由题图(b)可知Δ
B ＝(0.2－0.1)T ＝
0.1 T ，所以q ＝I Δt ＝ΔΦR ＝S ΔB R
＝0.01 C 。

] 3．(3分)三角形导线框abc 固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B 随时间t 变化的规律如图所示。

规定线框中感应电流i 沿顺时针方向为正方向，下列i ­t 图像中正确的是( )
A B
C D
B [磁通量均匀变化，所以产生恒定的感应电流，因为第1 s 内向里的磁通量增加，由楞次定律可判断感应电流方向为逆时针方向，即规定的负方向，1～3 s 时间内感应电流方向为顺时针方向，即规定的正方向，选项B 正确。

]
4．(3分)如图所示，L 为电阻很小的线圈，G 1和G 2为内阻可不计、零点在表盘中央的电流计。

当开关S 处于闭合状态时，两表的指针皆偏向右方。

那么，当开关S 断开时，将出现( )
A ．G 1和G 2的指针都立即回到零点
B ．G 1的指针立即回到零点，而G 2的指针缓慢地回到零点
C ．G 1的指针缓慢地回到零点，而G 2的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点
D ．G 1的指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G 2的指针缓慢地回到零点
D [S 断开后，自感电流的方向与G 1原电流方向相反，与G 2原电流方向相同。

故选D 。

]
5．(3分)为了能安全对某一高电压U 、大电流I 的线路进行测定，图中接法可行的是(绕组匝数n 1>n 2)( )
A B
C D
B [电流互感器是将大电流变成便于测量的小电流，由I 1I 2＝n 2n 1知I 2＝n 1n 2I 1，副线圈的匝数应大于原线圈的匝数且测量时应串联在被测电路中，A 、
C 错误；电压互感器是将高电压变成低电压，由U 1U 2＝n 1n 2知U 2＝n 2n 1
U 1，n 1应大于n 2，且测量时应并联在待测电路中，B 正确，D 错误。

]
6．(3分)图甲为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为4∶1，原线圈接图乙所示的正弦
交流电。

图甲中R t 为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R 1为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。

则下列说法正确的是( )
甲 乙
A ．图乙所示电压的瞬时值表达式为u ＝51sin 50πt (V)
B ．变压器原、副线圈中的电流之比为1∶4
C ．变压器输入、输出功率之比为1∶4
D ．R t 处温度升高时，电压表和电流表的示数均变大
B [题图乙所示电压的瞬时值表达式为u ＝51sin 100πt (V)，A 错误；根据n 1n 2＝I 2I 1可知，原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，理想变压器的输入、输出功率相等，B 正确，
C 错误；R t 处温度升高时，R t 的阻值减小，电压表示数不变，电流表示数变大，
D 选项错误。

]
7．(3分)(2020·全国卷Ⅱ)CT 扫描是计算机X 射线断层扫描技术的简称，CT 扫描机可用于对多种病情的探测。

图(甲)是某种CT 机主要部分的剖面图，其中X 射线产生部分的示意图如图(乙)所示。

图(乙)中M 、N 之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X 射线(如图中带箭头的虚线所示)；将电子束打到靶上的点记为P 点。

则( )
甲
乙
A ．M 处的电势高于N 处的电势
B ．增大M 、N 之间的加速电压可使P 点左移
C ．偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D ．增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P 点左移
D [电子在电场中加速运动，电场力的方向和运动方向相同，而电子所受电场力的方向
与电场的方向相反，所以M 处的电势低于N 处的电势，A 项错误；增大M 、N 之间的电压，根据动能定理可知，电子进入磁场时的初速度变大，根据r ＝mv 0eB 知其在磁场中的轨迹半径增大，偏转程度减小，P 点将右移，B 项错误；根据左手定则可知，磁场的方向应该垂直于纸面向里，C 项错误；结合B 项分析，可知增大磁场的磁感应强度，轨迹半径将减小，偏转程度增大，P 点将左移，D 项正确。

]
8．(3分)(2020·全国卷Ⅲ)真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a 和3a 的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，其横截面如图所示。

一速率为v 的电子从圆心沿半径方向进入磁场。

已知电子质量为m ，电荷量为e ，忽略重力。

为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，磁场的磁感应强度最小为( )
A ．3mv 2ae
B ．mv ae
C ．3mv 4ae
D ．3mv 5ae
C [为使电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，电子进入匀强磁场中做匀速圆周运动的半径最大时轨迹如图所示，设其轨迹半径为r ，轨迹圆圆心为M ，
磁场的磁感应强度最小为B ，由几何关系有r 2＋a 2＋r ＝3a ，解得r ＝43
a ，电子在匀强磁场中做匀速圆周运动有evB ＝m v 2r ，解得B ＝3mv 4ae
，选项C 正确。

]
9．(6分)如图为“研究电磁感应现象”实验中所用器材的示意图。

试回答下列问题。

(1)在该实验中电流计G 的作用是检测感应电流的________和________。

(2)请按实验要求在实物上连线。

(3)在实验出现的电磁感应现象中，A 、B 线圈哪个相当于电源？________(选填“A ”或“B ”)。

[解析] (1)电流计G 的零刻度在表盘中央，电流流过时，指针偏转，既显示了电流的大小，也显示了电流的方向。

(2)电源、开关、滑动变阻器和小线圈构成一闭合回路；大线圈和电流计构成闭合电路。

电路如图所示：
(3)B 线圈与电流计相连，显示回路感应电流，即B 线圈相当于电源。

[答案] (1)大小 方向 (2)见解析图 (3)B
10．(10分)如图所示，水平桌面上有两个质量为m ＝5.0×10－3
kg 、边长均为l ＝0.2 m 的正方形线框A 和B ，电阻均为R ＝0.5 Ω，用绝缘细线相连静止于宽为d ＝0.8 m 的匀强磁场的两边，磁感应强度B ＝1.0 T ，垂直桌面向下，现用水平恒力F ＝0.8 N 拉线框B ，不计摩擦，线框A 的右边离开磁场时恰好做匀速运动，求：
(1)线框匀速运动的速度；
(2)线框产生的焦耳热。

[解析] (1)线框A 的右边离开磁场时
E ＝Blv ，I ＝E R
平衡条件为F ＝BIl ，所以v ＝FR B 2l 2
＝10 m/s 。

(2)由能量守恒定律Q ＝F (d ＋l )－12
·2mv 2 代入数据解得线框进出磁场过程中产生的焦耳热Q ＝0.3 J 。

[答案] (1)10 m/s (2)0.3 J
11．(4分)(多选)如图所示，闭合金属线框从一定高度自由下落进入匀强磁场中，磁场足够大，从ab 边开始进入磁场到cd 边刚进入磁场的这段时间内，线框运动的v ­t 图像可能是( )
A B C D
ACD[当ab边刚进入磁场时，若线框所受安培力等于重力，则线框在从ab边开始进入磁场到cd边刚进入磁场前做匀速运动，故A是可能的；当ab边刚进入磁场时，若线框所受安培力小于重力，则线框做加速度逐渐减小的加速运动，最后可能做匀速运动，故C情况也可能；当ab边刚进入磁场时，若线框所受安培力大于重力，则线框做加速度逐渐减小的减速运动，最后可能做匀速运动，故D可能；线框在磁场中不可能做匀变速运动，故B项是不可能的。

]
12．(4分)(多选)通电矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内，电流方向如图所示，ab边与MN平行。

关于MN的磁场对线框的作用，下列叙述正确的是( )
A．线框有两条边所受的安培力方向相同
B．线框有两条边所受的安培力大小相同
C．线框所受安培力的合力方向向左
D．线框将绕MN转动
BC[通电矩形导线框abcd在无限长通电直导线形成的磁场中，受到磁场力的作用，对于ad边和bc边，所在的磁场相同，但电流方向相反，所以ad边、bc边受磁场力(安培力)大小相同，方向相反，即ad边和bc边受合力为零。

而对于ab和cd两条边，由于在磁场中，离长直导线的位置不同，ab边近而且由左手定则判断受力向左，cd边远而且由左手定则判断受力向右，所以ab边、cd边受合力方向向左，故B、C选项正确。

]
13．(4分)(多选)如图混合正离子束先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的( )
A ．速度
B ．质量
C ．电荷
D ．比荷
AD [在正交的电磁场区域中，正离子不偏转，说明离子受力平衡，在区域Ⅰ中，离子受电场力和洛伦兹力，由qvB ＝qE ，得v ＝E B ，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Ⅱ时，偏转半径相同，由R ＝mv qB 2和v ＝E B ，可知，R ＝mE qB 2B
；这些正离子具有相同的比荷。

故选AD 。

]
14．(4分)(多选)在如图甲所示的电路中，电阻R 的阻值为50 Ω，在ab 间加上如图乙所示的正弦交流电，则下面说法中正确的是( )
甲 乙
A ．交流电压的有效值为100 V
B ．电流表示数为2 2 A
C ．产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14 rad/s
D ．在1 min 内电阻R 上产生的热量为1.2×104
J
AD [从题图乙中可以看出，交流电压的峰值为100 2 V ，所以有效值U ＝100 V ，A 项正确；通过电阻的电流I ＝U R ＝2 A ，B 错误；交流电的周期为T ＝0.02 s ，ω＝2πT
＝314 rad/s ，C 错误，1 min 内Q ＝I 2Rt ＝1.2×104
J ，D 正确。

]
15．(8分)(2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。

所用器材：电源E 、开关S 、滑动变阻器R (最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。

(1)在方框中所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。

(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。

若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V 和3.0 mA ，则此时热敏电阻的阻值为________ kΩ。

(保留2位有效数字)实验中得到的该热敏电阻阻值R 随温度t 变化的曲线如图甲所示。

(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。

由图甲求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)。

(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图乙所示。

图中，E 为直流电源(电动势为10 V ，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V 时，便触发报警器(图中未画出)报警，若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填 “R 1”或“R 2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________ kΩ(保留2位有效数字)。

甲 乙 [解析] (1)由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多，因此滑动变阻器应用分压式接法，由于电压表可视为理想电表，则电流表应用外接法，电路图如答案图所示。

(2)由欧姆定律得R ＝U I ＝ 5.53.0×10
－3 Ω≈1.8×103 Ω＝1.8 kΩ。

(3)由题图(a)可直接读出热敏电阻的阻值为2.2 kΩ时，室温为25.5 ℃。

(4)由题意可知随温度的升高R 2两端的输出电压应增大，又由串联电路的特点可知，R 1的阻值应减小或R 2的阻值应增大，而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，因此R 1应为热敏电阻；当环境温度为50 ℃时，热敏电阻的阻值为0.8 kΩ，则由串联电路的特点有E
R 1＋R 2＝U 2R 2
，解得R 2＝1.2 kΩ。

[答案] (1)如图所示 (2)1.8 (3)25.5 (4)R 1 1.2
16．(10分)质谱仪原理如图所示，a 为粒子加速器，电压为U 1；b 为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B 1，板间距离为d ；c 为偏转分离器，磁感应强度为B 2。

今有一质量为m 、电荷量为e 的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器。

粒子进入
分离器后做半径为R 的匀速圆周运动，求：
(1)粒子的速度v 为多少？
(2)速度选择器的电压U 2为多少？
(3)粒子在B 2磁场中做匀速圆周运动的半径R 为多大？
[解析] (1)在a 中，e 被加速电场U 1加速，由动能定理有eU 1＝12mv 2 得v ＝2eU 1
m 。

(2)在b 中，e 受的电场力和洛伦兹力大小相等，即
e U 2d
＝evB 1 代入v 值得U 2＝B 1d 2eU 1
m 。

(3)在c 中，e 受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，做匀速圆周运动的半径R ＝
mv eB 2 代入v 值得R ＝1B 2 2mU 1e 。

[答案] (1) 2eU 1m (2)B 1d 2eU 1m (3)1B 2 2mU 1e
17．(12分)如图所示，在磁感应强度B ＝1.0 T 、方向竖直向下的匀强磁场中，有一个与水平面成θ＝37°角的导电滑轨，滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab ，已知接在滑轨中的电源电动势E ＝12 V ，内阻不计，ab 杆长l ＝0.5 m ，质量m ＝0.2 kg ，杆与滑轨间的动摩擦因数μ＝0.1，滑轨与ab 杆的电阻忽略不计，g 取10 m/s 2
，sin 37°＝0.6。

接在滑轨上的滑动变阻器R 的阻值在什么范围内变化时，可使ab 杆在滑轨上保持静止？(结果保留一位有效数字)
[解析] 对金属杆受力分析，回路中的电流为：I ＝E
R
金属杆受到的安培力为：F ＝BIl
当摩擦力沿斜面向上，电流强度最小，电阻最大，由共点力平衡得：mg sin 37°－f －F cos 37°＝0
mg cos 37°＋F sin 37°－F N ＝0
f ＝μF N
联立解得：R max ＝5 Ω
当摩擦力沿斜面向下，电流强度最大，电阻最小，由共点力平衡得：
mg sin 37°＋f －F cos 37°＝0
mg cos 37°＋F sin 37°－F N ＝0
f ＝μF N
联立解得：R min ＝3 Ω
故可变电阻在3～5 Ω范围内。

[答案] 3～5 Ω
18．(14分)交流发电机转子有N 匝线圈，每匝线圈所围面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，匀速转动的角速度为ω，线圈电阻为r ，外电路电阻为R ，当线圈处于中性面时开始计时，逆时针匀速转动180°过程中，求：
(1)写出R 两端的电压瞬时值的表达式；
(2)R 上产生的电热Q ；
(3)通过R 的电荷量q 。

[解析] 按照电流的定义I ＝q t ，计算电荷量q 应该用电流的平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值。

电热应该用有效值，先求总电热Q ，再按照内外电阻之比求R 上产生的电热Q R 。

这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。

(1)线圈由中性面开始转动，感应电动势的瞬时值表达式为e ＝nBSωsin ωt
由闭合电路欧姆定律可知i ＝e
R ＋r
电阻R 两端的电压为：u ＝iR
解以上三式得：u ＝R
R ＋r nBSωsin ωt 。

(2)感应电动势的最大值为E m ＝nBSω
- 11 - 感应电动势的有效值为E ＝E m 2 由闭合电路欧姆定律可知I ＝E R ＋r
由焦耳定律可知， Q ＝I 2Rt ，其中t ＝π
ω
解以上四式得： Q ＝n 2πB 2S 2ωR
2R ＋r 2。

(3)通过电阻R 的电荷量为q ＝I －Δt
由闭合电路欧姆定律得： I －＝E
－
R ＋r
由法拉第电磁感应定律得： E －＝n ΔΦ
Δt
ΔΦ＝BS －(－BS )＝2BS
联立以上四式得： q ＝2nBS
R ＋r 。

[答案] (1)u ＝R R ＋r nBSωsin ωt (2)Q ＝πn 2B 2S 2
ωR
2R ＋r 2
(3)q ＝2nBS
R ＋r。