新教材2021-2022人教版物理选择性必修第二册模块检测

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（）分）

1.在物理学发展过程中，观测、实验、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.奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系

B.安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说

C.法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定闭合导线圈中，会

出现感应电流

D.楞次在分析了许多实验事实后提出，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化

详细分析：选C通有恒定电流的静止导线附近产生的磁场是不变的，在其附近的固

定闭合导线圈中没有磁通量的变化，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S1|

的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁铁开始自由下落，在N极接近"门二一说

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情况是7TC

（）

A.从a到心上极板带正电B.从a到心下极板带正电

C.从。到a,上极板带正电D.从〜到a,下极板带正电

详细分析：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，根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向上，利用安培定

则可判断出线图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6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

压敏电阻判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，发现电流表的示数/不变，且/大于升降机静止时电流表的示

数/。，在这段时间内（）

A.升降机可能匀速上升

B.升降机一定匀减速上升

C.升降机一定处于失重状态

D.通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时大

详细分析：选C在升降机运动过程的某一段时间内，电流表示数/不变，且有/>/o,

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，由牛顿第二定律可知，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一定比电梯静

止时小，D错误。XXXXXX

B

XXXXXX

4.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为人

XXXXXX

电阻为/?、半径为I、圆心角为。的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的0XXxOxXX

45产………

轴以角速度。匀速转动（0轴位于磁场边界）。则线框内产生的感应电流

的有效值为（）

BPwrB&U

A・-iF2R

巾Bl2”BP（D

C-4RD.

详细分析：选D扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径/,各点的平均速

度0=?，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

Rpfnpl丁2m

义有£=一厂，-^-X-=Z27?T,联立二式可得/=q故D正确，A、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4、8中电流的方向垂直纸面向里，

导线C中电流的方向垂直纸面向外。若导线8、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Bo,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（）

小BoIL,水平向左

A.B.2B0IL,水平向左

y[2BIL,竖直向上

C.0D.2B0IL,竖直向上

详细分析：选C〃、C中的电流在A处产生的磁场的磁感应强度

的大小均为8o,方向如图所示。根据平行四边形定则，结合几何关系，

可得A处的磁感应强度大小为以=也跖），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=yJiB"L,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

详细分析：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

E

力和洛伦兹力，有qvoBi=qE，得"。=瓦，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=喈和uo=号可得R=~^,可知这些正

q〃2qn\Di

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MN/0区域内有一匀强磁场垂直纸面向笠------:'

IXXXXI

里，磁感应强度为B。一质量为机、电荷量为q的粒子以速度。从Q点沿『'XX；

।xIrXxx；

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°p

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瞿

jqts

D.粒子的速度的最大值为粤

详细分析：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化，粒子速度发生变化，故B错误；粒子在匀

强磁场中转过的圆心角”=2X300=60。，则粒子在匀强磁场中的运动时间，=系7=绘

*翌=舞，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

qnsqb

轨道半径r=a,由牛顿第二定律得效5=机9,粒子的最大速度。=誓=吟，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，下列判断正确的有（）1$]2

A.S闭合的瞬间，c灯亮心

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两灯立即熄灭

D.电路稳定后，将S断开，a、c两灯亮度相同且逐渐变暗

详细分析：选D由于通过线圈L的电流会缓慢变化，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；当电流逐渐稳定时，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两灯亮度相同且逐渐变暗，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.周期性变化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失

详细分析：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；周期性变化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继续传播，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，贝人）

XXXXX

A.若是匀强磁场，环滚上的高度小于X

B.若是匀强磁场，环滚上的高度等于人x、、、*

C.若是非匀强磁场，环滚上的高度等于无

D.若是非匀强磁场，环滚上的高度小于〃

详细分析：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，则环中磁通量变化，产生感应电流，机械能减少,

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

式交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为"I、

两线圈横截面积相同，电压表为理想交流电表。当变压器副线圈两端电压的瞬时值大于5000

V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2.5啦V

B.若没有转换器，则变压器副线圈输出的是直流电

C.若蓝〉"而，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

详细分析：选AD根据题图乙可以得到原线图输入电压的最大值L7im=5V,根据正

弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，原线图输入电压的有效值。=惜=2.5啦V,

则电压表的示数为2.5^2V,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，变压器副线图无电流输出，故B错误；由题意可知，副线图输出电

压最大值。2m>5000V时，可实现燃气灶点火，根据变压比可知，洪=&,解得实现点火

的条件是?<7总，故C错误；理想变压器的原、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I：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I―IT

L

场上方L处，磁场宽也为L,方向垂直纸面向里，由静止释放线圈且线----；

圈平面始终与磁场方向垂直。如果从线圈的一条边刚进入磁场开始计时，；-x-x\-xx-x-f

L

下列关于通过线圈横截面的电荷量外感应电流入线圈运动的加速度“、

线圈具有的动能以随时间变化的图像中，可能正确的是（）

详细分析：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，由可知，通过线圈横截面的电荷量均匀增大，线圈离开时由楞次定律可

知，感应电流方向改变，通过的电荷量均匀减小，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，且速度不可能减小到零，

所以线圈通过磁场的过程中不可能出现感应电流为零的情况，故B项错误；由于线圈进入

磁场时重力也可能大于安培力，因此继续做加速运动，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；如果线圈刚进入磁场

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，最后可能达到平衡，

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Ak

示）的线圈产生的交变电流。

实验步骤如下：

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，观察工作界面上的信号。

6

9.2

7.8

4.

2.4

0.0

4

-2.

8

-4.

7.2

-

-9.6

（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，其原因可能是（写出一条即可）。

（2）研究交变电流的波形时，发现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o如果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。

详细分析：（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

交流电。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7=等"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”=爷弓=0.5”rad/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均匀）

（2）2s0.5nrad/s

14.（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研究电磁铁的

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，殖为理想电压表。

（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

(2)已知电磁铁线圈的直流电阻为30。，滑动变阻器的最大阻值为170Q,电源E的电

动势为12.0V,滑动变阻器能提供的最大分压为11.9V,则电源E的内阻为。(保

留2位有效数字)。

(3)同学们将阻值会因形状变化而发生改变的金属应变片R粘贴在弹性梁的上表面，然

后将金属应变片所、定值电阻电和理想电压表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，品的阻值将,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，用外力产使电磁铁和衔铁刚好分开，测得外力尸与线圈两

端电压。的关系如图丙所示，若要求该锁能抵抗1200N的外力，则工作电压至少为

详细分析：⑴根据电流的磁效应，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，变阻器的滑片应该滑向c端；

(2)当滑动变阻器的滑片尸滑到c端时，滑动变阻器提供的分压最大，由闭合电路欧姆

定律E=Um+”,

/=工'"=30+1700=25.5Q,联立解得：r=0.21

(3)线圈通电吸引衔铁下移时，应变片变长，根据电阻定律，4的阻值将增大；根据串

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,即要求该锁能抵抗1200N

的外力，则工作电压至少为6.OVo

答案：(l)c(2)0.21(3)增大增大(4)6.0

15.(7分)如图所示，由S点发出的电荷量为q、质量为m的带叫一队*,

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|M—Xxi

£；xxx：

后，从正中央垂直射入电压为1/的匀强偏转电场，偏转极板长度和'IIXX：

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U°

向的匀强磁场，其磁感应强度为心若不计重力影响，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(粒子第二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？

详细分析：(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

解得矶尸、解

粒子在偏转电场中做类平抛运动，其加速度

ITILJ

粒子通过偏转电场的时间b=4=L

如\]2qU

粒子在偏转电场中的侧移距离

侧向速度v=at2=

y书i

则粒子射出偏转电场时的速度

v=yjvi+vj=

(3)粒子以速度。进入磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，设运动半径为R,

有

V2

qvB=m~^

“—mv1ISmU

R==

解得^BB

则磁场宽度O

16.(9分)为保证教学工作正常开展，防止停电事故发生，某中学计划购置一台应急备

用发电机。要求如下：一是要保证全校88间教室所有日光灯能正常发光；二是为避免噪音

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2.0X10-3。，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m:〃2=1:4,

降压变压器的匝数比为〃3:以=4：1,两变压器均可视为理想变压器，该物理老师画出示

意图如图所示。贝!J：

(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S是多少才能保证灯泡正常发光？

详细分析：⑴输电线总电阻R枕=2X500X2.0义1。-3。=2。。

(2)所有电灯正常发光时消耗的功率Pk=88X20X20W=35200\¥=尸4=尸3

当灯正常发光时，降压变压器副线圈两端电压a=220V

降压变压器原、副线圈两端电压之比华=吧=:

c/4〃41

解得173=880V

两变压器之间输电线上的电流/传=今=啜mA=40A

U3ooU

处2

输电线上损失的功率P=&Rft=40X2W=3200W

所以P=P*r+P&=38400W=38.4kW

即所购发电机额定功率不得低于38.4kWo

(3)要保证所有灯能正常发光，则升压变压器副线圈两端电压S=S+U&=S+/线R枕

=960V

故升压变压器原线圈两端电压f7i=-t72=1x960V=240Vo

ni4

答案：(1)2。(2)38.4kW(3)240V

17.(14分)如图所示，PM.QN是两根半径为d的光滑的/圆弧轨

道，其间距为I,0、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，磁感应强度大小为瓦现有一根长度稍大于/、质量为

机、电阻为r的金属棒从轨道的顶端PQ处由静止开始下滑，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。

详细分析：(1)在轨道的最低点MN处，金属棒对轨道的压力八=2mg,根据牛顿第三

定律知轨道对金属棒的支持力大小尸N'=FN=2/ng,则尸N'—mg=m~^,

解得v=y[gdo

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

RR__

(2)金属棒下滑过程中，由能量守恒定律得

2

mgd=Q+^mv9

解得Q=%tgd。

金属棒产生的热量Q尸帚Q=薪。

EA0

(3)由Lq=IAt,/=.+,,£="^7，A◎=Bld,

联立解得0=黑。

答案：⑴南.⑵箝⑶器

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，圆盒为电子发射器，厚度为儿M处是电子出射口，

它是宽度为d=%、长为圆盒厚度人的狭缝。圆盒截面如图乙所示，D为绝缘外壳，整个装

置处于真空中，半径为”的金属圆柱A可沿半径向外均匀发射速率为。的低能电子，与