2021-2022学年湖北省麻城市实验高级中学高二12月周测物理试题 解析版

湖北省麻城市实验高级中学2021-2022学年高二12月周测物理试卷

一、单选题（本大题共6小题，共24分）

1. 如图所示横截面图，两根平行细导线分别通有大小相等、方向相反的电流，为它们连线中点，则（  ）

A. 点磁感应强度大小为零
B. 点磁感应强度大小不为零，方向沿连线向右
C. 点磁感应强度大小不为零，方向垂直连线向上
D. 点磁感应强度大小不为零，方向垂直连线向下

2. 如图，导体轨道固定，其中是半圆弧，为半圆弧的中点，为圆心。轨道的电阻忽略不计。是有一定电阻。可绕转动的金属杆，端位于上，与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为，现使从位置以恒定的角速度逆时针转到位置并固定过程Ⅰ；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从增加到过程Ⅱ。在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过的电荷量相等，则等于

3.如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上与纸面平行，磁场方向垂直于纸面向里，三个带正电的微粒、、电荷量相等，质量分别为、、。已知在该区域内，在纸面内做匀速圆周运动，在纸面内向右做匀速直线运动，在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是

1.              B.  
2. C.            D.

4.扫描隧道显微镜可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌，为了有效隔离外界震动对的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小震动，如图所示，无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及其左右震动的衰减最有效的方案是

A.  B.  C.  D.

5.如图，某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为的圆面。某时间内该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如这个风力发电机能将此圆内的空气动能转化为电能，则此风力发电机发电的功率约为

A.  B.  C.  D.

二、 多选题（本大题共5小题，共25分）

7.某人站在静浮于水面的船上，从某时刻开始人从船头走向船尾，若不计水的阻力，那么在这段时间内人和船的运动情况是：

A. 人匀速行走，船匀速后退，两者速度大小与它们的质量成反比
B. 人加速行走，船加速后退，而且加速度大小与它们的质量成反比
C. 人走走停停，船退退停停，两者动量总和总是为零
D. 当人在船尾停止运动后，船由于惯性还会继续后退一段距离

8.如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态，下列说法正确的是

A. 开关闭合后的瞬间，小磁针的极朝垂直纸面向里的方向转动
B. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的极指向垂直纸面向里的方向
C. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的极指向垂直纸面向外的方向
D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的极朝垂直纸面向外的方向转动

9.如下图所示的振荡电路正处在振荡过程中，某时刻中的磁场和中的电场如下图所示，可知

A. 电容器中的电场强度正在减小   B. 线圈中磁感应强度正在减小
C. 该时刻电容器带电荷量正在增多   D. 该时刻振荡电流达最大值

10.如图所示，三根相互平行的固定长直导线、和两两等距，均通有电流，中电流方向与中的相同，与中的相反。下列说法正确的是     

A. 所受磁场作用力的方向与、所在平面垂直
B. 所受磁场作用力的方向与、所在平面垂直
C. 、和单位长度所受的磁场作用力大小之比为
D. 、和单位长度所受的磁场作用力大小之比为

11.如图所示是电子电路中经常用到的由半导体材料做成的转换器，它能把如图所示的正弦式交变电压转换成如图所示的方波式电压，转换规则：输入的交变电压绝对值低于，输出电压为；输入的交变电压绝对值大于、等于，输出电压恒为。则

三、实验题（本大题共2小题，共13分）

12.用如图所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落。当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向为______“从到”或“从到”。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流随时间的图象应该是图中的______。

13.“用霍尔元件测量磁场”的实验中，把载流子为带负电的电子的霍尔元件接入电路．如图，电流为，方向向右，长方体霍尔元件长宽高分别为、、，处于竖直向上的恒定匀强磁场中．


 

前后极板、，电势较高的是_________选题“板”或“板”

某同学在实验时，改变电流的大小，记录了不同电流下对应的值，如下表

请根据表格中的数据，在坐标图中画出图像已知该霍尔元件单位体积中自由载流子个数为，一个载流子的电量为则根据图像，由公式，可算出磁场___________保留两位有效数字

有同学认为是霍尔元件的电阻，请问这种想法正确吗？为什么？____________________________________

三、 计算题（本大题共3小题，共38分）

14.如图所示，一圆心为、半径为的光滑半圆弧轨道固定在竖直平面内，其下端与光滑水平面在点相切。在水平面上，质量为的小物块以某一速度向质量也为的静止小物块运动。、发生正碰后，到达半圆弧轨道最高点时对轨道压力恰好为零，沿半圆弧轨道运动到与点等高的点时速度为零。已知重力加速度大小为，忽略空气阻力。
求从半圆弧轨道飞出后落到水平面的位置到点的距离；
当由点沿半圆弧轨道下滑到点时，与夹角为，求此时所受力对做功的功率；
求碰撞过程中和损失的总动能。

15.如图，在的区域存在方向沿轴负方向的匀强电场，场强大小为，在的区域存在方向垂直于平面向外的匀强磁场。一个氕核和一个氘核先后从轴上点以相同的动能射出，速度方向沿轴正方向。已知进入磁场时，速度方向与轴正方向的夹角为，并从坐标原点处第一次射出磁场。的质量为，电荷量为，不计重力。求
第一次进入磁场的位置到原点的距离；
磁场的磁感应强度大小；
第一次离开磁场的位置到原点的距离。

16.如图所示，两根不计电阻、间距为的足够长平行光滑金属导轨，竖直固定在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里，磁感应强度大小为。导轨上端串联非线性电子元件和阻值为的电阻。元件的图像如图所示，当流过元件的电流大于或等于时，电压稳定为。质量为、不计电阻的金属棒可沿导轨运动，运动中金属棒始终水平且与导轨保持良好接触。忽略空气阻力及回路中的电流对原磁场的影响，重力加速度大小为。为了方便计算，取，。以下计算结果只能选用、、、、表示。
闭合开关，由静止释放金属棒，求金属棒下落的最大速度；
断开开关，由静止释放金属棒，求金属棒下落的最大速度；
先闭合开关，由静止释放金属棒，金属棒达到最大速度后，再断开开关。忽略回路中电流突变的时间，求断开瞬间金属棒的加速度大小。

答案和解析

【解析】

1. 解：由安培定则可知，左侧的电流在处产生的磁场方向竖直向下，右侧的电流在处产生的磁场方向竖直向下，方向相同，所以合磁场的方向向下。
故D正确，ABC错误；
故选：。
本题考查了磁场的叠加，根据导线周围磁场分布可知，与导线等距离地方磁感应强度大小相等，根据安培定则判断出两导线在两直导线形成磁场方向，磁感应强度是矢量，根据矢量分解合成的平行四边形定则求解。
磁感应强度为矢量，合成时要用平行四边形定则，因此要正确根据安培定则判断导线周围磁场方向是解题的前提

2. 【分析】
先根据磁通量公式计算两种情况下磁通量的变化量；再根据法拉第电磁感应定律，即可求出电动势，然后结合闭合电路欧姆定律求得感应电流大小；依据电量的表达式求出即可。
考查法拉第电磁感应定律与切割感应电动势的公式，掌握求解线圈的电量综合表达式的含义是关键。
【解答】
设圆的半径为，金属杆从到的过程中：
根据法拉第电磁感应定律有：
设回路的总电阻为，第一次通过线圈某一横截面的电荷量为：
磁感应强度的大小以一定的变化率从增加到的过程中设时间为，
第二次通过线圈某一横截面的电荷量为：
由题，  
联立可得：故B正确，ACD错误，
故选：。

3. 【分析】
本题主要考查带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力的方向用左手定则判断，然后再分析粒子的受力情况，进而应用牛顿第二定律联系粒子的运动状态求解。
【解答】
微粒受重力、电场力、洛伦兹力的作用，三个带正电的微粒，，电荷量相等，那么微粒所受电场力大小相等，方向竖直向上；在纸面内做匀速圆周运动，则的重力等于电场力，即；在纸面内向右做匀速直线运动，则受力平衡，因为重力方向竖直向下，洛伦兹力方向竖直向上，则有；在纸面内向左做匀速直线运动，则受力平衡，且洛伦兹力方向向下，则有：，所以，故ACD错误，故B正确。
故选B。

4. 解：当加恒定磁场后，当紫铜薄板上下及左右振动时，导致穿过板的磁通量变化，从而产生感应电流，进而阻碍板的运动，而选项，上下振动时，没有磁通量变化；只有选项，当紫铜薄板上下及左右振动时，穿过板的磁通量均有变化，故A正确，BCD错误；
故选：。
考查电磁感应原理，掌握楞次定律中阻碍相对运动，理解磁通量的含义，及感应电流的产生条件。

5. 解：依题意，风力发电机能将圆内的空气动能转化为电能，根据能量守恒定律有

又因为

两式联立，代入题中相关数据求得此风力发电机发电的功率

故选：。
根据圆柱体体积计公式求出内冲击风车的气流的体积，利用求出质量；再由动能公式即可求出动能；利用即可求出功率。
本题考查能量转化及守恒定律的应用，要明确能量转化方向；并能熟练掌握密度的计算公式，并能够利用效率计算能量间的转换。

6. 【分析】
正弦式交流发电机从垂直中性面位置开始计时，其电动势表达式为：；电压表读数为有效值，结合变压器原副线圈电压关系，功率关系即可判断。
 本题关键明确理想变压器的变压比公式、功率关系，知道电压表的示数为有效值。
【解答】
A.从垂直于中性面时开始计时，矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为， 故A错误；
B.理想变压器原副线圈功率之比为，与匝数无关，故B错误；
C.变压器原线圈的电压，电压表的示数等于变压器副线圈的电压，故C正确；
D.电压表的示数等于变压器原线圈的电压，结合可知，当滑动变阻器的滑片向上滑动时，电压表示数不变，故D错误。
故选C。

7. 解：人和船组成的系统动量守恒。设人的质量为，瞬时速度为，船的质量为，瞬时速度为人走的方向为正方向

解得：，即，所以人匀速行走，船匀速后退，两者速度大小与它们的质量成反比，故A正确；
人和船相互作用力大小相等，方向相反，故船与人的加速度分别为和，加速度与它们质量成反比，故B正确；
人和船组成的系统动量守恒，系统初始动量为，所以人走走停停，船退退停停，两者动量总和总是为零，故C正确；
当人在船尾停止运动后，船的速度也为零，故D错误。
故选：。
以船和人为系统，系统受到的合外力为，故系统的动量守恒，系统初始动量为，根据动量守恒定律即可求解．
船组成的系统动量守恒，总动量为，所以不管人如何走动，在任意时刻两者的动量大小相等、方向相反．若人停止运动而船也停止运动，难度不大，属于基础题．

8. 解：、干电池开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，左边线圈中产生电流，电流的方向由南到北，根据安培定则，直导线上方的磁场方向垂直纸面向里，则小磁针极向纸里偏转，故A正确。
、干电池开关闭合并保持一段时间后，根据安培定则，可知，左边线圈中有磁通量，却不变，因此左边线圈中不会产生感应电流，那么小磁针也不会偏转，故BC错误。
D、干电池开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，由选项分析，可知，根据楞次定律，左边线圈中产生电流，电流的方向由北到南，根据安培定则，直导线上方的磁场方向垂直纸面向外，则小磁针极朝垂直纸面向外的方向转动，故D正确；
故选：。
干电池通电的瞬间，在左线圈中产生感应电流，根据楞次定律判断出感应电流的方向，结合安培定则得出直导线周围磁场的方向，从而确定指南针的偏转方向。同理当开关断开后，左边线圈的磁场从有到无，从而根据楞次定律判断出感应电流的方向，结合安培定则得出直导线周围磁场的方向，从而确定指南针的偏转方向。
知道小磁针静止时极的指向为磁场的方向，同时掌握感应电流产生的条件。

9. 【分析】
根据磁场方向应用安培定则判断出电路电流方向、根据电场方向判断出电容器带电情况是正确解题的关键。
【解答】
由图示磁场由安培定则可知，电路电流沿逆时针方向，电流流向下极板，由电容器极板间电场方向可知，电容器下极板带正电，则此时正处于充电过程，电路电流逐渐减小，线圈中磁感应强度正在减小，电容器带电荷量正在增多，电容器中的电场强度正在增大，故AD错误，BC正确。
故选BC。

10. 【分析】
本题考查平行通电导线间相互作用，掌握矢量的合成法则，理解几何关系，及三角知识的运用。
【解答】
因三根导线中电流相等、两两等距，则由对称性可知两两之间的作用力大小均相等。因平行电流间同向吸引、反向排斥，各导线受力如图所示，由图中几何关系可知，所受磁场作用力的方向与、所在平面平行，所受磁场作用力的方向与、所在平面垂直，A错误，B正确。
设单位长度的导线两两之间作用力的大小为，
则由几何关系可得和单位长度所受的磁场作用力大小为，
单位长度所受的磁场作用力大小为，
故C正确、D错误。

故选BC。

11. 【分析】
分析图，得到周期，根据周期和频率的关系得到输出电压的频率；根据电流的热效应求解输出电压的有效值；
本题考查了交流的峰值、有效值的关系，解题的关键是根据热效应求解有效值。
【解答】
解：分析图可知，输出电压的周期，故频率 ，故A错误，B正确；
根据电流的热效应可知，解得，故C正确，D错误；
故选BC。

12. 解：磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如图所示的位置时，依据楞次定律，感应磁场方向向下，根据螺旋定则，则感应电流方向盘旋而上，即
流过线圈的感应电流方向为“到”；
当磁铁完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流，则磁铁会加速运动，当到达线圈底部时，磁通量变化率大于磁铁进入线圈时位置，依据法拉第电磁感应定律，则到达底部的感应电流较大，再由楞次定律可知，进与出的感应电流方向相反，故A正确，BCD错误；
故答案为：从到；。
根据楞次定律，结合磁铁的、极，即可判定线圈内部感应电流方向，再由磁铁在线圈内部，没有磁通量变化，不会产生感应电流，及法拉第电磁感应定律，即可求解．
考查楞次定律与法拉第电磁感应定律的应用，掌握磁铁在线圈中运动，磁通量如何变化，并理解螺旋定则的内容．

13. 【分析】
依据左手定则，即可判定电子受到的洛伦兹力方向，从而判定电势的高低；根据当电场力等于洛伦兹力，电势差达到稳定，利用电场力与洛伦兹力表达式，求解关系式，从而结合图象的斜率，即可求解磁场大小；
依据内电压与电流的比值才是内电阻，而外电压与电流的比值是外电阻，即可求解。
本题考查左手定则的内容，掌握图象的斜率应用，理解内电阻与外电阻的求法，同时注意作出图象是解题的关键。
【解答】
根据左手定则，可知电子受到的洛伦兹力方向偏向极，使得极带负电，极带正电，所以极的电势偏高；
依据表格数据，作出图象，如下图所示：

根据，则有：，而，可得：
由图可知图象的斜率为：
可算出磁感应强度：；
是外电压，那么代表了外电阻，而霍尔元件的电阻为内电阻，因此这种想法不正确，原因是电流不是由产生的。
故答案为：板；图像如图；；

这种说法不对，电流并不是由霍尔电压产生的。

14. 到达半圆弧轨道最高点时对轨道压力恰好为零，由重力提供向心力，由牛顿第二定律求出到达最高点时的速度，根据平抛运动规律解得。
由点沿半圆弧轨道下滑到点，根据机械能守恒结合功率的计算公式解得其功率；
从点到点的过程，由动能定理求出碰撞后的速度，根据动能定理解得碰撞后的速度。再研究与碰撞过程，由动量守恒定律结合能量守恒可解得。
解决本题时，要理两个小球的运动过程，把握每个过程遵循的物理规律，知道弹性碰撞过程遵守动量守恒定律和机械能守恒定律两大规律。要知道小球恰好到达圆轨道最高点时，由重力充当向心力。

15. 在电场中做类平抛运动，应用类平抛运动规律求出第一次进入磁场时到点的距离；
在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，求出的轨道半径，应用牛顿第二定律求出磁感应强度；
在电场中做类平抛运动，应用类平抛运动规律可以求出第一次离开磁场的位置到原点的距离。
本题考查了带电粒子在匀强电场与匀强磁场中的运动，粒子在电场中做类平抛运动、在磁场中做匀速圆周运动，分析清楚粒子运动过程与运动性质是解题的前提与关键，应用类平抛运动规律、牛顿第二定律即可解题，解题时注意几何知识的应用。

16. 分两种情况写出当金属棒速度最大时的感应电动势，电流、安培力，由平衡条件求得最大速度；
当开关由闭合到断开时，由于忽略电流的突变时间，所以此时电流也将流过元件，结合图象求得其电阻值，计算出此时电路的电流，从而求得此时的安培力，由牛顿第二定律求得金属棒的加速度。
本题考查电磁感应的力学平衡问题，抓住切割磁感线产生感应电动势、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律或平衡条件这些基本规律即可解决问题，但容易出错的是电路中出现了一个非线性元件，结合其特点求电路中的电流。