山东省菏泽市郓城县第一中学2022-2023学年高二物理下学期第一次阶段测试试题（Word版附解析）

2022-2023年度高二下学期第一次阶段性检测物理试题

注意事项：

1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息

2．请将答案正确填写在答题卡上

第I卷（选择题）

一、单选题

1. 图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是（　　）

A. 按下按钮过程，螺线管端电势较高

B. 松开按钮过程，螺线管P端电势较低

C. 按住按钮不动，螺线管中会产生感应电动势

D. 按下和松开按钮过程，螺线管产生大小相同的感应电动势

【答案】A

【解析】

【详解】A．按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左增大，根据楞次定律可知螺线管中感应电流为从P端流入从Q端流出，螺线管充当电源，则Q端电势较高，故A正确；

B．松开按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左减小，根据楞次定律可知螺线管中感应电流为从Q端流入，从P端流出，螺线管充当电源，则P端电势较高，故B错误；

C．住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变，螺线管不会产生感应电动势，故C错误；

D．按下和松开按钮过程，螺线管中磁通量的变化率不一定相同，故螺线管产生的感应电动势不一定相同，故D错误。

故选A。

2. 如图所示，用细弹簧把一根硬直导线ab挂在形磁铁磁极的正上方，磁铁的左端为N极，右端为S极，开始时导线处于水平静止状态，当导线中通以由a向b的电流时，导线ab的运动情况是（从上往下看）（　　）

A. 顺时针方向转动，同时上升

B. 顺时针方向转动，同时下降

C. 逆时针方向转动，同时上升

D. 逆时针方向转动，同时下降

【答案】D

【解析】

【详解】在导线两侧取两小段，左边一小段所受的安培力方向垂直纸面向外，右侧一小段所受安培力的方向垂直纸面向里，从上往下看，知导线逆时针转动，当转动时，导线所受的安培力方向向下，所以导线的运动情况为逆时针转动，同时下降，ABC错误，D正确。

故选D。

3. 华为笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件，如图所示。霍尔元件为一块宽为、长为的矩形半导体，元件内的导电粒子为自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压，以此控制屏幕的熄灭。则元件的（　　）

A. 前表面的电势比后表面的低

B. 自由电子受到洛伦兹力大小为

C. 其他条件不变时，前、后表面间的电压与成正比

D. 其他条件不变时，前、后表面间的电压与成正比

【答案】D

【解析】

【详解】A．根据图中所示电子受到的洛伦兹力使其向后表面偏转，所以后表面电势低，A错误；

BCD．当前、后表面间电压稳定后，电子受到的洛伦兹力与电场力平衡，此时有

解得

所以其他条件不变时，前、后表面间的电压与成正比，与无关，BC错误，D正确。

故选D。

4. 如图所示的交流电路中，灯、和均发光，如果保持交变电源两端电压的有效值不变，但频率增大，各灯的亮、暗变化情况为（　　）

A. 灯、和均变暗

B. 灯、均变亮，灯变暗

C. 灯不变，灯变暗，灯变亮

D. 灯不变，灯变亮，灯变暗

【答案】C

【解析】

【详解】当交变电源的频率增大时，电阻器对电流的阻碍作用不变，电感器对电流的阻碍作用增强，电容器对电流的阻碍作用减弱，所以灯L1亮度不变，灯L2变暗，灯L3变亮，故C正确，ABD错误。

故选C。

5. A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦交变电流。通过两电热器的电流有效值之比等于（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】对方波交流电而言，由电流的热效应可得

对正弦交流电而言，有效值为

联立解得

故选A。

6. 下列关于教材中四幅插图的说法，不正确的是（　　）

A. 图甲中，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢

B. 图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中会产生大量热量，从而冶炼金属

C. 图丙中，当人对着话筒讲话时线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理

D. 图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起， 这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理

【答案】B

【解析】

【详解】A．由电磁驱动原理，图甲中，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢，即同向异步，A正确，不符合题意；

B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属块中会产生涡流，金属块中就会产生大量热量，从而冶炼金属，B错误，符合题意；

C．图丙中，当人对着话筒讲话时线圈就做受迫振动，线圈在磁场中运动，线圈中会产生强弱变化电流，这利用了电磁感应原理，C正确，不符合题意；

D．图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起， 这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，D正确，不符合题意。

故选B。

7. 如图所示，一不计电阻的导体圆环，半径为r、圆心在O点，过圆心放置一长度为、电阻为R的辐条，辐条与圆环接触良好。现将此装置放置于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场中，磁场边界恰与圆环直径在同一直线上，现使辐条以角速度绕O点逆时针转动，右侧电路通过电刷与圆环中心和环的边缘相接触，，S处于闭合状态，不计其他电阻，则下列判断正确的是（　　）

A. 通过R的电流方向为自上而下 B. 感应电动势大小为

C. 理想电压表的示数为 D. 理想电流表的示数为

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据右手定则判断可知，导体棒的圆心O点的电势高，因此流过R1的电流方向为自下而上，A错误；

B．辐条产生的感应电动势为

B错误；

C．外电路为磁场外半根杆辐条与R1并联，外电路电阻为，内电阻为，电压表测量的是外电压，则电压表的示数为

C正确；

D．根据欧姆定律可知，理想电流表的示数为

D错误。

故选C。

8. 如图所示，宽度为l的有界匀强磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B，闭合等腰直角三角形导线框abc位于纸面内，直角边ab水平且长为2l，线框总电阻为R。规定沿abca方向为感应电流的正方向。导线框以速度v匀速向右穿过磁场的过程中，感应电流随时间变化规律的图象是（ ）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

分析】

【详解】在时间内，由楞次定律判断可知，感应电流方向沿acba，是负值。t时刻线框有效的切割长度为

感应电流为

I与t成正比。在时间内，穿过线框的磁通量均匀增大，产生的感应电流不变，为

在时间内，穿过线框的磁通量减小，由楞次定律判断可知，感应电流方向沿abca，是正值，感应电流为

I与线性关系，且是增函数。由数学知识得知D正确。

故选D。

二、多选题(共16分)

9. 如图甲中所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（　　）

A. 初始时刻线圈中感应电动势最小

B. t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线平行

C. t3时刻线圈平面与中性面重合

D. t2、t4时刻线圈中感应电流方向相反

【答案】CD

【解析】

【详解】A．由图可知，t=0时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，线圈中感应电动势最大， A错误；

B．t2时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，感应电动势最大，导线ad的速度方向跟磁感线垂直，B错误；

C．t3时刻线圈的磁通量最大，处于中性面，感应电动势为零，C正确；

D．t2、t4时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，线圈中感应电动势最大，电流最大；相差半个周期，电流方向相反，D正确。

故选CD。

10. 如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。平板S下方有强度为的匀强磁场。下列表述正确的是（　　）

A. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

B. 质谱仪是分析同位素的重要工具

C. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

D. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小

【答案】BC

【解析】

【详解】A．带正电荷的粒子进入速度选择器，所受静电力向右，则洛伦兹力必须向左，根据左手定则可判断速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外。故A错误；

C．能通过狭缝P的带电粒子在速度选择器中做直线运动，受力平衡，则

所以得

故C正确；

BD．粒子进入磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则

则得

其中E、B、B0都时定值，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，则粒子的轨道半径R越小，粒子的荷质比越大。所以质谱仪是分析同位素的重要工具。故B正确，D错误。

故选BC。

11. 如图所示，一个质量为m、带电荷量为+q的圆环，套在一根固定的足够长的水平粗糙绝缘直杆上，环直径略大于杆直径。直杆处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，圆环以初速度使其向右运动，最终圆环处于平衡状态，已知重力加速度为g，则（　　）

A. 圆环向右运动过程中受到竖直向下的洛伦兹力

B. 圆环运动过程中可能不受摩擦力

C. 圆环最终可能会停下来

D. 圆环克服摩擦力做的功可能为

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．根据左手定则可知圆环向右运动过程中受到竖直向上的洛伦磁力，故A错误；

B．根据平衡条件可知，当圆环的初速度时，圆环运动过程中不受摩擦力，故B正确；

C．当圆环的初速度时，圆环运动过程中将始终受到摩擦力作用，最终会停下来，故C正确；

D．当圆环的初速度时，圆环先做减速运动，当速度减小至时，圆环不再受摩擦力作用，将一直匀速运动下去，圆环减速过程中克服摩擦力做的功为

故D正确。

故选BCD。

12. 如图所示，两足够长光滑平行导轨、水平放置，导轨间距为L，虚线垂直导轨，所在空间区域存在着磁感应强度大小均为B的方向相同的竖直匀强磁场，两长度均为L、电阻均为R、质量均为m的金属导体棒、垂直放在导轨上，并与导轨保持良好接触，不计其他电阻。现给导体棒一个瞬时冲量，使获得一个水平向右的初速度，下列关于两棒此后整个运动过程的说法正确的是（　　）

A. 两棒组成的系统动量守恒

B. 两棒最终都将以大小为的速度做匀速直线运动

C. 整个过程中，棒上产生的焦耳热

D. 整个过程中，流过棒的电荷量

【答案】AC

【解析】

【详解】A．由题意可知，a、b两棒中的电流大小相等，方向相反，由左手定则可知，两金属棒所受安培力等大反向，则系统的合力为0，系统动量守恒，故A正确；

B．由题意分析可知，a棒向右做减速运动切割磁感线，b棒向右加速运动切割磁感线，当两棒速度相等时回路中的电流为0，分别对两棒应用动量定理且取向左为正方向，有

解得

故B错误；

C．由能量守恒可得

解得

故C正确；

D．对a棒由动量定理且取向右为正方向

即

解得

故D错误。

故选AC。

第II卷（非选择题）

三、实验题

13. 如图所示，虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小，并判定其方向。所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；S为开关，此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线，实验电路图如图所示。

（1）完成下列主要实验步骤中的填空。

①按图接线

②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态，然后用天平称出细沙质量

③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D重新处于平衡状态；然后读出________________，并用天平称出________________

④用米尺测量________________

（2）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B = ______________。

【答案】    ①. 电流表的示数I    ②. 此时细沙的质量    ③. D的底边长度l    ④.

【解析】

【详解】（1）[1]闭合开关后，D受重力

细线拉力T和安培力作用，处于平衡状态。读出电流表的示数I；

[2]并用天平称出此时细沙的质量；

[3]用米尺测出D的底边长度l，可列式求磁感应强度B的大小；

（2）[4]根据平衡条件，有

│m2 - m1│g = IlB

解得

B =

14. 甲、乙、丙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。

（1）如图，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中同样能使指针向右偏转的有________。

A．闭合开关

B. 开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动

C. 开关闭合时将线圈从线圈中拔出

D. 开关闭合时将线圈倒置再重新插入线圈中

（2）为确切判断线圈中的感应电流方向，应在实验前先查明灵敏电流计_____________的关系。

（3）如图，乙同学将条形磁铁从线圈上方由静止释放，使其笔直落入线圈中，多次改变释放高度，发现释放高度越高，灵敏电流计指针偏转过的角度越大。该现象说明了线圈中_________（选填“磁通量”“磁通量变化量”或“磁通量变化率”）越大，产生的感应电流越大。

（4）丙同学设计了如图所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认，某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时黑表笔接触的是二极管的_________（选填“正极”或“负极”）。实验操作时将磁铁插入线圈时，只有灯____________（选填“C”或“D”）短暂亮起。

【答案】    ①. CDDC    ②. 指针偏转方向与流入电流方向    ③. 磁通量变化率    ④. 负极    ⑤. C

【解析】

【详解】（1）[1]断开开关时，线圈中电流迅速减小，则B线圈中磁通减小，出现感应电流，使灵敏电流计指针向右偏转；为了同样使指针向右偏转，应减小B线圈中的磁通量或增加B线圈中反向的磁通量。

A．闭合开关，线圈中的电流突然增大，则B线圈中的磁通量增大，故A错误；

B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，线圈中的电流增大，则B线圈中的磁通量增大，故B错误；

C．开关闭合时将线圈从B线圈中拔出，则B线圈中的磁通量减小，故C正确；

D．开关闭合时将线圈倒置，再重新插入B线圈中，则B线圈中反向的磁通量增加，故D正确。

故选CD。

（2）[2]判断感应电流具体流向，应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入方向的关系。

（3）[3]释放高度越高，磁铁落入线圈的速度越快，则线圈中磁通量变化率越大，产生的感应电流越大。

（4）[5]欧姆挡指针没有偏转时，说明二极管的负极与电源正极相连，根据多用电表红进黑出的操作原则，此时黑表笔接触的是二极管的负极；

[6]当磁铁插入线圈时，线圈中出现如图所示方向的电流，灯C短暂亮起。

四、解答题

15. 如图，固定水平光滑金属导轨，间距为L=0.5m，左端接有阻值为R=0.8Ω的电阻，处在方向竖直向下，磁感应强度为B=1T的匀强磁场中，质量为m=0.1kg的导体棒与固定弹簧相连，导体棒的电阻为r=0.2Ω，导轨的电阻可忽略不计。初始时刻，弹簧恰好处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0=4m/s 。导体棒第一次速度为零时，弹簧的弹性势能Ep=0.5J。导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并保持良好接触。求：

（1）初始时刻导体棒的安培力大小；

（2）导体棒从初始时刻到速度第一次为零的过程中，电阻R上产生的焦耳热QR 。

【答案】（1）1N；（2）0.24J

【解析】

【详解】（1）初始时刻，感应电动势为

棒中感应电流为

作用于棒上的安培力为

联立可得

（2）此过程，对整个系统，由能量守恒可得

解得

16. 如图所示，交流发电机的矩形金属线圈，ab边和cd边的长度，bc边和ad边的长度，匝数匝，线圈的总电阻，线圈位于磁感应强度的匀强磁场中。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接。初始状态时线圈平面与磁场方向平行，现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。

（1）求线圈产生的感应电动势的峰值；

（2）从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电流随时间变化的函数关系式；

（3）求经过0.2s定值电阻R产生的热量Q。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）根据题意，由公式可知，线圈产生的感应电动势的峰值

代入数据解得

（2）根据题意，由闭合回路欧姆定律可得，电路中的最大电流为

从线圈经过图示位置开始计时，线圈内的电流随时间变化的函数关系式为

（3）根据正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，电路中电流的有效值为

由公式可得，经过0.2s定值电阻R产生的热量

17. 如图所示，倾角、宽度的光滑导轨，处于竖直向下的匀强磁场中。电源的电动势、内阻，电动机两端所加的电压、消耗的电功率、其线圈的电阻，质量的导体棒与导轨垂直且处于静止状态。重力加速度取，。

（1）求电动机对外做功的功率；

（2）求磁场的磁感应强度的大小；

（3）仅改变磁场，仍使导体棒处于静止状态，求磁感应强度的最小值和方向。

【答案】（1）3.68W；（2）0.75T；（3）0.6T，方向垂直导轨平面向下

【解析】

【详解】（1）通过电动机的电流为

电动机对外做功的功率

（2）导体棒与导轨垂直且处于静止状态，根据平衡条件

解得

其中，安培力

根据闭合电路欧姆定律

解得

，

（3）当磁场方向垂直导轨平面向下时，安培力沿导轨向上，此时磁感应强度最小

解得

18. 如图，在平面直角坐标系xOy的第四象限内，有垂直纸面向里的匀强磁场，现有一质量为m=5.0×10-8kg、电荷量为q=1.0×10-6C的带正电粒子，从静止开始经U0=10V的电压加速后，从图中P点沿图示方向进入磁场时速度方向与y轴负方向夹角为37°，已知OP=30cm，粒子重力不计，sin37°=0.6，cos37°=0.8。则:

（1）带电粒子到达P点时速度v的大小是多少？

（2）若磁感应强度的大小B=2T，粒子从x轴上的Q点离开磁场，则OQ间的距离是多少？

（3）若粒子不能从x轴上方射出，那么，磁感应强度B的最小值是多少？

【答案】（1）20m/s；（2）0.90m；（3）

【解析】

【详解】（1）对带电粒子的加速过程，由动能定理

代入数据得

v=20m/s

（2）带电粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，有

得

代入数据得

R=0.50m

而

故粒子的轨迹圆心一定在x轴上，粒子到达Q点时速度方向垂直于x轴，轨迹如图甲所示。由几何关系可知

OQ=R＋Rsin53°

故

OQ=0.90m

（3）带电粒子不从x轴射出（如图乙），由几何关系得

OP≥R′＋R′sin37°

由以上两式并代入数据得

磁感应强度B的最小值是。