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四川省绵阳南山中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题（原卷版+解析版）
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这是一份四川省绵阳南山中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题（原卷版+解析版），文件包含四川省绵阳南山中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题原卷版docx、四川省绵阳南山中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共28页， 欢迎下载使用。
注意事项：
1．本试卷分为试题卷和答题卷两部分，其中试题卷由第I卷（选择题）和第Ⅱ卷组成，共6页；答题卷共2页。满分100分，时间75分钟。考试结束后将答题卡和答题卷一并交回。
2．答第I卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号、考试科目用铅笔涂写在答题卡上。
3．每小题选出答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦擦干净后，再选涂其他答案，不能答在试题卷上。
一、本大题12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项是符合题目要求的，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有错或不选的得0分。
1. 如图所示，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向外的磁场，棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为F1，若将棒中电流大小变为原来的倍，方向相反，两线上的拉力大小均变为F2，则电流变化后铜棒所受安培力大小为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】设电流变化后铜棒所受安培力大小为，则电流变化前铜棒所受安培力大小为；电流变化前根据受力平衡可得
电流变化后根据受力平衡可得
联立可得
故选C。
2. 如图所示，虚线上方存在匀强磁场，磁感应强度为B，一群电子以不同速率v从边界上的P点以相同的方向射入磁场，其中某一速率为v0的电子从Q点射出。已知电子入射方向与边界夹角为θ，则由以上条件可判断（ ）
A. 该匀强磁场的方向垂直纸面向外
B. 所有电子在磁场中的轨迹相同
C. 不同速率电子在磁场中运动时间均相等
D. 所有电子的速度方向都改变了θ
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图知，电子在P点受到的洛伦兹力应指向电子运动轨迹的凹侧，则根据左手定则判断得知，匀强磁场的方向是垂直纸面向里，A错误；
B．电子进入磁场后受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由半径公式
r =
可知，轨迹半径与电子的速率成正比，速率不同，轨迹半径不同，则轨迹就不同，B错误；
CD．根据圆的对称性可知，所以电子离开磁场时速度方向与PQ线的夹角都是θ，则所有电子的速度方向都改变了2θ，由几何知识知，所有电子轨迹对应的圆心角都是2θ，再结合电子进入磁场后受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由周期公式有
T =
则电子运动的时间为
t =
则所有电子在磁场中运动的时间都相同，C正确、D错误。
故选C
3. 如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则（ ）
A. 该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同
B. 该线圈的磁通量为BL2
C. a导线受到的安培力方向向下
D. 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据磁感线疏密代表磁场强弱可知，并非处处大小相等，故A错误；
B．线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；
C．a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故C错误；
D．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动，故D正确；
故选D。
4. 如图所示，两匀强磁场的磁感应强度和大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是（ ）
A. 同时增大减小
B. 同时减小增大
C. 同时以相同的变化率增大和
D. 同时以相同的变化率减小和
【答案】B
【解析】
【详解】AB．产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多，A错误，B正确。
CD．同时以相同的变化率增大B1和B2，或同时以相同的变化率减小B1和B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为0，不会产生感应电流，CD 错误。
故选B。
5. 如图，等腰梯形线框abcd是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰长度均为L，且腰与下底夹角为60°。整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中。现给线框通入图示电流，若下底cd受到的安培力为F，则整个线框受到的安培力为（ ）
A. B.
C. 2FD. F
【答案】B
【解析】
【详解】梯形上底和腰长度均为L且腰与下底夹角为60°，由几何关系可知，梯形的下底dc长为2L；由电阻的决定式，可知梯形的边dabc的电阻等于下底dc的电阻的1.5倍，两者为并联关系，设dc中的电流大小为I，根据欧姆定律，则dabc中的电流为。
由已知条件可知ab边与dc的电流方向相同，由题意知下底cd受到的安培力
所以边dabc所受安培力为
由左手定则可知边dabc所受安培力方向与dc边所受安培力的方向相同，则整个线框受到的安培力为
故选B。
6. 速度选择器装置如图所示，粒子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿做匀速直线运动。所有粒子均不考虑重力的影响，下列说法正确的是（ ）
A. 粒子（）以速度自点沿中轴线从右边射入也能做匀速直线运动
B. 电子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动
C. 氘核（）以速度自O点沿中轴线射入，动能将减小
D. 氚核（）以速度2自O点沿中轴线射入，动能将增大
【答案】B
【解析】
【详解】粒子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和向下的电场力，满足
解得
即粒子的速度满足速度选择器的条件；
A．粒子（）以速度自点沿中轴线从右边射入时，受到电场力向下，洛伦兹力也向下，故会向下偏转不会做匀速直线运动，A错误；
B．电子（）以速度自O点沿中轴线射入，受到电场力向上，洛伦兹力向下，依然满足电场力等于洛伦兹力，而做匀速直线运动，即速度选择器不选择电性而只选择速度，B正确；
C．氘核（）以速度自O点沿中轴线射入，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，电场力做正功，动能将增大，C错误；
D．氚核（）以速度2自O点沿中轴线射入，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，电场力做负功，动能将减小，D错误。
故选B。
7. 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子（氢核）时，匀强磁场的感应强度为B，高频交流电的频率为f，质子质量为m，电荷量为e，则下列说法正确的是（ ）
A. 高频交流电频率应为
B. 质子被加速后最大动能不可能超过
C. 不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子（即氦核）
D. 粒子第n次加速后的速度大小与第次加速后的速度大小的比值为
【答案】B
【解析】
【详解】A．回旋加速器高频交流电的频率等于粒子在D形盒中做圆周运动的频率，根据
，
可得
故A错误；
B．根据
可得，质子的最大速度
则质子被加速后的最大动能
故B正确；
C．由A选项分析可知，不改变B和，能用该回旋加速器加速的粒子的比荷必须和质子的比荷相同，则不能加速粒子（即氦核），故C错误；
D．粒子第n次加速后
解得
则次加速后的速度大小
则
故D错误。
故选B。
8. 如图甲所示，在xOy坐标系的一、四象限存在匀强磁场，规定垂直纸面向里为磁场的正方向，磁感应强度随时间的变化情况如图乙所示，t=0时刻，一个比荷的正电荷从(0，)处以v0=1.0×104m/s的速度沿y轴负方向射入磁场，则正电荷从射入磁场至第一次经过x轴所需的时间为（ ）
A. sB. s
C. sD. s
【答案】C
【解析】
【详解】洛伦兹力提供向心力，则
解得
r=0.4m
圆周运动的周期为
则粒子每次圆周运动持续三分之一周期，对应的圆心角为120°；
位移大小
位移方向与y轴负方向成60°角，正电荷射入磁场后到x轴的轨迹如图；
正电荷第一次运动到x轴应为A点，运动时间为
故选C。
【点睛】带电粒子在磁场中的运动问题，关键是根据磁场的变化情况画出粒子运动的轨迹图，结合几何关系及周期关系求解运动的时间。
9. 如图所示，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N极朝垂直纸面向里的方向转动
B. 开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
C. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
【答案】AD
【解析】
【详解】AB．开关闭合后的瞬间，根据右手定则可知右侧线圈产生的磁场向右穿过左侧线圈，即穿过左侧线圈的磁通量向右增加，根据楞次定律可知，流过直导线电流方向由南到北，则直导线电流在小磁针所在处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，故A正确，B错误；
CD．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，穿过左侧线圈的磁通量向右减少，根据楞次定律可知，流过直导线电流方向由北到南，则直导线电流在小磁针所在处的磁场方向垂直纸面向外，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，故C错误，D正确。
故选AD。
10. 如图所示为磁流体发电机的示意图。等离子体高速射入磁场中，由于磁场对等离子体产生力的作用，A、B两板间就会产生电压。若平行板A、B的正对面积为S，板间距离为d，A、B间的磁感应强度为B，等离子体的流速为v，等效电阻率为ρ，与极板相连的外电阻为R，下列说法正确的是（ ）
A. 该发电机A板为正极，B板为负极
B. 该发电机A板为负极，B板为正极
C. 稳定时电流表的示数为
D. 仅增加外电阻阻值，该发电机的输出功率一定增大
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．根据题意，由左手定则可知，正离子向B板偏转，负离子向A板偏转，则该发电机A板为负极，B板为正极，故A错误，B正确；
C．根据平衡条件有
解得，电动势为
等效内阻为
则稳定时电流表的示数为
故C正确；
D．当外电路的电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，由于外电阻的阻值和电源内阻的大小关系不确定，所以仅增加外电阻的阻值，发电机的输出功率不一定增大，故D错误。
故选BC。
11. 如图所示为一圆形区域的匀强磁场，在O点处有一粒子源，沿半径方向射出速率为v的不同带电粒子，其中带电粒子1从A点飞出磁场，带电粒子2从B点飞出磁场，不考虑带电粒子的重力，则（ ）
A. 带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动半径的比为1∶2
B. 带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比为3∶1
C. 带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动周期的比为1∶1
D. 带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为2∶3
【答案】BD
【解析】
【详解】A．设磁场的半径为，粒子在磁场中做圆周运动，粒子运动轨迹如图所示
由几何知识可知，粒子做圆周运动转过的圆心角分别是，，设粒子的运动轨道半径为，，则
故
故A错误；
B．由洛伦兹力提供向心力，得
联立解得
故B正确；
C．由周期公式得
联立解得
故C错误；
D．带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为
故D正确。
故选BD。
12. 已知长直通电导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度与该导线中的电流强度成正比，与该点到导线的距离成反比。如图，两根平行长直通电导线L1、L2中的电流强度分别为I和2I，此时L1受到的磁场力大小为F。现将另一根长直通电导线L3平行放在L1外侧，三根导线间距相等且处于同一平面，L1受到的磁场力大小变为2F，则L3中的电流强度大小可能是（ ）
A. 2IB. 4IC. 6ID. 8I
【答案】AC
【解析】
【详解】只有平行长直通电导线L1、L2时，L1受到向右的安培力，将另一根长直通电导线L3平行放在L1外侧，L1受到的磁场力大小变为2F，若L3电流向上，L3电流产生的磁场对L1有向左的安培力，分析可知大小为3F，因长直通电导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度与该导线中的电流强度成正比，对比L2电流强度大小可知L3中的电流强度大小6I，若L3电流向下，L3电流产生的磁场对L1有向右的安培力，分析可知大小为F，对比L2电流强度大小可知L3中的电流强度大小2I，故AC正确，BD错误。
故选AC。
第Ⅱ卷（非选择题，共52分）
二、填空题（每空2分，共计16分）
13. 某实验小组使用如图所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。
（1）在图中用实线代替导线完成实验电路连接________；
（2）连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下。保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏；几分钟后断开开关，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏。
【答案】（1）见解析 （2） ①. 左 ②. 右 ③. 右
【解析】
【小问1详解】
完整的实物连线如图所示
【小问2详解】
[1][2][3]连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下，可知当穿过线圈B的磁通量增加时，灵敏电流计G的指针向左偏；保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，穿过线圈B的磁通量增加，则灵敏电流计指针将向左偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，则线圈A的电流减小，产生磁场减弱，穿过线圈B的磁通量减小，则灵敏电流计指针将向右偏；几分钟后断开开关，则穿过线圈B的磁通量减小，灵敏电流计指针将向右偏。
14. 霍尔效应是电磁基本现象之一，由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路以及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称为霍尔传感器，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。图甲为使用霍尔元件来探测检测电流是否发生变化的装置示意图，铁芯竖直放置，霍尔元件放在铁芯右侧，该检测电流在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与检测电流强度成正比，霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场，测量原理如乙图所示，霍尔元件长为a，宽为b，厚度为h，前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路。
（1）霍尔元件所处位置的磁场方向为________（选填“竖直向下”、“竖直向上”、“水平向左”或“水平向右”）；
（2）霍尔元件的前后两表面间形成电势差，电势的高低如图乙所示，则材料中的载流子带________电（选填“正”或“负”）；
（3）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，霍尔元件的厚度为h，流过霍尔元件左右表面的电流为I，霍尔电势差为U，则霍尔元件所处区域的磁感应强度B的表达式为________；
（4）当霍尔元件尺寸一定时，霍尔电势差增大，说明检测电流________（选填“增大”“减小”）。
【答案】 ①. 竖直向上 ②. 正 ③. ④. 增大
【解析】
【详解】（1）[1]根据右手安培定则可知霍尔元件所处位置的磁场方向为竖直向上；
（2）[2]因为后表面的电势高于前表面的电势，根据左手定则，粒子在洛伦兹力的作用下偏向后表面，所以材料中的载流子带正电；
（3）[3]前后表面的距离为b，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有
根据电流微观表达式，有
联立解得
（4）[4]根据
可知
霍尔电势差增大，说明检测电流增大。
三、本大题3小题，共36分。要求写出必要的文字说明、主要的计算步骤和明确的答案。
15. 水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源（不计内阻）。现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图所示，重力加速度为g，求：
（1）当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力；
（2）若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？
【答案】（1），方向竖直向上；，方向水平向右；（2）
【解析】
详解】（1）对ab棒受力分析，如图所示
根据受力平衡可得
，
又
联立解得支持力大小为
方向竖直向上；摩擦力大小为
方向水平向右。
（2）要使ab棒所受支持力为零，且让磁感应强度最小，即
，
可知安培力竖直向上，则有
又
解得
16. 如图，平行的、与间（含边界）有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，边界与的夹角，点P处有一离子源，离子源能够向磁场区域发射各种速率的、方向平行于纸面且垂直于的正、负离子，离子运动一段时间后能够从不同的边界射出磁场。已知从边界射出的离子，离子速度为时射出点与P点距离最大为，所有正、负离子的比荷均为k，不计离子的重力及离子间的相互作用。求：
（1）射出点与P点最大距离；
（2）从边界射出的离子，速度的最大值。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设离子的质量为m、电荷量为q，从边界射出的速度为的离子，设其运动半径为，运动轨迹恰好与相切，运动轨迹如图2所示
根据牛顿第二定律得
根据几何关系得
解得
（2）从边界射出的离子，速度最大时离子运动轨迹恰好与相切，设其运动半径为，运动轨迹如图1所示，根据牛顿第二定律得
设的长度L，根据几何关系得
解得
17. 如图所示，在竖直平面内存在直角坐标系xy，第二象限有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度为E1，第一象限有水平向右的匀强电场，电场强度为E2=0.15N/C，在第一象限内，y=4m处有水平绝缘平台PA，右端与半径为R=2m的光滑绝缘竖直半圆弧轨道平滑连接，相切于A点，D为其最高点。质量为m=2×10-3kg、带正电q=0.1C的可视为质点的小球从x轴上某点Q以与x轴负半轴成60º、大小v0=10m/s的速度射入第二象限，恰好做匀速直线运动。现在第二象限内小球运动的某段路径上加上垂直于纸面向外的圆形边界的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，小球经过磁场区域后恰好水平向右运动，垂直于y轴从点P（0，4m）无碰撞进入第一象限并沿平台PA方向运动，已知小球与平台的动摩擦因数μ=0.5，平台PA的长度L=2m，重力加速度g=10m/s2，sin37º=0.6，cs37º=0.8，不计空气阻力，结果可用根号表示。求：
(1)电场强度E1的大小；
(2)小球第一次从D点落到平台PA上的位置与A点的距离；
(3)小球在圆弧轨道ACD上的最大速度和所加圆形磁场区域的最小面积。
【答案】(1)；(2)；(3)，
【解析】
【详解】(1)小球在第二象限做匀速直线运动，由平衡条件有
可得电场强度的大小
(2)从P到D，由动能定理有
可得小球在D的速度
小球从D点水平抛出后，竖直方向做自由落体运动
水平方向做匀减速直线运动
可得落点距A的距离
(3)如图所示
圆形磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有
可得磁场中运动的半径
若小球从G点进入磁场，从H点射出磁场，其弦长为最小磁场圆的直径，由几何知识有其圆心角，磁场圆的最小半径
最小面积
（可保留）
小球在圆弧轨道上受电场力和重力作用的合力方向与竖直方向的夹角设为，则
解得
过圆心作合力的平行线交圆周下方为M点，如图，小球在M点有最大速度
由P到M，由动能定理有
可得小球运动过程中的最大速度
注意事项：
1．本试卷分为试题卷和答题卷两部分，其中试题卷由第I卷（选择题）和第Ⅱ卷组成，共6页；答题卷共2页。满分100分，时间75分钟。考试结束后将答题卡和答题卷一并交回。
2．答第I卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号、考试科目用铅笔涂写在答题卡上。
3．每小题选出答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦擦干净后，再选涂其他答案，不能答在试题卷上。
一、本大题12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项是符合题目要求的，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有错或不选的得0分。
1. 如图所示，两根绝缘细线吊着一根铜棒，空间存在垂直纸面向外的磁场，棒中通有向右的电流时两线上拉力大小均为F1，若将棒中电流大小变为原来的倍，方向相反，两线上的拉力大小均变为F2，则电流变化后铜棒所受安培力大小为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】设电流变化后铜棒所受安培力大小为，则电流变化前铜棒所受安培力大小为；电流变化前根据受力平衡可得
电流变化后根据受力平衡可得
联立可得
故选C。
2. 如图所示，虚线上方存在匀强磁场，磁感应强度为B，一群电子以不同速率v从边界上的P点以相同的方向射入磁场，其中某一速率为v0的电子从Q点射出。已知电子入射方向与边界夹角为θ，则由以上条件可判断（ ）
A. 该匀强磁场的方向垂直纸面向外
B. 所有电子在磁场中的轨迹相同
C. 不同速率电子在磁场中运动时间均相等
D. 所有电子的速度方向都改变了θ
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图知，电子在P点受到的洛伦兹力应指向电子运动轨迹的凹侧，则根据左手定则判断得知，匀强磁场的方向是垂直纸面向里，A错误；
B．电子进入磁场后受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由半径公式
r =
可知，轨迹半径与电子的速率成正比，速率不同，轨迹半径不同，则轨迹就不同，B错误；
CD．根据圆的对称性可知，所以电子离开磁场时速度方向与PQ线的夹角都是θ，则所有电子的速度方向都改变了2θ，由几何知识知，所有电子轨迹对应的圆心角都是2θ，再结合电子进入磁场后受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由周期公式有
T =
则电子运动的时间为
t =
则所有电子在磁场中运动的时间都相同，C正确、D错误。
故选C
3. 如图甲是磁电式电流表的结构示意图，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图乙所示，边长为L的正方形线圈中通以电流I，线圈中的a导线电流方向垂直纸面向外，b导线电流方向垂直纸面向里，a、b两条导线所在处的磁感应强度大小均为B，则（ ）
A. 该磁场的磁感应强度大小处处相等，方向不同
B. 该线圈的磁通量为BL2
C. a导线受到的安培力方向向下
D. 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据磁感线疏密代表磁场强弱可知，并非处处大小相等，故A错误；
B．线圈与磁感线平行，故磁通量为零，故B错误；
C．a导线电流向外，磁场向右，根据左手定则，安培力向上，故C错误；
D．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动，故D正确；
故选D。
4. 如图所示，两匀强磁场的磁感应强度和大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是（ ）
A. 同时增大减小
B. 同时减小增大
C. 同时以相同的变化率增大和
D. 同时以相同的变化率减小和
【答案】B
【解析】
【详解】AB．产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里磁通量减少或者向外的磁通量增多，A错误，B正确。
CD．同时以相同的变化率增大B1和B2，或同时以相同的变化率减小B1和B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为0，不会产生感应电流，CD 错误。
故选B。
5. 如图，等腰梯形线框abcd是由相同材料、相同横截面积的导线制成，梯形上底和腰长度均为L，且腰与下底夹角为60°。整个线框处在与线框平面垂直的匀强磁场中。现给线框通入图示电流，若下底cd受到的安培力为F，则整个线框受到的安培力为（ ）
A. B.
C. 2FD. F
【答案】B
【解析】
【详解】梯形上底和腰长度均为L且腰与下底夹角为60°，由几何关系可知，梯形的下底dc长为2L；由电阻的决定式，可知梯形的边dabc的电阻等于下底dc的电阻的1.5倍，两者为并联关系，设dc中的电流大小为I，根据欧姆定律，则dabc中的电流为。
由已知条件可知ab边与dc的电流方向相同，由题意知下底cd受到的安培力
所以边dabc所受安培力为
由左手定则可知边dabc所受安培力方向与dc边所受安培力的方向相同，则整个线框受到的安培力为
故选B。
6. 速度选择器装置如图所示，粒子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿做匀速直线运动。所有粒子均不考虑重力的影响，下列说法正确的是（ ）
A. 粒子（）以速度自点沿中轴线从右边射入也能做匀速直线运动
B. 电子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动
C. 氘核（）以速度自O点沿中轴线射入，动能将减小
D. 氚核（）以速度2自O点沿中轴线射入，动能将增大
【答案】B
【解析】
【详解】粒子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和向下的电场力，满足
解得
即粒子的速度满足速度选择器的条件；
A．粒子（）以速度自点沿中轴线从右边射入时，受到电场力向下，洛伦兹力也向下，故会向下偏转不会做匀速直线运动，A错误；
B．电子（）以速度自O点沿中轴线射入，受到电场力向上，洛伦兹力向下，依然满足电场力等于洛伦兹力，而做匀速直线运动，即速度选择器不选择电性而只选择速度，B正确；
C．氘核（）以速度自O点沿中轴线射入，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，电场力做正功，动能将增大，C错误；
D．氚核（）以速度2自O点沿中轴线射入，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，电场力做负功，动能将减小，D错误。
故选B。
7. 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子（氢核）时，匀强磁场的感应强度为B，高频交流电的频率为f，质子质量为m，电荷量为e，则下列说法正确的是（ ）
A. 高频交流电频率应为
B. 质子被加速后最大动能不可能超过
C. 不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子（即氦核）
D. 粒子第n次加速后的速度大小与第次加速后的速度大小的比值为
【答案】B
【解析】
【详解】A．回旋加速器高频交流电的频率等于粒子在D形盒中做圆周运动的频率，根据
，
可得
故A错误；
B．根据
可得，质子的最大速度
则质子被加速后的最大动能
故B正确；
C．由A选项分析可知，不改变B和，能用该回旋加速器加速的粒子的比荷必须和质子的比荷相同，则不能加速粒子（即氦核），故C错误；
D．粒子第n次加速后
解得
则次加速后的速度大小
则
故D错误。
故选B。
8. 如图甲所示，在xOy坐标系的一、四象限存在匀强磁场，规定垂直纸面向里为磁场的正方向，磁感应强度随时间的变化情况如图乙所示，t=0时刻，一个比荷的正电荷从(0，)处以v0=1.0×104m/s的速度沿y轴负方向射入磁场，则正电荷从射入磁场至第一次经过x轴所需的时间为（ ）
A. sB. s
C. sD. s
【答案】C
【解析】
【详解】洛伦兹力提供向心力，则
解得
r=0.4m
圆周运动的周期为
则粒子每次圆周运动持续三分之一周期，对应的圆心角为120°；
位移大小
位移方向与y轴负方向成60°角，正电荷射入磁场后到x轴的轨迹如图；
正电荷第一次运动到x轴应为A点，运动时间为
故选C。
【点睛】带电粒子在磁场中的运动问题，关键是根据磁场的变化情况画出粒子运动的轨迹图，结合几何关系及周期关系求解运动的时间。
9. 如图所示，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N极朝垂直纸面向里的方向转动
B. 开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
C. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
【答案】AD
【解析】
【详解】AB．开关闭合后的瞬间，根据右手定则可知右侧线圈产生的磁场向右穿过左侧线圈，即穿过左侧线圈的磁通量向右增加，根据楞次定律可知，流过直导线电流方向由南到北，则直导线电流在小磁针所在处的磁场方向垂直纸面向里，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，故A正确，B错误；
CD．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，穿过左侧线圈的磁通量向右减少，根据楞次定律可知，流过直导线电流方向由北到南，则直导线电流在小磁针所在处的磁场方向垂直纸面向外，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，故C错误，D正确。
故选AD。
10. 如图所示为磁流体发电机的示意图。等离子体高速射入磁场中，由于磁场对等离子体产生力的作用，A、B两板间就会产生电压。若平行板A、B的正对面积为S，板间距离为d，A、B间的磁感应强度为B，等离子体的流速为v，等效电阻率为ρ，与极板相连的外电阻为R，下列说法正确的是（ ）
A. 该发电机A板为正极，B板为负极
B. 该发电机A板为负极，B板为正极
C. 稳定时电流表的示数为
D. 仅增加外电阻阻值，该发电机的输出功率一定增大
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．根据题意，由左手定则可知，正离子向B板偏转，负离子向A板偏转，则该发电机A板为负极，B板为正极，故A错误，B正确；
C．根据平衡条件有
解得，电动势为
等效内阻为
则稳定时电流表的示数为
故C正确；
D．当外电路的电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大，由于外电阻的阻值和电源内阻的大小关系不确定，所以仅增加外电阻的阻值，发电机的输出功率不一定增大，故D错误。
故选BC。
11. 如图所示为一圆形区域的匀强磁场，在O点处有一粒子源，沿半径方向射出速率为v的不同带电粒子，其中带电粒子1从A点飞出磁场，带电粒子2从B点飞出磁场，不考虑带电粒子的重力，则（ ）
A. 带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动半径的比为1∶2
B. 带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷的比为3∶1
C. 带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动周期的比为1∶1
D. 带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为2∶3
【答案】BD
【解析】
【详解】A．设磁场的半径为，粒子在磁场中做圆周运动，粒子运动轨迹如图所示
由几何知识可知，粒子做圆周运动转过的圆心角分别是，，设粒子的运动轨道半径为，，则
故
故A错误；
B．由洛伦兹力提供向心力，得
联立解得
故B正确；
C．由周期公式得
联立解得
故C错误；
D．带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间的比为
故D正确。
故选BD。
12. 已知长直通电导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度与该导线中的电流强度成正比，与该点到导线的距离成反比。如图，两根平行长直通电导线L1、L2中的电流强度分别为I和2I，此时L1受到的磁场力大小为F。现将另一根长直通电导线L3平行放在L1外侧，三根导线间距相等且处于同一平面，L1受到的磁场力大小变为2F，则L3中的电流强度大小可能是（ ）
A. 2IB. 4IC. 6ID. 8I
【答案】AC
【解析】
【详解】只有平行长直通电导线L1、L2时，L1受到向右的安培力，将另一根长直通电导线L3平行放在L1外侧，L1受到的磁场力大小变为2F，若L3电流向上，L3电流产生的磁场对L1有向左的安培力，分析可知大小为3F，因长直通电导线在其周围某点产生磁场的磁感应强度与该导线中的电流强度成正比，对比L2电流强度大小可知L3中的电流强度大小6I，若L3电流向下，L3电流产生的磁场对L1有向右的安培力，分析可知大小为F，对比L2电流强度大小可知L3中的电流强度大小2I，故AC正确，BD错误。
故选AC。
第Ⅱ卷（非选择题，共52分）
二、填空题（每空2分，共计16分）
13. 某实验小组使用如图所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。
（1）在图中用实线代替导线完成实验电路连接________；
（2）连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下。保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏；几分钟后断开开关，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏。
【答案】（1）见解析 （2） ①. 左 ②. 右 ③. 右
【解析】
【小问1详解】
完整的实物连线如图所示
【小问2详解】
[1][2][3]连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下，可知当穿过线圈B的磁通量增加时，灵敏电流计G的指针向左偏；保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，穿过线圈B的磁通量增加，则灵敏电流计指针将向左偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，则线圈A的电流减小，产生磁场减弱，穿过线圈B的磁通量减小，则灵敏电流计指针将向右偏；几分钟后断开开关，则穿过线圈B的磁通量减小，灵敏电流计指针将向右偏。
14. 霍尔效应是电磁基本现象之一，由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路以及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称为霍尔传感器，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。图甲为使用霍尔元件来探测检测电流是否发生变化的装置示意图，铁芯竖直放置，霍尔元件放在铁芯右侧，该检测电流在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与检测电流强度成正比，霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场，测量原理如乙图所示，霍尔元件长为a，宽为b，厚度为h，前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路。
（1）霍尔元件所处位置的磁场方向为________（选填“竖直向下”、“竖直向上”、“水平向左”或“水平向右”）；
（2）霍尔元件的前后两表面间形成电势差，电势的高低如图乙所示，则材料中的载流子带________电（选填“正”或“负”）；
（3）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，霍尔元件的厚度为h，流过霍尔元件左右表面的电流为I，霍尔电势差为U，则霍尔元件所处区域的磁感应强度B的表达式为________；
（4）当霍尔元件尺寸一定时，霍尔电势差增大，说明检测电流________（选填“增大”“减小”）。
【答案】 ①. 竖直向上 ②. 正 ③. ④. 增大
【解析】
【详解】（1）[1]根据右手安培定则可知霍尔元件所处位置的磁场方向为竖直向上；
（2）[2]因为后表面的电势高于前表面的电势，根据左手定则，粒子在洛伦兹力的作用下偏向后表面，所以材料中的载流子带正电；
（3）[3]前后表面的距离为b，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有
根据电流微观表达式，有
联立解得
（4）[4]根据
可知
霍尔电势差增大，说明检测电流增大。
三、本大题3小题，共36分。要求写出必要的文字说明、主要的计算步骤和明确的答案。
15. 水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源（不计内阻）。现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右上方，如图所示，重力加速度为g，求：
（1）当ab棒静止时，受到的支持力和摩擦力；
（2）若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？
【答案】（1），方向竖直向上；，方向水平向右；（2）
【解析】
详解】（1）对ab棒受力分析，如图所示
根据受力平衡可得
，
又
联立解得支持力大小为
方向竖直向上；摩擦力大小为
方向水平向右。
（2）要使ab棒所受支持力为零，且让磁感应强度最小，即
，
可知安培力竖直向上，则有
又
解得
16. 如图，平行的、与间（含边界）有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，边界与的夹角，点P处有一离子源，离子源能够向磁场区域发射各种速率的、方向平行于纸面且垂直于的正、负离子，离子运动一段时间后能够从不同的边界射出磁场。已知从边界射出的离子，离子速度为时射出点与P点距离最大为，所有正、负离子的比荷均为k，不计离子的重力及离子间的相互作用。求：
（1）射出点与P点最大距离；
（2）从边界射出的离子，速度的最大值。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）设离子的质量为m、电荷量为q，从边界射出的速度为的离子，设其运动半径为，运动轨迹恰好与相切，运动轨迹如图2所示
根据牛顿第二定律得
根据几何关系得
解得
（2）从边界射出的离子，速度最大时离子运动轨迹恰好与相切，设其运动半径为，运动轨迹如图1所示，根据牛顿第二定律得
设的长度L，根据几何关系得
解得
17. 如图所示，在竖直平面内存在直角坐标系xy，第二象限有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度为E1，第一象限有水平向右的匀强电场，电场强度为E2=0.15N/C，在第一象限内，y=4m处有水平绝缘平台PA，右端与半径为R=2m的光滑绝缘竖直半圆弧轨道平滑连接，相切于A点，D为其最高点。质量为m=2×10-3kg、带正电q=0.1C的可视为质点的小球从x轴上某点Q以与x轴负半轴成60º、大小v0=10m/s的速度射入第二象限，恰好做匀速直线运动。现在第二象限内小球运动的某段路径上加上垂直于纸面向外的圆形边界的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，小球经过磁场区域后恰好水平向右运动，垂直于y轴从点P（0，4m）无碰撞进入第一象限并沿平台PA方向运动，已知小球与平台的动摩擦因数μ=0.5，平台PA的长度L=2m，重力加速度g=10m/s2，sin37º=0.6，cs37º=0.8，不计空气阻力，结果可用根号表示。求：
(1)电场强度E1的大小；
(2)小球第一次从D点落到平台PA上的位置与A点的距离；
(3)小球在圆弧轨道ACD上的最大速度和所加圆形磁场区域的最小面积。
【答案】(1)；(2)；(3)，
【解析】
【详解】(1)小球在第二象限做匀速直线运动，由平衡条件有
可得电场强度的大小
(2)从P到D，由动能定理有
可得小球在D的速度
小球从D点水平抛出后，竖直方向做自由落体运动
水平方向做匀减速直线运动
可得落点距A的距离
(3)如图所示
圆形磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有
可得磁场中运动的半径
若小球从G点进入磁场，从H点射出磁场，其弦长为最小磁场圆的直径，由几何知识有其圆心角，磁场圆的最小半径
最小面积
（可保留）
小球在圆弧轨道上受电场力和重力作用的合力方向与竖直方向的夹角设为，则
解得
过圆心作合力的平行线交圆周下方为M点，如图，小球在M点有最大速度
由P到M，由动能定理有
可得小球运动过程中的最大速度
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