山东省济宁市嘉祥县第一中学2023-2024学年高二下学期期中考试物理试题

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(时间:90分钟 满分:100分)
单项选择题：(本题共8个小题，每小题3分，共24分）
1. 下图为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极间距离而引起电容变化的是（ ）
A. B.
C. D.
2. 一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场，粒子的一段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似看成圆弧。由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小（带电荷量不变），则从图中情况可以确定（ ）
A. 粒子从a到b，带正电B. 粒子从a到b，带负电
C. 粒子从b到a，带正电D. 粒子从b到a，带负电
3. 如图，将三根长度、电阻都相同的导体棒首尾相接，构成一闭合的等边三角形线框，a、b、c为三个顶点，匀强磁场垂直于线框平面．用导线将a、c两点接入电流恒定的电路中，以下说法正确的是（ ）
线框所受安培力为0
B. ac边与ab边所受安培力的大小相等
C. ac边所受安培力是ab边所受安培力的2倍
D. ac边所受安培力与ab、bc边所受安培力的合力大小相等
4. 如图甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正。以下说法正确的是（ ）
A. 0~1s内圆环面积有缩小的趋势
B. 1s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力
C. 1~2s内和2~3s内圆环中的感应电流方向相反
D. 从上往下看，0~1s内圆环中的感应电流沿逆时针方向
5. 如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数之比为9：1，原、副线圈分别接有灯泡L1和L2、L3，其中L1上标有“6V 6W”的字样，在L2、L3两个灯泡的铭牌上只能看到“6V”的字样，但知道L2、L3是完全相同的灯泡，变压器的输入端连接有效值恒定的交流电源，当开关S断开时，灯泡L1、L2正常发光，假设灯泡的电阻不随温度变化，则（ ）
A. 交流电源电压的有效值为6V B. 灯泡L2、L3的额定功率也为6W
C. 开关S闭合，L1将变暗 D. 开关S闭合，L1可能被烧坏
6. 如图所示，宽度为L的区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，一个高为L的梯形闭合金属线框abcd沿垂直于磁场边界向右匀速穿过磁场，速度大小为v，ab，cd边保持与磁场边界平行，金属线框ab边到达磁场左边界时为t=0时刻，规定向左为线框所受安培力F的正方向，关于线框所受安培力F与时间t关系图象可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
7. 如图所示，OM的左侧存在范围足够大、磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，OM左侧到OM距离为l的P处有一个粒子源，可沿纸面内各个方向射出质量为m、电荷量为q的带正电粒子(重力不计)，速率均为，则粒子在磁场中运动的最短时间为（ ）
A. B. C. D.
8. 如图所示，在平面直角坐标系xOy内，以坐标原点O为圆心，半径为R的圆形区域内存在垂直于坐标平面的匀强磁场（图中未画出），磁场区域外右侧有宽度为R的粒子源，M、N为粒子源两端点，M、N连线垂直于x轴，粒子源中点P位于x轴上，粒子源持续沿x轴负方向发射质量为m、电荷量为，速率为v的粒子。已知从粒子源中点P发出的粒子，经过磁场区域后，恰能从圆与y轴负半轴的交点Q处沿y轴负方向射出磁场，不计粒子重力及粒子间相互作用力，则（ ）
A. 带电粒子在磁场中运动的半径为 B. 匀强磁场的磁感应强度大小为
C. 在磁场中运动的带电粒子路程最长为 D. 带电粒子在磁场中运动的时间最短为
二、多项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16分，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有错选的得0分)
9. 如图所示，A、B两灯泡与两电阻阻值均为R。闭合、，电路稳定后，两灯亮度相同，则（ ）
只断开，两灯亮度不变
B. 在只断开的瞬间，电流从
C. 只断开，B灯立即熄灭，A灯闪亮一下再熄灭
D. 只断开，A灯立即熄灭，B灯闪亮一下再熄灭
10. 一个电阻为R的单匝闭合矩形线框，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量与时间t的关系如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. t=0时刻，线框平面与磁感线垂直
B. 时刻，线框中的电流为零
C. 转一个周期线框的感应电动势有效值为
D. 从t=0时刻转过60°过程中，通过线框某截面的电荷量为
11.. 如图，理想变压器原线圈与定值电阻串联后接在电压为的交流电源上，副线圈接理想电压表、理想电流表和滑动变阻器，原、副线圈匝数比为。已知，R的最大阻值为。下列说法正确的是（ ）

当P向下移动时，电压表示数不变，电流表示数变大
B. 副线圈交变电流频率为
C. 当时，电压表示数为
D. 当时，获得的功率最大
12．如图，两条光滑且足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置，两导轨与水平面间夹角均为θ，导轨所在空间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场。两均匀导体棒a、b垂直导轨放置，b棒靠在绝缘挡杆上保持静止。时刻，a棒在沿导轨向上的拉力F作用下由静止开始做匀加速直线运动。导轨电阻不计，运动过程中两导体棒与导轨始终垂直且接触良好。关于a、b棒运动的速度v、回路中的电流i、a棒所受拉力F及b棒所受安培力的功率P随时间t变化的关系图像，其中可能正确的是 ( )
A． B．C． D．
三、填空题(共2小题，共14分)
13.（6分） 某实验小组用图示电路测量匀强磁场的磁感应强度。实验器材如下：边长为L、匝数为N的正方形线圈（a、b为引出端）一个，天平一台，各种质量砝码若干，直流电源一个，灵敏电流计一个，定值电阻一个，开关、导线等若干。实验步骤如下：
（1）将线圈悬挂在天平右臂，添加合适质量的砝码，使天平平衡，将a与c连接、b与d连接，闭合开关S，记录_________（填物理量名称及符号），添加合适质量的砝码，使天平再次平衡；
（2）断开开关S，将a与d连接、b与c连接，再次闭合开关S，这时需要在天平的_________（选填“左盘”“右盘”）中放入质量为的砝码，仍旧使天平平衡；
（3）已知重力加速度大小为g，则磁感应强度的大小为_________（用上述物理量表示）。
14. （8分）某学习小组在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验中采用了如图甲所示的实验装置。
（1）实验需用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，___________。
（2）在实验中，让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时间内感应电动势的平均值E，改变速度多次实验，得到多组数据。这样的实验设计满足了物理实验中常用的“控制变量法”，你认为小车以不同速度靠近螺线管过程中不变的量是：在时间内___________。
（3）得到多组与E的数据之后，若以E为纵坐标、为横坐标画出图象，发现图象是一条曲线，不容易得出清晰的实验结论，为了使画出的图象为一条直线，最简单的改进办法是以___________为横坐标。
（4）其他条件都不变，若换用匝数加倍的线圈做实验，根据实验数据所作出的那条直线，其斜率___________（填“减半”“不变”或“加倍”）。
四、论述计算题：(本题共4小题，共46分)
15.（8分） 如图所示，水平放置的两平行金属导轨间距l=0.5m，所接电源的电动势E=1.5V，内阻r=0.2Ω，R1=2.6Ω，金属棒的电阻R2=0.2Ω，与平行导轨垂直，其余电阻不计，金属棒处于磁感应强度B=2.0T、方向与水平方向成60°角的匀强磁场中，在接通电路后金属棒保持静止。
（1）金属棒受到安培力的大小和方向如何？
（2）若棒质量m=5×10-2kg，g取10m/s2，此时导轨对它的支持力的大小是多少？
16.（8分） 如图甲所示，长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴O1O2转动．线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连．线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，其中B0、B1和t1均为已知．在0～t1的时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω匀速转动．求：
(1)0～t1时间内通过电阻R的电流大小；
(2)线框匀速转动后，在转动一周过程中电流通过电阻R产生的热量；
(3)线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量．
17.（14分） 在如图所示的直角坐标系中，第一象限内有沿轴正方向的匀强电场，场强大小E = 。在第四象限部分区域内存在垂直于纸面向里的有界矩形匀强磁场（磁场边界未知）。一质量为，电荷量为的带负电的粒子从轴上的点以大小为的初速度沿轴正方向射入电场，并从轴上的点进入有界矩形磁场区域，粒子经磁场偏转后飞出磁场区域，再运动一段时间后，从点速度与x轴正方向成135斜向左上方射出第四象限。不计粒子自身重力，求：
（1）的长度；
（2）粒子到达点时的速度的大小与方向；
（3）有界矩形磁场的最小面积。

18. （16分）如图所示，固定光滑平行轨道abcd的水平部分处于磁感应强度大小为B方向竖直向上的匀强磁场中，bc段轨道宽度为2L，cd段轨道宽度为L，bc段轨道和cd段轨道均足够长。质量为2m的导体棒P和质量为m的导体棒Q，有效电阻分别为2R和R，分别置于轨道上的ab段和cd段，且均与轨道垂直，金属棒Q原来处于静止状态。现让金属棒P从距水平轨道高为h处无初速度释放，两金属棒运动过程中始终与导轨接触良好且与导轨垂直，不计其它电阻及阻力，重力加速度大小为g，求：
（1）两金属棒稳定运动速度以及通过金属棒的电荷量；
（2）当两棒相距最近时，电路的热功率。