[物理]山东省济宁市曲阜市2023-2024学年高二下学期(4月)期中考试试题(解析版)

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注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。认真核对条形码上的件名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置上。
2.选择题答案必须使用2B铅笔（按填涂样例）正确填涂；非选择题答案必须使用0.5mm黑色签字笔书写，字体工整，笔迹清楚。
3.请按照题号在各题目的答题区域内答题，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试卷上答题无效：保持卡面清洁，不折叠、不破损。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1. 为了增大无线电台向空间发射无线电波的能力，对LC振荡电路的结构可采用下列哪些措施（ ）
A. 增大电容器极板的正对面积B. 增大电容器极板的间距
C. 增大自感线圈匝数D. 提高供电电压
【答案】B
【解析】要增大无线电台向空间发射电磁波的能力，必须提高其振荡频率，由
减小L和C可以提高f，要减小L可采取减少线圈匝数，向外抽出铁芯的办法，要减小C可采取增大极板间距、减小极板正对面积、减小介电常数的办法。
2. 老师采用图1所示的实验器材演示交变电流的产生，并联的两个发光二极管连接方式如图2所示，二极管两端正向电压大于0.7V时才能发光，反向电压超过20V将损坏。匀速转动手柄，1min内二极管闪烁100次。已知发电机中正方形线框的边长为10cm，匝数为1000，假设线圈所在处的磁场可视为匀强磁场，下列判断正确的是（ ）
A. 线框的转速为100r/s
B. 线框的电动势有效值可能是20V
C. 磁感应强度B不会超过0.4T
D. 若转速减半，1min内闪烁次数将变为50次
【答案】C
【解析】A．正弦式交变电流一个周期内电流方向改变2次，所以1min内有50个周期，线框的转速为50r/min，故A错误；
B．若线框的电动势有效值是20V，则最大值为
二极管将被击穿，故B错误；
C．由最大值Em=nBSω=nBS×2πf=1000×B×0.12×2×3.14×V＜20V
解得B＜0.4T
故C正确；
D．若转速减半，交流电的最大值减半，如果这时的最大值小于0．7V，二极管将不会闪烁，1min内闪烁次数将变为0次，故D错误。
3. 如图所示，将一轻质矩形弹性软线圈ABCD中A、B、C、D、E、F六点固定，E、F为AD、BC边的中点。一不易形变的长直导线在E、F两点处固定，现将矩形绝缘软线圈中通入电流I1，直导线中通入电流I2，已知，长直导线和线圈彼此绝缘。则稳定后软线圈大致的形状可能是（ ）

A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】由安培定则可知，通电直导线左侧磁场垂直于纸面向外，右侧磁场垂直于纸面向里，软线圈的各段的形变方向为其受到的安培力方向，故而由左手定则可判断B图正确。
故选B。
4. 如图所示，速度选择器两极板间的距离为，板间匀强磁场的磁感应强度大小为B，O为速度选择器中轴线上的粒子源，可沿方向发射速度大小不同、带电荷量均为、质量均为的带电粒子，经速度选择器后，粒子先后经过真空中两平行边界的匀强磁场区域到达足够大荧光屏；匀强磁场的磁感应强度分别为，对应边界的宽度分别为。调节滑片可改变速度选择器两极板间的电压，使粒子沿方向垂直磁场边界进入，经磁场偏转后进入，最后荧光屏恰好未发光，粒子重力不计，则两极板间的电压大小是（ ）

A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】设粒子速度为，MN两极板间电压为，在速度选择器中有
可得
由题意，粒子运动的轨迹如图，由三角形相似可得
又
联立求解得
故选C。

5. 如图甲是一个磁悬浮地球仪，原理如图乙所示。上方的地球仪内有一个永磁体，底座内有一个线圈，线圈通上直流电，地球仪就可以悬浮起来。下列说法正确的是（ ）
A. 将地球仪上下位置翻转，仍能继续保持悬浮
B. 图中线圈的a端须连接直流电源的正极
C. 若增加线圈的匝数，稳定后地球仪受到的磁力增大
D. 若增大线圈中的电流，稳定后地球仪受到的磁力不变
【答案】D
【解析】A.地球仪根据同名磁极相互排斥的原理工作，将地球仪上下翻转，则磁体磁极颠倒，和线圈的作用力从斥力变为吸引力的作用，不能继续保持悬浮，故A错误；
B.线圈a端接正极时，根据安培定则，可知螺线管上面S极和永磁体下端磁极相反，会相互吸引，地球仪不会悬浮，故B错误；
C.若增加线圈匝数，磁场增大，稳定后地球仪悬浮得更高，但稳定后地球仪受到的磁力仍与重力大小相等，故C错误；
D.若增大线圈中的电流，稳定后地球仪悬浮得更高，但稳定后地球仪受到的磁力仍与重力大小相等，故D正确。
故选D。
6. 如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，一个半径为、匝数为匝的线圈套在永久磁铁槽中，槽中磁场沿半径方向均匀分布（其右侧视图如图乙所示），线圈所在位置磁感应强度大小均为，线圈的电阻为，它的引出线接有的小灯泡L，A为理想交流电流表。当线圈框架的P端在外力作用下沿轴线做往复运动时，便有电流通过小灯泡。若线圈往复运动的规律如图丙所示（v取向右为正方向），则下列说法正确的是（ ）
A. 电流表的示数为0.24A
B. 时，回路中的电流最大
C. 回路中交变电流的频率为100Hz
D. 时，灯泡L中电流的方向为从
【答案】D
【解析】A．线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交变电流，电动势的最大值为
电流表的示数为
A错误；
B．时，线圈的速度为零，线圈的电动势为零，回路中无电流，B错误；
C．回路中交变电流的周期为

交变电流的频率为

C错误；
D．时，根据右手定则，灯泡L中电流的方向为从，D正确。
故选D。
7. 如图所示，理想变压器三个线圈的匝数满足，当加在原线圈两端的电压为时，原线圈的输入功率为，电路中四个规格相同的灯泡A、B、C、D都恰好正常发光，两副线圈的输出电压分别为、，输出功率分别为、，电路中三个理想电流表的示数分别为、、，下列判断正确的是（ ）

A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】BC．设灯泡正常发光时的工作电压为，工作电流为，则有
又
可得
根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比可得
故BC错误；
AD．根据
又
联立可得
故A错误，D正确。
8. 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，图的上部分为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。甲图的下部分为真空室的俯视图，电子从电子枪右端逸出，当电磁铁线圈电流的大小与方向变化满足相应的要求时，电子在真空室中沿虚线圆轨迹运动，不断地被加速。若某次加速过程中，电子圆周运动轨迹的半径为R，圆形轨迹上的磁场为，圆形轨迹区域内磁场的平均值记为（由于圆形轨迹区域内各处磁场分布可能不均匀，即为穿过圆形轨道区域内的磁通量与圆的面积比值）。电磁铁中通有如图乙所示的电流，设图甲装置中标出的电流方向为正方向。下列说法正确的是（ ）
A. 电子在运动时的加速度始终指向圆心
B. 电子在图乙的内能按图甲中逆时针方向做圆周运动且被加速
C. 电子在图乙的内能按图甲中逆时针方向做圆周运动且被加速
D. 为使电子被控制在圆形轨道上不断被加速，与之间应满足
【答案】D
【解析】A．电子在运动时受到与任意时刻速度方向相同或相反的电场力和洛伦兹力两个力的合力提供向心力，而洛伦兹力和电场力在任意时刻都是垂直的关系，则根据矢量合成法则可知电子运动时的加速度不指向圆心，故A错误；
B．由图甲结合安培定则可知电磁铁线圈产生磁场方向由下向上，而图乙的内线圈中的电流在减小，产生的感应磁场在减弱，由楞次定律可知，真空室中的感生电场的方向从上往下看为逆时针方向，则可知电子在该时间段内不能按图甲中逆时针方向做圆周运动且被加速，故B错误；
C．时间内，电磁铁线圈中的电流方向从上往下看为顺时针方向，产生的感应磁场的方向从上往下，而电流在减小，因此产生的磁场在减弱，故真空室中产生的感生电场的方向从上往下看为顺时针，但此时电子所受洛伦兹力的方向不再指向圆心而是反向，背离圆心，由此可知电子在该时间段内也不能按图甲中逆时针方向做圆周运动且被加速，故C错误；
D．根据法拉第电磁感应定律有
由
可知
联立以上两式可得
再由
，，
联立以上各式可得
而当洛伦兹力提供向心力时有
可得
则此时轨道处的感生电场的场强大小为
给等式两边同除以时间可得
而
代入可得
整理后可得
因为时，，因此有
故D正确。
故选D。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 如图为用来冶炼合金钢的冶炼炉，炉外有线圈，将金属材料置于冶炼炉中，当线圈中通以电流时用感应加热的方法使炉内金属发热．下列说法中正确的有（ ）
A. 线圈中通以恒定电流，金属材料中也能产生感应电流
B. 线圈中通以交流电，在金属材料中会产生感应电流
C. 感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的
D. 感应加热是利用线圈电阻产生的焦耳热冶炼金属的
【答案】BC
【解析】AB.通过线圈的电流是高频交流电，从而在金属材料中形成同频率的交流电，故A错误，B正确；
C.炉内金属中会产生感应电流，这种电流叫涡流，感应加热是利用金属材料中的涡流冶炼金属的，故C正确；
D.炉内金属中会产生涡流，但涡流根据焦耳热产生热量很小，主要是由于涡流使金属中的自由电子在涡流产生的电场中在电场力的驱使下高速运动，受到阻碍从而产生热量。故D错误。
10. 某同学为商店设计了一个感应门铃，强磁条固定在门框上，线圈和语音系统固定在平开门（前后开）上，当线圈中感应出一定强度的电流信号时，自动触发语音系统发出语音，下列说法中正确的是（ ）
A. 开门时发出语音B. 关门时不发出语音
C. 开门时线圈的磁通量增大D. 关门时线圈的磁通量增大
【答案】AD
【解析】AB．开门、关门时，线圈磁通量都发生了改变，都会出现感应电流，语音系统都会发出语音。故A正确，B错误；
CD．由图可知，开门时线圈的磁通量减小，关门时线圈的磁通量增大。故C错误，D正确。
故选AD。
11. 如图甲、乙所示理想变压器原线圈的输入电压均为U，匝数均为100，副线圈上所连接的每个电阻的阻值均为R。图甲中两个副线圈的匝数分别为30、20，图乙中副线圈的匝数为50。下列说法正确的是（ ）

A. 图甲、乙中变压器输入功率相等
B. 图乙中每个电阻的功率为
C. 通过图甲、乙中原线圈的电流之比为
D. 图甲中上、下两个电阻的功率之比为
【答案】BC
【解析】A．对图甲，由理想变压器的变压规律可得两个副线圈的电压分别
，
根据输入功率等于输出功率可得
对图乙，由理想变压器的变压规律可得副线圈的电压
乙中变压器输入功率为
可知图甲、乙中变压器的输入功率不相等，故A错误；
B．图乙中每个电阻的功率为
故B正确；
C．根据
，
可得
通过图甲、乙中原线圈的电流之比为
故C正确；
D．图甲中上、下两个电阻的功率之比为
故D错误。
故选BC。
12. 如图所示，是用磁聚焦法测某种离子比荷的一种装置。离子以很小的速度从a板小孔进入加速电场，从b板小孔水平向右射出，进入一个极板很短、加有不大的交变电压的电容器。不同时刻通过电容器的粒子获得不同的横向速度，然后进入由线圈产生的匀强磁场，这些离子在磁场中沿不同的螺旋线运动，调节通过线圈的电流改变磁感应强度B，使它们经过一个周期刚好聚焦于荧光屏上的O点，测出有关数据即可得到比荷。下列说法正确的有（ ）

A. 测量原理用到离子在磁场中圆周运动的周期与速度无关这一性质
B. 同时刻进入电容器中的离子运动轨迹相同
C. 线圈产生的磁场方向必须水平向右
D. 电容器上所加电压也可以是恒定电压
【答案】AB
【解析】A．离子在磁场中做圆周运动时，由
可得
则周期为
可知测量原理用到离子在磁场中圆周运动的周期与速度无关这一性质，故A正确；
B．同时刻进入电容器中的离子，离开电容器进入磁场时的速度相同，所以离子运动轨迹相同，故B正确；
C．线圈产生的磁场方向不一定要水平向右，也可以水平向左，故C错误；
D．容器上所加电压不可以是恒定电压，因为如果是恒定电压，将使得不同时刻进入电容器的粒子，离开电容器进入磁场时的速度相同，所有离子的运动轨迹都相同，故D错误。
故选AB。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 阅读短文，回答问题：
智能手机
随着智能手机的日益普及，人们的日常生活发生了翻天覆地的变化。在众多APP帮助下，人们通过智能手机可以实现轻松出行、远距离通信、线上支付、网上办公等活动。手机电池作为手机的一个重要部分，目前正朝着大容量、快蓄电、长待机的方向发展。某款手机锂电池上标有“电压3.7V容量4000mA·h”字样。该手机搭配了超级快充功能，采取的方式是保持充电器的电压不变，将电流从原来的1A变为5A，极大的提高了充电功率。电池充满电后，持续使用一段时间，屏幕显示剩余电量不足20%时，系统就会发出“是否开启省电模式”的提示，此时最好给手机充电续航。若无法充电，则开启“省电模式”后，手机显示还可以持续使用2h，电量将耗尽。
手机无线充电是目前比较新的一门技术，无线充电就是不借助数据线等导线对手机进行充电，从而增加手机的续航时间。现阶段使用较多的一种无线充电技术的原理如图甲、乙所示，交流电流过送电线圈（无线充电板）产生磁场，智能手机（受电线圈）放在无线充电板上就能充电，并将电能储存到手机的锂电池内。
（1）文中描述的手机快充功能将充电功率变为原来的_______倍。为了防止手机温度过高，手机的散热部件应选用导热_______（选填“快”或“慢”）、比热容_______（选填“大”或“小”）的材料；
（2）手机在无线充电时，手机中的受电线圈会产生__________，无线充电工作原理是_______，与_____________（选填“发电机”或“电动机”）工作原理相似。
【答案】（1）5 快 大 （2）感应电流 电磁感应现象 发电机
【解析】（1）[1]根据题意，超级快充保持充电器的电压不变，将电流从原来的1A变为5A，所以电功率变为原来的5倍；
[2] [3]为了防止手机温度过高，手机的散热部件应选用导热快、比热容大的材料；
（2）[1][2][3]手机在无线充电时，手机中的受电线圈会产生感应电流；其工作原理是电磁感应现象,与发电机的工作原理相似。
14. 在“探空变压器練两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。
（1）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的有关系，实验中需要运用的科学方法是 ；
A. 控制变量法B. 等效替代法C. 整体隔离法
（2）如图给出的器材中，本实验需要用到的有哪些 ；
A. B.
C. D.
（3）下列做法正确的是 ；
A. 为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过12V
B. 为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测
C. 观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数多
D. 变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
（4）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“800”两个接线柱上，用电表测得副线圈的“0”和“400”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为 （填字母）。
A. 1.5VB. 3.0VC. 6.0VD. 7.0V
【答案】（1）A （2）BD （3）B （4）D
【解析】（1）实验中需要运用的科学方法是控制变量法。
故选A。
（2）实验中需要交流电源和交流电压表（万用表），不需要干电池和直流电压表。
故选BD。
（3）A．变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不能超过12V，而用直流电压变压器不能工作，故A错误；
B使用多用代表测电压时，先用最高量程挡测试，再选用恰当的挡位进行测量，故B正确；
C．观察两个线圈的导线，发现粗细不同，由变压器工作原理
则匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少；故C错误；
D．变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，不是铁芯导电，传输电能，故D错误。
故选B。
（4）若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系
若变压器的原线圈接“0“和”800”两个接线柱，副线圈接“0”和“400”两个接线柱，可知原副线圈的匝数比为2：1，副线圈的电压为3V，则原线圈的电压为
V
考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于6V，可能为7V。
故选D。
15. 一个重力不计的带电粒子，以大小为v的速度从坐标的a点，平行于x轴射入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，并从x轴上b点射出磁场，射出速度方向与x轴正方向夹角为，如图，求：
（1）带电粒子在磁场中运动的轨道半径；
（2）带电粒子的比荷及粒子从a运动到b点的时间；
【答案】（1）R=2L；（2） ；
【解析】（1）画出粒子的运动轨迹如图所示,
由几何知识得：
，
解得：；
（2）洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：
，
解得：
；
（3）粒子做圆周运动的周期为：
，
则粒子从a运动到b所用的时间为：
；
16. 如图甲所示电路中，理想变压器原线圈输入的正弦交变电压如图乙所示，副线圈接有理想交流电压表、可变电阻R以及100只“8V、4W”的相同灯泡，电压表的示数U=10V。求：
（1）变压器原、副线圈的匝数比。
（2）灯泡正常工作时变压器的输入功率及可变电阻的阻值。
【答案】（1）；（2），
【解析】（1）理想变压器的原、副线圈的电阻忽略不计，由图可知原线圈输入电压的有效值为
由理想交流电压表的示数可知，副线圈输出电压的有效值为
所以原、副线圈的匝数比为
（2）灯泡正常工作时，其两端电压为；所以可变电阻R两端的电压
流过100只灯泡的总电流为
流过电阻R的电流与其相等，所以可变电阻的阻值
理想变压器的输入功率等于其输出功率，即
17. 利用电磁场改变电荷运动的路径，与光的传播、平移等效果相似，称为电子光学。如图所示，在xOy坐标平面上，第三象限存在着方向沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E。在其余象限存在垂直纸面的匀强磁场，其中第一、二象限向外，第四象限向里，磁感应强度大小均为B（未知）。在坐标点处有一质量为m、电荷量为q的正电粒子，以初速度沿着x轴负方向射入匀强电场，粒子在运动过程中恰好不再返回电场，忽略粒子重力。求：
（1）粒子第一次进入磁场时的速度v；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）现将块长为的上表面涂荧光粉的薄板放置在x轴上（图中未画出），板中心点横坐标，仅将第四象限的磁感应强度变为原来的k倍（k>1），当k满足什么条件时，板的上表面会出现荧光点。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）带电粒子进入电场作类平抛运动，由牛顿第二定律
竖直方向
竖直方向速度
进入磁场时速度
联立解得
（2）由已知带电粒子在运动过程中恰好不再返回电场，说明粒子进入第一象限恰好与y轴相切，如图。
带电粒子在电场运动的水平方向位移
由几何关系，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径
洛伦兹力充当向心力
联立解得
（3）①当粒子第一次打到薄板的右端时，由几何关系
洛伦兹力充当向心力
联立解得
②当粒子第一次打到薄板的左端时，由几何关系
洛伦兹力充当向心力
联立解得
③当第4象限的磁感应强度极大时，其做匀速圆周运动的半径极小，可以认为从哪个位置进入第4象限磁场再从哪个位置出去进入第1象限磁场，从几何关系看，带电粒子没有机会再打到荧光板上。
因此，板上会出现荧光点的条件为
18. 如图（1）所示，间距为的两条足够长光滑平行绝缘导轨放置在水平面内，导轨间有竖直方向且等间距间隔的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场宽度及间距均为。导轨上有一正方形金属框abcd，质量为m，边长为L，ab、cd边与导轨平行。ab、cd边有电阻且阻值相同，bc和ad边电阻不计。金属框在沿导轨方向的恒定拉力F作用下从图示位置由静止起向右沿导轨运动，经过一段距离后进入第一个磁场。从bc边进入第一个磁场至bc边离开第一个磁场过程中，测得bc两端的电压随时间变化图像如图（2）所示。设，。
（1）求金属框从静止起向右运动至bc边进入第一个磁场过程中运动的距离x；
（2）求出并比较和的大小；
（3）分析并在图（3）中定性画出bc边离开第一个磁场至刚进入第二个磁场过程中ad两端的电压随时间变化图像；
（4）求bc边刚进入第二个磁场时金属框所具有的动能。
【答案】（1）；（2），；（3） ；（4）
【解析】（1）由图2可知，bc边刚进磁场时，bc端的电压为U1，设此时线框的速度为v1，bc两端的电压等于bc边切割磁感线产生的感应电动势，有
则
由动能定理可得
金属框从静止起向右运动至bc边进入第一个磁场过程中运动的距离
（2）由于bc两端的电压
可知，Ubc与v成正比，由图2可得v-t图像如图所示
利用v-t图像所包围的面积等于位移，由于和时间内的位移都等于L，即图中S1=S2，可知
t1时刻速度为
线框从t1到t2仅受拉力F作用，做匀加速运动，则
（3）由图2可知，t2时刻bc边刚要出第1个磁场，线框除了受F外，还受向左的安培力作用，此时bc两端电压为U1，速度与刚进入磁场时相同，bc边刚进入第一个磁场时，也受到向左的安培力，则两次受到的安培力大小相同，线框的加速度相同；线框全部进入第一个磁场时不受安培力作用，全部出第一个磁场时也不受安培力作用，则bc边离开第一个磁场至刚进入第二个磁场过程中，ad两端的电压与图1中bc两端电压相同，ad两端的电压随时间变化图像如图所示：
（4）由（3）可知，bc边刚进入第二个磁场时速度为
动能