[物理][期末]四川省眉山市仁寿县2023-2024学年高二下学期6月期末考试试题(解析版)

这是一份[物理][期末]四川省眉山市仁寿县2023-2024学年高二下学期6月期末考试试题(解析版)，共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。

1. 电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进武器。如图所示是导轨式电磁炮的原理结构示意图。一对足够长的光滑水平金属加速导轨M、N与可控电源相连，导轨电阻不计，在导轨间有竖直向上的匀强磁场。装有“电磁炮”弹体的导体棒ab垂直放在导轨M、N上，且始终与导轨接触良好，空气阻力不计。在某次试验发射时（ ）
A. 若要导体棒向右加速，则电流需从a端流向b端
B. 导轨间磁场方向若改为水平向右导体棒仍可加速
C. 若电源为恒压源，则导体棒可做匀加速直线运动
D. 若电源为恒流源，则导体棒可做匀加速直线运动
【答案】D
【解析】A．由左手定则知，若要导体棒向右加速，则电流需从b端流向a端，A错误；
B．由左手定则知，导轨间磁场方向若改为水平向右，若电流方向b端流向a端，则电流产生安培力向下，若电流方向a端流向b端，则电流产生安培力向上，两种情况都不会使导体棒加速，B错误；
C．若电源输出电压恒定，随着导体棒运动的速度增加，导体棒产生的反向电动势增加，从而回路电流强度减小，使棒受到的安培力减小，导体棒不会做匀加速直线运动，C错误；
D．若电源为恒流源，导体棒所受安培力为
回路电流强度不变，使棒受到的安培力恒定，导体棒做匀加速直线运动，D正确；
故选D。
2. 如图所示，固定长直导线的正上方用绝缘细线悬挂一金属圆环，静止时金属圆环的中心位于点。现在导线中通有水平向右的恒定电流，将金属圆环的中心拉到位置无初速度释放，金属圆环的中心运动到位置后反向运动，已知金属圆环和长直导线始终在同一平面内，且细线始终处于张紧状态。则金属圆环从到位置的过程中（ ）
A. 圆环中没有感应电流产生
B. 圆环中感应电流的方向先顺时针再逆时针方向
C. 圆环受到安培力的方向总是竖直向上
D. 圆环所受安培力的方向总是水平向左
【答案】B
【解析】AB．根据安培定则，通电直导线下方区域磁场方向垂直纸面向里，上方区域磁场方向垂直纸面向外，圆环由a点开始运动到最低点过程中，磁通量增大，根据楞次定律，圆环中感应电流的磁场方向垂直纸面向里，感应电流的方向顺时针，从O到b的过程中，磁通量减小，感应电流的方向逆时针，故A错误，B正确；
CD．因为磁感应强度在水平方向均匀分布，把圆环分成若干份，可以知道对称的一小段在水平方向的安培力是大小相等，方向相反的，圆环下方部分所处的磁场强于上方部分，故圆环从a到O过程所受安培力方向竖直向上，从O到b过程受安培力竖直向下，故CD错误。
故选B。
3. 地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直于纸面向里。一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动。由此可以判断（ ）
A. 如果油滴带正电，它是从N点运动到M点
B. 如果油滴带正电，它可能从M点运动到N点，也可能从N点运动到M点
C. 如果水平电场方向向右，油滴带正电，从M点运动到N点
D. 如果水平电场方向向右，油滴带负电，从N点运动到M点
【答案】D
【解析】带电油滴做直线运动，由于洛伦兹力会随着速度的变化而变化，所以带电油滴定做匀速直线运动，为了满足受力平衡，受力一定如图所示
AB．如果油滴带正电，根据左手定则可知，油滴是从M点运动到N点，故AB错误；
CD．如果水平电场方向向右，可知油滴带负电，根据左手定则可知，油滴是从N点运动到M点，故C错误，D正确。
故选D。
4. 下列现象中利用的主要原理与电磁感应无关的是（ ）
A. 如图甲，磁铁穿过一个固定的闭合线圈上下振动，磁铁很快就能停下来
B. 如图乙，电线的两端与灵敏电流计的接线柱相连，两学生摇动电线，发现电流计有示数
C. 如图丙，真空冶炼炉外有线圈，线圈中通入高频交流电，炉内金属能迅速熔化
D. 如图丁，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后弹簧上下振动
【答案】D
【解析】A．如图甲，磁铁穿过一个固定的闭合线圈上下振动，由于电磁阻尼，则磁铁很快就能停下来，与电磁感应有关，选项A不符合题意；
B．如图乙，电线的两端与灵敏电流计的接线柱相连，两学生摇动电线，切割地磁场产生感应电流，电流计有示数，与电磁感应有关，选项B不符合题意；
C．如图丙，真空冶炼炉外有线圈，线圈中通入高频交流电，炉内金属上产生涡流从而产生大量的热能迅速熔化，与电磁感应有关，选项C不符合题意；
D．如图丁，把一根柔软的弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，通电后弹簧上下振动，这属于电流之间的相互作用，与电磁感应现象无关，选项D符合题意。
故选D。
5. 如图所示，A、B是两盏完全相同的白炽灯，L是电阻不计的电感线圈，如果断开开关，接通，A、B两灯都能正常发光。若最初是接通的，是断开的，那么下列描述中正确的是（ ）
A. 刚接通，A灯就立即亮，B灯延迟一段时间才亮
B. 刚接通时，A灯延迟一段时间才亮，B灯就立即亮
C. 接通到电路稳定，A灯变暗，B灯由亮变暗最后熄灭
D. 接通，电路稳定后再断开时，A灯立即熄灭，B灯先亮一下，然后熄灭
【答案】D
【解析】ABC．刚接通时，由于电感线圈L会发生通电自感现象，使通过线圈的电流由零逐渐增大，所以灯泡A、B会同时变亮；从接通到电路稳定，由于线圈的电阻不计，B灯相当于与一段导线并联，则B灯被短路，B灯由亮变暗最后熄灭，电源只给A灯供电，A灯将变得更亮，故ABC错误；
D．接通，电路稳定后再断开时，A灯与电路断开将立即熄灭，而B灯与电感线圈构成闭合电路，由于线圈的自感现象，B灯会先亮一下，然后熄灭，故D正确。
6. 如图甲所示，一个矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线框内磁通量随时间t变化的情况如图乙所示，则下列说法中正确的是（ ）
A. 时刻线框中的感应电动势最大
B. 时刻线框平面与中性面重合
C. ，时刻交流电方向各改变1次
D. 、时刻线框中感应电流的方向相同
【答案】B
【解析】A．时刻线框中的磁通量最大，此时感应电动势最小，选项A错误；
B．时刻线框中的磁通量最大，此时线框平面与中性面重合，选项B正确；
C．，时刻感应电动势最大，此时交流电方向不改变，选项C错误；
D．时刻线框中感应电流最大，时刻感应电流为零，选项D错误。
故选B。
7. 如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是（ ）

A. 甲图如果加速电压减小，那么粒子最终的最大动能也会减小
B. 乙图可通过增加匀强磁场的磁感应强度来增大电源电动势
C. 丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子只能从左侧沿直线匀速通过速度选择器
D. 丁图中产生霍尔效应时，稳定时一定是D侧面电势高
【答案】B
【解析】A．粒子在磁场中满足
设回旋加速器D型盒的半径为R，可推导出粒子的最大动能为
由此可知，粒子的最大动能为加速电压无关，故A错误；
B．当磁流体发电机达到稳定时，电荷在A、B板间受到的电场力和洛伦兹力平衡，即
得电源电动势为
由此可知，增加匀强磁场的磁感应强度来增大电源电动势，故B正确；
C．粒子从左侧沿直线匀速通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力方向相反，但无法确定粒子的电性，故C错误；
D．若载流子带负电，洛伦兹力指向D板，载流子向D板聚集，D板电势低，故D错误。
故选B。
二、多选题（每题4分，错选不得分，漏选得2分）
8. 如图，在半径为R的半圆内有垂直纸面向外的匀强磁场，半径OP与半径OA的夹角为60°。现有一对正、负粒子以相同的速度从P点沿PO方向射入磁场中，一个从A点离开磁场，另一个从B点离开磁场。粒子的重力及粒子间的相互作用力均不计，则下列说法中正确的是（ ）
A. 从B点射出磁场是带正电的粒子
B. 正、负粒子在磁场中运动的周期之比为1∶1
C. 正、负粒子在磁场中运动的比荷之比为
D. 正、负粒子在磁场中运动的时间之比为3∶2
【答案】AD
【解析】A．根据左手定则判断知从B点射出磁场的是正粒子，A正确；
B．正、负粒子在磁场中的运动轨迹如下图所示
圆弧PA所对的圆心角θ1 = 120°，则正粒子运动轨迹的半径
由
得粒子运动的周期为
圆弧PB所对的圆心角θ2 = 60°，则正粒子运动轨迹的半径
由
得粒子运动的周期为
则正负粒子的周期之比为
故B错误；
C．带电粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则
，
则正负粒子的比荷之比为
故C错误；
D．由B选项可知，正负粒子的圆心角分别为θ2 = 60°，θ1 = 120°
根据匀速圆周运动的时间有
则
故D正确。
9. 如图所示，置于磁场中的一段导线与缠绕在螺线管上的导线组成闭合回路，螺线管上的绕线方式没有画出，A是正下方水平放置在地面的细金属圆环，若磁场在变化的过程中，线圈A突然跳起，以下磁场的强弱B随时间t变化的规律可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】CD
【解析】线圈中产生感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，由于线圈A突然跳起，向通电螺线管靠近，说明穿过线圈的磁通量减小，所以螺线管MN中产生的磁场在减弱，即螺线管中的电流减小，根据法拉第电磁感应定律
知减小，即B的变化率减小，故CD正确，AB错误。
故选CD。
10. 如图甲（俯视图）所示，水平面内固定放置面积为，电阻为1Ω的单匝线圈，线圈内充满垂直水平面向下的匀强磁场，其磁感应强度随时间t变化关系如图乙所示，线圈两端点M、N与相距的粗糙平行金属导轨相连，导轨置于垂直水平面向上的磁感应强度大小的匀强磁场中。一根总长为，质量为，阻值为9Ω的金属杆置于导轨上，且与导轨始终接触良好。一根劲度系数为的轻弹簧右端连接在固定挡板上，左端与金属杆相连，金属杆与金属导轨间动摩擦因数为，金属杆静止时弹簧伸长量为。在时刻闭合开关S，金属杆在内始终保持静止，g取，忽略平行导轨电阻，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（ ）
A. 内金属杆中电流方向
B. 金属杆与金属导轨间动摩擦因数至少为0.45
C. 内通过金属杆电荷量为
D. 内整个回路产生焦耳热
【答案】BD
【解析】A．在单匝线圈线圈中内磁感应强度在变大，根据楞次定律可得，线圈上电流逆时针流动，在金属杆中电流流向是，A错误；
B．线圈产生的电动势为
由闭合电路欧姆定律得电流为
金属杆受到的安培力为
方向水平向右，所以金属杆刚好不滑动时力是平衡的
代入数据求得
金属杆与金属导轨间动摩擦因数至少为0.45，B正确；
C．根据可知内通过金属杆电荷量为，C错误；
D．内与产生的电流相等，因此内整个回路产生焦耳热
D正确。
故选BD。
三、实验题（每空2分）
11. 小管同学用如图所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验，螺线管A、滑动变阻器、开关与电池相连构成回路，螺线管B与“0刻度线”在中间的灵敏电流计构成闭合回路，螺线管B套在螺线管A的外面。
（1）为了探究影响感应电流方向的因素，闭合开关后，通过不同的操作观察指针摆动情况，以下正确的有________。
A．断开与闭合开关时指针会偏向同一侧
B．闭合开关，待电路稳定后，如果滑动变阻器的滑片不移动，指针不偏转
C．滑动变阻器的滑片匀速向左或匀速向右滑动，灵敏电流计指针都静止在中央
D．滑动变阻器的滑片向右加速移动和向右减速移动，都能使指针偏向同一侧
（2）图中，闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于最_______端（填“左”或“右”）；在未断开开关，也未把A、B两螺线管和铁芯分开放置的情况下，直接拆除某螺线管处导线，可能由于自感现象突然被电击一下，则被电击可能是在拆除____________（选填“A”或“B”）螺线管所在电路时发生的。
【答案】（1）BD##DB （2）左 A
【解析】（1）[1]A．断开与闭合开关时,螺线管B中磁通量变化情况相反，产生感应电流方向相反，指针偏转方向相反，故A错误；
B．闭合开关，待电路稳定后，如果滑动变阻器的滑片不移动，则螺线管A中的电流不变，穿过螺线管B的磁通量不变，感应电流为零，指针不偏转，故B正确；
C．滑动变阻器的滑片匀速向左或匀速向右滑动，螺线管A中的电流变化，穿过螺线管B的磁通量变化，感应电流不为零，指针都将发生偏转，故C错误；
D．滑动变阻器的滑片向右加速移动和向右减速移动，螺线管A中的电流都增大，穿过螺线管B的磁通量都增大，产生的感应电流方向相同，都能使指针偏向同一侧，故D正确。
故选BD。
（2）[2]为了保护元件，闭合开关前滑动变阻器的滑片应位于最左端。
（3）[3]由题意可知可能是在拆除A螺线管所在电路的导线时，导致螺线管A中磁通量在一瞬间减小从而产生了较大的自感电动势，使操作者被电击一下。
12. 小贾同学在学习安培力后，设计了如图所示的装置来测定磁极间的磁感应强度。根据实验主要步骤完成填空：
（1）在弹簧测力计下端挂一个匝数为的矩形线框，将线框的下短边完全置于形磁铁的、极之间的磁场中，并使线框的短边水平，磁场方向与矩形线框的平面___________（填：“平行”或“垂直”）；
（2）在电路_________（填：“接通”或“未接通”）时，记录线框静止时弹簧测力计的读数；
（3）闭合开关，调节滑动变阻器使电流表读数为，记录线框静止时弹簧测力计的读数，则线框所受安培力大小为___________，方向为___________；
（4）用刻度尺测出矩形线框短边的长度；
（5）利用上述数据可得待测磁场的磁感应强度___________。
【答案】（1）垂直 （2）未接通 （3） 竖直向下 （5）
【解析】（1）[1]应使矩形线圈所在的平面与N、S极的连线垂直，这样能使弹簧测力计保持竖直，方便测出弹簧的拉力；
（2）[2]实验需要首先测出线框所受重力大小，后续通电后才能通过力的平衡计算出安培力，因此需要在电路未接通时，记录线框静止时弹簧测力计的读数；
（3）[3][4]没通电时，对线框受力分析，线框所受重力等于弹簧测力计拉力，即
通电后，对线框受力分析，线框受重力、安培力、弹簧的拉力，三力平衡，同时根据弹簧测力计示数变大可知，安培力方向应竖直向下，
则三个力应满足
联立解得
（5）[5]由安培力公式可得
解得
四、解答题
13. 某科技小组自制了一个用力传感器来测量温度的装置。如图所示，导热性能良好的汽缸固定在水平地面上，汽缸内部横截面积S为0.01m2，质量m为10kg的活塞与汽缸间无摩擦且不漏气，活塞上方通过一刚性轻杆连接一个固定的力传感器，传感器可以直接显示出传感器对轻杆的力，传感器示数为正表示传感器对轻杆的作用力竖直向上。环境温度为7℃时，力传感器的示数F为100N。整个装置静止，大气压p0恒为1.0×105Pa，g取10m/s2，0℃取273K。求：
（1）缸内气体压强；
（2）环境温度为多少时，传感器示数恰好为零。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）对活塞进行受力分析
根据题意可得
解得
（2）则7℃时封闭气体的压强为
热力学温度为
当传感器的示数为零时
封闭气体的压强为
根据查理定律可得
代入数据解得
此时的温度为
14. 如图所示，在竖直平面的直角坐标系xOy中，第一象限有沿y轴正方向的匀强电场和垂直于纸面向外的匀强磁场，第二象限有沿x轴正方向的匀强电场，两匀强电场的电场强度大小相等。一质量为m，电荷量为+q的带电小球，从x轴上的P点以初速度v0沿y轴正方向射入第二象限，依次经过Q点和M点，图中M点未标出。经过Q点的速度与y轴正方向成45°，重力加速度为g，不计空气阻力，求：
（1）匀强电场的电场强度大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度的大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）根据题意可知，粒子从P到Q的过程中，水平方向上有
竖直方向上有
，
由几何关系有
联立可得
，
（2）根据题意，由（1）分析可知，粒子到达Q点的速度为
画出粒子在磁场中的运动轨迹，如图所示
由几何关系可知为直径，则有
由牛顿第二定律有
联立可得
15. 如图甲所示，足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，其宽度，导轨M与P之间连接阻值为的电阻，质量为、电阻为、长度为1m的金属杆ab静置在导轨上，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现用一垂直杆水平向右的恒力拉金属杆ab，使它由静止开始运动，运动中金属杆与导轨接触良好并保持与导轨垂直，其通过电阻R上的电荷量q与时间t的关系如图乙所示，图像中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，已知ab与导轨间的动摩擦因数，取（忽略ab杆运动过程中对原磁场的影响），求：
（1）磁感应强度B的大小和金属杆的最大速度；
（2）金属杆ab从开始运动的1.8s内所通过的位移；
（3）从开始运动的1.8s内电阻R产生热量。
【答案】（1），；（2）；（3）
【解析】（1）过程电流稳定金属棒速度达到最大值，通过导体棒电流
解得
导体棒匀速，对导体棒
解得
导体棒匀速时，导体棒电动势
欧姆定律
解得
（2）0~1.8s过程中
解得
（3）0~1.8s过程中由能量守恒得
0~18s电阻R产生热量
解得