湖北省武汉市七校2023-2024学年高二下学期4月期中考试物理试题（Word版附解析）

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考试时间：2024年4月29日 试卷满分：100分
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试卷和答题卡一并上交。
一、选择题：本题共10小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1-7题只有一项符合题目要求，第8—10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，有选错的得0分。
1. 如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合（彼此绝缘），下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是（ ）
A. 导线与线圈共面，O为线圈圆心
B. 导线与线圈共面
C. O为线圈圆心，导线垂直于线圈平面
D. 导线与线圈不共面，但与其对角线平行且位于对角线正上方
2. 某同学学习了电磁感应相关知识后，做了探究性实验：将闭合线圈按图示方式放在电子秤上，手握条形磁铁在线圈的正上方静止，此时电子秤的示数为。将条形磁铁（ ）
A. 竖直插入线圈的过程中，电子秤的示数小于
B. 竖直抽出线圈的过程中，条形磁铁对线圈的作用力竖直向下
C. 竖直插入线圈的过程中，线圈中感应电流沿顺时针方向（俯视）
D. 若松手后磁铁无初速竖直穿入线圈，则该过程中磁铁减少的重力势能大于线圈产生的焦耳热
3. 商场的游戏厅都装有投币器，如图为投币机中一种测量金属硬币某种特性的装置，装置可当成一个无铁芯的简易变压器，硬币可竖直通过两线圈中间的狭缝。发射线圈的匝数为，接有频率为f、电压为的低频交流电。接收线圈的匝数为，在不同情况下，接收线圈输出的电压会发生改变，下列说法正确的是（ ）
A. 无硬币通过时，若，则一定有
B. 无硬币通过时，若只增大，则不变
C. 硬币通过狭缝时，硬币中会产生感应电流
D. 硬币通过狭缝的全过程中，其加速度不变
4. 为测量储物罐中不导电液体的高度，有人设计了一个监测液面高度变化的传感器。将与储物罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中，电容C可通过开关S与电感或电源相连，如图所示。当开关从a拨到b时，由电感L和电容C构成的回路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知液面的升降情况。关于此装置下面说法正确的是（ ）
A. 电源电动势越小，则振荡电流的频率越高
B. 当电路中电流最大时，电容器两端电压也最大
C. 开关S从a拨向b瞬间，电感L的电流最大
D. 检测到振荡电流的频率增加，说明液面高度在降低
5. 如图甲所示，一线圈匝数为100匝，横截面积为0.01m2，磁场与线圈轴线成30°角向右穿过线圈。若在2s时间内磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示，则该段时间内线圈两端a和b之间的电势差Uab为（ ）
A. VB. 2V
C. VD. 从0均匀变化到2V
6. 由三峡集团研制的单机容量16兆瓦海上风电机组是目前全球单机容量最大、叶轮直径最大的风电机组之一，风力发电机简易模型如甲图所示，某兴趣小组自制了一台风力发电机，试验中叶轮带动线圈在匀强磁场中转动，产生的交流电电流随时间变化的图像如图乙中所示，则下列说法中正确的是（ ）
A. 线圈在甲图磁场中位置时磁通量的变化率最大
B. 电流的有效值为10A
C. 电流的频率为50Hz
D. 从甲图中线圈位置开始计时，电流的瞬时值表达式为
7. 如图甲所示，一条东西走向的小路，路口设有出入道闸，每侧道闸金属杆长L，当有车辆通过时杆会从水平位置匀速转过直到竖起，所用时间为t。此处地磁场方向如图乙所示，B为地磁场总量，为地磁场水平分量，、、分别为地磁场在x、y、z三个方向上的分量大小。则杆在转动升起的过程中，两端电势差的大小计算表达式为（ ）
A B. C. D.
8. 最近媒体报导了几起怪事，有人发现从正规渠道购买的金条能被磁铁“吸”得动起来，当强磁铁对着金条前后快速移动时，金条被“吸”得前后摆动，于是就怀疑金条有问题，但通过专业检测这些金条都符合国家标准。检测员再次用强磁铁在金条旁边上下左右、前后缓慢移动时，未发现金条被吸引的现象，只有在前后快速移动磁铁时才发现吸引现象，对此现象下列解释合理的是（ ）
A. 金条被“吸”的原因和铁钴镍被磁铁吸引的原因相同
B. 前后快速移动磁铁时磁通量变化较快，金条中产生涡流和磁铁发生相互作用，发生摆动
C. 前后缓慢移动磁铁时，金条中磁通量不发生变化，所以没有感应电流
D. 上下或左右缓慢移动磁铁时，磁通量变化较慢，金条中感应电流很小，和磁铁相互作用很弱，不足以观察到金条摆动
9. 如图所示电路中的变压器为理想变压器，4个相同的灯泡额定功率均为6W，且都正常发光。已知A、B端输入的正弦交变电流的电压瞬时值表达式为，导线电阻可忽略不计。下列说法正确的是（ ）
A. 变压器的原、副线圈匝数比为
B. 灯泡的额定电流为0.1A
C. 灯泡的额定电压为30V
D. 如果并联灯泡中有一个灯泡的灯丝烧断熄灭，则剩下的三个灯泡都会变亮
10. 如图所示，水平面内有一根闭合导线（由细软导线制成）绕过两固定且光滑的小钉子A和D，以及E点处的动滑轮，一根橡皮筋两端连接动滑轮轴心和固定点，使各段导线保持绷紧拉直状态。以AD为直径、半径为R的半圆形区域内，有磁感应强度大小为B、方向垂直水平面向下的有界匀强磁场。已知P点为半圆弧的中点，导线框的电阻为r。现将导线上的某点C以恒定角速度（相对圆心O）从D点沿圆弧移动，则下列说法正确的是（ ）
A. 在C点从D点沿圆弧移动到A点的过程中，导线框中感应电流的方向先为逆时针方向，后为顺时针方向
B. 当C点沿圆弧移动到P点时，导线框中的感应电动势最大
C. 在C点从D点沿圆弧移动到图中位置的过程中，通过导线的平均电流为
D. 在C点从D点沿圆弧移动到A点的过程中，感应电流的有效值为
二、非选择题：包括实验题和计算题两部分。第11、12题为实验题，总分16分。第13题至第15题为计算题，总分44分。
11. 某同学对教材中断电自感实验做了如下改动。在两条支路上分别串联电流传感器，再按教材要求，断开电路并记录下两支路的电流情况如图所示，由图可知：

（1）断电瞬间，灯泡电流瞬间___________；（选填“增大”，“减小”或“不变”）
（2）断电瞬间，灯泡中电流与断开前方向___________；（选填“相同”或“相反”）
（3）在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将___________。（选填“变长”，“变短”或“不变”）
12. 如图甲所示为苹果自动分拣装置示意图，该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准（0.15kg）的大苹果经过托盘秤时，杠杆对R的压力为1N。调节可调电阻，可改变R、两端的电压比，使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时，两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此电压叫作放大电路的激励电压。该放大电路中包含保持电路，能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。
（1）当小苹果通过托盘秤时，R所受的压力较小，电阻________（填“较大”或“较小”）。
（2）自动分拣装置正常工作时，大苹果通过________（填“通道A”或“通道B”）。
（3）若电源电动势为8V，内阻不计，放大电路激励电压为2V；
①为使该装置达到上述分拣目的，的阻值等于________。（结果保留两位有效数字）
②某同学想在托盘秤压在杠杆上位置不变的情况下，利用一块电压表测出每个苹果的质量，电压表的示数随苹果质量的增大而增大，则电压表应该并联在电阻________（填“R”“”或“电源”）两端。
③若要提高分拣标准到0.24kg，仅将的阻值调为________即可实现。（结果保留两位有效数字）（提示：托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比）
13. 某发电机输电电路的简图如图所示，发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为的水平匀强磁场中，线框面积为（，匝数为100匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，并与升压变压器的原线圈相连，升压变压器原、副线圈的匝数之比为，降压变压器的副线圈并联接入若干“220V，100W”的灯泡，两变压器间的输电线总电阻，变压器均为理想变压器。当发电机输出功率为时，灯泡正常发光。
（1）从线框平面与磁感线垂直时开始计时，写出线框中感应电动势随时间变化的关系式；
（2）求降压变压器原、副线圈的匝数之比以及副线圈接入灯泡的个数。
14. 如图所示为水平平行光滑导轨MN和PQ，MN的间距为L，PQ的间距为2L，MN上放有一金属棒ab，ab与导轨垂直，质量为m，电阻为R。PQ上放有一金属棒cd，cd也与导轨垂直，质量为2m，电阻为2R，导轨电阻不计。匀强磁场竖直穿过导轨平面，磁感应强度为B。现在极短时间内给ab一个水平向左的速度v0，使ab向左运动，最后ab和cd的运动都达到稳定状态。求：
(1)求刚开始运动的瞬间，两导体棒的加速度大小和方向；
(2)稳定后ab和cd棒的速度大小；
(3)整个过程中ab棒发出的热量。
15. 小红在查阅资料时看到了嫦娥五号的月球着落装置设计，她也利用所学知识设计了一个地面着落回收的电磁缓冲装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓返回舱和地面间的冲击力。如图甲所示，在返回舱的底盘安装有均匀对称的4台电磁缓冲装置，电磁缓冲结构示意图如图乙所示。在缓冲装置的底板上，沿竖直方向固定着两个光滑绝缘导轨PQ、MN。导轨内侧，安装电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B=5T。导轨内的缓冲滑块K由高强度绝缘材料制成，滑块K上绕有闭合矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R=100Ω，匝数为n=200匝，ab边长为L=40cm。假设整个返回舱以速度v0=10m/s与地面碰撞后，滑块K立即停下，此后在线圈与轨道的磁场作用下使舱体减速，从而实现缓冲。返回舱质量为m=2×103kg，地球表面的重力加速度取g=10m/s2，一切摩擦阻力不计，缓冲装置质量忽略不计。
（1）求滑块K的线圈中最大感应电流的大小；
（2）若缓冲装置向下移动距离H=80cm后速度减为v=6m/s，则此过程中每个缓冲装置的线圈abcd中通过的电荷量和产生的焦耳热各是多少？
（3）若要使缓冲滑块K和返回舱不相碰，且缓冲时间为t=1.5s，则缓冲装置中的光滑导轨PQ和MN长度至少多大？（结果保留三位有效数字）