山东省百师联盟2023-2024学年高二下学期大联考物理试卷（解析版）

这是一份山东省百师联盟2023-2024学年高二下学期大联考物理试卷（解析版），共23页。
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考场号、座位号、准考证号填写在答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
考试时间为90分钟，满分100分
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在稳压电源（输出恒定电压）的两极上，然后在玻璃皿中放入导电液体，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，则（ ）
A. 判断通电液体在磁场中受力方向应使用右手定则
B. 导电液体电阻率越大，旋转效果越明显
C. 液体将逆时针旋转（从上向下看）
D. 只改变磁场方向，液体旋转方向不变
【答案】C
【解析】A．判断通电液体在磁场中受力方向应使用左手定则，故A错误；
B．导电液体电阻率越大，则其电阻越大，导线效果越差，导电电流越小，而安培力
可知，导电电流越小导电液体在其旋转方向上所受安培力就越小，旋转效果越不明显，故B错误；
C．根据电势高低可知电流从边缘流向中心，而器皿所在处的磁场竖直向上，根据左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，则液体将逆时针旋转（从上向下看），故C正确；
D．只改变磁场方向，根据左手定则可知，导电液体所受安培力方向相反，则液体旋转方向相反，故D错误。
故选C。
2. 一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的能量逐渐减小（带电荷量不变），从图中情况可以确定（ ）
A. 粒子从a运动到b，带正电
B. 粒子从b运动到a，带正电
C. 粒子从a运动到b，带负电
D. 粒子从b运动到a，带负电
【答案】B
【解析】根据牛顿第二定律有
解得
由题意可知粒子速率逐渐减小，所以轨迹半径逐渐减小，即粒子从b运动到a，根据左手定则可判断粒子带正电。
故选B。
3. 如图甲所示，圆形金属线圈位于通电直导线的附近，线圈与通电导线在同一平面内，以图示电流方向为正方向，直导线通以如图乙所示的电流，则圆形线圈中感应电流的方向（ ）
A. 始终顺时针B. 始终逆时针
C. 先顺时针后逆时针D. 先逆时针后顺时针
【答案】A
【解析】直导线中电流先向上减小，则穿过圆环的磁通量向里减小，根据楞次定律可知，圆环中感应电流为顺时针方向；然后直导线中电流向下增加，则穿过圆环的磁通量向外增加，根据楞次定律可知，圆环中感应电流为顺时针方向。
故选A。
4. 工业上常用电磁流量计来测量高黏度、强腐蚀性的流体的流量（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加磁感应强度大小为的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下两点间的电势差，就可计算出管内液体的流量。为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在充满污水的排污管末端安装了一个电磁流量计，如图乙所示，已知排污管和电磁流量计处的管道直径分别为和d。某次测量时，管壁上下两点间的电势差为，则排污管的污水流量为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】当粒子在电磁流量计中受力平衡时
可得粒子的速度为
则排污管的污水流量为
故选C。
5. 如图甲所示，线圈总电阻r =0.5Ω，匝数n =10，其端点a、b与R =1.5Ω的电阻相连，线圈内磁通量变化规律如图乙所示。关于a、b两点电势、及两点电势差，正确的是（ ）
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【解析】从图中发现：线圈的磁通量是增大的，根据楞次定律，感应电流产生的磁场跟原磁场方向相反，即感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外，根据右手定则，我们可以判断出线圈中感应电流的方向为：逆时针方向，在回路中，线圈相当于电源，由于电流是逆时针方向，所以a相当于电源的正极，b相当于电源的负极，所以a点的电势大于b点的电势，根据法拉第电磁感应定律得
总电流为
a、b两点电势差就相当于电路中的路端电压，所以
6. 如图所示为研究某种带电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的O点，出现一个光斑。在垂直纸面向里的方向上加一宽度为d、磁感应强度大小为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，最后打在距磁场右侧距离为L的荧光屏上的P点。现在磁场区域再加一竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场，光斑从P点又回到O点，不计粒子重力，则（ ）
A. 电场强度方向向上B. 粒子的初速度大小为
C. 粒子的比荷为D. OP两点之间的距离为
【答案】C
【解析】A．由题图可知，粒子在加上磁场后向上偏，磁场方向为垂直于平面向里，根据左手定则可知，粒子带正电。依题意，粒子在电场和磁场的叠加场内做直线运动，受力平衡，电场强度方向向下，有
解得
故AB错误；
C．在只有磁场时，对粒子有
解得
故C正确；
D．粒子的运动轨迹如图所示
由几何关系，粒子在磁场中偏转的距离为
由几何关系有
粒子出磁场后竖直方向的位移为
所以OP两点之间的距离为
故D错误。
故选C。
7. 如图所示，边长为L的单匝均匀金属线框置于光滑水平桌面上，在拉力作用下以恒定速度通过宽度为D（）、方向竖直向下的有界匀强磁场，在整个过程中线框的ab边始终与磁场的边界平行，若以F表示拉力大小、以表示线框ab两点间的电势差、I表示通过线框的电流（规定逆时针为正）、P表示拉力的功率，则下列反映这些物理量随时间变化的图象中可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BC
【解析】A．线框做匀速直线运动，进入磁场和出磁场过程中根据楞次定律阻碍相对运动的条件，可知拉力与安培力等大反向，即
即线圈进入磁场和出离磁场的过程中拉力相同；线框完全进入磁场运动过程中，闭合线框中，线框中无感应电流，所以安培力为0，拉力大小为0，故A错误；
B．线框进入磁场时，导体棒切割磁感线，即电源，根据右手定则可知
所以两端电势差为路端电压
完全进入磁场，线框中无电流，所以
线框穿出磁场过程中，边切割磁感线，根据楞次定律判断感应电流可知
则
对应图像可知，选项B正确；
C．线框进入磁场时，根据右手定则可知线框中电流为逆时针方向，线框离开磁场时，电流为顺时针方向，且电流大小相同，结合上述分析可知，选项C正确；
D．线框完全进入磁场运动过程中，拉力为0，根据可知拉力功率为0，选项D错误。
故选BC。
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
【答案】C
【解析】A．从粒子源中点P发出的粒子，在磁场中的轨迹如图所示
由几何知识可知带电粒子在磁场中运动的半径为R，故A错误；
B．根据牛顿第二定律有
解得
故B错误；
C．从M点发出的粒子在磁场中的轨迹如图所示，此时轨迹最长
由几何知识可知四边形为菱形，则
则在磁场中运动的带电粒子路程最长为
故C正确；
D．从N点发出的粒子在磁场中的轨迹如图所示
可知四边形为菱形，则
可知此时粒子经过磁场区域时间最短，则
故D错误。
故选C。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，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。
9. 如图所示，在国庆盛典上，“空警-2000”预警机在天安门上空沿水平方向以的速度自东向西飞行。该机两翼的面积为，两翼尖间的距离为50m，北京上空地磁场的竖直分量为，下列说法正确的是（ ）
A. 穿过该机两翼的磁通量为1.41Wb
B. 两翼尖之间的电势差约为0.29V
C. 该机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高
D. 该机花样表演翻转过程中，两机翼磁通量变化量为0
【答案】BC
【解析】A．穿过该机两翼的磁通量为
选项A错误；
B．两翼尖之间的电势差约为
选项B正确；
C．根据右手定则可知，电路中感应电动势方向自右向左，因飞机此时作为电源处理，故机左方翼尖电势比右方翼尖的电势高，选项C正确；
D．该机花样表演翻转过程中，两机翼磁通量变化量为
选项D错误。
故选BC。
10. 磁流体发电机示意图如图所示。平行金属板a、b之间有一个很强的匀强磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量等量正、负离子）垂直于磁场的方向喷入磁场，a、b两板间便产生电压。如果把a、b板与用电器相连接，a、b板就是等效直流电源的两个电极。若磁场的磁感应强度为B，每个离子的电荷量大小为q、速度为v，a、b两板间距为d，两板间等离子体的等效电阻为r，用电器电阻为R。稳定时，下列判断正确的是（ ）

A. 图中a板是电源的正极
B. 电源的电动势为Bdv
C. 用电器中电流为
D. 用电器两端的电压为
【答案】BD
【解析】A．由左手定则，正离子受洛伦兹力向下偏转，负离子受洛伦兹力向上偏转，b板为电源的正极，故A错误；
BCD．由平衡条件得
电源电动势为
电流的大小为
则用电器两端的电压
故C错误，BD正确。
故选BD。
11. 如图所示，相距为L的两条足够长的平行金属导轨，与水平面的夹角为θ，导轨上固定有质量均为m，电阻均为R的两根相同的导体棒，导体棒MN上方轨道粗糙，下方光滑，整个空间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B.将两根导体棒同时释放后，观察到导体棒MN下滑而EF保持静止，当MN下滑速度最大时，EF与轨道间的摩擦力刚好到达最大静摩擦力，下列叙述正确的是
A. 导体棒EF与轨道之间的最大静摩擦力为mgsinθ
B. 导体棒MN的最大速度为
C. 导体棒MN受到的最大安培力为mgsinθ
D. 导体棒MN所受重力的最大功率为
【答案】BC
【解析】对导体棒MN分析，下滑过程中受到沿斜面向下的重力的分力和沿斜面向上的安培力，当其下滑速度最大，感应电流最大，所受的安培力也最大，此由平衡条件得知：最大安培力为，解得，，BC正确；当MN下滑速度最大时，EF与轨道间的摩擦力刚好到达最大静摩擦力，两棒所受的安培力大小相等，方向相反，则对EF棒，则得最大静摩擦力为，A错误；导体棒MN所受重力的最大功率为，D错误．
12. 劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略，磁感应强度大小为B的匀强磁场与盒面垂直，交流电源频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生的质子初速度可忽略不计，质子的质量为m、电荷量为，在加速器中被加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，下列说法错误的是（ ）
A. 质子被加速后的最大速度不可能超过
B. 质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比
C. 质子离开回旋加速器时的最大动能与交流电频率f成正比
D. 质子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后在磁场中做圆周运动的轨道半径之比为1∶2
【答案】BCD
【解析】A．质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则
所以最大速度不超过。故A正确；
BC．根据
解得
知则最大动能
故BC错误；
D．粒子在加速电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，根据
知，质子第1次和第2次经过D形盒狭缝速度比为 ，根据
则半径比为。故D错误。
本题选错误，故选BCD。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 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）。
【答案】（1）灵敏电流计的读数I （2）右盘 （3）
【解析】（1）[1]实验中闭合开关S，应记录灵敏电流计的读数I；
（2）[2]断开开关S，将a与d连接、b与c连接，再次闭合开关S，由左手定则可知闭合开关后线框所受的安培力向上，应在天平的右盘中放入合适质量的砝码，才能使天平平衡；
（3）[3]断开开关S，将a与d连接、b与c连接，再次闭合开关S，这时需要在天平右盘中放入质量为的砝码使天平再次平衡，由平衡条件可知
解得
14. 在“探究影响感应电流方向的因素”实验中：
（1）实验发现，电流由“+”接线柱流入时灵敏电流计指针向右偏转，电流由“-”接线柱流入时指针向左偏转；如图甲所示，实验发现指针向右偏转，则条形磁铁的N极______（选填“向上”或“向下”）运动。
（2）如图乙为另一种实验装置，开关闭合前小螺线管已插入到大螺线管中。
①请用笔画线代替导线，将电路图补充完整。（ ）
②在闭合开关时发现灵敏电流计指针向右偏转了一下。在开关闭合的状态下，将小螺线管迅速抽出时，灵敏电流计指针将向______（选填“左”或“右”）偏转；断开开关的瞬间，灵敏电流计的指针______（选填“向左”“向右”或“不”）偏转。
③将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，灵敏电流计指针将向______（选填“左”或“右”）偏转；进一步分析，滑动变阻器的滑片向左滑动的速度越大，电流表指针偏转角度______（选填“越大”或“越小”）。
【答案】（1）向上 （2） 左 向左 右 越大
【解析】（1）实验发现指针向右偏转，则电流从下端流入电流计，螺线管中的感应电流从上到下，根据楞次定律，则条形磁铁的N极向上运动。
（2）①[1]用笔画线代替导线，将电路图补充完整
②[2][3]在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下，说明磁通量增加时电流计指针右偏。在开关闭合的状态下，将小螺线管迅速抽出时，则磁通量减小，则灵敏电流计指针将向左偏转；断开开关的瞬间，则磁通量减小，灵敏电流计的指针向左偏转。
③[4][5]将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，滑动变阻器阻值减小，电流变大，磁通量增加，则灵敏电流计指针将向右偏转；进一步分析，滑动变阻器的滑片向左滑动的速度越大，磁通量增加的越快，感应电流越大，即电流表指针偏转角度越大。
15. 图甲是法拉第圆盘发电机的实物图，其简化原理如图乙所示，圆形铜盘安装在水平转轴上，它的盘面放在两个磁极之间，两块铜刷C、D分别与转轴和铜盘边缘接触。用外力驱动铜盘转动，闭合电路中的电阻R上就有电流持续通过。已知铜盘的半径为r，两个磁极间的磁感应强度大小为B，铜盘转动的角速度为，不计铜盘的电阻及转动中受到的阻力。求：
（1）当铜盘按图示方向转动时，通过电阻R的电流方向；
（2）发电机的电动势；
（3）铜盘转动一周的过程中，外力至少做的功。
【答案】（1）竖直向下；（2）；（3）
【解析】（1）根据右手定则可以判定，C点的电势比D点的电势高，也就是说，当在C、D之间接上用电器时，在外电路上，电流从C点流出，流经电阻R回到D点；
（2）根据
，
解得
（3）电阻R的电功率为
铜盘转动一周的时间为
则铜盘转动一周的过程中，外力至少做的功
16. 如图所示，两平行金属导轨间的距离，金属导轨所在的平面与水平面夹角，空间中存在磁感应强度、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势、内阻的直流电源。现把一个质量的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻，与导轨间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，金属导轨电阻不计，g取。已知。
（1）求导体棒受到的摩擦力；
（2）若磁感应强度的方向不变而大小可以变化，要使导体棒能静止，求磁感应强度大小B的取值范围。（此间结果可用分数表示）
【答案】（1）0.3N，方向平行于导轨平面向下；（2）
【解析】（1）导体棒受到的安培力大小
方向平行于导轨平面向上，根据导体棒受到的摩擦力
方向平行于导轨平面向下。
（2）导体棒受到的最大静摩擦力
当最大静摩擦力方向平行于导轨平面向上，根据平衡条件
，
得
当最大静摩擦力方向平行于导轨平面向下，根据平衡条件
，
得
所以
17. 如图为某种质谱仪的示意图，质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。静电分析器通道中心轴线的半径为R，通道内存在均匀辐向电场，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外。质子和待测未知粒子x，先后从静止开始经加速电压为U的电场加速后沿中心轴线通过静电分析器，从P点垂直边界进入磁分析器，最终分别打到胶片上的C、D点。已知质子质量为m、电荷量为q，粒子x的电荷量是质子的2倍，，。求：
（1）静电分析器中心轴线处电场强度E的大小；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）粒子x的质量M。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）设质子加速后的速度为，根据动能定理有
在通道内，电场力提供向心力，有
联立解得
（2）设质子在磁场运动的半径为r1，则有
又因为，则
在磁场中，洛伦兹力提供向心力，有
联立解得
（3）设未知粒子x在磁场中运动的半径为r2，则有
又因为，则
设未知粒子x加速后的速度为v2，则有
联立解得
18. 如图所示，在xOy坐标平面内，第二三象限存在着沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为。在第一、四象限存在磁感应强度大小相等、方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场。在A处有一质量为m、电荷量为q的带负电粒子，以某一速度沿着与x轴正方向成°的方向射入匀强电场，经过一段时间后从y轴上某点进入磁场。已知A点坐标为，粒子在运动过程中恰好不再返回电场，忽略粒子的重力。求

（1）粒子第一次进入磁场时速度v的大小和方向；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）若仅将第四象限的磁感应强度变为原来的4倍，在处有一个垂直于x轴足够大的挡板，求粒子最终打在挡板上的坐标。
【答案】（1），平行于x轴正方向；（2）；（3）
【解析】（1）粒子在电场中做类平抛运动，则
根据牛顿第二定律可知
联立解得
电场中运动沿y轴方向位移
粒子第一次进入磁场时速度v的大小为
方向平行于x轴正方向
（2）粒子进入磁场后轨迹如图所示

由几何关系得
解得
（3）将第四象限的磁感应强度变为原来的4倍，有
得
轨迹如图所示

由几何关系得
粒子垂直打在挡板上
坐标为