山东省名校考试联盟2023-2024学年高二下学期5月期中联考 B物理试卷（解析版）

这是一份山东省名校考试联盟2023-2024学年高二下学期5月期中联考 B物理试卷（解析版），共27页。
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、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0.5毫米黑色签字笔书写。字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。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。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. 通电长直导线和通电矩形金属线框位于同一竖直面内，金属线框ad边与长直导线平行，通电电流方向如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A. 金属框cd边不受安培力的作用
B. 金属框cd边受到竖直向下的安培力
C. 整个金属框受到向左的安培力
D. 整个金属框受到的安培力为零
【答案】C
【解析】直导线中的电流方向竖直向上，根据安培定则导线右侧区域磁感应强度方向向内，根据左手定则ad边受向左的安培力，bc边受到向右的安培力，cd边受到向上的安培力，ab受到向下的安培力。离直线电流越远的位置，磁感应强度越小，故根据安培力公式
ad边受到安培力大于bc边，ab边受到的安培力大小等于cd受到的安培力，整个金属框受到向左的安培力。
故选C。
2. 如图甲所示是焊接自行车零件的原理图，其中外圈M是线圈，N是自行车的零件，a是待焊接的接口，将焊口两端接触在一起，当M两端接入如图乙所示的正弦电流后，接口处的金属便会熔化而焊接起来。以逆时针方向为正方向，下列说法正确的是（ ）
A. 零件中的电流方向为逆时针
B. 零件中的电流大小不断减小
C. 零件有收缩的趋势
D. 时刻零件受到线圈M的作用力最大
【答案】C
【解析】A．时间内M中电流逐渐增大，则穿过N的磁通量向上增大，有楞次定律可知零件中的电流方向为顺时针，故A错误；
B．时间内M中电流逐渐减小，则磁通量逐渐减小，而磁通量的变化率逐渐增大，则由法拉第电磁感应定律可知电流大小不断增大，故B错误；
C．时间内M中电流顺时针增大，N中的磁通量增大，由楞次定律可知零件有收缩的趋势，故C正确；
D．时刻M中的电流的变化率为零，故N中感应电流为零，则零件受到线圈M的作用力为零，故D错误。
故选C。
3. 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，精辟地揭示了电场与磁场之间的联系，预言了电磁波的存在。在闭合金属线圈中通入以下不同的电流，能产生电磁波的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】A．在闭合金属线圈中通入恒定电流，产生稳定的电场，不能产生电磁波。故A错误；
B．在闭合金属线圈中通入周期性变化的电流，产生周期性变化的磁场，然后周期性变化的磁场，又会产生周期性变化的电场，传播开去，能产生电磁波。故B正确；
CD．在闭合金属线圈中通入均匀变化的电流，产生稳定的磁场，不能产生电磁波。故CD错误。
故选B。
4. 如图甲所示，横截面积为的金属线圈水平放置，线圈匝数。竖直方向上有一随时间变化的磁场，磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示，规定磁场方向向上为正，下列说法正确的是（ ）
A. 0～2s内感应电动势的平均值为
B. 0～2s内感应电动势的平均值为0
C. 时线圈中的感应电动势的大小为0
D. 时线圈中的感应电动势的大小为1V
【答案】A
【解析】AB．根据法拉第电磁感应定律
所以0～2s内感应电动势的平均值为，故A正确，B错误；
CD．由图可知，平均感应电动势等于瞬时感应电动势，故时线圈中的感应电动势的大小为，故CD错误。
故选A。
5. 一含有理想变压器的电路如图所示，变压器原副线圈的匝数比为3:1，定值电阻、、的阻值分别为3Ω、1Ω和2Ω，理想电压表V的示数为1V。电路输入端ab间电压的有效值为（ ）
A. 10VB.
C. 18VD.
【答案】A
【解析】因理想电压表V的示数为1V，则副线圈的电流为
副线圈的电压为
根据理想变压器的原理可知
则电路输入端ab间电压的有效值为
故选A。
6. 如图所示，边界MN右侧存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。abcd为边长为l的n匝正方形金属线框，其ab边与MN重合，线框的总电阻为R。时刻线框从图示位置开始以角速度ω绕MN匀速率转动，转动方向如图所示，在线框转过180°的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 图示位置线框中感应电动势的瞬时值为
B. 线框中感应电动势的最大值为
C. 通过线框的电荷量为
D. 线框中产生的热量为
【答案】D
【解析】A．图示位置线框处于中性面，切割速度方向与磁场平行，感应电动势的瞬时值为零。故A错误；
B．线框中感应电动势的最大值为
故B错误；
C．通过线框的电荷量为
根据
联立，解得
故C错误；
D．线框中产生的热量为
其中
联立，解得
故D正确。
故选D。
7. 中国原子能科学研究院研制了50MeV质子回旋加速器，可以为空间辐射环境效应测试与分析提供重要的测试条件。如图甲所示为某回旋加速器的结构示意图，仪器由两个半径为R的半圆形中空铜盒、构成，两盒间留有一狭缝，宽度远小于铜盒半径。匀强磁场垂直穿过盒面，两盒的狭缝处施加如图乙所示的交变电压（仅频率可调）。已知粒子进入仪器时的初速度可近似认为是零，不考虑加速过程中粒子的相对论效应，忽略粒子在电场中加速的时间。使用该仪器加速质子（）时，交变电压的频率为f1，质子获得的最大动能为；使用该仪器加速α粒子（）时，交变电压的频率为f2，α粒子获得的最大动能为。下列判断正确的是（ ）
A. ，
B. ，
C. ，
D. ，
【答案】C
【解析】依题意，交变电场的周期与带电粒子运动的周期相等，可得
根据
联立，可得
可知交变电压的频率为
可得
即
当粒子在磁场中运动的轨迹半径为D形盒的半径R时，其动能最大，有
又
联立，解得
可得
即
故选C。
8. 如图所示，平面直角坐标系xOy内有一边长为2a的正六边形区域，该区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，正六边形的左顶点O位于坐标原点。平面内有一矩形匀质导线框MNPQ，线框边长，，且NP边与y轴重合，O点位于NP边的中点。施加外力使线框自O点开始沿x轴水平向右匀速运动，设线框中感应电流为I，磁场对线框的安培力为F，线框运动的位移为x，以逆时针方向为线框中感应电流的正方向，水平向左为安培力的正方向，下列图象可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】当线框运动的位移为x，当，根据楞次定律可知线框中感应电流方向为逆时针方向,导线框运动过程中有效切割长度越来越大，与时间成线性关系，即
则
由欧姆定律可知感应电流
即感应电流随线框位移均匀增大，线框受到的安培力
根据左手定则可知安培力方向水平向左；
当过程中，此过程中NP切割磁感线长度不变，等于NP，即
则感应电动势不变，为
感应电流方向为逆时针方向，大小为
则感应电流不变，安培力不变
根据左手定则可知安培力方向水平向左；
同理当过程中，此过程中NP切割磁感线长度不变，MQ切割磁感线长度变大，为
根据楞次定律可知线框中感应电流方向为逆时针方向；感应电动势为
则感应电流
感应电流随线框位移均匀变小，由
安培力大小时位移的一元二次函数，为抛物线，根据左手定则可知安培力方向水平向左。
当过程中，此过程中MQ切割磁感线长度不变，NP切割磁感线长度变小，NP切割磁感线长度
根据楞次定律可知线框中感应电流方向为顺时针方向；感应电动势为
则感应电流
感应电流随线框位移均匀变小，由
安培力大小时位移的一元二次函数，为抛物线，根据左手定则可知安培力方向水平向左。
当过程中，此过程中NP在磁场外，不切割磁感线，MQ切割磁感线长度不变，感应电动势为
感应电流方向为顺时针方向，大小为
则感应电流不变，安培力不变
根据左手定则可知安培力方向水平向左；
当过程中，此过程中NP在磁场外，不切割磁感线，MQ切割磁感线长度变小，MQ切割磁感线长度
感应电动势为
根据楞次定律可知线框中感应电流方向为顺时针方向，大小为
感应电流随线框位移均匀变小，由
安培力大小时位移的一元二次函数，为抛物线，根据左手定则可知安培力方向水平向左。
故选D。
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. 小明同学设计了如图所示的电路，可以利用电动势为1V的废旧电池点亮工作电压为2V的发光二极管，二极管位于图示的虚线框内（图中未画出）。关于电路的原理下列说法正确的是（ ）

A. 开关闭合的瞬间二极管被点亮
B. 开关断开的瞬间二极管被点亮
C. 二极管被点亮时M端电势低于N端电势
D. 二极管被点亮时M端电势高于N端电势
【答案】BC
【解析】A．开关闭合的瞬间二极管两端电压小于2V，不能被点亮。故A错误；
B．开关断开的瞬间，由于电感线圈的自感，二极管两端电压超过2V，被点亮。自感电动势的方向与原电流方向一致，即从二极管的N端流向M端，所以M端电势低于N端电势。故B正确；CD错误。
故选BC。
10. 如图所示，某小型水电站发电机的输出电压为（保持不变），经变压器升压后向远处输电，在用户端用降压变压器把电压降为。假设两个变压器均是理想变压器，电流表为理想电表，某时刻用户负载（可视为纯电阻）发生变化时发现电流表示数变大，下列说法正确的是（ ）
A. 变大B. 变小
C. 用户负载电阻变大D. 用户负载电阻变小
【答案】BD
【解析】AB．根据电流与匝数的关系
因电流表示数增大，即I1增大，所以输电线上电流I线增大，根据电压与匝数的关系
可知U2不变，根据
可知减小。根据
，
可知减小，增大，故A错误，B正确；
CD．根据
可知用户负载电阻变小，故C错误，D正确。
故选BD。
11. 如图所示，圆心为O、半径为3R的圆形区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁场内部有一圆心也为O，半径为R的粒子接收屏，A、B为紧贴磁场内部的两点，AB连线为大圆的竖直直径。大量带正电的相同粒子由磁场左侧垂直于AB连线进入磁场，打到接收屏上的粒子立刻被吸收。已知粒子质量为m，电荷量为q，不同位置入射的所有粒子均有相同的速率范围，所有从A点射入的粒子恰好能打在接收屏的右半圆所有区域，下列说法正确的是（ ）
A. 粒子的速率满足
B. 粒子的速率满足
C. 打在屏上的粒子在磁场中运动的最短时间为
D. 打在屏上的粒子在磁场中运动的最短时间为
【答案】AC
【解析】AB．所有从A点射入的粒子恰好能打在接收屏的右半圆所有区域的两个临界轨迹如图所示
由几何关系，可得
根据
解得
故A正确，B错误；
CD．依题意，粒子的轨道半径最大，弦最短时，所用时间最短，轨迹如图
由几何关系可知
打在屏上的粒子在磁场中运动的最短时间为
又
联立，解得
故C正确，D错误。
故选AC。
12. 汽车中的霍尔传感器可以检测刹车踏板的微小位移，以实现对汽车行驶的稳定性控制，其工作原理可简化如下：如图甲所示，霍尔元件置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，霍尔元件的放大图及几何尺寸如图乙所示，d为元件沿x轴的厚度。建立如图乙所示的空间直角坐标系，沿y轴正向通以大小为I的稳恒电流，当霍尔元件沿x轴移动微小距离时，上下表面产生霍尔电压，当霍尔元件位于原点O时，磁感应强度B为0，以此为位移零点。已知该霍尔元件中载流子为电荷量为e的自由电子，单位体积中的自由电子数为n，在小范围内，磁感应强度大小与元件的位移大小x满足，k为常数，下列说法正确的是（ ）
A. 若检测到上表面电势低于下表面电势，说明元件向右移动一小段距离
B. 霍尔电压大小与元件的位移大小x满足
C. 若要提高传感器检测的灵敏度，可增大元件沿x轴的厚度d
D. 若要提高传感器检测的灵敏度，可增大稳恒电流I的大小
【答案】ABD
【解析】A．若检测到上表面电势低于下表面电势，则电子受到的洛伦兹力指向上表面，根据左手定则可知，磁场方向沿x轴负方向，则元件向右移动一小段距离，故A正确；
B．设霍尔元件沿z轴方向的长度为，当霍尔元件在z轴方向的上、下表面间产生的霍尔电压达到稳定时，则有
根据电流微观表达式可得
联立可得
故B正确；
CD．根据
可知要提高传感器检测的灵敏度，可减小元件沿x轴的厚度d，增大稳恒电流I的大小，故C错误，D正确。
故选ABD。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 某实验小组探究影响感应电流方向的因素。
（1）按照如图甲所示电路连接灵敏电流计和一节干电池，闭合开关后瞬间断开，发现灵敏电流计指针先向右偏转，再回到零刻度线处，该操作的实验目的是________；
A. 检查干电池是否为新电池
B. 检查电流计是否可正常工作
C. 判断电流计指针偏转方向与电流流向的关系
（2）按照如图乙所示电路连接灵敏电流计和螺线管（绕线方向如图所示），当条形磁铁沿不同方向插入或者抽出螺线管时，实验记录如下：
分析实验记录，得出影响感应电流方向的因素有________；
A. 条形磁铁运动的快慢B. 原磁场的方向
C. 螺线管的绕线方向D. 磁通量的变化
（3）实验室中有一缺失绕线标识的螺线管，该实验小组用如图丙所示的电路确认其绕线方向，当条形磁铁的S极向上抽出螺线管时，灵敏电流计指针向右偏转，则该螺线管的绕线方向是图丁中的________（选填“a”或者“b”）。
【答案】（1）BC （2）BD （3）a
【解析】（1）闭合开关后瞬间断开，发现灵敏电流计指针先向右偏转，再回到零刻度线处。这样是为了确定电流方向与指针偏转关系。同时确定检查电流计是否可正常工作。
故选BC。
（2）从左往右，分析1、2组或3、4组可知，电流方向与磁通量的变化有关；分析1、3组或2、4组可知，电流方向与原磁场方向有关。从表格中看不出条形磁铁运动的快慢，也得不出螺线管的绕线方向与电流方向有什么关系。
故选BD。
（3）已测得电流表指针向右偏时，电流是由正接线柱流入。此时灵敏电流计指针向右偏转，说明电流是由正接线柱流入。当条形磁铁的S极向上抽出螺线管时，螺线管中的磁场方向向下，磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向向下，由安培定则可知，螺线管的绕线方向是图丁中的a。
14. 某实验小组利用热敏元件设计一个环境温度超过设定温度时就会自动报警的装置，主要实验器材如下：
热敏元件（其阻值R随温度t变化的图像如图甲所示）；
干电池（电动势，内阻可忽略）；
变阻箱（0～9999.99Ω）；
电压表（量程0～3V，内阻很大）；
报警装置（电压超过2V就报警）；
开关S及导线若干。
（1）以下电路图中可能实现温度超过设定温度就报警的是________；
（2）若要设定环境温度超过30℃就报警，变阻箱的阻值应调节为________Ω，在此情况下当电压表示数为1.5V时，环境温度为________℃（结果均保留三位有效数字）；
（3）变阻箱的接入阻值越大，报警温度就________（选填“越低”“不变”或者“越高”）。
【答案】（1）B （2）3.60×103Ω 14.0℃ （3）越低
【解析】（1）报警装置需要和电阻箱并联，当温度升高时，热敏电阻阻值减小，电压减小，电阻箱两端电压升高，电压达到或超过2V时，会报警。
故选B。
（2）[1]由甲图可知环境温度为30℃时，热敏电阻的阻值为1.8kΩ，根据
解得
[2]当电压表示数为1.5V时，有
解得
由甲图可知环境温度为14.0℃。
（3）根据
可知，变阻箱的接入阻值越大，在报警电压不变时，的阻值也随之增大，所以报警温度就越低。
15. 如图所示，xOy坐标系的第一象限内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从x轴上的P点射入第一象限，射入时的初速度方向与x轴正方向成60°，不计粒子重力。
（1）若带电粒子恰好垂直于y轴进入第二象限，求带电粒子初速度的大小；
（2）若带电粒子穿过第一象限所用的时间为，求带电粒子初速度大小的最大值。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）粒子运动轨迹如图所示
由几何关系可得
根据洛伦兹力提供向心力有
联立解得
（2）粒子运动轨迹如图所示
由几何关系可得
解得
由几何关系可得
根据洛伦兹力提供向心力有
联立解得
16. 如图所示，宽度的足够长的光滑金属导轨固定在水平面上，导轨左端连接一阻值为的电阻。空间存在磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场。导轨上放有垂直导轨的长度为L的金属杆P，金属杆在水平向右的恒力作用下由静止开始运动，当向右移动的距离为时金属杆的速度为（为金属杆运动过程中的最大速度）。已知金属杆的质量为，电阻，其余部分电阻不计。求
（1）金属杆运动10m时的加速度大小a；
（2）金属杆运动10m的过程中金属杆上产生的电热Q。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）当拉力大小等于安培力时，金属杆的速度达到最大，则
由欧姆定律得
联立可得
金属杆运动10m时，对金属杆受力分析，由牛顿第二定律
其中
联立解得
（2）金属杆运动10m的过程中，由能量守恒定律
根据焦耳热分配可知，金属杆上产生的电热为
联立解得
17. 如图所示，相距为的足够长光滑平行金属导轨水平放置，长度均为的金属棒ab和cd垂直导轨静置在导轨上。垂直导轨的虚线ef右侧存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度的大小为。现让金属棒ab、cd分别以速度、同时向右运动，时刻金属棒cd恰好进入磁场区域，时刻金属棒ab恰好进入匀强磁场区域，到时间内金属棒cd向右运动的位移为。已知金属棒ab的质量为，电阻阻值为，金属棒cd的质量为，电阻阻值为。导轨电阻不计，求
（1）时刻金属棒ab两端的电势差；
（2）时刻金属棒cd的速度大小；
（3）稳定时金属棒ab和cd间的距离d。
【答案】（1）；（2）；（3）6m
【解析】（1）时刻金属棒cd恰好进入磁场，切割磁场产生的感应电动势为
由闭合电路欧姆定律，可得
金属棒ab两端的电势差为
（2）到时间内对金属棒cd由动量定理，可得
解得
（3）两金属棒均进入磁场后，系统动量守恒，可得
又
联立，解得
·
18. 如图所示，xOyz坐标系中有一长方体空间区域abcd-efgh，边长为L的正方形abcd位于yOz平面内，O点为abcd的中心，ae边长为。长方体空间区域存在沿x轴负方向的匀强磁场。O点处有一粒子源，可在xOy平面的第一象限内沿各个方向均匀发射初速度大小均为的同种带电粒子，带电粒子的质量均为m、电荷量均为＋q。从O点发出沿y轴正方向的粒子恰好经过a点。不计粒子重力和粒子间的相互作用，求
（1）匀强磁场磁感应强度的大小B；
（2）初速度方向与x轴正方向夹角为41.8°的粒子从abfe面射出位置的坐标（已知）；
（3）从efgh面射出的粒子占总粒子数的比例；
（4）从efgh面射出的粒子中，所用时间最长的粒子射出位置的坐标。
【答案】（1）；（2）（，，）；（3）；（4）（，，）
【解析】（1）带电粒子从O点发出沿y轴正方向的粒子恰好经过a点轨迹如图
由几何关系可得
根据
解得
（2）初速度方向与x轴正方向夹角为41.8°的粒子轨迹如图
分解初速度，可得
由

解得
由几何关系可得
解得
又
可得
粒子出磁场时，有
，，
故粒子射出位置的坐标为（，，）。
（3）带电粒子轨迹如图
由几何关系可得
根据

解得
又
解得
可得从efgh面射出的粒子占总粒子数的比例为
（4）粒子轨迹如图
可得
，
解得
可得
即
故粒子射出位置的坐标为（，，）。磁体磁场方向
向下
向下
向上
向上
通过线圈的磁通量的变化
增大
减小
增大
减小
指针偏转的方向
左
右
右
左
感应电流的磁场方向
向上
向下
向下
向上