重庆市名校联盟2024-2025学年高二(下)期中考试物理试卷（含解析）

这是一份重庆市名校联盟2024-2025学年高二(下)期中考试物理试卷（含解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置．下列说法正确的是( )
A. X射线的波长比红外线的波长更长
B. 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关
C. 医院里经常利用红外线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗
D. 变化的磁场会产生电场，均匀变化的磁场会产生均匀变化的电场
2.某同学制作了一个简易电磁炉，其结构简图如图所示。在线圈上放置一盛有冷水的金属杯，接通交流电源，一段时间后杯内的水就会沸腾起来。下列说法正确的是( )
A. 简易电磁炉工作时，在金属杯底部产生涡流
B. 使用陶瓷器皿，不影响简易电磁炉加热效果
C. 仅减小交流电的频率，简易电磁炉的功率增大
D. 若在输入端接恒定电流，简易电磁炉仍能正常工作
3.如图所示是研究自感现象的电路图，L是自感系数很大的线圈，其直流电阻几乎为零，两个灯泡A、B完全相同，下列说法正确的是( )
A. 开关闭合瞬间，灯B不亮B. 电路稳定时，灯A、B一样亮
C. 开关断开瞬间，流过灯B的电流向左D. 开关断开瞬间，灯A、B同时熄灭
4.2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲所示。“南鲲号”发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是( )
A. 海浪频率的变化对输出电流没有影响
B. 在图乙所示位置时，线圈b端电势高于a端电势
C. 在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最大
D. 在图乙所示位置时，线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向下
5.如图甲所示，矩形导线框abcd放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示。设t=0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在0∼4s时间内，选项图中能正确反映线框cd边所受的安培力F随时间t变化的图像是(规定cd边所受的安培力向左为正)( )
A. B.
C. D.
6.一边长为L、质量为m的正方形单匝金属线框，每边电阻均为R0，置于光滑绝缘水平桌面(纸面)上。宽度为2L的区域内存在方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两虚线为磁场边界，如图所示。现使金属框以一定的初速度向右运动，进入磁场。运动过程中金属框的左、右边框始终与磁场边界平行，金属框完全进入磁场区域时，速度大小减为初速度的四分之三，则金属框的初速度大小为( )
A. B2L3mR0B. B2L32mR0C. 4B2L33mR0D. 4B2L3mR0
7.如图所示，两平行极板水平放置，两板间有垂直纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场，磁场的磁感应强度为B。一束质量均为m、电荷量均为+q的粒子，以不同速率沿着两板中轴线PQ方向进入板间后，速率为v的甲粒子恰好做匀速直线运动；速率为v2的乙粒子在板间的运动轨迹如图中曲线所示，A为乙粒子第一次到达轨迹最低点的位置，乙粒子全程速率在v2和3v2之间变化。研究一般的曲线运动时，可将曲线分割成许多很短的小段，这样质点在每一小段的运动都可以看作圆周运动的一部分，对应小段圆弧的半径叫该处曲率圆半径。不计粒子受到的重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A. 两板间电场强度的大小为Bv
B. 乙粒子偏离中轴线的最远距离为mvqB
C. 乙粒子的运动轨迹在A处对应的曲率圆半径为9mv4qB
D. 乙粒子从进入板间运动至A位置的过程中，在水平方向上做匀速运动
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
8.如图是回旋加速器的结构示意图，主要由两个半圆形的中空铜D形盒构成，两盒间留有一狭缝，置于真空中。匀强磁场B垂直穿过盒面，由高频振荡器产生的交变电压加在两盒间的狭缝处。关于回旋加速器，下列说法正确的是
A. 图中两D形盒内所加磁场使粒子发生偏转
B. 图中两D形盒间所加电场使粒子发生偏转
C. 粒子在磁场中的运动周期随粒子速度的增大而减小
D. 图中D形盒的半径越大，同一粒子最终获得的动能越大
9.如图所示，理想变压器输入电压保持不变，副线圈接有两个完全相同的灯泡a、b和一个定值电阻R、电流表、电压表均为理想电表。开关S原来是断开的，现将开关S闭合，则( )
A. 电流表的示数不变B. 电压表的示数不变
C. 原线圈输入功率增大D. 灯a消耗的电功率增大
10.如图所示，边长为3L的等边三角形ABC内、外分布着两方向相反的匀强磁场，三角形内磁场方向垂直纸面向外，两磁场的磁感应强度大小均为B。顶点A处有一粒子源，粒子源能沿∠BAC的角平分线发射不同速率的粒子，粒子质量均为m、电荷量均为+q不计粒子重力及粒子间的相互作用力，则发射速度v0为哪些值时粒子能通过B点( )
A. 3qBLmB. 2qBLmC. qBLmD. 2qBL3m
三、实验题：本大题共2小题，共21分。
11.在“探究变压器线圈两端的电压和匝数关系”的实验中，同学们发现了以下几个问题，并展开了讨论。
(1)要完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压______(填“直流”或“交流”)电源。
(2)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系，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.类比法
(3)实验中将电源接在原线圈两个接线柱之间，调整原副线圈的匝数之比为4：9，用电压表测得副线圈的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______；


12.某小组设计如下实验探究影响感应电流方向的因素。

(1)为弄清灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系，实验时发现：当电流从图a中电流计的右端正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体______(选填“向上”或“向下”)运动时，电流计指针向右偏转。
(2)为探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图b的电路，请用实线完成其余部分电路的连接。
(3)实验完成后，该小组又设计图c所示的电路，请思考：若将条形磁铁从图示位置先迅速向上后迅速向下移动一小段距离，出现的现象是______。
A.灯泡A、B均不发光
B.灯泡A、B交替短暂发光
C.灯泡A短暂发光、灯泡B不发光
D.灯泡A不发光、灯泡B短暂发光
(4)本实验判断感应电流的方向要利用楞次定律，而楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现______。
A.电阻定律
B.库仑定律
C.欧姆定律
D.能量守恒定律
四、计算题：本大题共3小题，共36分。
13.如图所示，线圈abcd的面积是0.1m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻R=9Ω，匀强磁场的磁感应强度为B=1πI，当线圈以5r/s的转速匀速转动时，求：
(1)转动中感应电动势的最大值和有效值；
(2)电路中交流电压表和电流表的示数(结果可用根号表示)；
(3)线圈从图示位置转过90。的过程中通过电阻R的电量。
14.如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ=30°的绝缘斜面上，两导轨间距为L=1m，M、P两点间接有阻值为R=4Ω的电阻．一根质量为m=1kg电阻为r=1Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B=5T的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上．导轨的电阻可忽略．让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，沿斜面下滑d=2m时，金属杆达到最大速度，导轨和金属杆接触良好，重力加速度为g=10m/s2.求：
(1)金属杆达到的最大速度vm；
(2)在这个过程中，电阻R上产生的热量；
(3)在这个过程中所用时间．
15.芯片制造过程有极其复杂的工艺，其中离子注入是一道重要的工序，该工作原理如图所示：离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，离子在速度选择器中做匀速直线运动，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入到水平面内的晶圆(硅片)处。速度选择器中匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，匀强电场场强大小为E，方向竖直向上；磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔，磁分析器中匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体，底面与晶圆所在的水平面重合，偏转系统中匀强磁场的磁感应强度大小为B、匀强电场场强大小为E，它们的方向均垂直纸面向外；从磁分析器N处小孔射出的离子自偏转系统上表面的中心射入，当偏转系统不加电场及磁场时，离子恰好竖直注入到晶圆上的O点。以O点为坐标原点，偏转系统中B的方向为x轴正方向，水平向左为y轴正方向，建立平面直角坐标系。整个系统置于真空中，不计离子重力，打到晶圆上的离子经过电场和磁场偏转的角度都很小，而当α很小时，有以下近似计算：sinα≈α，1−csα≈α22。求：
(1)离子的电性及通过速度选择器后的速度大小；
(2)从磁分析器出来的离子的比荷；
(3)偏转系统同时加上电场和磁场时，离子注入晶圆的位置坐标。
答案解析
1.【答案】B
【解析】由电磁波谱可知，红外线的波长比X射线的波长更长，A错误；电磁波在真空中传播时的速度为光速c，与电磁波的频率无关，B正确；医院里经常利用γ射线能摧毁病变细胞的作用对患者进行治疗，C错误；麦克斯韦认为周期性变化的电场在周围能够引起周期性变化的磁场，而均匀变化的电场只能激发恒定的磁场，D错误．
2.【答案】A
【解析】AB.交流电源产生变化的磁场，通过金属杯的磁通量发生变化而产生涡流，利用涡流来加热食物或者水，如果将金属杯换作陶瓷器皿，将不能再产生涡流，即简易电磁炉不能正常工作，A正确，B错误；
C.仅减小交流电的频率，根据法拉第电磁感应定律可知，涡流减小，简易电磁炉的功率减小，C错误；
D.输入端接恒定电流，无法产生感应电流，电磁炉不能正常工作，D错误。
故选A。
3.【答案】C
【解析】A.开关闭合瞬间，线圈L相当于电源，根据楞次定律，线圈L左端正极，右端负极，灯A和灯B同时亮，A错误；
B.电路稳定时，线圈L相当于导线，灯B被短路，灯B不亮，灯A亮，B错误；
CD.开关断开瞬间，线圈L相当于电源，给灯B供电，B灯闪亮一下再熄灭，A灯立即熄灭；根据楞次定律，线圈L的右端为正极，流过灯B的电流向左，C正确，D错误。
故选C。
4.【答案】C
【解析】A.线圈转动过程中产生的电动势的最大值为Em=NBSω，其中ω=2πf，则输出电流的最大值为Im=EmR总=2πNBSfR总，则海浪频率的变化对输出电流有影响，故A错误；
B.根据右手定则可知，在题图乙所示位置时线圈内部电流方向为从b到a，则此时a端电势高于b端电势，故B错误；
C.题图乙中线圈所处位置与磁感线平行，穿过线圈的磁通量最小，与中性面垂直，磁通量的变化率最大，故C正确；
D.在题图乙所示位置时线圈内部电流方向为从b到a，根据左手定则可知，此时线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向上，故D错误。
故选C。
5.【答案】C
【解析】AB.在0−2s，根据楞次定律知感应电流方向为顺时针，大小方向都不变，再根据左手定则及公式F=BIL
知，F的大小与B成正比，cd边受力先向左后向右，故AB错误；
CD.在2−4s，根据根据楞次定律可知感应电流方向为逆时针，cd边受力还是先向左后向右，故C正确，D错误。
故选C。
6.【答案】A
【解析】解：根据法拉第电磁感应定律可得，金属框进入磁场过程中，设运动的时间为t，感应电动势的平均值为：E−=BLv−
其中，v−=Lt
根据电荷量的定义式可知，金属框进入磁场过程中流过金属框的电荷量为：q=I−t=E−4R0t=BL24R0
选择水平向右的方向为正方向，设金属框的初速度为v0，对金属框根据动量定理可得：−BI−Lt=34mv0−mv0
联立解得：v0=B2L3mR0
故A正确，BCD错误；
故选：A。
根据法拉第电磁感应定律得出感应电动势的大小，结合电流的定义式和动量定理联立等式得出金属框的初速度。
本题主要考查了电磁感应的功能关系，要熟悉公式间的推导，利用动量定理计算出金属框的速度。
7.【答案】B
【解析】速率为v的甲粒子恰好做匀速直线运动，则qE=Bqv，解得两板间电场强度的大小为E=Bv，选项 A错误；由于洛伦兹力一直不做功，乙粒子所受静电力方向一直竖直向下，当粒子速度最大时，静电力做的功最多，偏离中轴线的距离最远，根据动能定理有qEymax=12m×3v22−12m×v22，整理可得ymax=mvqB，故 B正确；由题意，乙粒子的运动轨迹在A处时为粒子偏离中轴线的距离最远，粒子速度达到最大为vA=3v2，洛伦兹力与静电力的合力提供向心力qvAB−qE=mv A2rA，所以对应圆周的半径为rA=9mv2qB，故 C错误；由题意，速率为v2的乙粒子在板间的运动轨迹如图中曲线所示，根据左手定则判断知，粒子受到的洛伦兹力总是垂直指向每一小段圆弧的中心，可知从进入板间至A位置过程中，乙粒子在水平方向上的合力一直水平向右，所以粒子从进入板间运动至A位置的过程中，在水平方向上做加速运动，故 D错误。
8.【答案】AD
【解析】【分析】
回旋加速器利用电场加速，磁场偏转，带电粒子在磁场中运动的周期等于交变电场的周期相同;根据洛伦兹力提供向心力得到最大动能的大小，掌握回旋加速器的工作原理即可解答。
解决本题的关键知道回旋加速器利用电场加速，磁场进行偏转，以及知道粒子在磁场中运动的周期与交变电压周期的关系。
【解答】
AB.回旋加速度器的原理是利用电场加速带电粒子，利用磁场改变带电粒子的运动方向，故A正确，B错误；
C.带电粒子在磁场中运动周期
T=2πRv=2πmqB
周期与粒子运动的速度大小无关，所以带电粒子运动的周期不变，故C错误；
D.根据
qvB=mv2R
带电粒子的最大动能为
Ekm=12mv2=q2B2R22m
可知，带电粒子的最大动能与磁场和加速器半径有关，与交变电压无关，半径越大，最大动能越大，故D正确。
故选AD。
9.【答案】BC
【解析】解：B.根据理想变压器电压与匝数比的关系，可得副线圈两端电压为：U2=n2n1U1，则副线圈输出电压不变，即电压表的示数不变，故B正确；
AC.开关S闭合后，副线圈负载总电阻减小，根据欧姆定律，副线圈输出电流I2增大；根据：I1I2=n2n1，可知原线圈输入电流I1增大，即电流表的示数增大，根据：P1=U1I1，可知原线圈输入功率增大，故A错误，C正确；
D.由于副线圈输出电压U2不变，副线圈输出电流I2增大，则定值电阻R两端电压增大，灯a两端电压减小，所以灯a消耗的电功率减小，故D错误。
故选：BC。
开关S闭合后，负载总电阻减小，根据欧姆定律和理想变压器电流与匝数比的关系分析作答；根据理想变压器电压与匝数比的关系分析作答；根据功率公式分析作答。
此题主要考查了变压器的工作原理，要知道开关S闭合后，原线圈的输入电压不变，副线圈的输出电压不变，但副线圈的电流变大。
10.【答案】AC
【解析】粒子可能的轨迹如图所示
由几何关系得n2Rsin30∘=3L (n=1,2,3 ⋯ )
由牛顿第二定律得qvB=mv02R
解得v0=3qBLnm (n=1,2,3 ⋯ )
n=1时
v0=3qBLm n=3时v0=qBLm
粒子可以通过B点，故AC符合题意，BD不符合题意。
故选AC。
11.【答案】交流； A； C
【解析】解：(1)变压器的工作原理是互感，可知，要完成该实验，除了选用电压表、导线外，还需要选用低压交流电源。
(2)实验要通过改变原、副线圈匝数，在探究原、副线圈的电压与匝数四个物理量的关系时，需要确保其中两个物理量一定，可知实验中需要运用的科学方法是控制变量法，故A正确，BC错误。
故选：A。
(3)若为理想变压器，则有
U1U2=n1n2
解得
U1=43V≈1.3V
实际上的变压器由于漏磁、线圈与铁芯存在电阻，导致有一部分能量损耗，导致实际上原线圈的电压大于1.3V，则原线圈的输入电压可能为1.5V，故C正确，AB错误。
故选：C。
故答案为：(1)交流；(2)A；(3)C
(2)变压器的工作原理是互感，产生互感结合安全性选用低压交流电源；
(2)根据实验原理分析判断；
(3)根据理想变压器的规律结合能量损耗分析判断。
本题关键掌握探究变压器线圈两端的电压和匝数关系的实验原理和理想变压器的规律。
12.【答案】向上； ； B； D
【解析】解：(1)当电流从图b中电流计的右端正接线柱流入时指针向右偏转；则当电流计指针向右偏转时，螺线管中产生的感应电流从上往下，根据楞次定律可知，磁体向上运动。
(2)连线如图；
(3)将条形磁铁从图示位置先迅速向上后迅速向下移动一小段距离，则线圈中产生的感应电流方向相反，两个二极管相继分别导通，出现的现象是灯泡A、B交替短暂发光，故B正确，ACD错误。故选：B。
(4)楞次定律指感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化，这种阻碍作用做功将其他形式的能转变为感应电流的电能，所以楞次定律的阻碍过程实质上就是能量转化的过程；故D正确，ABC正确，故选：D。
故答案为：(1)向上； (2)；(3)B；(4)D
(1)根据线圈中电流方向结合右手螺旋定则判断磁体运动方向；
(2)根据实验要求和原理连接电路；
(3)二极管具有单向导电性，根据插入和拔出磁铁时电流方向判断两个灯的情况；
(4)根据电磁感应现象的实质分析。
本题主要考查电磁感应现象中电流和磁通量变化关系，结合楞次定律解答。
13.【答案】(1)根据转动中感应电动势的最大值表达式，则有
Em=nBSω=100×1π×0.1×2π×5V=100V
有效值为 E=Em 2=50 2V
(2)回路中电流 I=ER+r=50 29+1A=5 2A
电压表示数 U=IR=5 2×9V=45 2V
(3)从图示位置转过 90 ∘ 的过程中有
E=nΔΦΔt
又因为 I=ER+r ，
q=I⋅Δt
解得 q=nΔΦR+r=100×1π×0.19+1=1πC

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】解：(1)金属杆在磁场中运动达到最大速度时，产生的感应电动势为E=BLvm
金属杆中的电流为I=ER+r
金属杆受到的安培力为F安=BIL=B2L2vmR+r
当速度最大时有mgsinθ=F安
代入数据可得vm=1m/s
(2)由能量的转化与守恒可得mgdsin θ=12mvm2+Q
代入数据可得Q=9.5J
由QR=RR+rQ
得QR=7.6J。
(3)在这个过程中，由动量定理有
mgtsinθ−IBL⋅t=mvm
电量为q=It=ΔΦR总tt=ΔΦR+r=BLdR+r
解得t=2.2s

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】解：(1)离子在速度选择器中受力平衡，则有
Eq=Bqv
可得离子速度大小
v=EB
利用离子在磁分析器中的偏转，根据左手定则可知离子带正电荷。
(2)离子在磁分析器中运动的轨道半径
R=R1+R22
由于洛伦兹力提供向心力可知
qvB=mv2R
联立解得
qm=2E(R1+R2)B2
(3)离子进入偏转系统后，在垂直于磁场方向做匀速圆周运动，轨道半径仍为R，设偏转角为 α ，如图所示
则偏转距离
y=R(1−csα)
而
L=Rsinα
由于 α 很小，可知
sinα≈α ， 1−csα≈α22
联立整理得
y=L2R1+R2
离子在偏转系统中运动的时间
t=Rαv
在沿着电场方向做匀加速的运动，可知
x=12at2
其中
a=Eqm
联立解得
x=L2R1+R2
因此离子注入晶圆的位置坐标为( L2R1+R2 ， L2R1+R2 )。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】