陕西省西安市2023-2024学年高二下学期4月联考（选课分科摸底考）物理试题（解析版）

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1.本试卷满分100分，考试时间75分钟。
2.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
3.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。回答非选择题时，将答案直接写在答题卡上。
4.考试结束后将答题卡收回。
第I卷（选择题）
一.选择题（共10小题，每小题3分，共30分。在四个选项中，只有一项符合要求）
1. 将一段通电直导线放置在匀强磁场中，通电直导线受到的安培力不正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】A．由左手定则可知，通电直导线受到的安培力应向下，A错误，符合题意；
BCD．由左手定则可知，图中三段通电指导线所受的安培力方向正确，BCD正确，不符合题意。
故选A。
2. 磁铁在弹簧的作用下静止于粗糙的斜面上，如图所示在磁铁的中垂线上某位置放置一根通电直导线，电流方向垂直于纸面向外，此时弹簧处于拉伸状态。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（ ）

A. 通电直导线对磁铁的作用力垂直于斜面向下
B. 磁铁受到的摩擦力沿斜面向上
C. 若通电直导线的电流方向反向，磁铁仍保持静止
D. 若增大通电直导线的电流，则磁铁受到的摩擦力增大
【答案】C
【解析】A．由左手定则可知，导线受力垂直于斜面向下，力的作用是相互的，所以磁铁受到导线的力垂直于斜面向上，故A错误；
BCD．对磁铁受力分析，可知磁铁受重力、支持力、弹力、导线对磁铁的力，有可能处于平衡状态，则摩擦力为0，此时若通电直导线的电流方向反向，磁铁受导线的作用力垂直斜面向下，则磁体对斜面的压力变大，则磁铁仍保持静止，增大通电直导线的电流，摩擦力依然不变，故BD错误，C正确；
故选C。
3. 质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量。其工作原理如图所示，虚线为某粒子的运动轨迹，由图可知（ ）
A. 此粒子带负电
B. 下极板比上极板电势高
C. 若只增大加速电压，则半径变大
D. 若只增大入射粒子的质量，则半径变小
【答案】C
【解析】A．由左手定则可知，粒子带正电，故A错误；
B．粒子经过电场要加速，因正电粒子，所以下极板S2比上极板S1电势低，故B错误；
C．根据动能定理得
由
得
若只增大加速电压，则半径变大，若只增大入射粒子的质量，则半径变大，故C正确，D错误。
故选C。
4. 如图所示，通电螺线管置于闭合金属环a的轴线上，当螺线管中电流I减小时（ ）
A. 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小
B. 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小
C. 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大
D. 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大
【答案】A
【解析】当螺线管中电流I减小时，电流产生的磁场减弱，穿过金属环的磁通量减小，由楞次定律可知，为阻碍原磁通量的减小，金属环的磁场与螺线管产生的磁场方向相同，则知金属环与螺线管中的电流方向相同，由于同向电流相互吸引，环有缩小的趋势，所以环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小，A正确，BCD错误。
故选A。
5. 磁电式电流表是常用的电学实验器材。如图所示，电表内部由线圈、磁铁极靴、圆柱形.软铁螺旋弹簧等构成。下列说法正确的是（ ）
A. 极靴与圆柱形软铁之间为匀强磁场.
B. 当线圈中电流方向改变时，线圈受到的安培力方向不变
C. 通电线圈通常绕在铝框上，主要因为铝的电阻率小，可以减小焦耳热的产生
D. 在运输时.通常把正、负极接线柱用导线连在一起，是应用了电磁阻尼的原理
【答案】D
【解析】A．极靴与圆柱间的磁场是均匀地辐向分布，并不是匀强磁场，故A选项错误；
B．当线圈中电流方向改变时，磁场方向不变，所以线圈受到的安培力方向发生改变，故B选项错误；
C．用金属铝做线圈框架，主要的原因有：1、铝不导磁，用铝做框架可以减小对磁场的影响，保证仪表的准确性更高。2、铝材料较轻、电阻率较小，能更好地利用电磁阻尼现象，使指针迅速停下来。故C选项错误；
D．运输过程中由于振动会使指针不停摆动，可能会使指针损坏。将接线柱用导线连在一起，相当于把表线圈电路组成闭合回路，在指针摆动过程中线圈切割磁感线产生感应电流，利用电磁阻尼原理，阻碍指针摆动，防止指针因撞击而变形，故D选项正确。
6. 如图所示，在蹄形磁铁的两极间有一可以转动的铜盘（不计各种摩擦），现让铜盘转动．下面对观察到的现象描述及解释正确的是（ ）
A. 铜盘中没有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
B. 铜盘中有感应电动势、没有感应电流，铜盘将一直转动下去
C. 铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将很快停下
D. 铜盘中既有感应电动势又有感应电流，铜盘将越转越快
【答案】C
【解析】因为铜盘转动会切割磁感线，就有感应电动势，有感应电流，就会受到反向的安培力，铜盘最终会停下来。
故选C
7. 如图所示，金属环a与导线环b共面共心，导线环b与光滑导轨、导体棒构成闭合回路，则下列说法正确的是（ ）
A. 若a中加顺时针增大的电流，则导体棒向右运动
B. 若a中加顺时针减小的电流，则导体棒向右运动
C. 若导体棒在外力作用下向右匀速运动，则a中会产生顺时针电流
D. 若导体棒在外力作用下向右匀加速运动，则a中会产生顺时针电流
【答案】BD
【解析】AB．若a中加顺时针增大的电流，a中产生的磁场方向向里增大，根据楞次定律，b中感应电流产生的磁场方向向外，感应电流逆时针方向，cd中电流方向从下往上，根据左手定则，导体棒受力向左，向左运动，同理可知，若a中加顺时针减小的电流，则导体棒向右运动，A错误，B正确；
C．若导体棒cd在外力作用下向右匀速运动时，a中磁通量不变，不产生感应电流，C错误；
D．若导体棒cd在外力作用下向右匀加速运动，b中感应电流逆时针增大，b环内部产生的磁场向外增大，根据楞次定律，a中感应电流产生的磁场向里，a中感应电流方向顺时针，D正确。
故选BD。
8. 如图所示，物理课上老师做了这样一个实验，将一厚度均匀且足够长的光滑铝板固定在绝缘支架上，铝板与水平面的倾角为，现将一质量为m的永磁体静止地放置在铝板的上端，它将沿斜面向下运动，则运动过程中永磁体（ ）
A. 先做加速度逐渐变小的变加速运动，且，再做匀速运动
B. 做加速度为a的匀加速直线运动，且
C. 重力势能先逐渐减小，最后保持不变
D. 动能先逐渐增加，最后保持不变
【答案】AD
【解析】永磁体沿斜面向下运动的过程中，铝板内会产生涡流，铝板所受安培力的反作用力将阻碍永磁体的运动，由牛顿第二定律有
由于涡流的产生会有阻尼作用，且随速度的增大而增大，故永磁体将先做加速度逐渐变小的变加速运动，且；当安培力的反作用力与永磁体的重力沿斜面的分力等大反向时，永磁体开始做匀速运动，故重力势能一直减小，动能先增加后保持不变。
故选AD。
9. 下列现象中利用的原理不是利用电磁感应的是（ ）
A. 如图甲所示，真空冶炼炉外有线圈，线圈中通入高频交流电，炉内的金属能迅速熔化
B. 如图乙所示，安检门可以检测金属物品，如携带金属刀具经过时，会触发报警
C. 如图丙所示，放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体，其中心放一圆柱形电极，边缘内壁放一环形电极，通电后液体就会旋转起来
D. 如图丁所示，用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘，铜盘很快静止下来
【答案】C
【解析】A．真空冶炼炉外中的线圈中通有高频交流电，从而在线圈中产生很强的变化的电磁场，最终导致炉内金属产生涡流，使得金属到达很高的温度从而熔化，利用了电磁感应的原理，故A正确，不符合题意；
B．安检门利用涡流探测人身上携带的金属物品，原理是：线圈中交变电流产生的磁场，会在金属物品中产生变化的感应电流，而金属物品中感应电流产生的交变磁场会在线圈中产生感应电流，引起线圈中交变电流发生变化，从而被探测到，即利用了电磁感应的原理来工作，故B正确，不符合题意；
C．放在磁场中的玻璃皿内盛有导电液体，其中心放一圆柱形电极，边缘内壁放一环形电极，从而使得圆柱形电极与边缘形成电流，电流在磁场中受到安培力的作用而发生转动，不是利用电磁感应的原理，故C错误，符合题意；
D．用一蹄形磁铁接近正在旋转的铜盘，铜盘内部将会产生涡流，从而会很快静止下来，利用了电磁感应的原理，故D正确，不符合题意；
故选C。
10. 如图所示，电路中A、B是规格相同的灯泡，L是自感系数较大且直流电阻可忽略不计的线圈，那么（ ）
A. 闭合S，A、B同时亮，然后A变暗后熄灭
B. 闭合S，B先亮，A逐渐变亮，最后A、B亮度相同
C. 断开S，A和B均闪亮一下后熄灭
D. 断开S，B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭
【答案】AD
【解析】AB．闭合S，线圈L的电流在变大，产生的感应电动势阻碍电流变大，AB两灯串联同时发光，当稳定后，灯泡A被短路，导致A渐渐变暗，而B渐渐变亮，故A正确，B错误；
CD．断开S，线圈L阻碍电流减小，跟灯泡A构成通路，所以B立即熄灭，A闪亮一下后熄灭，故C错误，D正确。
故选AD。
二.多项选择题（共4小题，每小题4分，共16分。本小题答案至少为两个及以上选项，选对得4分，少选得2分，选错不得分）
11. 图中为一“滤速器”装置示意图。a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO'运动，由O'射出。不计重力作用。可能达到上述目的的办法是（ ）
A. 使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里
B. 使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里
C. 使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外
D 使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外
【答案】AD
【解析】A．a板电势高于b板，电子所受电场力方向向上，磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则，洛伦兹力方向向下，两力可以平衡，符合题意，故A正确；
B．使a板电势低于b板，电子所受电场力方向向下，磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则，洛伦兹力方向向下，两力不可能平衡，不符合题意，故B错误；
C．a板电势高于b板，电子所受电场力方向向上，磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则，洛伦兹力方向向上，两力不可能平衡，不符合题意，故C错误；
D．使a板电势低于b板，电子所受电场力方向向下，磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则，洛伦兹力方向向上，两力可能平衡，符合题意，故D正确。
故选AD。
12. 如图，一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入一正方形的匀强磁场区，对从右边离开磁场的电子，下列判断正确的是（ ）
A. 从a点离开的电子速度最小
B. 从a点离开的电子在磁场中运动时间最短
C. 从b点离开的电子运动半径最小
D. 从b点离开的电子速度偏转角最小
【答案】BC
【解析】对于从右边离开磁场的电子，从a离开的轨道半径最大，根据带电粒子在匀强磁场中的半径公式r=mvqB，知轨道半径大，则速度大，则a点离开的电子速度最大．从a点离开的电子偏转角最小，则圆弧的圆心角最小，根据t=θ2πT=θ2π·2πmqB=θπqB，与粒子的速度无关，知θ越小，运行的时间越短．故B、C正确，A、D错误．
故选BC．
13. 如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是（ ）
A. 向右加速运动B. 向左加速运动
C. 向左匀速运动D. 向右减速运动
【答案】BD
【解析】A．若PQ向右做加速运动时，由右手定则和电磁感应定律可知，PQ中感应电流的方向由Q到P且增大，由安培定则可知，穿过、的磁场方向自下而上，则穿过磁通量增加，由楞次定律可知流过MN的感应电流方向由N到M，由左手定则可知MN受到向左的安培力，则向左运动，A错误；
B．若PQ向左做加速运动时，由右手定则和电磁感应定律可知，PQ中感应电流的方向由P到Q且增大，由安培定则可知，穿过、的磁场方向自上而下，穿过磁通量增加，由楞次定律可知流过MN的感应电流方向由M到N，由左手定则可知MN受到向右的安培力，则向右运动，B正确；
C．若PQ向左匀速运动时，由右手定则和电磁感应定律可知，PQ中感应电流的方向由P到Q且不变，由安培定则可知，穿过、的磁场方向自上而下且不变，则穿过磁通量不变，可知MN中没有感应电流，MN不受安培力作用，则静止不动，C错误；
D．若PQ向右做减速运动时，由右手定则和电磁感应定律可知，PQ中感应电流的方向由Q到P且减小，由安培定则可知，穿过、的磁场方向自下而上，穿过磁通量减少，由楞次定律可知流过MN的感应电流方向由M到N，由左手定则可知MN受到向右的安培力，则向右运动，D正确。
故选BD。
14. 如图所示，紧绕有闭合线圈的绝缘圆筒放在表面由非磁性材料制成的电子秤上，一条形磁铁（N极向下）从圆筒正上方由静止释放后插入圆筒。空气阻力不计。对磁铁插入圆筒且未碰到电子秤表面的过程，下列说法不正确的是（ ）
A. 磁铁的机械能不变
B. 磁铁的机械能减小
C. 通过电阻的电流方向如图中箭头所示
D. 与磁铁尚未运动时相比电子秤的示数减小
【答案】ACD
【解析】AB．斥力对磁铁做负功，磁铁的机械能减小，故A错误，符合题意；B正确，不符合题意；
C．线圈所在处的磁场方向向下并且增大，根据增反减同，感应电流的磁场向上，根据安培定则，线圈中产生逆时针的感应电流，通过电阻的电流方向与如图中箭头所示的方向相反，故C错误，符合题意；
D．根据牛顿第三定律，磁铁对线圈的磁场力向下，与磁铁尚未运动时相比电子秤的示数增大，故D错误，符合题意。
故选ACD。
第II卷（非选择题）
三、实验题（共2小题，总分18分）
15. 如图所示为质谱仪的原理图，某同学欲使用该装置测量某带正电粒子的比荷。粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后，进入速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度大小为，磁场方向如图，匀强电场的场强为E。带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点。已知偏转磁场的磁感应强度为，带电粒子的重力可忽略不计。
（1）为保证粒子在速度选择器中做直线运动，速度选择器a板需与电源______（选填“正极”或“负极”）相连，b板需与电源______（选填“正极”或“负极”）相连；
（2）射入偏转磁场粒子的速度为______（用题目所给物理量字母表示）。
【答案】（1）正极 负极 （2）
【解析】（1）[1][2]根据粒子在磁场中偏转方向可知，粒子带正电，则粒子在速度选择器中受洛伦兹力向左，电场力向右，则为保证粒子在速度选择器中做直线运动，速度选择器a板需与电源正极相连，b板需与电源负极相连。
（2）[3]粒子在速度选择器中做直线运动时满足qE=B1qv
则射入偏转磁场粒子的速度为
16. 如图甲所示是某同学研究自感现象的实验电路图，并用电流传感器显示出在时断开开关前后一段时间内各时刻通过线圈L的电流（如图乙），已知电源电动势内阻不计，灯泡的阻值为，线圈的直流电阻为．
（1）定值电阻R=______．
（2）开关断开时，该同学观察到的现象为_____________________，从t=1×10-3 s断开开关到小灯泡熄灭这段时间内通过小灯泡的电荷量Q= _______ C．
【答案】（1）3 （2）灯泡闪亮一下后逐渐变暗，最后熄灭 6×10-4 （5.2×10-4 -6.6×10-4 都正确）
【解析】（1）当电路稳定时，自感线圈相当于定值电阻，此时电路为自感线圈L和电阻R串联后于小灯泡并联，因此由欧姆定律有，因此；
（2）开关没断开时，流经小灯泡的电流，自感线圈的电流，因此当开关断开时，由线圈L的自感效应可知线圈L中的电流会流过小灯泡，因此刚开始流过小灯泡的电流比开关闭合时大，由因自感线圈的电流会逐渐减小为零，因此小灯泡闪亮一下后逐渐变暗，最后熄灭；图像下方的面积表示电荷量，由图得．
四、计算题（共36分）
17. 如图所示，在直角坐标系xy的第一象限中有两个全等的直角三角形区域Ⅰ和Ⅱ，充满了方向均垂直纸面向里的匀强磁场，区域Ⅰ的磁感应强度大小为B0，区域Ⅱ的磁感应强度大小可调，C点坐标为（4L，3L），M点为OC的中点。质量为m带电量为﹣q的粒子从C点以平行于y轴方向射入磁场Ⅱ中，速度大小为，不计粒子所受重力，粒子运动轨迹与磁场区域相切时认为粒子能再次进入磁场。
（1）若粒子无法进入区域Ⅰ中，求区域Ⅱ磁感应强度大小范围；
（2）若粒子恰好不能从AC边射出，求区域Ⅱ磁感应强度大小；
（3）若粒子能到达M点，且粒子是由区域Ⅱ到达M点的，求区域Ⅱ磁场的磁感应强度大小的所有可能值。
【答案】（1）；（2）；（3）、、、、
【解析】（1）粒子速度一定的情况下，磁场强度越小，轨迹半径越大，当运动轨迹恰好与x轴相切时，恰好能进入I区域，粒子不能进入I区时，粒子运动半径：r0>3L，粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：
qBv0=m
已知：v0，解得
B
（2）粒子在区域I中的运动半径为
r
若粒子在区域II中的运动半径R较小，则粒子会从AC边射出磁场，恰好不从AC边射出时满足∠O2O1Q=2θ，如图所示
sin2θ=2sinθcsθ
又
sin2θ
解得
RrL
粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
qv0B=m
解得
B
（3）①若粒子由区域I达到M点，每次前进
CP2=2（R﹣r）csθ（R﹣r）
由周期性
CM=nCP2（N=…）
即
Ln（R﹣r）
解得
R=rLL
解得
n≤3
n=1时，RL，BB0；
n=2时RL，BB0；
n=3时RL，BB0
②由周期性
CM=CP1+nCP2（N=…）
即
LRn（R﹣r）
解得
RL
解得
n
当n=0时，RL，BB0
n=1时：RL，BB0
18. 如图，质量为m、阻值为R、边长为L的正方形导线框，从位置A由静止下落，恰能竖直且匀速进入下方磁感应强度为B的有界匀强磁场（不计空气阻力）。求：
（1）在A位置时线框的下边到磁场上边界的距离h；
（2）线框进入磁场过程中通过导线截面的电量q和线框上产生的热量Q；
（3）分析并说明从开始下落到线框下边到达磁场下边界的过程中，线框机械能的变化情况。
【答案】（1）（2）（3）见解析
【解析】（1）线框进入磁场前，只有重力做功，机械能守恒
①
线框进入磁场时受到竖直向下的重力和向上的安培力作用，恰好匀速，有
mg=BIL②
根据切割产生感应电动势规律和闭合电路欧姆定律有
③
联立①②③三式，可得：
（2）线框进入磁场时的感应电流大小，由
可得：
所需的时间
线框进入磁场的过程中通过线框截面的电量
产生的热量
Q=I2Rt=mgL
（3）线框下边进入磁场前只有重力做功，机械能守恒；线框下边进入磁场后，安培力做负功，因此线框机械能减少；线框全部进入磁场到下边出磁场前，无感应电流，不受安培力，只有重力做功，机械能守恒。
19. 如下图A所示，电阻R1、电阻R2和长直导线与波动高压电源相连。在长导线的中间有一线圈，其中心与长直导线的距离r=0.1m，线圈的横截直径为0.02m，如图B所示。线圈的两端连接一个电阻R3=90Ω与电容器C，线圈电阻为10Ω，匝数N=。接通高压电源后，在长直导线回路中产生电流I，大小如图C所示，线圈一开始产生感应电流方向从A到B。同时，资料表明线圈各处的磁感应强度大小均可视为，其中。
（1）若在时，电容器的所带电荷量恰好为流过电阻R3的电荷量，且此时电容器恰好饱和，求电容器的电容量；
（2）求流过电阻R3的电荷量；
（3）若规定为电流的正方向，考虑线圈自感，定性画出通过电阻R的电流与时间t图像。
【答案】（1）F；（2）；（3）
【解析】（1）由感应电动势
又因为
I
故
所以
F
（2）由题意知在t=0.002s到t=0.005s过程中无电流，故由（1）知
故
（3）由（1）可得
根据自感线圈的性质，可做出图像如下图所示