福建省晋江市2024-2025学年高二下学期3月月考 (1)物理试卷（解析版）

这是一份福建省晋江市2024-2025学年高二下学期3月月考 (1)物理试卷（解析版），共16页。试卷主要包含了单项选择题，双项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题：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，只有一项是符合题目要求的。
1. 物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。如图南北方向放置的直导线正下方有一静止的小磁针，当导线通入由南向北的电流时观察到小磁针偏转，则小磁针( )
A. N极会垂直纸面向里偏转
B. N极会沿纸面内向上偏转
C. 对通电直导线无力的作用
D. 转动方向与电流方向无关
【答案】A
【解析】
【分析】AB．若导线通入由南向北的电流时，根据安培定则可知小磁针处的磁场的方向垂直于纸面向里，所以小磁针的N极会向垂直纸面向里偏转。故A正确B错误；
C．因为力的作用是相互的，故小磁针对通电直导线也有力的作用，故C错误；
D．若导线通入由北向南的电流时，根据安培定则可知小磁针处的磁场的方向垂直于纸面向外，所以小磁针的N极会向垂直纸面向外偏转。故转动方向与电流方向有关。故D错误。
故选A。
2. 有三根通电长直导线分别位于等边三角形的三个顶点，三角形各边与其中垂线的交点分别为、、，为三角形的中心点。已知三根长直导线均垂直于三角形所在平面，其中的电流大小相等、电流方向如图所示。关于点的合磁场下列说法中正确的是（ ）
A. 方向垂直指向边B. 方向由指向
C. 方向由指向D. 磁感应强度大小为0
【答案】A
【解析】三根导线到点的距离相等，三根导线在点处产生的磁场磁感应强度的大小均相等，设为，根据右手螺旋定则，判断出导线A在点产生的磁场方向垂直与向左，导线在点产生的磁场方向垂直于指向边，导线在点产生的磁场方向垂直于指向边，如图所示
将点的三个分磁场矢量叠加，最终的合磁场为点的实际磁场，方向垂直指向边。
故选A
3. 如图所示，闭合矩形线圈abcd以速度v从无磁场区域垂直磁场匀速穿过匀强磁场区域。以顺时针方向为电流的正方向，能正确反映bc两点间的电势差、线圈中电流I随时间t变化关系的图像是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】AB．线圈进入磁场时，bc边切割磁感线相当于电源，电源电动势
感应电流方向为顺时针方向，则c点为高电势，则bc两点间的电势差
线圈离开磁场时，ad边切割磁感线相当于电源，电源电动势
感应电流方向为逆时针方向，则c点为高电势，则bc两点间的电势差
线圈完全在磁场中运动时，bc边、ad边同时切割磁感线，线路中没有感应电流产生，c点、d点为高电势，此时bc两点间的电势差，故AB错误。
CD．有AB分析可得，线圈进入磁场时，感应电流方向为顺时针方向，为正值；线圈穿出磁场时，感应电流方向为逆时针方向，为负值，线圈完全在磁场中运动时，磁通量不变，没有感应电流产生；线圈进入和穿出磁场时感应电流的大小不变，故C正确，D错误；
故选C。
4. 半导体材料的发展为霍尔效应的实际应用提供了高质量的换能器。如图所示，一块宽为，厚为，长为的长方体N型半导体，导电粒子为负电子，单位体积内自由电子数为，通入方向向右的恒定电流，将元件置于垂直上表面向下的匀强磁场中，磁感应强度为，元件的前、后表面间出现电压，其绝对值为。则（ ）
A. 前表面的电势比后表面的电势低
B. 若选择单位体积内自由电荷数值较大的半导体，其他条件相同，则更大
C. 若选择宽度更小的半导体，其他条件相同，则更大
D. 若选择厚度更小的半导体，其他条件相同，则更大
【答案】D
【解析】A．根据左手定则可知，负电子受洛伦兹力指向后表面，可知前表面的电势比后表面高，故A错误；
BCD．由洛伦兹力和电场力平衡
再结合电流微观表达式
可得
可知电压U与宽度无关；选择单位体积内自由电荷数值较大的半导体，其他条件相同，则更小；选择厚度更小的半导体，其他条件相同，则更大，故BC错误，D正确。
故选D。
二、双项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有两项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
5. 如图所示，一只阴极射线管左侧不断有电子射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现射线的轨迹往下偏，则（ ）
A. 导线中的电流由A流向B
B. 阴极射线管处磁场方向垂直纸面向里
C. 若要使电子束的轨迹往上偏，可以通过改变AB中的电流方向来实现
D. 电子束的轨迹与AB中的电流方向无关
【答案】BC
【解析】AB．电子往下偏，说明电子受向下的洛伦兹力，由左手定则可知阴极射线管处磁场方向垂直纸面向里，由右手螺旋定则得到AB中电流的方向由B向A，故A错误，B正确；
CD．若要使电子束的轨迹往上偏，即使电子受向上的洛伦兹力，此时阴极射线管处磁场方向垂直纸面向外，则可以通过改变AB中的电流方向来实现，可知电子束的轨迹与AB中的电流方向有关，故C正确，D错误。
故选BC。
6. 如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有（ ）
A. 增加线圈匝数B. 提高交流电源的频率
C. 将金属杯换为瓷杯D. 取走线圈中的铁芯
【答案】AB
【解析】AB．当线圈中通以交变电流时，金属杯中将产生感应电动势感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势
增加线圈的匝数可以提高交流电产生的感应电动势，则感应电流的功率增大，使杯内的水沸腾所需的时间缩短；提高交流电源的频率，磁感应强度的变化率变大，感应电动势变大，感应电流的功率增大，AB正确；
C．将金属杯换为瓷杯后，由于陶瓷不是导体，因此瓷杯中不能产生感应电流，无法给水加热，C错误；
D．取走线圈中的铁芯则使得线圈周围的磁场变弱，磁感应强度变化率减小，感应电动势变小，从而使杯内的水沸腾所需的时间反而延长，D错误。
故选AB。
7. 磁电式电流表的构造如左图所示，其最基本的组成部分是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈。两磁极间装有极靴，极靴中间又有一个用软铁制成的圆柱，极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，如右图所示。当线圈中通以恒定电流时，安培力带动线圈偏转，在螺旋弹簧的反向作用下最终使线圈稳定。下列说法正确的是（ ）
A. 极靴与圆柱间的磁场是匀强磁场
B. 线圈转动过程中不产生感应电流
C. 线圈通电转动停止后，仍然受到安培力
D. 若线圈a、b两边通以如右图所示方向的电流时，a边受到的安培力方向向上
【答案】CD
【解析】A．磁场是辐向分布的，方向不同，所以极靴与圆柱间的磁场不是匀强磁场，故A错误；
B．线圈在转动过程中线圈在切割磁感线，会产生感应电动势，也就有感应电流，故B错误；
C．线圈中通电流时，线圈受到安培力的作用使线圈转动，螺旋弹簧被扭紧，阻碍线圈转动，随着弹力的增加，当弹力与安培力平衡时线圈停止转动，故C正确；
D．若线圈a、b两边通以如右图所示方向的电流时，根据左手则，可知a边受到的安培力方向向上，故D正确。
故选CD。
8. 新一代航母阻拦系统将采用电磁阻拦技术，基本原理如图所示，飞机着舰时关闭动力系统，通过绝缘阻拦索钩住轨道上的一根金属棒ab，导轨间距为d，飞机质量为M，金属棒质量为m，飞机着舰钩住金属棒后与金属棒以共同速度进入磁场，轨道端点MP间电阻为R、金属棒电阻为r，不计其他电阻和阻拦索的质量。轨道间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。金属棒运动一段距离x后飞机停下、测得此过程电阻R上产生的焦耳热为Q，则（ ）
A. 金属棒ab中感应电流方向由a到b
B. 通过金属棒ab的电荷量为
C. 金属棒ab运动位移为x0时的速度
D. 飞机和金属棒克服摩擦阻力和空气阻力所做的总功
【答案】BD
【解析】A．根据右手定则可知金属棒ab中感应电流方向由b到a，故A错误；
B．通过金属棒的电荷量为
故B正确；
C．对金属棒ab根据动量定理，有
又有
联立可得金属棒ab运动位移为x0时的速度
所以金属棒ab运动位移为x0时的速度
故C错误；
D．电阻R上产生焦耳热为Q，根据焦耳定律可得金属棒上产生的焦耳热为
根据能量守恒可知飞机和金属棒克服摩擦阻力和空气阻力所做的总功为
故D正确。
故选BD。
三、非选择题：共60分，其中9、10、11题为填空题，12、13题为实验题，14、15、16题为计算题。考生根据要求作答。
9. 如图所示，长为l的导体棒ab以a为圆心，以角速度ω在足够大的磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，则其感应电动势大小为___________，导体棒___________端（选填“a”或“b”）的电势高。
【答案】 b
【解析】[1]根据公式可得其电动势大小为
[2]根据右手定则可知导体棒b 端的电势高。
10. 某同学为了探究磁感应强度的大小和方向，设计了如图所示的实验：将一长为10cm，质量为0.01kg的金属棒ab用两个完全相同的绝缘弹簧水平地悬挂在垂直于纸面的匀强磁场中（磁场未画出），弹簧上端固定，将金属棒用导线通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω，不考虑导线的质量，实验的主要步骤如下：
（1）闭合开关前，金属棒静止时，用刻度尺测得两弹簧的伸长量均为0.50cm，重力加速度取g=10m/s2，则其中一根弹簧的劲度系数为__________N/m；
（2）闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量均增加了0.30cm，则该磁场的方向为___________，磁感应强度的大小为__________T。
【答案】（1）10 （2）垂直纸面向里 0.1
【解析】（1）闭合开关前，金属棒静止时
根据受力平衡可得
解得弹簧的劲度系数为
（2）[1][2]闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量均增加了0.30cm，可知金属棒受到的安培力向下，根据左手定则可知，该磁场的方向为垂直纸面向里；根据受力平衡可得
其中
解得磁感应强度的大小为
11. 为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图所示．已知线圈由a端开始绕至b端：当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转．
（1）将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转．俯视线圈，其绕向为____________（填：“顺时针”或“逆时针”）．
（2）当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，指针向右偏转．俯视线圈，其绕向为____________（填：“顺时针”或“逆时针”）．
【答案】（1）顺时针 （2）逆时针
【解析】（1）由楞次定律知感应电流产生的磁场方向向上，感应电流由a经G流向b，再由安培定则知线圈绕向如图所示，为顺时针．
（2）由楞次定律知感应电流产生的磁场方向向上，感应电流由b经G流向a，再由安培定则知线圈绕向为逆时针．
12. 如图所示为洛伦兹力演示仪的结构图，励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直。电子速度的大小和磁场强弱可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节，保持电子枪加速电压不变，增大励磁线圈电流，则电子束受到洛伦之力大小__________（选填“增大”“不变”或“减小”），其轨迹的半径__________（选填“增大”“不变”或“减小”），运动周期:__________（选填“增大”“不变”或“减小”）。
【答案】增大 减小 减小
【解析】[1]增大励磁线圈中电流，磁感应强度增大；电子束运动速度由电子枪加速获得，由动能定理
电子束速度不变，电子束受到洛伦兹力
B增大，所以增大；
[2]电子在匀强磁场中做匀速圆周运动
由牛顿第二定律得
轨道半径
B增大，所以减小；
[3]运动周期
B增大，所以减小。
13. 如图，这是研究自感现象的实验原理图，图中是插有铁芯的自感线圈，、是规格相同的两个灯泡，回答下列问题：
（1）闭合开关，调节变阻器、使得两个灯泡的亮度相同后断开开关，断开开关的瞬间，流过灯泡的电流方向向______ （填“左”或“右”），流过灯泡的电流方向向______ （填“左”或“右”）。
（2）要观察到断开电路时，灯泡亮一下再熄灭，滑动变阻器接入电路的电阻阻值应______ （填“大于”或“小于”）自感线圈的直流电阻阻值。
【答案】（1）左 右 （2）大于
【解析】（1）[1][2]断开开关得瞬间，线圈L发生自感现象，产生与原电流方向相同的电流，即流过灯泡的电流方向向左，流过灯泡的电流方向向右。
（2）[3]断开电路时，流过灯泡的电流等于流过灯泡的电流，观察到灯泡亮一下再熄灭，说明流过灯泡的电流大于断开前的电流，则滑动变阻器接入电路的电阻阻值应大于自感线圈的直流电阻阻值。
14. 如图甲所示，轻质细线吊着正方形闭合线圈（上、下边框均水平），正方形线圈中间位置以下区域处于垂直纸面向里的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示。正方形线圈的质量、边长，匝数，总电阻，取重力加速度大小。求4s内
（1）线圈中产生的感应电流大小及方向；
（2）线圈中产生的焦耳热。
【答案】（1），顺时针 （2）
【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律
解得
原磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间减小，根据楞次定律 “增反减同”，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同，即垂直纸面向里，再根据右手螺旋定则，可判断出感应电流方向为顺时针方向
（2）线圈中产生的电流为定值，根据焦耳定律
解得
15. 如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成角，N、Q两端接有的电阻。一金属棒ab垂直导轨放置，ab两端与导轨始终有良好接触，已知ab的质量，电阻，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小。ab在平行于导轨向上的拉力作用下，以初速度沿导轨向上开始运动，可达到最大速度。运动过程中拉力的功率恒定不变，取重力加速度大小。
（1）求ab速度最大时所受到的安培力大小及两端的电压U；
（2）求拉力的功率；
（3）ab开始运动后，经速度达到，此过程中ab克服安培力做功为，求该过程中ab沿导轨的位移大小x。
【答案】（1）， （2） （3）
【解析】（1）棒产生的感应电动势为
设回路中感应电流为，根据闭合电路欧姆定律得
棒受到的安培力大小为
两端的电压
联立以上各式解得，
（2）在棒运动过程中，由于拉力功率恒定，棒做加速度逐渐减小的加速运动，加速度为零时，速度达到最大，设此时拉力大小为，安培力大小为，由平衡条件得
拉力的功率
解得拉力的功率为
（3）ab棒从到的过程中，由动能定理得
解得
16. 如图，在xOy坐标系中有三个区域，圆形区域Ⅰ分别与x轴和y轴相切于P点和S点。半圆形区域Ⅱ的半径是区域Ⅰ半径的2倍。区域Ⅰ、Ⅱ的圆心连线与x轴平行，半圆与圆相切于Q点，QF垂直于x轴，半圆的直径MN所在的直线右侧为区域Ⅲ。区域Ⅰ、Ⅱ分别有磁感应强度大小为B、的匀强磁场，磁场方向均垂直纸面向外。区域Ⅰ下方有一粒子源和加速电场组成的发射器，可将质量为m、电荷量为q的粒子由电场加速到。改变发射器的位置，使带电粒子在OF范围内都沿着y轴正方向以相同的速度沿纸面射入区域Ⅰ。已知某粒子从P点射入区域Ⅰ，并从Q点射入区域Ⅱ（不计粒子的重力和粒子之间的影响）
（1）求加速电场两板间的电压U和区域Ⅰ的半径R；
（2）在能射入区域Ⅲ的粒子中，某粒子在区域Ⅱ中运动的时间最短，求该粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中运动的总时间t；
（3）在区域Ⅲ加入匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，电场强度的大小，方向沿x轴正方向。此后，粒子源中某粒子经区域Ⅰ、Ⅱ射入区域Ⅲ，进入区域Ⅲ时速度方向与y轴负方向的夹角成74°角。当粒子动能最大时，求粒子的速度大小及所在的位置到y轴的距离。
【答案】（1），；（2）；（3），
【解析】（1）根据动能定理得
解得
粒子进入区域I做匀速圆周运动，根据题意某粒子从P点射入区域Ⅰ，并从Q点射入区域Ⅱ，故可知此时粒子运动轨迹半径与区域Ⅰ的半径R相等，粒子在磁场中运动洛伦兹力提供向心力
解得
（2）带电粒子在OF范围内都沿着y轴正方向以相同的速度沿纸面射入区域Ⅰ，由(1)可得，粒子的在磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径均为R，因为在区域Ⅰ中的磁场半径和轨迹半径相等，粒子射入点、区域Ⅰ圆心O1、轨迹圆心O'、粒子出射点四点构成一个菱形，有几何关系可得，区域Ⅰ圆心O1和粒子出射点连线平行于粒子射入点与轨迹圆心O'连线，则区域Ⅰ圆心O1和粒子出射点水平，根据磁聚焦原理可知粒子都从Q点射出，粒子射入区域II，仍做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
解得
如图，要使粒子在区域Ⅱ中运动的时间最短，轨迹所对应的圆心角最小，可知在区域Ⅱ中运动的圆弧所对的弦长最短，即此时最短弦长为区域Ⅱ的磁场圆半径，根据几何知识可得此时在区域Ⅱ和区域Ⅰ中运动的轨迹所对应的圆心角都为，粒子在两区域磁场中运动周期分别为
故可得该粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中运动的总时间为
（3）如图，将速度分解为沿y轴正方向的速度及速度，因为可得，故可知沿y轴正方向的速度产生的洛伦兹力与电场力平衡，粒子同时受到另一方向的洛伦兹力，故粒子沿y正方向做旋进运动，根据角度可知
故当方向为竖直向上时此时粒子速度最大，即最大速度为
圆周运动半径
根据几何关系可知此时所在位置到y轴的距离为