重庆市九校联盟2023-2024学年高二下学期期中考试物理试题（解析版）

这是一份重庆市九校联盟2023-2024学年高二下学期期中考试物理试题（解析版），共16页。试卷主要包含了选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
考试时间：75分钟 试卷满分：100分
一、选择题：共43分。1-7小题为单项选择题，每小题4分，共28分；8-10题为多项选择题，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分，每小题5分，共15分。
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 法拉第发现了电磁感应现象
B. 右手定则可以用来判断通电导线周围的磁场方向
C. 左手定则可以用来判断导体切割磁感线时产生的感应电流的方向
D. 磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁驱动的作用
【答案】A
【解析】A．法拉第发现了电磁感应现象，故A正确；
B．右手螺旋定则可以用来判断通电导线周围的磁场方向，故B错误；
C．右手定则可以用来判断导体切割磁感线时产生的感应电流的方向，故C错误；
D．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用，故D错误。
2. 某同学在学习了电磁感应相关知识之后，做了探究性实验：将闭合线圈按图示方式放在电子秤上（如图所示），线圈上方有一S极朝下竖直放置的条形磁铁，手握磁铁在线圈的正上方静止，此时电子秤的示数为。下列说法正确的是（ ）
A. 将磁铁远离线圈的过程中，线圈中产生的电流沿顺时针方向（俯视）
B. 将磁铁靠近线圈的过程中，线圈中产生的电流沿顺时针方向（俯视）
C. 将磁铁远离线圈的过程中，电子秤的示数等于
D. 将磁铁远离线圈的过程中，电子秤的示数大于
【答案】B
【解析】ACD．将磁铁远离线圈的过程中，穿过线圈的磁通量向上减少，根据楞次定律和安培定则可判断，线圈中产生的电流沿逆时针方向（俯视）；根据楞次定律的推论“来拒去留”可知，线圈与磁铁相互吸引，导致电子秤的示数小于，故ACD错误；
B．将磁铁靠近线圈的过程中，穿过线圈的磁通量向上增加，根据楞次定律和安培定则可判断，线圈中产生的电流沿顺时针方向（俯视），故B正确。
故选B。
3. 如图，L为自感系数较大的电感线圈，且直流电阻不计，A、B为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则（ ）
A. 合上K的瞬间，A先亮，B后亮
B. 合上K的瞬间，B先亮，A后亮
C. 断开K以后，A立即熄灭，B闪亮一下再逐渐熄灭
D. 断开K以后，B变得更亮，A缓慢熄灭
【答案】C
【解析】AB．合上K的瞬间，由于电感线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的增大，所以A、B两灯同时亮，由于电感线圈直流电阻不计，则稳定后，B灯被短路，不亮，故AB错误；
CD．断开K以后，A立即熄灭，由于电感线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的减小，且线圈与B灯构成回路，则B闪亮一下再逐渐熄灭，故C正确，D错误。
4. 质谱仪的工作原理图如图所示，若干电荷量均为（）而质量m不同的带电粒子经过加速电场加速后，垂直电场方向射入速度选择器，速度选择器中的电场和磁场的方向都与粒子速度的方向垂直，且电场的方向也垂直于磁场的方向。通过速度选择器的粒子接着进入匀强磁场中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。若测出谱线到狭缝的距离为，不计带电粒子受到的重力和带电粒子之间的相互作用，则下列说法正确的是（ ）
A. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
B. 这些带电粒子通过狭缝P的速率都等于
C. x与带电粒子的电荷量q成正比
D. x越大，带电粒子的比荷越大
【答案】B
【解析】A．带正电粒子在速度选择器中受到的电场力向右，根据受力平衡可知，洛伦兹力向左，根据左手定则可知，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外，故A错误；
B．粒子经过速度选择器，根据受力平衡可得
可得这些带电粒子通过狭缝P的速率都等于
故B正确；
CD．粒子在匀强磁场中，由洛伦兹力提供向心力可得
可得
则有
可知x越大，带电粒子的比荷越小，故CD错误。
5. 如图所示，有一足够长的绝缘圆柱形管道水平固定，内有带负电的小球，小球直径略小于管道直径，小球质量为m，电荷量为q，小球与管道间的动摩擦因数为，空间中有垂直纸面向外，大小为B的匀强磁场。现对小球施加水平向右的恒力F，使小球自静止开始运动。已知重力加速度为g，下列对小球的运动过程判断正确的是（ ）
A. 小球一直做加速度减小的运动
B. 小球最大的加速度为
C. 小球稳定时速度为
D. 从开始运动到最大速度时，F做的功
【答案】C
【解析】ABC．对小球受力分析，小球从静止开始运动，则在竖直方向上
水平方向上
联立可得
从静止开始，速度逐渐增加，则加速度逐渐增大；当
加速度达到最大值，为
随着速度的增加，竖直方向上受力情况变为
可得此时的加速度为
随着速度的继续增大，小球加速度减小，当
物体加速度为0，开始做匀速直线运动；可得小球稳定时速度为
可知小球的加速度先增加后减小，故AB错误，C正确；
D．从开始运动到最大速度的过程中，根据动能定理可得
可得
故D错误。
故选C。
6. 如图所示，竖直平面内有一金属圆环，半径为a，总电阻为2R（指拉直时两端的电阻），磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面，在环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为R的导体棒AB，AB由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B点的线速度为v，则这时AB两端的电压大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】此时导体棒AB产生的电动势为
导体棒AB相当于电源，则此时外电阻为
此时AB两端的电压大小为
故选A。
7. 如图所示，在纸面内半径为R的圆形区域中充满了垂直纸面向外的匀强磁场，AO与水平方向的夹角为30°。现有氢的同位素粒子从A点沿水平方向以大小为的速度垂直射入磁场，其离开磁场时，速度方向刚好改变了180°；氢的另一同位素粒子以大小为的速度从C点沿CO方向垂直射入磁场。已知的电荷量为e，质量为m，不计粒子的重力和两粒子间的相互作用。下列说法中正确的是（ ）
A. 粒子竖直向下射出磁场
B. 该匀强磁场的磁感应强度
C. 两粒子在磁场中运动的时间不相同
D. 两粒子从圆形边界的射出点和圆形区域圆心构成的三角形面积
【答案】D
【解析】AB．粒子离开磁场时，速度方向刚好改变了，表明粒子在磁场中转动了半周，其轨迹如图所示
由几何关系得
根据牛顿第二定律得
可得
则该匀强磁场的磁感应强度为
粒子进入磁场，有
解得
所以粒子竖直向上射出磁场，如图所示
故AB错误；
C．粒子在磁场中运动的时间为
粒子在磁场中运动的时间为
可知两粒子在磁场中运动的时间相同，故C错误；
D．如图所示
根据几何关系可知三角形面积为
故D正确。
故选D。
8. 如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是（ ）。
A. 在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量最大
B. 交流电a电压有效值为10V
C. 线圈先后两次周期之比为
D. 交流电a的瞬时值表达式为
【答案】AD
【解析】A．在图中t=0时刻，产生的电动势为0，磁通量变化率为0，此时线圈处于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，故A正确；
BD．由图可知，交流电a的电压最大值为10V，有效值为，交流电a的瞬时值表达式为
故B错误，D正确；
C．由图可知，线圈先后两次周期之比为
故C错误。
故选AD。
9. 如图所示，理想变压器原线圈输入电压，副线圈电路中为定值电阻，是滑动变阻器。和是理想交流电压表，示数分别用和表示；和是理想交流电流表，示数分别用和表示。下列说法正确的是（ ）
A. 和表示电流的有效值
B. 和表示电压的最大值
C. 滑片P向下滑动过程中，不变、变大
D. 滑片P向下滑动过程中，变小、变小
【答案】AC
【解析】AB．和表示电流的有效值，和表示电压的有效值，故A正确，B错误；
CD．根据变压器电压比等于匝数比可得
由于原线圈输入电压不变，匝数比不变，则副线圈输出电压不变；滑片P向下滑动过程中，滑动变阻器接入电路阻值变小，则副线圈总电阻变小，根据欧姆定律可知，副线圈电流变大，根据
可知原线圈电流变大，故C正确，D错误。
故选AC。
10. 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MN在外力的作用下运动时，PQ在磁场的作用下向右运动，则MN所做的运动可能是（ ）
A. 向右减速运动B. 向右加速运动
C. 向左减速运动D. 向左加速运动
【答案】AD
【解析】在磁场力作用下向右运动，则所受的安培力方向向右，由左手定则可以判断电流由流向，线圈相当于电源，由右手螺旋定则可判断线圈中的感应磁场方向沿轴线向下，若中电流产生的磁场方向与中的感应磁场方向相同，则中电流减小，棒做减速运动，电动势由指向，根据右手定则可判断棒向右运动，若中电流产生的磁场方向与中的感应磁场方向相反，则中电流增加，棒做加速运动，电动势由指向，根据右手定则可判断棒向左运动。
故选AD。
二、实验题：本题共两个小题，11题6分，12题9分，共15分，请将正确的答案写在答题卡对应的位置上。
11. 某同学在探究感应电流的方向的实验中，设计了如图所示的装置。线圈A通过电流表甲、定值电阻、滑动变阻器R和开关S连接到电源上，线圈B的两端接到另一个电流表乙上，两个电流表完全相同，零刻度线在表盘中央。闭合开关后，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个电流表指针的位置如图所示。
（1）闭合开关的瞬间，电流表甲的指针情况是______，电流表乙指针的偏转情况是______（均选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”）。
（2）当滑片P较快地向右滑动时，电流表乙的指针的偏转情况是______。（选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”）
【答案】（1）向左偏 向右偏 （2）向左偏
【解析】（1）[1][2]闭合开关后，当滑动变阻器R的滑片P不动时，甲、乙两个电流表指针的位置如图所示，可知电路从电流表的正接线柱流入时，指针向左偏；闭合开关的瞬间，电流从电流表甲的正接线柱流入，电流表甲的指针情况是向左偏；根据右手螺旋定则可知，线圈A中电流产生的磁场穿过线圈B的方向向下，且增大，根据楞次定律可知，线圈B产生的感应电流从电流表乙的负接线柱流入，则电流表乙的指针的偏转情况是向右偏。
（2）当滑片P较快地向右滑动时，滑动变阻器接入电路阻值变大，线圈A中电路减小，则穿过线圈B的磁通量向下减小，根据楞次定律可知，线圈B产生的感应电流从电流表乙的正接线柱流入，则电流表乙的指针的偏转情况是向左偏。
12. 在探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系的实验中，除了已有的可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）、开关、导线若干，实验室中还备有下列可供选择的器材：
A. 条形磁体 B. 交流电源 C. 直流电源 D. 多用电表
（1）在本实验中还需要选择上述器材中的______（填正确答案标号）。
（2）某同学将原线圈接在适当的电源上，增大电源的电压，观察到副线圈两端的电压也随之增大；然后在电源电压不变的情况下，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，则可以观察到副线圈两端的电压______（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）为了进一步探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系，该同学又取线圈匝数和的一个变压器重新接在电源上，测量结果如表所示，考虑到变压器实际存在的各种损耗，可判断电源两端接的是______（选填“”或“”）。
【答案】（1）BD##DB （2）减小 （3）
【解析】（1）实验时，原线圈需要连接交流电源；需要用多用电表交流电压挡测副线圈电压。
故选BD。
（2）某同学将原线圈接在适当的电源上，增大电源的电压，观察到副线圈两端的电压也随之增大；然后在电源电压不变的情况下，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，根据
则可以观察到副线圈两端的电压减小。
（3）由于有能量的损失和原、副线圈内阻分压等因素，所以副线圈电压实际测量值应该小于理论值，由理想变压器变压比
又由表格数据知总是小于，故是原线圈的电压值，故电源两端接的是。
三、计算题：写出必要的文字说明及重要的分析过程，只写出最终答案不得分。本题有3个小题，共42分。
13. 如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为S，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，求：

（1）通过电阻R的电荷量q.
（2）电阻R上产生的焦耳热Q.
【答案】（1） （2）
【解析】（1）∆φ=BS时间
∆t=T/4=π/2ω
根据法拉第电磁感应定律
产生的平均电动势为
平均电流为
通过R的电荷量
（2）在此过程中回路中产生的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的
R上的焦耳热为：
14. 如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.4m，金属导轨所在的平面与水平面夹角，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.5T、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放在金属导轨上，此时导体棒恰好静止。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，金属导轨电阻不计，取。已知sin37°=0.6，cs37°=0.8，求：
（1）导体棒受到的摩擦力大小及方向；
（2）若将直流电源置换成一个电阻为的定值电阻（图中未画出），然后将导体棒由静止释放，导体棒将沿导轨向下运动，求导体棒的最大速率（假设金属导轨足够长，导体棒与金属导轨之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等）。
【答案】（1），方向沿斜面向下；（2）
【解析】（1）导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律可得
由左手定则可知导体棒受到的安培力方向沿斜面向上，大小为
由于
可知导体棒受到的摩擦力方向沿斜面向下，大小为
（2）若将直流电源置换成一个电阻为的定值电阻，然后将导体棒由静止释放，则有
当导体棒达到最大速度时，加速度零，根据受力平衡可得
可得
解得导体棒的最大速率为
15. 如图所示，在x轴上方有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，在x轴下方有一匀强电场，场强方向竖直向上。一质量为m，电荷量为q，重力不计的带电粒子从y轴上的a点（0，h）处沿y轴正方向以初速度开始运动，并以与x轴正方向成45°角的速度方向第一次进入电场，且经过y轴上b点时速度方向恰好与y轴垂直，一段时间后，粒子回到a点。

（1）求匀强磁场磁感应强度B的大小和匀强电场电场强度E的大小；
（2）求粒子从a点开始运动到再次回到a点所用的时间t。
【答案】（1），；（2）
【解析】（1）根据题意可得粒子的运动轨迹如下，由图可得
粒子在磁场中做圆周运动，故由牛顿第二定律有
结合题意联立可得
粒子在电场中做斜抛运动，即在水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做匀减速直线运动，且到达b点时，竖直方向速度恰好为零，故在水平方向上有
竖直方向有
联立可得
（2）由粒子的运动轨迹图可知，粒子在磁场中的运动的总圆心角为
故粒子在磁场中运动的总时间为
由对称性可知，粒子在y轴左侧和右侧电场中运动时间相等，故粒子从开始运动至再次经过a点所用的总时间为
1.90
2.90
3.90
4.02
6.03
8.02