【物理】江苏省常州市六校教研联合体2024-2025学年高二下学期3月阶段调研试题（解析版）

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考试时间75分钟 满分100分
一、单选题（共11题，每题4分，共44分）
1. 电磁感应在我们的生活中应用非常广泛，下列说法正确的是（ ）
A. 甲图中，家用电磁炉是由恒定磁场产生了锅体中的涡流
B. 乙图中，U形磁铁可使转动的铝盘因电磁阻尼迅速停下
C. 丙图中，摇动与磁铁相连的手柄时线圈与磁铁转速相同
D. 丁图中，金属探测器用恒定电流探测地下是否有金属
【答案】B
【解析】A．甲图中，家用电磁炉是由周期变化的磁场，使穿过锅体的磁通量发生变化，锅体中产生了涡流，故A错误；
B．乙图中，U形磁铁可以在高速转动的铝盘中产生感应涡电流，感应涡电流对铝盘与磁铁间的相对运动有阻碍作用能使铝盘迅速停下来，故B正确；
C．丙图中，摇动与磁铁相连的手柄时，导致线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电流，出现安培力，线圈将与磁铁同向转动，但线圈的转速小于磁铁的转速，故C错误；
D．丁图中，金属探测器用变化电流探测地下是否有金属，故D错误。
故选B。
2. 如图所示，长直导线中通有恒定电流I，闭合矩形导线框的边平行于直导线，且与直导线在同一平面内。导线框沿与导线垂直的方向，从右向左匀速运动，跨过直导线过程中不接触直导线。则在此过程中导线框中感应电流的方向（ ）
A. 沿不变
B. 沿不变
C. 由先变为，再变为
D. 由先变为，再变为
【答案】D
【解析】由安培定则得，载有恒定电流的直导线产生的磁场在导线左边的方向为垂直直面向外，右边的磁场方向垂直向里，当线圈向导线靠近时，则穿过线圈的磁通量变大，根据楞次定律，可知感应电流方向为adcba，当线圈越过导线时到线圈中心轴与导线重合，穿过线圈的磁通量的变小，则感应电流方向为abcda，；当继续向左运动时，穿过磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流方向为abcda，继续向左运动，远离导线时，线圈磁通量向外减小，感应电流方向为adcba。
故选D。
3. 如图甲所示，一矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动。线框中产生的感应电动势随时间变化的关系如图乙所示，则（ ）
A. 时，线框的磁通量变化率最大
B. 时，线框平面与中性面重合
C. 线框中感应电动势的有效值为
D. 线框中感应电动势的频率为
【答案】B
【解析】CD．由乙图可知感应电动势的最大值为，周期为，故感应电动势的有效值应约为，频率应为，故C错误，D错误；
AB．根据周期性可得，和时的状态应与时相同，由图乙可得，时，，即此刻线框磁通量最大，线框平面和中性面重合，但磁通量变化率为零，故A错误，B正确。
故选B。
4. 电阻为均质导线，做成如图所示的圆形线框，其直径的长度为，置于磁感应强度大小为的匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，a、b处与电动势为、内阻为的电源相连，则线框受到的安培力大小为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】电路总电阻为
则电路总电流为
通过线框上下两部分电流均为，则线框受到的安培力大小为
解得
5. 如图所示，A，B是两个完全相同的小灯泡，是自感系数很大且电阻不计的电感线圈，电源内阻不计。若最初S是断开的，那么下列描述中正确的是（ ）
A. 刚闭合S时，A灯立即亮，B灯延迟一段时间才亮
B. 刚闭合S时，A灯延迟一段时间才亮，B灯立即亮
C. 闭合S电路稳定后，A灯变得比刚闭合S时更亮，B灯则会熄灭
D. 闭合S电路稳定后再断开S时，A灯会闪亮一下再熄灭
【答案】C
【解析】AB．接通S电源就开始给电路供电，所以灯泡A、B会同时变亮，故AB错误；
C．待电路稳定后，由于线圈的电阻不计，B灯相当于与一段导线并联，被短路所以B灯将会熄灭，电源只给A灯供电，A灯将变得更亮，故C正确；
D．再断开S时，A灯与电路断开将立即熄灭，而B灯与电感线圈构成闭合电路，由于线圈的自感现象，B灯会先亮一下后再熄灭，故D错误。
故选C。
6. 一种电磁波接收器结构简化后，如图甲所示，螺线管匝数匝，横截面积。螺线管导线电阻，电阻，若磁感应强度B的图像如图乙所示（以向右为正方向），则（ ）
A. 感应电动势为0.6V
B. 感应电流为0.6A
C. 电阻R两端的电压为6V
D. 0~1s内，通过R的感应电流方向为从A到C
【答案】B
【解析】A．根据法拉第电磁感应定律，感应电动势
故A错误；
B．根据闭合电路欧姆定律可知，回路中产生的感应电流为
故B正确；
C．电阻R两端的电压
故C错误；
D．根据楞次定律可知，0~1s内感应电流的方向为从C点通过R流向A点，故D错误。
故选B。
7. 如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M、N两小孔中，O为M、N连线的中点，连线上的a、b两点关于O点对称。导线均通有大小相等、方向向上的电流。已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度（式中k是常数、I是导线中的电流、r为点到导线的距离）。一带负电的小球以初速度从a点出发沿M、N连线运动到b点，运动中小球一直未离开桌面。小球从a点运动到b点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 小球做匀加速直线运动
B. 小球做匀减速直线运动
C. 小球对桌面的压力一直在减小
D. 小球对桌面的压力一直在增大
【答案】C
【解析】CD．已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度
根据安培定则，结合磁感应强度的叠加原理可知，直线MON上靠近M处的磁场方向垂直于MN向里，靠近N处的磁场方向垂直于MN向外，磁场大小先减小，过O点后反向增大，根据左手定则可知，带负电的小球受到的洛伦兹力方向开始时竖直向下，大小逐渐减小，过O点后洛伦兹力的方向向上，大小逐渐增大，小球在竖直方向受力平衡，则桌面对小球的支持力逐渐减小，根据牛顿第三定律可知，小球对桌面的压力一直在减小，故C正确，D错误；
AB．结合上述可知，由于桌面光滑，小球仅在竖直方向上受到重力、洛伦兹力与支持力作用，在沿速度方向不受外力作用，小球所受外力的合力为0，则小球将做匀速直线运动，故AB错误。
故选C
8. 为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是（ ）
A. 若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
B. 前表面一定比后表面电势高
C. 污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大
D. 污水流量Q与U成正比，与a、b无关
【答案】D
【解析】AB．正、负离子从左向右移动，根据左手定则可知，正离子所受的洛伦兹力指向后表面，负离子所受的洛伦兹力指向前表面，所以后表面电势比前表面电势高，与哪种离子多无关，故AB错误；
C．最终稳定时，离子所受洛伦兹力和电场力平衡，有
所以
电压表的示数U与v成正比，与浓度无关，故C错误；
D．污水的流量
与U成正比，与a、b无关，故D正确。
9. 如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为阻值为2R的金属棒，一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度水平匀速转动，转动时棒与圆环接触良好，在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和一个平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。不计其他电阻和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A. 带电微粒带负电
B. 若增大角速度，微粒将向下运动
C. 金属棒产生的电动势为
D. 电阻消耗的电功率为
【答案】D
【解析】A．导体棒转动时，根据右手定则可知，产生的感应电流流过电阻R的方向向上，可知电容器下板带正电，带电微粒带正电，选项A错误；
B．若增大角速度，则电容器两板间电压变大，场强变大，向上的电场力变大，可知微粒将向上运动，选项B错误；
C．金属棒产生的电动势为
选项C错误；
D．感应电流
电阻消耗的电功率为
选项D正确。
故选D。
10. 如图所示，abcd是位于竖直平面内用粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框，它的下方有一个垂直纸面向外的匀强磁场，MN、PQ为磁场的上下水平边界，两边界间的距离与正方形的边长均为L，线框从某一高度开始下落，恰好能匀速进入磁场。不计空气阻力，以bc边进入磁场时为起点，在线框通过磁场的过程中，线框中的感应电流i、bc两点间的电势差、线框所受的安培力F、线框产生的焦耳热Q分别随下落高度h的变化关系错误的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】A．线圈匀速进入磁场，则出离磁场时也是匀速，根据
可知进入和出离磁场时电流大小不变，电流方向相反，则图像A正确，不符合题意；
B．线圈进入磁场时，则bc两点间的电势差
且b端电势高；出离磁场时
也是b端为正，则图像B正确，不符合题意；
C．线圈进入磁场和出离磁场时安培力均为F=BIL
大小相等，但是方向相同均向上，图像C错误，符合题意；
D．线框产生的焦耳热
可知焦耳热与下落的高度成正比关系，图像D正确，不符合题意。
故选C。
11. 如图是真空中位于同一水平面的三个同心圆e、f和g围成的区域，O为圆心。e、f间存在辐射状电场，f、g间有磁感应强度大小为B、方向垂直水平面（纸面）的匀强磁场。电子从P点静止释放，由Q进入磁场，恰好没有从PM上方圆g上的N点（未画出）飞出磁场。已知电子的比荷为k，e、f和g的半径分别a、2a和4a。则（ ）

A. 磁场的方向垂直纸面向里B. 电子在磁场运动的半径为
C. Q、P两点间的电势差为D. Q、P两点间的电势差为
【答案】D
【解析】A．电子从P点静止释放，受电场力作用，由Q进入磁场，恰好没有从PM上方圆g上的N点飞出磁场，可知电子向上运动，由左手定则可知磁场的方向垂直纸面向外，故A错误；
B．电子在磁场的运动如图所示

由几何关系可得
解得
故B错误；
CD．电子在磁场中有
在电场中有
解得
故C错误，D正确。
故选D。
二、解答题（共5题，共56分）
12. 如图所示，质量的金属圆环用细绳竖直悬挂于水平横梁上，虚线ab平分圆环，ab以上部分有垂直纸面向外的匀强磁场。磁感应强度随时间变化的关系满足，已知圆环的半径，电阻，取重力加速度大小，细绳能承受的最大拉力，从时刻开始计时，求：
（1）感应电流的大小及方向；
（2）细绳断裂瞬间的时刻。
【答案】（1），感应电流方向沿顺时针方向 （2）
【解析】（1）由楞次定律可知，感应电流方向沿顺时针方向
根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
解得
（2）根据安培力公式有
细绳断裂瞬间，则有
其中，
解得
13. 某质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为：B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为。现有一质量为m，电荷是为的粒子（不计重力），初速度为0，经A加速后，该粒子进入B恰好做匀速运动，粒子从M点进入C后做匀速圆周运动，打在底片上的N点。求：
（1）粒子进入速度选择器的速度大小v；
（2）速度选择器两板间的电压；
（3）MN的距离L。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）粒子在A中加速过程，根据动能定理有
解得
（2）粒子在B中做匀速直线运动，根据受力平衡有
解得
（3）粒子在C中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有
解得
14. 如图所示，交流发电机的矩形金属线圈处于磁感应强度的匀强磁场中，其边长，匝数（图中只画出1匝），线圈的总电阻，线圈可绕垂直于磁场且过和边中点的转轴以角速度匀速转动。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
（1）求线圈中感应电动势的最大值；
（2）从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，写出线圈中感应电流随时间变化的关系式；
（3）求线圈转动过程中，电阻上的发热功率。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）线圈产生感应电动势的最大值
解得
（2）根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值
从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，线圈中感应电流瞬时值
解得
（3）通过电阻的电流的有效值
电阻上产生的发热功率
得
15. 如图所示，空间存在水平向右的匀强电场，电场中半径为R、平行于电场的圆面内有垂直于圆面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，O为圆面的圆心，圆面的直径MN垂直于电场。一足够大的荧光屏固定在电场中，电场与荧光屏垂直，一个带正电的粒子以初速度v0沿MN方向从M点射入电磁场中，在MN段做直线运动，粒子打在荧光屏上时，速度与荧光屏夹角为60°；若撤去电场，粒子仍从M点沿MN方向以初速度v0射入磁场，粒子从P点（图中未标出）飞出磁场，飞出磁场时速度方向偏转了60°。不计粒子的重力，求：
（1）撤去电场后，带电粒子在磁场中运动的轨道半径；
（2）带电粒子的比荷；
（3）M点到荧光屏的距离。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）设粒子在磁场中运动的轨道半径为r，无电场时粒子在匀强磁场中的运动轨迹如图所示，
由几何关系得
联立解得
（2）粒子进入磁场，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有
解得
（3）粒子在电磁场中做匀速直线运动有
解得
粒子从N点射出，做类平抛运动，设打在荧光屏上时沿电场方向的速度大小为vy，M点到荧光屏的距离为d，根据运动学公式有
其中
根据牛顿第二定律
结合粒子比荷，解得
16. 如图所示，间距的平行且足够长的导轨由倾斜、水平两部分组成，倾斜部分倾角，在倾斜导轨顶端连接一阻值的定值电阻，质量的金属杆垂直导轨放置且始终接触良好，整个区域有垂直于倾斜导轨所在斜面向下、磁感应强度的匀强磁场。现让金属杆从距水平导轨高度处由静止释放，金属杆在倾斜导轨上先加速再匀速运动，然后进入水平导轨，再经过位移速度减为零。已知金属杆与导轨间的动摩擦因数，导轨与金属杆的电阻不计，金属杆在两部分导轨衔接点机械能损失忽略不计，重力加速度，，。求：

（1）金属杆匀速运动时的速度大小v；
（2）金属杆在倾斜导轨上运动时，通过电阻 R 的电荷量q和电阻R上产生的焦耳热Q；
（3）金属杆在水平导轨上运动时所受摩擦力冲量大小I。
【答案】（1） （2）， （3）
【解析】（1）金属杆匀速运动时所受合力为零，有，
联立，代入数据解得
（2）通过电阻 R 的电荷量
解得
根据能量守恒，电阻 R 产生的焦耳热为
解得
（3）金属杆在水平导轨上运动时，根据动量定理有 ，
解得