【物理】黑龙江省齐齐哈尔市联谊校2024-2025学年高二下学期4月期中试题（解析版）

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考生注意：
1.本试卷满分100分，考试时间75分钟。
2.答题前，考生务必用直径0.5毫米黑色墨水签字笔将密封线内项目填写清楚。
3.考生作答时，请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答
姓名题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效。
4.本卷命题范围：选择性必修第二册。
一、选择题（本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 电磁波需要介质才能传播
B. 射线可以摧毁病变的细胞，射线可以用于诊断病情
C. 麦克斯韦预言了电磁波的存在并通过实验捕捉到了电磁波
D. 在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时电路中的电流最小
【答案】D
【解析】A．电磁波传播不需要介质，电磁波能够在真空中传播，A错误；
B．X射线可以用于诊断病情，射线可以摧毁病变的细胞，B错误；
C．麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，赫兹第一次通过实验证实了电磁波的存在，C错误；
D．在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时，电场能最大，磁场能最小，电路中的电流最小，D正确。
故选D。
2. 如图所示是交流电的电压随时间变化的关系图像，前半个周期是正弦曲线的周期图像，则交流电的电压有效值为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】令交流电的电压有效值为U，根据电流的热效应，有
解得
故选B。
3. 如图所示，L为自感系数很大的线圈，但线圈的电阻几乎为零，A和B是两个完全相同的灯泡，下列说法正确的是（ ）
A. 开关S闭合，A灯先亮，B灯后亮
B. 开关S闭合，B灯先亮，A灯后亮
C. 开关S断开，A灯和B灯同时熄灭
D. 开关S断开，流过B灯的电流方向从右至左
【答案】D
【解析】AB．开关S闭合，由于线圈L的自感作用，故A、B同时亮，故AB错误；
CD．在断开开关S前，在并联电路中，随着线圈L自感作用不断减小，流过线圈L的电流越来越大，因线圈的电阻几乎为零，故稳定后，B灯被短接，即B灯不亮，由于外电路的总电阻减小，故回路的电流更大，故A灯更亮；开关S断开，B灯与线圈形成闭合回路，故B灯不会立即熄灭，断开开关S前流过线圈L的电流是从左向右，故断开开关S后，根据楞次定律，可知线圈L产生从左向右的感应电流，该电流从右至左流过B灯，而A灯不处在闭合回路中，故断开开关S后，A灯立即熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
4. 如图所示，通电螺线管N置于闭合金属环M的轴线上，M处于N的正中央位置，当N中的电流突然加大时，则（ ）
A. 环M有缩小趋势，同时M向右移动
B. 环M有扩张的趋势，M会移动
C. 螺线管N有缩短的趋势
D. 螺线管N有伸长的趋势
【答案】C
【解析】AB．当N中的电流突然加大时，电流产生的磁场变强，穿过线圈M的磁通量变大，为阻碍磁通量变大，环M有扩张的趋势，环M所受到的力在竖直方向上不会移动，A、B错误；
CD．当N中的电流突然加大时，每匝线圈产生的磁场变强，线圈间相互为同种电流相互吸引因此引力变大，螺线管N有缩短的趋势，C正确，D错误；
故选C。
5. 如图所示，粗细均匀的正六边形线框abcdef由相同材质的导体棒连接而成，顶点a、b用导线与直流电源相连接，正六边形abcdef处在垂直于框面的匀强磁场中，若ab直棒受到的安培力大小为6N，则整个六边形线框受到的安培力大小为（ ）
A. 7NB. 7.2NC. 9ND. 30N
【答案】B
【解析】设通过ab的电流为I，则通过另外5条边的电流为，总电流为，由题意可知ab直棒受到的安培力大小为6N，即
则整个六边形线框受到的安培力大小为
故选B。
6. 如图甲所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁场区域在y轴方向足够宽，在x轴方向宽度为a。一直角三角形导线框（边的长度为a）从图示位置沿x轴向右匀速穿过磁场区域，下列关于两端的电势差与线框移动的距离x的关系图象正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】在0-a内，导体棒切割磁感线产生感应电动势
E=BLv
感应电流
方向沿逆时针，有效长度L均匀变大，感应电流I均匀变大，BC两端的电压UBC=IR，则随着I均匀增大，UBC均匀增大，且B的电势高于C点的电势，UBC＞0．在a-2a内，有效长度L均匀变大，感应电流均匀变大，方向沿顺时针，故UBC均匀增大，且B的电势低于C点的电势，UBC＜0．故B正确，ACD错误。
故选B。
7. 如图所示，矩形薄片霍尔元件处于与薄片垂直、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，当元件通有大小为I，方向如图所示的电流时，在M、N间出现霍尔电压。已知薄片内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，薄片的厚度为d，M、N间距离为，P、Q间距离为，则下列说法正确的是（ ）
A. 形成电流的电子定向移动方向为
B. M表面电势高于N表面电势
C. 自由电子定向移动的速度大小为
D. 元件内单位体积内自由电子数为
【答案】AC
【解析】A．电子定向移动方向与电流方向相反，应为，故A正确；
B．由左手定则知，电子向M表面偏转，M表面电势低于N表面电势，故B错误；
C．稳定时，洛仑兹力与电场力平衡，有
解得
故C正确；
D．根据电流微观表达式
联立解得
故D错误。
故选AC。
8. 如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间t变化的图像如图乙所示，线圈电阻，电阻，则下列说法正确的是（ ）
A. 图示位置产生的感应电动势最大B. 时，电流表的示数为0
C. 电阻R两端电压为7.5VD. 矩形线圈的转速为
【答案】CD
【解析】A．图示位置，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为0，则产生的感应电动势为0，故A错误；
B．电流表的示数为电流有效值，所以时，电流表的示数不为0，故B错误；
C．由图乙可知，电动势有效值为
则电阻R两端电压为
故C正确；
D．由图乙可知，周期为
则矩形线圈的转速为
故D正确。
故选CD。
9. 如图所示，某同学利用厚度为、电阻率为的硅钢片制成一个内径为、高度为的圆筒（其中），圆筒所在处有方向沿轴线竖直向上的磁场，磁感应强度大小随时间变化的规律为（k为常数，且）。关于硅钢片，下列说法正确的是（ ）
A. 从上往下看，感应电流沿顺时针方向
B. 从上往下看，感应电流沿逆时针方向
C. 感应电动势为
D. 发热功率为
【答案】AD
【解析】AB．由于磁感应强度向上且增大，根据楞次定律可知，从上往下看，硅钢片中感应电流的方向沿顺时针方向，故A正确，B错误；
C．感应电动势为
故C错误；
D．电阻为
发热功率为
故D正确。
故选AD。
10. 质谱仪在物理研究中起着非常重要的作用。如图所示为质谱仪的工作原理示意图，粒子源产生的带电粒子经加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内有相互正交的磁感应强度大小为的匀强磁场和电场强度大小为的匀强电场。平板S上有可让粒子通过的狭缝和记录粒子位置的胶片，平板下方有匀强磁场。不计粒子的重力和粒子间的作用力，下列说法正确的是（ ）
A. 速度选择器中磁场方向垂直于纸面向里
B. 平板S下方的磁场方向垂直于纸面向里
C. 能通过狭缝的粒子的速率为
D. 粒子打在胶片上的位置离狭缝越近，粒子的比荷越小
【答案】BC
【解析】A．由加速电场的电场方向，可知粒子带负电，速度选择器中粒子受方向向左的电场力，故洛伦兹力方向向右，由左手定则可知，磁场方向垂直于纸面向外，A错误；
B．在偏转磁场中，根据左手定则，可知磁场方向垂直于纸面向里，B正确；
C．能通过狭缝的粒子的速率满足
解得
C正确；
D．粒子在磁场中运动时，有
解得
则粒子打在胶片上的位置
可知离狭缝越近的粒子的比荷越大，D错误。
故选BC。
二、实验题（本题共2小题，共12分）
11. 某物理兴趣小组的同学设计了一个利用天平测定磁感应强度的实验方案，实验原理如图所示，天平的右臂下面挂一个宽为L的矩形线圈，线圈的下部悬在方向垂直于纸面的匀强磁场中。天平左右悬点关于支点对称，线圈共N匝，当地重力加速度大小为g，实验步骤如下：
（1）未通电流时，在天平左盘内放入质量为M的砝码，使天平平衡；当给线圈通以逆时针方向、大小为I的电流（如图所示）时，需要在砝码盘中再加入质量为的砝码，天平才重新平衡。分析可知磁场方向垂直于纸面______（填“向里”或“向外”），磁感应强度大小______。（用题中所给物理量符号表示）
（2）只改变通入线圈电流I的大小，砝码盘中放入砝码使天平平衡，读出砝码盘中砝码的总质量m，得到多组m和I数据后，作出了图像，若该图像是一条斜率为k的直线，则匀强磁场的磁感应强度大小______。（用g、k、L和N表示）
【答案】（1）向外 （2）
【解析】（1）[1]由题意可知，线圈受到向下的安培力，根据左手定则，可知磁场方向垂直于纸面向外；
[2]根据平衡条件，有
解得
（2）根据平衡条件，有
化简可得
则图像的斜率
解得
12. 某同学利用如图所示的实验装置进行“探究感应电流方向”的实验。
（1）开关闭合前，滑动变阻器的滑片应放置在_____（填“”或“”）位置。
（2）将线圈P插入线圈Q中，闭合开关瞬间，发现电流计指针右偏。保持开关闭合，滑动变阻器的滑片移至中间位置，以下操作中，能使电流计指针右偏的是_____。
A. 断开开关S瞬间
B. 保持开关S闭合，拔出线圈
C. 保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片向左移动
D. 保持开关S闭合，将滑动变阻器的滑片向右移动
（3）闭合开关S的情况下，某同学第一次将线圈P慢慢插入线圈Q中，第二次将线圈P快速插入线圈Q中，发现第二次电流计指针的摆动幅度较大，原因是第二次线圈Q中的_____（填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”）比第一次的大。
【答案】（1）a （2）D （3）磁通量的变化率
【解析】（1）滑动变阻器采用限流接法，为了确保安全，开关S闭合前，滑动变阻器接入电阻应为最大值，即滑动变阻器的滑片应放置在端。
（2）A．将线圈P插入线圈Q中，闭合开关S瞬间，通过线圈P的电流增大，穿过线圈Q的磁通量增大，线圈Q中产生感应电流，此时电流计指针右偏，表明当穿过线圈Q的磁通量增大时，电流计指针将向右偏。断开开关S瞬间，穿过线圈Q的磁通量减小，则电流计指针将向左偏，A错误；
B．当拔出线圈P时，穿过线圈Q的磁通量减小，则电流计指针将向左偏，B错误；
C．将滑动变阻器的滑片向左移动，滑动变阻器接入电阻增大，通过线圈P的电流减小，则穿过线圈Q的磁通量减小，电流计指针将向左偏，C错误；
D．将滑动变阻器的滑片向右移动，滑动变阻器接入电阻减小，通过线圈P的电流增大，则穿过线圈Q的磁通量增大，电流计指针将向右偏，D正确。
（3）第二次电流计指针摆动幅度较大，表明Q中产生的感应电流较大，Q中的感应电动势较大，原因是第二次线圈Q中的磁通量的变化率比第一次的大。
三、计算题（本题共3小题，共42分。作答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13. 电力公司要检修电路，需停电一天，为了保障正常的教学，学校用一台不计内阻的发电机来提供照明用电，如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为，降压变压器原、副线圈匝数比为，输电线的总电阻为。全校共有22个班，每班有“220V，40W”灯6盏，若只保证全部电灯正常发光，则：
（1）降压变压器副线圈的输出功率和电流多大？
（2）输电线损失的功率多大？
（3）升压变压器的输入电压多大？
【答案】（1）5280W，24A；（2）144W；（3）226V
【解析】（1）降压变压器的输出功率为
降压变压器副线圈的电流
（2）降压变压器原线圈的电流
输电线损失的功率
（3）降压变压器原线圈电压为
输电线上损失的电压为
升压变压器的输出电压为
升压变压器的输入电压为
14. 用均匀导线制成的单匝正方形闭合导线框，其质量为m、边长为L、总电阻为R。将其置于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的水平匀强磁场上方处，磁场的上下边界水平，磁场的上、下边界相距，如图所示。将导线框由静止释放，当导线框边刚出磁场的下边界时，恰好处于平衡状态，已知下落过程中边始终保持水平，重力加速度大小为g，，不计空气阻力。求：
（1）导线框边刚出磁场的下边界时，导线框的速度大小v；
（2）导线框从静止下落到边刚出磁场时，导线框中产生的热量Q；
（3）导线框从静止下落到边刚出磁场的过程中，所用的时间t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）导线框边刚出磁场的下边界时，线框产生的感应电动势为
根据闭合电路的欧姆定律可知线框中的感应电流为
根据平衡条件有
解得
（2）导线框从静止下落到边刚出磁场的过程中，根据能量守恒定律有
结合上述解得
（3）设导线框进入磁场过程中某时刻速度，导线框中产生的感应电动势
感应电流
所受安培力
联立可得
安培力的冲量
导线框从静止下落到边刚出磁场的过程中，应用动量定理
联立可得
15. 如图所示，以O为圆心、半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场，ab为圆的水平直径。在a处有一粒子源能沿垂直于磁场的各个方向，向磁场发射质量为m、电荷量为q、速率不同的带正电粒子。已知从a点沿ab方向、以大小的初速度射入磁场的粒子P，恰好从c点离开磁场，Oc与Ob间夹角，不计粒子的重力和粒子间的相互作用。求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）粒子Q沿与ab成角的方向斜向右上射入磁场，仍从c点离开，则粒子Q射入磁场的初速度大小及在磁场中运动的时间；
（3）要使所有粒子只能从所对应的磁场边界射出，粒子射入磁场的初速度大小范围。
【答案】（1） （2）， （3）
【解析】（1）粒子的运动轨迹如图甲所示
设粒子做圆周运动的半径为根据几何关系，有
解得
由洛伦兹力提供向心力，有
解得
（2）粒子的运动轨迹如图乙所示
设粒子做圆周运动的半径为，由几何关系，有
由洛伦兹力提供向心力，有，解得
粒子在磁场中做圆周运动的周期
由几何关系，可知粒子做圆周运动的圆心角
则粒子在磁场中运动的时间
（3）要使所有粒子从所对应的磁场边界射出，可知弦为速度最大的粒子的轨迹的直径则最大半径
洛伦兹力提供向心力，有
解得
所以粒子射入磁场的速度应满足