2024-2025学年山东省枣庄滕州市高二（下）期中物理试卷（含解析）

这是一份2024-2025学年山东省枣庄滕州市高二（下）期中物理试卷（含解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题等内容，欢迎下载使用。
1.下列有关电磁波的说法正确的是( )
A. 1886年，科学家麦克斯韦首先通过实验捕捉到了电磁波
B. 电磁波能在真空中传播，但只能传递声音信号，不能传递图像信号
C. 电磁波源消失后不产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失
D. 北京电视台与上海电视台发射的电磁波的频率不同，传播速度也不同
2.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动。如图所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如下左图，已知线框内阻为1.0Ω，外接一只电阻为9.0Ω的灯泡，则( )
A. 电压表V的 示数为20V
B. 电路中的电流方向每秒改变5次
C. 0.1s时，线圈处于中性面
D. 电动势的瞬时值表达式为e=20 2cs10πtV
3.近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0cm、1.1cm和1.2cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103T/s，则线圈产生的感应电动势最接近( )
A. 0.36VB. 0.44VC. 0.59VD. 1.09V
4.已知某发电站原来的发电功率为P，输电的电压为U，经改造升级后，其发电功率增为3P。若采用原来的输电线路送电，要求送电效率不变，则改造后的输电电压应为( )
A. 2UB. 3UC. 2UD. 3U
5.如图所示，两条抛物线形状的平行光滑固定导轨，其顶端切线水平，底端连接一开关S。一细直金属棒置于导轨顶端，与两导轨垂直并接触良好。当该金属棒从导轨顶端以初速度v0水平抛出后，恰好能沿导轨无挤压地运动至底端。若在整个空间加上一竖直向下的匀强磁场，该金属棒再以相同速度v0从导轨顶端水平抛出，不计空气阻力，则在该金属棒落地前的运动过程中( )
A. 若开关S断开，回路中的感应电动势为零
B. 若开关S断开，回路中的感应电动势逐渐变大
C. 若开关S闭合，该金属棒不会离开导轨
D. 若开关S闭合，该金属棒在竖直方向做自由落体运动
6.如图所示，A、B、C是三只完全相同的灯泡，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈。下列说法正确的是( )
A. 闭合开关S瞬间，A、B、C均逐渐变亮
B. 闭合开关S瞬间，A和C立即亮、B逐渐变亮
C. 断开开关S瞬间，C立即熄灭
D. 断开开关S瞬间，A闪亮后逐渐熄灭
7.如图为理想自耦变压器的工作原理图。当线圈的a、b两端输入电压恒定的交流电时，c与抽头d和c与抽头e之间可获取不同的电压。已知图中定值电阻R1=9R，R2=4R，若开关S1、S2均闭合时电流表的示数为仅闭合S1时的5倍，则c与抽头e和c与抽头d之间线圈的匝数比为( )
A. 2:1B. 3:2C. 4:3D. 5:3
8.两个用材料和横截面积都相同的细导线做成的刚性闭合线框，分别用不可伸长的细线悬挂起来，如图所示。两个线框均有一半面积处在磁感应强度随时间均匀变化的匀强磁场中，两线框平面均始终垂直于磁场方向。某时刻圆形线框所受细线的拉力为零，此时正方形线框所受细线的拉力也为零。若已知圆形线框的半径为a，则正方形线框的边长为( )
A. 2πa B. 2 2πa
C. 4 2πaD. 8 2πa
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.为实现自动计费和车位空余信息的提示和统计功能等，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的LC振荡电路获取车辆驶入驶出信息。如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. t1时刻，线圈L的磁场能为零B. t2时刻，电容器C带电量最大
C. t2∼t3过程，电容器C带电量逐渐增大D. 由图乙可判断汽车正驶离智能停车位
10.粒子加速器是高能物理实验的重要工具，常见的粒子加速器有直线加速器与回旋加速器，分别如图甲、乙所示。已知图乙中回旋加速器所接电源电压为U0，下列说法正确的是( )
A. 两种粒子加速器都需要接交流电
B. 图甲中粒子在狭缝间做匀速直线运动
C. 仅增大电源电压U0，粒子离开回旋加速器的速度变大
D. 仅增大电源电压U0，粒子在D形盒中运动的总时间变短
11.如图所示，空间存在磁感应强度大小相等、方向分别垂直于光滑绝缘水平面向上和向下的匀强磁场，正方形导线框从紧靠磁场的位置I以某一初速度垂直边界进入磁场，运动到位置Ⅱ时完全进入左侧磁场，运动到位置Ⅲ(线框各有一半面积在左、右两个磁场中)时速度恰好为0。设从位置Ⅰ到位置Ⅱ、从位置Ⅱ到位置Ⅲ的过程中，通过线框某一横截面的电荷量分别为q1、q2，线框中产生的焦耳热分别为Q1，Q2。则( )
A. q1:q2=1:1B. q1:q2=2:1C. Q1:Q2=3:1D. Q1:Q2=5:4
12.如图，直角梯形区域abcd,ab=2ad=2cd=2l,e为ab的中点，直角三角形aed、平行四边形ebcd两区域内存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直与纸面的匀强磁场，一等腰直角三角形导线框ABC与梯形abcd在同一平面内，AB边长为l且与ae共线，导线框以垂直于ad的恒定速度穿过磁场区域，从B点进入磁场开始计时，3 s末AC刚好到达b点。规定逆时针方向为感应电流的正方向，水平向左为导线AC受到的安培力的正方向，此过程中线框中的感应电流i、AC受到的安培力FAC，二者与时间t的关系图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
三．综合题：本题共6小题，共60分。
13.某小组设计如下实验探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素：
(1)图a中，将条形磁铁从图示位置先迅速向上后迅速向下移动一小段距离，出现的现象是是 ；
A.灯泡A、B均不发光
B.灯泡A、B交替短暂发光
C.灯泡A短暂发光、灯泡B不发光
D.灯泡A不发光、灯泡B短暂发光
(2)通过实验得知：当电流从图b中电流计的右端正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体 (选填“向上”或“向下”)运动时，电流计指针向右偏转；
(3)为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图c的电路，请用实线完成其余部分电路的连接 。
14.实验小组在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图甲所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。

(1)除图甲中的器材和多用电表外，下列器材中还需要的是
A.干电池 B.磁铁 C.低压交流电源 D.直流电压表
(2)小明同学将变压器按照要求组装好后，原线圈接“0”“4”接线柱，副线圈接“0”“14”接线柱。原线圈两端的交流电压表量程为10V，示数如图乙所示，其读数值为 V，此时副线圈实际输出的电压为 。(填写正确选项)
B.14V D.19V
(3)小李同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器(可视为理想电压表)上，观察到副线圈电压U2随时间变化的图像如图丙所示，在t1∼t2时间内该同学先断开开关，其后仅进行的一项操作可能是
A.拧紧了松动的铁芯 B.增加了交流电源的频率
C.减少了副线圈的匝数 D.减少了原线圈的匝数
15.图甲为音响中的扬声器，结构图和沿对称轴的截面图如图乙所示。扬声器的圆形线圈由粗细均匀的钢丝绕制而成，半径r=2.0cm、匝数n=100匝，电阻R1=2Ω。某实验小组将扬声器充当话筒，让振膜振动带动线圈以速度v=0.2sin2000t(m/s)垂直磁场做往复运动，从而产生了交变电流。已知与扬声器相连的电阻阻值R2=10Ω，扬声器线圈所在处的辐向磁场与线圈垂直，磁场磁感应强度大小为B=0.5T。取π≈3，求：
(1)线圈受到的安培力的最大值；
(2)20s内电阻R2上产生的热量Q。
16.如图，直径d=1.0m的圆形金属轨道固定在水平面内，轨道处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小B0=1.2T；阻值R0=1Ω的直导体棒ef，绕过圆心的竖直轴OO′以角速度ω=20rad/s逆时针(从上向下看)匀速转动，其e端处于轨道圆心处，f端恰与圆形轨道边缘良好接触。两根相互平行的光滑金属导轨PQ、MN所在的斜面与水平面间夹角θ=30 ∘，导轨足够长，间距L=1m，顶端P点通过开关S与圆形轨道相连，M点通过导线与e点相连，导轨处于垂直斜面向下的匀强磁场中；在导轨间串接一定值电阻R1=6Ω，导轨上锁定一长L=1m的金属杆ab。闭合开关S，解除锁定，ab杆仍保持静止。已知金属杆ab的质量m=0.4kg、阻值R2=3Ω，重力加速度g=10m/s2，不计其他电阻和一切摩擦，求：
(1)闭合开关后导体棒ef两端的电压；
(2)断开开关后ab杆运动的最大速率。
17.如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一、四象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，第二象限存在电场强度为E的水平向右匀强电场，第三象限存在垂直坐标平面向外的矩形有界匀强磁场(图中未画出)。质量为m的带正电粒子从x轴上A点(− 3L,0)以初速度v0沿y轴正方向射入匀强电场，然后从y轴上的P点(0,2L)射入第一象限，经磁场偏转后从y轴上的Q点(0,−2L)射入第三象限，经第三象限矩形有界磁场偏转后垂直打到x轴上的A点。不计粒子重力，求：
(1)带电粒子的电荷量q；
(2)第一、四象限磁场磁感应强度大小B；
(3)若矩形有界磁场的磁感应强度B′=4B，求矩形磁场的最小面积。
18.如图所示，xOy平面直角坐标系中，在第二象限内存在垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，O1为圆心，半径为R，磁场边界与两坐标轴相切；y≤0区域内交替分布宽度均为L的匀强电场和匀强磁场，其边界均与x轴平行，匀强电场的电场强度大小为E0，方向沿y轴负方向，匀强磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向里。一质量为m、电量为+q的带电粒子，从圆形边界上的P点以初速度v0射入磁场，PO1与x轴平行，v0与PO1夹角α=60 ∘。粒子射出圆形磁场瞬间，在y>0区域内加上沿y轴正向的匀强电场(图中未画出)，粒子恰好能抵达x轴。已知圆形磁场的磁感应强度大小为B=mv0qR，不计粒子重力。求：
(1)粒子在圆形磁场区域的运动时间t；
(2)y>0区域内匀强电场的电场强度大小E；
(3)y≤0区域内，粒子穿出第二个电场时速度方向与竖直方向夹角的正弦值；
(4)y≤0区域内，若粒子到达某个磁场下边界时，速度方向恰好沿x轴正向，求此时速度大小。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】A.麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在，而赫兹于1887年首次通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；
B.电磁波能在真空中传播，且既能传递声音信号(如广播)，也能传递图像信号(如电视)，故B错误；
C.电磁波由波源产生后，会以光速独立传播。若波源停止工作，不再产生新的电磁波，但已发出的电磁波仍会继续传播，不会立即消失，故C正确；
D.电磁波的传播速度在真空中恒为光速( c=3×108m/s )，与频率无关。不同电视台发射的电磁波频率不同，但传播速度相同，故D错误。
故选C。
2.【答案】D
【解析】A.由题意可知，该线圈产生的感应电动势的最大值为：20 2V，由最大值与有效值的关系可知，电源的电动势的有效值为20V，由于电路的总电阻为10Ω，故由闭合电路欧姆定律可得电流为2A，故由欧姆定律可得理想交流电压表V的示数为18 V，故A错误；
B.由图象可知，该交流电的频率为：f=1T=5Hz，故电路中的电流方向每秒改变10次，故B错误；
时，感应电动势最大，磁通量的变化率最大，磁通量为零，故此时线圈处于垂直中性面的位置，故C错误；
D.由图象可知电动势随时间变化的瞬时值表达式为e=20 2cs 10πt (V)，故D正确。
故选D。
3.【答案】A
【解析】根据法拉第电磁感应定律可得 E=ΔΦΔt=ΔBΔt⋅S=103×1.02+1.12+1.22×10−4V=0.365V，故选A。
4.【答案】B
【解析】设输电线路电阻为r，原输电线电流I=PU，输电线上损耗的功率为ΔP=I2r=PU2r，则输电效率为η=1−ΔPP=1−PrU2，改造后发电功率为3P，设输电电压为U′，则此时输电电流I′=3PU′，损耗功率ΔP′=3PU′2r，输电效率η′=1−ΔP′3P=1−3PrU′2，根据效率不变可得PrU2=3PrU′2，解得U′= 3U。
故选B。
5.【答案】C
【解析】若开关S断开，该金属棒做平抛运动，水平方向速度不变，回路中的感应电动势不变，选项 A、B均错误;
若开关S闭合，该金属棒受到水平向左的安培力作用，不会离开导轨，选项 C正确;
该金属棒受到导轨斜向右上方的弹力，在竖直方向不是做自由落体运动，选项 D错误。
故选C。
6.【答案】D
【解析】AB、开关S闭合的瞬间，A灯立即发光，由于线圈的自感阻碍，B灯与C灯逐渐变亮，由于线圈的电阻可以忽略，最后一样亮，故AB错误；
CD、由于线圈的电阻可以忽略，所以电路中的电流稳定后流过线圈的电流是流过灯泡A电流的2倍；断开开关S的瞬间，线圈与三灯一起构成一个自感回路，通过线圈的电流要减小，线圈产生自感电动势，相当电源，A闪亮后逐渐熄灭，B与C两灯逐渐同时熄灭，故C错误，D正确。
故选：D。
7.【答案】C
【解析】由题可知，开关S1、S2均闭合时电流表的示数为仅闭合S1时的5倍，ab端输入电压一定，可知S1、S2均闭合时R2的功率为R1功率的4倍，根据 P=U2R ，可得 U= PR，则有 UceUcd= P2R2 P1R1= 4P1×4 P1×9=43=ncencd，故选C。
8.【答案】C
【解析】设电阻率ρ，横截面积S，密度ρ0，正方形线框的边长b，此时刻磁感应强度为B，
对圆形线框由m1g=BI1×2a，I1=E1R1=ΔBΔt·πa22×1ρ2πaS
m1=ρ0S×2πa
对正方形线框由m2g=BI2× 2b，I2=E2R2=ΔBΔt·b22×1ρ4bS
m2=ρ0S×4b
联立得b=4 2πa。
故选C。
9.【答案】BD
【解析】A、由图乙知t1时刻电流最大，磁场能最大，故A错误；
B、由图乙知t2时刻电流为零，磁场能最小，电场能最大，电容器C所带电量最大，故B正确；
C、由图乙知t2～t3过程，线圈L中电流增大，磁场能在增大，电容器C所带电量在减小，故C错误；
D、由题当车辆驶离自感线圈L时，自感系数变小，根据T=2π LC可知周期变小，频率增大，由图乙波形可知频率越来越大，线圈自感系数减小，可判断汽车正驶离智能停车位，故D正确。
10.【答案】AD
【解析】A.两类加速器都需要接交变电流才能实现持续的加速，故A正确；
B.在直线加速器中，在狭缝间存在电势差，粒子在狭缝间做加速运动，故B错误；
C.当轨迹半径等于D形盒尺寸R时，有最大动能，根据 qvB=mv2R
解得 v=qBRm
由此可知，最大速度与U0无关，故C错误；
D.增大图乙所接电源电压，可使单次加速获得的动能变大，但最大动能不变，因此会减小加速的次数，导致总的运动时间变短，故D正确。
故选AD。
11.【答案】AD
【解析】AB.设导线框的边长为L，则导线框处在位置Ⅰ、位置Ⅱ和位置Ⅲ的磁通量分别为Φ1=0、Φ2=BL2和Φ3=0
由q=nΔΦR，可知q1=Φ2−Φ1R=BL2R，q2=Φ3−Φ2R=BL2R，即q1:q2=1:1，故A正确，B错误；
CD.设导线框刚进入磁场的速度为v0，从位置Ⅰ到位置Ⅱ过程中，由动量定理可得−BI1L·t1=mv1−mv0，其中q1=I1t1
从位置Ⅱ到位置Ⅲ过程中，由动量定理可得−2BI2L·t2=0−mv1，其中q2=I2t2
因为q1=q2，所以−mv1=2mv1−mv0，解得v1=23v0
由能量守恒定律可得Q1=12mv02−12mv12，Q2=12mv12
解得Q1=518mv02，Q2=29mv02
则Q1:Q2=5:4，故C错误，D正确。
故选AD。
12.【答案】BC
【解析】AB.设导线框速度为v，电阻为R，则 0∼1s 内电流 i1=E1R=Bvt×vR=Bv2Rt
可知均匀增大，该过程最大电流为 BlvR ，由右手定则可知电流方向为逆时针，为正方向；
1∼2s 内，导线框一部分在垂直纸面向里的磁场，一部分在垂直纸面向外的磁场，且两边切割磁感线产生的感应电动势方向相同，此时两边产生的感应电动势相加，可得 i2=E2R=B×2l−vt×vR=2BlvR−2Bv2Rt
可知电流从最大 2BlvR 逐渐减小到0，由右手定则可知电流方向为顺时针，为负方向；
2∼3s内，导线框离开磁场，电流 i3=E3R=Bl−vtvR=BlvR−Bv2Rt
可知电流逐渐减小到0，由右手定则可知电流方向为逆时针，为正方向。综合可知， 1∼2s 内最大电流是 0∼1s 末电流的2倍，所以 i−t 图像B选项符合题意。
CD.根据 0∼1s 内，AC在磁场外，安培力 FAC1=0
1∼2s 内，导线框一部分在垂直纸面向里的磁场，一部分在垂直纸面向外的磁场，AC边安培力大小 FAC2=B×B×2l−vtvR×l−vt=2B2l−vt2vR
可知该过程安培力从最大值 2B2l2vR 逐渐减小到0，再反向增大最后减小到0，分析可知AC边安培力方向先向左后向右，即方向先正后负，且图像为开口向上的二次函数；
2∼3s 内，线框出磁场，AC边安培力大小 FAC3=B×Bl−vtvR×l−vt=B2l−vt2vR
可知安培力从最大值 B2l2vR 逐渐减小，且图像为开口向上的二次函数。综合分析可知C选项符合题意。
故选BC。
13.【答案】 B
向上

【解析】(1)条形磁铁向上移动一小段距离，穿过螺线管的磁感线减少，向下移动一小段距离，穿过螺线管的磁感线增加，移动方向不同，产生的感应电流方向不同，根据二极管具有单向导电性可知灯泡A、B交替短暂发光，ACD错误，B正确。
故选B；
(2)当磁体向上运动时，穿过螺旋管的磁通量为竖直向下的减少，根据楞次定律，可知线圈中的感应电流产生的磁场竖直向下，根据右手螺旋定则可知电流从正接线柱流入，指针向右偏；故磁体向上运动；
(3)根据感应电流产生的条件可知，要想进一步探究影响感应电流方向的因素，需要组成一个闭合回路，还需要一个含有电源的电路形成一个电磁铁，电路连接如图所示
。
14.【答案】C
4.4
B
AD

【解析】(1)本实验中不需要干电池和条形磁铁，需要低压交流电源和交流电压表。
故选C；
(2)由于电压表量程为10V，所以每一小格为0.2V，所以图示读数为 22×0.2V=4.4V，
根据原副线圈两端电压与匝数的关系 U1U2=n1n2，
可得 U2=15.4V，
由于实际变压器存在能量损失，副线圈两端的电压稍小于15.4V。
故选B；
(3)由图可知，U2最大值增大，则U2有效值增大，根据原副线圈两端电压与匝数的关系可知，可能原线圈的匝数减少，可能副线圈匝数增大，也可能拧紧了松动的铁芯，使漏磁减小，副线圈磁通量的变化率增大，从而增大电压，由于交流电周期不变，则交流电的频率不变。
故选AD。
15.【答案】(1)单匝线圈导线长度 l=2πr，
感应电动势最大值 Em=nBlvm，
产生最大电流 Im=EmR1+R2，
最大安培力 FA=nBIml，
解得 FA≈0.60N；
(2)感应电流的有效值 I=Im 2，
则 Q=I2R2t≈1.0J。

【解析】详细解答和解析过程见答案
16.【答案】(1)ef切割磁感线产生的感应电动势 E=12B0(d2)2ω，
回路中的总电阻为 R=R0+R1R2R1+R2，
由闭合电路的欧姆定律得电流 I=ER，
导体棒ef两端的电压大小 U=E−IR0，
联立解得 U=2V；
(2)闭合开关后，通过金属杆的电流为 I1=R1R1+R2I，
设匀强磁场的磁感应强度大小B，对金属杆，根据平衡条件可得 mgsinθ=BI1L，
断开开关后，设ab杆最大速率为v，产生最大感应电流 Im=BLvR1+R2，
此时金属杆受力平衡有 mgsinθ=BImL，
联立解得 v=2m/s。

【解析】详细解答和解析过程见答案
17.【答案】(1)根据题意可知，带电粒子在电场中做类平抛运动，则有2L=v0t， 3L=12at2， a=qEm
联立解得q= 3mv022EL；
(2)如图所示
设经过P点的速度与y轴的夹角为θ，则tanθ=qEtmv0
解得θ=60 ∘
P点的速度v为v=v0csθ
带电粒子在磁场中做圆周运动，设半径为R，由几何关系 2L=Rsinθ
根据洛伦兹力提供向心力有qvB=mv2R
解得B=Ev0；
(3)粒子在第三象限进入有界磁场时，设半径为R′ ，则有qvB′=mv2R′
由速度偏转情况可知粒子在矩形磁场区域中转过圆心角为α=60 ∘
如图所示：
此时矩形磁场的面积最小，则S=R′1−csα2R′
解得S=2− 36L2。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】
18.【答案】(1)设粒子在圆形磁场中半径为r，有qv0B=mv02r ， B=mv0qR
解得r=R
粒子离开圆形磁场时速度沿y轴负方向，运动轨迹如图所示
粒子转过的圆心角为θ=56π
则粒子在圆形磁场区域的运动时间t=θrv0
代入数据解得t=5πR6v0；
(2)由几何关系得粒子射出圆形磁场时距离x轴为d=R(1−csα)
粒子恰好抵达x轴，由动能定理得−qEd=0−12mv02
解得E=mv02qR；
(3)粒子在y≤0区域第一个电场中加速，由动能定理得qE0L=12mv12
粒子在y≤0区域第一个磁场中，有qv1B0=mv12r1
轨迹如图所示
由几何关系得：r1sinθ1=L
粒子在y≤0区域经历两个电场加速有2qE0L=12mv22
垂直电场方向v1sinθ1=v2sinθ2
解得sinθ2=B02 qLmE0；
(4)设粒子在第n个磁场下边界的速度为vn，粒子在y≤0 区域整个向下运动过程中，根据动能定理得nqE0L=12mvn2
水平方向，由动量定理得qvyB0t=mvn ， vyt=nL
解得vn=2E0B0。

【解析】详细解答和解析过程见【答案】