2022-2023学年湖北省红安县第一中学高二上学期9月考试物理试题含解析

2022年秋红安一中高二年级9月考试

物理试题

一、选择题（1-7为单选，8-11为多选）（4*11＝44分）

1. 截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流，四根平行直导线均通入电流，，电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】因，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线要受到吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受到排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如图C。

故选C。

2. 某眼动仪可以根据其微型线圈在磁场中随眼球运动时所产生的电流来追踪眼球的运动。若该眼动仪线圈面积为S，匝数为N，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面最初平行于磁场，经过时间t后线圈平面逆时针转动至与磁场夹角为θ处，则在这段时间内，线圈中产生的平均感应电动势的大小和感应电流的方向（从左往右看）为（　　）

A. ，逆时针 B. ，逆时针

C. ，顺时针 D. 顺时针

【答案】A

【解析】

【详解】经过时间t，面积为S的线圈平面逆时针转动至与磁场夹角为θ处，磁通量变化为

由法拉第电磁感应定律，线圈中产生的平均感应电动势的大小为

由楞次定律可判断出感应电流方向为逆时针方向。

故选A。

3. 如图所示，水平桌面上有一圆形闭合线圈，右侧是匀强磁场区域，磁感应强度的方向与桌面垂直，线圈在外力作用下以恒定的速度进入匀强磁场，从线圈刚开始进入磁场到完全进入磁场的过程中，线圈中的感应电动势平均值与感应电动势最大值之比为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】感应电动势最大值即为切割磁感线等效长度最大时的电动势，故

感应电动势平均值

，

因此

故

故D正确，ABC错误。

故选D。

4. 如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T。忽略粒子在D形盒缝隙间的运动时间和相对论效应，下列说法正确的是（　　）

A. 保持B和T不变，该回旋加速器可以加速质子

B. 仅调整磁场的磁感应强度大小为B，该回旋加速器仍可以加速粒子

C. 保持B和T不变，该回旋加速器可以加速粒子，且在回旋加速器中运动的时间与粒子的相等

D. 保持B和T不变，该回旋加速器可以加速粒子，加速后的最大动能与粒子的相等

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】A．D形盒缝隙间电场变化周期为T等于被加速度的在磁场中运动的周期，即

而质子在磁场中的运动周期为

则该回旋加速器不可以加速质子，选项A错误；

B．仅调整磁场的磁感应强度大小为B，则在磁场中的运转周期将要变化，则该回旋加速器不可以加速粒子了，选项B错误；

C．在磁场中运动的周期

THe＝＝＝T

则保持B和T不变，该回旋加速器可以加速粒子，且在回旋加速器中两粒子运动的半径也相同，则粒子运动的时间与粒子的相等，选项C正确；

D．根据

qvmB＝m

Ekm＝mvm2＝∝

可知加速后的最大动能与粒子不相等，选项D错误。

故选C。

5. 如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为的带电粒子从圆周上的M点沿直径方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转；若射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转，不计重力，则为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】根据题意做出粒子的圆心如图所示

设圆形磁场区域的半径为R，根据几何关系有第一次的半径

第二次的半径

根据洛伦兹力提供向心力有

可得

所以

故选B。

6. 如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨平面与水平面夹角为，两导轨分别与P、Q相连，质量为m、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是（　　）

A. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，

B. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，

C. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，

D. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，

【答案】B

【解析】

【详解】等离子体垂直于磁场喷入板间时，根据左手定则可得金属板Q带正电荷，金属板P带负电荷，则电流方向由金属棒a端流向b端。等离子体穿过金属板P、Q时产生的电动势满足

由欧姆定律和安培力公式可得

再根据金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止，可得

则

金属棒ab受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定则可判定导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下。故B正确。

故选B。

7. 如图所示，一个边长为a、电阻为R的等边三角形线框，在外力作用下，以速度v匀速穿过宽度均为a的两个匀强磁场。这两个磁场的磁感应强度大小均为B，方向相反。线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直。取逆时针方向的电流为正。若从图示位置开始，线框中产生的感应电流i与沿运动方向的位移x之间的函数图象，下面四个图中正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】由右手定则可知，线框进入一半之前，右边在切割磁感线，产生逆时针方向的感应电流，与规定正方向相同，且切合有效长度随位移x均匀增大，故感应电流均匀增大，图像为倾斜直线，可排除CD，当进入的距离为时，如图所示，左侧边框切合向内磁场产生顺时针方向电流，右侧边框切割向外磁场也产生顺时针方向电流，叠加使电流的最大值是之前的2倍，且与规定正方向相反，为负值，对比图像可知，B正确。

故选B。

8. 如图所示，闭合导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B的大小随时间变化，关于线框中感应电流的说法正确的是（  ）

A. 当B增大时，俯视线框，电流为顺时针方向

B. 当B增大时，线框中的感应电流可能不变

C. 当B减小时，俯视线框，电流为顺时针方向

D. 当B减小时，线框中的感应电流一定减小

【答案】AB

【解析】

【详解】AB．当B增大时，由楞次定律，俯视线框，感应电流为顺时针方向，若B均匀增大时，由法拉第电磁感应定律

则

S与R是定值，当磁感应强度B均匀增加时，是定值，则电流不变，故AB正确；

CD．当B减小时，由楞次定律，俯视线框，电流为逆时针方向，同上述分析，当磁感应强度B均匀减小时，是定值，则电流不变，故CD错误。

故选AB。

9. 如图所示，空间存在竖直向下的匀强电场和水平方向(垂直纸面向里)的匀强磁场，一离子在电场力和洛伦兹力共同作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动到达B点时速度为零，C为运动的最低点，不计重力，则（  ）

A. 该离子必带正电

B. A、B两点位于同一高度

C. 离子到达C点时的速度最大

D. 离子到达B点后，将沿原路返回A点

【答案】ABC

【解析】

【详解】AB．在不计重力情况下，离子从A点由静止开始向下运动，说明离子受向下的电场力，带正电，整个过程中只有电场力做功，而A、B两点离子速度都为零，所以A、B在同一等势面上即同一高度，故AB正确；

C．运动到C点时离子在电场力方向上发生的位移最大，电场力做功最多，离子速度最大，故C正确；

D．离子从B点向下运动时受斜向右下方的洛伦兹力，将向右偏，故D错误。

故选ABC。

10. 轻质细线吊着一质量为m＝0.4kg、边长为L＝1m、匝数n＝10的正方形线圈，其总电阻为R＝1Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图甲所示。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙所示。则下列判断正确的是（　　）

A. 线圈中的感应电流大小为1.0A

B. 0-6s内线圈产生的焦耳热为1.5J

C. t＝0时轻质细线的拉力大小为3.0N

D. 0-6s内通过导线横截面的电荷量为3.0C

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．根据图像可知线圈中产生感应电动势大小为

电流

A错误；

B．0-6s内线圈产生的焦耳热为

B正确；

C．对线框受力分析可知

解得

C正确；

D．内通过线圈的电荷量

D正确。

故选BCD。

11. 如图所示，半径为r的半圆弧光滑金属导轨ab垂直放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，现有一导体棒Oc可绕半圆形导轨的圆心O点逆时针旋转，转动过程中导体棒接入的电阻为R0，导体棒与导轨始终接触良好，导轨电阻不计．在导轨的右端点b和圆心O有两根引线分别接在电容器C和总阻值为R的滑动变阻器两端．现让导体棒从b端向a端转动，则下列说法正确的是

A. 导体棒在转动过程中c端电势高

B. 滑片P置于最右端不动，且导体棒以角速度ω匀速转动时外力的功率为

C. 导体棒以角速度ω匀速转动时，将P从最右端滑到最左端的过程中C的放电量为

D. 滑片P置于中间不动，均匀增大转速时导体棒所受的外力和C上的电荷量都均匀增大

【答案】CD

【解析】

【详解】导体棒Oc转动过程中由右手定则知电流由c向O流动，因导体棒相当于电源，故c端是电源的负极，电势低，故A项错误；导体棒匀速转动时产生的电动势为，因此回路中的电流为，于是对应外力的功率为，故B项错误；导体棒稳定转动时，电动势恒定，将滑片P从右向左滑动过程中C的电压从逐渐减小到零，对应放出的电荷量为，故C项正确；滑片P置于中间不动，增大转速时，回路中的电流为线性增大，因此安培力也线性增大；由于电流线性增大，滑动变阻器分配的电压线性增大，加在C上的电压线性增大，因此它的带电量也线性增大，故D项正确．

二、实验题（8＋8＝16分）

12. 如图所示，图2为一个自动筛选鸡蛋大小的装置，可以筛选出两类大小不同的鸡蛋。当不同大小的鸡蛋传送到压力秤上时，压力秤作用在压力传感器电阻R1上，其电阻值随压力秤所受压力的变化图像如图2所示。R2是可调节电阻，其两端电压经放大电路放大后可以控制电磁铁是否吸动衔铁并保持一段时间。当电压超过某一数值时电磁铁可以吸动衔铁使弹簧下压，鸡蛋就进入B通道。已知电源电动势E=6V，内阻不计，R2调节为10Ω。

（1）由图1可知，压力传感器的电阻值R1随压力的增大而_______（填：“增大、减小”）。

（2）从B通道通过的是_______鸡蛋（填：“大、小”）。

（3）由两个图可知，若R2两端的电压超过3V时，电磁铁可以吸动衔铁向下，则选择的大鸡蛋对压力秤的压力要大于_______N。（保留到小数点后两位）

（4）要想选择出更大的鸡蛋，需要把电阻R2的阻值调______（填：“大、小”）。

【答案】    ①. 减小    ②. 大    ③. 0.45##0.46##0.47##0.48
    ④. 小

【解析】

【详解】（1）[1]由图1可知F越大R越小，即压力传感器的电阻值R1随压力的增大而减小。

（2）[2]当鸡蛋质量较大时，压力秤作用于R1的压力F较大，则R1较小，令通过R2的电流较大，故R2两端电压较大，经过放大电路放大后电压超过某一数值时电磁铁可以吸动衔铁使弹簧下压，鸡蛋就进入B通道。所以从B通道通过的是大鸡蛋。

（3）[3]根据闭合电路欧姆定律

解得

R1=10Ω

由图1，当R1=10Ω时，F=0.47N。所以选择的打鸡蛋对压力秤的压力要大于0.47N。

（4）[4]要选出更大的鸡蛋，即要相同的鸡蛋送到压力秤时，令R2两端的电压较原来的小，所以需要把R2的阻值调小。

13. 某小组探究未知金属丝的电阻率，根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材，按照以下步骤开展实验。

（1）用螺旋测微器测量金属丝直径，如图1所示，则该直径为______mm；

（2）按图2连接好电路进行测量，先将滑动变阻器的滑动片P置于a端；

（3）接着将单刀双掷开关掷向1，调节滑动变阻器，得如图3电流表读数______A，然后断开；

（4）电阻箱的阻值调至较大，将单刀双掷开关掷向2，保持滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关，调电阻箱使得电流表读数逐渐增大到上一步读数，记录电阻箱读数为R；

（5）金属丝的电阻值=______，若金属丝直径用d表示，金属丝长度用x表示，则金属丝电阻率为______（两空用字母写出表达式）。

【答案】    ①. 5.690#5.691#5.692#5.693#5.694#5.695    ②. 0.28    ③. R    ④.

【解析】

【详解】（1）[1]金属丝直径为

5.5mm+19.4×0.01mm=5.694mm

（3）[2]最小刻度为0.02A，估读在本位,则电流表读数为0.28A；

（5）[3]等效法测量电阻，金属丝的电阻值为R；

[4]根据电阻定律，，解得金属丝电阻率为

三、解答题。（12＋13＋15＝40分）

14. 如图所示，两根足够长的金属光滑导轨MN、PQ平行放置，导轨平面与水平面成θ = 30°角，间距L = 0.5m，导轨M，P两端接有阻值R = 5Ω的电阻，质量m = 0.2kg的金属棒ab垂直导轨放置，金属棒ab和导轨电阻均不计。整个装置放在磁感应强度B = 2.0T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。金属棒ab由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时，通过电阻R上的电荷量q = 2C。（取重力加速度g = 10m/s2）

（1）金属棒ab匀速运动时的速度大小；

（2）导体棒从静止开始下滑到刚开始匀速运动时，这一过程中金属棒ab沿导轨平面运动的距离x。

【答案】（1）v = 5m/s；（2）x = 10m

【解析】

【详解】（1）金属棒速度最大时，有

mgsinθ = BIL

其中

解得

v = 5m/s

（2）电荷量的计算公式

其中

解得

则

x = 10m

15. 如图所示，一个人通过定滑轮从静止开始，在离磁场下边界的某位置以恒定的拉力拉一个边长，质量，电阻R=2Ω的单匝线框，磁场宽度也为，线框恰能匀速通过磁场。已知磁感应强度为，，滑轮摩擦及空气阻力不计，求：

（1）线框未入磁场前的加速度a？

（2）通过磁场的整个过程线框产生的焦耳热？

（3）其他条件不变，线框进入磁场后保持（1）问恒定加速度a继续通过磁场，求人施加的拉力F与线框通过磁场的时间t的关系？

【答案】（1）；（2）4J；（3）

【解析】

【详解】（1）未进入磁场前，根据牛顿第二定律

解得

（2）进入磁场时，因为受力平衡

则

（3）匀速进入磁场时

解得

以加速度进入磁场时

联立可得

16. 如图所示，在x轴的上方有沿y轴负方向的匀强电场，电场强度为E；在x轴的下方等腰三角形CDM区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，C、D在x轴上，它们到原点O的距离均为a，，现将一质量为m、带电量为q的带正电粒子，从y轴上的P点由静止释放，不计重力作用和空气阻力的影响。

（1）若粒子第一次进入磁场后恰好垂直CM射出磁场，求P、O间的距离；

（2）P、O间的距离满足什么条件时，可使粒子在电场和磁场中各运动3次？

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）在电场中，根据动能定理有

根据题意做轨迹如图所示

在磁场中由几何关系有

磁场中由洛伦兹力提供向心力

解得

（2）若在电场中运动3次后恰好在磁场中轨迹与CM相切，如图所示

在磁场中由几何关系有

磁场中由洛伦兹力提供向心力

在电场中，根据动能定理有

解得

若在电场中运动2次后恰好在磁场中轨迹与CM相切，如图所示

在磁场中由几何关系有

磁场中由洛伦兹力提供向心力

在电场中，根据动能定理有

解得

可知，要使粒子在电场和磁场中各运动3次，则P、O间距离满足