安徽省滁州市定远中学2023-2024学年高二下学期3月质量监测物理试题

这是一份安徽省滁州市定远中学2023-2024学年高二下学期3月质量监测物理试题，共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
1．“自激发电机”具有自励磁的特点，它无需外部励磁电源就能自行激励产生磁场。其原理如图所示：一金属圆盘在某一大小恒定、方向时刻沿切线方向的外力作用下，在弱的轴向磁场B中绕金属轴OO'转动，根据法拉第电磁感应定律，盘轴与盘边之间将产生感应电动势，圆盘下方螺旋形导线M端通过电刷与盘边相连，N端与盘轴相连，MN中就有感应电流产生，最终回路中的电流会达到稳定值，磁场也达到稳定值。下列说法正确的是（ ）
A．MN中的电流方向从N→M
B．圆盘转动的速度先增大后减小
C．MN中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同
D．磁场达到稳定状态后，MN中不再产生感应电流
2．如图甲所示，一导体棒与导线构成闭合回路，然后用绝缘轻绳悬挂在天花板上，空间存在一圆形磁场区域，导体棒刚好与圆的水平直径重合，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度的大小随时间的变化规律如图乙所示，已知圆形磁场区域的半径为，导体棒的质量为，长度为、，当时绝缘轻绳的张力为零，忽略导线以及轻绳的重力，，则下列说法正确的是（ ）
A．0~4s内，流过导体棒的电流方向向右B．
C．流过导体棒的电流为1AD．2s时，细线的张力为0.4N
3．如图所示，圆形区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。质量为m、电荷量为q的带电粒子由A点沿平行于直径的方向射入磁场，经过圆心O，最后离开磁场。已知圆形区域半径为R，A点到的距离为，不计粒子重力。则（ ）
A．粒子带正电B．粒子运动速率为
C．粒子在磁场中运动的时间为D．粒子在磁场中运动的路程为
4．现在的城市街道上到处都能看到各种共享自行车和电动助力车，极大地方便了市民的短途出行。如图甲是一款电动助力车，其调速把手主要是应用了“霍尔效应”来控制行驶速度的。调速把手内部截面如图乙所示，内部含有永久磁铁和霍尔器件等部件。如图丙，把手里面的霍尔器件是一个棱长分别为a，b、l的长方体金属器件，助力车正常行驶时，在霍尔器件的上下面通有一个恒定电流I，骑手将调速把手旋转，永久磁铁也跟着转动，施加在霍尔器件上的磁场就会发生变化，霍尔器件就能在C、D间输出变化的电压U，电机电路感知这个电压的变化就能相应地改变电机转速，这个电压U与电机转速n的关系如图丁所示。以下叙述正确的是（ ）
A．霍尔器件C端的电势高于D端的电势
B．若组装助力车时不小心将永久磁铁装反了（两极互换）将会影响该电动助力车的正常骑行
C．维持恒定电流I不变，仅减小图丙中器件的尺寸a，可使电动助力车更容易获得最大速度
D．若骑手按图乙箭头所示方向均匀转动把手时电压会随时间均匀增大，则电动助力车的加速度将会增大
5．如图所示为回旋加速器的示意图，两D型盒所在区域加匀强磁场，狭缝（极小）间就有交变电压（电压的大小恒定），将粒子由A点静止释放，经回旋加速器加速后，粒子最终从D型盒的出口引出，已知D型盒的半径为R，粒子的质量和电荷量分别为m、q，磁感应强度大小为B，加速电压为U（不计粒子在电场中的运动时间），则下列说法正确的是（ ）
A．粒子的运动周期为交变电压周期的2倍B．粒子第一次与第二次进入磁场的轨道半径之比为1:2
C．粒子的最大动能为D．粒子在回旋加速器中运动的时间为
6．如图甲所示，光滑绝缘水平面上方足够大空间内存在磁感应强度大小B＝1T的水平匀强磁场，带正电的物块A静置于水平面上，电荷量q＝0.2C。t＝0时，水平力F作用在物块A上，物块A由静止开始运动，其对水平面的压力随时间的变化图像如图乙，重力加速度，则（ ）
A．物块A的质量m＝3kgB．水平力F不断增大
C．水平力F的大小为70ND．物块A做匀加速直线运动
7．如图所示，左右两部分间距之比为1：2的光滑水平导轨分别放在大小相等、方向相反且与导轨平面垂直的匀强磁场中。两根质量均为，电阻之比的金属棒垂直静置在水平轨道上。现用水平拉力F=250N作用在CD棒上，使其向右移动0.5m时撤去拉力，此时，在此过程中CD棒产生的热量为30J。设导轨足够长且两棒始终在不同的磁场中运动，导轨电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A．撤去外力时导体棒AB的速度为8m/s
B．撤去外力F后，棒AB、CD的加速度始终相等
C．运动的全过程中回路产生的焦耳热为73.8J
D．从撤去外力到两棒达到稳定状态，棒AB、CD运动的位移之比为1：2
8．如图甲，某实验小组用电压传感器研究电感线圈特性，图甲中三个灯泡相同，灯泡电阻不变。闭合开关S，当电路达到稳定状态后再断开开关，与传感器相连的电脑记录的电感线圈L两端电压u随时间t变化的u-t图像如图乙所示。不计电源内阻及电感线圈L的直流电阻，下列说法正确的是（ ）
A．图乙中电压U1与U2的比值为3：4
B．开关S闭合瞬间，L2、L3同时点亮
C．开关S断开瞬间，灯L2闪亮一下再逐渐熄灭
D．从开关S闭合瞬间至断开前，流经灯L1的电流保持不变
二、多选题（每小题5分,共10分）
9．如图所示，竖直方向两光滑平行金属导轨间距为L，处于垂直纸面的匀强磁场中，磁感应强度为B，杆的质量为m，定值电阻为R，其余电阻不计，电容器电容为C（未充电），金属杆与导轨接触良好，开关K与触点Ⅰ或Ⅱ接通，现让金属杆沿导轨无初速度下滑，在金属杆下滑距离为h的过程中，对该过程下列说法正确的是（ ）
A．若开关K与触点Ⅰ接通，电阻R产生的焦耳热为mgh
B．若开关K与触点Ⅰ接通，通过电阻R的电荷量为
C．若开关K与触点Ⅱ接通，杆的重力对杆的冲量为
D．若开关K与触点Ⅱ接通，电容器所充的电能为
10．磁流体发电技术是目前世界上正在研究的新兴技术，太阳风含有大量高速运动的质子和电子，可用于发电，如图所示，太阳风进入两平行极板之间的区域，速度为v，两金属板的板长（沿初速度方向）为L，板间距离为d，金属板的正对面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于太阳风初速度方向，并与极板平行，负载电阻为R，太阳风充满两板间的空间，当发电机稳定发电时，电流表的示数为I，则（ ）
A．发电机稳定发电时，带电粒子受到洛伦兹力和电场力作用
B．发电机稳定发电时，正电荷受洛伦兹力向下，负电荷受洛伦兹力向上
C．发电机稳定发电时，下极板带负电，上极板带正电
D．发电机稳定发电时，板间气体的电阻率为
三、实验题（共16分）
11．（本题8分）某实验小组用图示电路测量匀强磁场的磁感应强度。实验器材如下：边长为L、匝数为N的正方形线圈（a、b为引出端）一个，天平一台，各种质量砝码若干，直流电源一个，灵敏电流计一个，定值电阻一个，开关、导线等若干。实验步骤如下：
（1）将线圈悬挂在天平右臂，添加合适质量的砝码，使天平平衡，将a与c连接、b与d连接，闭合开关S，记录（填物理量名称及符号），添加合适质量的砝码，使天平再次平衡；
（2）断开开关S，将a与d连接、b与c连接，再次闭合开关S，这时需要在天平的（选填“左盘”“右盘”）中放入质量为的砝码，仍旧使天平平衡；
（3）已知重力加速度大小为g，则磁感应强度的大小为（用上述物理量表示）。
12．（本题8分）某校高二物理研究学习小组的小李同学用如图所示电路研究自感现象。
（1）小李同学用图中两个电路研究通电自感和断电自感现象，图中是一带铁芯的线圈，直流电阻忽略不计，、是额定电压为的灯泡，直流电源为一节新的干电池。实验过程中可能会观察到的现象：慢慢变亮，然后亮度不变立即变亮，然后亮度不变立即变亮，然后慢慢熄灭慢慢熄灭立即熄灭闪亮一下，然后熄灭。两电路电键闭合后，小灯泡将，小灯泡将；断开后，小灯泡将，小灯泡将。请你将小李同学观察到的实验现象对应的序号填在相应的横线上。
（2）假设右图中线圈L和灯泡B的电阻相同，开关原先闭合，电路处于稳定状态，在某一时刻突然断开开关S，则通过灯泡中的电流I1随时间变化的图线可能是图中的( )
四、解答题（共42分）
13．（本题12分）如图所示，在竖直平面内有一个半径为R，质量为M的金属圆环，圆环平面与纸面平行，圆环恰好有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁场的水平边界与圆环相交于P、Q点。用绝缘轻绳把放在斜面上的滑块通过定滑轮与圆环相连。当圆环中通有逆时针方向大小为I的电流时，滑块保持静止。已知斜面倾角为30°，斜面和滑轮均光滑，重力加速度为g。求：
（1）滑块的质量m；
（2）若圆环电流I大小不变，方向突然变为顺时针方向时，滑块的瞬时加速度为多大。
14．（本题14分）如图，半径的固定水平金属圆环内存在方向竖直向上，磁感应强度的匀强磁场，可绕圆心O转动的金属棒的A端与圆环接触良好。间距的两平行长直导轨和与水平面的夹角，导轨与金属环相连，与金属杆O端相连。导轨平面的矩形区域内存在垂直导轨平面向上、磁感应强度大小的匀强磁场。初始时，一质量、长的金属棒垂直导轨放置并锁定。当杆以角速度沿顺时针方向匀速转动时，解除的锁定，之后在时刻以速度进入磁场，同时用外力控制棒，使棒在磁场中做匀加速直线运动，后以的速度离开磁场，此过程中棒始终与导轨接触良好。已知重力加速度g取，，金属棒、的电阻均为，其余电阻均不计。求
（1）时刻棒受到的安培力大小；
（2）棒受到的外力与时间的关系式；
（3）在磁场运动的过程中，通过棒的电荷量。
15．（本题16分）如图所示，足够大的长方体分成Ⅰ、Ⅱ两区域，区域Ⅱ的上、下表面为正方形，dc边、cf边足够长，区域Ⅰ中存在水平向右的匀强电场，区域Ⅱ中存在竖直向上的匀强磁场，、、分别为平面、、的中心，三个中心的连线水平，连线上距离为L的O处有一粒子发射源，能沿平行ab边的方向向里发射两个比荷分别为、的正粒子，两粒子均从面的（未画出）点进入磁场，，且平行于cd，经过一段时间，比荷为的粒子刚好经过点，已知，比荷为的粒子初速度为，忽略粒子的重力，求：
（1）区域Ⅰ中电场强度的大小、比荷为的粒子的初速度；
（2）两粒子第二次经过平面的距离；
（3）若粒子进入区域Ⅱ中的磁场时，将区域Ⅰ中的电场撤去，且区域Ⅱ中的磁场方向改为由方向，要使比荷为的粒子不从长方体上表面飞出，则长方体的高应至少为多少。
参考答案：
1．C
2．B
3．D
4．C
5．C
6．D
7．C
8．A
9．BC
10．AB
11． 灵敏电流计的读数I 右盘
12． D
13．（1）；（2）
（1）设滑块质量为m，圆环处在磁场中部分所受安培力大小为
对圆环由平衡条件可得
对滑块由平衡条件可得
联立可得，滑块的质量
（2）电流I反向后，安培力大小不变，方向相反，对圆环由牛顿第二定律可得
对滑块由牛顿第二定律可得
联立可得，滑块的瞬时加速度为
14．（1）；（2），沿轨道向下为正方向；（3）
（1）金属杆匀速转动，产生的感应电动势为，由法拉第电磁感应定律
进入磁场后，产生的感应电动势为
回路中电流
所受的安培力
时，将代入解得
（2）在磁场中做匀加速直线运动
的速度
取沿轨道向下为正方向，对，根据牛顿第二定律
解得
（3）导体棒所受安培力的冲量
又
由可知时
时
故外力的冲量
由动量定理
解得
15．（1）两粒子射入区域Ⅰ做类平抛运动，沿水平向右的方向做初速度为零的匀加速直线运动，沿垂直纸面向里的方向做匀速直线运动，则有
由牛顿第二定律得
整理得
对粒子，由
解得
由题意，粒子的初速度为，则粒子的初速度为
（2）由于两粒子的入射点和出射点均相同，设两粒子在电场中运动时位移与平面的夹角均为，粒子离开电场时与平面夹角为，则由
解得
即两粒子进入磁场时的速度方向与平面的夹角均为，作出两粒子在磁场中运动的轨迹，如图所示
对粒子，由几何关系得
对粒子，有
解得
则两粒子第二次经过平面的距离为
代入数据解得
（3）由（2）问可知
粒子将向上偏转做圆周运动，则至上表面距离至少为，故至少为，即至少为。