山东省济宁市第一中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题（原卷版+解析版）

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高二物理
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。
3.回答非选择题时，必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸，试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠，不破损。
一、单项选择题：共8小题，每小题4分，共32分。
1. 下列论述中正确的是（ ）
A. 楞次找到了判断感应电流方向的方法
B. 奥斯特发现了电磁感应现象
C 法拉第提出了电磁感应定律
D. 安培发现了电流的磁效应
【答案】A
【解析】
【详解】A．楞次找到了判断感应电流方向的方法，故A正确；
B．法拉第发现了电磁感应现象，故B错误；
C．纽曼-韦伯发现了电磁感应定律，故C错误；
D．奥斯特发现了电流磁效应，故D错误。
故选A。
2. 如图所示，把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近，磁铁的轴穿过线圈的平面，当线圈内通过如图所示方向电流时，线圈将怎样运动（ ）
A. 不动
B. 发生转动，同时靠近磁铁
C. 发生转动，同时离开磁铁
D. 不发生转动，只是靠近磁铁
【答案】D
【解析】
【详解】把条形磁铁等效为如图所示的环形电流
由图可见两电流相互平行方向相同，所以，两环形电流没有转动，只有相互吸引，即线圈将向磁铁平移。
故选D。
3. 如图，两个半径不同但共心的圆形导线环A、B位于同一平面内，A环的半径小于B环的半径，已知在t=0到t=t1的时间间隔内，当导线环A中的电流i发生某种变化，而导线环B中的感应电流总是沿顺时针方向，且导线环B总有扩张的趋势。设环A中电流i的正方向与图中箭头所示的方向相同，则i随时间t的变化的图线可能是（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】A．A环中顺时针方向的电流减小，导致环B中的指向纸内的磁通减小，根据楞次定律，可知B环中感生电流阻碍磁通量减小，产生顺时针方向感生电流，两环相吸，环B有收缩的趋势，故A不符合题意；
B．A环中逆时针方向的电流减小，导致B环中指向纸外的磁通量减小，根据楞次定律，可知环B中产生逆时针方向电流，两环相吸，环B有收缩的趋势，故B不符合题意；
C．环A中顺时针方向的电流增大，导致环B中指向纸内的磁通量增大，根据楞次定律，可知环B将产生逆时针方向的电流，两环相斥，环B有扩张的趋势，故C不符合题意；
D．环A中逆时针方向的电流增大，导致B环中指向纸外的磁通量增大，根据楞次定律，可知环B中产生顺时针方向电流，两环相斥，环B有扩张的趋势，故D符合题意。
故选D。
4. 如图所示，在x轴上方的空间存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，许多相同的离子，以相同的速率v，由O点沿纸面向各个方向（）射入磁场区域。不计离子所受重力，不计离子间的相互影响，图中曲线表示离子运动的区域边界，其中边界与y轴交点为M，边界与x轴交点为N，且，由此可判断（ ）
A. 这些离子是带负电的
B. 这些离子运动的轨道半径为
C. 这些离子的荷质比为
D. 当离子沿y轴正方向射入磁场时会经过ON的中点
【答案】B
【解析】
【详解】AD．离子在磁场中做匀速圆周运动，由几何关系可知，沿x轴正方向射入的离子将经过M点，沿y轴正方向射入的离子将经过N点；由左手定则可知，离子带正电，故AD错误；
B．沿x轴正方向和y轴正方向射入的离子将分别经过M、N点，已知，则由几何关系可知这些离子运动的轨道半径为
故B正确；
C．根据洛伦兹力提供向心力可得
联立解得
故C错误。
故选B。
5. 如图甲所示，水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器C和电阻R，导体棒MN放在导轨上且接触良好，整个装置放于垂直于导轨平面的磁场中，磁感应强度B随时间的变化情况如图乙所示（如图甲所示磁感应强度方向为正），导体棒MN始终保持静止， 则0~t2时间内（ ）

A. 电容器C所带的电荷量先减小后增加
B. 电容器C的a板先带正电后带负电
C. 导体棒所受安培力的大小始终没变
D. 导体棒所受安培力的方向先向右后向左
【答案】D
【解析】
【详解】AB．由乙图知，磁感应强度均匀变化，根据法拉第电磁感应定律可知，回路中产生恒定的电动势，电路中电流恒定，电阻R两端的电压恒定，则电容器的电压恒定，故电容器C的电荷量大小始终不变，根据楞次定律判断可知，通过R的电流方向一直向下，电容器a板电势较高，一直带正电，故AB错误；
C．根据安培力的计算公式
I、l不变，由于磁感应强度变化，则MN所受安培力的大小应先减小后增大，故C错误；
D．由楞次定律和右手螺旋定则可知，MN中感应电流方向一直向上，由左手定则可知，MN所受安培力的方向先向右后向左，故D正确。
故选D。
6. 如图，回旋加速器两个D形金属盒分别与高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源A位于盒的圆心，两D形盒的半径为R，两盒间的狭缝很小。粒子源释放的粒子电荷量为q，质量为m，下列说法正确的是（ ）
A. 所接交流电源的频率
B. 粒子加速后获得的最大动能
C. 若两盒间加速电压为U，则粒子从释放到离开出所需时间为
D. 若增大两盒间的加速电压，则粒子离开出口时的动能也增大
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据回旋加速器的原理可知，所接交流电源的频率与粒子在磁场中做圆周运动的频率相等，则所接交流电源的频率为
故A错误；
BD．根据洛伦兹力提供向心力，有
得粒子加速后获得的最大速度大小为
粒子加速后获得最大动能等于
可知，粒子离开出口时的动能与盒间的加速电压大小无关，若增大两盒间的加速电压，则粒子离开出口时的动能不变，故BD错误；
C．若两盒间加速电压为U，则有
则粒子从释放到离开出所需时间为
故C正确。
故选C。
7. 如图所示，虚线边界MN右侧充满垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，纸面内有一个边长为L，粗细均匀的正方形导线框abcd，cd边与MN平行，导线框在外力的作用下，先后以v和2v的速度垂直MN两次匀速进入磁场，运动过程中导线框平面始终与磁场垂直，则（ ）
A. 两次进入磁场的过程中，导线框中的电流均为逆时针方向
B. 导线框以速度v进入磁场时，c、d两点的电压为BLv
C. 导线框先后两次进入磁场的过程中，产生的热量之比为1：2
D. 导线框先后两次进入磁场的过程中，外力做功的功率之比为1：2
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据右手定则可知，线框两次进入磁场的过程中，导线框中的电流均为顺时针方向，故A错误；
B．导线框以速度v进入磁场时电动势为
c、d两点的电压为路端电压
故B错误；
C．导线框进入磁场的过程中焦耳热
可知焦耳热与速度成正比，因此导线框先后两次进入磁场的过程中，产生的热量之比为1：2，故C正确；
D．线框匀速进入磁场，所以安培力等于外力F，因此外力做功的功率
可知外力功率与速度平方成正比，因此导线框先后两次进入磁场的过程中，外力做功的功率之比为1：4，故D错误。
故选C。
8. 如图所示，矩形ABCD中、。其内部有一圆形匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一个质量为m、电荷量为q（q>0）的带电粒子，从CD的中点以速度v垂直于CD射入正方形区域，经圆形磁场偏转后沿着AC方向从C点飞出矩形区域，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ）

A. 粒子在磁场里运动的时间为
B. 粒子在磁场里运动的时间为
C. 圆形磁场区域的最小面积为
D. 圆形磁场区域的最小面积为
【答案】C
【解析】
【详解】AB．依题意，该粒子的运动轨迹如图所示

由几何关系可知
解得
可知粒子在磁场中轨迹所对的圆心角为，所以粒子在磁场里运动的时间为
又
联立，解得
故AB错误；
CD．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，可得
当ab为匀强磁场的直径时，圆形磁场面积最小，设其半径为R，由几何关系可得
可得最小面积为
联立，解得
故C正确；D错误。
故选C。
二、多项选择题：共4小题，每小题4分，共16分。
9. 如图所示，电路中的自感线圈L的自感系数很大但是阻值很小（小于灯泡电阻），D为小灯泡，E为电源（内阻不计）。先闭合开关K，过一段时间后，再断开开关K。则下列说法正确的是（ ）
A. 闭合K，灯D立即变亮，然后渐渐变暗，直至不亮
B. 闭合K，灯D立即变亮，然后渐渐变暗，稳定后一直保持亮度不变
C. 断开K，灯D立即熄灭
D. 断开K，灯D要闪亮一下再熄灭
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．开关闭合时，由于线圈L的自感作用阻碍电流的增大，所以大部分电流从灯D中流过，所以灯D立即变亮，又由于L的电阻较小，所以灯D与L并联部分所分的电压变小，小灯泡D中电流逐渐减小，电路中总电流变大，所以流过L的电流增大，直至稳定，且最终大于灯泡的电流，但稳定后电流不变，亮度不变，故B正确，A错误；
CD．稳定后K断开瞬间，由于线圈的电流较大，L与灯D组成回路，灯D要闪亮一下再熄灭，故C错误，D正确。
故选BD。
10. 如图所示，边长为3L的等边三角形ABC内、外分布着两方向相反的匀强磁场，三角形内磁场方向垂直纸面向外，两磁场的磁感应强度大小均为B。顶点A处有一粒子源，粒子源能沿的角平分线发射不同速率的粒子，粒子质量均为m、电荷量均为+q不计粒子重力及粒子间的相互作用力，则发射速度v0为哪些值时粒子能通过B点（ ）
A. B. C. D.
【答案】AC
【解析】
【详解】粒子可能的轨迹如图所示
由几何关系得
（n=1,2,3）
由牛顿第二定律得
解得
（n=1,2,3）
n=1时
n=3时
粒子可以通过B点，故AC符合题意，BD不符合题意
故选AC。
11. 2023年7月5日，中核集团正式签约承建全球首个全高温超导核聚变实验装置，彰显了我国在此领域技术水平居国际前列。在可控核聚变中用磁场来约束带电粒子的运动，叫磁约束。如图所示为核聚变中磁约束装置的简化图，圆环状匀强磁场区域的内半径为R1，外半径为R2，磁感应强度大小为B，方向垂直于环面，中空区域内带电粒子的质量为m，电荷量为q，具有各个方向的速度。下列说法正确的是（ ）
A. 要使所有带电粒子约束在半径为R2的区域内，则带电粒子的最大速度为
B. 从内环边缘相切射出的所有带电粒子都约束在磁场区域内运动的最大速度为
C. 要使粒子以速度v由圆心沿半径方向运动的带电粒子不离开半径为R2的区域，
D. 要使粒子以速度v由圆心沿半径方向运动的带电粒子不离开半径为R2的区域，
【答案】AD
【解析】
【详解】AB．带电粒子的速度越大，在磁场中圆周运动的半径就越大，要使带电粒子约束在半径为的区域内，如下图
可得带电粒子圆周运动的最大半径为
根据
可得带电粒子的最大速度为
该速度同时也是从内环边缘相切射出的带电粒子仍在磁场区域运动的最大速度。A正确，B错误；
CD．要使以大小为v的速度由圆心沿半径方向运动的带电粒子不离开半径为R2的区域，临界状态如下图所示
设临界状态圆周运动半径，由几何关系可得
根据AB选项分析可知磁感应强度越大则半径越小，有
方程联立可得
要使粒子以速度v由圆心沿半径方向运动的带电粒子不离开半径为R2的区域
C错误，D正确。
故选AD。
12. 如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形。一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动（不发生转动）。从图示位置开始计时，4s末bc边刚好进入磁场。在此过程中，导体框内感应电流的大小为I， ab边所受安培力的大小为Fab，二者与时间t的关系图像，可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．因为4s末bc边刚好进入磁场，可知线框的速度每秒运动一个方格，故在0~1s内只有ae边切割磁场，设方格边长为L，根据
可知电流恒定；2s末时线框在第二象限长度最长，此时有
可知
2~4s线框有一部分进入第一象限，电流减小，在4s末同理可得
综上分析可知A错误，B正确；
CD．根据
可知在0~1s内ab边所受的安培力线性增加；1s末安培力为
在2s末可得安培力为
所以有；由图像可知C正确，D错误。
故选BC。
三、非选择题：共5题，共52分。解答时请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；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。
13. 如图所示，两平行光滑金属导轨间的距离为d，金属导轨所在的平面与水平面的夹角为θ，在导轨所在平面内分布着磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势为E0、内阻为r0的直流电源。现把一个长度为L、质量为m的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰能保持静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，金属导轨的电阻不计，重力加速度大小为g。求：
（1）求导体棒电阻R；
（2）若磁场方向变成竖直向上，导体棒仍能保持静止，求磁感应强度的大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）导体棒恰能保持静止，可知
其中
解得
（2）若磁场方向变成竖直向上，导体棒仍能保持静止
其中
解得
14. 如图所示，N=50匝的矩形线圈边长abcd，ab边长d1=20cm，ad边长d2=20cm放在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的轴以n=6000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里，求：
（1）感应电动势的瞬时值表达式；
（2）从图示位置转过的过程中流过电阻R的电荷量。
【答案】（1）；（2）0.1C
【解析】
【详解】（1）因
感应电动势最大值
感应电动势的瞬时值表达式
（2）从图示位置转过的过程中流过电阻R的电荷量
15. 如图所示，在，的区域中，存在沿y轴正方向、场强大小为E0的匀强电场，电场的周围分布着垂直纸面向外的恒定匀强磁场。一个质量为M，电量为q的带正电粒子从OP中点A进入电场（不计粒子重力）。
（1）若粒子初速度为零，粒子从上边界垂直QN第二次离开电场后，垂直NP再次进入电场，求磁场的磁感应强度B的大小；
（2）若改变电场强度大小，粒子以一定的初速度从A点沿y轴正方向第一次进入电场、离开电场后从P点第二次进入电场，在电场的作用下从Q点离开。求改变后电场强度的大小和粒子的初速度。
【答案】（1）；（2）36E0，
【解析】
【详解】（1）根据题意作出粒子运动轨迹如图
根据几何关系可知
粒子在电场中加速，根据动能定理有
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
（2）离开电场后从P点第二次进入电场，轨迹如图
设半径为，根据几何关系可知
解得
则粒子从P点进入电场的方向与x水平方向的夹角满足
根据洛伦兹力提供向心力有
根据运动的分解可知
解得
根据动能定理有
解得
16. 如图所示，水平面内固定有两根平行的光滑长直金属轨道，间距为L，电阻不计。虚线左侧区域有竖直向下的磁感应强度为B1=B的匀强磁场，虚线右侧有竖直向上的磁感应强度为B2=2B的匀强磁场。t=0时刻金属杆a以v1=v0的初速度向左滑动，金属杆b以v2=2v0的初速度向右滑动。金属杆ab始终与导轨垂直且接触良好，金属杆a始终在左侧轨道磁场区域运动，金属杆b始终在右侧轨道磁场区域运动。金属杆a的质量为m，电阻为2r，金属杆b的质量为2m，电阻为r。求：
（1）t=0时刻金属杆b瞬间的加速度大小；
（2）金属杆a最多能产生多少焦耳热；
（3）当金属杆b的速度为时，金属杆a的速度大小为多少。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）t=0时刻，两金属杆切割磁感线产生感应电动势，两杆的电流方向均向下，则有
t=0时刻对金属杆b根据牛顿第二定律有
解得
（2）根据左手定则可知两金属杆均受向左的安培力，当两杆产生的感应电流相等时两杆的速度分别为，，则有
分别对两金属杆运用动量定理有
解得
，
对两金属杆根据功能关系有
金属杆a的焦耳热为
解得
（3）当金属杆b的速度为时，分别对两金属杆运用动量定理有
解得
17. 某离子实验装置的基本原理如图甲所示。Ⅰ区宽度为d，左边界与x轴垂直交于坐标原点O，其内充满垂直于平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为；Ⅱ区宽度为L，左边界与x轴垂直交于点，右边界与x轴垂直交于点，其内充满沿y轴负方向的匀强电场。测试板垂直x轴置于Ⅱ区右边界，其中心C与点重合。从离子源不断飘出电荷量为q、质量为m的正离子，加速后沿x轴正方向过O点，依次经Ⅰ区、Ⅱ区，恰好到达测试板中心C。已知离子刚进入Ⅱ区时速度方向与x轴正方向的夹角为。忽略离子间的相互作用，不计重力。
（1）求离子在Ⅰ区中运动时速度的大小v；
（2）求Ⅱ区内电场强度的大小E；
（3）保持上述条件不变，将Ⅱ区分为左右两部分，分别填充磁感应强度大小均为B（数值未知）方向相反且平行y轴的匀强磁场，如图乙所示。为使离子的运动轨迹与测试板相切于C点，需沿x轴移动测试板，求移动后C到的距离S。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【分析】
【详解】（1）设离子在Ⅰ区内做匀速圆周运动的半径为r，由牛顿第二定律得
①
根据几何关系得
②
联立①②式得
（2）离子在Ⅱ区内只受电场力，x方向做匀速直线运动，y方向做匀变速直线运动，设从进入电场到击中测试板中心C的时间为t，y方向的位移为，加速度大小为a，由牛顿第二定律得
由运动的合成与分解得
，，
联立得
（3）Ⅱ区内填充磁场后，离子在垂直y轴的方向做线速度大小为vcsθ的匀速圆周运动，如图所示。设左侧部分的圆心角为，圆周运动半径为，运动轨迹长度为，由几何关系得
，
由于在y轴方向的运动不变，离子的运动轨迹与测试板相切于C点，则离子在Ⅱ区内的运动时间不变，故有
C到的距离
联立得