2022-2023学年湖南省长沙市雅礼中学高二下学期3月第一次月考物理试题 （解析版）

雅礼中学2023年上学期第一次月考试卷

高二物理

时量：75分钟  分值：100分

一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分，每小题只有一个正确选项）

1. 矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（　　）

A. 当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大

B. 当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零

C. 线框经过中性面时，磁通量的变化率最大

D. 每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次

【答案】D

【解析】

【详解】AC．当线框位于中性面时，磁通量变化率为零，线框中感应电动势为零，选项AC错误；

B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的磁通量的变化率最大，此时感应电动势最大，选项B错误；

D．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次，选项D正确。

故选D。

2. 某国产直升机在我国某地上空悬停，长度为L的导体螺旋桨叶片在水平面内顺时针匀速转动（俯视），转动角速度为。该处地磁场的水平分量为，竖直分量为。叶片的近轴端为a，远轴端为b。忽略转轴的尺寸，则叶片中感应电动势为（    ）

A. ，a端电势高于b端电势 B. ，a端电势低于b端电势

C. ，a端电势高于b端电势 D. ，a端电势低于b端电势

【答案】D

【解析】

【详解】由题意可知，叶片切割地磁场的竖直分量，叶片中感应电动势为

由题意知，每个叶片都切割磁感线，相当于电源，且电源内部电流从低电势流向高电势，则由右手定则可得，a端电势低于b端电势。

故选D。

3. 下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　）

A. 图甲是回旋加速器的示意图，当增大交流电压时，粒子获得的最大动能不变，所需时间变短

B. 图乙中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快

C. 图丙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属

D. 图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理

【答案】A

【解析】

【详解】A．设回旋加速器D形盒的最大半径为，当粒子从回旋加速器飞出时，有

得

可得粒子的最大动能

显然粒子获得的最大动能与加速电压无关，所以粒子获得的最大动能不变，当加速电压增大时，由于粒子在磁场中运动的周期不变，而粒子在加速器中运动的周数变少，则粒子达到最大动能所需时间将变短，故A正确；

B．根据电磁驱动原理，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，但比磁铁转得慢，故B错误；

C．当真空冶炼炉炉外线圈通入高频交流电时，铁块中将产生涡流，从而在铁块内产生大量热量，使金属熔化，从而冶炼金属，故C错误；

D．在运输时要把微安表的两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故D错误。

故选A。

4. LC振荡电路是包含一个电感（用字母L表示）和一个电容（用字母C表示）连接在一起的电路。该电路可以储存电磁振荡过程中的能量。某时刻振荡电路的瞬时状态如图所示，下列说法正确的是（　　）

A. 此时刻电容器C正在放电

B. 此时刻电感L中自感电动势减小

C. 要想用LC振荡电路有效地发射电磁波，要有足够高的振荡频率

D. 增大C两极板的距离，电磁振荡过程中，电场能和磁场能转化的周期变长

【答案】C

【解析】

【详解】A．如图，C下极板带负电，电流逆时针，表示正在给C充电，故A错误；

B．此时电路处于充电状态，电流减小的越来越快，即电流变化率越来越大，所以自感电动势增大，故B错误；

C．要有效发射电磁波，需要足够高的振荡频率，可以携带更多能量，故C正确；

D．由

d增大，C减小，根据LC振荡电路的周期公式

T变小，电场和磁场转化的时间变短，故D错误。

故选C。

5. 如图所示，在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环，圆环处于静止状态，圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，环与磁场边界交点A、B与圆心O连线的夹角为，此时悬线的拉力为F。若圆环通电，使悬线的拉力刚好为，则环中电流大小和方向是（　　）

A. 大小为，沿顺时针方向 B. 大小为，沿逆时针方向

C. 大小为，沿逆时针方向 D. 大小为，沿顺时针方向

【答案】D

【解析】

【详解】要使悬线拉力为零，则圆环通电后受到的安培力方向向上，根据左手定则可以判断，电流方向应沿顺时针方向，根据力的平衡，通电前有

通电后，根据力的平衡为

联立解得

故D正确，ABC错误。

故选D。

6. 随着经济发展，用电需求大幅增加，当电力供应紧张时，有关部门就会对部分用户进行拉闸限电。如图是远距离输电的原理图，假设发电厂输出电压恒定不变，输电线的电阻为R，两个变压器均为理想变压器。在某次拉闸限电后（假设所有用电器可视为纯电阻）电网中数据发生变化，下列说法正确的是（　　）

A. 降压变压器的输出电压减小了

B. 升压变压器的输出电流增加了

C. 输电线上损失的功率减小了

D. 发电厂输出的总功率增加了

【答案】C

【解析】

【详解】AB．拉闸限电后，用电器减少，意味着并联支路减少，用户端总电阻增加，减小，也随着减小，输电线上的电压损失减小，由于发电厂输出电压恒定，输送电压也恒定，根据

可知增加，也增加，故AB错误；

C．根据

可知输电线上损失的功率减小了，故C正确；

D．减小，也随着减小，发电厂输出电压恒定，所以发电厂输出总功率减小，故D错误。

故选C。

7. 在如图所示的电路中，三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1<R2<R3，电感L的直流电阻可忽略，D为理想二极管。开关S从闭合状态突然断开时，下列判断正确的是（　　）

A. L1逐渐变暗，L2、L3均先变亮，然后逐渐变暗

B. L1逐渐变暗，L2立即熄灭，L3先变亮，然后逐渐变暗

C. L2立即熄灭，L1、L3均逐渐变暗

D. L1、L2、L3均先变亮，然后逐渐变暗

【答案】B

【解析】

【详解】因为三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1<R2<R3，所以当开关S从闭合状态突然断开时，L中产生方向向右的自感电动势，L1逐渐变暗，L2立即熄灭（理想二极管单向导电），L3先变亮后逐渐变暗（L3中原电流小于L1中电流）。

故选B。

二、多项选择题（本题共4小题，每小题5分，共20分，每小题有多个选项符合要求，全部选对得5分，选对但不全得3分，有选错的得0分）

8. 下列甲、乙、丙、丁四幅图是法拉第电磁感应现象中产生感应电流的几种情况，根据已经学过的知识，请判断下列说法正确的是（　　）

A. 甲图中当磁场均匀增大，线圈中感应电动势均匀增大

B. 乙图中线圈放置于垂直于纸面向里的磁场中，导体棒向右运动过程中，导体棒电流方向为由到

C. 丙图在条形磁铁极向下插入螺旋管的过程中，电容器上极板带负电

D. 丁图在向右匀速运动中，金属圈中将产生逆时针方向电流

【答案】BC

【解析】

【详解】A．由法拉第电磁感应定律可知，甲图中当磁场均匀增大，线圈中感应电动势恒定不变，故A错误；

B．由右手定则可知，乙图中导体棒向右运动过程中，导体棒电流方向为由到，故B正确；

C．丙图中，由楞次定律可知，条形磁铁极向下插入螺旋管的过程中，螺线管中感应电流由上端导线流入，下端导线流出，对电容器充电，则电容器下极板带正电，上极板带负电，故C正确；

D．丁图在向右匀速运动中，线圈中产生恒定的电流，则金属圈中无感应电流产生，故D错误。

故选BC。

9. 如图，正方形导线框静置在光滑水平桌面上，其边恰好与匀强磁场的左边界重合，磁场方向垂直桌面向下，磁场左右边界的距离大于导线框的边长。时刻开始，在中点施加一水平向右的拉力，使导线框向右做匀加速直线运动，直到边离开磁场。规定沿的方向为感应电流的正方向，用表示感应电流，用表示、两点间的电势差，用、表示拉力的大小和拉力的功率，则下列相关的关系图像中可能正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】BD

【解析】

【详解】A．由法拉第电磁感应定律结合欧姆定律得电流大小与时间的关系为

ab边与cd边都在磁场中时，没有感应电流产生，由楞次定律可知，当ab边进入磁场时，电流方向为adcba即电流方向为负方向，离开磁场时，电流方向为abcda即电流方向为正方向，A错误；

B．当只有ab边进入磁场这段时间内，由右手定则知ab两点电势差正值，结合法拉第电磁感应定律可知大小随时间变化为

同理导线框全部进入磁场这段时间内，ab两点间的电势差为正值，大小随时间变化为

当ab边从磁场中出来到到整个导线框从磁场中出来这段时间内ab两点电势差为正值，大小随时间变化为

故这三段时间中，与时间关系图像经过原点的倾斜的直线，第二段时间斜率最大，第三段时间的初始电势差小于第二阶段的末状态电势差，可能小于第一阶段的末状态电势差，B正确；

C．由牛顿第二定律得

又

电流随时间变化规律为

解得

但在这段时间内，有

拉力与0时刻拉力相等，图中所示此段时间内拉力大于0时刻的拉力，C错误；

D．拉力的功率为

故P与t关系图像为抛物线，但在这段时间内，

P与t关系图像为经过原点的一条倾斜的直线，D正确。

故选BD。

10. 如图所示，在边长为的等边三角形内分布着垂直于纸面向外，磁感应强度大小为的匀强磁场，在三角形的中心有一个点状的粒子源，它可沿平行纸面的各个方向发射质量为，电荷量为，速率为的同种粒子。不考虑粒子重力及粒子间相互作用，下列说法正确的是（　　）

A. 有部分粒子能够击中三角形的顶点

B. 粒子在磁场中运动的最短时间为

C. 粒子在磁场中运动的最长时间为

D. 若磁感应强度大于，所有粒子均不能射出三角形区域

【答案】BD

【解析】

【详解】A．粒子圆周运动的半径

点到各个顶点的距离为，假设粒子能够击中顶点，粒子将运动半个周期，则粒子将从边界先射出，故无法击中顶点，选项A错误；

B．当粒子出射点与的连线垂直于出射电所在底边时，轨迹圆的弦最短，圆心角最小，运动时间最短，最短弦长为

则此时圆心角

故最短时间

选项B正确；

C．运动时间最长的粒子运动轨迹如图中自点经点运动至点的劣弧，则小于半周期，故选项C错误；

D．所有粒子均不能射出三角形区域，临界条件为轨迹圆和三角形的边相切，此时半径为，故磁感应强度应至少为原来的两倍，选项D正确。

故选BD。

11. 如图所示，竖直放置的“”形光滑导轨宽为L，短形边界内匀强磁场Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为d，磁感应强度为B，方向垂直于导轨平面向里，质量为m的水平金属杆由静止释放，进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，金属杆在导轨之间的电阻为r，与导轨接触良好，导轨上边框接有一阻值的电阻，其余电阻不计，重力加速度为g。则金属杆（　　）

A. 刚进入磁场Ⅰ时金网杆左端电势高于右端电势

B. 穿过磁场Ⅰ的时间一定大于在两磁场之间的运动时间

C. 金属棒穿过两磁场的过程中，电路中产生的热量为

D. 释放时距磁场Ⅰ上边界的高度h一定不小于

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．刚进入磁场Ⅰ时，根据右手定则，可知金属杆右端电势高于左端电势，故A错误；

B．金属杆在进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，说明金属杆在磁场中做减速运动。当金属杆在磁场Ⅰ中时，根据

可知金属杆做加速度减小减速运动，其进出磁场的图像如图所示

因为和图线与t轴包围的面积相等（都为d），所以

故B正确；

C．从进入I磁场到进入II磁场之前过程中，根据能量守恒，金属棒减小的机械能全部转化为焦耳热，所以

所以穿过两个磁场过程中产生的热量

故C正确；

D．当高度h为最小hmin时，金属杆出磁场I时速度达到最小值vmin，由

解得

根据前面分析可知金属杆进入磁场Ⅱ的速度v2满足

又进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等

金属杆从最高点到刚进入磁场I时

解得此时高度为

即

故D正确。

故选BCD。

三、实验题（本题共2小题，共15分）

12. 在“研究电磁感应现象”的实验中。

（1）为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈M连接，如图甲所示。当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。将磁体N极向下从线圈上方竖直插入M时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为沿________（选填“顺时针”或“逆时针”）由a端开始绕至b端。

（2）如图乙所示，如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关S后，将A线圈迅速从B线圈拔出时，电流计指针将________；A线圈插入B线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向右移动时，电流计指针将________。（以上两空选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”）

【答案】    ①. 顺时针    ②. 向左偏    ③. 向右偏

【解析】

【详解】（1）[1]当N极向下插入时，向下的磁通量增加，根据增反减同，感应磁场方向向上，根据右手定则，电流方向为逆时针，又因为电流计向左偏转，电流由a端流至b端，所以导线沿顺时针由a端开始绕至b端。

（2）[2][3]闭合开关，磁通量增大，灵敏电流计右偏，拔出时，磁通量减少，灵敏电流计应该向左偏；滑动变阻器滑片迅速右移时，电阻减小，电流增大，磁通量增大，灵敏电流计向右偏。

13. 做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。

（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的有______________。（填选项字母）

A. B. C. D.E.

（2）下列说法正确的是____________。

A.变压器工作时副线圈电压频率与原线圈不相同

B.实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法

C.为了人身安全，实验中只能使用低压直流电源，电压不要超过

D.绕制降压变压器原、副线圈时，副线圈导线应比原线圈导线粗一些好

（3）由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的____________值（选填“平均”、“有效”或“最大”）；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关如图乙所示，则此时电表读数为___________。

（4）若用匝数匝和匝的变压器做实验，对应的电压测量数据如下表所示。根据测量数据，则一定是________________线圈。（选“原”或“副”）

【答案】    ①. BDE##BED##DBE##DEB##EDB##EBD    ②. BD##DB    ③. 有效    ④.     ⑤. 副

【解析】

【详解】（1）[1]实验中需要交流电源、变压器和交流电压表，不需要干电池和直流电压表。

故选BDE

（2）[2]A．变压器工作时只是改变电压，不改变频率，副线圈电压频率与原线圈相同，故A错误；

B．实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法，故B正确；

C．变压器改变的是交流电压，因此为了人身安全，原线圈两端只能使用低压交流电源，所用交流电压不能超过，而用直流电压变压器不能工作，故C错误；

D．由变压器的工作原理有

可知，匝数少的电流大，则导线应该粗，绕制降压变压器原副线圈时，由于副线圈的匝数少，副线圈导线应比原线圈粗一些好，故D正确。

故选BD。

（3）[3][4]由于交流电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值，由图乙可知，所选择为交流电压挡，由图甲可知，分度值为，则此时电表读数为。

（4）[5]由于有漏磁、原副线圈内阻分压等因素，所以副线圈实际测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律有

由表中数据可知，总是小于，则一定是副线圈。

四、解答题（本题共3小题，共37分）

14. 如图所示，一小型发电机内有匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻。在外力作用下矩形线圈在匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路，交流电压表为理想电表。求：

（1）从线圈平面通过中性面时开始计时，写出时刻线圈中感应电动势的表达式；

（2）从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过角的过程中通过电阻横截面的电荷量；

（3）线圈转动过程中，交流电压表的示数以及电阻的发热功率。

【答案】（1）；（2）；（3），

【解析】

【详解】（1）线圈中产生的最大电动势为

从线圈平面通过中性面时开始计时，线圈中感应电动势的表达式为

（2）从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过角的过程中，通过电阻横截面的电荷量为

（3）线圈转动过程中，电动势有效值为

交流电压表的示数为

电阻的发热功率为

15. 两根光滑且足够长的固定平行金属导轨MN、PQ水平放置，导轨的间距为L，两根导体棒ab和cd垂直导轨放置且与导轨接触良好，如图所示。导体棒的质量均为m、电阻均为R，其余电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于导轨平面。开始时，ab棒静止，给cd棒一水平向右的初速度，设两导体棒在此后的运动过程中始终不接触，求：

（1）开始瞬间cd棒的加速度多大；

（2）两导体棒在运动中最终产生的焦耳热是多少？

（3）在两棒整个的运动过程中，导体棒ab和cd在水平导轨间扫过的面积之差？

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）开始瞬间cd棒切割磁感线，产生感应电动势为

产生感应电流为

cd棒受到的安培力为

由牛顿第二定律可知

解得

（2）两棒组成系统所受合力为0，则动量守恒，最后两棒达到共速，则

解得

由能量守恒定律，可知最后产生的焦耳热为

（3）对导体棒ab研究，由动量定理得

解得

16. 如图，在直角坐标系xOy平面内，有一离子源可在单位时间内沿x轴正方向发射出n0个（大量）速率均为v0的正离子，这些离子分布在离x轴距离为的范围内，且沿y轴方向均匀分布，已知每个离子的质量均为m，电荷量均为q。在离子源的右侧有一个圆心O＇在（0，R），半径为R的垂直纸面向外的圆形磁场Ⅰ，磁感应强度大小为B1（未知）；在y<0的无限大区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场Ⅱ，磁感应强度为B2（未知）；另有一块长为R的不计厚度的收集板PQ位于x轴上R~2R的区间。若离子群经过磁场I后均从O点进入磁场Ⅱ，离子打在收集板上即刻被吸收，不考虑离子从磁场Ⅱ出去的后续运动，不计离子的重力及离子间的相互作用，不计收集板对离子的作用力，求：

（1）B1的大小；

（2）若B2=B1，离子在两个磁场中运动的总时间的最大值与最小值；

（3）若，稳定后单位时间内收集板吸收的离子数n与B2之间的关系。

【答案】（1）；（2）；；（3）见解析

【解析】

【详解】（1）粒子在磁场中运动的半径为R，则

解得

（2）时，粒子在磁场中运动的时间最短

时，粒子在磁场中运动的时间最长

（3）当，可得

当时，可得

分类讨论：

（ⅰ）如图，当弦长最小的粒子恰能打到P点，则所有粒子均能打到收集板

，

（ⅱ）如图，当最最远粒子恰好打不到P点，则所有粒子都打不到收集板

，

（ⅲ）时，如图所示，沿与夹角为θ0进入磁场Ⅱ的粒子刚好打在P点

可得