2019-2020学年天津市宁河区芦台第四中学高二下学期第1次月考物理试题含解析

芦台四中2019—2020学年第二第学期第1次月考高二物理试卷

一、单项选择题（每小题3分，共30分）

1. 如图所示为一交流电压随时间变化的图像。每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定。根据图中数据可得，此交流电压的有效值为（　　）

A. 7.5 V B. 8V C.  D.

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】取一个周期进行分段，在0-1s 是正弦式电流，则电压的有效值等于；在1s-3s是恒定电流，则有效值等于9V，则在0-3s内，产生的热量为

解得

故C正确ABD错误。

故选C。

2. 如图所示，在水平面内固定着U形光滑金属导轨，轨道间距为50cm，金属导体棒ab质量为0.1kg，电阻为0.2Ω，横放在导轨上，电阻R的阻值是0.8Ω(导轨其余部分电阻不计)；现加上竖直向下的磁感应强度为0.2T的匀强磁场；用水平向右的恒力F＝0.1N拉动ab，使其从静止开始运动，则(　　)

A. 导体棒ab开始运动后，电阻R中的电流方向是从P流向M

B. 导体棒ab运动的最大速度为10m/s

C. 导体棒ab开始运动后，a、b两点的电势差逐渐增加到1V后保持不变

D. 导体棒ab开始运动后任一时刻，F的功率总等于导体棒ab和电阻R的发热功率之和

【答案】B

【解析】

【详解】A．由右手定则可知，流过R的电流由M流向P，故A错误；

BC．感应电动势

E=BLv

安培力

导体棒匀速运动时速度最大，由平衡条件得

F=F安

代入数据解得最大速度为

v=10m/s

稳定后，感应电动势

E=BLv=0.2×0.5×10=1V

ab两点间的电势差

故C错误，B正确；

D．导体棒ab开始运动后任一时刻，加速运动过程，F的总功等于ab的动能与电路产生的总热量之和；当ab匀速运动时，导体棒ab开始运动后任一时刻，F的功率总等于导体棒ab和电阻R的发热功率之和，故D错误。

故选B。

3. 如图所示，A、B为两个闭合金属环挂在光滑的绝缘杆上，其中A环固定．现给A环中分别通以如下图所示的四种电流，其中能使B环在0~t1时间内始终具有向右加速度的是（  ）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】A．A环中若通恒定电流，则B环中不会形成感应电流，B环不会受到安培力的作用，没有加速度，A错误；

B．A环中若通均匀减小的电流，则B环形成与A环同向的感应电流，B环会受到向左得安培力，具有向左的加速度，B错误；

C．A环中若通均匀增大的电流，则B环形成与A环反向的感应电流，B环会受到向右的安培力，具有向右的加速度，C正确；

D．A环中若通D种电流，则B环所受安培力时而向左时而向右，D错误。

故选C。

4. 一环形线圈放在匀强磁场中，设第1 s内磁感线垂直线圈平面向里，如图甲所示．若磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，那么下列选项正确的是(　　)

A. 第1 s内线圈中感应电流的大小逐渐增加

B. 第2 s内线圈中感应电流的大小恒定

C. 第3 s内线圈中感应电流的方向为顺时针方向

D. 第4 s内线圈中感应电流的方向为顺时针方向

【答案】B

【解析】

【详解】根据B-t图中同一条直线磁通量的变化率是相同的，由法拉第电磁感应定律：，各段时间内的电流为定值，且大小相等．由题意可知，第1s内磁感线垂直 线圈平面向里，则有在第1s内，由楞次定律知，感应电流的方向为逆时针方向； 感应电流是恒定的，故A错误；在第2s内，由楞次定律知，感应电流的方向为逆时针方向； 感应电流是恒定的，故B正确； 在第3s内，由楞次定律知，感应电流的方向为逆时针方向； 感应电流是恒定的，故C错误； 在第4s内，由楞次定律知，感应电流的方向为逆时针方向； 感应电流是恒定的，故D错误．

5. 如图甲所示是家用台灯亮度调节原理图，理想自耦变压器的a、b间接入如图乙所示正弦交流电压。交流电流表A为理想电表，灯泡额定电压为15V、额定功率30W（设灯泡的电阻值保持不变），当P在c处时灯泡正常发光。下列描述正确的有（　　）

A. 灯泡正常发光时变压器线圈的总匝数与c点下方的匝数之比为44∶3

B. 当灯泡正常发光时电流表的读数为2A

C. 将调压端的滑动触头P向下移动时，变压器的输入功率变大

D. 将调压端的滑动触头P向下移动时，变压器的输入电压变小

【答案】A

【解析】

【详解】A．由图乙可知，变压器的输入电压的有效值为

灯泡正常发光，变压器的输出电压为

故变压器的原副线圈匝数比为

A正确；

B．灯泡正常发光时通过的电流为

故流过电流表的电流为

B错误；

CD．将调压端的滑动触头P向下移动时，副线圈匝数减少，输入电压不变，输出电压减小，灯泡的消耗功率减小，故变压器的输入功率减小，CD错误。

故选A。

6. 如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角（0＜＜90°),其中MN与PQ平行且间距为l，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计,其上端所接定值电阻为R.给金属棒ab一沿斜面向上的初速度v0，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为r，当ab棒沿导轨上滑距离x时，速度减小为零．则下列说法不正确的是

A. 在该过程中，导体棒所受合外力做功为

B. 该过程中，通过电阻R的电荷量为

C. 该过程中，电阻R产生的焦耳热为

D. 导体棒获得初速度时，整个电路消耗的电功率为

【答案】ABD

【解析】

【详解】根据动能定理可知：合外力做功为：，故A正确；在该过程中，通过电阻R的电荷量：，故B错误；设整个回路产生的总焦耳热为Q，根据能量守恒得：，电阻R产生的焦耳热为：，故C错误；在导体棒获得初速度时，电流，整个电路消耗的电功率：，故D正确．故ABD正确，C错误．

7. 如图甲所示，固定在水平桌面上的光滑金属导轨cd、eg处于方向垂直导轨向下的匀强磁场中，金属杆ab与导轨接触良好。在两根导轨的端点c、e之间连接一电阻，其他部分电阻忽略不计。现用一水平向右的外力F1作用在金属杆ab上，使金属杆ab向右沿导轨滑动，滑动过程中金属杆ab始终垂直于导轨。金属杆ab受到的安培力用F2表示，F1与F2随时间t变化的关系图像如图乙所示，下面关于金属杆ab运动过程中的v -t图像正确的是（ ）

A.

B.

C.

D.

【答案】D

【解析】

【详解】由乙图可知，两力变化快慢相等，所以可设

，

所以金属棒的合外力为

所以合外力是一个定值，又因为是从静止开始的，所以金属棒做初速度为零的匀加速直线运动，图像是一条过原点的直线，故ABC错误，D正确。

故选D。

8. 如图所示，固定在水平面上的光滑平行金属导轨，间距为L，右端接有阻值R的电阻，空间存在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场。一质量为m、电阻为r的导体棒ab与固定弹簧相连，放在导轨上。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，给导体棒水平向右的初速度v0，导体棒开始沿导轨往复运动，在此过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。已知R=3r，不计导轨电阻，则下列说法中正确的是（  ）

A. 导体棒开始运动的初始时刻受到的安培力向左

B. 导体棒开始运动的初始时刻导体棒两端的电压U＝BLv0

C. 导体棒开始运动后速度第一次为零时，弹簧的弹性势能

D. 导体棒最终会停在初始位置，在导体棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热为

【答案】AD

【解析】

【详解】A．导体棒开始运动的初始时刻，由右手定则判断可知：ab中产生的感应电流方向从a→b，由左手定则判断得知ab棒受到的安培力向左，A正确；

B．导体棒开始运动的初始时刻，ab棒产生的感应电势为

由于，所以导体棒两端的电压

B错误；

C．导体棒开始运动后速度第一次为零时，根据能量守恒定律得知：系统的弹性势能小于，C错误；

D．根据平衡可知，金属棒最终会停在初始位置，在金属棒整个运动过程中，动能全部转化为焦耳热，电阻R上产生的焦耳热为

D正确；

故选AD。

9. 如右图所示，一半圆形铝框处在水平向外的非匀强磁场中，场中各点的磁感应强度为，y为该点到地面的距离，c为常数，B0为一定值．铝框平面与磁场垂直，直径ab水平，（空气阻力不计）铝框由静止释放下落的过程中(　　)

A. 铝框回路磁通量不变，感应电动势为0

B. 回路中感应电流沿顺时针方向，直径ab两点间电势差为0

C. 铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度g

D. 直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，铝框下落加速度大小可能等于g

【答案】C

【解析】

【详解】A．由题意知，y越小，越大，下落过程中，磁通量逐渐增加，故A错误；

B．由楞次定律判断，铝框中电流沿顺时针方向，但

故B错误；

CD．直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，但直径ab处在磁场较强的位置，所受安培力较大，半圆弧ab的等效水平长度与直径相等，但处在磁场较弱的位置，所受安培力较小，这样整个铝框受安培力的合力向上，故C正确，D错误。

故选C。

10. 如图，螺线管内有平行于轴线的匀强磁场，规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向，螺线管与U型导线框cdef相连，导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导线框cdef在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度随时间按图示规律变化时（　　）

A. 在时间内，金属圆环L有扩张趋势

B. 在时刻，导线框cdef内的感应电流最小

C. 在时刻，导线框cdef内的感应电流最大

D. 在时间内，金属圆环L内有顺时针方向的感应电流

【答案】D

【解析】

【详解】AD．在时间内，磁场方向向上，磁通量减小，根据楞次定律可知，导线框感应电流方向为cdef，根据安培定则，可知金属圆环处的磁场方向垂直纸面向外，由于磁场变化率增大，则导线框的电流增大，金属圆环处的磁场变大，根据楞次定律，金属圆环的感应电流沿顺时针方向。根据“增缩减扩”，可知，金属圆环有收缩趋势， A错误，D正确；

B．在时刻，磁场的变化率最大，则磁通量的变化率最大，感应电流最大，B错误；

C．在时刻，磁场的变化率为零，则磁通量的变化率为零，感应电流为零，C错误。

故选D。

二、多项选择题（每小题至少有两个选项正确，每小题4分，共16分，选对而不全得2分）

11. 如图所示，一根阻值为R的金属导体棒从图示位置ab分别以的速度沿光滑导轨（电阻不计）匀速滑到位置，若，则在这两次过程中说法正确的是（　　）

A. 回路电流 B. 产生的热量

C. 通过任一截面的电荷量 D. 外力的功率

【答案】AC

【解析】

【详解】A．回路中感应电流为

I∝v

则得

I1：I2=v1：v2=1：2

故A正确；

B．产生的热量为

Q=I2Rt=

Q∝v

则得

Q1：Q2=v1：v2=1：2

故B错误；

C．通过任一截面的电荷量为

q＝It＝

q与v无关，则得

q1：q2=1：1

故C正确；

D．由于棒匀速运动，外力的功率等于回路中的热功率，即得

P=I2R═（）2R

P∝v2

则得

P1：P2=1：4

故D错误。

故选AC

12. 如图所示，一个“”型导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B的匀强磁场中，ab是与导轨材料、粗细相同的导体棒，导体棒与导轨接触良好．在拉力作用下，导体棒以恒定速度向右运动，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则回路中感应电动势E、感应电流I、导体棒所受拉力的功率P和回路中产生的焦耳热Q随时间变化的图像中正确的是（    ）

A.  B.  C.  D.

【答案】AC

【解析】

【详解】设“∠”型导轨的顶角为θ，电阻率为ρ．感应电动势E=BLv=Bvttanθ•v=Bv2tanθ•t，E∝t，故A正确．感应电流 ， 得 ，式中各量恒定，则感应电流不变．故B错误．由上可知，R∝t，I恒定，则受外力的功率P=I2R∝t，故C正确．因R∝t，回路中产生的焦耳热Q=I2Rt∝t2，Q-t图象是曲线．故D错误．
故选AC.

点睛：本题是电磁感应、欧姆定律、电阻定律等知识的综合运用．容易形成错误的选择是电流图象，未考虑电动势和电阻都与时间成正比，而电流不变．

13. 图甲为某村水力发电厂输电示意图，升压变压器原副线圈匝数比为1：40，远距离输电线的总电阻为8Ω。若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为960kW，在用户端的交流电压表显示电压为220V。下列说法中正确的有（　　）

A. 用户端交流电的频率为50Hz

B. 降压变压器原副线圈匝数比为480：11

C. 远距离输电线中的电流为100A

D. 远距离输电线路损耗功率为80kW

【答案】ACD

【解析】

【详解】A．由图乙知交流电的周期，所以频率为，故A正确；

B．由图乙知升压变压器输入端电压有效值为，根据电压与匝数成正比知副线圈电压为，所以输电线中的电流为

输电线损失的电压为

降压变压器输入端电压为

故

故B错误，C正确；

D．输电线路损耗功率为

故D正确。

故选ACD。

14. 如图所示，在光滑水平面上方，有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场，如图所示，PQ为两个磁场的边界，磁场范围足够大。一个边长为a，质量为m，电阻为R的正方形金属线框垂直磁场方向，以速度v从图示位置向右运动，当线框中心线AB运动到PQ重合时，线框的速度为，则（　　）

A. 此时线框中的电功率为 B. 此时线框的加速度为

C. 此过程通过线框截面的电量为 D. 此过程回路产生的电能为

【答案】BC

【解析】

【详解】A．当线框中心线AB运动到与PQ重合时，回路中产生感应电动势为

感应电流为

此时线框中的电功率为

故A错误；

B．左右两边所受安培力大小均为

根据左手定则可知，左右两边所爱的安培力方向均向左，则合力为2F，根据牛顿第二定律有

解得

故B正确；

C．根据

根据法拉第电磁感应定律有

根据闭合电路的欧姆定律有

联立解得

此过程线框磁通量的变化量为

所以解得电量为

故C正确；

D．根据能量守恒定律，可得此过程回路产生的电能为

故D错误。

故选BC。

三、填空题（每空2分，共22分）

15. 在匀强磁场中，有一个接有电容器的导线回路，如图所示。已知电容C = 30μF，回路的长和宽分别为l1 = 8cm，l2 = 5cm，磁感应强度以变化率5 × 10 - 2T/s增大，则电容器上极板带___电，电量Q = ______C。

【答案】    ①. 正    ②. 6 × 10 - 9

【解析】

【详解】[1]由图示可知，磁场垂直与纸面向里，磁感应强度增大，穿过回路的磁通量增加，由楞次定律可知，电容器上极板电势高，下极板电势低，则电容器上极板带正电。

[2]感应电动势

电容器所带电荷量

【点睛】本题考查了判断哪个极板带正电、求电容器的带电量，应用楞次定律、法拉第电磁感应定律、电容定义式即可正确解题。

16. 如图所示，螺线管的匝数为10匝，在0.1s内穿过螺线管的磁通量由0.02Wb均匀变为0.06Wb，则磁通量的变化量为________Wb，则螺线管两端产生的感应电动势为________V。

【答案】    ①. 0.04    ②. 4

【解析】

【详解】[1][2]磁通量的变化量为

根据法拉第电磁感应定律得

17. 一个100匝的闭合圆形线圈，总电阻为15.0Ω，面积为50cm2，放在匀强磁场中，线圈平面根据磁感线方向垂直，匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图（b）所示。设t=0时，B的方向如图（a）所示，垂直于纸面向里。则线圈在0～4×10-3s内的平均感应电动势的大小是___________；在2s内线圈中产生的热量是___________。

【答案】    ①. 75V    ②. 750J

【解析】

【详解】[1]根据B-t图中同一条直线磁通量的变化率是相同的，所以电动势为定值，即为

[2]根据在2s内，图像的斜率大小不变，则电流大小始终为

由焦耳定律，在2s内线圈中产生的热量是

18. 钳形电流表的外形和结构如图甲所示．图甲中电流表的读数为1.2 A．图乙中用同一电缆线绕了3匝，则这种电流表能测________(选填“交流”或“直流”)电流，图乙的读数为________A。

图甲　　　　　图乙

【答案】    ①. 交流；    ②. 3.6；

【解析】

【详解】[1]钳形电流表是根据变压器变流原理设计，这种电流表能测交流电流，不能测直流电流;

[2]图甲电缆线绕1 匝，电流表的读数为I2＝1.2 A，则

用同一电缆线绕了3 匝，流过电缆线的电流I1不变，则

解得

19. 如图所示，虚线框内是匀强磁场，磁感应强度为B，倒日字形线框三条直边的电阻均为，长均为L，两横边电阻不计，线圈平面与磁感线垂直，以速度沿图示方向平动，第一条边进入磁场时，、两端电势差为_______________。

【答案】

【解析】

【详解】第一条边切割磁感线产生感应电动势为

、两端电势差等于路端电压，大小为

考点：导体切割磁感线时的感应电动势、闭合电路的欧姆定律。

20. 如图所示，线圈匝数匝，直径，电阻，线圈与阻值的电阻相连。在线圈的中心有一个直径的有界圆形匀强磁场，磁感应强度按右图所示规律变化，则通过电阻R的电流方向___________（由A流向B或由B流向A）和电压表的示数___________V。（结果中π予以保留）

【答案】    ①. 由B流向A    ②. 1.5π

【解析】

【详解】[1]由题可知，穿过线圈的磁通量向下增加，根据楞次定律可知，通过电阻R的电流方向由B流向A；

[2]感应电动势

电压表的示数

四、计算题（共32分，要求写出必要的文字说明和重要的表达式，需要画图的，画出相应的示意图和受力分析图）

21. 如图所示，、，匝数为100匝的矩形线圈。线圈电阻、外电路电阻，磁感应强度。线圈绕垂直于磁感线的轴以角速度50rad/s匀速转动。求：

（1）从此位置开始计时，它的感应电动势的瞬时值表达式；

（2）1min内R上消耗的电能；

（3）外力对线圈做功的功率；

（4）线圈由如图位置转过30°的过程中，通过R的电量为多少。

【答案】（1）；（2）27000J；（3）500W；（4）0.1C

【解析】

【详解】（1）感应电动势的最大值为

所以感应电动势的瞬时值表达式为

（V）

（2）电动势有效值

电流

1min内R上消耗的电能为

（3）外力对线圈做功的功率等于产生的电功率

（4）线圈由如图位置转过30°的过程中

通过R的电量为

22. 实验小组想要探究电磁刹车效果，在遥控小车底面安装宽为L、长为2.5L的N匝矩形线框abcd，总电阻为R，面积可认为与小车底面相同，其平面与水平地面平行，小车总质量为m。如图所示是简化的俯视图，小车在磁场外以恒定的功率做直线运动，受到地面阻力恒为f，进入磁场前已达到最大速度v，车头（ab边）刚要进入磁场时立即撤去牵引力，车尾（cd边）刚出磁场时速度恰好为零。已知有界磁场宽度为2.5L，磁感应强度为B，方向竖直向下。求：

（1）进入磁场前小车所受牵引力的功率P；

（2）车头刚进入磁场时，感应电流的大小I；

（3）电磁刹车过程中产生的焦耳热Q

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】(1) 小车达最大速度v后，小车做匀速直线运动，牵引力大小等于摩擦力

F＝f

小车功率与牵引力的关系

P＝Fv

解得

P＝fv

(2) 车头刚进磁场时，回路感应电动势

E＝NBLv

根据闭合电路欧姆定律，感应电流

I＝

代入感应电动势，可得

I＝

(3) 根据能量守恒

mv2＝Q＋5fL

解得

Q＝mv2－5fL

23. 如图所示，光滑的定滑轮上绕有轻质柔软细线，线的一端系一质量为2m的重物，另一端系一质量为m、电阻为R的金属杆。在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PQ、EF，在QF之间连接有阻值也为R的电阻，其余电阻不计，磁感应强度为B0的匀强磁场与导轨平面垂直，开始时金属杆置于导轨下端QF处，将重物由静止释放，当重物下降h时恰好达到稳定速度而匀速下降。运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好，不计一切摩擦和接触电阻，重力加速度为g，求：

（1）重物匀速下降的速度v；

（2）重物从释放到下降h的过程中，电阻R中产生的焦耳热QR；

（3）将重物下降h时的时刻记作t=0，速度记为v0，若从t=0开始磁感应强度逐渐减小，且金属杆中始终不产生感应电流，试写出磁感应强度的大小B随时间t变化的关系。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【分析】

【详解】(1)重物匀速下降时，设细线对金属棒的拉力为T，金属棒所受安培力为F，对金属棒受力，由平衡条件

由安培力公式得

由闭合电路欧姆定律得

由法拉第电磁感应定律得

对重物，由平衡条件得

由上述式子解得

(2)设电路中产生的总焦耳热为Q，则由系统功能原理得

电阻R中产生的焦耳热为QR，由串联电路特点

所以

(3)金属杆中恰好不产生感应电流，即磁通量不变

所以

式中

由牛顿第二定律得：对系统

则磁感应强度与时间t的关系为