2021-2022学年江苏省苏州市常熟中学高二（下）3月线上教学阳光调研物理试题 （解析版）

2021～2022学年度第二学期高二年级线上教学阳光调研高二物理试题

一、选择题

1. 在泗水县城某居民小区内，有一辆平板三轮车上水平装载着一个长方形铝合金窗框，三轮车沿平直道路自西向东行驶。若考虑到地磁场的存在，且在三轮车运动的区域内地磁场可视为匀强磁场，则铝合金窗框将发生电磁感应现象，下列判断中正确的是（　　）

A. 窗框内将产生感应电流，且俯视窗框时窗框中的感应电流沿顺时针方向

B. 窗框内将产生感应电流，且俯视窗框时窗框中的感应电流沿逆时针方向

C. 窗框内无感应电流，但窗框的北侧电势较低

D. 窗框内无感应电流，但窗框北侧电势较高

【答案】D

【解析】

分析】

【详解】AB．在泗水地磁场的竖直分量竖直向下，地磁场视为匀强磁场，则穿过穿过平放的长方形铝合金窗框的磁通量不变，铝合金窗框内没有感应电流产生，故AB错误；

CD．铝合金窗框自西向东运动，由右手定则可知，窗框的北侧电势较高，南侧电势较低，故 D正确，C错误。

故选D。

2. 武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如下图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是（　　）

A. 带负电粒子所受洛伦兹力方向向下

B. MN两点电压与液体流速无关

C. 污水流量计流量与管道直径无关

D. 只需要再测出MN两点电压就能够推算废液的流量

【答案】D

【解析】

【详解】A．根据左手定则判断，带负电粒子所受洛伦兹力方向向上。故A错误；

B．废液流速稳定后，粒子受力平衡，有

解得

易知MN两点电压与液体流速有关。故B错误；

CD．废液的流量为

联立，可得

易知流量与管道直径有关，只需要再测出MN两点电压就能够推算废液的流量。故D正确。

故选D。

3. 如图所示，三个速度大小不同的同种带电粒子（重力不计），沿同一方向从图中长方形区域的匀强磁场上边缘射入，当它们从下边缘飞出时相对入射方向的偏角分别为90°、60°、30°，则它们的速度之比为（　　）。

A. 1∶2∶3 B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】

长方形区域的匀强磁场的宽度为d，偏角分别为90°、60°、30°的r1、r2、r3，由几何关系得

解得

解得

根据牛顿第二定律，洛伦兹力提供向心力得

故它们的速度之比为轨迹半径之比，即，D正确，ABC错误。

故选D。

4. 如图所示为回旋加速器的示意图，两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处由静止开始加速。已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m、电荷量为q，两D形盒距离为d，下列说法正确的是（　　）

A.

B. 质子在回旋加速器中A点同侧相邻加速点等间距

C. 质子在电场中的运动时间为

D. 增大电压不会影响质子每次增加的动能

【答案】C

【解析】

【详解】A．高频交变电源的频率与质子在磁场中做匀速圆周运动的频率相同，由质子在磁场中做匀速圆周运动的周期

可得

故A错误；

B．由质子在磁场中运动时

可知运动半径

质子经过一次加速后速度会增大，半径增大，故质子在回旋加速器中A点同侧相邻加速点不等间距，故B错误；

C．质子在回旋加速器中运动的最大速度为

质子在电场中的运动，由

，

质子在电场中的运动时间为

故C正确；

D．质子每次增加的动能

所以增大电压质子每次增加的动能增大，故D错误。

故选C。

5. 一通电直导线与x轴平行放置，匀强磁场的方向与xOy坐标平面平行，导线受到的安培力为F.若将该导线做成 圆环，放置在xOy坐标平面内，如图所示，并保持通电的电流不变，两端点ab连线也与x轴平行，则圆环受到的安培力大小为（　　）

A. F B.  F C.  F D.  F

【答案】C

【解析】

【详解】设通电导线为L，平行放置时受到的安培力为F，制作成圆环时，圆环的半径为R，则

解得

故ab的长度

故此时圆环受到的安培力

ABD错误。

故选C。

6. 如图所示，一带铁芯线圈置于竖直悬挂的闭合铝框右侧，与线圈相连的导线abcd内有水平向里变化的磁场．下列哪种变化磁场可使铝框向左偏离    (   )

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】由楞次定律可知，要使铝框向左远离，则螺线管中应产生增大的磁场，即螺线管中电流应增大；而螺线管中的电流是由abcd区域内的磁场变化引起的，故abcd中的磁场变化率应增大，故A正确，BCD错误．

7. 如图，矩形闭合导体线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻．线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界线OO′平行，线框平面与磁场方向垂直．设OO′下方磁场区域足够大，不计空气阻力影响，则下列图像不可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律（ ）

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】线框先做自由落体运动，ab边进入磁场做减速运动，加速度应该是逐渐减小，而A图象中的加速度逐渐增大．故A错误．线框先做自由落体运动，ab边进入磁场后做减速运动，因为重力小于安培力，当加速度减小到零做匀速直线运动，cd边进入磁场做匀加速直线运动，加速度为g．故B正确．线框先做自由落体运动，ab边进入磁场后因为重力大于安培力，做加速度减小的加速运动，cd边离开磁场做匀加速直线运动，加速度为g，故C正确．线框先做自由落体运动，ab边进入磁场后因为重力等于安培力，做匀速直线运动，cd边离开

【点睛】解决本题的关键能够根据物体的受力判断物体的运动，即比较安培力与重力的大小关系，结合安培力公式、切割产生的感应电动势公式进行分析．

8. 如图，足够长的绝缘竖直杆处于正交的匀强电磁场中，电场方向水平向左、场强大小为E，磁场方向水平向里，磁感应强度大小为B。一质量为m，电荷量为-q（q>0）的小圆环套在杆上（环内径略大于杆的直径）无初速下滑。若重力加速度大小为g，圆环与杆之间的动摩擦因数为（qE<mg），圆环电荷量不变，则能反映圆环下滑过程中速度v随时间t变化关系的图象是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】速度较小时，对圆环受力分析有

随着速度增大，加速度逐渐增大，当

加速度为重力加速度，之后，洛伦兹力大于电场力，有

随着速度增大，加速度逐渐减小，速度增大，直到加速度为零时，速度最大，最终做匀速运动。

故选D。

9. 两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则

A. 释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g

B. 金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为a→b

C. 金属棒的速度为v时，所受的按培力大小为F=

D. 电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少

【答案】AC

【解析】

【详解】A、金属棒刚释放时，弹簧处于原长，弹力为零，又因此时速度为零，没有感应电流，金属棒不受安培力作用，金属棒只受到重力作用，其加速度应等于重力加速度，故A正确；

B、金属棒向下运动时，由右手定则可知，在金属棒上电流方向向右，流过电阻R电流方向为，故B错误；

C、金属棒速度为时，安培力大小为，，由以上两式得：，故C正确；

D、金属棒下落过程中，由能量守恒定律知，金属棒减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能（速度不为零时）以及电阻R上产生的热量，故D错误．

【点睛】释放瞬间金属棒只受重力，加速度为．金属棒向下运动时，根据右手定则判断感应电流的方向．由安培力公式、欧姆定律和感应电动势公式推导安培力的表达式．金属棒下落过程中，金属棒减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能、金属棒的动能（金属棒速度不是零时）和电阻R产生的内能；本题考查分析、判断和推导电磁感应现象中导体的加速度、安培力、能量转化等问题的能力，是一道基础题．

10. 如图1所示，足够长的光滑平行金属导轨倾斜放置，导轨上端接入阻值为R的电阻，其他部分电阻不计，导轨处在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m、有效电阻为r的金属棒MN从导轨上某一位置由静止释放，下滑过程中始终与导轨垂直且保持良好接触。从金属棒由静止释放开始计时，关于图2中甲、乙、丙、丁四个图像的说法正确的是（　　）

A. 甲图可以用来描述金属棒MN的速度大小变化

B. 乙图可以用来描述重力的功率变化

C. 两图可以用来描述金属棒MN的位移大小变化

D. 丁图可以用来描述金属棒MN的加速度大小变化

【答案】B

【解析】

【详解】AD．根据牛顿第二定律

随着金属棒速度的增大，加速度减小，最后金属棒做匀速运动，所以速度图像应该是曲线，加速度图像应该是下降的，不是上升的，AD错误；

B．重力的功率为

解得

因为加速度减小，所以图像的斜率减小，B正确；

C．金属棒后来做匀速运动时，位移图像末端是倾斜的直线，该图像末端不是直线，C错误。

故选B。

二、计算题

11. 如图甲所示，水平放置的线圈匝数n＝100匝，电阻r＝2 Ω，线圈与阻值R＝6 Ω的电阻相连。在线圈的中心有一个面积S=0.2m2的有界匀强磁场，磁感应强度按图乙所示规律变化，规定垂直纸面向里的磁感应强度方向为正方向。试求：

（1）通过电阻R的电流方向；

（2）前0.2s内线圈磁通量的变化量；

（3）电压表的示数。

【答案】（1）A到B（或逆时针）；（2）0.04Wb；（3）15V

【解析】

【详解】（1）磁感应强度方向向里且增大，根据楞次定律判断可知电流方向为；

（2）前0.2s内线圈磁通量的变化量

（3）根据法拉第电磁感应定律得

感应电流为

故电压表的示数为

12. 如图甲所示，不计电阻的平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L=1 m，上端接有电阻R=3Ω，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场。现将质量m=0.1 kg、电阻r=1 Ω的金属杆ab，从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落过程中始终与导轨保持良好接触，杆下落过程中的v－t图像如图乙所示。(取g=10 m/s2)求：

(1)磁感应强度B的大小；

(2)杆在磁场中下落0.1 s的过程中，电阻R产生的热量。

【答案】(1)2 T；(2)0.075 J

【解析】

【详解】(1)由图像可知，杆自由下落0.1 s进入磁场以v=1.0 m/s做匀速运动，产生的感应电动势

E=BLv

杆中的感应电流

杆所受的安培力

F安=BIL

由平衡条件得

mg=F安

代入数据得

B=2 T

(2)电阻R产生的热量

Q=I2Rt=0.075 J

13. 如图所示，在平面直角坐标系xOy中，AM与y轴正方向的夹角为60°，在第一象限内AM和x轴之间的区域有垂直于纸面向里的匀强磁场，在第二象限内有一荧光屏ON与y轴正方向的夹角为30°，ON和y轴之间的区域有垂直于ON向下的匀强电场，电场强度的大小为，一质量为m，电荷量为＋q（q>0）的粒子以速度v0从坐标原点沿x轴正方向射向磁场，经磁场偏转后垂直AM射出磁场，又从y轴上的P点（图中未标出）进入匀强电场，最后打到荧光屏ON上，已知P点的坐标为（0，L），不计粒子的重力，磁场边界AM和荧光屏足够长，求：

（1）匀强磁场磁感应强度的大小B；

（2）粒子从O点进入磁场到打到荧光屏ON经历的时间t。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【分析】

【详解】（1）粒子以速度v0从坐标原点O沿x轴正方向射向磁场，经磁场偏转后垂直于AM射出磁场，做出粒子在磁场中的轨迹如图所示

A点为粒子轨迹的圆心，AO和AQ为轨迹半径，设为r，根据几何关系

P点的坐标为（0，L），则粒子轨迹半径为

带电粒子在磁场中运动洛伦兹力提供向心力，有

解得匀强磁场磁感应强度的大小

（2）带电粒子在磁场中运动周期为

根据几何关系可得带电粒子在磁场中运动的圆心角为，则在磁场中运动的时间为

射出磁场后至进入电场之前做匀速直线运动，根据几何关系可得

运动时间

带电粒子垂直于电场方向进入，在电场中做类平抛运动，根据牛顿第二定律

根据几何关系可得带电粒子在沿电场方向的位移为，在沿电场方向有

电场强度大小为

以上各式联立解得

粒子从O点进入磁场到打到荧光屏ON经历的时间

14. 如图甲所示，两平行金属板间接有如图乙所示的随时间t变化的交流电压u，金属板间电场可看做均匀、且两板外无电场，板长L＝0.2m，板间距离d＝0.1m，在金属板右侧有一左边界为MN的区域足够大的匀强磁场，MN与两板中线OO′垂直，磁感应强度B＝5×10﹣3T，方向垂直纸面向里。现有带正电的粒子流沿两板中线OO′连续射入电场中，已知每个粒子的速度，比荷 ，重力忽略不计，在每个粒子通过电场区域的极短时间内，电场可视为恒定不变。求：

（1）垂直边界MN进入磁场的带电粒子在磁场中运动的轨道半径；

（2）为了使射入电场的带电粒子全部进入磁场，交变电压的最大值Um和粒子进入磁场的最大速度；

（3）所有进入磁场的带电粒子经磁场偏转后从边界MN上哪个范围离开磁场的。

【答案】（1）0.2m；（2）25V， m/s；（3）0.35m～0.45m

【解析】

【详解】（1）带电粒子垂直边界MN进入磁场时

解得

（2）带电粒子恰好从极板边缘射出电场时，偏转电压应为Um

解得

带电粒子刚好从极板边缘射出电场时速度最大，设最大速度为vm，由动能定理

解得

（3）设粒子进入磁场时速度方向与OO'的夹角为θ，则任意时刻粒子进入磁场的速度大小

粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R

设带电粒子从磁场中飞出的位置与进入磁场的位置之间的距离为l

由上式可知，射出电场的任何一个带电粒子，进入磁场时的入射点与射出磁场时的出射点间距离为定值，l与θ无关，与所加电压值无关。考虑粒子在电场中向上（设沿M方向为向上）或向下两种偏转可能，设粒子离开磁场时在点的上方且距离点为Y的位置，则

当粒子在两板间受到向上电场力作用时，Y的范围为0.40m～0.45m；当粒子在两板间受到向下电场力作用时，Y的范围为0.35m～0.40m。所以粒子在边界MN上距点上方0.35m～0.45m范围内离开磁场的。