2022-2023学年湖南省永州市祁阳县第四中学高二下学期第一次段考物理试题 （解析版）

祁阳四中2023年上期高二年级第一次段考物理试题

一、单项选择题：

1. 下列各组电磁波，按波长由长到短的顺序排列正确的是（　　）

A. γ射线、红外线、紫外线、可见光 B. 红外线、紫外线、可见光、γ射线

C. 可见光、红外线、紫外线、γ射线 D. 红外线、可见光、紫外线、γ射线

【答案】D

【解析】

【详解】依照波长的长短不同，由长到短电磁波谱可大致分为：无线电波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线，γ射线（伽马射线）．

A．描述与分析不符，故A错误.

B．描述与分析不符，故B错误.

C．描述与分析不符，故C错误.

D．描述与分析相符，故D正确.

2. 家用电器使用的都是正弦式交变电流，电压随时间变化的图像如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A. 该交变电流的方向1s改变50次

B. 交变电流的周期为2s

C. 该交流的电压瞬时值表达式为(V)

D. 若用该交流给额定电压为220V的灯泡供电，该灯泡恰好能正常工作

【答案】D

【解析】

【详解】AB．由图可知，交变电流的周期为

交变电流在一个周期内电流方向改变两次，所以1s内改变100次，故AB错误；

C．该交流的电压瞬时值表达式为

故C错误；

D．由于该交变电流的有效值为

所以用该交流给额定电压为220V的灯泡供电，该灯泡恰好能正常工作，故D正确。

故选D。

3. 如图所示的电路中，L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，P、Q是两个完全相同的灯泡，灯泡始终在正常工作范围内．则（　　）

A. S接通瞬间，P、Q同时亮

B. S接通瞬间，P先亮、Q后亮

C. S断开瞬间，P立即熄灭，Q过一会才熄灭

D. S断开瞬间，P、Q两灯立即熄灭

【答案】B

【解析】

【详解】AB．灯P与电源串联，当电键S闭合时，灯P立即发光．通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律线圈产生的感应电动势阻碍电流的增大，电路的电流只能逐渐增大，Q逐渐亮起来，所以P比Q先亮，故A错误，B正确；

CD．由于线圈直流电阻忽略不计，当电流逐渐稳定时，两灯电流相等．稳定后当电键K断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡P、Q构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，故CD错误。

故选B。

4. 半径为R的圆形空间内，存在着垂直纸面向里的匀强磁场，一个带负电的粒子（不计重力），从A点以速度v0沿半径方向射入磁场，并从B点射出，∠AOB=120°，如图所示，则带电粒子在磁场中运动的时间为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】画出粒子在磁场中运动的轨迹，如图所示

根据几何知识可知，粒子轨迹对应的圆心角为

轨迹半径为

粒子运动的弧长为

所以粒子运动的时间为

故选D。

5. 如图所示为某时刻LC振荡电路中电容器中电场的方向和电流的方向，则下列说法中正确的是（  ）

A. 电容器正在放电

B. 电感线圈的磁场能正在增加

C. 电感线圈中的自感电动势正在阻碍电流的减小

D. 电容器电场能正在减少

【答案】C

【解析】

【详解】A．图示时刻，电容器下极板带正电，通过图示电流方向，可知电容器正在充电，故A错误；

BD．电容器正在充电，电容器上的带电量正在增大，振荡电流正在减小，即磁场能正在减小，电场能正在增大，磁场能正在向电场能转化，故BD错误；

C．振荡电流正在减小，根据楞次定律，电感线圈中的自感电动势正在阻碍电流的减小，故C正确。

故选C。

6. 如图所示，MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场图中未面出，且，一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出，从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O，已知粒子穿越铝板时，速度方向和电荷量不变，不计重力，则穿越前和穿越后粒子的动能之比为（ ）

A. 4：1 B. 2：1 C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】粒子垂直于磁场方向进入磁场，在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，粒子穿越铝板时，速度方向和电荷量不变，设粒子在穿越前和穿越后速度分别为和，则在薄板上方

在薄板下方

可得

根据

可得

则穿越前和穿越后粒子的动能之比

故B正确，ACD错误。

故选B。

7. 如图所示，在外力的作用下，导体杆OC可绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，A、O间接有电阻R，杆和框架电阻不计，则所施外力的功率为(　　)

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】因为OC是匀速转动的，根据能量的守恒可得，

又因为

联立解得：

所以C正确，选项ABD错误．

故选C。

【名师点睛】导体棒匀速转动，说明处于受力平衡状态，外力的功率和电阻的发热的功率大小相等，求出电阻发热的功率即可；解决本题的关键是分析出外力的功率与电阻的发热的功率大小相等，知道这一点本题就简单的多了．

二、多项选择题：

8. 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示，已知发电机线圈数为1000匝、内阻不计，现外接一只电阻为的灯泡，如图乙所示，则（　　）

A. 电压表的示数为

B. 时穿过线圈的磁通量为零

C. 灯泡每秒钟产生的焦耳热为

D. 若线圈转速减半，感应电动势随时间变化的表达式为

【答案】CD

【解析】

【详解】A．根据图甲可知电动势有效值为

可知电压表的示数为，故A错误；

B．时感应电动势为零，可知穿过线圈的磁通量最大，故B错误；

C．灯泡每秒钟产生的焦耳热为

故C正确；

D．图甲感应电动势随时间变化的表达式为

根据电动势最大值表达式

若线圈转速减半，可知角速度减半，电动势最大值变为原来的一半，则感应电动势随时间变化的表达式为

故D正确。

故选CD。

9. 医用回旋加速器示意图如图所示，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并与高频电源相连。现分别加速氘核（H）和氦核（He）。下列说法中正确的是（　　）

A. 它们最大速度相同

B. 它们的最大动能相同

C. 两次所接高频电源的频率相同

D. 增大高频电源的电压可增大粒子的最大射出动能

【答案】AC

【解析】

【详解】A．设D形盒的半径为R，则粒子最后射出磁场时有

解得最大速度

氘核（）和氦核（）的比荷相等，所以最大速度相等，A正确；

B．粒子获得的最大动能

两粒子的比荷相等，但电荷量q不相等，所以最大动能不相等，B错误；

C．带电粒子在磁场中运动的周期

两粒子的比荷相等，所以周期相等，因为回旋加速器所接高频电源的频率等于粒子做圆周运动的频率，所以两次所接高频电源的频率相同，C正确；

D．粒子获得的最大动能与加速电压无关，故D错误。

故选AC。

10. 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中、为定值电阻，为型热敏电阻（阻值随温度升高而减小），C为耐压值为的电容器，所有电表均为理想电表。下列判断正确的是（　　）

A. 当单刀双掷开关由时，电容器C会被击穿

B. 当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率变为

C. 其他条件不变，单刀双掷开关由时，变压器输入功率变为原来的4倍

D. 当单刀双掷开关与A连接，传感器所在处温度升高，的示数变大，的示数减小

【答案】CD

【解析】

【详解】A．原线圈电压最大值为220V，当单刀双掷开关由A→B时，匝数之比为5:1，根据变压规律可得副线圈电压最大值为44V ，小于电容器的耐压值70V，故电容器不会被击穿，故A错误；

B．交流电的频率与匝数无关，不会发生变化，还是50Hz，故B错误；

C．开关由A→B时，副线圈电压U2为原来的2倍，输出功率

为原来的4倍，又因为输入功率等于输出功率，故C正确；

D．若传感器R2所在处温度升高，R2的阻值减小，根据欧姆定律知，副线圈的电流变大，所以原线圈电流跟着变大，即A1的示数变大，R2与R1并联后的总电阻减小，故在副线圈中分的电压减小，所以A2的示数减小，故D正确。

故选CD。

11. 如图所示，光滑水平平行导轨置均强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直水平面向下，左侧导轨间距为L，右侧导轨间距为2L，且导轨均足够长。质量为m的导体棒ab和质量为2m的导体棒cd均垂直于导轨放置，处于静止状态。ab的电阻为R，cd的电阻为2R，两棒始终在水平面向下，对应的导轨部分运动。现给cd一水平向右的初速度vo，则（　　）

A. 两棒组成的系统动量守恒

B. 最终通过两棒的电量为

C. ab棒最终的速度为

D. 从cd获得初速度到二者稳定运动过程中产生的焦耳热为

【答案】BC

【解析】

【分析】

【详解】A．当cd向右运动时，受向左的安培力，ab受向右的安培力，且，可知两棒组成的系统合外力不为零，则动量不守恒，选项A错误；

BC．cd获得速度后，电路中产生感应电流，根据左手定则得cd棒减速，ab棒加速，当

电路中磁通量不变，没有感应电流，最终两棒做匀速直线运动，分别对两棒列动量定理得

两式合并得

联立解得

对ab棒列动量定理得

解得

BC正确；

D．从cd获得初速度到二者稳定运动，此过程系统产生的焦耳热为

解得

D错误。

故选BC。

三、实验题：

12. 某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。

（1）提供的实验器材有:电源E1（3V，内阻不计）、电源E2（6V，内阻不计）、滑动变阻器R1（0~200Ω）、滑动变阻器R2（0~500Ω）、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱（0~999.9Ω）、开关S、导线若干。

为使该装置实现对30~80℃之间任一温度的控制，电源E应选用______（选填“E1”或“E2”），滑动变阻器R应选用______（选填“R1”或“R2”）；

（2）欲使衔铁在热敏电阻为50℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是______。（填写各步骤前的序号）

①将热敏电阻接入电路

②观察到继电器的衔铁被吸合

③断开开关，将电阻箱从电路中移除

④合上开关，调节滑动变阻器的阻值

⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω

【答案】    ①. E2    ②. R2    ③. ⑤④②③①

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1]因通过继电器的电流超过15mA时加热器停止加热，为使该装置实现对30~80℃之间任一温度的控制，要求电路在30~80℃之间的任一温度下的电流能通过调节达到15mA。当控制到30℃时，电路的最小阻值为

Rmin=199.5Ω+20Ω=219.5Ω

要使电流达到15mA，则所需电源电动势至少

Emin=IRmin=3.29V

故电源只能选用电动势为6V的E2。

[2]为使温度控制在80℃，则在6V电源下电路中的电流能达到15mA，故此时滑动变阻器接入电路中的阻值为

故滑动变阻器应选用R2。

（2）[3]欲使衔铁在50℃时被吸合，则要求温度达到50℃时电路中电流达到15mA，而此时热敏电阻的阻值为108.1Ω。为确定滑动变阻器应接入电路中的阻值，先将电阻箱调到108.1Ω并替代热敏电阻接入电路，调节滑动变阻器使衔铁恰好被吸合，然后再保持滑动变阻器滑片位置不动，将热敏电阻再替换回电阻箱即可，故合理的顺序应为⑤④②③①。

13. 小雨同学用图甲的实验装置“研究电磁感应现象”。闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。

（1）闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动过程中，灵敏电流计的指针______________（填“向左偏转”、“向右偏转”或“不偏转”）；

（2）闭合开关稳定后，将线圈A从线圈B抽出的过程中，灵敏电流计的指针______________（填“向左偏转”、“向右偏转”或“不偏转”）；

（3）如图乙所示，R为光敏电阻，其阻值随着光照强度的加强而减小。金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。当光照减弱时，从左向右看，金属环A中电流方向______________（填“顺时针”或“逆时针”），金属环A将向_______（填“左”或“右”）运动，并有______________（填“收缩”或“扩张”）的趋势。

【答案】    ①. 向左偏转    ②. 向右偏转    ③. 顺时针    ④. 右    ⑤. 扩张

【解析】

【详解】(1)[1]如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，说明穿过线圈的磁通量增加，电流计指针向左偏，合上开关后，将滑动变阻器的滑片向右滑动时，电阻变小，流过线圈的电流变大，那么穿过线圈的磁通量增加，电流计指针将向左偏转。

(2)[2]将线圈A从线圈B抽出的过程中，穿过线圈的磁通量减少，电流计指针将向右偏转。

(3)[3]由图乙可知根据右手螺旋定则可判断螺线管磁场方向向右；当光照减弱时，光敏电阻的阻值增加，回路中电流减小，穿过金属环A的磁通量减小，根据楞次定律可知产生向右的感应磁场，再由右手螺旋定则可知从左向右看，金属环A中电流方向顺时针；

[4][5]因穿过A环的磁通量减小，据楞次定律，感应电流的磁场方向与原电流磁场方向相同，故相互吸引，则金属环A将向右运动，且金属环A有扩张趋势。

四、解答题：

14. 如图甲所示，一个圆形线圈的匝数，线圈面积，线圈的电阻，线圈外接一个阻值的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度时间变化规律如图乙所示。求：

（1）线圈中感应电动势的大小；

（2）内电阻R产生的热量。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律，可知线圈中感应电动势的大小为

（2）电路感应电流为

内电阻R产生的热量为

15. 随着5G网络建设热潮的开启，中国5G基站的数量快速增长，实现5G网络覆盖的城市也越来越多。目前困扰5G发展的大难题之一是供电，5G基站单系统功耗为4kW（基站用电器功率），信号覆盖半径约为100m，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1kW，信号覆盖半径约为2km。如图所示，某5G基站距离100kV主供电线路一定距离，线路电阻为40Ω，线路损耗功率占总功率的20%（变压器均视作理想变压器）。

（1）求输电回路的电流；

（2）高压变压器原、副线圈的匝数比；

（3）深圳5G网络建设领跑全国，2020年底已实现全市5G网络信号全覆盖。已知深圳市面积约为2000平方公里，试计算全市的5G基站运行一天将消耗约多少度电？（取3）

【答案】（1）5A；（2）；（3）8×106kW·h

【解析】

【分析】

【详解】(1)由题意可知，总功率为

kW=5kW

线路损耗功率为

=1kW

由

解得I=5A。

(2)高压变压器副线圈的电压为

=1000V

由

解得

(3)需要的基站个数

每个基站一天耗电量

E0=P总t=5kW×24h=120kW·h

总耗电

E=N·E0=8×106kW·h

16. 足够长的平行金属导轨MN和PQ表面粗糙，与水平面间的夹角为θ=37°（sin37°=0.6），间距为1m。垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度的大小为4T，P、M间所接电阻的阻值为8Ω。质量为2kg的金属杆ab垂直导轨放置，不计杆与导轨的电阻，杆与导轨间的动摩擦因数为0.25。金属杆ab在沿导轨向下且与杆垂直的恒力F作用下，由静止开始运动，杆的最终速度为8m/s，取g=10m/s2，求：

（1）求恒力F的大小；

（2）当金属杆的速度为4m/s时，金属杆的加速度大小；

（3）当金属杆沿导轨的位移为15.0m时（已达最大速度），通过电阻R的电荷量q及发热量Q。

【答案】（1）8N；（2）4m/s2；（3）3C，176J

【解析】

【分析】

【详解】（1）对金属杆ab应用牛顿第二定律，有

F＋mgsinθ－F安－f=ma

f=μFN

FN=mgcosθ

ab杆所受安培力大小为

F安=BIL

ab杆切割磁感线产生的感应电动势为

E=BLv

由闭合电路欧姆定律可知

整理得

F＋mgsinθ－v－μmgcosθ=ma

当a=0时，杆达到最大速度，即最终速度为8m/s，代入v=8m/s时，解得：F=8N

（2）由（1）知金属杆加速度a满足

F＋mgsinθ－v－μmgcosθ=ma

当v=4m/s时，把F=8N代入，解得：a=4m/s2

（3）设通过回路横截面的电荷量为q，则有

回路中的平均电流强度为

回路中产生的平均感应电动势为

回路中的磁通量变化量为

ΔΦ=BLx

联立代入已知数据解得：q=3C

设金属杆沿导轨的位移为x，根据动能定理

把x=15m，v=8m/s代入求得

W安=-176J

所以

Q=-W安=176J