2024六安一中高三上学期第五次月考物理试题含解析

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时间: 75分钟 分值: 100分
一.单项选择题（本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1. 下列说法中错误的是（ ）
A. 奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系
B. 法拉第发现了电磁感应现象，并总结出了法拉第电磁感应定律
C. 安培提出分子电流假说，指出磁体和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的
D. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验“捕捉”到了电磁波
【答案】B
【解析】
【详解】A．奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系，故A正确，不符合题意；
B．法拉第发现了电磁感应现象，纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，先后指出：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为法拉第电磁感应定律，故B错误，符合题意；
C．安培提出分子电流假说，指出磁体和电流的磁场本质上都是运动电荷产生的，故C正确，不符合题意；
D．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验“捕捉”到了电磁波，故D正确，不符合题意。
故选B。
2. 下列现象利用了电磁阻尼规律的是（ ）
①线圈能使振动的条形磁铁快速停下来
②U形磁铁可以使高速转动的铝盘迅速停下来
③转动把手时，下面的闭合铝框会随着U形磁铁同向转向
④无缺口的铝管比有缺口的铝管能使强磁铁下落的更慢
A. ①②③B. ②③④C. ①③④D. ①②④
【答案】D
【解析】
【详解】①振动的条形磁铁使线圈中产生感应电流，感应电流对磁铁的相对运动有阻碍作用，能使振动的条形磁铁快速停下来，这是利用了电磁阻尼的作用，故①正确；
②U形磁铁的磁场可以使高速转动的铝盘中产生感应电流，感应电流对铝盘与磁铁间的相对运动有阻碍作用，能使铝盘迅速停下来，这是利用电磁阻尼规律，故②正确；
④强磁铁通过无缺口的铝管，使铝管中产生感应电流，感应电流对强磁铁的相对铝管的运动有阻碍作用，能更快使强磁铁匀速运动，这是利用了电磁阻尼规律，故④正确；
③转动把手时下面的闭合铜线框在安培力作用下随U形磁铁同向转动，这是利用了电磁驱动原理，故③错误。
故选D。
3. 如图所示，L是直流电阻可忽略的线圈，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（ ）
A. 开关S闭合瞬间，c灯立即亮，a、b灯逐渐变亮
B. 开关S闭合电路稳定后，a、b灯都亮，c灯不亮
C 开关S断开后，a、b灯立即熄灭，c灯逐渐熄灭
D. 开关S断开后，b灯立即熄灭，a、c灯逐渐熄灭
【答案】D
【解析】
【详解】A．开关S闭合瞬间，a、b灯立即亮，线圈中产生自感电动势阻碍电流的增大，使得c灯逐渐变亮，选项A错误；
B．开关S闭合至电路稳定后，L相当于导线，则三灯都亮，选项B错误；
CD．开关S断开后，b灯立即熄灭，线圈中产生自感电流阻碍原电流的减小，则电流将在线圈与a、c灯之间形成新的回路，使得a、c灯逐渐熄灭，选项C错误，D正确。
故选D。
4. 如图所示，两光滑平行金属导轨水平放置，左端接一定值电阻R，其余电阻不计，整个装置处于垂直于轨道平面的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B。质量为m的导体棒在水平拉力F作用下由静止做匀加速直线运动，拉力F与时间t的关系图像如图所示，则（ ）
A. =0时棒的加速度B. 导轨间距
C. 时棒的速度D. 时间内F的冲量
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据图像可知时，根据牛顿第二定律可知
解得
A错误；
B．图像所应该的函数为
根据牛顿第二定律可知
其中
两个公式相结合解得
B正确；
C．导体棒做匀加速运动，时棒的速度
C错误；
D．时间内F的冲量即为图像的面积
D错误。
故选B。
5. 如图所示，将霍尔式位移传感器置于一个沿轴正方向的磁场中，磁感应强度随位置变化关系为（且均为常数），霍尔元件的厚度很小。当霍尔元件通以沿轴正方向的恒定电流，上、下表面会产生电势差，则下列说法正确的是（ ）
A. 若霍尔元件是自由电子导电，则上表面电势低于下表面
B. 当物体沿轴正方向移动时，电势差将变小
C. 仅减小霍尔元件上下表面间的距离，传感器灵敏度将变弱
D. 仅减小恒定电流，传感器灵敏度将变弱
【答案】D
【解析】
【详解】A．霍尔元件是自由电子导电，受洛伦兹力的是电子，根据左手定则。电子受向下的洛伦兹力，所以下表面带负电，上表面带正电，上表面电势高于下表面，A错误；
B．设霍尔元件上下表面高度差为，电子定向移动速度为，电子电荷量为，霍尔元件平衡时，有
解得
又因为
其中为单位体积的自由电子数，可得
则
当物体沿轴正方向移动时增大，所以增大，电势差也增大，B错误；
CD．传感器灵敏度为
因为
可得
仅减小霍尔元件上下表面间的距离，传感器灵敏度不变，仅减小恒定电流，传感器灵敏度将变弱，C错误，D正确。
故选D。
6. 如图甲所示，含有等量正负电荷的等离子体流由左方连续以相等的速度射入相互平行的、两板间，板间有垂直纸面向里的匀强磁场，直导线与、相连接，线圈与直导线连接，线圈内有按图乙所示规律变化的磁场，且规定向左为磁场B的正方向，则下列说法正确的是（ ）

A. 内，、导线互相排斥
B. 内，、导线互相排斥
C. 内，、导线互相吸引
D. 内，、导线互相排斥
【答案】D
【解析】
【详解】平行板间的正离子受到磁场向上的洛伦兹力，所以M板带正电，N板带负电，导线ab中的电流方向为a至b。
A．内，线圈中磁感应强度为向右且逐渐减小，根据楞次定律“增反减同”可知内感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同，即向右。根据右手螺旋定则可知导线cd中的电流方向为c至d，根据“同向电流吸引，异向电流排斥”可知、导线互相吸引，故A错误；
B．内线圈中磁感应强度为向左且逐渐增大，根据楞次定律“增反减同”可知内感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反，即向右。根据右手螺旋定则可知导线cd中的电流方向为c至d，、导线互相吸引，故B错误；
C．内线圈中磁感应强度为向左且逐渐减小，根据楞次定律“增反减同”可知内感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同，即向左。根据右手螺旋定则可知导线cd中的电流方向为d至c，根据“同向电流吸引，异向电流排斥”可知、导线互相排斥，故C错误。
D．内线圈中磁感应强度为向右且逐渐增大，根据楞次定律“增反减同”可知内感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反，即向左。根据右手螺旋定则可知导线cd中的电流方向为d至c，根据“同向电流吸引，异向电流排斥”可知、导线互相排斥，故D正确。
故选D。
7. 如图所示，半圆形光滑槽固定在地面上，匀强磁场与槽所形成的轨道平面垂直，将质量为的带电小球自槽顶处由静止释放，小球到达槽最低点时，恰对槽无压力，则小球在以后的运动过程中对点的最大压力为（ ）
A. 0B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】小球自槽处由静止释放，小球到达槽最低点处时受力分析：洛伦兹力与重力，则有
而由静止滑到最低点过程，只有重力，小球机械能守恒，则有
联立可得
小球在以后的运动过程中对的最大压力时；当小球再次滚到最低点时，洛伦兹力与重力同向，由于洛伦兹力不做功，所以速度大小不变；可得
解之得
故选C。
8. 如图所示，AOC是光滑的直角金属导轨，AO竖直，OC水平。质量分布均匀的金属棒ab长度为L，质量为m，电阻为R，两端置于导轨内。设金属杆与竖直导轨夹角为θ，当θ=30°时静止释放金属杆。已知空间存在着磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，不计金属导轨的电阻，则（ ）
A. 回路中感应电流方向始终为逆时针方向
B. 整个过程中，ab棒产生的焦耳热为mgL
C. 当θ=60°时，若a点速度大小为v，则b点速度大小为2v
D. 在θ=30°到θ=45°过程中通过ab棒的电荷量为
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据几何关系金属杆下滑过程，围成的面积先增大后减小，根据楞次定律和安培定则可知，感应电流方向先逆时针再顺时针，故A错误；
B．整个过程中，金属棒重力势能减少量为
根据能量守恒可知，整个过程中，ab棒产生的焦耳热不可能等于mgL，故B错误；
C．当θ=60°时，a和b两点沿杆方向的速度相等，有
解得
故C错误；
D．在θ=30°到θ=45°过程中，产生的平均感应电流
通过ab棒的电荷量
故D正确。
故选D。
二. 多项选择题(本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。)
9. 实验室某单匝矩形金属线圈，在匀强磁场中绕垂直磁场方向的转轴匀速转动，线圈中磁通量随时间变化的情况如图所示。已知线圈的电阻为，则下列描述中正确的是（ ）
A. 线圈产生的交流电的电动势有效值为
B. 此交流电秒内电流的方向改变次
C. 在时，线圈通过中性面，感应电动势最大
D. 该交流电的频率为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．线圈转动的角速度为
线圈产生的交流电的电动势有效值为为
故A正确；
B．一周期内，即，交流电电流的方向改变2次，故此交流电秒内电流的方向改变次，故B错误；
C．在时，线圈通过峰值面，线圈内磁通量为零，感应电动势最大，故C错误；
D．该交流电的频率为
故D正确。
故选AD。
10. 在半径为R的圆形区域内，存在垂直圆面的匀强磁场。圆边上的P处有一粒子源，沿垂直于磁场的各个方向，向磁场区发射速率均为v0的同种粒子，如图所示。现测得粒子均从由P点开始到弧长为的圆周范围内射出磁场；其中A粒子的出射点离P点最远，现只让A粒子的入射速率减为，入射方向不变，且A粒子出射点、A粒子改变前运动圆的圆心、磁场圆的圆心三点共线。不计粒子的重力，则对A粒子而言（ ）
A. 改变前粒子运动的轨迹半径为
B. 改变前粒子入射方向与磁场圆的半径方向成45°
C. 改变后粒子运动的速率为
D. 改变后粒子运动的速率为
【答案】BC
【解析】
【详解】A．根据题意，粒子均从由P点开始到弧长为的圆周范围内射出磁场，且其中A粒子的出射点离P点最远，设A粒子带正电，其出射点为M，则即为A粒子在磁场中做圆周运动的直径，而只让A粒子的入射速率减为，入射方向不变，且A粒子出射点、A粒子改变前运动圆的圆心、磁场圆的圆心三点共线，则做出A粒子未改变速度时的轨迹及改变速度之后的出射点如图所示
根据几何关系可知，A粒子改变速度前粒子运动的轨迹半径为
根据几何关系可知，A粒子改变速度前入射方向与磁场圆的半径方向成45°，故A错误，B正确；
CD．改变速度后，A粒子从磁场中的N点射出，设此种情况下A粒子做圆周运动的半径为，则根据几何关系有
解得
而粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力充当向心力有
，
可得
，
联立解得
故C正确，D错误
故选BC。
三、实验题（每空2分，共20分）
11. 我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。以下是实验探究过程的一部分。
（1）如图甲所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏转。电路稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，此过程中电流表指针向________偏转，若将线圈A抽出，此过程中电流表指针向________偏转。（均选填“左”或“右”)
（2）某同学按图乙所示电路完成探究实验，在完成实验后未断开开关，也未把A、B 两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除________（选填“A”或“B” ）线圈所在电路时发生的，分析可知，要避免电击发生，在拆除电路前应________（选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置” ）。
【答案】 ①. 左 ②. 左 ③. A ④. 断开开关
【解析】
【详解】（1）[1][2]如图甲所示，实验中发现闭合开关时，穿过线圈B的磁通量增加，电流表指针向右偏转；电路稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，通过线圈A的电流减小，则穿过线圈B的磁通量减少，此过程中电流表指针向左偏转；若将线圈A抽出，则穿过线圈B的磁通量减少，此过程中电流表指针向左偏转。
（2）[3][4]在完成实验后未断开开关，也未把A、B 两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时，线圈A中的电流突然减少，从而出现断电自感现象，线圈中会产生自感电动势，进而会突然被电击一下，为了避免此现象，则在拆除电路前应断开开关。
12. 某同学用伏安法测定一薄的圆形合金片的阻值Rx（约为1kΩ），除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表V1（量程0~1V，内阻5kΩ）
B．电压表V2（量程0~5V，内阻为100kΩ）
C．电流表A1（量程0~1mA，内阻约为10Ω）
D．电流表A2（量程0~0.6mA，内阻约为0.05Ω）
E.电源（电压1.5V，额定电流0.5A，内阻不计）
F.滑动变阻器R1（阻值范围0~10Ω，额定电流2A）
G.滑动变阻器R2（阻值范围0~2000Ω，额定电流2A）
用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示。

（1）由图甲、图乙两图读得圆柱体的直径D为_______mm，长度L为_______mm。
（2）为使测量尽量准确，电压表选用_________，电流表选用__________，滑动交阻器选用_______。（均填器材的字母代号）
（3）画出测量Rx阻值的实验电路图__________。
【答案】 ①. 1.700 ②. 41.4 ③. A ④. C ⑤. F ⑥.
【解析】
【详解】（1）[1] 圆柱体的直径D为
[2] 长度L为
（2）[3][4][5]电源电动势1.5V，则电压表选择A，由欧姆定律可知，圆形合金片的最大电流为1mA，则电流表选择C。为减小实验误差，滑动变阻器采用分压式，故选F。
（3）[6]为消除系统误差，选择电流表外接式、滑动变阻器采用分压式的测量电路。实验电路图如图所示
四、解答题：本题共3小题，共38分。解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤。
13. 发电机转子是匝数，边长的正方形线圈，其置于磁感应强度的匀强磁场中，绕着垂直磁场方向的轴以的角速度转动，当转到线圈平面与磁场方向垂直时开始计时。线圈的电阻，外电路电阻。试求：
（1）写出交变电流瞬时值表达式；
（2）外电阻上消耗的功率；
（3）从计时开始，线圈转过过程中，通过外电阻的电荷量是多少？
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）电动势的最大值为
根据闭合电路欧姆定律得
故交变电流瞬时值表达式
（2）电流的有效值
外电阻上的消耗功率为
（3）从计时开始到线圈转过过程中，平均感应电动势为
平均电流为
通过外电阻的电荷量为
14. 如图所示，在直角坐标系的第一、四象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，在第二、三象限内存在沿x轴正方向的匀强电场。某时刻，一个正电荷从x轴上的P点以初速度沿x轴正方向射入，正电荷第一次到达y轴时，速度方向与y轴负方向成角，之后正电荷在电场中运动，并垂直通过x轴上的Q点。已知O、P两点之间的距离为L，正电荷所受重力忽略不计。求：（结果均可用根式表示）
（1）正电荷的比荷；
（2）匀强电场的电场强度大小；
（3）正电荷从P点出发到第一次回到P点的时间。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意，作出正电荷的部分运动轨迹如图所示
设正电荷在磁场中运动的轨道半径为r，由图可得
解得
正电荷在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得
解得正电荷比荷为
（2）设正电荷第一次经过y轴的位置到O点的距离为，到达Q点时的速度大小为，结合类平抛运动规律，有
设正电荷进入电场后经过时间t运动到Q点，则有
由几何知识结合类平抛运动可得
解得
又
正电荷从第一次经过y轴到运动至Q点的过程中，根据动能定理有
联立解得
（3）正电荷在磁场中的运动的周期为
由几何关系可知，正电荷第一次在磁场中运动的时间为
正电荷在电场中运动的时间为
正电荷第二次在磁场中的运动轨迹与第一次在磁场中运动的轨迹对称，则正电荷第二次在磁场中的运动时间为
所以正电荷从P点出发到第一次回到P点的时间为
15. 如图所示，倾角为、足够长的光滑绝缘斜面固定不动，斜面上有一系列间距均为的水平虚线（图中仅画出部分），虚线1、2间存在垂直斜面向下的匀强磁场，从虚线2向下每间隔在两虚线间存在垂直斜面向下的与虚线1、2间相同的匀强磁场，磁感应强度大小为。一质量为、电阻值为、边长为的正方形线框从虚线1上方某位置由静止释放，边始终与虚线平行，当线框的边刚好到达虚线1时，线框的加速度大小为，方向沿斜面向下，重力加速度取。整个过程中线框始终没有发生转动。求：
（1）线框释放瞬间，边到虚线1的间距；
（2）线框的最大速度；
（3）若从释放到线框的速度达到最大，所用的时间为，则此过程中线框中产生的焦耳热为多少?
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）设线框的边到虚线1时的速度为，则由法拉第电磁感应定律得
由闭合电路欧姆定律得
又
由牛顿第二定律得
代入数据解得
线框从释放到边与虚线1重合的过程，由机械能守恒定律得
解得
（2）线框的速度最大时，线框的合力为零，由力的平衡条件得
又
又由
代入数据解得
（3）进入磁场前，设线框的加速度为，则由牛顿第二定律得
解得
线框从释放到边与虚线1重合的时间为
所以线框在磁场中运动的时间为
由题意可知，线框在沿斜面下滑的过程中，始终受到安培力的作用，设线框从刚进入磁场开始经时间速度变化为，线框的速度为，此时有
时间内，由动量定理得
设线框在时间内沿斜面体下滑的距离为.对上式两边求和得
整理得
代入数据解得
由能量守恒定律得
解得