2023-2024学年山东省枣庄市第一中学高二（下）月考物理试卷（3月）（含解析）

这是一份2023-2024学年山东省枣庄市第一中学高二（下）月考物理试卷（3月）（含解析），共21页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.下列说法正确的是( )
A. 有感应电流就一定有感应电动势
B. 带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛伦兹力作用
C. 感应电流的磁场方向总是和引发感应电流的磁场方向相反
D. 电场、电场线、磁场、磁感线都是客观存在的物质
2.在匀强磁场中，一不计重力的带电粒子只在磁场力作用下做匀速圆周运动，如果突然将磁场的磁感强度减为原来的一半，则( )
A. 粒子的运动速率不变，运动周期变为原来的2倍
B. 粒子的运动速率不变，轨道半径变为原来的12
C. 粒子的运动速率减半，轨道半径变为原来的14
D. 粒子的运动速率不变，运动周期减半
3.如图所示是一个趣味实验中的“电磁小火车”，“小火车”是一节两端都吸有强磁铁的干电池，发现两端的强磁铁无论是同名相对还是异名相对，都能牢牢地吸附在干电池上。“轨道”是用裸铜线绕成的螺线管，螺线管的口径较“小火车”大。将“小火车”放入螺线管内，在电池的正负极之间的一段螺线管上形成电流，小火车就会沿螺线管运动，则( )
A. “小火车”因为电池两端磁铁之间的排斥力而运动
B. “小火车”通过电池两端磁铁与通电螺线管之间的相互作用而运动
C. 干电池正负极对调后，“小火车”运动方向将不变
D. “小火车”放入表面无绝缘层的裸露铜管内也会沿铜管运动
4.如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，其中丙的磁感应强度大小为B、电场强度大小为E，下列说法正确的是
( )
A. 甲图要增大粒子的最大动能，可减小磁感应强度
B. 乙图可判断出A极板是发电机的正极
C. 丙图中粒子沿直线通过速度选择器的条件是v=BE
D. 丁图中若导体为金属，稳定时C板电势低
5.如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂直纸面向里。在该区域内，有四个质量相同的带正电的微粒甲、乙、丙、丁，微粒甲静止不动；微粒乙在纸面内向右做匀速直线运动；微粒丙在纸面内向左做匀速直线运动；微粒丁在纸面内做匀速圆周运动。已知微粒之间互不影响，则四个微粒中所带电荷量最大的是( )
A. 甲B. 乙C. 丙D. 丁
6.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框，磁场方向垂直于线框平面，a、c两点接一直流电源，电流方向如图所示。已知abc边受到的安培力大小为F，则整个线框所受安培力大小为( )
A. 32FB. 43FC. 54FD. 65F
7.如图所示，两根相距为L的光滑平行导轨水平放置，R为固定电阻，金属杆MN垂直于导轨放置，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，导轨和金属杆的电阻忽略不计。t=0时刻对金属杆施加一水平外力F，使金属杆从静止开始做匀加速直线运动。下列关于通过R的电流i、外力F、回路产生的焦耳热Q、克服安培力做功的功率P随时间t变化的图像中正确的是( )
A. B. C. D.
8.11.如图所示，甲、乙是两个完全相同的闭合导线线框，a、b是边界范围、磁感应强度大小和方向都相同的两个匀强磁场区域，只是a区域到地面的高度比b高一些。甲、乙线框分别从磁场区域的正上方距地面相同高度处同时由静止释放，穿过磁场后落到地面。下落过程中线框平面始终保持与磁场方向垂直。以下说法正确的是( )
A. 甲乙两框同时落地
B. 乙框比甲框先落地
C. 落地时甲乙两框速度相同
D. 穿过磁场的过程中甲线框中通过的电荷量小于乙线框
9.如图所示，关于x轴对称的正方形闭合金属线圈abcd水平放置在坐标系xOy面内，线圈的ad边与y轴重合，匝数为N，边长为L，电阻为R。一金属直导线垂直于z轴放在x轴正上方，通有沿x轴负方向的电流。现让线圈沿图示方向绕x轴以角速度ω匀速转动，在线圈由图示位置开始转动90°的过程中，用冲击电流计测得流过线圈导线横截面的电荷量为q。则在此过程，线圈中( )
A. 感应电流方向为adcbB. 感应电流的平均值为qω2π
C. 感应电动势的平均值为2qωRπD. 磁通量的变化量为qR
10.如图所示，圆形区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。质量为m、电荷量为q的带电粒子由A点沿平行于直径CD的方向射入磁场，经过圆心O，最后离开磁场。已知圆形区域半径为R，A点到CD的距离为R2，不计粒子重力，则
A. 粒子带正电B. 粒子运动速率为2qBRm
C. 粒子在磁场中运动的时间为πm3qBD. 粒子在磁场中运动的路程为2πR3
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
11.当线圈中的电流随时间变化时，线圈产生的磁场也会变化，这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流，简称涡流。下列关于涡流的应用说法正确的是( )
A. 图1中当线圈中通以周期性变化的电流时，金属中产生涡流使金属熔化
B. 图2中铁质锅换成陶瓷锅，其加热效果与铁质锅一样
C. 图3中探雷器遇见金属时，金属中涡流的磁场反过来影响线圈中电流，使仪器报警
D. 图4中两个磁性很强的小圆柱形永磁体同时从铝管上端管口落入，无论铝管有无裂缝，它们都同时从铝管下端管口落出
12.如图所示，两同心金属圆环共面，其中大闭合圆环与导轨绝缘，小圆环的开口端点与导轨相连，平行导轨处在水平面内，磁场方向竖直向下，金属棒ab与导轨接触良好，为使大圆环中产生图示电流，则ab应当( )
A. 向右加速运动B. 向右减速运动C. 向左加速运动D. 向左减速运动
13.矩形边界ABCD内存在磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，AB长为2L，AD长为L.从AD的中点E发射各种速率的粒子，方向与AD成30°角，粒子带正电，电量为q，质量为m，不计粒子重力与粒子间的相互作用，下列判断正确的是
A. 粒子可能从BC边离开
B. 经过AB边的粒子最小速度为3qBL4m
C. 经过AB边的粒子最大速度为qBLm
D. AB边上有粒子经过的区域长度为 33+1L
14.如图所示，▵ABC、▵CDE为相同的等腰直角三角形，且A、C、E在同一条直线上．▵ABC内有垂直纸面向里的匀强磁场，▵CDE内有垂直纸面向外的匀强磁场，两个磁场的磁感应强度大小相等．一电阻分布均匀的正方形导线框的边长为l，且为AB长度的一半。该线框沿ACE向右以速度v匀速穿过磁场，t=0时刻恰好位于图中所示位置．线框平行于ACE方向所受的安培力为F，向左为正，导线框中电流I以顺时针方向为正方向，二者与时间t的关系图像正确的是
( )
A. B.
C. D.
三、实验题：本大题共1小题，共8分。
15.在“探究楞次定律”的实验中。某同学用试触法判断电流计指针偏转方向与电流方向的关系时，将电池的负极与电流计的A接线柱连接，连接B接线柱的导线试触电池正极，发现指针指在如图甲中的b位置。
(1)现将电流计的两接线柱与图乙中线圈的两个接线柱连接(A与C连接，B与D连接)，将磁铁N极从线圈中拔出，线圈中原磁通量的方向为___________(选填“向上”或“向下”，线圈中的原磁通量___________(选填“变大”或“减小”)，你所看到的指针___________(选填“不偏”、“向a位置偏转”或“向b位置偏转”)。
(2)若将电流计的A、B接线柱分别与图丙中线圈的E、F接线柱连接，将磁铁从线圈中抽出时，电流计指针指示位置如图甲中a所示，则磁铁的Q端是___________(选填“N”或“S”)极。
四、计算题：本大题共4小题，共46分。
16.1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的两个D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场方向与盒面垂直。两D形盒之间所加的交流电压为U，粒子质量m、电荷量为q的粒子从D形盒一侧圆心处开始被加速(初动能可以忽略)，经若干次加速后粒子从D形盒边缘射出。求：
(1)粒子从D形盒边缘射出时的动能；
(2)粒子被加速的次数。
17.如图甲所示，单匝圆形线框置于水平桌面上，线框半径r=10cm，质量m=20g，电阻R=0.1Ω，与桌面间的动摩擦因数μ=π10。线框左侧半圆空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。设线框与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2，取π2≈10。求线框：
(1)在t=1s时刻所受安培力的大小F；
(2)滑动前所产生的焦耳热Q。
18.如图所示，某空间中存在竖直方向的匀强磁场(未画出)，两条平行的金属导轨afe、bcd放置其中，导轨cdef部分处于水平面内，当调节斜面abcf的倾角θ时，发现当且仅当θ在37°∼90°之间时，长为L=0.2m的金属棒可以在导轨上处于静止状态。已知导轨间距L=0.2m，e、d间连入一电动势为E=15V的电源(内阻不计)，金属棒的质量为0.1kg，电阻R为2Ω，导轨及导线的电阻可忽略，金属棒和导轨间的动摩擦因数为μ(未知)，且最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。sin37°=0.6，cs37°=0.8，g取10m/s2。
(1)求磁感应强度B的大小；
(2)当θ=53∘时，如果将电源换成开关，开始开关断开，使金属棒从距cdef所在水平面高为h=0.72m处下滑，金属棒滑到cf时突然闭合开关，金属棒的加速度大小是多少？(金属棒经过cf时只改变速度方向，不改变速度大小)
19.如图所示，在xy平面内，在x>0范围内以x轴为电场和磁场的边界，在xq1=q4>q2
故选C。
6.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查安培力的大小与通电导线的长度关系，及力的合成法则。当然本题还可以采用等效法进行求解。
通电线圈处于匀强磁场中，受到安培力作用，根据左手定则确定安培力的方向，再由公式F=BIL确定安培力的大小，最后由力的合成来算出安培力的合力。
【解答】
根据题图，由电阻定律 R=ρlS 可知另一边的阻值为 ab 边的5倍，结合并联电路分流规律可知，通过另一边的电流为 ab 边的 15 ，由 F=BIL 知另一边受到的安培力大小为 15F ，方向与 F 相同，因此整个线框所受安培力大小为F合=F+15F=65F
故选D。
7.【答案】B
【解析】【分析】
金属杆作匀加速直线运动，由速度时间公式求出速度与时间的关系，由F安=B2L2vR和牛顿第二定律列式得出F与时间的关系；根据E=BLv和欧姆定律求解电流i与时间t关系；由回路产生的焦耳热Q=I2Rt分析Q与t的关系；外力的功率P=Fv，列式分析。
本题考查了导体切割磁感线的相关内容，关键根据电磁感应和运动学基本公式得到各个量的表达式，再结合数学知识进行分析。
【解答】
A.t时刻杆的速度为v=at，产生的感应电流：i=BLvR=BLaRt，i−t图应是过原点的倾斜直线，故A错误；
B.杆受到的安培力：F安=BIL=B2L2vR，根据牛顿第二定律得：F−F安=ma，得：F=B2L2vR+ma=B2L2aRt+ma，F随t的增大而线性增大，故B正确；
C.回路产生的焦耳热Q=I2Rt，而电流与时间的关系是线性的，所以Q与t的关系肯定不是线性的，故C错误；
D.外力F的功率为：P=Fv=(B2L2a Rt+ma)at，则P−t图像应是曲线，故D错误。
8.【答案】B
【解析】解：C、线框进入磁场前做自由落体运动，线框刚进入磁场时的速度大小v= 2gh，由于h乙>h甲，乙线框进入磁场时的速度比甲线框进入磁场时速度大，即v乙>v甲，线框切割磁感线产生的感应电动势E=BLv，感应电流I=ER=BLvR，线框所受的安培力大小F=BIL=B2L2vR，乙在进入线圈过程中受到的安培力较大，因为两个线圈完全相同，安培力对乙做的负功多，产生的热量多，重力做的功一部分转化为导线框的动能，一部分转化为导线框穿过磁场产生的热量，根据动能定理可知，甲落地速度比乙落地速度大，故C错误；
D、由法拉第电磁感应定律得：E−=ΔΦΔt，由闭合电路的欧姆定律得：I−=E−R，通过线框导线的电荷量q=I−Δt，解得：q=ΔΦR，线框穿过磁场的过程中磁通量的变化量ΔΦ相等，则甲线框中通过的电荷量等于乙线框，故D错误；
AB、以向下为正方向，线框下落过程中，根据动量定理得：mgt−I安=mv−0，线框穿过磁场时，安培力的冲量为I安=BLI−⋅t=BLq，线框穿过磁场中通过的电荷量相等，故甲乙两过程安培力的冲量相等，又因为甲落地时间的速度大于乙落地时的速度，说明甲重力作用的时间更长，则乙先落地，故B正确，A错误。
故选：B。
线框进入磁场前做自由落体运动，求出线框进入磁场时的速度；应用E=BLv求出感应电动势，应用闭合电路的欧姆定律求出感应电流，根据安培力公式求出安培力大小，根据动能定理求出线框落地时速度大小；根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律与电流的定义式求出通过线框的电荷量；应用动量定理求出线框运动时间。
根据题意分析清楚线框的运动过程是解题的前提，应用运动学公式、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、动能定理、动量定理可以解题。
9.【答案】C
【解析】A.由右手螺旋定则可知，导线下方的磁场时垂直直面穿出，当线圈从图示位置转动90°后，磁通量向外变大，由楞次定律可得感应电流的方向为abcda，故A错误；
B.转动90°，则时间
t=π2ω=π2ω
又
q=I−Δt
得出
I−=Δtt=2ωqπ
故B错误；
C.由B可知
I−=2ωqπ
则
E−=I−R=2ωqRπ
故C正确；
D.由
E−=NΔΦΔt
t=π2ω=π2ω
联立可得
ΔΦ=qRN
故D错误。
故选C。
10.【答案】D
【解析】【分析】
(1)画出粒子的运动轨迹，根据几何关系和洛伦兹力与向心力的等量关系，结合运动学公式得出时间；
(2)画出粒子的运动轨迹，根据角度关系和周期公式完成解答。
本题主要考查了带电粒子在圆形边界磁场中的运动，熟悉粒子的受力分析，结合几何关系和圆周运动的相关公式即可完成解答。
【解答】
A.由于粒子经过圆心O，最后离开磁场，可知，粒子在A点所受洛伦兹力向下，根据左手定则，四指指向与速度方向相反，可知，粒子带负电，故A错误；
B.由于圆形区域半径为R，A点到CD的距离为R2，令粒子圆周运动的半径为r，根据几何关系有r2=r−R22+R2−R22
解得r=R
粒子做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有qv0B=mv02r
解得v0=qBRm，故B错误；
C.根据上述，作出运动轨迹，如图所示
由于圆形区域半径为R，A点到CD的距离为R2，根据上述，粒子圆周运动的半径也为R，则ΔAOO′与ΔEOO′均为等边三角形，则轨迹所对应的圆心角为120∘，粒子圆周运动的周期T=2πrv0=2πmqB
则粒子在磁场中运动的时间为t=120∘360∘T=2πm3qB，故C错误；
D.结合上述可知，粒子在磁场中运动的路程为x=120∘360∘⋅2πr=2πR3，故D正确。
11.【答案】AC
【解析】A.图1中当线圈中通以周期性变化的电流，使金属中产生涡流，利用涡流生热使金属熔化，故 A正确；
B.图2中若把铁质锅换成陶瓷锅，这种材料不能产生涡流，不具有加热效果，故B错误；
C.图3中探雷器遇见金属时，金属会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中电流，使仪器报警，故C正确；
D.小圆柱在无缝铝管中下落时，产生电磁感应，阻力很大，阻碍磁体与导体间的相对运动；小圆柱在有竖直裂缝的铝管中下落时，在侧壁也产生涡流，但对小圆柱产生向上的阻力较小，所以小圆柱穿越无缝管的时间比穿越有缝管的时间长，故D错误。
故选AC。
12.【答案】BC
【解析】【分析】
导线ab运动时，切割磁感线产生感应电流，由右手定则判断电流方向，感应电流通过小金属环，金属环产生磁场，根据安培定则判断感应电流产生的磁场方向，根据楞次定律判断金属环产生的电流方向。
本题主要考查了导体棒切割磁感线长生感应电动势、楞次定律、右手定则和安培定则，注意分析运动过程，难度一般。
【解答】
A.导线ab向右加速运动，产生感应电动势和感应电流都增大，小环产生的磁场增加，穿过环中的磁通量增大，根据楞次定律可知大环产生磁场阻碍磁通量的增大，电流与图示方向相反，故A错误；
B.导线ab向右减速运动，产生感应电动势和感应电流都减小，小环产生的磁场减小，穿过环中的磁通量减小，根据楞次定律可知大环产生磁场阻碍磁通量的减小，电流与图示方向相同，故B正确；
C.导线ab向右加速运动，产生感应电动势和感应电流都增大，小环产生的磁场增加，穿过环中的磁通量增大，根据楞次定律可知大环产生磁场阻碍磁通量的增大，电流与图示方向相同，故C正确；
D.导线ab向左减速运动，产生感应电动势和感应电流都减小，小环产生的磁场减小，穿过环中的磁通量减小，根据楞次定律可知大环产生磁场阻碍磁通量的减小，电流与图示方向相反，故D错误。
故选BC。
13.【答案】CD
【解析】若粒子的轨迹与CD边相切时，此时打到AB边上的距离最远，此时粒子运动的半径最大为R1=L，此时粒子的最大速度 vmax=qBRm=qBLm ，打到AB边上时的点距离A点的距离为L(1+cs300)= (1+ 32 )L