江苏省无锡市锡东高级中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题

这是一份江苏省无锡市锡东高级中学2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题，共13页。试卷主要包含了单选题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
考试时间：75分钟；分值：100分
一、单选题（本大题共10题，共40分）
1.如图所示，长为的导线放在相互平行的金属导轨上，导轨宽度为，通过的电流为，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为，则所受的磁场力的大小为（ ）
A.B.C.D.
2.下列关于教材中四幅插图的说法，不正确的是（ ）
甲 乙 丙 丁
A.图甲中，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢
B.图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中会产生大量热量，从而冶炼金属
C.图丙，当人对着话筒讲话时线圈会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理
D.图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理
3.据报道，我国实施的“双星”计划发射的卫星中放置了一种“磁强计”，用于测定地磁场的磁感应强度等研究项目。磁强计的原理如图所示：电路中有一段金属导体，它的横截面积是宽为、高为的长方形，放在沿轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿正方向、大小为的电流。已知金属导体单位体积中的自由电子数为，电子电量为。金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动。若测出金属导体前后两个侧面间（为前侧面，为后侧面）的电势差为，那么（ ）
A.前侧面电势高，B.前侧面电势高，
C.后侧面电势高，后侧面电势高，
4.如图所示的电路中，，和是三个阻值恒为的相同小灯泡，是自感系数相当大的线圈，其直流电阻也为。下列说法正确的是（ ）
A.接通瞬间，最亮，稳定后、和亮度相同
B.接通瞬间，最亮，稳定后比、亮
C.电路稳定后断开时，、和亮一下后一起熄灭
D.电路稳定后断开时，闪亮一下再熄灭，和立即熄灭
5.如图所示，由均匀导线制成的半径为的圆环，以速度匀速进入一磁感应强度大小为的匀强磁场。当圆环运动到图示位置时，、两点的电势差为（ ）
A.B.
6.如图所示，置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线，与套在铁芯上部的线圈相连，套在铁芯下部的线圈引出两根导线接在两根水平光滑导轨上，导轨上有一根金属棒静止处在垂直于纸面向外的匀强磁场中下列说法正确的（ ）
A.圆盘顺时针加速转动时，棒将向右运动
B.圆盘逆时针减速转动时，棒将向右运动
C.圆盘顺时针匀速转动时，棒将向右运动
D.圆盘逆时针加速转动时，棒将向右运动
7.如图所示是质谱仪的工作原理图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为和。平板上有可让粒子通过的狭缝和记录粒子位置的胶片。平板下方有磁感应强度为的匀强磁场。下列说法中正确的是（ ）
A.质谱仪不能用来分析同位素
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内
C.能通过狭缝的带电粒子的速率等于
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越大
8.某一金属圆环处于匀强磁场中，环面垂直于磁场，如图甲所示。磁感应强度随时间按正弦规律变化，如图乙所示。取磁场垂直于环面向里为正方向，则下列说法不正确的是（ ）
甲 乙
A.时间内，金属环先出现扩张再出现收缩趋势
B.时间内，环中感应电流方向一直沿顺时针
C.时间内，环中感应电动势先减小后增大
D.时间内，环上某一段受到的安培力先变大后变小
9.如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时形盒中的磁场的磁感应强度大小为，形盒缝隙间电场变化周期为，加速电压为。忽略相对论效应和粒子在形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是（ ）
A.粒子从磁场中获得能量
B.保持、和不变，该回旋加速器可以加速质子
C.只增大加速电压粒子在回旋加速器中运动的时间变短
D.只增大加速电压粒子获得的最大动能增大
10.如图所示，在边长为的正三角形区域内有垂直直面向外的匀强磁场，一边长为的菱形单匝金属线框的底边与在同一直线上菱形线框的。使线框保持恒定的速度沿平行于方向匀速穿过磁场区域。以边刚进磁场时为零时刻，规定导线框中感应电流沿顺时针方向时为正，则感应电流与时间的关系图线可能正确的是（ ）
A.B.
C.D.
二、非选择题（本大题共5小题，共60分）
11.（本题15分）某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素。
图a 图b 图c
（1）图a中，将条形磁铁从图示位置先向上后向下移动一小段距离，出现的现象是__________。
A.灯泡、均不发光B.灯泡、交替短暂发光
C.灯泡短暂发光、灯泡不发光D.灯泡不发光、灯泡短暂发光
（2）通过实验得知：当电流从图b中电流计的正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体__________（选填“向上”或“向下”）运动时，电流计指针向右偏转。
（3）为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图c的电路，请用实线完成其余部分电路的连接__________。
（4）若图c电路连接正确，在闭合开关前，滑动变阻器滑片应移至最__________（选填“左”或“右”）端
（5）若图c电路连接正确，开关闭合瞬间，指针向左偏转，则将铁芯从线圈中快速抽出时，观察到电流计指针__________。
A.不偏转B.向左偏转C.向右偏转
12.（本题8分）如图，在倾斜固定的粗䊁平行导轨上端接入电动势、内阻的电源和滑动变阻器，导轨的间距，倾角。质量的细金属杆垂直置于导轨上，整个装置处在垂直轨道平面向下的磁感应强度的匀强磁场中，图中未画出，细金属杆保持静止，导轨与杆的电阻不计。细杆与导轨间的动摩擦因数（最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力），，。调节滑动变阻器使，求：
（1）金属杆中电流；
（2）金属杆所受的安培力大小__________？
（3）金属杆所受的摩擦力大小__________？
13.（本题8分）现代科技可以利用电场、磁场对带电粒子的作用来控制其运动轨迹，让其到达所需的位置，在现代科学技术、生产生活、仪器电器等方面有广泛的应用。如图所示，质量为，电荷量为（）的带电粒子以速度由点射入太极图，太极图内部存在方向相反、磁感应强度大小相等的匀强磁场，大圆的圆心为，半径为，内部两个半圆的圆心、在同一直径上，半圆直径均为圆的半径。曲线右下侧的磁场方向垂直纸面向里。粒子垂直进入磁场时方向与间的夹角为，并恰好通过点进入左上方磁场并从点射出。不计粒子受到的重力，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）粒子在磁场中的运动时间。
14.（本题14分）如图甲所示，在一个正方形金属线圈区域内存在着磁感应强度随时间变化的匀强磁场，磁场的方向与线圈平面垂直。金属线圈所围的面积，匝数，线圈电阻的阻值为。线圈与阻值的定值电阻构成闭合回路。匀强磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示，时间内图线为曲线，其余时间内图线为直线。求：
甲 乙
（1）时通过电阻的感应电流的大小和方向；
（2）时刻，线圈端点、间的电压；
（3）在时间内通过电阻的电荷量。
15.（本题15分）如图所示，在空间建立直角坐标系。在轴上方整个空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，在轴下方整个空间存在沿轴负方向的匀强电场。轴上的点到坐标原点距离为，一电子由点从静止开始释放，在电场中加速后，以速度从轴上点进入磁场，电子第二次经过轴前先经过第一象限的点，点坐标为。求：
（1）电子经过点时速度的方向与轴正方向的夹角；
（2）电场强度大小与磁感应强度大小的比值；
（3）电子从处释放后到第次经过轴所用的时间。
2023—2024学年度第二学期阶段性考试高二
物理试卷参考答案
1.C【详解】由公式得，故选.
2.B【详解】A.由电磁驱动原理，图甲中，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢，即同向异步，A正确，不符合题意；B.图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属块中会产生涡流，金属块中就会产生大量热量，从而冶炼金属，B错误，符合题意；C.图丙中，当人对着话筒讲话时线圈就做受迫振动，线圈在磁场中运动，线图中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理，C正确，不符合题意；D.图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，D正确，不符合题意。故选B。
3.C【详解】电流的方向沿轴正向，则电子定向移动的方向沿轴负向，根据左手定则，可知电子向前侧面偏转，则前侧面带负电，后侧面带正电，后侧面的电势较高，前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差。因而可得，解得故选。
4.A【详解】AB.由于接通时，线圈阻碍电流的增加，相当于断路，流经的电流大，故最亮，稳定后因线圈直流电阻也为，流经三灯泡的电流相同，故亮度相同，故A正确，B错误；CD.如图所示电路稳定后断开时，和形成闭合回路，因流经线圈电流与断开前流过的电流相同，故不会闪亮一下再熄灭，而是慢慢熄灭，和立即熄灭，故CD错误。故选A。
5.D【详解】有效切割长度即、连线的长度，如图所示由几何关系知有效切割长度为，所以产生的电动势为
电流的方向为，所以，由于在磁场部分的阻值为整个圆的，
所以故选D。
6.D【详解】A.由右手定则可知，圆盘顺时针加速转动时，感应电流从圆心流向边缘，线圈中产生的磁场方向向下且磁场增强。由楞次定律可知，线圈中的感应磁场方向向上，由右手螺旋定则可知，棒中感应电流方向由，由左手定则可知，棒受的安培力方向向左，棒将向左运动，选项A错误；B.若圆盘逆时针减速转动时，感应电流从边缘流向圆心，线圈中产生的磁场方向向上且磁场减小。由楞次定律可知，线圈中的感应磁场方向向上，由右手螺旋定则可知，棒中感应电流方向由，由左手定则可知，棒受的安培力方向向左，棒将向左运动，选项B错误；C.当圆盘顺时针匀速转动时，线圈中产生恒定的电流，那么线圈的磁通量不变，则棒没有感应电流，则将不会运动，选项C错误；D.由右手定则可知，圆盘逆时针加速转动时，感应电流从边缘流向中心，线圈中产生的磁场方向向上且磁场增强，由楞次定律可知，线圈中的感应磁场方向向下，由右手螺旋定则可知，棒中感应电流方向由，由左手定则可知，棒受的安培力方向向右，棒将向右运动，选项D正确。故选D。
7.D【详解】AC.设加速电压为，则离子在加速电场中根据动能定理有离子在速度选择器中恰好做匀速直线运动通过狭琏时应满足，可得离子通过狭煡后在磁场中偏转，由洛伦兹力充当向心力有，联立解得
，则可知，能通过狭缝的带电粒子的速率等于，而所有能通过狭缝的离子会因比荷的不同，而在磁场中做圆周运动时的轨迹半径不同，从而达到分析同位素的目的，故AC错误；B.根据题图可知，离子要被加速电场加速，则离子必定带正电，加速后的离子进入速度选择器后所受电场力水平向右，因此其所受洛伦兹力必定向左，根据左手定则可知，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外，故B错误；D.根据可知，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，则说明离子在磁场中做圆周运动的轨迹半径越小，则应越小，而离子的比荷应越大，故D正确。故选D。
8.A【详解】A.时间内，磁场是先增强后减弱，根据楞次定律的“增缩减扩”，可知金属环是先有收缩的趋势后有扩张的趋势，C符合题意；B.时间内，磁场先是正向减小，然后再反向增大，根据楞次定律的“增反减同”，可知感应电流一直沿顺时针方向，B不符合题意；C.根据法拉第电磁感应定律，圆环内感应电动势为可知感应电动势大小正比于磁场的变化率。如图所示在时间内，磁场的变化率也就是图像的斜率先减小后增大，所以环中感应电动势先减小后增大，C不符合题意；D.安培力大小为。时刻磁感应强度为零，所以安培力为零；时刻感应电流为零，所以安培力也为零。中间时刻安培力不为零，所以安培力是先增大后减小，D不符合题意。故选A。
9.C【详解】A.粒子在磁场中运动时，磁场的作用只改变粒子的运动方向，不改变粒子的运动速度大小，粒子只在加速电场中获得能量，A错误；B.粒子在磁场中运动的周期由于质子与粒子的比荷不同，保持、和不变的情况下不能加速质子，B错误；C.由，解得，粒子射出时的动能粒子每旋转一周增加的动能是，动能达到时粒子旋转的周数是，则有每周的运动时间，则粒子在回旋加速器中的运动时间，若只增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间变短，C正确；D.设回旋加速器的最大半径是，因此粒子在最大半径处运动时速度最大，根据解得，射出时的最大动能是若只增大加速电压，由上式可知，粒子获得的最大动能与加速器的半径、磁感应强度以及电荷的电量和质量有关，与加速电场的电压无关，D错
10.B【详解】线框进入磁场时，根据楞次定律可以判断出感应电流的方向为顺时针，所以感应电流为正值，由于边与边平行，所以边进入磁场后线框切割磁感线的有效长度一直为根据，可知，有效切割长度不变，电流都不变。线框全部进入磁场后，由几何关系可知，点即将从边穿出，在穿出磁场过程中根据楞次定律，可判断出感应电流方向为逆时针，所以电流为负值。线框在穿出磁场的过程中有效切割长度从0开始增大到后又逐渐减小到0，根据，可知，电流先增大后减小。
11.【详解】（1）[1]条形磁铁向上移动一小段距离，穿过螺线管的磁感线减少，向下移动一小段距离，穿过螺线管的磁感线增加，移动方向不同，产生的感应电流方向不同，根据二极管具有单向导电性可知灯泡、交替短暂发光，ACD错误，B正确。故选B。
（2）[2]当磁体向上运动时，穿过螺旋管的磁通量为竖直向下的减少，根据楞次定律，可知线图中的感应电流产生的磁场竖直向下，根据右手螺旋定则可知电流从正接线柱流入，指针向右偏；故磁体向上运动。（3）[3]根据感应电流产生的条件可知，要想进一步探究影响感应电流方向的因素，需要组成一个闭合回路，还需要一个含有电源的电路形成一个电磁铁，电路连接如图所示
（4）[4]闭合开关瞬间，电路中电流增多，电磁铁的磁性增强，穿过螺线管的磁感线增多，会产生感应电流，为了防止产生的感应电流过大烧坏电流表，闭合开关前需要将滑动变阻器的滑片移到最左端。
（5）[5]开关闭合瞬间，穿过螺线管的磁通量增多，根据题意可知指针向左偏转，所以将铁芯从线圈中快速抽出时，穿过螺线管的磁通量减少，观察到电流计指针向右偏转。故AB错误，C正确。故选C。
12.【详解】（1）金属杆中电流为
（2）金属杆所受的安培力大小为
（3）细金属杆保持静止，根据平衡条件有金属杆所受的摩擦力大小为
13.【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示由几何有关系可知，粒子轨迹所对应的圆心角为，设粒子的轨迹半径为，由几何关系得，根据洛伦兹力提供向心力有，联立解得
（2）粒子在磁场中运动的周期为，粒子在磁场中运动的时间为，联立解得
14.【详解】（1）时通过线圈的磁通量
（2）时感应电动势
通过电阻的感应电流的大小，由㭶次定律可知，电流方向向上；
（3）时刻，感应电动势
根据楞次定律可知端电势高，则线圈端点、间的电压
（4）在时间内通过电阻的电荷量
15.【详解】（1）电子在磁场中做圆周运动，从坐标原点到点的轨迹如图1所示轨迹圆的圆心在轴上的点，连线为轨迹圆对应的弦，为弦的中垂线。由题可知，解得
可知即电子经过点时速度的方向与轴正方向的夹角为，方向斜向下。
图1
（2）设电子质量为，电量绝对值为，电子在电场中加速过程，由动能定理，有，电子在磁场中做匀速圆周运动，设轨道半径为，洛伦兹力充当向心力，有电子经过点，由几何关系，有，解得联立解得
（3）设电子从到所用时间，有，可得，
设电子在磁场中做匀速圆周运动的周期为，有电子每在磁场中运动半周，
进入电场减速后加速又从原位置进入磁场，不断重复，如图2所示
图2
若电子奇数次通过轴，即，通过轴的速度方向向上，
经过时间为
若电子偶数次通过轴，即，通过轴的速度方向向下，
经过时间为