183，陕西省咸阳市实验中学2023-2024学年高二下学期第一次月考物理试题

这是一份183，陕西省咸阳市实验中学2023-2024学年高二下学期第一次月考物理试题，共20页。
1．本试题共6页，满分100分，时间75分钟。
2．答卷前，考生务必将自己的姓名、班级和准考证号填写在答题卡上。
3．回答选择题时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
4．考试结束后，监考员将答题卡按顺序收回，装袋整理;试题不回收。
第Ⅰ卷（选择题 共46分）
一、选择题（本大题共10小题，计46分。第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分;第8～10题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分）
1. 关于电磁振荡、电磁波和传感器，以下说法中正确的是（ ）
A. 普朗克证实了麦克斯韦的电磁理论
B. 传感器一般是把电学量转化为非电学量来工作的
C. LC振荡电路中，即使没有电阻，也会有能量损失
D. 振荡电路中电磁振荡周期越大，向外发射电磁波的本领就越大
【答案】C
【解析】
【详解】A．赫兹证实了麦克斯韦的电磁理论，故A错误；
B．传感器一般是把非电学量转化为电学量来工作的，故B错误；
C．LC振荡电路中，即使没有电阻，也会不断向外辐射电磁波，始终有能量损失，故C正确；
D．振荡电路中电磁振荡的频率越大，周期越小，向外发射电磁波的本领就越大，故D错误。
故选C。
2. 无线充电技术能实现能量的无线传输。如图，无线充电设备给手机充电，下列关于无线充电的说法正确的是（ ）
A. 充电设备中的线圈通恒定电流也可以对手机无线充电
B. 充电设备与手机必须接触才能充电
C. 充电设备与手机的充电电流一定相等
D. 充电的原理主要利用了互感
【答案】D
【解析】
【详解】AD．无线充电技术利用的是电磁感应中的互感原理，而根据法拉第电磁感应定律可知，只有变化的电流才能产生变化的磁场，而变化的磁场才能在闭合线圈中感应出电流，因此，充电设备中的线圈必须通变化的电流才能实现对手机的无线充电，故A错误，D正确；
B．根据电磁感应原理可知，充电设备与手机不需要接触就能充电，故B错误；
C．充电设备与手机的充电电流不一定相等，就像理想变压器的工作原理一样，原副线圈的匝数不同，充电电流就不同，故C错误。
故选D。
3. 扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌，为了有效隔离外界振动对STM扫描头的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场，出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】施加磁场来快速衰减STM的微小振动，其原理是电磁阻尼，在振动时通过紫铜薄板的磁通量变化，紫铜薄板中产生感应电动势和感应电流，则其受到安培力作用，该作用阻碍紫铜薄板振动，即促使其振动衰减。方案A中，紫铜薄板上下振动时，通过它的磁通量可能不发生变化；方案B中，当紫铜薄板上下、左右振动时，通过它的磁通量均发生改变；方案C中，紫铜薄板上下振动时、通过它的磁通量可能不变；当紫铜薄板向右振动时，通过它的磁通量不变；方案D中，当紫铜薄板上下振动时，紫铜薄板中磁通量可能不变。综上可知，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是B。
故选B
4. 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，则整个线框所受安培力大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据电阻定律
由于两段导线的长度之比为，因此电阻之比为，而两段导线并联，则可知通过两段导线的电流之比为，由于两段导线的有效长度相同，且根据左手定则可知两段导线所受安培力的方向相同，设长导线中电流为，则短导线中电流为，短导线所受安培力
长导线所受安培力
联立解得
则整个线框所受安培力大小为
故选A。
5. 自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上，轮子每转一圈，磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。如图乙所示，电源输出电压为U1，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差U2（前表面的电势高于后表面的电势）。下列说法中错误的是（ ）
A. 图乙中霍尔元件的载流子带正电
B. 自行车的车速越大，则霍尔电势差U2越大
C 若电流I变大，则霍尔电势差U2变大
D. 若传感器的电源输出电压U1变大，则霍尔电势差U2变大
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据左手定则，图乙中霍尔元件的载流子带正电，故A正确；
B．根据
得
由电流的微观定义式I = neSv，n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度，整理得
联立解得
可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，霍尔电压U2与车速大小无关，故B错误；
CD．由公式，若传感器的电源输出电压U1变大，那么电流I变大，则霍尔电势差U2将变大，故CD正确。
本题选错误的，故选B。
6. 如图所示，单匝线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边以角速度匀速转动，其线圈中感应电动势的峰值为，闭合回路中两只灯泡均能正常发光。下列说法正确的是（ ）
A. 从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为
B. 增大线圈转动角速度时，感应电动势的峰值不变
C. 抽去电感器L的铁芯时，灯泡变暗
D. 减小电容器C两极板间的距离时，灯泡变亮
【答案】D
【解析】
【详解】A．图示位置为中性面位置，从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式应为
故A错误；
B．感应电动势的峰值
可知当增大线圈转动角速度时，感应电动势的峰值将变大，故B错误；
C．抽去电感器L的铁芯时，电感线圈的自感系数减小，对电路中交变电流的阻碍作用减小，从而使通过灯泡的电流变大，灯泡将变亮，故C错误；
D．电容器接在电路中相当于断路，而灯泡与电容器串联，因此灯泡处于熄灭状态，而根据电容的决定式
可知，当减小电容器C两极板间的距离时，电容器的电容将增大，电容器将充电，此时有流过灯泡的电流，灯泡变亮，故D正确。
故选D。
7. 如图所示，在边长为2l的正三角形ABC区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，一边长为l的菱形单匝金属线框abcd的底边与BC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BC方向匀速穿过磁场区域。以ab边刚进磁场时为零时刻，规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】由于线框边平行于磁场边界边，且菱形线框边长为，磁场边界边长为，当线框完全进入磁场的过程中，切割磁场线的有效长度始终为，根据几何关系可得，线框完全进入磁场的位置关系如图所示
该过程中产生恒定的电动势，即线框中电流恒定，根据楞次定律结合安培定则可知，该过程中产生的感应电流方向为顺时针方向；线框继续运动，当一半在磁场中一半在磁场外时，其位置关系如图所示
可知线框从完全进入磁场到运动至图示位置的过程中，切割磁感线的有效长度均匀增大至，而此后完全出磁场的过程中切割磁感线的有效长度又开始均匀较小至0，即从开始出磁场到完全出磁场的过程中，线圈中的感应电流先均匀增大后均匀减小至0，而根据楞次定律结合安培定则可知，该过程中线框中的感应电流方向始终为逆时针方向。
故选C。
8. 如图，一束正离子束先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，不计离子间的相互作用，则说明这些正离子具有相同的（ ）
A. 荷质比B. 动能C. 电荷D. 速度
【答案】AD
【解析】
【详解】这束正离子束流在区域Ⅰ中不偏转，则有
可得
进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，由洛伦兹力提供向心力可得
可得
可知这些正离子具有相同的速度和荷质比。AD正确。
故选AD。
9. 如图甲所示，理想变压器原副线圈匝数比为，原线圈输入正弦式交流电压如图乙所示，副线圈电路中定值电阻，所有电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（ ）
A. 1s内电流方向改变50次
B. 副线圈电压的有效值为
C. 滑片P向上移动过程中，电流表的示数减小，电流表的示数减小
D. 当滑动变阻器接入电路的阻值为时，滑动变阻器的功率最大且为
【答案】CD
【解析】
【详解】A．交流电的周期，一个周期电流改变方向2次，1s内电流方向改变100次，故A错误；
B．原线圈输入正弦式交流电压的有效值为
根据
可求得副线圈电压的有效值为，故B错误；
C．滑片P向上移动过程中，副线圈电路中总电阻变大，电流表A2的示数减小，由
可知电流表A1的示数减小，故C正确；
D．滑动变阻器的功率为
可知当滑动变阻器接入电路的阻值为时，滑动变阻器的功率最大且为，故D正确。
故选CD。
10. 一倾角为的绝缘光滑斜面处在平行斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。质量为m、电荷量为的小球，以初速度从N点沿NM边水平射入磁场。已知斜面的高度为h且足够宽，小球始终未脱离斜面。下列说法正确的是（ ）
A. 小球在斜面上做匀加速曲线运动
B. 小球到达底边的时间为
C. 小球到达底边的动能为
D. 匀强磁场磁感应强度的取值范围为
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．对小球受力分析如图所示
在垂直斜面的方向上由平衡条件有
在沿着斜面的方向上由牛顿第二定律有
可得
由于小球抛出时速度方向与加速度方向垂直，且在小球运动过程中加速度恒定，因此小球在斜面上做匀加速曲线运动，故A正确；
B．小球在沿着斜面向下的方向上做初速度为零的匀加速直线运动，根据位移与时间的关系可得
解得
故B正确；
C．设小球达到底边时的速度为，根据动能定理有
可得小球到达底边时的动能
故C错误；
D．根据题意，小球在整个运动过程中未离开斜面，因此在垂直斜面的方向上始终受力平衡，即始终有
可得
当时
当时
由此可知
故D正确。
故选ABD。
第Ⅱ卷（非选择题 共54分）
二、实验探究题（本大题共2小题，计18分）
11. 某同学想应用楞次定律判断线圈缠绕方向，设计的实验装置原理图如图甲所示。选用的器材有：一个磁性很强的条形磁铁，两个发光二极管（电压在至5V都可发光且保证安全），一只多用电表，导线若干。操作步骤如下：
①用多用电表的欧姆挡测出二极管的正、负极;
②把二极管、线圈按如图甲所示电路用导线连接成实验电路;
③把条形磁铁插入线圈时，二极管B发光;拔出时，二极管A发光;
④根据楞次定律判断出线圈的缠绕方向。
请回答下列问题：
（1）线圈缠绕方向如图乙中的________（选填“A”或“B”）。
（2）条形磁铁运动越快，二极管发光的亮度就越大，这说明感应电动势随________（选填“磁通量”“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”）的增大而增大。
（3）为进一步研究，他又做了以下实验：磁体从靠近线圈的上方静止下落。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图像应该是下图中的________（填字母序号）
A. B.
C. D.
（4）实验结束后，该同学又对教材中断电自感实验做了如下改动。在两条支路上分别串联电流传感器，再按教材要求，断开电路并记录下两支路的电流情况如图所示，由图可知：
①断电瞬间，灯泡电流瞬间________。（选填“增大”“减小”或“不变”）
②断电瞬间，灯泡中电流与断开前方向________（选填“相同”或“相反”）
③在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将________。（选填“变长”“变短”或“不变”）
【答案】11. A 12. 磁通量的变化率
13. B 14. ①. 增大 ②. 相反 ③. 变短
【解析】
【小问1详解】
条形磁铁插入线圈时二极管B发光，说明回路中产生顺时针方向的感应电流，拔出时二极管A发光说明回路中产生逆时针方向的感应电流，而在条形磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量要增加，拔出线圈时线圈中的磁通量要减小，根据楞次定律结合安培定则可知，线圈的缠绕方向如图乙中的A，故选A。
【小问2详解】
条形磁铁从初始位置到完全插入，磁通量的变化量相同，磁体运动的越快，则穿过线圈的磁通量就变化的越快，二极管发光的亮度就越大，说明回路中产生的感应电流越大，线圈两端产生的感应电动势越大，因此该实验说明感应电动势随磁通量变化率的增大而增大。
【小问3详解】
磁体从线圈的上方静止下落，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向向下，当磁体离开线圈的过程，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知感应电流产生的磁场方向向上，所以磁体在进入和穿出线圈时感应电流方向相反，而当磁体完全进入线圈时磁通量不变，则不会产生感应电流，因此磁体加速运动，当靠近线圈底部时，磁通量的变化率大于刚进入线圈时磁通量的变化率，根据法拉第电磁感应定律可知到达底部时线圈中的感应电流相较于进入线圈过程中的更大。
故选B。
【小问4详解】
[1]由图可知，断电前通过灯泡和电感线圈的电流均恒定，且通过电感线圈的电流大于通过灯泡的电流，断电瞬间，线圈产生自感电动势阻碍其电流减小，而此时灯泡和自感线圈构成回路，从而使通过灯泡的电流瞬间增大。
[2]断电前通过灯泡的电流向右，断电瞬间通过自感线圈的电流方向不变，与灯泡构成回路后，通过灯泡的电流方向变为向左，即电流方向与断电前相反。
[3]在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，线圈的自感系数减小，对电流减小的阻碍能力减弱，因此可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将变短。
12. 体温监测是进行新冠排查的主要手段之一，某中学高三学生小明利用热敏电阻自制了一简易温度计，其内部电路装置如图甲，使用的器材有：直流电源（E=6.0V，内阻不计）、毫安表（量程未知）、电阻箱R（最大阻值999.9Ω）、热敏电阻一个、开关S一个、单刀双掷开关K一个、导线若干。
（1）为确定毫安表的量程和内阻，先把电阻箱的阻值调到最大，然后将开关K接至a端，闭合开关S，逐渐调节电阻箱，发现毫安表指针刚好偏转至满偏的处，电阻箱示数如图乙，则电阻箱阻值____Ω，将电阻箱调为290.0Ω时，毫安表刚好偏转至满偏的处，可得毫安表量程_____mA，内阻_____Ω。（结果均保留二位有效数字）
（2）将开关K接b端，该温度计开始工作，为得到温度与电流之间的关系，通过查阅资料，发现自己使用的热敏电阻为正温度系数热敏电阻（PTC），该电阻0℃时的阻值为R0，电阻随温度增加而线性增加，比例系数为k，请写出该简易温度计所测温度t与电流I之间关系式：t=______ （用E、k、R0、Rg等符号表示）。
（3）实际使用中，发现该温度计使用一段时间后，其所用电源会有一定程度老化。电动势E基本不变，内阻逐渐增大，则使用一段时间后该温度计所测温度会比实际温度_______（填“偏低”、“偏高”或“相同”）。
【答案】 ①. 590.0 ②. 30 ③. 10 ④. ⑤. 偏高
【解析】
【详解】（1）[1]根据图乙可读得电阻箱阻值
[2][3]根据电路原理可得
，
其中
解得
，
（2）[4]由题意可知，热敏电阻阻值与温度的关系为
而根据闭合电路的欧姆定律有
联立解得
（3）[5]该温度计是通过电流的大小来显示温度高低的，当电源老化后，内阻增大，从而导致电流减小，根据
可知，显示的温度将比真实温度值高，因此使用一段时间后该温度计所测温度会比实际温度偏高。
三、计算题（本大题共3小题，计36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13. 发电机输出电压为，先由原、副线圈匝数比为的升压变压器升压后输送到用户处，再用原、副线圈匝数比为的降压变压器降压后对100盏标有“220V，100W”的电灯供电，电灯均正常发光，变压器均为理想变压器。求：
（1）发电机的输出功率；
（2）导线上损耗的功率；
（3）请分析远距离输电为什么要采用高压输电。
【答案】（1）；（2）；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）用户功率
降压变压器副线圈电流
降压变压器输入电流
升压变压器输出电流
升压变压器输入电流
发电机的输出功率
（2）导线上损耗的功率
（3）输电损耗的功率
在输电功率P与输电导线R一定时，输电电压U2越大，输电损失的功率越小，由此可知，为减小输电功率损失，应采用高压输电。
14. 宇宙射线中含有大量的质子，为防止质子对宇航员的危害，某科研团队设计了如图甲所示的防护装置。图乙为其截面图，半径为R的圆柱形区域是宇航员防护区，在半径分别为R和2R的同心圆柱之间加有沿轴线方向的匀强磁场。已知质子沿各个方向运动的速率均为，电荷量为e，质量为m，不计质子间相互作用，。
（1）若质子垂直磁场正对圆柱轴线入射时无法进入防护区，求磁感应强度大小范围；
（2）在（1）问前提下，求质子在磁场中运动的最长时间；
（3）若垂直磁场入射的所有质子都无法进入防护区，求磁感应强度大小范围。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）俯视图为正对防护区圆心入射的质子，若恰好无法进入防护区，设带电粒子的轨迹半径为，粒子运动轨迹如图
由几何关系
可得
由洛伦兹力提供向心力可知
解得磁感应强度的大小
所以
（2）设带电粒子在磁场中的轨迹对应的圆心角为
由几何关系可得
解得
可得
质子在磁场中运动的时间
（3）为使所有速度为的粒子都不进入防护区，半径最大的粒子轨迹如图
则粒子的半径最大为
由洛伦兹力提供向心力可知
解得磁感应强度最小值
则磁感应强度的大小应该满足的条件为
15. 如图甲所示，平行光滑金属轨道ABC和置于水平面上，两轨道间距为，之间连接一定值电阻。为宽未知的矩形区域，区域内存在磁感应强度、竖直向上的匀强磁场。质量、电阻的导体棒以的初速度从进入磁场区域，当导体棒以的速度经过时，右侧宽度的矩形区域内开始加上如图乙所示的磁场，已知。求：
（1）导体棒刚进入磁场时，导体棒两端电势差的大小；
（2）的大小；
（3）整个运动过程中，导体棒上产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）导体棒刚进入匀强磁场时，切割磁感线产生的感应电动势为
导体棒两端的电压为
解得
（2）导体棒在磁场中运动时，取向右为正方向，由动量定理可得
其中
解得
（3）导体棒在磁场中运动的过程中，由能量守恒可得
导体棒上焦耳热
解得
磁场的持续时间是，假设此过程导体棒尚未进入磁场，此过程导体棒的位移为
因此假设成立，回路中产生的感生电动势大小为
感应电流大小为
导体棒上的焦耳热为
故导体棒在全过程产生的焦耳热为