[物理]江苏省连云港市东海县2023-2024学年高二下学期期中考试试题(解析版)

这是一份[物理]江苏省连云港市东海县2023-2024学年高二下学期期中考试试题(解析版)，共21页。试卷主要包含了 获得高能粒子要用到回旋加速器等内容，欢迎下载使用。
注意事项：
1.本卷满分100分，考试时间为75分钟；
2.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置；
3.回答选择题时，选出每小题答案后，用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，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
一、单项选择题：共11题，每题4分，共44分。每题只有一个选项最符合题意。
1. 2024年3月24日，中国气象局发布大地磁暴预警。当太阳风引发地磁风暴时，南北极的极光会变得异常强烈。与极光现象形成可能有关的是（ ）
A. 变压器B. 地磁场
C. 自感现象D. 开放电路
【答案】B
【解析】极光的形成是由于射向地面的宇宙粒子在洛伦兹力的作用下向两极偏转形成的，与地磁场有关。
故选B。
2. 1888年，赫兹实验成功证实了麦克斯韦关于电磁波理论预言的正确性。关于电磁波的相关内容，下列说法正确的是（ ）
A. 振荡器在发射电磁波中的作用是产生很高频率的电磁振荡
B. 在工业上探测金属构件内部的缺陷，只能利用X射线而不能利用γ射线
C. 雷达在军事上可以准确确定物体的位置，利用的是电磁波能明显衍射的原理
D. 太阳光中有许多红外线，人体接受适量红外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康状况
【答案】A
【解析】A．振荡器在发射电磁波中的作用是产生很高频率的电磁振荡，故A正确；
B．γ射线是比X射线波长更短的电磁波，其穿透能力比X射线更强，所以工业上常用γ射线来进行探伤，故B错误；
C．雷达在军事上可以准确确定物体的位置，利用的是电磁波的反射来侦测目标的，故C错误；
D．紫外线是一种波长比紫光更短的电磁波，人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，改善身体健康状况，故D错误。
故选A。
3. 特高压电网的建设意义重大。其一可以大大减小远距离输电线上的功率损耗P，下列说法正确的是（ ）
A. 由P=，应降低输电电压，增大导线电阻
B. 特高压改变了交流电的频率，从而降低了功率损耗
C. 由P=I2R，应减小输电导线电阻或减小输电电流
D. 因为输电线路中应用了理想变压器，所以输电时不用考虑电压和电流大小
【答案】C
【解析】A．输电线上损耗的功率，U损与输电电压不同．故A错误；
B．改变交流电频率不会降低功率损耗，故B错误；
C．由P=I2R，可减小导线电阻，或减小输电电流可降低远距离输电线上的功率损耗P，故C正确；
D．实际生活中变压器并非理想变压器，输电时应采用高压输电，故D错误。
4. 如图所示，将圆柱形强磁铁吸在干电池负极，金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框，使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定，这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来。下列判断中正确的是（ ）
A. 俯视观察，线框沿逆时针方向旋转
B. 线框能旋转起来，是因为电磁感应
C. 电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率
D. 旋转达到稳定时，线框中电流比刚开始转动时的大
【答案】A
【解析】AB．由题图可知，圆柱形磁铁产生的磁场为从下端的N极出发，回到磁铁上端的S极；金属导线内的电流方向为从电源的正极流向负极。分析右侧导线框，该线框电流方向为顺时针方向，该区域磁场方向为逆时针方向，画出示意图并根据左手定则可以判断导线框受到垂直于纸面向里的安培力，同理可以判断左侧导线框受到垂直于纸面向外的安培力，故线框能够在安培力的作用下沿逆时针方向旋转，而并不是因为电磁感应，故B错误，A正确。
CD．电池输出的电能转化为线框旋转的机械能以及导线发热两部分，由能量守恒定律知，电池输出的电能大于线框旋转的机械能，再由可知电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率。随着线框由静止开始转动，安培力对外做功消耗电能，当旋转达到稳定时，相当于在电路中串联一个发动机，总等效电阻大于线框自身的电阻，而线框刚开始转动时总电阻即为线框自身的电阻，电池电动势不变，由欧姆定律知此时线框中电流比刚开始转动时的小，故CD错误。
故选A。
5. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，水平绝缘地面上放置一个闭合铝线圈，磁铁在线圈圆心的正上方，将磁铁竖直向上移动压缩弹簧，然后由静止释放磁铁，在磁铁第一次向下运动过程中（磁铁未接触地面），下列说法正确的是（ ）
A. 俯视看，线圈中产生顺时针方向的电流
B. 磁铁速度最大时，弹簧的弹力小于磁铁的重力
C. 磁铁运动到最低点时，线圈对地面的压力大于线圈的重力
D. 如果仅将线圈的材料由铝换成铜，其他条件不变，磁铁由同一高度向下运动，磁铁运动的最低点相同
【答案】B
【解析】A．当磁铁靠近闭合铝线圈时，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈中感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，根据右手螺旋定则可知，感应电流的方向为逆时针方向，故A错误；
B．当磁铁速度最大时，磁铁的加速度为零，合力为零，磁铁在运动过程中受到重力，弹簧弹力和竖直向上的磁场力，即此三力合力为零，则
所以弹簧的弹力小于磁铁的重力，故B正确；
C．磁铁运动到最低点时，线圈中的感应电流为零，磁铁对线圈没有作用力，线圈对地面的压力等于线圈的重力大小，故C错误；
D．由于铜的电阻率比铝的小，所以相同的磁通量变化率时，铜线圈中感应电流更大，磁铁所受线圈的磁场力更大，克服该力做功更多，所以最低点不相同，故D错误。
故选B。
6. 图甲为LC振荡电路，通过P点的电流如图乙，P点电流向左为正，下列说法正确的是（ ）
A. 0~t1电容器上极板带正电
B. t1~t2电容器处于充电过程
C. 在t3时刻，线圈中的磁场能最小
D. 增大电容器两板间距，振荡电流的周期将增大
【答案】C
【解析】A．由图乙可知，0~t1电流逐渐减小，磁场能逐渐减小，电场能逐渐增大，则电容器处于充电过程，且电流方向为正，即电流方向从上极板流向下极板，则上极板带负电，故A错误；
B．由图乙可知，t1~t2电流逐渐增大，磁场能逐渐增大，电场能逐渐减小，则电容器处于放电过程，故B错误；
C．由图乙可知，在t3时刻，电流最小，线圈中的磁场能最小，故C正确；
D．根据
可知增大电容器两板间距，电容减小，振荡电流的周期将减小，故D错误。
故选C。
7. 获得高能粒子要用到回旋加速器。某一回旋加速器的示意图如图所示，两个D形金属盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速。两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，电场的加速电压为U，带电粒子（不计重力）在D型盒中心附近由静止释放，忽略带电粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应。下列方法中正确的是（ ）
A. 同样的装置数据不变，既可以加速氕核也可以加速氘核
B. 为了增大粒子射出时的动能，通过仅增大加速电压来实现
C. 仅增大D形金属盒的半径，可以实现粒子射出时的速率增大
D. 仅增大加速电压U，并不能改变粒子在D型盒中运动的时间
【答案】C
【解析】A．周期性变化的电场的周期等于粒子在磁场中运动的周期，则有
由于氕核和氘核的比荷不相等，则周期不相等，所以同样的装置数据不变，不可以既加速氕核也加速氘核，故A错误；
BC．当粒子在磁场中的运动半径等于D形盒半径时，粒子的速度最大，动能最大，则有
解得
最大动能为
可知射出加速器时的动能与加速电压无关，仅增大D形金属盒的半径，可以实现粒子射出时的速率增大，故B错误，C正确；
D．根据动能定理可得
仅增大加速电压U，粒子在磁场中转动的圈数减少，而粒子的周期不变，所以粒子在D型盒中运动的时间减少，故D错误。
8. 如图所示，质谱仪的容器A中有质量分别为和的两种同位素离子，它们从静止开始先经电压为的电场加速，然后垂直射入磁感应强度为的匀强磁场中，最后打在照相底片上。由于实际加速电压的大小在范围内有微小变化，这两种离子在底片上可能发生重叠，不计离子重力。下列说法正确的是（ ）
A 两种粒子均带负电
B. 打在处的粒子质量较大
C. 若一定，越大越容易发生重叠
D. 若一定，越大越容易发生重叠
【答案】D
【解析】A．根据左手定则及图中带电粒子的偏转方向可知，两种粒子均带正电，故A错误；
B．粒子经过加速电场加速时，有
进入电场后有
联立解得
即质量小的粒子半径也较小，打在M处的粒子质量较小，故B错误；
CD．假设的质量大，则的最大半径为
的最小半径为
两种粒子的轨迹不发生重叠，则有
解得
当U一定时，越大，越不容易满足上式，越容易发生重叠；当一定时，U越小，越不容易满足上式，越容易发生重叠，故D正确，C错误。
9. 如图所示是磁流体发电机的原理示意图，水平两金属板a、b正对平行放置，且板面垂直于纸面，在两极板之间接有电阻R（其余电阻不计），在极板间有垂直于纸面向外的匀强磁场。当等离子束（分别带有等量正、负电荷的离子束）从左向右以恒定速率进入极板时，下列说法中正确的是（ ）
A. 电阻R中有由M向N方向的电流
B. 金属板b的电势高于金属板a的电势
C. 仅增大等离子浓度，电阻R上电流增大
D. 仅增大两金属板正对面积，电阻R上电流增大
【答案】B
【解析】AB．等离子体进入磁场，根据左手定则，正电荷向下偏，打在下极板上，负电荷向上偏，打在上极板上。所以下极板带正电，上极板带负电，则金属板b的电势高于金属板a的电势，流过电阻电流方向由N向M，A错误，B正确；
CD．当磁流体发电机稳定工作时，进入磁场的粒子受力平衡
求得
根据
可得
CD错误。
10. 如图所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，R1、R2、R4均为定值电阻，R3是可变电阻，V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2、和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3.现保持U1不变，增大R3，则下列推断中正确的是（ ）
A. I1增大，I2减小
B. U2减小、I3变大
C. 变压器的输入功率增大
D. 电阻R1上电压变化量的绝对值等于R3上电压变化量的绝对值
【答案】D
【解析】ABC．理想变压器的电压与匝数成正比，由于理想变压器原线圈的电压不变，则副线圈电压不变，所以V2的示数U2也不变；当增大R3，并联电路的电阻变大，副线圈的电阻也就变大，由于副线圈电压不变，所以副线圈的总电流减小，即I2变小；由于电流与匝数成反比，即，则原线圈的电流也就要减小，所以I1变小；根据可知，变压器的输出功率减小，变压器的输入功率减小，故ABC错误；
D．根据串联电路电压规律可知
U2不变，则电阻R1上电压变化量的绝对值等于R3上电压变化量的绝对值，故D正确；
故选D。
11. 做过“跳楼机”的游客感觉很刺激，“跳楼机”的电磁式制动原理如图乙所示。“跳楼机”主干柱体上交替分布着方向相反、大小相等的匀强磁场（竖直面内），每块磁场区域的宽度均为1m，高度均相同，磁感应强度的大小均为0.5T，中间座椅后方固定着100匝矩形线圈（竖直面内），线圈的宽度略大于磁场的宽度，高度与每块磁场区域高度相同，总电阻为10Ω。若某次“跳楼机”失去其他保护，由静止从高处突然失控下落（下述问题假设高度足够高），乘客与设备的总质量为1000kg，重力加速度g取10m/s2，忽略摩擦阻力和空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A. “跳楼机”做自由落体运动
B. “跳楼机”的最大速度为10m/s
C. “跳楼机”速度最大时，线圈中发热功率是1.25×104W
D. 当“跳楼机”的速度为2m/s时，“跳楼机”的加速度大小是2m/s2
【答案】B
【解析】A．线圈运动过程中，还受安培力作用，不是自由落体运动，故A错误；
BD．跳楼机由静止下落后受安培力与重力，有
由法拉第电磁感应定律与欧姆定律有
可得
随着速度的增加，加速度减小，当加速度为0时，速度达到最大值，以后跳楼机做匀速运动，当跳楼机速度最大时，安培力与重力平衡有
解得
m/s
当“跳楼机”的速度为2m/s时，“跳楼机”的加速度大小是
m/s2
故B正确，D错误；
C．当跳楼机速度最大时，根据
解得
A
线圈的发热功率为
W
故C错误；
故选B。
二、非选择题：共5题，共56分。其中第13~16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。
12. 某学习小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。
（1）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是___________；
A. 控制变量法B. 等效替代法
C. 整体隔离法D. 微元求和法
（2）学习小组中小明先将图1中的零件组装成图2中的变压器，再将原线圈接在交流电源上，之后再将副线圈接在电压传感器（可视为理想电压表）上，观察到副线圈输出电压U2随时间t变化的图像如图3所示，在保证安全的前提下，小明可能在t1~t2时间内进行的操作是___________；

A. 减少了原线圈的匝数
B. 拔掉了变压器铁芯Q
C. 减小了交流电源的频率
D. 增大了原线圈的输入电压
（3）学习小组中的小华在实验过程中，选择不同的变压器的原、副线圈匝数，利用电压传感器测量相应电压（N1、N2上电压分别为U1、U2），记录如图4所示，由数据可知N1一定是___________线圈的匝数（填“原”或“副”）；
（4）学习小组中的小文在实验室中找到了一只标有“220V/11V”的变压器，如图5所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、b引线比c、d引线粗。在没有相应的说明书情况下，他应该把引线___________接交流“220 V”（选填“a、b”或“c、d”）；
（5）学习小组中的小雨拆开一理想变压器后，如图6所示，把一个定值电阻R0与变压器的原线圈连接，把一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为n1、n2.在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，调节可变电阻R的过程中，当=___________时，R获得的功率最大。
【答案】（1）A （2）B （3）原 （4）c、d （5）
【解析】（1）根据实验原理可知，实验中需要运用的科学方法是控制变量法；
故选A。
（2）AD．由图知，t1时刻前的电压值大于t2时刻后的电压值，而周期不变，根据减少了原线圈的匝数，副线圈输出电压U2增大，若增大了原线圈的输入电压，副线圈输出电压U2增大，故AD错误；
B．拔掉了变压器铁芯Q，副线圈磁通量减小，则输出电压U2减小，故B正确；
C．只减小交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故C错误；
故选B。
（3）根据变压器电压与线圈匝数之比可知
结合变压器中存在漏磁现象可知，N1一定是原线圈的匝数。
（4）理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈，他应该把引线c、d接交流“220 V”；
（5）把变压器和R等效为一个电阻R1，R0当做电源内阻，当内、外电阻相等时，即
R1= R0
此时输出功率最大，根据
得
将公式
代入上式，可得
从而得出
此时R获得的功率最大。
13. 某高速公路自动测速装置如图甲所示，雷达向汽车驶来方向发射脉冲电磁波，相邻两次发射时间间隔为t。当雷达向汽车发射电磁波时，在显示屏上呈现出一个尖形波；在接收到反射回来的无线电波时，在显示屏上呈现出第二个尖形波。显示屏如图乙所示，请根据图中t1、t、t2的意义结合光速c，解决如下问题：
（1）第一次接收脉冲时汽车距雷达的距离；
（2）由题中给的量求出汽车车速的表达式。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）由图可知第一次接收脉冲时汽车距雷达的距离为
（2）第二次测量时汽车距雷达距离
两次发射时间间隔为t（，可忽略），则汽车车速
14. 如图所示，面积为0.04m2，内阻不计的100匝矩形线圈ABCD，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，转速为50r/s，匀强磁场的磁感应强度为。矩形线圈通过滑环与100Ω电阻R相连。
（1）当线圈平面与磁场方向平行时开始计时，写出线圈中感应电动势的表达式；
（2）求电阻R上消耗的功率。
【答案】（1）；（2）1600W
【解析】（1）线圈中感应电动势的最大值
又
解得
瞬时值表达式
（2）电动势有效值
电阻R上消耗的功率
15. 如图甲所示，固定光滑平行金属导轨CD、EF间距1m，电阻均不计且足够长的，其下端接有阻值2Ω的电阻R，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°，整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。一质量0.2kg、阻值1Ω的金属棒垂直导轨放置并用绝缘细线通过光滑的定滑轮与质量0.8kg的重物相连，左端细线连接金属棒的中点且沿CD方向。金属棒由静止释放后，在重物M的作用下，沿CD向上的位移x与时间t之间的关系如图乙所示，其中ab为直线。已知在0~0.9s内通过金属棒的电荷量是0.9~1.2s内通过金属棒的电荷量的2倍，重力加速度取10m/s2，金属棒与导轨始终接触良好，求：
（1）0~0.9s内金属棒运动的位移大小；
（2）磁感应强度的大小；
（3）0~1.2s内电阻R上产生的热量（结果保留一位小数）。
【答案】（1）0.6m；（2）T；（3）3.9J
【解析】（1）通过金属棒的电荷量
平均感应电流
回路中平均感应电动势
联立，解得
0~0.9s内通过金属棒电荷量
0.9~1.2s内通过金属板的电荷量
由图乙读出1.2s时刻金属棒的位移大小，又
联立，解得
（2）由图乙知金属棒在0.9~1.2s内做匀速直线运动，速度大小为1m/s，0.9s后金属棒受力平衡，有
根据闭合电路欧姆定律
解得
（3）在0~1.2s内，对整个系统，根据能量守恒定律得
解得
电阻R上产生的热量
代入数据解得
16. “电子光学”是利用电场和磁场改变电荷运动的路径，与光的传播、平移等效果相似。如图所示，在xOy坐标平面上，第一象限内存在着强度为E、方向沿y轴负方向的匀强电场。第三、四象限存在着向外、第二象限向里的匀强磁场，磁感应强度大小均相等。在坐标点A（0，）处有一质量为m、电荷量为e的正电子，以初速度v0=沿着x轴正方向射入匀强电场，该正电子在运动过程中恰好不再返回电场，忽略正电子的重力。求：
（1）正电子第一次经过x轴的坐标；
（2）正电子在第四象限内运动的时间；
（3）现将板长为L的下表面涂荧光粉的薄板水平放置在x轴上，板中心点横坐标x0=-4L，仅将第二象限的磁感应强度增大，求使得薄板的下表面会出现荧光点的磁感应强度范围。
【答案】（1）（L，0）；（2）；（3）
【解析】（1）正电子在电场中做类平抛运动，则
解得
正电子第一次经过x轴的坐标为（L，0）。
（2）设正电子进入第四象限时的速度方向和水平方向呈角，则有
速度为
解得
，
根据几何关系可知
根据洛伦兹力提供向心力有
正电子运动周期为
正电子在第四象限内运动的时间为
解得
（3）第一次击中上表面右端时，如图
由几何关系得
解得
②第一次击中上表面左端时，如图所示
由几何关系得
解得
③第二次击中上表面右端时，同理由几何关系得
可知，此时无解，所以磁感应强度范围为