湖南省株洲市第十三中学2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题

这是一份湖南省株洲市第十三中学2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题，共12页。
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2.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。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共6小题，每小题4分，共24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．如图，金属棒、放在水平导轨上，条形磁铁自由下落，在加速接近导轨时，金属棒、未滑动，下列说法错误的是（ ）
A．磁铁加速度小于g
B．金属棒受到向右的摩擦力
C．导轨对金属棒的支持力大于金属棒的重力
D．金属棒有c指向d的感应电流
2．图甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R=55Ω，A、V为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是
A．原、副线圈匝数比为2：1B．原线圈的电流为1A
C．原线圈的电压为220VD．原线圈中交变电压的频率为100Hz
3．关于自感系数下列说法正确的是
A．自感电动势越大，自感系数越大
B．自感系数L由线圈自身的性质决定，与线圈的长短、粗细、匝数、有无铁芯有关．
C．其它条件相同，线圈越细自感系数越大
D．其它条件相同，有铁芯的比没有铁芯的自感系数小
4．空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间均匀变化的磁场，其边界如图甲中虚线MN所示，一硬质细导线圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向垂直纸面向外，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。则在0～t2时间内（ ）
A．圆环中的感应电流方向先沿顺时针，再沿逆时针
B．圆环中的感应电流方向先沿逆时针，再沿顺时针
C．圆环所受安培力的方向先向左，再向右
D．圆环所受安培力的方向先向右，再向左
5．如图所示，两平行的粗糙金属导轨水平固定在匀强磁场中，磁感应强度为，导轨宽度为，一端与电源连接．一质量为的金属棒垂直于平行导轨放置并与导轨接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数为，在安培力的作用下，金属棒以速度向右匀速运动，通过改变磁感应强度的方向，可使流过金属棒的电流最小，此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为（ ）
A．B．C．D．
6．无线充电技术已经在新能源汽车等领域得到应用。如图所示，在地面下铺设供电的送电线圈，车上的受电线圈与蓄电池相连，不考虑线圈的自感，下列说法正确的是（ ）
A．当送电线圈接入图（a）所示的交流电时，因为电流大小不变，所以不能为电动汽车充电
B．当送电线圈接入图（b）所示的锯齿交流电，交流电电流增大时，受电线圈与送电线圈间的安培力为引力
C．当送电线圈接入图（c）所示的正弦交流电时，当、d间的电阻变大时，感应电流有效值变小
D．当送电线圈接入图（d）所示的余弦交流电时，受电线圈中电流的方向总与送电线圈电流方向相同
二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20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3分，有选错的得0分。
7．一段通电直导线，长度为l，电流为I，放在同一个匀强磁场中，导线和磁场的相对位置有如图所示的四种情况，通电导线所受到的安培力的大小情况将是（ ）
A．丙和丁的情况下，导线所受到的安培力都大于甲的情况
B．乙的情况下，导线不受力
C．乙、丁的情况下，导线所受安培力大小都相等
D．甲、丙、丁的情况下，导线所受安培力大小都相等
8．如图所示，先后以速度和匀速把一正方形线圈拉出有界的匀强磁场区域，，在先后两种情况下，下列说法正确的是（ ）
A．线圈中的感应电流之比
B．作用在线圈上的外力大小之比
C．线圈中产生的焦耳热之比
D．通过线圈某一截面的电荷量之比
9．如图甲所示，在光滑绝缘水平面内，两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与水平面垂直。边长为l的正方形单匝金属线框abcd位于水平面内，cd边与磁场边界平行。t=0时刻线框在水平外力F的作用下由静止开始做匀加速直线运动，回路中的感应电流大小与时间的关系如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．水平外力为恒力
B．匀强磁场的宽度为
C．从开始运动到ab离开磁场的时间为
D．线框穿出磁场过程中外力F做的功大于线框中产生的热量
10．现代科学仪器中常利用电、磁场控制带电粒子的运动。如图甲所示，纸面内存在上、下宽度均为d的匀强电场与匀强磁场，匀强电场竖直向下，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小为B。现有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）从电场的上边界的O点由静止释放，运动到磁场的下边界的P点时正好与下边界相切。若把电场下移至磁场所在区域，如图乙所示，重新让粒子从上边界M点由静止释放，经过一段时间粒子第一次到达最低点N，下列说法正确的是（ ）
A．匀强电场的场强大小为
B．粒子从O点运动到P点的时间
C．粒子经过N点时速度大小为
D．M、N两点的竖直距离为
三、非选择题：共56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其所遵循的物理规律。以下是实验探究过程的一部分。
（1）如图甲所示，当磁体的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生的感应电流的方向，必须知道电流从正（负）接线柱流入时， .
（2）如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏转，电路稳定后，若向左移动滑动变阻器滑片，则电流表指针向 偏转；若将线圈A抽出，则电流表指针向 偏转。（均填“左”或“右”）
12．如图所示，甲、乙两实验装置均可研究电磁感应现象。

（1）甲装置中，闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。则闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向左滑动过程中，灵敏电流计的指针将 （填“向左偏转”、“向右偏转”或“不偏转”）。
（2）图装置乙中，R为光敏电阻，其阻值随着光照强度的增加而减小。金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。当光照增强时，从左向右看，金属环A中电流方向为 （填“顺时针”或“逆时针”），并有 （填“收缩”或“扩张”）的趋势。
13．质量为m，带电量为q的带电粒子以速度v垂直于磁场的方向射入磁感应强度为B的匀强磁场中，则带电粒子在洛伦兹力的作用下，将做匀速圆周运动。那么，它做圆周运动的
（1）半径r为多大？
（2）周期T为多大？
14．随着科技的进步，手机不再是一种简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式电子设备。手机的许多功能是通过传感器来实现的。请查阅资料选择手机中使用的一种传感器，分析其工作原理及用途。
15．某款家用跑步机原理图如图所示，其水平底面固定有间距L = 1m的平行金属电极，电极间充满磁感应强度大小B = 0.5T、方向竖直向下的匀强磁场，且接有理想电压表和阻值为8Ω的定值电阻R，匀速运动的绝缘橡胶带上镀有电阻均为R1 = 2Ω的平行细金属条，金属条间距等于磁场宽度d且与电极接触良好。某人匀速跑步时，电压表的示数为1.6V。求：
（1）人匀速跑步的速度大小；
（2）人克服细金属条所受安培力做功的功率。
高二物理参考答案
1．B
【详解】A．当条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律可知感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，磁铁受到向上的磁场力作用，所以合力小于重力，磁铁的加速度一定小于g，A正确，不符合题意；
B．根据楞次定律可知感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，可知金属棒、将互相靠拢，金属棒有向右运动趋势，故受到向左的摩擦力，B错误，符合题意；
C．根据楞次定律可知感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，磁铁受到向上的磁场力作用，金属棒受到向下的作用力，故导轨对金属棒的支持力大于金属棒的重力，C正确，不符合题意；
D．根据楞次定律可知感应电流产生磁场方向与原磁场方向相反，金属棒电流从c指向d，D正确，不符合题意。
故选B。
2．B
【详解】AC.原线圈电压的有效值为220V，原、副线圈匝数比即为电压之比
故AC错误；
B.副线圈电流为
则原线圈电流为1A，故B正确；
D.由乙图可知，电流周期为，则频率为
故D错误。
故选B。
3．B
【详解】电感器的自感系数与线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯有关，当线圈的大小越大、圈数越多、有铁芯，自感系数越大，而与绕制线圈的导线粗细无关，与自感电动势的大小无关，故B正确，ACD错误。
故选B。
点睛：解决本题的关键知道电感器的自感系数与哪些因素有关．与线圈的大小、形状、圈数、有无铁芯有关．
4．D
【详解】AB．开始磁场垂直于纸面向外，磁感应强度减小，穿过圆环的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向；后来磁感应强度方向垂直于纸面向里，磁感应强度增大，穿过圆环的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向，即感应电流始终沿逆时针方向，故AB错误；
CD．磁感应强度先垂直于纸面向外，由左手定则可知，安培力向右，后来磁感应强度向里，由左手定则可知，安培力向左，故C错误，D正确。
故选D。
5．A
【详解】假设流过金属棒的电流最小时，安培力方向与竖直方向的夹角是，对金属棒受力分析，如图所示
根据平衡条件得
解得
而
即
故当时，可使流过金属棒的电流最小，此时磁感应强度的方向与竖直方向的夹角为30°，故选A。
6．C
【详解】A．当送电线圈接入图（a）所示的交流电时，即使电流大小不变，但每经过半个周期电流方向发生突变，也能使受电线圈中磁通量发生变化产生感应电流，从而也能为电动汽车充电，故A错误；
B．当送电线圈接入图（b）所示的锯齿交流电时，交流电电流增大时，受电线圈感应电流磁场的方向会阻碍其磁通量增大，此时受电线圈有远离送电线圈的趋势，受电线圈与送电线圈间的安培力为斥力。故B错误；
C．当送电线圈接入图（c）所示的正弦交流电时，受电线圈中产生的感应电动势成余弦规律变化，其有效值恒定，所以当、d间的电阻变大时，感应电流有效值变小。故C正确；
D．当送电线圈接入图（d）所示的余弦交流电时，受电线圈中电流的方向总是阻碍通过其磁通量变化，当送电线圈中电流增大时，受电线圈中电流方向一定与送电线圈中电流方向相反。故D错误。
故选C。
7．BD
【详解】由图像得甲、丙、丁三图中导线均与磁场垂直，乙图中导线与磁场平行，故甲、丙、丁、三种情况下，导线的安培力大小均为
乙情况下导线所受安培力为0。所以AC错误，BD正确。
故选BD。
8．BC
【详解】A．由感应电动势
E=BLv
可知电动势之比为1：2，电流之比为1：2，A错误；
B．由安培力公式
F=BIL
和受力平衡可得作用在线圈上的外力大小之比为1：2，B正确；
C．由焦耳热公式
可知线圈中产生的焦耳热之比为1：2，C正确；
D．电荷量
电荷量之比为1：1，D错误；
故选BC。
9．BD
【详解】A． 线框进入磁场的时候，要受到安培力的作用，电流是变化的，安培力也是变化的，因此外力F必然不是恒力，选项A错误；
B． 由图乙可知2t0～4t0时间内线框进入磁场，设线框匀加速直线运动的加速度为a，边框长为：
磁场的宽度为：
故
选项B正确；
C． 设t时刻线框穿出磁场，则有：
解得：
选项C错误；
D． 根据能量守恒可知，线框穿出磁场过程中外力F做的功增加了线框动能和产热，故线框穿出磁场过程中外力F做的功大于线框中产生的热量，选项D正确。
故选BD。
10．BC
【详解】
A．在甲图中，设粒子在磁场中的速率为v，半径为R，在电场中由动能定理，有
洛伦兹力充当向心力，有
由几何关系可得
综上可得
故A错误；
B．甲图中，粒子在电场中的运动时间为
在磁场中的运动时间为
粒子从O运动到P的时间为
故B正确；
CD．在乙图中，将粒子从M到N的过程中某时刻的速度分解为向右和向下的分量、，再把粒子受到的洛伦兹力分别沿水平方向和竖直方向分解，两个洛伦兹力分量分别为
设粒子在最低点N的速度大小为，MN的竖直距离为y。水平方向由动量定理可得
由动能定理可得
结合
解得
，
故C正确，D错误。
故选BC。
11． 电流表指针的偏转方向 右 左
【详解】（1）[1]要探究线圈中感应电流的方向，必须知道感应电流从正（负）接线柱流入时，电流表指针的偏转方向。
（2）[2][3]闭合开关时，线圈A产生磁场，线圈B中的磁通量增大，产生的感应电流使电流表指针向右偏转。当向左移动滑动变阻器滑片时，回路中电流增大，会使线圈A中的磁场增强，线圈B中的磁通量增大，产生的感应电流使电流表指针将向右偏转；当将线圈A抽出时，线圈B中的磁通量减小，产生的感应电流将使电流表指针向左偏转。
12． 向右偏转 逆时针 收缩
【详解】（1）[1]甲装置中，闭合开关瞬间，穿过B线圈的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏转，闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向左滑动过程中，A线圈的电流减小，穿过B线圈的磁通量减小，可知灵敏电流计的指针向右偏转;
（2）[2] [3]光照增强时，光敏电阻阻值减小，通过螺线管的电流增大，穿过金属环A的磁通量增大，根据楞次定理和右手螺旋定则可知从左向右看，金属环A中电流方向为逆时针，并有收缩的趋势。
13．（1）；（2）
【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有
解得
（2）周期
14．见解析
【详解】重力传感器体现在手机横竖屏智能切换、拍照照片朝向、重力感应类游戏(如滚钢珠)。原理：利用压电效应实现，传感器内部一块重物和压电片整合在一起，通过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平方向。
15．（1）4m/s；（2）0.4W
【详解】（1）由题知单根细金属条电阻为，匀速跑步时，始终只有一根细金属条在切割磁感线，其产生的电动势为
电压表测量R两端电压，由题知其示数为1.6V，即
解得
（2）通过电阻R的电流为
则人克服细金属条所受安培力做功的功率为