[物理]黑龙江省齐齐哈尔市铁锋区2023-2024学年高二下学期4月期中试题(解析版)

这是一份[物理]黑龙江省齐齐哈尔市铁锋区2023-2024学年高二下学期4月期中试题(解析版)，共19页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
1. 如图所示，一导线弯成半径为R的半圆形闭合回路。虚线MA右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面。回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直。从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是（ ）
A. 感应电流方向始终沿直径由C到D
B. CD段直导线始终不受安培力
C. 感应电动势最大值
D. 感应电动势平均值
【答案】C
【解析】A．闭合回路进入磁场的过程中，磁通量一直在变大，由楞次定律可知，感应电流方向始终沿直径由D到C，故A错误；
B．从D 点到达边界开始到C 点进入磁场为止，闭合回路磁通量一直在变大，故回路中始终存在感应电流，CD 段与磁场方向垂直，所以CD 段直线始终受安培力，故B错误；
C．从D 点到达边界开始到C 点进入磁场的过程可以理解为部分电路切割磁感线的运动，在切割的过程中，切割的有效长度先增大后减小，最大有效长度等于半圆的半径，即最大感应电动势为
故C正确；
D．根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势的平均值为
故D错误。
2. 如图所示，螺线管匝数n=1000匝，横截面积S=20cm2，螺线管导线电阻r=1Ω，电阻R=3Ω，管内磁场的磁感应强度B的B-t图象如图所示（以向右为正方向），下列说法错误的是（ ）
A. 通过电阻R的电流方向是从C到A
B. 电阻R两端的电压为4V
C. 感应电流的大小为1A
D. 0-2s内通过R的电荷量为2C
【答案】B
【解析】A．由楞次定律可以判断出螺线管中电流方向从右向左，那么通过电阻R的电流方向是从C到A，故A正确，不符合题意；
C．根据法拉第电磁感应定律有
代入数据解得
E=1000×2×20×10-4V=4V
由闭合电路欧姆定律得
所以感应电流的大小是恒定的，故C正确，不符合题意；
B．电阻R两端的电压为
U=IR=1×3V=3V
故B错误，符合题意；
D．0-2s内通过R的电荷量为
q=It=2C
故D正确，不符合题意。
故选B。
3. 如图甲所示，a、b位于两个等量异种电荷的连线的中垂线上，且a、b到两电荷连线的中点O的距离相等；如图乙所示，两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点，c、d位于MN的连线的中垂线上，且c、d到MN连线的中点的距离相等，两导线中通有等大反向的恒定电流，下列说法正确的是（ ）
A. O点处的电场强度为零
B. 点处的磁感应强度为零
C. a、b处的电场强度大小相等，方向相反
D. c、d处的磁感应强度大小相等，方向相同
【答案】D
【解析】A．正、负电荷在O点处的电场强度方向均水平向右，根据场强叠加可知，O点电场强度不为零，故A错误。
C．根据等量异种电荷中垂线电场分布特点，结合对称性可知，a、b处的电场强度大小相等，方向相同，均水平向右，故C错误；
BD．根据安培定则以及磁场叠加可知，c、d处的磁感应强度大小相等，方向均沿cd向下，点处的磁感应强度不为零，也沿cd向下，故B错误，D正确。
4. 如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为q（q>0）的带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转60°；若射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转90°.不计重力，则为（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】根据题意，粒子两次射入磁场的运动轨迹如图所示
设磁场的圆形区域半径为r，由几何关系可知，两次轨迹圆的半径分别为
由洛伦兹力提供向心力可知
则粒子的速度
则粒子两次的入射速度之比为
解得
5. 质量为m、电荷量大小为q的微粒以速度v与水平方向成角从O点进入方向如图所示的混合场区，此区域有正交的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向左，磁场沿水平方向垂直纸面向外。该微粒在静电力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，且OA之间距离为L，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 该微粒可能带正电，也可能带负电
B. 该磁场的磁感应强度大小为
C. 微粒从O到A的运动是匀变速直线运动
D. 该微粒的电势能增加了
【答案】B
【解析】AC．微粒如果做匀变速运动，重力和静电力不变，而洛伦兹力随速度变化而变化，微粒不能沿直线运动，故微粒做匀速直线运动；若微粒带正电，静电力向左，洛伦兹力垂直于线斜向右下方，则静电力、洛伦兹力和重力不能平衡，故微粒只能带负电，故AC错误；
B．微粒受力如图所示
由平衡条件得
解得
故B正确；
D．洛伦兹力不做功，从O到A静电力对微粒做正功，重力做负功，匀速运动动能不变，故该微粒的电势能减少量等于重力势能的增加量为，故D错误。
6. 如图所示为宽度为3L的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。磁场左侧有一个边长为L的正方形导体线框，其总电阻为R，线框所在平面与磁场方向垂直。线框以速度v向右匀速穿过磁场区域，以线框cd边刚进入磁场的时刻为计时起点，规定电流沿逆时针方向为正，安培力F向左为正。则以下关于线框中的感应电流I、ab两点间的电势差、安培力F和线框的发热功率P随时间变化的图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】根据题意，线框进入磁场的过程，根据楞次定律可判断电流沿逆时针方向，为正，由法拉第电磁感应定律和闭合回路欧姆定律有
ab两点间的电势差
（a点电势高）
cd边受到的安培力大小为
方向向左，线框的发热功率
线框全部进入磁场后，没有感应电流，所以线框不受安培力的作用，线框的发热功率为零，ab两点间的电势差
（a点电势高）
线框离开磁场的过程，电流沿顺时针方向，
电流大小为
线框受安培力大小为
方向向左，ab两点间的电势差
（a点电势高）
线框的发热功率
综上所述可知
A．时间内，电流为，时间内，电流为0，时间内，电流为，故A错误；
B．时间内，ab两点间的电势差，时间内，ab两点间的电势差，时间内，ab两点间的电势差，故B错误；
C．时间内，cd边受到的安培力，时间内，cd边受到的安培力0，时间内，cd边受到的安培力，故C正确；
D．时间内，线框发热功率，时间内，线框的发热功率0，时间内，线框的发热功率，故D错误。
故选C。
7. 如图所示，一个质量为、电荷量为的圆环，套在水平放置的足够长的粗糙细杆上，细杆处在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，当圆环以初速度向右运动时，圆环最终将匀速运动，则（ ）
A. 圆环做加速度逐渐变大的减速运动
B. 圆环受到杆的弹力方向先向下后向上
C. 圆环从初速度至匀速运动的过程中，摩擦力做的功为
D. 圆环从初速度至匀速运动的过程中，摩擦力的冲量大小为
【答案】D
【解析】B．圆环最终做匀速直线运动，故最终洛伦兹力与重力等大反向，即弹力为零。由左手定则可知，一开始圆环所受洛伦兹力的方向竖直向上，匀速时仍然竖直向上，故而洛伦兹力一开始大于重力，弹力方向竖直向下，有
又因为摩擦力与相对运动方向相反，物体加速度方向沿杆往左，故物体做减速运动。故在减速过程中，弹力逐渐减小到零，故弹力方向未发生改变，故B错误；
A．在减速阶段，圆环所受摩擦力为
加速度为
故随着速度的减小，加速度逐渐减小，物体做加速度减小的减速运动，故A错误；
C．当匀速时，洛伦兹力与重力等大反向
解得
在减速过程中只有摩擦力做负功，故有
故C错误；
D．在减速过程中，摩擦力始终等于合外力，故有
又因为圆环做减速运动，末速度小于初速度，故摩擦力冲量的大小为。故D正确。
故选D。
二、多选题
8. 如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环，其圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。现把线圈水平向右平移，条形磁铁始终保持静止。则移动线圈的过程中，从上方俯视，下列说法正确的是（ ）
A. 圆环有缩小的趋势
B. 圆环有扩张的趋势
C. 圆环中产生顺时针方向的感应电流
D. 圆环中产生逆时针方向的感应电流
【答案】BD
【解析】AB．由图可知，当圆环水平向右平移时，穿过圆环的磁场的磁感应强度减小，因此穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可知，为了阻碍磁通量的减小，圆环做出的反应是面积有扩张的趋势，故A错误，B正确；
CD．由图可知，圆环内磁通量向上，当圆环水平向右平移时，因此穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可知，圆环中感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知圆环中感应电流的方向为逆时针，故C错误，D正确。
故选BD。
9. 1831年10月28日，法拉第展示了人类历史上第一台发电机—法拉第圆盘发电机，其原理如图所示，水平向右的匀强磁场垂直于盘面，圆盘绕水平轴C以角速度ω匀速转动，铜片D与圆盘的边缘接触，圆盘、导线和阻值为R的定值电阻组成闭合回路。已知圆盘半径为L，圆盘接入CD间的电阻为，其他电阻均可忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A. 回路中的电流方向为b→a
B. C、D两端的电势差为
C. 定值电阻的功率为
D. 圆盘转一圈的过程中，回路中的焦耳热为
【答案】AD
【解析】A．由右手定则可知，回路中的电流方向为b→a，故A正确；
B．根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势
由于C端电势低于D端电势，则有
故B错误；
C．回路中的感应电流
则定值电阻的功率
故C错误；
D．圆盘转动一周的时间
转动一周回路中产生焦耳热
故D正确。
10. 在水平面上半径为的圆上等间距放置三个等量点电荷，固定在点，分别固定在和点，俯视图如图所示，是半径为的圆的三条直径，为圆心。以下说法正确的是（ ）
A. 点的电势高于点的电势
B. 点的电场强度大小为
C. 在点的电势能等于在点的电势能
D. 沿移动电场力先做正功后做负功
【答案】AD
【解析】A．电势是标量，点的电势
点的电势
点的电势高于点的电势，故A正确；
B．激发的电场在O点的电场强度
方向由O指向C，两个激发的电场在O点的电场强度的合场强方向由O指向C，大小为
则点的电场强度大小为
故B错误；
C．根据离正电荷越近（负电荷越远）电势越高可知，点的电势不等于点的电势，在点的电势能不等于在点的电势能，故C错误；
D．根据离正电荷越近（负电荷越远）电势越高可知，a点的电势高于点的电势，点的电势高于点的电势，沿移动电场力先做正功后做负功，故D正确。
三、实验题
11. 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流向的关系时，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，将磁铁S极向下插入线圈时，电流计指针指示位置如甲图中a所示，则与线圈C接线柱连接的是___________（选填“A”或“B”）接线柱。
（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b所示，则磁铁的P端是___________极。（选填“N”或“S”）
（3）将试验中的螺线管连接成图丁电路，R为光敏电阻，轻质金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴（A线圈平面与螺线管线圈平面平行），并位于螺线管左侧。当光照增强时，从左向右看，金属环A中电流方向为___________（选填“顺时针”或“逆时针”），金属环A将___________（选填“向左”或“向右”）运动。
【答案】（1）B （2）S （3）逆时针 向左
【解析】（1）[1]由题意知当电流从B接线柱流入电流计时，指针往右偏转；当电流从A接线柱流入电流计时，指针往左偏转。将磁铁S极向下插入线圈时，线圈中向上的磁通量增加，由楞次定律可知线圈中的感应电流方向从C流向D，即线圈作为电源，D为正极，C为负极，因为电流计指针向左偏转，即电流从A接线柱流入电流计，所以A接正极D，B接C。
（2）[2]由题意知电流从B接线柱流入电流计，说明F为线圈的正极，线圈中的感应电流从E流向F，此时线圈中的磁通量再减小，根据楞次定律可知原磁通量方向向下，可知Q为N极，P为S极。
（3）[3] [4] 光照增强时，电阻R减小，电流增大，产生的磁场变强，通过A的磁通量增大，且通过A的原磁通量方向向右，所以根据楞次定律可知从左向右看，金属环A中电流方向为逆时针方向，由来拒去留可知金属环A将向左运动。
12. 一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V（量程为，内阻很大），电流表A（量程为，内阻为），电源E（电动势约为，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选或），定值电阻（阻值可选或），开关S，导线若干。
（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图________；
（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为______（填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为______（填“”或“”）的定值电阻；
（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为______V，流过的电流为_____，此组数据得到的的阻值为______（保留3位有效数字）。
【答案】（1） （1） （1）
【解析】（1）[1]电流表内阻已知，电流表与并联扩大电流表量程，进而准确测量通过的电流，电压表单独测量的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从开始测量，满足题中通过的电流从连续可调，电路图如下
（2）[2]电路中应选最大阻值为的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；
[3]通过的电流最大为，需要将电流表量程扩大为原来的倍，根据并联分流的规律示意图如下
根据并联分流，即并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知
解得
（3）[4]电压表每小格表示，向后估读一位，即；
[5]电流表每小格表示，本位估读，即，电流表量程扩大倍，所以通过的电流为；
[6]根据欧姆定律可知
四、解答题
13. 如图甲所示，一个圆形线圈的匝数，线圈面积，线圈的电阻，在线圈外接一个阻值的电阻。把线圈放入一个方向垂直线圈平面向里的圆形匀强磁场中，磁场的大小和线圈完全重合，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示，求：
（1）时电阻R上的电流大小和方向；
（2）若把圆形磁场半径缩小为原来的一半，求4~6s内通过电阻R的电荷量。
【答案】（1），从到；（2）
【解析】（1）时，线圈内产生的感应电动势大小为
感应电流的大小为
由楞次定律可知，电阻上感应电流的方向为从到；
（2）把磁场半径缩小为原来的一半，面积
内产生的平均感应电动势为
产生的平均感应电流为
内通过电荷量为
14. 如图所示，足够长的平面感光板ab与虚线平行，两平行线间的距离为l。ab与虚线间存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，虚线上有一个点状的放射源S，它可以向各个方向发射质量为m、电荷量为q的同种带电粒子。若粒子以速率v（未知）沿与虚线成角的方向射入磁场，粒子做匀速圆周运动，经时间t（未知）后恰能垂直打到感光板ab上；若粒子均以的速率沿纸面不同方向射入磁场，仅考虑能打到感光板ab上的粒子，感光板ab被粒子打中的长度为x（未知）。不计粒子的重力，，，求：
（1）粒子射入磁场的速率v；
（2）粒子在磁场中运动的时间t；
（3）感光板ab被粒子打中的长度x。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）粒子恰能垂直打到感光板ab上，所以速度偏转角为53°，由几何关系有
洛伦兹力提供向心力，有
解得
（2）粒子运动周期
粒子运动的时间
（3）粒子以的速率沿纸面不同方向射入磁场，则做圆周运动半径
如图所示
当粒子轨迹恰好与感光板ab相切时，打到最左侧的P点，由几何关系可知
当粒子初速度平行感光板ab时，打到最右侧的Q点，由几何关系可知
感光板ab被粒子打中的长度
15. 如图，竖直面内坐标系第一、三象限角平分线右侧区域有一场区（内存在匀强电场和匀强磁场）。平行板M、N如图放置，M板带正电，带负电的N板在轴负半轴上，N板上有一小孔，离原点的距离为，上的点处于孔正下方。质量为、电量为的小球从上的某点以一水平速度向右进入场区，恰好能做匀速圆周运动，第一次出场后，小球恰能从小孔以垂直于N板的速度进入M、N板间且恰好能到达M板但不接触。已知磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外。M、N板间距为L、电压为，重力加速度为。求：
（1）右侧区域内的匀强电场的场强大小与方向；
（2）求射入场区的水平速度的大小；
（3）小球从上的某点出发后，到第四次（不包括出发那次）经过边界的运动时间。
【答案】（1），竖直向上；（2）；（3）
【解析】（1）小球从上某点以一水平速度向右进入场区，恰好能做匀速圆周运动，表明小球所受电场力与重力平衡，则有
解得
重力方向竖直向下，则电场力方向竖直向上，由于小球带正电，则电场强度方向竖直向上。
（2）由于小球恰能从小孔以垂直于N板的速度进入M、N板间且恰好能到达M板但不接触，在小球由Q点运动至M极板过程，根据动能定理有
解得
（3）作出粒子第四次到达边界的运动轨迹如图所示
粒子在磁场中做匀速圆周运动，结合上述可知，由洛伦兹力提供圆周运动的向心力，则有
，
解得
根据几何关系可知，小球前后在磁场中运动轨迹可以合并为一个完整的圆周，则小球在磁场中运动的时间为
小球从Q点运动至小孔P过程做匀减速直线运动， 则有
解得
根据速度公式有
进入极板内后做匀减速直线运动，结合上述有
解得
，
根据运动的对称性，小球从Q点运动至小孔P，到小球返回Q点总时间
小球第三次到达边界之后做平抛运动，令第四次到达边界的位移为x，则有
，
解得
综合上述可知，小球从上的某点出发后，到第四次（不包括出发那次）经过边界的运动时间为
解得