浙江省舟山中学2023-2024学年高二下学期4月月考物理试卷（Word版附解析）

这是一份浙江省舟山中学2023-2024学年高二下学期4月月考物理试卷（Word版附解析），共35页。试卷主要包含了选择题I，选择题Ⅱ，填空实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题I（本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1. 电风扇的核心部件是电动机，电扇通电后电动机开始转动，使电动机发生转动的力是（ ）
A. 库仑力B. 电场力C. 万有引力D. 安培力
2. 如图所示，真空中存在重力场及相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一带电液滴在此复合场空间中可能有不同的运动状态。下列关于带电液滴的电性和运动状态的说法中错误的是（ ）
A. 如果带正电，液滴可能处于静止状态
B. 如果带正电，液滴可能做匀速直线运动
C. 如果带负电，液滴可能做匀速直线运动
D. 如果带负电，液滴可能做匀速圆周运动
3. 如图所示， 空间中存在匀强磁场B，方向垂直纸面向里。一长度为l的铜棒以速度v向右匀速运动，速度方向与铜棒之间的夹角为30°，则铜棒ab两端的电势差Uab为（ ）
A. BlvB. -BlvC. D.
4. “南鲲号”称之为“海上充电宝”，是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理是海浪带动浪板上下摆动，从而驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。若转子带动线圈如下图逆时针转动，并向外输出电流，则下列说法正确的是（ ）
A. 线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最大
B 线圈转动到如图所示位置时a端电势低于b端电势
C. 线圈转动一周电流方向改变两次，图示位置正是电流变向的时刻
D. 线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框受到的安培力方向向上
5. 关于下列四幅图说法正确的是（ ）
A. 甲图电磁炉工作原理是线圈通交变电流后，由于线圈发热把热量传给锅体实现加热
B. 乙图微波炉加热食物是利用食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高
C. 丙图电工服内部用包含金属丝的织物制成，主要是因为金属丝很坚韧，有利于保护人体
D. 丁图灵敏电流表运输途中将正负接线柱用导线连接，利用了电磁感应中的电磁驱动
6. 下列关于传感器元件说法错误的是（ ）

A. 如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好
B. 如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化
C. 如图丙，当磁体靠近“干簧管”时，“干簧管”能起到开关的作用是由于电磁感应
D. 如图丁，是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向左发生微小位移时，线圈自感系数变大
7. 以下为教材中的四幅图，下列相关叙述正确的是（ ）
A. 甲图是振荡电路，当电路中电容器的电容一定时，线圈的自感系数越大，振荡电路的频率越大
B. 乙图氧气分子的速率分布图像，图中温度小于温度
C. 丙图是每隔记录了小炭粒在水中的位置，小炭粒做无规则运动的原因是组成小炭粒的固体分子始终在做无规则运动
D. 丁图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属
8. 如图所示为一定质量的理想气体状态变化过程中的三个状态，图中ba的延长线过原点，则下列说法正确的是（ ）
A. a→b过程，由于气体分子密度增大，压强增大
B. b→c过程，气体分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的比例均增加
C. c→a过程，气体放出的热量小于气体内能的减小量
D. a→b→c→a过程，气体从外界吸收热量
9. 回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所示。和是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上。位于的圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能后，再将它们引出。忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是（ ）
A. 若只增大交变电压U，则质子的最大动能会变大
B. 若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子
C. 质子第n次被加速前、后的动能之比为
D. 质子第n次被加速前、后圆周运动向心加速度之比为
10. 如图所示，水平光滑的平行金属导轨，左端接有电阻R，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置。若使棒以一定的初速度向右运动，当其通过位置a、b时，速率分别为、，到位置c时棒刚好静止，设金属导轨与棒的电阻均不计，a到b与b到c的间距相等，则金属棒在从a到b和从b到c的两个过程中（ ）
A. 金属棒做匀减速运动
B. 通过金属棒横截面电荷量，从a到b比从b到c小
C. 克服安培力做功，从a到b比从b到c小
D. 回路中产生内能，从a到b比从b到c大
11. 如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P1初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为9R，滑片P2初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U，理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是（ ）
A. 保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，I减小，U不变
B. 保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率增大
C. 保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大
D. 保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率减小
12. 如图甲所示，塑料制成的光滑细圆环水平固定放置，环上套一个带正电的电荷量为的小球（视为质点）处于静止状态，磁感应强度大小为的匀强磁场方向竖直向上，环面的面积为；英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在周围的空间激发出感生电场，如图乙所示，空间存在竖直向上均匀增加的匀强磁场，周围产生的环形电场线从上向下看沿顺时针，同一个圆周上的电场强度大小相等，下列说法正确的是（ ）
A. 对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则塑料圆环内部会产生感应电流
B. 对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，从上向下看小球会沿顺时针方向转动
C. 乙图说明，任何磁场周围都会产生电场，与闭合电路否存在无关
D. 对甲图，若磁场方向竖直向上均匀增加的变化率为，则小球运动一周，电场力做的功为
13. 图为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器上。当大苹果通过托盘秤时，所受的压力较大因而电阻较小，两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量大于，其他条件不变的情况下，下面操作可行的是（ ）
A. 只适当减小的阻值
B. 只增大电源E1的电动势
C. 只增加缠绕电磁铁线圈的匝数
D. 只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些
二、选择题Ⅱ（本题共2小题，每小题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不选全的得2分，有选错的得0分）
14. 如图是一小型交流发电机供电原理图，两磁极间的磁场可视为水平方向匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和灯泡连接，灯泡上标有“”字样且正常发光（除灯泡外不计其余电阻）从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变化图像如图乙，下列说法正确的是（ ）
A. 当时发电机内线圈平面与磁场方向平行
B. 发电机输出电流的瞬时值
C. 变压器原、副线圈匝数之比为
D. 发电机1分钟内产生的电能为
15. 物理教育家朱正元教授曾说过“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。同学们用生活中常见的道具设计了形形色色的小实验，下列关于实验的原理说法正确的有（ ）
A. 如图(a)所示，甲同学制作的“花藤”，书页之间交错放置，不需要胶水，而下方的书并未因为自身重力而脱离，是因为书本之间具有静摩擦力
B. 如图(b)所示，乙同学用吸墨纸制作的“纸蛇”，当他在蛇的褶皱上滴一滴水之后，纸蛇渐渐向前动了起来。这是因为纸纤维的毛细作用使得水发生布朗运动现象，从而让纸蛇的褶皱也随之扩展开来
C. 如图(c)所示，丙同学制作的“彩虹糖旋风”，在玻璃容器里放置少量液体，色素逐渐溶于水，呈现出图片中的状态，这是分子运动引起的扩散现象导致的
D. 如图(d)所示，辉光球在其周围形成了一不均匀的电场，丁同学利用辉光球“点亮”了日光灯灯管，这是感应起电现象。
三、填空实验题（本题共3小题，共16分）
16. “东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验，某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：①内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1平方米；②盛水塑料袋一个；③温度计一个；③玻璃板一块（约1平方米），如图所示：
假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图中______；
如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△间的关系是，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、外，还应测量的物理量是_____，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：______________。
17. 在探究影响感应电流方向的因素的实验中所用器材如图所示。它们是：①电流计；②直流电源；③带铁芯的线圈；④线圈；⑤开关；⑥滑动变阻器（用来控制电流以改变磁场强弱）。
（1）先明确电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系。
（2）观察螺线管上漆包线的实验装置示意图绕向。
（3）将电流计与螺线管按如图连接好，依次完成以下实验操作，记录观察到的电流计指针偏转情况
①把条形磁铁的N极插入螺线管，稍作停留，再从螺线管中拔出；
②把条形磁铁的S极插入螺线管，稍作停留，再从螺线管中拔出。
（1）试按实验的要求在实物图上连线______（图中已连好一根导线）。
（2）若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上，而在开关刚刚闭合时电流计指针右偏，则开关闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时，电流计指针将______（选填“左偏”“右偏”或“不偏”）
18. 在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻，在不同温度时的阻值如下表
某同学利用上述热敏电阻、电动势（内阻不计）的电源、定值电阻R（阻值有、、三种可供选择）、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于，现要求将室内温度控制在范围，且1、2两端电压大于，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是___，定值电阻R的阻值应选___， 1、2两端的电压小于___V时，自动关闭加热系统（不考虑控制开关对电路的影响）。
A. B. C.
四、计算题（本大题共有4小题，共39分）
19. 如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器（1/4圆弧）和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经水平的加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直水平边界PQ进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。则：
（1）极板M和极板N哪个极板的电势高？
（2）极板M、N间的电压U多大？
（3）粒子从进入静电分析器开始到打到胶片上Q点所经历的时间？
20. 如图所示，足够长的平行光滑金属导轨固定在倾角为的斜面上，导轨间距，导轨底端接有阻值的电阻，整个装置处在垂直斜面向上、磁感应强度大小为的匀强磁场中。长为的金属杆垂直导轨放置，金属杆质量，电阻为，杆在平行导轨向上的恒力F作用下从静止开始沿导轨向上运动，当运动距离时，达到最大速度．不计其他电阻，重力加速度，求：
（1）当杆的速度时杆两端的电压，并指出a、b两端哪点电势高；
（2）恒力F；
（3）杆达到最大速度的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q。
21. 类比是研究和解决物理问题的常用方法。如图1，对于劲度系数为k的轻质弹簧和质量为m小球组成一维振动系统，我们可以写出任意时刻振子的能量方程为，其中x为任意时刻小球偏离平衡位置的位移，v为瞬时速度，v和x满足关系。振子简谐运动的周期与振子质量的平方根成正比，与振动系统的振动系数的平方根成反比，而与振幅无关，即。
（1）如图2，摆长为L、摆球质量为m的单摆在A、B间做小角度的自由摆动。请你类比弹簧振动系统从能量守恒的角度类推出单摆的周期公式（已知重力加速度g；取最低点为零势能面；θ很小时，有，弧长）。
（2）如图3电路，电容器充满电后，将开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路称为LC振荡电路，是最简单的振荡电路。理论分析表明，LC振荡电路的周期与电感L、电容C存在一定关系。已知电感线圈的磁场能可表示为，电容器储存的能量可表示为QU。请类比简谐运动，根据上述信息，通过对比状态描述参量，分析推导LC振荡电路（不计能量损失）的周期表达式，并定性画出振荡电路电流i随时间t的变化图像（时，电容器开始放电，以顺时针为电流的正方向）。
22. 某种理想气体A内能公式可表示为，n表示物质的量，R为气体常数（），T为热力学温度。如图所示，带有阀门的连通器在顶部连接两个绝热气缸，其横截面积均为，高度分别为，用一个质量的绝热活塞在左侧气缸距底部10cm处封闭，的气体A，气缸底部有电阻丝可对其进行加热，活塞运动到气缸顶部时（图中虚线位置）被锁住，右侧气缸初始为真空。现对电阻丝通电一段时间，活塞刚好缓慢移动至气缸顶部时断开电源并打开阀门。已知外界大气压强为，重力加速度，不计活塞与气缸的摩擦及连通器气柱和电阻丝的体积。求：
（1）上升过程中左侧缸内气体的压强。
（2）断开电源时气体升高的温度。
（3）稳定后整个过程中气体吸收的热量。
温度/℃
4.1
9.0
14.3
20.0
28.0
38.2
45.5
60.4
电阻/（）
220
160
100
60
45
30
25
15
2040年浙江舟山中学高二下学期4月月考物理试题
一、选择题I（本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1. 电风扇的核心部件是电动机，电扇通电后电动机开始转动，使电动机发生转动的力是（ ）
A. 库仑力B. 电场力C. 万有引力D. 安培力
【答案】D
【解析】
【详解】电动机线圈会转动是由于通电线框受到安培力的作用。
故选D
2. 如图所示，真空中存在重力场及相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一带电液滴在此复合场空间中可能有不同的运动状态。下列关于带电液滴的电性和运动状态的说法中错误的是（ ）
A. 如果带正电，液滴可能处于静止状态
B. 如果带正电，液滴可能做匀速直线运动
C. 如果带负电，液滴可能做匀速直线运动
D. 如果带负电，液滴可能做匀速圆周运动
【答案】A
【解析】
【详解】A．液滴静止说明不受洛伦兹力，如果带正电，电场力竖直向下，则重力和电场力不能相互抵消，所以不能静止，A错误，符合题意；
B．如果带正电，且液滴水平向右做匀速直线运动时，则受向下的重力，向下的电场力和向上的洛伦兹力，则液滴可能平衡，即做匀速直线运动，B正确，不符合题意；
C．如果带负电，且液滴水平向左（向右）做匀速直线运动，则受向下的重力，向上的电场力和向上（向下）的洛伦兹力作用，则液滴可能平衡，即做匀速直线运动，C正确，不符合题意；
D．如果带负电，若受到向上的电场力刚好等于向下的重力时，液滴可能只受洛伦兹力，即液滴可能做匀速圆周运动，D正确，不符合题意。
故选A。
3. 如图所示， 空间中存在匀强磁场B，方向垂直纸面向里。一长度为l的铜棒以速度v向右匀速运动，速度方向与铜棒之间的夹角为30°，则铜棒ab两端的电势差Uab为（ ）
A. BlvB. -BlvC. D.
【答案】D
【解析】
【详解】铜棒切割磁感线产生感应电动势，ab相当于电源，根据右手定则，判断知a端相当于电源的负极，b端相当于电源的正极，根据法拉第电磁感应定律，可得
故选D。
4. “南鲲号”称之为“海上充电宝”，是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理是海浪带动浪板上下摆动，从而驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。若转子带动线圈如下图逆时针转动，并向外输出电流，则下列说法正确的是（ ）
A. 线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最大
B. 线圈转动到如图所示位置时a端电势低于b端电势
C. 线圈转动一周电流方向改变两次，图示位置正是电流变向的时刻
D. 线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框受到的安培力方向向上
【答案】D
【解析】
【详解】A．线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量为零，最小，选项A错误；
B．根据右手定则可知，线圈转动到如图所示位置时a端电势高于b端电势，选项B错误；
C．线圈转动一周电流方向改变两次，线圈经过中性面一次电流方向改变，则图示位置不是电流变向的时刻，选项C错误；
D．根据左手定则可知，线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框受到的安培力方向向上，选项D正确。
故选D。
5. 关于下列四幅图说法正确的是（ ）
A. 甲图电磁炉工作原理是线圈通交变电流后，由于线圈发热把热量传给锅体实现加热
B. 乙图微波炉加热食物是利用食物中的水分子在微波的作用下热运动加剧，温度升高
C. 丙图电工服内部用包含金属丝的织物制成，主要是因为金属丝很坚韧，有利于保护人体
D. 丁图灵敏电流表运输途中将正负接线柱用导线连接，利用了电磁感应中的电磁驱动
【答案】B
【解析】
【详解】A．电磁炉是采用电磁感应原理，在金属锅上产生涡流，使锅体发热从而加热食物的，电流频率越高，加热越快，故A错误；
B．微波炉是利用食物中水分子在微波作用下热运动加剧，温度升高来加热食物的，故B正确；
C．电工服其内部是用包含金属丝的织物制成，金属织物具有静电屏蔽作用，对人具有保护作用，故C错误；
D．灵敏电流表，在运输途中为了防止指针的大角度偏转，会把灵敏电流表的正负接线柱用导线连接，利用了电磁感应中的电磁阻尼现象，故D错误。
故选B。
6. 下列关于传感器元件说法错误的是（ ）

A. 如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好
B. 如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化
C. 如图丙，当磁体靠近“干簧管”时，“干簧管”能起到开关的作用是由于电磁感应
D. 如图丁，是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向左发生微小位移时，线圈自感系数变大
【答案】C
【解析】
【详解】A．光敏电阻，当强光照射时，电阻变小，导电性增强，故A正确不符合题意；
B．电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化，故B正确不符合题意；
C．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，两簧片又分开，经常被用于控制电路的通断，不是电磁感应原理，故C错误符合题意；
D．当物体1向左发生微小位移时，铁芯插入的长度变大，线圈自感系数变大，故D正确不符合题意。
故选C。
7. 以下为教材中的四幅图，下列相关叙述正确的是（ ）
A. 甲图是振荡电路，当电路中电容器的电容一定时，线圈的自感系数越大，振荡电路的频率越大
B. 乙图氧气分子的速率分布图像，图中温度小于温度
C. 丙图是每隔记录了小炭粒在水中的位置，小炭粒做无规则运动的原因是组成小炭粒的固体分子始终在做无规则运动
D. 丁图是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生大量热量，从而冶炼金属
【答案】B
【解析】
【详解】A．电磁振荡的频率为
可知一定时，越大，振荡电路的频率越小，故A错误；
B．氧气分子在温度下速率大的分子所占百分比较多，故温度较高，故B正确；
C．布朗运动时悬浮在液体中的固体小颗粒的运动，不是分子的运动，间接反映了液体分子的无规则运动，故C错误；
D．真空冶炼炉的工作原理是电磁感应现象中的涡流，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属产生大量涡流（不是线圈中产生涡流），从而冶炼金属，故D错误。
故选B。
8. 如图所示为一定质量的理想气体状态变化过程中的三个状态，图中ba的延长线过原点，则下列说法正确的是（ ）
A. a→b过程，由于气体分子密度增大，压强增大
B. b→c过程，气体分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的比例均增加
C. c→a过程，气体放出的热量小于气体内能的减小量
D. a→b→c→a过程，气体从外界吸收热量
【答案】D
【解析】
【详解】A．a→b过程，由图像可知
可知该过程气体的体积不变，气体分子密度不变，故A错误；
B．b→c过程，气体温度升高，气体分子速率分布中速率大区间的分子数占总分子数的比例增加，但速率小区间的分子数占总分子数的比例减少，故B错误；
C．根据理想气体状态方程
可得
c→a过程，图像上点与原点连线斜率逐渐增大，则气体体积逐渐减小，外界对气体做正功，由于气体温度降低，气体内能减少，根据热力学第一定律可知，气体放出的热量大于气体内能的减小量，故C错误；
D．根据
a→b过程，气体体积不变，做功为0；b→c过程，气体体积逐渐增大，外界对气体做负功；c→a过程，气体体积逐渐减小，外界对气体做正功；由于b→c与c→a两个过程气体体积变化大小相同，可知b→c过程外界对气体做负功的绝对值大于c→a外界对气体做正功的绝对值，则a→b→c→a过程，外界对气体做负功，由于气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故D正确。
故选D。
9. 回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所示。和是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上。位于的圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能后，再将它们引出。忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是（ ）
A. 若只增大交变电压U，则质子的最大动能会变大
B. 若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子
C. 质子第n次被加速前、后的动能之比为
D. 质子第n次被加速前、后圆周运动向心加速度之比为
【答案】D
【解析】
【详解】A．由可知，质子经加速后的最大速度与回旋加速器的最大半径有关，而与交变电压U无关，A错误；
B．为了使质子能在回旋加速器中加速，质子的运动周期应与交变电压的周期相同，B错误；
CD．由动能定理
以及
可得质子第n次被加速前、后的动能之比

速度之比为
由向心加速度可知
向心加速度之比为
故C错误，D正确。
故选D。
10. 如图所示，水平光滑的平行金属导轨，左端接有电阻R，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内，质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置。若使棒以一定的初速度向右运动，当其通过位置a、b时，速率分别为、，到位置c时棒刚好静止，设金属导轨与棒的电阻均不计，a到b与b到c的间距相等，则金属棒在从a到b和从b到c的两个过程中（ ）
A. 金属棒做匀减速运动
B. 通过金属棒横截面的电荷量，从a到b比从b到c小
C. 克服安培力做功，从a到b比从b到c小
D. 回路中产生的内能，从a到b比从b到c大
【答案】D
【解析】
【详解】A．金属棒PQ在运动过程中所受到的合力是安培力，由牛顿第二定律知
由于减小，所以金属棒向右运动过程中，加速度逐渐减小，A错误；
B．金属棒运动过程中，电路产生的感应电荷量
从a到b的过程中与从b到c的过程中，回路面积的变化量相等，B、R相等，因此，通过导体棒横截面积的电荷量相等，B错误；
C．金属棒受到的安培力
金属棒受到的安培力水平向左，金属棒在安培力作用下做减速运动，速度越来越小，导体棒克服安培力做功，把金属棒的动能转化为内能，由于间距离与间距离相等，安培力F从a到c逐渐减小，C错误；
D．由定性分析可知，从a到b克服安培力做的比从b到c克服安培力做的功多，因此在a到b的过程产生的内能多，D正确；
故选D。
11. 如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P1初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为9R，滑片P2初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U，理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是（ ）
A. 保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，I减小，U不变
B. 保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率增大
C. 保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大
D. 保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率减小
【答案】B
【解析】
【详解】AB．由题意可知，原副线圈的匝数比为，则副线圈的电流为，根据欧姆定律可得副线圈的电压有效值为
则变压器原线圈的电压有效值为
设输入交流电的电压有效值为，则
可得
保持位置不变，向左缓慢滑动的过程中，不断变大，根据欧姆定律
可知变压器原线圈的电压有效值变大，输入电压有效值不变，则两端的电压不断变小，则电压表示数变小，原线圈的电压电流都变大，则功率变大，根据原副线圈的功率相等，可知消耗的功率增大，故B正确，A错误；
CD．设原副线圈的匝数比为，同理可得
则
整理可得
保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中，不断变大，则变小，对由欧姆定律可知
可知不断变小，根据原副线圈的功率相等可知消耗的功率
整理可得
可知时，消耗的功率有最大值，可知消耗的功率先增大，后减小，故CD错误。
故选B。
12. 如图甲所示，塑料制成的光滑细圆环水平固定放置，环上套一个带正电的电荷量为的小球（视为质点）处于静止状态，磁感应强度大小为的匀强磁场方向竖直向上，环面的面积为；英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在周围的空间激发出感生电场，如图乙所示，空间存在竖直向上均匀增加的匀强磁场，周围产生的环形电场线从上向下看沿顺时针，同一个圆周上的电场强度大小相等，下列说法正确的是（ ）
A. 对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则塑料圆环内部会产生感应电流
B. 对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，从上向下看小球会沿顺时针方向转动
C. 乙图说明，任何磁场周围都会产生电场，与闭合电路是否存在无关
D. 对甲图，若磁场方向竖直向上均匀增加的变化率为，则小球运动一周，电场力做的功为
【答案】D
【解析】
【详解】A．对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则在金属圆环上会产生感应电流，而塑料圆环不会产生感应电流，A项错误；
B．对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，对比乙图，塑料圆环上产生的环形电场线从上向下看沿逆时针，则带正电的小球受到沿逆时针方向的电场力，小球会沿逆时针方向转动，B项错误；
C．乙图说明，变化磁场的周围会产生电场，与闭合电路是否存在无关，若磁场不变化，周围不会产生电场，C项错误；
D．由法拉第电磁感应定律可得均匀变化的磁场产生的感应电动势为
由电场力做功的定义
可得小球转动一周，感生电场力对小球做的功为
D项正确。
故选D。
13. 图为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器上。当大苹果通过托盘秤时，所受的压力较大因而电阻较小，两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量大于，其他条件不变的情况下，下面操作可行的是（ ）
A. 只适当减小的阻值
B. 只增大电源E1的电动势
C. 只增加缠绕电磁铁线圈的匝数
D. 只将托盘秤压在杠杆上位置向左移动一些
【答案】A
【解析】
【详解】A．因要达到题中的要求，就要使得R2两端电压保持不变，因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大，R2的电压就会变得更大，则要想保持R2的电压和原来一致，则只适当减小R2的阻值，故A正确；
B．因要达到题中的要求，就要使得R2两端电压保持不变，因R1减小，而其他条件不变的情况下，只能减小和传感器R1相连接电路中电源电动势E，故B错误；
C．因要达到题中的要求，就要保持电磁铁的磁性不变，而因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大，而要保持电磁铁的磁性不变，只需要减小缠绕电磁铁线圈的匝数，选项C错误；
D．要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，则要求当此大苹果通过托盘时压力传感器的压力与原来一致，可知其他条件不变的情况下，只需要将托盘秤压在杠杆上的位置向右移动一些，故D错误。
故选A。
二、选择题Ⅱ（本题共2小题，每小题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不选全的得2分，有选错的得0分）
14. 如图是一小型交流发电机供电原理图，两磁极间的磁场可视为水平方向匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和灯泡连接，灯泡上标有“”字样且正常发光（除灯泡外不计其余电阻）从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变化图像如图乙，下列说法正确的是（ ）
A. 当时发电机内线圈平面与磁场方向平行
B. 发电机输出电流的瞬时值
C. 变压器原、副线圈匝数之比为
D. 发电机1分钟内产生的电能为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．由图乙可知，当时，发电机电流为零，线圈恰好处于中性面上，线圈平面与磁场方向垂直，故A错误；
B．交流电的周期
角频率
因此发电机输出电流的瞬时值
故B 正确；
C．流过副线圈的电流的有效值
原线圈电流的有效值
因此变压器原、副线圈匝数之比
故C错误；
D．整个电路只有灯泡消耗能量，因此发电机1分钟内产生的电能
故D正确。
故选BD。
15. 物理教育家朱正元教授曾说过“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”。同学们用生活中的常见的道具设计了形形色色的小实验，下列关于实验的原理说法正确的有（ ）
A. 如图(a)所示，甲同学制作的“花藤”，书页之间交错放置，不需要胶水，而下方的书并未因为自身重力而脱离，是因为书本之间具有静摩擦力
B. 如图(b)所示，乙同学用吸墨纸制作的“纸蛇”，当他在蛇的褶皱上滴一滴水之后，纸蛇渐渐向前动了起来。这是因为纸纤维的毛细作用使得水发生布朗运动现象，从而让纸蛇的褶皱也随之扩展开来
C. 如图(c)所示，丙同学制作的“彩虹糖旋风”，在玻璃容器里放置少量液体，色素逐渐溶于水，呈现出图片中的状态，这是分子运动引起的扩散现象导致的
D. 如图(d)所示，辉光球在其周围形成了一不均匀的电场，丁同学利用辉光球“点亮”了日光灯灯管，这是感应起电现象。
【答案】AC
【解析】
【详解】A．书页之间交错放置，相互挤压，并产生静摩擦力，从而阻碍下方的书掉落，故A正确；
B．纸是由纤维构成的，纤维之间的缝隙很小，形成了大量的毛细管，当纸与水接触后，水通过毛细作用迅速浸润到纸的纤维缝隙中，改变纸的张力，从而让纸蛇的褶皱也随之扩展开来，而布朗运动是指悬浮在液体或气体中的布朗微粒的无规则运动，故B错误；
C．在玻璃容器里放置少量液体，色素逐渐溶于水，这是分子无规则运动引起的扩散现象导致的，故C正确；
D．辉光球周围存在强电场，当日光灯靠近辉光球时，在日光灯两端产生高压，使日光灯中的稀有气体电离，从而发光，这种现象和静电感应无关，故D错误。
故选AC。
三、填空实验题（本题共3小题，共16分）
16. “东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验，某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：①内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1平方米；②盛水塑料袋一个；③温度计一个；③玻璃板一块（约1平方米），如图所示：
假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在图中______；
如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量△间的关系是，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、外，还应测量的物理量是_____，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：______________。
【答案】 ①. 见解析 ②. 时间T ③. 太阳能没有全部被水吸收（或水吸收的太阳能有一部分损失等）
【解析】
【分析】
【详解】[1]这是测定夏季中午太阳能的研究性实验。告诉了实验器材、实验环境（斜坡草地）、实验原理，根据研究性要求设计实验，并明确测量物理量，指出实验中产生误差的主要原因，实验图示如图所示
[2]需要测定单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了测量水的质量、温度升高的高度，还需测量太阳照射的时间T。
[3]产生误差的主要原因：太阳能没有全部被水吸收，或水吸收的太阳能还有一部分损失等。
17. 在探究影响感应电流方向的因素的实验中所用器材如图所示。它们是：①电流计；②直流电源；③带铁芯的线圈；④线圈；⑤开关；⑥滑动变阻器（用来控制电流以改变磁场强弱）。
（1）先明确电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系。
（2）观察螺线管上漆包线的实验装置示意图绕向。
（3）将电流计与螺线管按如图连接好，依次完成以下实验操作，记录观察到的电流计指针偏转情况
①把条形磁铁的N极插入螺线管，稍作停留，再从螺线管中拔出；
②把条形磁铁的S极插入螺线管，稍作停留，再从螺线管中拔出。
（1）试按实验的要求在实物图上连线______（图中已连好一根导线）。
（2）若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上，而在开关刚刚闭合时电流计指针右偏，则开关闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时，电流计指针将______（选填“左偏”“右偏”或“不偏”）
【答案】 ①. 见解析 ②. 左偏
【解析】
【详解】（1）[1]实物连线图如图所示
（2）[2]在开关刚刚闭合时电流计指针右偏，可知当通过线圈B的磁通量增加时，电流计指针右偏；则开关闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时，滑动变阻器接入电路阻值增大，线圈A中的电流减小，产生的磁场减小，通过线圈B的磁通量减小，则电流计指针将左偏。
18. 在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻，在不同温度时的阻值如下表
某同学利用上述热敏电阻、电动势（内阻不计）的电源、定值电阻R（阻值有、、三种可供选择）、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于，现要求将室内温度控制在范围，且1、2两端电压大于，控制开关开启加热系统加热，则应选择的电路是___，定值电阻R的阻值应选___， 1、2两端的电压小于___V时，自动关闭加热系统（不考虑控制开关对电路的影响）。
A. B. C.
【答案】 ①. C ②. 3 ③. 1.8
【解析】
【详解】[1] A．电路A，定值电阻和热敏电阻并联，电压不变，故不能实现电路的控制，故A错误；
B．定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分得电压越小，无法实现1、2两端电压大于，控制开关开启加热系统加热。故B错误；
C．定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分得电压越大，可以实现1、2两端电压大于，控制开关开启加热系统加热。故C正确。
故选C。
[2]由热敏电阻在不同温度时的阻值表可知，的阻值为
由题意可知
解得
[3] 时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为，此时1、2两点间的电压为则1、2两端的电压小于1.8V时，自动关闭加热系统。
四、计算题（本大题共有4小题，共39分）
19. 如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器（1/4圆弧）和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经水平的加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直水平边界PQ进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。则：
（1）极板M和极板N哪个极板的电势高？
（2）极板M、N间的电压U多大？
（3）粒子从进入静电分析器开始到打到胶片上Q点所经历的时间？
【答案】（1）极板M；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）粒子进入静电分析器后在电场力作用下偏转，可知粒子带正电，极板M比极板N电势高才能使粒子加速，所以M比极板N电势高；
（2）对于加速过程，有
在静电分析器中，由电场力充当向心力，则有
由上两式可知
（3）在磁分析器中粒子由P到Q，经过半个周期则
在静电分析器中
总时间
20. 如图所示，足够长的平行光滑金属导轨固定在倾角为的斜面上，导轨间距，导轨底端接有阻值的电阻，整个装置处在垂直斜面向上、磁感应强度大小为的匀强磁场中。长为的金属杆垂直导轨放置，金属杆质量，电阻为，杆在平行导轨向上的恒力F作用下从静止开始沿导轨向上运动，当运动距离时，达到最大速度．不计其他电阻，重力加速度，求：
（1）当杆的速度时杆两端的电压，并指出a、b两端哪点电势高；
（2）恒力F；
（3）杆达到最大速度的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q。
【答案】（1）4V，端电势高；（2）9N；（3）4J
【解析】
【详解】（1）当杆的速度时，感应电动势
杆两端的电压
由右手定则判断可知端电势高；
（2）最大速度时，感应电动势
回路中电流
导体棒受安培力
由平衡条件得
（3）杆达到最大速度的过程中，由能量守恒得
电阻R上产生的焦耳热为
解得
21. 类比是研究和解决物理问题的常用方法。如图1，对于劲度系数为k的轻质弹簧和质量为m小球组成一维振动系统，我们可以写出任意时刻振子的能量方程为，其中x为任意时刻小球偏离平衡位置的位移，v为瞬时速度，v和x满足关系。振子简谐运动的周期与振子质量的平方根成正比，与振动系统的振动系数的平方根成反比，而与振幅无关，即。
（1）如图2，摆长为L、摆球质量为m的单摆在A、B间做小角度的自由摆动。请你类比弹簧振动系统从能量守恒的角度类推出单摆的周期公式（已知重力加速度g；取最低点为零势能面；θ很小时，有，弧长）。
（2）如图3电路，电容器充满电后，将开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路称为LC振荡电路，是最简单的振荡电路。理论分析表明，LC振荡电路的周期与电感L、电容C存在一定关系。已知电感线圈的磁场能可表示为，电容器储存的能量可表示为QU。请类比简谐运动，根据上述信息，通过对比状态描述参量，分析推导LC振荡电路（不计能量损失）的周期表达式，并定性画出振荡电路电流i随时间t的变化图像（时，电容器开始放电，以顺时针为电流的正方向）。
【答案】（1）见解析；（2）见解析
【解析】
【详解】（1）单摆的能量方程
在很小的时
又
将代入能量方程可得单摆简谐运动方程
由此可得单摆的振动系数
所以单摆的周期为
（2）类比简谐运动中一些状态描述参量的变化规律可得
类比简谐运动的能量变化规律
可得电容电量q随时间t变化方程为
可知
则LC谐振电路周期公式
振荡电路电流i随时间t的变化图像如图所示（时，电容器开始放电，以顺时针为电流的正方向）
22. 某种理想气体A内能公式可表示为，n表示物质的量，R为气体常数（），T为热力学温度。如图所示，带有阀门的连通器在顶部连接两个绝热气缸，其横截面积均为，高度分别为，用一个质量的绝热活塞在左侧气缸距底部10cm处封闭，的气体A，气缸底部有电阻丝可对其进行加热，活塞运动到气缸顶部时（图中虚线位置）被锁住，右侧气缸初始为真空。现对电阻丝通电一段时间，活塞刚好缓慢移动至气缸顶部时断开电源并打开阀门。已知外界大气压强为，重力加速度，不计活塞与气缸的摩擦及连通器气柱和电阻丝的体积。求：
（1）上升过程中左侧缸内气体的压强。
（2）断开电源时气体升高的温度。
（3）稳定后整个过程中气体吸收的热量。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由平衡条件知
压强为
（2）气体做等压变化，由盖-吕萨克定律可得
解得
则
（3）气体增加的内能为
气体对外界做功为
根据热力学第一定律有
解得
故气体吸收的热量为293.5J。
温度/℃
4.1
9.0
14.3
20.0
28.0
382
45.5
60.4
电阻/（）
220
160
100
60
45
30
25
15
简谐运动（弹簧振子）
电磁振荡（LC电路）
振子质量m
电感L
任意时刻振子偏离平衡位置位移x
电容电量q
瞬时速度
电路电流
振子动能
线圈磁场能
振子弹性势能
电容器电场能