福建省福州市福清市2023-2024学年高二下学期期中考试物理试题（原卷版+解析版）

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（全卷共8页，16小题，完卷时间75分钟，满分100分）
友情提醒：所有答案都必须填写在答题卡相应的位置上
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、单项选择题（本题共4小题，每小题4分，共16分，在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。）
1. 如图所示，带负电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力说法正确的是（ ）
A. 小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向左
B. 小球运动过程中的速度不变
C. 小球运动过程的加速度保持不变
D. 小球受到的洛伦兹力对小球做负功
【答案】A
【解析】
【详解】A．根据左手定则，可知小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向左，A正确；
BC．小球受洛伦兹力和重力的作用，则小球运动过程中速度、加速度的大小和方向都在变，BC错误；
D．洛伦兹力永不做功，D错误。
故选A。
2. 如图所示，一磁铁通过支架悬挂于电子秤上方，磁铁的正下方有两条光滑的固定金属导轨M、N，其上有两根可以左右自由滑动的金属杆a、b，磁铁在金属导轨M、N、a、b组成回路中心的正上方且S极朝下，当剪断细线磁铁下落时，以下说法正确的是（ ）
A. a、b杆保持静止状态B. 磁铁会受到向下的吸引力
C. a、b杆相互靠近D. 与剪断前相比，导轨对电子秤的压力变小
【答案】C
【解析】
【详解】ABC．由楞次定律可知，a、b杆将相互靠拢，磁铁会受到向上的排斥力，故AB错误，C正确；
D．磁铁对导轨产生向下的力，因此导轨对电子秤的压力变大，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，某时刻开始，线圈中产生的交流电的电压随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（ ）
A. 图甲所示位置为中性面，通过线框的磁通量最大
B. 交变电压瞬时值表达式V
C. 时刻穿过线圈的磁通量变化率最大
D. s时刻线圈平面与磁场方向平行
【答案】B
【解析】
【详解】A．由图甲可知，此时线圈平面与磁场平行，即此时线圈处于垂直中性面位置，故A错误；
B．由图乙可知，电压的最大值为10V，周期为0.02s，则有
则交变电流瞬时值表达式为
故B正确；
C．t=0时刻电压最小，穿过线圈磁通量变化率最小，故C错误；
D．由图乙可知0.02s时电压最小，则此时线圈位于中性面位置即线圈平面与磁场方向垂直，故D错误。
故选B。
4. 如图所示是教材插图，介绍火花塞点火原理，一同学课本存在污渍，看不清完整原理图。他根据所学知识，利用一直流电源、变压器、开关及导线若干设计点火电路，则以下原理图可行的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据变压器原副线圈电压比等于匝数比
可知副线圈匝数应远大于原线圈匝数，因为是直流电源，为了使副线圈产生感应电动势，需要把开关接在原线圈。
故选C。
二、双项选择题（本题共4小题，每小题6分，共24分，全部选对得6分，选不全得3分，有选错或不答得0分。）
5. 如图所示是一小区供电电路模拟图，已知变压器输入端V，用户端电压为220V，若变压器原线圈匝数为1000匝，下列说法正确的是（ ）
A. 输入端电源电压有效值为VB. 交变电流的周期为0.02s
C. 副线圈匝数为220匝D. 当支路发生断路时，支路也无法正常工作
【答案】BC
【解析】
【详解】A．由输入电压表达式可知，输入端电源电压有效值为
故A错误；
B．由输入电压的表达式可知
解得交变电流的周期
故B正确；
C．由理想变压器的电压比可知
得副线圈匝数
故C正确；
D．、两支路并联， 支路发生断路时，支路电压不变，没有影响，故D错误。
故选BC。
6. 一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里，如图所示。已知，一质子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。则以下说法正确的是（ ）（所有粒子均不考虑重力的影响）
A. 以速度自O点沿中轴线射入的正电子（），能够做匀速直线运动
B. 以速度自O点沿中轴线射入的电子（），能够做匀速直线运动
C. 以速度自A点沿中轴线射入的电子（），能够做匀速直线运动
D. 以速度自A点沿中轴线射入的质子（），不能做匀速直线运动
【答案】BD
【解析】
【详解】质子（）以速度自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和电场力，满足
解得
即质子的速度满足速度选择器的条件；
A．以速度的射入的正电子（），所受的洛伦兹力小于电场力，正电子将向下偏转，故A错误；
B．以速度射入的电子（），依然满足电场力等于洛伦兹力，而做匀速直线运动，即速度选择题不选择电性而只选择速度，故B正确；
CD．以速度自A点沿中轴线射入的电子（）和（），洛伦兹力与电场力不能平衡，不能够做匀速直线运动，故C错误、D正确。
故选BD。
7. 如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子从正对圆心O射入磁场，并从a点射出，不计粒子受到的重力，下列说法正确的是（ ）
A. 仅增大粒子速率，粒子可能从b点射出
B. 仅减小粒子速率，粒子可能从b点射出
C. 仅改变粒子速率，它将可能从c点射出
D. a、b两点，从b点射出的粒子在磁场中运动的时间较短
【答案】AD
【解析】
【详解】根据洛伦兹力提供向心力可知
可得
A．由几何关系可知，仅增大粒子速率，则半径增大，故粒子可能从b点射出，故A正确；
B．由几何关系可知，仅减小粒子速率，则半径减小，故粒子不可能从b点射出，故B错误；
C．不论如何改变物理量，粒子都不会从c点射出，故C错误；
D．根据
根据几何关系可知，a点射出时粒子的偏转角度大，故所用时间长，则a、b两点，从b点射出的粒子在磁场中运动的时间较短，故D正确。
故选AD。
8. 如图所示，甲是一兴趣小组通过DIS实验探究感应电动势与磁通量变化率关系的模型简图，实验中通过电源使原线圈中的电流发生变化，利用传感器即可得到原线圈产生的磁感应强度随时间变化的图像[图乙（a）]，以及副线圈中对应的感应电动势随时间变化的情况[图乙（b）]。根据图像信息，以下说法正确的是（ ）
A. 原线圈中磁感应强度不为零，副线圈中的感应电动势就不为零
B. 副线圈中感应电动势与穿过线圈磁通量变化率成正比
C. 副线圈中感应电动势与穿过线圈的磁通量成正比
D. 实验中，若测得副线圈的横截面积，根据图像数据即可测得副线圈的匝数
【答案】BD
【解析】
【详解】A．由图可知，当B恒定时，可得E为0，故A错误；
BC．根据法拉第电磁感应定律可得副线圈中感应电动势与穿过线圈的磁通量变化率成正比，故B正确，C错误；
D．利用两组图像求出几组磁感应强度变化率（）和对应的感应电动势E的数据，由图象纵轴是电动势，横轴是磁场的变化率，由法拉第电磁感应定律可得当线圈面积一定时，电动势与磁场的变化率成正比。因此图象的斜率的大小表示线圈的横截面与匝数乘积，即可测得副线圈的匝数，故D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷（非选择题，共60分）
三、非选择题（本大题8小题，共60分）
9. 2023年11月，中国原子能科学研究院“BNCT强流质子回旋加速器样机研制”顺利通过技术验收。如图所示，该回旋加速器两D形盒接____（选填“直流”或“交流”）电源，窄缝区域存在____（选填“周期性变化”或“均匀不变”）的电场，使带电粒子经过该区域时被加速。
【答案】 ①. 交流 ②. 周期性变化
【解析】
【详解】[1]回旋加速器连接的是交流电源，故填“交流”。
[2]两个D形盒之间的窄缝区域存在高频交变的电场。故填“周期性变化”。
10. 在社团课上几位同学手拉手成一串，用一节电动势为1.5V的新干电池、用于日光灯上的镇流器、开关、导线连成如图所示的实验电路。闭合开关，经过一段时间再断开开关，此过程中同学们会有触电的感觉。人有触电感觉发生在开关______（填“断开瞬间”或“一直接通”）时，其原因是______。
【答案】 ①. 断开瞬间 ②. 断开瞬间产生瞬间高压
【解析】
【详解】[1]当开关闭合后，镇流器与同学们并联，由于电源为1.5V的新干电池，所以电流很小；当断开时，镇流器电流发生变小，从而产生很高的瞬间电压，通过同学们身体有触电的感觉。
[2]镇流器的断开瞬间产生瞬间高压现象。
11. 汽车CDC电磁减震器可等效简化为如图所示（俯视）的装置，减震线圈处于辐射状的水平磁场中。若某时刻测得线圈内有顺时针方向且正在增大的感应电流，则图中线圈此时在竖直方向做____（选填“向上”或“向下”）加速运动。已知线圈质量为、周长为，线圈所处磁场的磁感应强度大小为，以竖直向下为正方向，当线圈的加速度时其瞬时电流___A（重力加速度g取）
【答案】 ①. 向下 ②.
【解析】
【详解】[1]线圈内有顺时针电流，由右手定则可知线圈向下运动；感应电流增大，由
由欧姆定律知
可得
则线圈加速运动，所以线圈向下加速运动。
[2]由公式知
以竖直向下为正方向，则
由牛顿第二定律知
代入得
12. 某同学选用匝数可调可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验。
（1）变压器原线圈和副线圈电路______（选填“有”或“没有”）用导线相连接。
（2）为了完成该实验，除了选用如图所示器材外，还需要将变压器原线圈两端接在低压______（选填“直流”或“交流”）电源上。
（3）在实验中，该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅增大原线圈的匝数，则副线圈两端的电压将______（选填“增大”“减小”或“不变”）。
【答案】（1）没有 （2）交流
（3）减小
【解析】
【小问1详解】
变压器的原理是电磁感应，原副线圈不需要用导线连接。
【小问2详解】
变压器的原理是电磁感应，原线圈需要接交流电源
【小问3详解】
由理想变压器的电压比可知
解得副线圈两端的电压
原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，原线圈的匝数增大时，则副线圈两端的电压减小。
13. 在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中，请完成下列实验步骤：
（1）首先要判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图甲所示。已知线圈由a端开始绕至b端；当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。某同学在一次探究中，将磁铁S极向上从线圈上方竖直离开L时，发现指针向右偏转，则线圈L中产生感应电流的磁场方向是______（填“向上”或“向下”）。俯视线圈，其绕向为______（填“顺时针”或“逆时针”）。
（2）已知线圈绕行方向如图乙所示，该同学将磁铁某极向下从线圈上方插入线圈时，发现电流计的指针向左偏转，请在图乙中用箭头画出线圈电流方向并用字母N、S标出磁铁的极性______。
【答案】（1） ①. 向下 ②. 顺时针
（2）见解析
【解析】
【小问1详解】
[1][2]磁铁S极向上从绕圈上方竖直离开L时，穿过线圈的原磁场方向向下且减弱，根据楞次定律可知，线圈之中的感应电流产生的磁场方向向下，由于电流流入电流计右端，根据安培定则可知，俯视线圈，线圈绕向为顺时针绕向。
【小问2详解】
电流计的指针向左偏转，则电流从电流计左端流入，根据安培定则可知，线圈电流产生的磁场的方向向上，由于磁铁靠近，穿过线圈的磁通量变大，根据楞次定律可知，磁铁的磁反向场向下，故磁铁N极在下，S极在上，作出示意图，如图所示
14. 如图所示，某物理兴趣小组制作了一种可“称量”磁感应强度大小的实验装置。U形磁铁置于水平电子测力计上，U形磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，磁感应强度B大小为1T，不计两极间以外区域磁场。一水平导体棒垂直磁场方向放入U形磁铁两极之间（未与磁铁接触），导体棒由两根绝缘杆固定于铁架台上。导体棒没有通电时，测力计的示数为N；测得导体棒在两极间的长度为m，磁铁始终静止，不考虑导体棒电流对磁铁磁场的影响。当导体棒通以图示方向电流A时，求
（1）此时导体棒所受的安培力；
（2）测力计的示数。
【答案】（1）0.1N；（2）1.1N
【解析】
【详解】（1）当导体棒通以图示方向电流I时，根据左手定则可知，导体棒受安培力方向竖直向上
代入数据得
N
（2）由牛顿第三定律知，磁铁受到导线向下的作用力
N
由平衡可知，磁铁对测力计的压力
即测力计的示数
15. 如图（a）所示，两根间距为L足够长的光滑平行金属导轨竖直放置并固定，金属棒质量为，其电阻为r，顶端接有阻值为R的电阻。垂直导轨平面存在变化规律如图（b）所示的磁场，时磁场方向垂直纸面向里。整个过程中金属棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，在到的时间内，金属棒水平固定在距导轨顶端L处，重力加速度为g。
（1）在到的时间内，求金属棒中感应电流的大小和方向；
（2）在到的时间内，求电阻R上产生的热量；
（3）时，释放金属棒，求此后金属棒运动过程中最大速度。
【答案】（1），方向从右向左；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由图可知在时间段内产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律有此时间段的电流为
由楞次定律知金属棒中的电流方向从右向左。
（2）电阻R上产生的热量
代入电流得
（3）当到导体棒达到最大速度
又
联立得
16. “神舟十七号”航天员顺利奔赴“天宫”，为防止宇宙间各种高能粒子对在轨航天员造成的危害，研制出各种磁防护装置。某同学设计了一种磁防护模拟装置，装置截面图如图所示，以O点为圆心的内圆、外圆半径分别为R和，区域中的危险区内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，外圆为绝缘薄板，外圆的左侧有两块平行金属薄板，其右板与外圆相切，在切点处开有一小孔C。一质量为m、电荷量为、不计重力的带电粒子从左板内侧的A点由静止释放，两板间电压为U，粒子经电场加速后从C点沿CO方向射入磁场，若恰好不进入安全区，求：
（1）粒子通过C点时的速度大小；
（2）若粒子恰好不进入安全区，求两板间电压为；
（3）在（2）问中，若粒子每次与绝缘薄板碰撞后原速反弹，求粒子从离开电场到再次返回电场所需的时间t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）粒子从A点运动到C点，根据动能定理得
解得
（2）设带电粒子在磁场中运动的轨迹半径为r，如图所示
由几何关系得
解得
由牛顿第二定律得
又因
解得
（3）设粒子在磁场中运动的轨迹所对应的圆心角为θ，由几何关系得
解得
粒子在磁场中运动的周期为
粒子从C点到第一次与绝缘薄板碰撞所需时间为
解得
由几何关系可得粒子在危险区运动时总共与绝缘薄板发生5次碰撞，粒子从离开电场到再次返回电场时间为