北京市顺义牛栏山第一中学2023-2024学年高二下学期4月月考物理试卷（Word版附解析）

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本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第一部分（选择题 共42分）
一、选择题：本题共14小题，每小题3分，共42分。在每小题给出的四个选项中，第1~10题只有一项符合题目要求，第11~14题有多项符合题目要求。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 下列关于电磁感应现象说法正确的是( )
A．穿过闭合电路的磁通量越大，闭合电路中的感应电动势越大
B．穿过闭合电路的磁通量为零时，感应电动势一定为零
C．穿过闭合电路的磁通量变化越多，闭合电路中的感应电动势越大
D．穿过闭合电路的磁通量变化越快，闭合电路中的感应电动势越大
2．如图1所示，B为匀强磁场，v为正电荷的运动速度，F为磁场对电荷的洛伦兹力，其中正确的是（ ）
B
v
F
F
v
B
F
v
B
图1
F
v
B
A B C D
v
v
v
v
3．如图2所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一电荷量为+q的粒子以速度v从该装置的左端沿水平方向向右做直线运动。忽略粒子重力的影响，则
+ + + + + + + +


图2
B
A．该粒子的速度V= EB
v
+q
B．若只将粒子的电荷量改为-q，其将往上偏
E
C．若只将粒子的电荷量改为+2q，其将往下偏
- - - - - - - -


图3
D．若只将粒子的速度变为2v，其将往下偏

4. 如图3所示，一根长1m左右的空心铜管竖直放置，把一枚磁性比较强的小圆柱形永磁体从铜管上端放入管口，圆柱直径略小于铜管的内径。让磁体从管口处由静止下落，磁体在管内运动时，没有跟铜管内壁发生摩擦。有关磁体在铜管中下落的过程，下列说法可能正确的是（ ）
A. 磁体做自由落体运动
B. 磁体受到铜管中涡流的作用力方向先向上后向下
C. 磁体受到铜管中涡流的作用力方向一直向上
D. 磁体的机械能守恒
5．一种用磁流体发电的装置如图4所示。平行金属板A、B之间的磁场可视为匀强磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）射入磁场，带电粒子在洛仑兹力的作用下向两极板偏转，A、B两板间便产生了电压。金属板A、B和等离子体整体可视为一个内阻不可忽略的直流电源。现将金属板A、B与电阻R相连，下列说法正确的是（ ）
图4
A．A板是电源的正极
B．A、B两金属板间的电势差等于电源电动势
C．增大等离子体的入射速度，电源电动势将增大
D．减小A、B两板间的距离，电源电动势将增大
图5
6．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频电源的两极相连接的两个D形金属盒，两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的匀强磁场中，如图5所示，则下列说法中正确的是
A．只增大狭缝间的加速电压，可增大带电粒子射出时的动能
B．只增大磁场的磁感应强度，可增大带电粒子射出时的动能
C．用同一回旋加速器可以同时加速质子（11H）和氚核（13H）
D．只增大狭缝间的加速电压，可增大带电粒子在回旋加速器中运动的时间
图7
1
0
t/s
B
2
3
4
5
B0
-B0
B
I
图6
7．在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图6所示，磁场方向向上为正方向。当磁感应强度B随时间t 按图7所示的正弦曲线规律变化时，下列说法正确的是
A．t = 1 s时，导体环中的电流为0
B．t = 2 s时，导体环中的磁通量变化率最大
C．t = 3 s和t = 5 s时，导体环中的电流大小相等、方向相反
D．2 s ~ 4 s内，导体环中的电流方向先为负方向后为正方向
8. 如图8所示，金属杆的质量为m，长为l，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成角斜向上，结果静止于水平导轨上。已知重力加速度为g。关于金属杆所受力的大小，下列说法正确的是（ ）
图8
安培力大小为
B. 安培力大小为
C. 摩擦力大小为
D. 支持力大小为
图9
9．如图9所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，一带电粒子从圆周上的P点沿半径方向射入磁场．若粒子射入磁场时的速度大小为v1，运动轨迹为PN；若粒子射入磁场时的速度大小为v2，运动轨迹为PM．不计粒子的重力．下列判断正确的是（ ）
A．粒子带负电
B．速度v1大于速度v2
C．粒子以速度v1射入时，在磁场中运动时间较长
D．粒子以速度v1射入时，在磁场中受到的洛伦兹力较大
图10
10．如图10所示，足够长的平行光滑金属导轨ab、cd水平放置，间距为L，一端连接阻值为R的电阻。导轨所在空间存在竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、电阻为r的导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。导轨的电阻可忽略不计。t=0时导体棒在水平向右的恒力作用下由静止开始运动。设导体棒MN两端的电压为U，所受安培力的大小为FA，通过的电流为I，速度大小为v，加速度的大小为a。关于导体棒MN开始运动后的情况，下列图像中合理的是（ ）
A． B． C． D．
图11
11. 如图11所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终刚好完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。下列说法正确的是（ ）
A. 线框进入磁场的过程中电流方向为顺时针方向
B. 线框进入磁场和穿出磁场的过程中产生的热量之比为3:1
C. 线框进入磁场和穿出磁场的过程中线框所受安培力方向相反
D. 线框在进入和穿出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等
12．如图12甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n=100匝，线圈的总电阻r=5.0Ω，线圈位于匀强磁场中，且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R=45Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OO′以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计，则下列说法中正确的是（ ）
图12

A．线圈中产生感应电动势的最大值为10V
B．电阻R消耗的电功率为2.0W
C．t=π30秒时，线圈中磁通量的变化率为0.05Wb/s
D．0~π20秒内，通过电阻R的电荷量为2×10−4C
图13
13.如图13所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向里，一个带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上运动，下列说法正确的是( )
A.微粒一定带负电，
B．微粒的电势能一定减小
C．微粒的机械能一定不变
D．洛伦兹力对微粒一定不做功
14．利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图14所示，将一厚度为d的半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面E、F间通以电流I时，另外两侧M、N间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中定向移动形成电流的载流子受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，在M、N间产生霍尔电压UH。半导体的载流子有自由电子或空穴（相当于正电荷）两种类型。结合所学知识，判断下列说法正确的是
I
I
UH
B
d
E
F
N
M
图14
A．若该半导体是电子导电，则M侧电势低于N侧电势
B．若增大半导体薄片的厚度d，则霍尔电压UH也将增大
C．若增大磁场的磁感应强度B，则霍尔电压UH也将增大
D．若增大电流I，则霍尔电压UH也将增大
第二部分（非选择题共58分）
二、实验题（共4道小题，共18分 请把15-17题答案涂在答题卡选择题后面相应位置。）
图15
15. 如图15是一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间。铝框可以绕支点自由转动，先使铝框和磁铁静止，转动磁铁，观察铝框的运动，可以观察到
A. 铝框与磁铁转动方向相反
B. 铝框始终与磁铁转动的一样快
C. 铝框是因为受到安培力而转动的
D. 当磁铁停止转动后，如果没有空气阻力和摩擦阻力，铝框将保持匀速转动
图16
16. 如图16所示，A1和A2是两个规格完全相同的灯泡，A1与自感线圈L串联后接到电路中，A2与可变电阻串联后接到电路中。先闭合开关S，缓慢调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节电阻R2，使两个灯泡都正常发光，然后断开开关。对于这个电路，下列说法中正确的是（ ）
A 再闭合开关S时，A1和A2同时亮
B. 再闭合开关S时，A2先亮，A1后亮
C. 再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A1和A2都要逐渐熄灭
D. 再闭合开关S，待电路稳定后，重新断开开关S，A2立刻熄灭，A1闪亮一下后才逐渐熄灭
17. 如图17甲是洛伦兹力演示仪，图乙是演示仪结构图，玻璃泡内充有稀薄的气体，由电子枪发射电子束，在电子束通过时能够显示电子的径迹。图丙是励磁线圈的原理图，两线圈之间产生近似匀强磁场，线圈中电流越大磁场越强，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。关于电子束的轨道半径，下列说法正确的是
图17
A. 只增大电子枪的加速电压，轨道半径不变 B. 只增大电子枪的加速电压，轨道半径变大
C. 只增大励磁线圈中的电流，轨道半径不变 D. 只增大励磁线圈中的电流，轨道半径变大
18. 某同学探究“影响感应电流方向的因素”，实验如下：
图18甲
图18乙
（1）首先按图18甲所示方式连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向左偏转；再按图18乙所示方式连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转。进行上述实验最主要的目的是________。（选填选项前的字母）
A．检查各仪器及导线是否完好
B．检查电流计量程是否合适
C．检查电流计测量电路的电流是否准确
D．推断电流从不同接线柱流入时电流计指针偏转方向
（2）接下来用如图19甲所示的装置做实验，将条形磁铁S极向下插入螺线管时，发现电流表的指针向左偏转。螺线管的绕线方向如图19乙所示。通过螺线管中的感应电流方向为_______（填“A→B”或“B→A”）。
（3）经分析可得出结论：磁铁S极向下插入螺线管时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向_____（填“相同”或“相反”）。
（4）接上面的（2），将条形磁铁从螺线管中抽出时，电流表的指针向________（填“左”或“右”）偏转。
（5）将磁体的N、S极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向______偏转（填“左”或“右”）
图20
图19
（6）又将实验装置改造，如图20所示。连接好实验电路并检查无误后，观察在闭合开关的瞬间和断开瞬间以及闭合开关后以不同速度移动滑动变阻器的滑片过程中，指针摆动情况，由此实验可以得出恰当的结论是________。（选填选项前的字母）
A．螺线管B的磁场变强或变弱影响感应电流大小
B．螺线管B的磁场变强或变弱影响感应电流方向
C．螺线管B的磁场强弱变化快慢影响感应电流大小
D．螺线管B的磁场强弱变化快慢影响感应电流方向
三、计算题：（本部分共4小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
19.（9分） 如图21甲所示，匝的线圈（图中只画了2匝），电阻，其两端与一个的电阻相连，线圈内有垂直纸面向外的磁场。线圈中的磁通量按图21乙所示规律变化。
（1）判断通过电阻R的电流方向；求出R上感应电流大小
（2）求线圈两端的电压U；
（3）求0.04S内通过电阻R的电荷量q。
图21
图22
20. （9分）如图22所示，两根平行光滑金属导轨MN和PQ固定在水平面上，其间距为L，磁感应强度为B的匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接一阻值为R的电阻，在导轨上有一金属杆ab，其电阻值为r，杆ab长度恰与导轨间距相等，在杆ab上施加水平拉力使其以速度v向右匀速运动，运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好，设金属导轨足够长，不计导轨电阻和空气阻力，求：
(1)金属杆ab两端的电压Uab；
(2)拉力做功的功率P。
（3）在上述情境中，仅改变匀强磁场方向，使其垂直轨道平面向上，有同学认为：“导体棒所受的安培力方向会发生改变，导体棒不能再向右做匀速直线运动”，你认为该同学的观点是否正确，说明你的观点及理由。
图23
21. （10分）质谱仪的原理简图如图23所示。一带正电的粒子从狭缝S1经S1和S2之间电场加速后进入速度选择器，P1、P2两板间的电压为U，间距为d，板间还存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B1，方向垂直纸面向外。带电粒子沿直线经速度选择器从狭缝S3垂直MN入偏转磁场，该磁场磁感应强度的大小为B2，方向垂直纸面向外。带电粒子经偏转磁场后，打在照相底片上的H点，测得S3、H两点间的距离为l。不计带电粒子的重力。求∶
（1）速度选择器中电场强度E的大小和方向；
（2）带电粒子离开速度选择器时的速度大小v；
（3）带电粒子的比荷。
22. （12分）应用所学知识不仅可以解决“已知”的问题，也可以在质疑中探索“未知”的问题。
某同学利用电磁阻尼现象设计了如图24情境1所示的用于缓冲降落的原理简图。一边长为L、质量为m、总电阻为R的正方形导线框abcd竖直下落，进入磁感应强度为B的匀强磁场时开始做减速运动，线框平面始终在竖直平面内，且线框ad边始终与磁场的水平边界面平行。已知线框bc边刚进入磁场时线框的速率为v。重力加速度为g。空气阻力不计。
（1）求线框bc边刚进入磁场时线圈中的电流I；
（2）若线框ad边刚要进入磁场时线框的速率减为，求线框在进入磁场的过程中所产生的焦耳热Q；
图24
（3）小明同学把线框换成金属正方体，研究其在该磁场中的下落情况，如图24情境2所示。已知该正方体的质量为M、边长为L。为便于定量分析，小明构建以下模型：假设正方体从静止开始一直在磁场中运动，平行磁感线的左右两个面可近似看作平行板电容器，电容为C。忽略正方体电阻。求该正方体下落的加速度大小a；并描述其运动性质。