北京市海淀区北京理工大学附属中学2024-2025学年高二上学期12月月考物理试卷(Word版附答案)
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出题人 高二备课组 审核人 杨桓
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一、不定项选择题(共60分,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,只有一个选项是正确的,选对得4分,选不全得2分,选错或不答得0分)
1.下列现象中,属于电磁感应现象的是 ( )
通电导线发热
因闭合线圈在磁场中运动而产生了电流
磁铁吸引小磁针
小磁针在通电导线附近发生偏转
2. 下列关于磁场的说法,正确的是( )
只有磁铁周围才存在磁场
磁场是假想的,不是客观存在的
磁场是在磁体与磁体、磁体与电流发生作用时才产生的
磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的
3. 关于磁感应强度,下列说法正确的是( )
磁场中某处磁感应强度的大小,等于长为L、通以电流I的一小段导线放在该处时所受磁场力F与乘积IL的比值
一小段通电导线放在某处若不受磁场力作用,则该处的磁感应强度一定为零
因为B=FIL,所以磁场中某处磁感应强度的大小与放在该处的导线所受磁场力F的大小成正比,与IL的大小成反比
磁场中某处磁感应强度的大小跟放在磁场中的通电导线长度、电流大小及所受磁场力的大小均无关
4. 磁单极子是物理学家设想的一种仅带有单一磁极(N极或S极)的粒子,它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布,目前科学家还没有证实磁单极子的存在。若自然界中存在磁单极子,以其为球心画出两个球面1和2,如图所示,a点位于球面1上,b点位于球面2上,则下列说法中正确的是( )
a点的磁感应强度比b点的大
a点的磁感应强度比b点的小
球面1的磁通量比球面2的大
球面1的磁通量比球面2的小
5. 如图所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端P水平向右进入两板间后,恰好能做直线运动。忽略粒子重力的影响,则( )
A. 若只将粒子改为带负电,其将往上偏
B. 若只增加粒子进入该装置的速度,其将往上偏
C. 若只增加粒子的电荷量,其将往下偏
D. 若粒子从右端Q水平向左进入,则仍沿直线水平飞出
6. 如图所示,宽为L的光滑导轨与水平面成α角,质量为m、长为L的金属杆水平放置在导轨上。空间存在着匀强磁场。当回路总电流为I时,金属杆恰好能静止。则下列说法中正确的是( )
A. 磁场方向可能为竖直向上 B. 磁场方向可能为水平向右
C. 磁场大小最小为mgsinαIL D. 磁场大小最小为mgIL
7. 如图所示,两根垂直纸面放置的直导线,通有大小相同、方向相反的电流。O为两导线连线的中点,P、Q是两导线连线中垂线上的两点,且OP=OQ。以下说法正确的是( )
O点的磁感应强度为零
P、Q两点的磁感应强度方向相同
若在P点放置一条电流方向垂直纸面向里的通电导线,其受力方向为P→O
若在Q点放置一条电流方向垂直纸面向里的通电导线,其受力方向为Q→O
8. 用如图所示的方法可测得金属导体中单位体积内的自由电子数n。现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b,厚为d,并加有与侧面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场,当通以图示方向电流I时,在导体上、下表面间用电压表可测得电压为U。已知自由电子的电荷量为e,则下列判断正确的是( )
A. 上表面电势高
B. 下表面电势高
C. 该导体单位体积内的自由电子数为Iedb
D. 该导体单位体积内的自由电子数为BIeUb
9. 如图所示,在一个圆形区域内有垂直于圆平面的匀强磁场,现有两个质量相等、所带电荷量大小也相等的粒子a和b,先后以不同的速率从圆边沿的A点对准圆形区域的圆心O射入圆形磁场区域,它们穿过磁场区域的运动轨迹如图所示。粒子之间的相互作用力及所受重力和空气阻力均可忽略不计,下列说法中正确的是( )
A. a、b两粒子所带电荷的电性一定不同
B. 射入圆形磁场区域时,a粒子的速率较大
C. 穿过磁场区域的过程,洛伦兹力对a做功较多
D. 穿过磁场区域的过程,a粒子运动的时间较长
10. 如图所示平面内,在通有图示方向电流I的长直导线右侧,固定一矩形金属线框abcd,ad边与导线平行。调节电流I使得空间各点的磁感应强度随时间均匀增加,则( )
线框中产生的感应电流方向为abcda
线框中产生的感应电流不变
线框ad边所受的安培力大小恒定
线框整体受到的安培力方向水平向右
11. 质谱仪是分析同位素的重要工具,其原理如图所示。氖元素的两种同位素粒子a、b质量不同、电荷量相同。a、b两种粒子从容器A下方的小孔S1,飘入电势差为U的加速电场,其初速度可视为0,然后经过S2沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场。a、b两种粒子分别打到照相底片D上的M和N处,关于a、b两种粒子在磁场中的运动,下列说法正确的是( )
两种粒子的动能相同
a粒子的速度大于b粒子的速度
a粒子受到的洛伦兹力大于b粒子受到的洛伦兹力
a粒子的运动时间大于b粒子的运动时间
12. 回旋加速器的工作原理如图所示,D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间有电势差。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。中央O处的粒子源可以产生粒子,粒子在两盒之间被电场加速,进入磁场后做匀速圆周运动。粒子离开O处时的速度、在电场中的加速时间以及粒子的重力均可忽略不计。不考虑粒子间的相互作用及相对论效应。下列说法正确的是( )
粒子在磁场中运动的周期越来越大
加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关
电势差一定时,磁感应强度越大,粒子离开加速器时的动能越小
磁感应强度一定时,电势差越大,粒子在加速器中的运动时间越短
13. 如图所示,在光滑水平面上有一边长为L的单匝正方形闭合导体线框abcd,处于磁感应强度为B的有界匀强磁场中,其ab边与磁场的右边界重合。线框由同种粗细均匀的导线制成,它的总电阻为R。现将线框以恒定速度v水平向右匀速拉出磁场。此过程中保持线框平面与磁场方向垂直,拉力在线框平面内且与ab边垂直,bc边始终与磁场的右边界保持垂直。在线框被拉出磁场的过程中,下列说法中正确的是( )
线框内的电流方向为abcda
线框内的电流大小为BILR
cd两端的电压为14BLv
线框中产生的焦耳热为B2L3vR
14. 如图所示, MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够长,且电阻不计。有一垂直导轨平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,宽度为L, ab是一根不仅与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆。开始,将开关S断开,让ab由静止开始自由下落,过段时间后,再将S闭合,若从S闭合开始计时,则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是( )
A. B. C. D.
15. 如图所示装置中,cd杆原来静止。当ab杆做如下哪些运动时,cd杆将向右移动( )
A. 向右匀速运动 B. 向右加速运动 C. 向左加速运动 D. 向左减速运动
二、实验题(共12分)
15.某同学用如图所示的实验器材来探究影响感应电流方向的因素。
(1) 图中已经用导线将部分器材连接,请补充完成实物间的连线。
(2)若连接好实验电路并检查无误后,在闭合开关的瞬间,观察到电流计指针向右偏转,说明线圈__________ (填“A”或“B”)中有了感应电流。要使电流计指针向左偏转,请写出两种可行的操作:
①________________________________________;
②________________________________________。
(3)该同学通过实验探究,对楞次定律有了比较深刻的认识:理解楞次定律,关键在于抓住__________ (选填“原磁场”或“感应磁场”)总是要阻碍__________ (选填“原磁场”或“感应磁场”)磁通量的变化。
三、计算论述题(共28分,要求有必要的文字说明、原始公式和计算结果)
16.(8分)如图甲所示,N=200匝的线圈(图中只画了2匝),电阻r=2Ω,其两端与一个R=48Ω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乙所示规律变化。
(1)判断通过电阻R的电流方向;
(2)求线圈产生的感应电动势E;
(3)求电阻R两端的电压U。
17.(9分)两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ=37°的光滑绝缘斜面上,顶部接有一阻值R=3 Ω的定值电阻,下端开口, 轨道间距L=1 m。整个装置处于磁感应强度为B=2 T的匀强磁场中, 磁场方向垂直斜面向上。质量 m=1 kg 的金属棒 ab, 由静止释放后沿导轨运动, 运动时始终垂直于导轨, 且与导轨接触良好。从金属棒 ab 开始运动至达到最大速度过程中, 金属棒下降的竖直高度为 h=3 m。金属棒 ab 在导轨之间的电阻 r =1 Ω, 电路中其余电阻不计。 sin 37°=0.6,cs 37°=0.8, 取 g=10 m/s2。求:
(1) 金属棒 ab 达到的最大速度 vm;
(2) 金属棒 ab 沿导轨向下运动速度 v=5 m/s 时的加速度大小;
(3) 从金属棒 ab 开始运动至达到最大速度过程中, 电阻 R 上产生的热量 QR。
18.(11分)如图所示是磁流体发电的示意图。平行金属板P、Q两板相距为d,之间有一个很强的匀强磁场B,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带电量为q的正、负带电离子)沿垂直于B的方向射入磁场, P、Q两板间便产生电压。开关闭合前、后,等离子体在管道进、出口两端压强差的作用下, 均以恒定速率v沿图示方向运动。忽略重力及离子间的相互作用力。
(1) 图中P、Q板哪一个是电源的正极;
(2) 请证明该磁流体发电机的电动势E=Bdv;
(3) 开关闭合,电路稳定后,电源的内阻为r,外电路电阻为R,求PQ两端的电势差大小;
(4) 在问题(3)给定的条件下,可认为等离子体在PQ两板间竖直方向上的速度大小不变,求两板间某运动的带电离子在该方向受到的阻力f。