山东省济宁市嘉祥县2022-2023学年高二下学期期中考试物理试题（含答案）

嘉祥县2022-2023学年高二下学期期中考试
物理试题
单项选择题：（本题共8小题，每小题3分，共24 分。每小题只有一个选项符合题目要求。）
1．如图甲所示，一台小型发电机通过理想自耦变压器给小灯泡供电，若发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻不计，灯泡始终没有被烧坏，则（　　）
A．电压表的示数为311 V B．灯泡中的电流方向每秒改变50次
C．当时线圈平面与磁场方向平行 D．自耦变压器的滑片向上滑动小灯泡会变暗
2．如图，在水平面上放置间距为L的平行金属导轨MN、PQ，导轨处平竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间的变化规律为B=kt（k为常数，k0）。M、P间接一阻值为R的电阻，质量为m的金属杆ab垂直导轨放置，与导轨接触良好，其接入轨道间的电阻为R，与轨道间的动摩擦因数为，Pb=Ma=L，（不计导轨电阻，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g），从t=0到ab杆刚要运动的这段时间内（　　）
A．通过电阻R的电流方向P→M B．回路的感应电流
C．通过电阻R的电量 D．ab杆产生的热功率
3. LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(　　)
A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由a向b
B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电
C．若磁场正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带负电
D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b
4．如图所示，等腰直角三角形OPQ的直角边OP、PQ的长度均为L，直角三角形内（包括边界）有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一个粒子源在Q点沿不同方向以不同速度发射质量为m、电荷量为q的带正电粒子，不计粒子的重力及粒子间的相互影响，在磁场中运动时间最长的粒子中，粒子速度的最大值是（ ）
A． B． C． D．
5. 图甲为某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ、R2=10 kΩ、R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。a、b端电压Uab≤0时,电压鉴别器会令开关S接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当a、b端电压Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热。则恒温箱内的温度可保持在(　　)
A.10 ℃ B.20 ℃ C.35 ℃ D.45 ℃
6．空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，其边界如图（a）中虚线MN所示，一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图（a）所示。磁感应强度B随时间t的变化关系如图（b）所示，则在t=0到t=t1的时间间隔内 （　　）
A．圆环所受安培力的方向始终不变 B．圆环中的感应电流始终沿逆时针方向
C．圆环中的感应电流大小为 D．圆环中的感应电动势大小为
7．空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场，一圆形硬质导线固定在纸面内，如图（甲）所示。磁感应强度B随时间t的变化关系如图（乙）所示，时刻磁场方向垂直纸面向里。取纸面内垂直连线向上为安培力的正方向，在时间内，圆形导线劣弧受到该磁场对它的安培力F随时间t的变化关系图为（　　）
A． B．
C． D．
8．如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中有一粒子源，粒子源从O点在纸面内同时向各个方向均匀地发射带正电的粒子，其速率为v、质量为m、电荷量为q。是在纸面内垂直磁场放置的厚度不计的挡板，挡板的P端与O点的连线与挡板垂直，距离为。设打在挡板上的粒子全部被吸收，磁场区域足够大，不计带电粒子间的相互作用及重力，，。则（　　）
A．若挡板长度为，则打在板上的粒子数最多
B．若挡板足够长，则打在板上的粒子在磁场中运动的最短时间为
C．若挡板足够长，则打在板上的粒子在磁场中运动的最长时间为
D．若挡板足够长，则打在挡板上的粒子占所有粒子的
二、多项选择题：（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有错选的得0分。）
9．如图所示，在宽度为L的倾斜光滑金属导轨上，有质量为m的金属杆MN，导轨下端有一个阻值为R的电阻，不考虑其它地方的电阻，虚线下方有垂直导轨向上的磁场，磁感应强度为B，MN棒在导轨上可能的运动情况正确的是（　　）
A． B．
C． D．
10．如图所示，在平面的第一象限（含坐标轴）内存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场。一群带正电粒子从轴上的点射入磁场，速度方向与轴正方向的夹角。已知，粒子电荷量为，质量为，重力不计。则下列可能表示粒子在第一象限运动时间的是（　　）
A．当粒子速度为时，粒子在第一象限运动时间为
B．当粒子速度为时，粒子在第一象限运动时间为
C．当粒子速度为时，粒子在第一象限运动时间为
D．当粒子速度为时，粒子在第一象限运动时间为
11．如图所示，边界OA与OC之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B，已知∠AOC=60°。OC上的P处为粒子的入射口，在OA上的M处安放接收器，且OM=OP=l。现将大量质量为m，电荷量为+q的同种粒子以各种速率从P处向各个方向射入磁场，在M处被观测到的粒子中，下列说法正确的是
A．速度的最小值为 B．速度最小的粒子在磁场中运动的时间为
C．在磁场中运动的时间的最大值为D．在磁场中运动的时间最长的粒子速度为
12．如图所示，在水平面内两根间距为L、足够长的光滑平行金属导轨（电阻不计）水平放置。导轨间存在方向竖直向上、大小为B的匀强磁场。两平行金属杆ab、cd的质量分别为m1、m2，电阻分别为R1、R2，且始终与导轨保持垂直。开始两金属杆处于静止状态，相距为x0，现给金属杆ab一水平向右的初速度v0，一段时间后，两金属杆间距稳定为x1。下列说法正确的是（ ）
A．金属杆cd先做匀加速直线运动，后做匀速直线运动
B．当金属杆ab的加速度大小为a时，金属杆cd的加速度大小为
C．这段时间内通过金属杆cd的电荷量为
D．两金属杆ab、cd在运动过程中产生的焦耳热为
三、实验题 (连线2分，每空 2 分，共 14 分)
13．如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置。
（1）将图中所缺的导线补接完整_________；
（2）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关，且在原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，电流计指针将_________（填“向左偏”或“向右偏”）；滑片不动，将原线圈A迅速拔出副线圈B，电流计指针将_________（填“向左偏”或“向右偏”）。
14．如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置，如图是两个成功的演示实验，当灵敏电流计的电流从正接线柱流入、负接线柱流出时，电流表指针向右偏转，请回答下列问题：
（1）在图所示的实验中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和慢速插入时磁通量的变化量________（选填“相同”或“不同”），电流表指针的最大偏转角度________（选填“相同”或“不同”）
（2）在图所示的实验中，当导体棒AB向靠近电流表的一侧（沿图中的方向）移动时，电流表的指针将会________偏转（选填“向左”、“向右”或“不”）。
（3）由以上演示实验可归纳出的共同结论是：___________________________________________________。
四、解答题 (共 4 小题,共 46 分。要求写出必要的文字说明和条理规范的步骤。）
15．（8分）如图所示，宽、长为2L的矩形闭合线框abcd，其电阻为，线框以速度垂直于磁场方向匀速通过匀强磁场区域，磁场的宽度为L，磁感应强度问：
（1）当bc边进入磁场时，线框中产生的感应电动势是多大？
（2）bc边进入磁场后，它所受到的磁场力是多大？
（3）整个过程中线框产生的热量是多少？
16．（8分）如图所示，在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场，磁感强度为B；在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E．一质量为m，电量为-q的粒子从坐标原点O沿着y轴正方向射出．射出之后，第三次到达x轴时，它与点O的距离为L．重力不计．求：
（1）粒子在磁场中的运动半径
（2）粒子射出时的速度
（3）这段运动的总路程
17．（14分）如图所示，虚线FG、MN、CD为在同一平面内的水平直线边界，在MN、CD区间内有垂直边界的匀强电场，场强的大小E＝1.5×105N/C，方向如图所示；在FG、MN区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小B＝0.2 T．已知电场和磁场在沿边界方向的长度均足够长，电场在垂直边界方向的宽度d1＝0.20 m．在CD边界上某点O处有一放射源，沿纸面向电场中各方向均匀地辐射出速率均为v0＝1.0×106m/s的某种带正电粒子，粒子质量m＝6.4×10－27kg，电荷量q＝3.2×10－19C，粒子可以无阻碍地通过边界MN进入磁场，不计粒子的重力及相互作用．试求：
(1) 粒子在磁场中做圆周运动的半径；
(2) 要使粒子不从FG边界射出，求磁场垂直边界MN方向上的最小宽度d；
(3) 若磁场垂直边界MN方向上的宽度为0.2 m，求边界FG上有粒子射出磁场的范围长度及粒子首次在磁场中运动的最长时间．
18．（16分）水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨，两导轨间距为d，在导轨上有质量为m的导体杆。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。现用一水平恒力F向右拉动导体杆由静止开始运动，杆与轨道之间的摩擦和空气阻力，以及导轨的电阻均可忽略不计。假设导轨长度足够长，磁场的范围也足够大，在整个运动过程中杆与轨道保持垂直且良好接触。
(1)若在导轨之间接有一阻值为R的定值电阻，导体杆接两轨道之间的电阻为r，如图甲所示，求：
①导体杆所能达到的最大速度vm；
②导体杆运动距离为s0过程中，通过电阻R的电荷量q；
(2)若导体杆的电阻可忽略不计，在导轨之间接有一电容为C的不带电的电容器，如图乙所示，在电容器不会被击穿的情况下，
①电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小v的关系；
②请分析说明导体杆运动的性质，并求出导体杆在时间t内通过的位移s大小。
高二物理试题参考答案
单项选择题：（本题共8小题，每小题3分，共24 分。每小题只有一个选项符合题目要求。）
1.D 2.C 3 .B 4.C 5.C 6.C 7.B 8 .D
二、多项选择题：（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有错选的得0分。
9. BCD 10. AD 11.BC 12.BC
三、实验题 (连线2分，每空 2 分，共 14 分)
13、(1)
(2)向左偏 向左偏
14、相同 不同 向右 感应电流产生的条件：闭合电路磁通量发生变化
四、解答题 (共 4 小题,共 46 分。要求写出必要的文字说明和条理规范的步骤。）
15．（8分）（1）2V （2）0.1N （3）0.04J
解析：（1）当bc边进入磁场时，bc切割磁感线运动，产生的感应电动势
（2）bc边进入磁场后，它所受到的磁场力即为安培力
（3）整个过程中，bc边进入磁场和ad边进入磁场过程都有感应电动势产生，产生的感应电动势大小相等。
两边在磁场中运动的时间：
产生热量：
16．（8分）（1）（2） （3）
解析：(1) 由题意知第3次经过x轴的运动如图所示
由几何关系：L=4R
解得：；
(2) 设粒子初速度为v，则有：
解得：；
(3) 设粒子进入电场作减速运动的最大路程为L′，加速度为a，则有：
v2=2aL′
qE=ma
则电场中的路程：
粒子运动的总路程：
17．（14分）(1) r＝0.2 m (2) d＝0.3 m (3)0.43m；
解析：(1)带电粒子从电场进入磁场，由动能定理有：
进入磁场后，洛仑兹力提供向心力：
联立两式得：，
(2)在O点水平向左或向右方向射出的粒子做类平抛运动，其偏向角与水平方向 夹角为θ，则：
所以
当从最左边射出的粒子进入磁场后是一个优弧，当该优弧与磁场上边界相切时， 由几何关系有磁场宽度为：
(3)水平向左射出的粒子打在A点，水平位移：
从A点与水平方向成射出的粒子做匀速圆周运动打在上边边界的P点，由对称
性，可知P点偏离O点的左边
显然从O点竖直向上射出的粒子划过四分之一圆弧打在Q点，该点是粒子打击的 最右端，由几何关系可知Q点偏离O点的右边
所以能够从FG边缘穿出的长度范围为
显然竖直向上射出的粒子恰恰在磁场中转过半周，转再回到MN，此种情况粒子在磁场中运动时间最长：
18．（16分）(1)①，②；(2)①，②匀加速直线运动，
解析：(1)①当导体杆所受安培力与拉力F大小相等时速度最大，即有
此时电流为
联立解得
②由公式得
(2)①导体杆切割磁感线产生电动势，则电容器两端电压为
电荷量为
②对导体杆由牛顿第二定律得
其中
整理得
则导体杆做匀加速直线运动，导体杆在时间t内通过的位移