2022-2023学年辽宁省朝阳市建平县重点中学高二（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年辽宁省朝阳市建平县重点中学高二（下）期中
物理试卷
一、选择题（本大题共12小题，共48分）
1. 如图所示，表示磁场对直线电流的作用力示意图中正确的是( )
A. B. C. D.
2. 两个带电粒子以相同的速度垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，两粒子质量之比为，电荷量之比为，则刚进入磁场时两带电粒子所受洛伦兹力之比为( )
A. B. C. D.
3. 一个不计重力的带正电荷的粒子，沿图中箭头所示方向进入磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则粒子的运动轨迹为( )
A. 圆弧 B. 直线
C. 圆弧 D. 、、都有可能
4. 如图所示，长为的直导线折成边长相等、夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流时，该形通电导线受到的安培力大小为( )
A. B. C. D.
5. 下列关于自感系数及自感电动势的说法中正确的是( )
A. 通过线圈的电流为最大值的瞬间，自感电动势最大
B. 电流变化越大，自感电动势越大
C. 线圈中的电流变化越快，其自感系数越大
D. 线圈内插入铁芯，其自感系数增大
6. 一飞机在南半球上空做飞行表演。当它自东向西方向做飞行表演时，飞机左右两机翼端点哪一点电势高( )
A. 飞机右侧机翼电势低，左侧电势高 B. 飞机右侧机翼电势高，左侧电势低
C. 两机翼电势一样高 D. 条件不足，无法判断
7. 如图甲所示，线圈总电阻，匝数，其端点、与的电阻相连，线圈内磁通量变化规律如图乙所示下列关于、两点电势、的关系及两点电势差的选项，正确的是( )
A. ， B. ，
C. ， D. ，
8. 关于楞次定律，下列说法中正确的是( )
A. 感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相反
B. 感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相同
C. 感应电流的磁场方向与磁通量增大还是减小有关
D. 感应电流的磁场总是阻止原磁场的变化
9. 质量和电荷量都相等的带电粒子和，以不同的速率经小孔垂直进入匀强磁场并最终打在金属板上，运动的半圆轨迹如图中虚线所示，不计重力，下列表述正确的是( )
A. 带负电，带正电 B. 的速率小于的速率
C. 洛伦兹力对、做正功 D. 的运动时间等于的运动时间
10. 如图所示，一导线弯成闭合线圈，以速率向左匀速进入磁感应强度为的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外。线圈总电阻为，从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止，下列结论正确的是( )
A. 感应电流一直沿顺时针方向
B. 线圈受到的安培力先增大，后减小
C. 感应电动势的最大值
D. 穿过线圈某个横截面的电荷量为
11. 如图所示，用细线吊一个质量为的带电绝缘小球，小球处于匀强磁场中，空气阻力不计小球分别从点和点向最低点运动，当小球两次经过点时( )
A. 小球的动能相同 B. 细线所受的拉力相同
C. 小球所受的洛伦兹力相同 D. 小球的向心加速度大小相同
12. 如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置。其核心部分是两个型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连。则下列说法正确的是( )
A. 高频交变电流的周期与粒子运动周期一定相同
B. 粒子从磁场中获得能量
C. 带电粒子加速所获得的最大动能与加速电压的大小有关
D. 带电粒子加速所获得的最大动能与金属盒的半径有关
二、非选择题（52分）
13. 如图为“研究电磁感应产生的条件”的实验装置。已经探明，在闭合开关后，磁铁的极向下插入线圈时，灵敏电流计的指针向右偏转，则：以下三空均选填“不会”、“向左”、“向右”。
待稳定后，让线圈和磁铁一起以相同速度向上运动，指针________偏转。
待稳定后，断开图中开关，灵敏电流计的指针________偏转。
重新闭合开关，待稳定后，把磁铁极从线圈中拔出时，灵敏电流计的指针________偏转。
14. 下图为“研究电磁感应现象”的实验装置。
将图中所缺的导线补接完整分。
如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，那么合上开关后可能出现的情况有：
将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将________；
原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器的阻值调大时，灵敏电流计指针________。
15. 半径为的圆形区域内有匀强磁场，磁感应强度为，磁场方向垂直纸面向里，半径为的金属圆环与磁场区域同圆心放置，磁场方向与环面垂直，其中，，一金属棒与金属圆环接触良好。
若棒以的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径的瞬间如图所示、间的电压；
撤去中间的金属棒，将右面的半圆环以为轴向上翻转，若此后磁场随时间均匀变化，其变化率为，求图中平均感应电动势。
16. 如图所示，质量为、电荷量为的带正电荷的小滑块，从半径为的光滑固定绝缘圆弧轨道上由静止自端滑下。整个装置处在方向互相垂直的匀强电场与匀强磁场中。已知，方向水平向右，，方向垂直纸面向里，。求：
滑块到达点时的速度；
在点时滑块所受洛伦兹力；
在点滑块对轨道的压力。
17. 一个重力不计的带电粒子，以大小为的速度从坐标的点，平行于轴射入磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，并从轴上点射出磁场，射出速度方向与轴正方向夹角为，如图，求：
带电粒子在磁场中运动的轨迹半径；
带电粒子的比荷及粒子从点运动到点的时间；
其他条件不变，要使该粒子恰从点射出磁场，求粒子入射速度大小．
18. 如图所示，水平放置的形导轨足够长，置于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨宽度，左侧与的定值电阻连接。右侧有导体棒跨放在导轨上，导体棒质量，电阻，与导轨的动摩擦因数，其余电阻可忽略不计。导体棒在大小为的水平外力作用下，由静止开始运动了后，速度达到最大，取，求：
导体棒运动的最大速度是多少？
当导体棒的速度时，导体棒的加速度是多少？
导体棒由静止达到最大速度的过程中，电阻上产生的热量是多少？
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
通电直导线在磁场中受到的安培力方向利用左手定则判断．对于左手定则的应用，要搞清两点：一是什么时候用；二是怎样用．
磁场对直线电流的作用称为安培力，用左手定则判断方向．将四个选项逐一代入检验，选择符合题意的选项．
【解析】
A、伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，则手心向外．四指指向电流方向：水平向右，根据左手定则判断可知，拇指指向安培力方向：竖直向上．故A正确．
B、通电导线与磁场方向平行，没有安培力．故B错误．
C、伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，则手心向左．四指指向电流方向：垂直纸面向外，根据左手定则判断可知，拇指指向安培力方向：竖直向上．故C错误．
、伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向里穿过手心，则手心向下．四指指向电流方向：水平向右，根据左手定则判断可知，拇指指向安培力方向：垂直纸面向外．故D错误．
2.【答案】
【解析】解：根据洛伦兹力大小，，结合题意可得，洛伦兹力大小与电量成正比，即：，故C正确，ABD错误；
故选：
带电粒子垂直进入磁场中，受到洛伦兹力作用，根据洛伦兹力大小，，即可求解．
考查洛伦兹力产生条件，及影响洛伦兹力的大小因素，同时运用控制变量法来确定问题．
3.【答案】
【解析】解：带正电的电荷在向里的磁场中向上运动，根据左手定则可知，粒子的受到的洛伦兹力的方向向左，所以粒子的可能的运动的轨迹为，所以A正确，BCD错误。
故选：。
带电粒子在磁场中药受到洛伦兹力的作用，根据左手定则可以判断正电荷的受力的方向．
本题是对左手定则的直接的应用，掌握好左手定则即可判断粒子的受力的方向．
4.【答案】
【解析】略
5.【答案】
【解析】
【分析】
自感电动势公式为。自感系数由线圈自身决定，与其它因素无关。
【解答】
由可知，自感电动势的大小与电流的变化率成正比，与电流的大小及电流变化的大小无关，故AB错误；
线圈的自感系数仅由线圈自身的因素决定，如：线圈的横截面积、长度、单位长度上的线圈匝数、有无铁芯等，与其他因素无关，故C错误，D正确。
故选D。

6.【答案】
【解析】略
7.【答案】
【解析】
【分析】
根据法拉第电磁感应定律求出线圈中的感应电动势，根据楞次定律判断感应电流的方向，结合电路知识求出、两点电势差。
通过图像运用数学知识结合物理规律解决问题，其中我们要知道图像斜率的意义，在电磁感应的问题中要知道哪部分相当于电源。
【解答】
从图中发现：线圈的磁通量是增大的，根据楞次定律，感应电流产生的磁场跟原磁场方向相反，即感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外，根据右手定则，我们可以判断出线圈中感应电流的方向为逆时针方向，在回路中，线圈相当于电源，由于电流是逆时针方向，所以相当于电源的正极，相当于电源的负极，所以点的电势大于点的电势，根据法拉第电磁感应定律得：
，
，
、两点电势差就相当于电路中的路端电压，所以。故选项A正确，BCD错误。
故选A。
8.【答案】
【解析】略
9.【答案】
【解析】略
10.【答案】
【解析】解：
A、线圈进入磁场的过程，磁通量一直增大，根据楞次定律判断可知感应电流一直沿顺时针方向，故A正确。
B、设线圈有效的切割长度为，由图可知先增大后减小，线圈受到的安培力，则知安培力先增大，后减小，故B正确。
C、最大的有效切割长度等于，则感应电动势的最大值，故C错误。
D、穿过线圈某个横截面的电荷量为，故D错误。
故选：。
由楞次定律可判断感应电流的方向；分析线圈有效切割长度的变化，由法拉第电磁感应定律可分析感应电动势的变化，确定感应电流和安培力的变化．当有效的切割长度最大时，产生的感应电动势最大，最大的有效切割长度等于根据求解电量．
本题运用安培力与速度的关系式、电量与磁通量变化量的关系式是两个关键，要理解有效切割长度的意义，运用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行分析．
11.【答案】
【解析】解：、由题意可知，拉力与洛伦兹力对小球不做功，仅仅重力作功，则小球机械能守恒，所以小球分别从点和点向最低点运动且两次经过点时的动能相同，故A正确；
B、由选项可知，速度大小相等，则根据牛顿第二定律可知，由于速度方向不同，导致产生的洛伦兹力的方向也不同，则拉力的大小也不同，故B错误；
C、由于小球的运动方向不同，则根据左手定则可知，洛伦兹力的方向不同，但大小却相等，故C错误；
D、根据，可知小球的向心加速度大小相同，且方向指向固定点，即加速度相同，故D正确；
故选：．
带电小球在重力与拉力及洛伦兹力共同作用下，绕固定点做圆周运动，由于拉力与洛伦兹力始终垂直于速度方向，它们对小球不做功．因此仅有重力作功，则有机械能守恒，从而可以确定动能是否相同；洛伦兹力与运动方向有关，根据向心力公式可以确定拉力的大小是否相同；最后由向心加速度公式来确定是否相同．
本题考查对小球进行受力分析，并得出力做功与否，根据机械能守恒定律来解题是突破口，同时注意洛伦兹力方向随着速度的方向不同而不同．最后由牛顿第二定律来考查向心力与向心加速度．
12.【答案】
【解析】
【分析】
回旋加速器是通过电场对粒子加速，磁场对粒子偏转来实现多次加速的，要使粒子每一次进入电场都能被加速，则电场的变化周期与粒子在磁场的运动周期要相等；由得出粒子在磁场中的轨道半径，由形的盒的半径可得粒子最大的轨道半径，从而由动能的公式可得最大动能的表达式，据此分析即可。
本题的关键是要明白回旋加速器的加速原理，找出粒子加速以后最大的轨道半径，即可分析问题。
【解答】
解：回旋加速器是通过电场对粒子加速，磁场对粒子偏转来实现多次加速的，要使粒子每一次进入电场都能被加速，则电场的变化周期与粒子在磁场的运动周期要相等，故A正确，B错误；
由洛伦兹力提供向心力可得：，粒子被加速以后最大的轨道半径为形盒的半径，故有：，可得最大的动能为：，可知粒子获得最大动能与形盒的半径有关，而与加速电压无关，故C错误，D正确。
故选AD。
13.【答案】不会；不会；向左
【解析】解：当让线圈和磁铁一起以相同速度向上运动，穿过闭合回路的磁通量不变，不产生感应电流，指针不会偏转
当断开图中开关，穿过线圈的磁通量减小，线圈中会产生感应电动势，但由于线圈与灵敏电流计没有构成闭合电路，则不产生感应电流，灵敏电流计指针不会偏转．
根据在闭合开关后，磁铁的极向下插入线圈时，导致线圈中的磁通量增大，而灵敏电流计的指针向右偏转，
当闭合开关，待稳定后，把磁铁极从线圈中拔出时，导致线圈中的磁能量减小，则灵敏电流计的指针向左偏转；
故答案为：不会；不会；向左．
穿过闭合回路的磁通量发生变化时，电路产生感应电流，根据感应电流产生的条件分析答题．
本题考查了判断指针是否偏转，知道感应电流产生的条件、根据题意判断磁通量是否变化即可正确解题，注意第二问，虽产生感应电动势，而不满足感应电流产生条件．
14.【答案】将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串联成另一个回路，电路图如图所示：
向左偏转一下；向右偏转一下。
【解析】
【分析】
本题考查研究电磁感应现象及验证楞次定律的实验，对于该实验注意两个回路的不同．知道磁场方向或磁通量变化情况相反时，感应电流反向是判断电流表指针偏转方向的关键。
注意该实验中有两个回路，一是电源、电键、变阻器、小螺线管串联成的回路，二是电流计与大螺线管串联成的回路，据此可正确解答。
磁场方向不变，磁通量的变化不变时电流方向不变，电流表指针偏转方向相同，磁通量的变化相反时，电流表指针方向相反。
【解答】
将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串联成另一个回路，电路图如图所示：
闭合开关，穿过副线圈的磁通量增大，灵敏电流表的指针向左偏；
将原线圈迅速插入副线圈时，磁场方向不变，穿过副线圈的磁通量增大，灵敏电流计指针将向左偏转一下．
原线圈插入副线圈后，滑动变阻器接入电路的阻值调大时，原线圈电流变小，穿过副线圈的磁场方向不变，但磁通量变小，灵敏电流计指针将右偏转一下。
15.【答案】
【解析】金属棒切割磁感线产生的感应电动势为 ；
两个灯泡并联，等效阻值为 ；
电路中的电流 ，
，
联立解得 。
撤去金属棒后，磁场均匀变化，产生的感应电动势为
16.【答案】
方向竖直向睛
在 点滑块对轨道的压力是，方向竖直向下。

【解析】滑块滑运过程中洛伦兹力不做功，由动能定理得：
代入数据解得：
根据洛伦兹力大小公式得：
方向竖直向睛
在 点，受到四个力作用，如图所示，由牛顿第二定律与圆周运动知识得：
解得：
根据牛顿第三定律压力 ，方向竖直向下
17.【答案】解：画出粒子运动的轨迹如图，由几何知识：
所以：
由洛伦兹力提供向心力，得：
所以：
粒子运动的周期：
时间：
要使粒子能从点射出磁场，则
所以：
答：带电粒子在磁场中运动的轨道半径为；
带电粒子的比荷为，粒子从点运动到点的时间为；
其他条件不变，要使该粒子恰从点射出磁场，粒子入射速度大小为。
【解析】画出运动的轨迹，根据几何关系，列出方程即可求解；
粒子在磁场中做圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力，即可求得带电粒子的比荷；轨迹偏转的角度与周期的关系，即可粒子在磁场中运动的时间；
根据洛仑兹力提供向心力及几何关系，列出方程即可求解。
该题考查带电粒子在磁场中的运动，正确地画出粒子运动的轨迹，根据几何关系找出半径与已知量之间的关系是解题的关键。
18.【答案】解：当导体棒做匀速直线运动时速度最大，设最大速度为。
导体棒垂直切割磁感线，产生的电动势大小：，
由闭合电路的欧姆定律得：
导体棒受到的安培力：，
当导体棒做匀速直线运动时速度最大，由平衡条件得：
解得最大速度：；
当速度为由牛顿第二定律得：
解得：；
在整个过程中，由能量守恒定律可得：
解得：，
所以．

【解析】解题是要注意：导体棒在水平方向受到三个了：拉力、安培力与摩擦力，应用安培力公式、平衡条件、能量守恒定律即可正确解题。
当导体棒做匀速直线运动时，速度到达最大，由平衡条件可以求出导体棒的最大速度。
根据牛顿第二定律列式即可求得加速度大小
由能量守恒定律可以求出棒上产生的热量。
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