江西省萍乡市芦溪县2022-2023学年高二（下）期中物理试卷（含解析）

2022-2023学年江西省萍乡市芦溪县高二（下）期中物理试卷
一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）
1. 下列说法正确的是( )
A. 穿过闭合电路的磁通量不为零时，闭合电路中感应电流可能为零
B. 磁场是一种为研究物理问题而假想的物质
C. 和都采用了比值定义法，场强的方向与电场力的方向相同或相反，磁感应强度的方向与安培力的方向相同或相反
D. 安培定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的
2. 某地理老师给同学们展示了一种磁悬浮地球仪，底座通电时球体会悬浮起来图甲，它的内部原理是如图乙所示，底座里面有线圈，球体是磁铁，球体的顶端是极，底部是极，底座通电时能让球体悬浮起来。则下列叙述中正确的是( )
A. 地球仪底座对桌面的压力大小等于底座受到的重力
B. 球体能够悬浮是利用了电流的磁效应
C. 电路中的端点须连接直流电源的负极
D. 若增加线圈的电流，则球体重新静止时受到的斥力将变大
3. 如图所示，水平导线中有电流通过，导线正下方电子的初速度方向与电流的方向相同，均平行于纸面水平向左。下列四幅图是描述电子运动轨迹的示意图，正确的是( )
A. B.
C. D.
4. 如图所示，分界线上下两侧有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度分别为和。一质量为，电荷量大小为的带电粒子不计重力从点出发以一定的初速度沿纸面垂直向上射出，经时间又回到出发点，形成了图示“心形”图案，则( )
A. 粒子一定带正电
B. 上下两侧的磁场方向相反
C. 上下两侧的磁感应强度的大小
D. 时间
5. 华为笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。如图所示，一块宽为、长为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压，以此控制屏幕的熄灭。则元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的低 B. 前、后表面间的电压与无关
C. 前、后表面间的电压与成正比 D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为
6. 图甲为某款“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是( )
A. 按下按钮过程，螺线管端电势较高
B. 松开按钮过程，螺线管端电势较低
C. 按住按钮不动，螺线管中会产生感应电动势
D. 按下和松开按钮过程，螺线管产生大小相同的感应电动势
7. 如图所示，水平面内存在两个磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于水平面的有界匀强磁场，磁场宽度均为、在水平面内有一边长也为的等边三角形金属框，在外力作用下沿水平向右方向匀速通过这两个磁场区域。已知运动过程中金属框的边始终与磁场边界线垂直，若规定逆时针方向为电流的正方向，则从图示位置开始，线框中的感应电流随线框移动距离变化的图像中可能正确的是( )
A. B.
C. D.
二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）
8. 电磁灶是现代家庭中的理想灶具，如图甲、乙是某型号电磁灶的部分解剖图和竖直方向的截面图。下列有关电磁灶的说法正确的是( )
A. 电磁灶在使用时主要利用涡流热效应
B. 电磁灶发热原理与电炉相同
C. 不锈钢锅、铝锅均可在电磁灶上使用
D. 电磁灶加热食物是电磁感应在生活中的应用
9. 在如图所示的电路中，为自感系数较大的电感线圈，且电阻不计；、为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则( )
A. 合上的瞬间，先亮，后亮
B. 合上的瞬间，、同时亮
C. 合上以后，变得更亮，随之熄灭
D. 断开后，熄灭，重新亮后再熄灭
10. 如图所示，水平方向有磁感应强度大小为的匀强磁场，单匝矩形线框边长为，边长为，线框绕垂直磁场方向的转轴匀速转动，转动的角速度为，线框通过金属滑环与阻值为的电阻构成闭合回路。时刻线圈平面与磁场方向平行。不计线框及导线电阻，下列说法正确的是( )
A. 线圈中的最大感应电动势为
B. 电阻两端电压的瞬时值表达式为
C. 电阻中电流方向每秒变化次
D. 电阻消耗的电功率为
11. 如图所示，垂直纸面向里的匀强磁场分布在边长为的等边三角形内，是边的中点，一群相同的带负电的粒子仅在磁场力作用下，从点沿纸面以平行于边方向、大小不同的速率射入三角形内，不考虑粒子间的相互作用力，已知粒子在磁场中运动的周期为，则下列说法中正确的是( )
A. 粒子垂直边射出时，半径等于
B. 速度小的粒子一定比速度大的粒子在磁场中运动时间长
C. 粒子可能从边射出，且在磁场中运动时间为
D. 粒子可能从点射出，且在磁场中运动的时间为
三、实验题（本大题共1小题，共10.0分）
12. 小丽同学用图甲的实验装置“研究电磁感应现象”。闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动过程中，灵敏电流计的指针______填”向左偏转”，“向右偏转”成“不偏转”；
闭合开关稳定后，将线圈从线圈抽出的过程中，灵敏电流计的指针______填“向左偏转”，“向右偏转”或“不偏转”；
如图乙所示，为光敏电阻，其阻值随着光照强度的加强而减小。金属环用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。当光照减弱时，从左向右看，金属环中电流方向______填“顺时针”或“逆时针”，金属环将向______填“左”或“右”运动，并有______填“收缩”或“扩张”的趋势。
四、计算题（本大题共4小题，共46.0分）
13. 如图所示，两根等长的绝缘细线悬挂一水平金属细杆，金属细杆长、质量为，处在与其垂直的竖直匀强磁场中。当金属细杆中通以的电流时，两绝缘细线与竖直方向的夹角稳定在。求：
金属细杆所受安培力的方向；
金属细杆中电流的方向；
匀强磁场的磁感应强度大小。
14. 如图，正方形区域中有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子不计重力以一定的速度沿边的中点垂直于边射入磁场，恰好从点射出。已知：磁场边长为，带电粒子的质量为，电量为，入射速度为。试求：
该磁场的磁场强度；
若改变粒子的入射速度大小，恰好从点射出，粒子的入射速度为多少？
15. 如图甲所示，倾角、宽度、电阻不计的光滑金属轨道足够长，在轨道的上端连接阻值的定值电阻，金属杆的电阻，质量，整个装置处于垂直轨道平面向下的匀强磁场中。将金属杆由静止开始释放，在计算机屏幕上同步显示出电流和时间的关系如图乙所示，已知之后电流渐近于某个恒定的数值，杆与轨道始终保持垂直，内金属杆下滑的距离。求：
磁感应强度的大小；
时金属棒的加速度大小；
求时金属杆的速度大小；
求内回路中产生总的焦耳热。
16. 如图所示，在第二象限内有水平向右的匀强电场，在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等。在该平面内有一个质量为、带电荷量为的粒子从轴上的点以初速度垂直轴进入匀强电场，恰好与轴成角射出电场，再经过一段时间恰好垂直于轴进入下面的磁场，已知、之间的距离为，不计粒子所受重力，求：
第二象限内匀强电场的电场强度；
第一、第四象限内磁感应强度的大小；
粒子自进入磁场至在磁场中第二次经过轴所用时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查感应电流产生的条件、磁场的概念、比值定义法及左手定则。
根据感应电流产生的条件即可判断；根据对磁场的认识可判断；根据电场强度和磁感应强度的定义式及电场力和安培力特点即可判断；根据对左、右手定则的认识可判断。
【解答】
A.穿过闭合电路的磁通量不为，若该磁通量不发生变化，则闭合电路中没有感应电流产生，即感应电流为，故A正确；
B.磁场是一种客观存在的物质，看不见，摸不着，故B错误；
C.和都采用了比值定义法，场强的方向与电场力方向在一条直线上，而磁场的方向与安培力的方向是垂直的，故C错误；
D.左手定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的，安培定则是用来判断电流与电流产生的磁场的关系的，故D错误。

2.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了电流周围的磁场及安培定则，解题的关键是对地球仪正确的受力分析，熟练运用安培定则。由于地球仪受到通电线圈给它向上的磁场力和重力平衡，根据安培定则即可知线圈中的电流方向，即可分析。
【解答】
A.地球仪受到重力和通电线圈给它向上的磁场力而处于静止状态，底座受向下的重力和磁铁向下的磁场力以及桌面向上的支持力而平衡，则底座对桌面的压力大小大于底座受到的重力，故A错误；
B.球体能够悬浮是由于通电线圈对磁体产生的磁场力与重力平衡，是利用了电流的磁效应，故B正确；
C.磁体要平衡，由图乙可知通电线圈产生的磁场方向应向上，根据安培定则可知，电路中的端点须连接直流电源的正极，端点须连接直流电源的负极，故C错误；
D.若增加线圈的电流，则球体会悬浮到比原来高的位置重新静止，新位置受到的斥力仍与球体重力平衡，与原位置相同，故D错误。
3.【答案】
【解析】
【分析】
本题的关键是掌握住通电直导线的电流产生的磁场的特点，再根据粒子在磁场中运动的半径的公式即可分析粒子运动轨迹的情况。
通电直导线电流产生的磁场是以直导线为中心向四周发散的，离导线越远，电流产生的磁场的磁感应强度越小，由安培定则可以判断出磁场的方向，再根据粒子在磁场中做圆周运动的半径公式可以分析粒子的运动的情况。
【解答】
由安培定则可知，在直导线下方的磁场的方向为垂直纸面向外，根据左手定则可以得知电子受到的力向下，电子向下偏转；离导线越远，电流产生的磁场的磁感应强度越小，由半径公式可知，电子的运动的轨迹半径越来越大，故A正确，BCD错误。

4.【答案】
【解析】
【分析】本题考查了带电粒子在磁场中运动的一些基本表达式，如半径表达式和周期表达式，解题关键是能够结合图形正确得出几何关系，时间关系。
【解答】A.由于题中未提供磁场的方向和绕行的方向，所以不能确定电荷的电性，故 A错误
B.粒子越过磁场的分界线时，洛仑兹力的方向没有变，根据左手定则可知磁场方向相同，故 B错误
C.设上面的圆弧半径是，下面的圆弧半径是，根据几何关系可知，洛仑兹力充当圆周运动的向心力：，解得，所以，故C正确
D.由洛仑兹力充当圆周运动的向心力，周期，得，带电粒子运动的时间，由，得，故D错误。
5.【答案】
【解析】
【分析】
根据左手定则可知电子偏转到后面表，前表面堆积正电荷；前后表面有一定的电势差，电子同时受电场力的作用，直到洛伦兹力和电场力相等。以后电子做匀速直线运动。
本题考查电子在匀强磁场中受洛伦兹力的作用，发生偏转，解题的关键在于需要掌握电子的受力情况，再根据受力分析运动情况。
【解析】
A.由图知电流从左向右流动，因此电子的运动方向为从右向左，根据左手定则可知电子偏转到后表面，因此前表面的电势比后表面的高，故A错误；
B.电子在运动过程中洛伦兹力和电场力平衡，达到稳定，，故则电压，故前后表面的电压与速度有关，与成正比，故B错误；
C.由以上分析可知则电压，故前后表面的电压与成正比，与无关，故C错误；
D.电子在运动过程中洛伦兹力和电场力平衡，达到稳定，，故，故D正确。
6.【答案】
【解析】
【分析】
按压和松开按钮的过程，会导致螺线管内磁场变化，产生感应电动势，根据楞次定律判断感应电流的方向；当保持不动时，螺线管内磁通量不变化，无感应电流。
本题考查电磁感应现象。解决问题的关键是明确电磁感应的概念，知道螺线管中磁通量变化，才会有感应电动势，闭合回路电路中才有电流产生。
【解答】
A.按下按钮过程中，穿过螺线管的向左的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向右，此时螺线管端电势高，故A正确；
B.松开按按钮过程中，穿过螺线管的向左的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向左，此时螺线管端电势高，故B错误；
C.按住按钮不动时，螺线管内磁通量不变化，无感应电动势，故C错误；
D.根据法拉第电磁感应定律可知，产生的电动势的大小与穿过螺线管的磁通量的变化率成正比，由于按下和松开按钮过程对应的时间关系、速度关系都是未知的，所以螺线管产生的感应电动势不一定相等，故D错误。
7.【答案】
【解析】在 时，根据楞次定律可知流过线圈的感应电流为逆时针方向，即正方向，再根据法拉第电磁感应定律有

则
时
在 时，根据楞次定律可知流过线圈的感应电流为逆时针方向，即正方向，再根据法拉第电磁感应定律有

则
时
时

在 时，根据楞次定律可知流过线圈的感应电流为顺时针方向，即负方向，再根据法拉第电磁感应定律有

则
时
时

在 时，根据楞次定律可知流过线圈的感应电流为顺时针方向，即负方向，再根据法拉第电磁感应定律有

则
时
时

在 时，根据楞次定律可知流过线圈的感应电流为逆时针方向，即正方向，再根据法拉第电磁感应定律有

则
时
时

在 时，根据楞次定律可知流过线圈的感应电流为逆时针方向，即正方向，再根据法拉第电磁感应定律有

则
时
时

综上分析ABD错误、C正确。
故选C。
8.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查电磁感应在生活中的应用，要掌握电磁灶的工作原理是电磁感应中的涡流现象，而电炉的工作原理是单纯的电流的热效应。
【解答】
A.电磁灶是涡流现象在生活中的应用，选项 A正确
电磁灶使用时，线圈将电能转化为电磁能，锅又将电磁能转化为电能，电能通过涡电流做功再转化为内能，电炉的工作原理是电流的热效应，故电磁灶发热原理与电炉不相同，选项 B错误，选项 D正确
C.铁质锅、不锈钢锅可在电磁灶上使用，铝锅不可在电磁灶上使用，选项 C错误。

9.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查自感现象。对于通电与断电的自感现象，它们是特殊的电磁感应现象，可用楞次定律分析发生的现象．
闭合的瞬间，对线圈是通电自感，阻碍电流的增大；断开，是断电自感，阻碍电流的减小，结合电路分析灯的亮度变化。
【解答】
闭合时，线圈由于自感电动势，瞬间电流为，可认为是断路，电源的电压同时加到两灯上，、同时亮；随着中电流增大，由于线圈直流电阻可忽略不计，分流作用增大，逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，灯变亮，故AC错误，B正确；
D.断开，立即熄灭，线圈由于自感电动势的作用，电流逐渐减小，感应电流流过灯，闪亮一下后熄灭，故D正确。
10.【答案】
【解析】
【分析】根据求出最大感应电动势，再写出电压的瞬时值表达式。根据周期求出频率，再确定中电流方向每秒变化的次数。根据写出两端电压的有效值，再根据求消耗的电功率。
本题考查交变电流最大值、有效值的理解和应用的能力，要注意从线圈与磁场平行位置计时时，电压的瞬时值表达式为余弦形式。
【解答】、线圈中产生的感应电动势的最大值为，故A正确。
B、不计线框及导线电阻，则电阻两端电压的最大值，则电阻两端电压的瞬时值表达式，故B错误。
C、交流电的频率为所以电阻中电流方向每秒变化次，故C正确。
D、两端电压的有效值为，消耗的电功率，解得故D错误。
故选：。
11.【答案】
【解析】
【分析】
根据题意和选项画出运动轨迹图，结合几何关系求解转过的角度，根据周期分析时间的大小，与边界相切是关键点。
本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动、牛顿第二定律等知识点。画出运动轨迹是关键，利用几何知识、匀速圆周运动规律解题是本题的难点。
【解答】
解：粒子垂直边射出时，运动轨迹如图：
根据几何关系知半径为，故A正确；
先考虑以下几种情况：若带电粒子刚好从边射出磁场，运动轨迹与边相切，可知圆心角为，粒子在磁场中经历时间为，如图所示：，但若速度比此种情况稍大一点，粒子仍从边射出，由于偏转角小于，时间小于。
若带电粒子从边射出磁场，可知圆心角为，粒子在磁场中经历时间为，所以该粒子在磁场中经历时间为。
若带电粒子刚好从边射出磁场，运动轨迹与边相切，作图可得切点为点，可知圆心角为，粒子在磁场中经历时间为。
所以可知粒子运动时间与速度也决定半径大小无确定的关系，故BC错误，D正确。
故选：。

12.【答案】向左偏转；向右偏转；顺时针；右；扩张；
【解析】
【分析】
由题意可知当穿过的磁通量增大时，指针向左偏转，则可知当穿过的磁通量减小时，指针应该向右偏转，所以先判断穿过的磁通量的变化情况，从而即可判断指针的偏转方向。
由光敏电阻，其阻值随着光照强度的加强而减小，确定电阻的变化，由欧姆定律可知电路中电流的变化，即可得出磁场的变化及穿着线圈的磁通量的变化，则由楞次定律可得出线圈中磁场的方向，从而得出线圈的运动及形状的变化．
本题的关键是要求学生在做题的过程能通过对比找出指针的偏转方向与磁通量的大小变化有关。
【解答】
如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，说明穿过线圈的磁通量增加，电流计指针向左偏，合上开关后，将滑动变阻器的滑片向右滑动时，电阻变小，流过线圈的电流变大，那么穿过线圈的磁通量增加，电流计指针将向左偏转。
将线圈从线圈抽出的过程中，穿过线圈的磁通量减少，电流计指针将向右偏转。
由图乙可知根据右手螺旋定则可判断螺线管磁场方向向右；当光照减弱时，光敏电阻的阻值增加，回路中电流减小，穿过金属环的磁通量减小，根据楞次定律可知产生向右的感应磁场，再由右手螺旋定则可知，从左向右看，金属环中电流方向顺时针；因穿过环的磁通量减小，据楞次定律，金属环将向右运动，且金属环有扩张趋势。

13.【答案】金属细杆在重力、安培力、细绳拉力作用下处于平衡状态，对金属杆受力分析可知拉力和重力合力水平向左，故安培力的方向水平向右；
根据左手定则，伸开左手，让磁感线穿过手心，大拇指指向向右，四指从垂直纸面向内，故电流方向垂直纸面向内。
根据安培力公式有：
则：
又
联立解得 。

【解析】本题比较简单，借助于物体平衡，考查了有关安培力的大小和方向问题，要熟练应用左手定则判断安培力的方向，同时熟练应用公式进行有关计算。
根据物体平衡条件可以判断安培力的方向；
知道了安培力方向，根据左手定则可以判断金属杆中电流的方向；
写出安培力的表达式，然后根据物体平衡列方程可正确解答。
14.【答案】解：
带电粒子在磁场运动的轨道半径，根据洛伦兹力提供向心力有：
联立解得：；
粒子在磁场中的运动轨迹如图所示：
为粒子的轨道半径
根据几何关系有：，
解得：，
根据洛伦兹力提供向心力有：
联立解得： 。
【解析】本题考查了带电粒子在有界磁场中的运动这个知识点；
分析出半径，根据洛伦兹力充当向心力列式即可求解；
画出轨迹图，结合几何关系求出半径，再根据洛伦兹力充当向心力列式求解即可。
15.【答案】解：由图像可知，金属杆稳定运动时的电流为，杆受三个力平衡，受力如图所示
根据平衡条件有，
代入数据解得；
由图像可知时电流为，根据牛顿第二定律有，
代入数据解得；
由题意可知时电流为，根据导体切割磁感线感应电动势公式有，
根据闭合电路欧姆定律有，
联立解得；
根据能量守恒有，
代入数据解得。

【解析】本题考查电磁感应现象中力电结合的问题，对于此类问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题，根据平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
由电流稳定后金属杆做匀速运动，根据安培力公式以及共点力的平衡条件求解磁感应强度的大小
利用牛顿第二定律求解即可；
根据结合闭合电路欧姆定律求金属杆的速度。
因电流非线性变化，求解焦耳热不能用平均值，求出时杆的速度，根据能量守恒定律求出总的焦耳热。
16.【答案】解：带电粒子的运动轨迹如图：
带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，水平方向做匀加速运动，竖直方向做匀速运动，
由题得知，根据，联立解得；
带电粒子出电场时根据，，解得，
即带电粒子出电场时与轴交点坐标为，设粒子在磁场中运动的半径为，则，
其中，解得，
带电粒子在磁场中运动的速度为，根据，解得；
带电粒子在匀强磁场中的周期，
故在第一象限运动时间为，
在第四象限运动时间为，
故带电粒子从进入磁场至在磁场中第二次经过轴所用时间为。
答：电场强度的大小为；
磁感应强度的大小；
自进入磁场至在磁场中第二次经过轴所用时间为。
【解析】本题考查带电粒子在组合场中运动问题。
根据粒子在电场中做类平抛运动，由末速度的速度方向和水平位移求得电场强度及粒子在轴上的坐标；
根据粒子在磁场中做圆周运动，由几何关系求得半径，即可根据洛伦兹力做向心力求得磁感应强度；
根据几何关系得到粒子转过的中心角，再结合周期公式即可求得运动时间。
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