2023-2024学年江苏省南通市如皋市高二（上）月考物理试卷（12月）（含解析）

2023-2024学年江苏省南通市如皋市高二（上）月考物理试卷（12月）
一、单选题（本大题共11小题，共44分）
1.如图所示，导线放置在磁感应强度为的匀强磁场中，、长分别为、，分别与磁场方向平行、垂直。当通以电流为时，导线受到的安培力大小为
( )
A. B. C. D.
2.如图所示，一根有裂缝的空心铝管竖直放置让一枚磁性比较强的永磁体从管口处由静止下落，磁体在管内运动时没有跟铝管内壁发生摩擦则磁体( )
A. 在管内的加速度越来越大
B. 受到铝管中涡流的作用力方向一直向下
C. 受到铝管中涡流的作用力方向一直向上
D. 受到铝管中涡流的作用力方向先向上后向下
3.探究影响感应电流方向的因素实验时，已知电流表指针偏转方向与电流关系如图所示下列关于磁铁的运动方向和感应电流方向之间的关系正确的是( )
A. B.
C. D.
4.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示。将单色红光从上方射入，俯视可以看到图乙的条纹，利用此装置可以检查工件的平整度，下列说法中正确的是( )
A. 图乙中条纹弯曲处表明被检查的平面在此处是凹的
B. 若用单色紫光从上方射入，条纹变疏
C. 若装置中抽去一张纸片，条纹变密
D. 若装置中抽去一张纸片，条纹向左移动
5.两同心圆环、置于同一水平面上，其中为导体环，为均匀带负电绝缘环，如图为俯视图当绕轴心顺时针转动且转速减小时，下列说法中正确的是( )
A. 内的磁场方向垂直纸面向内 B. 穿过的磁通量大于穿过的磁通量
C. 具有收缩的趋势 D. 中产生顺时针方向的感应电流
6.如图所示，圆环上有根半径为、电阻不计的金属条，在圆心与圆环上通过滑片引出的导线接有电阻为的负载．匀强磁场的磁感应强度为，垂直向里穿过圆环，当圆环绕圆心顺时针转动的线速度为时，下列说法中正确的是
A. 一根金属条产生的电动势为 B. 流过电阻的电流为
C. 流过电阻的电流方向是 D. 圆心处的电势比圆环的高
7.如图所示，相同的带正电的粒子、先后以相同的速度平行射入圆形匀强磁场区域，点为磁场圆的圆心，不计粒子的重力，则( )
A. 两粒子离开磁场时的速度反向延长线均过点
B. 两粒子一定从同一点离开磁场
C. 粒子在磁场中运动的时间比粒子的长
D. 粒子在磁场中运动的偏转角比粒子的小
8.如图所示，为了从军事工程内部观察外面的目标，在工程的墙壁上开一长方形的孔，孔内嵌入折射率为的玻璃砖，，则嵌入玻璃砖后工事内部人员观察到外界的视野最大张角为( )
A. B. C. D.
9.利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，匀强磁场垂直于元件的表面向下，该霍尔元件中的载流子是自由电子，、为左右两侧面现霍尔元件中通入图示方向的电流，则( )
A. 霍尔元件中电子定向移动时受到指向右侧面的洛伦兹力
B. 霍尔元件左侧面的电势低于右侧面的电势
C. 若霍尔元件的左、右侧面的距离越大，左、右两侧面的电势差越大
D. 若霍尔元件的上、下表面的距离越大，左、右两侧面的电势差越大
10.如图所示，导体棒与形导轨为粗细相同的同种金属，导轨处于与其平面垂直的匀强磁场中。时刻，导体棒与导轨角平分线垂直，并从处沿角平分线在导轨上匀速向右运动，下列关于回路中通过导体棒横截面的电荷量、电功率随时间变化的图像正确的是
( )
A. B.
C. D.
11.如图所示，空间中存在正交的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外，电场场强大小为，方向竖直向上。一质量为、带电量为的电子在该空间内获得沿水平方向的初速度，速度大小为，且则电子
( )
A. 在竖直方向做匀加速直线运动
B. 运动过程中最大的速率为
C. 在一个周期内水平方向运动的距离为
D. 距入射点竖直方向的最大位移为
二、计算题（本大题共6小题，共56分）
12.回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的形金属盒半径为，磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，加在狭缝间的交变电压的电压值大小为周期一质量为、电荷量为的粒子从处飘入狭缝，其初速度视为零，不考虑粒子在狭缝中的运动时间。求：
粒子离开加速器时的动能；
粒子从飘入狭缝至动能达到所需的时间。
13.两列简谐横波分别沿轴正方向和负方向传播，两波源分别位于轴和处，两波的波速均为波源的振幅均为。如图为时刻两列波的图像，此刻平衡位置在轴和的、两质点开始振动。
当两列波传播到点后，请判断点是加强点还是减弱点；
写出处波源的振动方程。
14.如图所示，闭合矩形线框平放在足够大的绝缘水平面上，线框右侧有竖直向下的有界磁场，磁场宽度磁感应强度线框在水平向右的恒力的作用下，从图示位置由静止开始水平向右运动，边从磁场左侧刚进入磁场时，恰好做匀速直线运动，边从磁场右侧离开磁场前，线框再次做匀速直线运动。已知线框的质量匝数匝，总电阻其中边长 边长整个过程中线框始终受到摩擦力。求：
边刚进入磁场时的速度大小；
线框穿越磁场的过程中产生的焦耳热。
15.如图所示，足够长的平行边界、间有垂直纸面向里的匀强磁场，上处的粒子源可在纸面内均匀向磁场中各个方向射入速度大小均为的同种粒子。已知粒子的质量为、电荷量为，磁场磁感应强度为，两边界的间距不计粒子的重力及粒子间的相互作用。求粒子能从、边界射出的
粒子数之比；
区域长度之比。
16.如图所示的平面直角坐标系，在第一象限内有平行于轴的匀强电场，方向沿轴正方向；在第四象限的某个矩形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与轴重合。一质量为、电荷量为的粒子，从点以速度沿轴正方向射入电场，通过电场后从点立即进入矩形磁场，经过磁场后从点进入第三象限，且速度与轴负方向成角。不计粒子所受的重力。求：
粒子经过点时速度的大小和方向；
磁感应强度的大小；
矩形磁场区域的最小面积。
17.如图所示，质量的小物块静止在质量的木板左端，木板静止在光滑的水平面上，与木板右端相距处有一挡板。现给物块一水平向右的瞬时冲量，之后木板与挡板发生了弹性碰撞，物块未与挡板碰撞且一直在木板上。已知物块与木板间的动摩擦因素，取重力加速度。求：
物块获得的初速度大小
木板与挡板碰撞时物块的速度大小
木板的最小长度。
答案和解析
1.【答案】
【解析】因导线段与磁场方向平行，则不受安培力；导线段与磁场方向垂直，受到的安培力为
故选B。
2.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了涡流、楞次定律；解决本题时，要掌握产生感应电流的条件，同时能根据楞次定律的推论：来拒去留，分析铝管与磁体间的安培力性质。
磁体在下落过程中会使铝管中产生感应电流，根据楞次定律结合功能关系进行分析。
【解答】
解：磁体从管口处由静止下落，空心铝管可以看作是由无数个圆环构成的，磁铁下落过程中在铝管中产生感应电流，根据楞次定律可知，铝管中的感应电流阻碍磁体的下落，对磁体始终产生向上的阻力，故C正确，BD错误；
A.磁体在下落过程中由牛顿第二定律可得
又，，
解得
刚开始时磁体的加速度为，随速度增大感应电动势增大，安培力增大，加速度减小；若达到重力与安培力大小相等，加速度为零，故A错误。
3.【答案】
【解析】【分析】
解决本题的关键掌握楞次定律判断感应电流的方向，基础题，注意电流进入电流表，指针向何处偏转，是解题的关键。
当电流从电流计的上方流入时，指针向右偏，根据楞次定律，结合感应电流的方向判断。
【解答】
解：、图可知指针向左偏，电流从电流计的下方流入；可知感应电流的方向是顺时针俯视图，根据安培定则知，其上端为极；满足楞次定律来拒去留，故A正确；
B、图中指针向右偏，电流从电流计的上方流入，可知感应电流的方向是逆时针俯视图，根据安培定则知，其上端为极；不满足楞次定律来拒去留，故B错误；
C、图可知指针向左偏，电流从电流计的下方流入；可知感应电流的方向是顺时针俯视图，根据安培定则知，其上端为极；不满足楞次定律来拒去留，故C错误；
D、图中指针向右偏，电流从电流计的上方流入，可知感应电流的方向是逆时针俯视图，根据安培定则知，其上端为极；不满足楞次定律来拒去留，故D错误。
4.【答案】
【解析】A.图乙中条纹弯曲处表明左侧空气膜厚度与右侧一致，说明此处是凹的，故A正确；
B.从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为
即光程差为空气层厚度的倍，当光程差
时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差 ，若把红光换成紫光，波长变短，相邻亮条纹或暗条纹之间的距离变小，干涉条纹条纹间距变小，条纹变密，故B错误；
抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹或暗条纹之间的距离变大，干涉条纹条纹间距变大，条纹变疏，条纹向右移动，故CD错误。
故选A。
5.【答案】
【解析】【分析】
本题为楞次定律应用的逆过程，要明确中感应电流是因为中的磁通量发生变化引起的，同时还应知道由于的转动而形成的等效电流的强弱与转速有关。
环转动时产生等效电流，若电流产生的磁场使中的磁通量发生变化，则可以在中产生感应电流，然后根据楞次定律判断感应电流的方向与变化的趋势。
【解答】
解：由图可知，为均匀带负电绝缘环，中电流为逆时针，由右手螺旋定则可知，电流的磁场向外且逐渐减小；
由楞次定律可知，磁场减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，所以感应电流的磁场的方向向外，感应电流的方向为逆时针方向，故AD错误；
B.环外的磁场的方向与环内的磁场的方向相反，穿过的磁感线条数等于环内的磁感线条数减去环外与环向外的磁感线条数，所以穿过的磁通量小于穿过的磁通量，故B错误；
C.当环内的磁场减弱时，环具有面积收缩的趋势，故C正确。
6.【答案】
【解析】【分析】
由金属条转动产生的感应电动势得解；由电路的结构判断总电动势，再由闭合电路欧姆定律解得电流；由右手定则判断电流的方向，同时判断电势的高低。
本题主要考查导体棒转动切割磁感线产生感应电动势，熟悉电路的结构，熟悉右手定则是解题的关键，难度一般。
【解答】
A.由金属条转动切割磁感线产生感应电动势可得，一根金属条产生的电动势为：，故A错误；
B.由图像可知，三根金属条切割磁感线产生的感应电动势相等，且由于三金属条为并联关系，故电路的总电动势为：，又由闭合电路欧姆定律可得流过电阻的电流为：，故B正确；
由右手定则可知，圆环的电势较高，故由电路的结构可知，流过电阻的电流方向是，故CD错误。
7.【答案】
【解析】【分析】
本题考查了带电粒子在匀强磁场中的偏转，结合洛伦兹力提供向心力求解未知量；根据周期公式结合轨迹对应的圆心角分析时间。
根据左手定则判断粒子的偏转方向，作出粒子的运动轨迹；根据洛伦兹力提供向心力结合向心力的计算公式分析速度方向关系，根据周期公式分析运动时间长短。
【解答】
解：粒子在磁场中运动时，由洛伦兹力提供向心力，即：，得：，故两个粒子的半径相等，运动轨迹如图：
；
由图可知：
A.粒子离开磁场时的速度反向延长线不过点，粒子离开磁场时的速度反向延长线过点，故A错误；
B.两粒子从不同点离开磁场，故B错误；
粒子在磁场中运动的偏转角比粒子的小；
粒子运动周期，在磁场中运动的时间，则粒子在磁场中运动的时间比粒子的短；故C错误，D正确。
8.【答案】
【解析】【分析】
本题为光的折射在军事上的应用，应作出光路图，利用光学规律和几何关系解答。
嵌入玻璃砖后，要使工事内部人员观察到外界的视野张角的最大，必须在玻璃砖的下部一侧观察，画出光路图，由几何知识求出最大的折射角，由折射定律求得最大的入射角，即可求得最大的张角。
【解答】
光路图如右图所示，
由几何关系得：
解得：
由折射定律得
则
解得：
则工事内部人员观察到外界的视野最大张角为，故D正确。
9.【答案】
【解析】【分析】
本题主要考查了霍尔效应的相关应用，根据左手定则分析出粒子的受力方向进而得出电势的高低，结合电场力和洛伦兹力的等量关系即可完成分析。
根据左手定则分析出电子的受力方向，由此分析出电势的高低；
根据电场力和洛伦兹力的等量关系得出电势差的表达式，结合选项即可完成分析。
【解答】
解：因为该元件的载流子为自由电子，根据左手定则可知，霍尔元件中电子定向移动时受到指向左侧面的洛伦兹力；即左侧面电势低于右侧面电势，故A错误，B正确；
随着电子在极板上不断积累，两板间形成的电势差逐渐变大，则电子受电场力逐渐增大，当静电力与磁场力相等时达到平衡，此时两板间的电势稳定不变；
设端面的距离为，上下厚度为，则根据，；可得：
则霍尔元件的左、右侧面的距离越大，左、右两侧面的电势差不变；
霍尔元件的上、下表面的距离越大，左、右两侧面的电势差越小；故CD错误。
10.【答案】
【解析】设导轨与角平分线的夹角为，导棒的切割长度为，导轨长度为，点到导棒的距离为，单位长度的电阻为；
根据法拉第电磁感应定律的定义式
整个电路中的电流为
电量的公式为
联立可得
由于导棒是匀速运动的，则
几何关系可知
其中
综上可得
故A正确，B错误；
电动势
整个电路中的电流为
电功率为
解得
故CD错误。
故选A。
11.【答案】
【解析】A.因为 ，所以
合力向上，向上偏转，但因为速度变化，洛伦兹力发生变化，竖直方向受到的合力不是恒力，不是匀变速运动，故A错误；
将粒子受到的洛伦兹力看成
其中
粒子在匀速直线运动的同时，进行圆周运动，所以运动过程中最大的速率为
因为粒子周期
在一个周期内水平方向运动的距离为
圆周运动的半径
所以距入射点竖直方向的最大位移小于 ，故C正确BD错误。
故选C。
12.【答案】 ；
【解析】粒子运动半径为时，洛伦兹力提供向心力
粒子加速后的动能为
联立解得
粒子在磁场中圆周运动的周期
设粒子被加速次到达动能为，则有
解得
因粒子每加速一次后都要经磁场运动半个圆周，则粒子从飘入狭缝至动能达到共经历了次半个圆周的运动，故在磁场中运动的总时间为
13.【答案】振动减弱点；
【解析】由图像得两波的波长为，则点到、距离差等于
故点为振动减弱点；
波的周期
处波源的振动方程为
14.【答案】；
【解析】边从磁场左侧刚进入磁场时，恰好做匀速直线运动，此时安培力设为 ，根据平衡条件
其中
解得
边从磁场右侧离开磁场前，线框再次做匀速直线运动，从边从磁场左侧刚进入磁场到线框完全穿越磁场过程中，动能不变，根据能量守恒
解得
15.【答案】：；
【解析】粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，故有
解得
由左手定则可得粒子向运动方向左侧偏转做圆周运动。如图
当粒子沿方向进入磁场时，粒子打在上的位置为粒子能从边界射出的区域的最下端；粒子进入磁场的方向逆时针旋转，粒子打在上的点上移，直到运动轨迹与相切时，粒子打在上的位置为粒子能从边界射出的区域的最上端，设速度与夹角为 ，则
解得
可知从点到点的圆心角为，粒子打在上，其余粒子对应圆心角为，粒子打在上，则从边界射出的粒子数目与从边界射出的粒子数目之比即为圆心移动的圆心角的比值为
：：
粒子从边界射出磁场最下端到所在水平线距离
从边界射出磁场最上端到所在水平线距离
因为，所以，粒子在上的落点为上方
粒子能从 、边界射出的区域长度之比
16.【答案】 ，方向与轴正方向夹角为 ； ；
【解析】粒子在电场中做类平抛运动，则有
，
令在点速度方向与轴正方向夹角为 ，利用速度分解有
， ，
解得
，
根据上述，结合题意，作出粒子运动轨迹如图所示

粒子从点飞出磁场，根据几何关系有
解得
粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供圆周运动的向心力，则有
解得
根据上述可知，矩形磁场区域的最小面积
解得
17.【答案】；；
【解析】对物块列动量定理
解得
设物块的加速度为，木板的加速度为，则对物块列牛顿第二定律
解得
对木板列牛顿第二定律
解得
对木板列速度位移公式
解得
从开始到木板与挡板碰撞的时间为，这段过程物体的位移为。
对木板列速度时间公式
解得
那么
第一段相对位移为
此时物块的速度为
木板与挡板发生了弹性碰撞，碰撞之后会反向，此时系统总动量为
则不会与挡板再发生碰撞；
设物块和木板共速度的速度为 ，第二段相对位移为 ，
列动能守恒得
列功能关系得
解得
所以木板的最小长度
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