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2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题C卷
检测范围：选择性必修二
（考试时间：75分钟 试卷满分：100分）
一、选择题：本题共10小题，共42分。在每小题给出的四个选项中，第1~8小题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9~10小题有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的或不选的得0分。
1.如图甲所示，塑料制成的光滑细圆环水平固定放置，环上套一个带正电的电荷量为的小球视为质点处于静止状态，磁感应强度大小为的匀强磁场方向竖直向上，环面的面积为；英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在周围的空间激发出感生电场，如图乙所示，空间存在竖直向上均匀增加的匀强磁场，周围产生的环形电场线从上向下看沿顺时针，同一个圆周上的电场强度大小相等，下列说法正确的是( )
A. 对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则塑料圆环内部会产生感应电流
B. 对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，从上向下看小球会沿顺时针方向转动
C. 乙图说明，任何磁场周围都会产生电场，与闭合电路是否存在无关
D. 对甲图，若磁场方向竖直向上均匀增加的变化率为，则小球运动一周，电场力做的功为
【答案】D
【解析】A. 对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则在金属圆环上会产生感应电流，而塑料圆环不会产生感应电流，项错误；
B. 对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，对比乙图，塑料圆环上产生的环形电场线从上向下看沿逆时针，则带正电的小球受到沿逆时针方向的电场力，小球会沿逆时针方向转动，项错误；
C. 乙图说明，变化磁场的周围会产生电场，与闭合电路是否存在无关，若磁场不变化，周围不会产生电场，项错误；
D. 由法拉第电磁感应定律可得均匀变化的磁场产生的感应电动势为，由电场力做功的定义可得小球转动一周，感生电场力对小球做的功为，项正确。
故选：。
2.如图所示，质量为、半径为的金属圆环立在绝缘水平面上，圆环的电阻为，一根绝缘细线一端连在圆环上，另一端连接在天花板上，细线刚好拉直，且细线与竖直方向的夹角为竖直虚线将圆环一分为二，在虚线右侧加一垂直于金属圆环面向里的匀强磁场，使磁场的磁感应强度按为常数的规律随时间均匀增大，重力加速度为，忽略圆环的粗细，时刻，圆环对水平面的压力刚好为零，则的值为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】【分析】
根据受力分析，结合矢量的合成法则，及左手定则，闭合电路欧姆定律与安培力大小表达式，最后依据三角知识，即可求解。
考查矢量合成法则的内容，掌握左手定则的应用，及法拉第电磁感应定律的公式，注意左手定则与右手定则的区别。
【解答】
对环受力分析，重力，水平向左的安培力，及绳子的拉力，如下图所示：
依据矢量的合成法则，结合三角知识，则有：
而，，
综合而得：，故A正确，BCD错误；
故选：。
3.如图所示，重力不计、初速度可忽略的带电粒子和，经电压为的电场加速后，从点为磁场左边界的中点垂直和磁场方向进入足够长的边界平行的匀强磁场区域。已知在磁场中转过后从磁场上边界射出，在磁场中转过后也从磁场上边界射出。则和在电场和磁场中运动时，下列说法错误的是( )
A. 比荷之比为 B. 在磁场中运动的速度大小之比为
C. 刚离开磁场区域时的动能之比为 D. 在磁场中的运动时间之比为
【答案】C
【解析】【分析】
粒子在电场中加速，根据动能定理得到粒子进入磁场时的速度。根据带电粒子在匀强磁场中的运动规律和几何关系得到带电粒子在电场中的加速度之比、比荷之比、以及在磁场中运动的速度之比。
把握带电粒子在电场中加速和带电粒子在匀强磁场中的运动规律是解题的关键。
【解答】
A.粒子在电场中加速，有，两粒子在磁场中均做匀速圆周运动，有：，得：，由题意可知粒子的半径，由几何关系得：，所以和的比荷之比为，故A正确；
B.由知速度之比为，故B正确；
C.洛伦兹力不做功，刚离开磁场区域时的动能与进入磁场时相等，根据
可知动能之比与电荷量成正比，但两粒子电荷量未知，故动能之比无法求解，故C错误
D.由，知时间之比为，故D正确。
4.如图所示，两个宽度均为的竖直边界区域，区域内匀强磁场的磁感应强度的大小相等，方向相反，且与纸面垂直。现有直角边长为的等腰直角三角形导线框从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域。若以逆时针方向为电流的正方向，则线框中产生的感应电流与线框移动的位移的关系图象是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】【分析】
本题考查了电磁感应定律的应用；对于电磁感应中的图像问题，属于高考出现概率非常大的题，解决这类问题，要找图像中的关键节点，结合楞次定律和进行分析，利用排除法解决问题。
由楞次定律依据磁通量的变化可以判定感应电流的方向，根据闭合电路的欧姆定律和法拉第电磁感应定律分段分析可以判定符合的图象。
【解答】
导线框刚进入磁场时，根据楞次定律，感应电流为顺时针方向，即负方向，故BD错误；
当导线框全部处于左边磁场，刚要进入右边磁场时，可以认为导体框与两磁场边界线重合的部分在切割磁感线，产生的感应电动势大小应为，即为重合部分，随着的变大，感应电动势变大，则感应电流逐渐变大，故A正确，C错误。
5.如图所示，甲、乙是两个完全相同的闭合导线线框，、是边界范围、磁感应强度大小和方向都相同的两个匀强磁场区域，只是区域到地面的高度比高一些。甲、乙线框分别从磁场区域的正上方距地面相同高度处同时由静止释放，穿过磁场后落到地面。下落过程中线框平面始终保持与磁场方向垂直。以下说法正确的是( )
A. 甲乙两框同时落地
B. 乙框比甲框先落地
C. 落地时甲乙两框速度相同
D. 穿过磁场的过程中甲线框中通过的电荷量小于乙线框
【答案】B
【解析】解：、线框进入磁场前做自由落体运动，线框刚进入磁场时的速度大小，由于，乙线框进入磁场时的速度比甲线框进入磁场时速度大，即，线框切割磁感线产生的感应电动势，感应电流，线框所受的安培力大小，乙在进入线圈过程中受到的安培力较大，因为两个线圈完全相同，安培力对乙做的负功多，产生的热量多，重力做的功一部分转化为导线框的动能，一部分转化为导线框穿过磁场产生的热量，根据动能定理可知，甲落地速度比乙落地速度大，故C错误；
D、由法拉第电磁感应定律得：，由闭合电路的欧姆定律得：，通过线框导线的电荷量，解得：，线框穿过磁场的过程中磁通量的变化量相等，则甲线框中通过的电荷量等于乙线框，故D错误；
、以向下为正方向，线框下落过程中，根据动量定理得：，线框穿过磁场时，安培力的冲量为，线框穿过磁场中通过的电荷量相等，故甲乙两过程安培力的冲量相等，又因为甲落地时间的速度大于乙落地时的速度，说明甲重力作用的时间更长，则乙先落地，故B正确，A错误。
故选：。
线框进入磁场前做自由落体运动，求出线框进入磁场时的速度；应用求出感应电动势，应用闭合电路的欧姆定律求出感应电流，根据安培力公式求出安培力大小，根据动能定理求出线框落地时速度大小；根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律与电流的定义式求出通过线框的电荷量；应用动量定理求出线框运动时间。
根据题意分析清楚线框的运动过程是解题的前提，应用运动学公式、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、动能定理、动量定理可以解题。
6.如图所示，理想变压器原副线圈的匝数之比，是“，”的灯泡，和均为“，”的灯泡，不考虑灯泡电阻的变化，当左端所接电源电压为时，灯泡恰好正常发光，则
( )
A. 和也恰好正常发光 B. 两端的电压为
C. 输入的功率为 D. 闭合开关，和可能烧毁
【答案】B
【解析】【分析】
根据恰好正常发光，求出原线圈的电流，再根据电压与匝数的关系，电流与匝数的关系，分析原、副线圈电流、电压的关系，从而判断、是否正常发光。
本题主要是考查了变压器的知识；解答本题的关键是知道变压器的电压之比等于匝数之比，在只有一个副线圈的情况下的电流之比等于匝数的反比。
【解答】
A.恰好正常发光，则原线圈的电流，根据，解得：副线圈的电流为，而、是相同的灯泡，额定电流为，若、也能正常发光，则副线圈的电流应为，而现在副线圈的电流只有，故、不能正常发光，故A错误；
B.根据项分析可知，副线圈的电流只有，则流过、的电流只有，而、的电阻为，则此时副线圈的两端的电压为，根据，解得：原线圈两端的电压为，故B正确；
C.原线圈的输入功率为，故C错误；
D.闭合开关，原线圈两端电压变为，根据，可知副线圈两端的电压为，故、能正常发光，故D错误。
故选B。
7.如图，一块长为、宽为、高为 的长方体半导体器件，其单位体积内的载流子数为，每个载流子所带电荷量的绝对值为。沿 轴正方向通有恒定电流。在空间中施加一磁感应强度为、方向沿 轴负方向的匀强磁场未画出，半导体上、下表面之间产生稳定的电势差，下列说法正确的是( )
A. 上下两个表面的电势高低与载流子的正负无关
B. 上下两个表面之间电压
C. 增大电流，载流子所受洛伦兹力的大小保持不变
D. 单位时间内流过半导体元件横截面沿轴方向的载流子数目为
【答案】D
【解析】A.若载流子为负电荷，负电荷向上偏转，上表面电势低于下表面电势；若载流子为正电荷，正电荷向上偏转，上表面电势高于下表面电势，故A错误；
B.半导体上、下表面之间产生稳定的电势差时，电场力与洛伦兹力平衡，则有，
根据电流的微观意义可知，
联立可得，
故B错误；
C.半导体内载流子所受洛伦兹力的大小为，
若仅增大电流，载流子所受洛伦兹力变大，故C错误；
D.单位时间内流过工件横截面的载流子数目，
故D正确。
故选D。
8.“救命神器”自动体外除颤仪，它是一种便携式的医疗设备，可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用，用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。其结构如图所示，低压直流电经高压直流发生器后向储能电容器充电。除颤治疗时，开关拨到，将脉冲电流作用于心脏，使患者心脏恢复正常跳动。下列说法正确的是( )
A. 放电过程中，线圈自感电动势减小
B. 放电过程中，电流大小不变
C. 放电后，电容器的电容为零
D. 自感系数越小，放电脉冲电流的振荡周期越长
【答案】A
【解析】【分析】
本题借助自动体外除颤仪考查电容器的充放电过程和振荡电路的特点等知识。解决问题的关键是清楚电容器的放电电流的特点，会利用振荡电路的振荡周期为分析判断。
【解答】
A.放电电流随时间的斜率不断减小，则线圈自感电动势减小；故A正确
B.电容器放电过程中，开始时电流较大，随着带电量的减小，放电电流逐渐减小，不是恒定的，故 B错误
C.电容器的电容与电荷量和电容两端的电压无关；故C错误；
D.振荡电路的振荡周期为，则线圈的自感系数越小，放电脉冲电流的振荡周期越短，放电时间越短，故 D错误。
9.如图所示，一“”形金属导轨固定在水平面上，，金属导轨左端接一阻值为的电阻，金属棒及轨道电阻不计，空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度。在金属导轨右侧位置处垂直于边放置一足够长的、质量为的光滑金属棒，此时，金属棒与点间的距离为，之后在外力作用下，金属棒以的初速度从位置处水平向右运动到达了位置处，已知此过程中，通过金属棒的电流保持恒定，下列说法中正确的是( )
A. 此过程用时 B. 金属棒做匀减速直线运动
C. 此过程中外力做功 D. 此过程中通过电阻的电荷量为
【答案】ACD
【解析】【分析】
本题考查了法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律的综合应用，掌握电量的综合表达式的内容，理解动能定理的运用，及焦耳定律的公式，注意安培力做功产生热量。由法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律，列出电流的表达式，从而求得电流的大小，再结合电量表达式，可知，电量的综合式，进而即可求解；根据焦耳定律，结合动能定理得出外力做功。
【解答】
A、由法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律，则有：；而电量表达式，且，
因此，故A正确；
B、金属棒运动过程中受到安培力作用，由，由于、不变，增大，可知安培力逐渐减小，所以金属棒做加速度减小的减速直线运动，故B错误；
C、由焦耳定律；根据动能定理，则有：；由于通过金属棒的电流保持恒定；
代入数据解得：，故C正确；
D、此过程中通过电阻的电荷量：，故D正确。
10.如图甲所示，包括变压器在内，所有电路元件均为理想交流元件，交流电源电压的有效值为，变压器原、副线圈的匝数比，、、均为定值电阻，且知。已知电阻中的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 所用交流电的频率为 B. 的阻值为
C. 电流表的示数为 D. 交流电源输出的总电功率为
【答案】BC
【解析】A、根据图乙，交流电的周期，则频率为，故A错误；
C、根据图乙，通过的电流的有效值为，因为，且两者并联，则通过的电流的有效值也为，则通过副线圈的电流为，根据变压器关系，解得通过原线圈的电流，则电流表的示数为，故C正确；
B、副线圈电压为，根据，解得，
所以的电压为，通过的电流为，所以，故B正确；
D、交流电源输出的总电功率为，故D错误。
故选：。
变压器的分析：牢记公式，。
要知道电压表、电流表的示数都是有效值。
二、实验题（本题共2小题，共16分。）
11.某实验小组在学校实验室进行了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验。
下列对实验的分析说法正确的是________多选，填正确答案标号。
A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C.测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
甲、乙两位同学在实验过程中，分别选用了如图、两种装置的一种进行实验。其中，甲同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压，通过数据可以判断甲同学所用的实验装置是________填“”或“”。甲同学通过对实验数据的分析，得出在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于其匝数之比。
实验次数 匝 匝
乙同学采用另一种装置进行实验。在实验中，原、副线圈匝数之比，原线圈两端与的交流电源相连。将副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的示数可能是________单选，填正确答案标号。
A.
【答案】；；。
【解析】【分析】
本道实验题探究的是变压器电压与匝数的关系，采用控制变量法。在误差允许的范围内，原副线圈的电压比与匝数比相等，一定要注意是在误差允许的范围内，而不是严格相等关系，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分能量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值。
本题考查“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”实验，要求学生了解变压器的原理，掌握电学实验的注意事项，以及具备根据实验数据对实验结论进行分析的能力。本题考查内容多为基础知识，难度较小。
【解答】
解：为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；
B.要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；
C.为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；
D.变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。
故选BC。
通过分析表中数据可得结论，在误差允许的范围内，原副线圈的电压比与匝数比相等，即，图两线圈共用同一个铁芯，符合题意。
交流电压表的示数为交变电流的有效值，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分能量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，及小于，故选C。
12.地磅的工作原理是压力传感器，其中一个重要的敏感元件为压敏电阻，为了研究压敏电阻的特性，某同学设计了如图甲所示的电路，已知两电流表的量程均为，两电流表的内阻分别为、，电源的电动势为，内阻不计。
为了保护电路以及操作方便，滑动变阻器应选择_____；
A. ． ． ．
将两电键闭合，如果两电流表的示数分别用、表示，则压敏电阻_____用题中给出的物理量表示；
通过多次改变压敏电阻的压力，得出多组数据，如下表所示：
根据表中的数据在图乙的坐标系中选择合适的量度并画出图线_____；由图线写出压敏电阻与压力的关系式_____；
图甲中，将电键断开，结合以上数据在电流表的相应刻度标出与之相对应的压力值，已知在处标注的压力值为，则滑动变阻器接入电路的电阻值为_____，允许加在压敏电阻上压力的最大值为_____。结果均保留一位小数
【答案】；
；
；；
；
【解析】【分析】
本题应掌握利用欧姆定律、闭合电路欧姆定律和图像推导分析计算。
根据电流表的量程可知电路之中需要接入的最小电阻，根据为了操作方便，测量数据的连续性强，滑动变阻器的总电阻在安全确保的前提下，总阻值选择小一些的；
根据欧姆定律和串联并联电路的特点求解压敏电阻
根据表中的数据在图乙的坐标系中选择合适的量度、描点并画出图像再分析求解函数表达式
根据闭合电路的欧姆定律结合图像分析作答。
【解答】
两电流表的量程均为，为了确保电路安全，电路之中需要接入的最小电阻为
为了保护电路，滑动变阻器选择总电阻为 ，为了操作方便，测量数据的连续性强，滑动变阻器的总电阻在安全确保的前提下，总阻值选择小一些的，即为了保护电路以及操作方便，滑动变阻器应选择 。故选A。
将两电键闭合，如果两电流表的示数分别用 、 表示，根据欧姆定律，压敏电阻为。
根据表中的数据在图乙的坐标系中选择合适的量度、描点并画出图线，如图所示
结合图像，可知， 的函数表达式为
根据图像可知 ，
即图线写出压敏电阻 与压力的关系式
由闭合电路欧姆定律有
当有 ，
代入上述函数式解得
当有
代入数据解得。
三、计算题（本题共3小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
13.如图所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈的长度，宽度，共有匝，总电阻，可绕与磁场方向垂直的对称轴转动．线圈处于磁感应强度 的匀强磁场中，与线圈两端相连的金属滑环上接一个额定电压为的灯泡。当线圈以角速度匀速转动时，小灯泡恰好能正常发光。求：
线圈转动时产生的感应电动势的最大值
小灯泡的额定功率
线圈以上述角速度转动一周过程中发电机产生的电能
【答案】解：感应电动势的最大值：
；
感应电动势的有效值：
根据闭合电路欧姆定律，有：
故灯泡的额定功率：
；
周期：
故发电机线圈转动一周过程中产生的电能：
。
答：线圈转动时产生的感应电动势的最大值为；
小灯泡的额定功率为；
线圈以上述角速度转动一周过程中发电机产生的电能为。
【解析】交流发电机产生的感应电动势的最大值为，结合闭合电路欧姆定律列式求解，注意求解热量用有效值。
根据公式求解感应电动势的最大值；
根据求解感应电动势的有效值；先根据闭合电路欧姆定律求解电流，然后根据求解灯泡的额定功率；
根据公式求解转动一周过程中发电机产生的电能。
14.阿尔法磁谱仪简称是美籍华裔物理学家丁肇中构思，由中国参与建造的探测反物质和暗物质的仪器。图甲是在空间站的实验场景，其工作原理可简化为如图乙所示：在平面内，以为圆心、为半径的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，在的区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，两区域磁场的磁感应强度大小相等。在第一象限有与轴成角倾斜放置的接收器与、轴交于、两点，且间距为。在圆形磁场区域左侧的区域内，均匀分布着质量为、电荷量为的一簇质子，所有质子均以速度沿轴正向射入圆形磁场区域，其中正对点射入的质子经偏转后从点进入轴上方的磁场。不计质子的重力，不考虑质子间的相互作用。求：
磁感应强度的大小；
正对点射入的质子，射入磁场后经多长时间到达接收器；
接收器被质子打中的区域的长度。
【答案】解：正对点的质子在圆形磁场中的运动轨迹如图：
由几何关系知运动半径：
由牛顿第二定律得：
解得：
质子在磁场中运动的周期
正对点的质子在圆形磁场中运动的圆心角为
在中，由正弦定理：，得
正对点的质子进入轴上方磁场中运动的轨迹如图所示
在轴上方磁场中运动的圆心角为
所以，正对点射入的质子自进入磁场至到达接收器的时间为：
可解得
如图所示，取任意点进入圆形磁场的质子分析，由几何关系可知运动轨迹过点，即所有质子经圆形磁场后都由点进入轴上方的磁场。
由几何关系知：
当沿轴正方向的质子的轨迹恰与相切于点，则：
当沿轴负方向的质子的轨迹恰与相切于点，则：
所以，上被质子打中的区域为，其长度为：
【解析】对于磁场中匀速圆周运动的临界问题，可以画图结合几何关系进行分析，优先考虑是否是边界与圆弧轨迹的切点。
15.如图所示，平行倾斜光滑导轨与足够长的平行水平光滑导轨平滑连接，导轨电阻不计．质量分别为和的金属棒和静止放在水平导轨上，、两棒均与导轨垂直．图中虚线以右有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场．质量为的绝缘棒垂直于倾斜导轨静止释放，释放位置与水平导轨的高度差为已知绝缘棒滑到水平导轨上与金属棒发生弹性正碰，金属棒进入磁场后始终未与金属棒发生碰撞．重力加速度为．
求：绝缘棒与金属棒发生弹性正碰后分离时两棒的速度；
两金属棒、上最终产生的总焦耳热；
求金属棒进入磁场后，其加速度为其最大加速度的一半时的速度．
【答案】解：棒沿着斜面下滑的过程机械能守恒，则有
棒与棒发生弹性碰撞，取向右为正方向，由动量守恒定律得
根据机械能守恒有
解出碰后、两棒的速度分别为，
最终、以相同的速度匀速运动．设共同速度为取向右为正方向，根据动量守恒定律得
由能量守恒得
解出
棒刚进磁场的加速度最大．由动量守恒得
根据，知当棒加速度为最大值的一半时有
联立得
答：
绝缘棒与金属棒发生弹性正碰后分离时两棒的速度分别为和；
两金属棒、上最终产生的总焦耳热是；
金属棒进入磁场后，其加速度为其最大加速度的一半时的速度是．
【解析】棒沿着斜面下滑过程只有重力做功，根据机械能守恒定律列式求出棒滑到斜面底端时的速度；棒与金属棒发生弹性正碰，根据动量守恒定律和机械能守恒定律列式，可求得分离时两棒的速度；
棒获得速度后向右做切割磁感线运动，产生感应电流，在安培力作用下，棒做减速运动，棒做加速运动，最终两棒以相同的速度匀速运动，由于系统的合外力为零，遵守动量守恒定律根据动量守恒定律列式求解共同速度，然后结合功能关系求解产生的总焦耳热；
棒刚进磁场的加速度最大．当棒加速度为最大值的一半时，根据系统的动量守恒和速度关系求解．
本题是导轨问题，关键是掌握动量守恒的条件，判断系统的动量守恒，结合动量守恒定律和能量守恒定律进行研究．
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2023-2024学年高二下学期期末考试物理试题C卷
检测范围：选择性必修二
（考试时间：75分钟 试卷满分：100分）
一、选择题：本题共10小题，共42分。在每小题给出的四个选项中，第1~8小题只有一项符合题目要求，每小题4分；第9~10小题有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的或不选的得0分。
1.如图甲所示，塑料制成的光滑细圆环水平固定放置，环上套一个带正电的电荷量为的小球视为质点处于静止状态，磁感应强度大小为的匀强磁场方向竖直向上，环面的面积为；英国物理学家麦克斯韦认为，变化的磁场会在周围的空间激发出感生电场，如图乙所示，空间存在竖直向上均匀增加的匀强磁场，周围产生的环形电场线从上向下看沿顺时针，同一个圆周上的电场强度大小相等，下列说法正确的是( )
A. 对甲图，若磁场竖直向上均匀增加，则塑料圆环内部会产生感应电流
B. 对甲图，若磁场竖直向下均匀增加，从上向下看小球会沿顺时针方向转动
C. 乙图说明，任何磁场周围都会产生电场，与闭合电路是否存在无关
D. 对甲图，若磁场方向竖直向上均匀增加的变化率为，则小球运动一周，电场力做的功为
2.如图所示，质量为、半径为的金属圆环立在绝缘水平面上，圆环的电阻为，一根绝缘细线一端连在圆环上，另一端连接在天花板上，细线刚好拉直，且细线与竖直方向的夹角为竖直虚线将圆环一分为二，在虚线右侧加一垂直于金属圆环面向里的匀强磁场，使磁场的磁感应强度按为常数的规律随时间均匀增大，重力加速度为，忽略圆环的粗细，时刻，圆环对水平面的压力刚好为零，则的值为( )
A. B. C. D.
3.如图所示，重力不计、初速度可忽略的带电粒子和，经电压为的电场加速后，从点为磁场左边界的中点垂直和磁场方向进入足够长的边界平行的匀强磁场区域。已知在磁场中转过后从磁场上边界射出，在磁场中转过后也从磁场上边界射出。则和在电场和磁场中运动时，下列说法错误的是( )
A. 比荷之比为 B. 在磁场中运动的速度大小之比为
C. 刚离开磁场区域时的动能之比为 D. 在磁场中的运动时间之比为
4.如图所示，两个宽度均为的竖直边界区域，区域内匀强磁场的磁感应强度的大小相等，方向相反，且与纸面垂直。现有直角边长为的等腰直角三角形导线框从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域。若以逆时针方向为电流的正方向，则线框中产生的感应电流与线框移动的位移的关系图象是( )
A. B.
C. D.
5.如图所示，甲、乙是两个完全相同的闭合导线线框，、是边界范围、磁感应强度大小和方向都相同的两个匀强磁场区域，只是区域到地面的高度比高一些。甲、乙线框分别从磁场区域的正上方距地面相同高度处同时由静止释放，穿过磁场后落到地面。下落过程中线框平面始终保持与磁场方向垂直。以下说法正确的是( )
A. 甲乙两框同时落地
B. 乙框比甲框先落地
C. 落地时甲乙两框速度相同
D. 穿过磁场的过程中甲线框中通过的电荷量小于乙线框
6.如图所示，理想变压器原副线圈的匝数之比，是“，”的灯泡，和均为“，”的灯泡，不考虑灯泡电阻的变化，当左端所接电源电压为时，灯泡恰好正常发光，则
( )
A. 和也恰好正常发光 B. 两端的电压为
C. 输入的功率为 D. 闭合开关，和可能烧毁
7.如图，一块长为、宽为、高为 的长方体半导体器件，其单位体积内的载流子数为，每个载流子所带电荷量的绝对值为。沿 轴正方向通有恒定电流。在空间中施加一磁感应强度为、方向沿 轴负方向的匀强磁场未画出，半导体上、下表面之间产生稳定的电势差，下列说法正确的是( )
A. 上下两个表面的电势高低与载流子的正负无关
B. 上下两个表面之间电压
C. 增大电流，载流子所受洛伦兹力的大小保持不变
D. 单位时间内流过半导体元件横截面沿轴方向的载流子数目为
8.“救命神器”自动体外除颤仪，它是一种便携式的医疗设备，可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用，用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。其结构如图所示，低压直流电经高压直流发生器后向储能电容器充电。除颤治疗时，开关拨到，将脉冲电流作用于心脏，使患者心脏恢复正常跳动。下列说法正确的是( )
A. 放电过程中，线圈自感电动势减小
B. 放电过程中，电流大小不变
C. 放电后，电容器的电容为零
D. 自感系数越小，放电脉冲电流的振荡周期越长
9.如图所示，一“”形金属导轨固定在水平面上，，金属导轨左端接一阻值为的电阻，金属棒及轨道电阻不计，空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度。在金属导轨右侧位置处垂直于边放置一足够长的、质量为的光滑金属棒，此时，金属棒与点间的距离为，之后在外力作用下，金属棒以的初速度从位置处水平向右运动到达了位置处，已知此过程中，通过金属棒的电流保持恒定，下列说法中正确的是( )
A. 此过程用时 B. 金属棒做匀减速直线运动
C. 此过程中外力做功 D. 此过程中通过电阻的电荷量为
10.如图甲所示，包括变压器在内，所有电路元件均为理想交流元件，交流电源电压的有效值为，变压器原、副线圈的匝数比，、、均为定值电阻，且知。已知电阻中的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A. 所用交流电的频率为 B. 的阻值为
C. 电流表的示数为 D. 交流电源输出的总电功率为
二、实验题（本题共2小题，共16分。）
11.某实验小组在学校实验室进行了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验。
下列对实验的分析说法正确的是________多选，填正确答案标号。
A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C.测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
甲、乙两位同学在实验过程中，分别选用了如图、两种装置的一种进行实验。其中，甲同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压，通过数据可以判断甲同学所用的实验装置是________填“”或“”。甲同学通过对实验数据的分析，得出在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于其匝数之比。
实验次数 匝 匝
乙同学采用另一种装置进行实验。在实验中，原、副线圈匝数之比，原线圈两端与的交流电源相连。将副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的示数可能是________单选，填正确答案标号。
A.
12.地磅的工作原理是压力传感器，其中一个重要的敏感元件为压敏电阻，为了研究压敏电阻的特性，某同学设计了如图甲所示的电路，已知两电流表的量程均为，两电流表的内阻分别为、，电源的电动势为，内阻不计。
为了保护电路以及操作方便，滑动变阻器应选择_____；
A. ． ． ．
将两电键闭合，如果两电流表的示数分别用、表示，则压敏电阻_____用题中给出的物理量表示；
通过多次改变压敏电阻的压力，得出多组数据，如下表所示：
根据表中的数据在图乙的坐标系中选择合适的量度并画出图线_____；由图线写出压敏电阻与压力的关系式_____；
图甲中，将电键断开，结合以上数据在电流表的相应刻度标出与之相对应的压力值，已知在处标注的压力值为，则滑动变阻器接入电路的电阻值为_____，允许加在压敏电阻上压力的最大值为_____。结果均保留一位小数
三、计算题（本题共3小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
13.如图所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈的长度，宽度，共有匝，总电阻，可绕与磁场方向垂直的对称轴转动．线圈处于磁感应强度 的匀强磁场中，与线圈两端相连的金属滑环上接一个额定电压为的灯泡。当线圈以角速度匀速转动时，小灯泡恰好能正常发光。求：
线圈转动时产生的感应电动势的最大值
小灯泡的额定功率
线圈以上述角速度转动一周过程中发电机产生的电能
14.阿尔法磁谱仪简称是美籍华裔物理学家丁肇中构思，由中国参与建造的探测反物质和暗物质的仪器。图甲是在空间站的实验场景，其工作原理可简化为如图乙所示：在平面内，以为圆心、为半径的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，在的区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，两区域磁场的磁感应强度大小相等。在第一象限有与轴成角倾斜放置的接收器与、轴交于、两点，且间距为。在圆形磁场区域左侧的区域内，均匀分布着质量为、电荷量为的一簇质子，所有质子均以速度沿轴正向射入圆形磁场区域，其中正对点射入的质子经偏转后从点进入轴上方的磁场。不计质子的重力，不考虑质子间的相互作用。求：
磁感应强度的大小；
正对点射入的质子，射入磁场后经多长时间到达接收器；
接收器被质子打中的区域的长度。
15.如图所示，平行倾斜光滑导轨与足够长的平行水平光滑导轨平滑连接，导轨电阻不计．质量分别为和的金属棒和静止放在水平导轨上，、两棒均与导轨垂直．图中虚线以右有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场．质量为的绝缘棒垂直于倾斜导轨静止释放，释放位置与水平导轨的高度差为已知绝缘棒滑到水平导轨上与金属棒发生弹性正碰，金属棒进入磁场后始终未与金属棒发生碰撞．重力加速度为．
求：绝缘棒与金属棒发生弹性正碰后分离时两棒的速度；
两金属棒、上最终产生的总焦耳热；
求金属棒进入磁场后，其加速度为其最大加速度的一半时的速度．
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