山东省2023-2024学年高二下学期3月大联考物理试题（A卷）（解析板）

山东省2023-2024学年高二下学期3月大联考
物理试题A
注意事项：
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考场号、座位号、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
考试时间为90分钟，满分100分
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁放一个圆环形电极，将两电极接在稳压电源（输出恒定电压）的两极上，然后在玻璃皿中放入导电液体，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N极在下，S极在上，则（ ）
A.判断通电液体在磁场中受力方向应使用右手定则
B.导电液体电阻率越大，旋转效果越明显
C.液体将逆时针旋转（从上向下看）
D.只改变磁场方向，液体旋转方向不变
2.一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场，粒子的一段轨迹如图所示，轨迹上的每一小段都可近似看成圆弧。由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小（带电荷量不变），则从图中情况可以确定（ ）
A.粒子从a到b，带正电 B.粒子从a到b，带负电
C.粒子从b到a，带正电 D.粒子从b到a，带负电
3.如图甲所示，圆形金属线圈位于通电直导线的附近，线圈与通电导线在同一平面内，以图示电流方向为正方向，直导线通以如图乙所示的电流，则圆形线圈中感应电流的方向（ ）
A.始终顺时针 B.始终逆时针
C.先顺时针后逆时针 D.先逆时针后顺时针
4.工业上常用电磁流量计来测量高黏度、强腐蚀性的流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加磁感应强度大小为B的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下M、N两点间的电势差U，就可计算出管内液体的流量。为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在充满污水的排污管末端安装了一个电磁流量计，如图乙所示，已知排污管和电磁流量计处的管道直径分别为2d和d。某次测量时，管壁上下M、N两点间的电势差为，则排污管的污水流量为（ ）
A. B. C. D.
5.如图甲所示，圆形线圈总电阻r＝0.5Ω，匝数n＝10，其端点a、b与R＝1.5Ω的定值电阻相连，线圈内存在垂直线圈平面向外的磁场，穿过线圈的磁通量变化规律如图乙所示。则a、b两点电势、的关系及两点电势差为（ ）
A.， B.，
C.， D.，
6.如图所示为研究某种带电粒子的装置示意图，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直线射到荧光屏上的O点，出现一个光斑。在垂直纸面向里的方向上加一宽度为d、磁感应强度大小为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，最后打在距磁场右侧距离为L的荧光屏上的P点。现在磁场区域再加一竖直方向、电场强度大小为E的匀强电场，光斑从P点又回到O点，不计粒子重力，则（ ）
A.电场强度方向向上 B.粒子的初速度大小为
C.粒子的比荷为 D.OP两点之间的距离为
7.如图所示，边长为L的单匝均匀金属线框置于光滑水平桌面上，在拉力作用下以恒定速度通过宽度为D（D＞L）、方向竖直向下的有界匀强磁场。在整个过程中线框的ab边始终与磁场的边界平行，若以F表示拉力大小、以表示线框ab两点间的电势差、I表示通过线框的电流（以逆时针方向为正方向）、P表示拉力的功率，则下列反映这些物理量随时间变化的图像中可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
8.如图所示，在平面直角坐标系xOy内，以坐标原点O为圆心，半径为R的圆形区域内存在垂直于坐标平面的匀强磁场（图中未画出），磁场区域外右侧有宽度为R的粒子源，M、N为粒子源两端点，M、N连线垂直于x轴，粒子源中点P位于x轴上，粒子源持续沿x轴负方向发射质量为m、电荷量为q（q＞0）、速率为v的粒子。已知从粒子源中点P发出的粒子，经过磁场区域后，恰能从圆与y轴负半轴的交点Q处沿y轴负方向射出磁场，不计粒子重力及粒子间相互作用力，则（ ）
A.带电粒子在磁场中运动的半径为
B.匀强磁场的磁感应强度大小为
C.带电粒子在磁场中运动的路程最长为
D.带电粒子在磁场中运动的时间最短为
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9.如图所示，在国庆盛典上，“空警-2000”预警机在天安门上空沿水平方向以的速度自东向西飞行。该机两翼的面积为，两翼尖间的距离为50m，北京上空地磁场的竖直分量为，下列说法正确的是（ ）
A.穿过该机两翼的磁通量为1.41Wb
B.两翼尖之间的电势差约为0.29V
C.该机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高
D.该机花样表演翻转180°过程中，两机翼磁通量变化量为0
10.磁流体发电机示意图如图所示。平行金属板a、b之间存在很强的匀强磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量等量正、负离子）垂直于磁场的方向喷入磁场，a、b两板间便产生电压。如果把a、b板与用电器相连接，a、b板就是等效直流电源的两个电极。若磁场的磁感应强度大小为B，每个离子的电荷量大小为q、初速度大小为v，a、b两板间距为d，两板间等离子体的等效电阻为r，用电器电阻为R。稳定时，下列判断正确的是（ ）
A.图中a板是电源的正极 B.电源的电动势为Bdv
C.通过用电器的电流为 D.两金属板间电压为
11.如图所示，相距为L的两条足够长的平行金属导轨，与水平面的夹角为θ，导轨上固定有质量为m，电阻为R的两根相同的导体棒，导体棒MN上方轨道粗糙，下方光滑，整个空间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。将两根导体棒同时释放后，观察到导体棒MN下滑而EF保持静止，当MN下滑速度最大时，EF与轨道间的摩擦力刚好到达最大静摩擦力，下列叙述正确的是（ ）
A.导体棒MN的最大速度为
B.导体棒EF与轨道之间的最大静摩擦力为
C.导体棒MN受到的最大安培力为
D.导体棒MN所受重力的最大功率为
12.劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略，磁感应强度大小为B的匀强磁场与盒面垂直，交流电源频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生的质子初速度可忽略不计，质子的质量为m、电荷量为＋q（q＞0），在加速器中被加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，下列说法错误的是（ ）
A.质子被加速后的最大速度不可能超过
B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比
C.质子离开回旋加速器时的最大动能与交流电频率f成正比
D.质子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后在磁场中做圆周运动的轨道半径之比为1:2
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13.（6分）某实验小组用图示电路测量匀强磁场的磁感应强度。实验器材如下：边长为L、匝数为N的正方形线圈（a、b为引出端）一个，天平一台，各种质量砝码若干，直流电源一个，灵敏电流计一个，定值电阻一个，开关、导线若干。实验步骤如下：
（1）将线圈悬挂在天平右臂，添加合适质量的砝码，使天平平衡，将a与c连接、b与d连接，闭合开关S，记录________（填物理量名称及字母），添加合适质量的砝码，使天平再次平衡。
（2）断开开关S，将a与d连接、b与c连接，再次闭合开关S，这时需要在天平的________（选填“左盘”“右盘”）中放入质量为的砝码，仍旧使天平平衡。
（3）已知重力加速度大小为g，则磁感应强度的大小为B＝________（用上述物理量字母表示）。
14.（8分）在“探究影响感应电流方向的因素”实验中：
（1）实验发现，电流由“＋”接线柱流入时灵敏电流计指针向右偏转，电流由“—”接线柱流入时指针向左偏转；如图甲所示，实验发现指针向右偏转，则条形磁铁的N极________（选填“向上”或“向下”）运动。
（2）如图乙为另一种实验装置，开关闭合前小螺线管已插入到大螺线管中。
①请用笔画线代替导线，将电路图补充完整。
②在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下。在开关闭合的状态下，将小螺线管迅速抽出时，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏转；断开开关的瞬间，灵敏电流计的指针________（选填“向左”“向右”或“不”）偏转。
③将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动，灵敏电流计指针将向________（选填“左”或“右”）偏转；进一步分析，滑动变阻器的滑片向左滑动的速度越大，电流表指针偏转角度________（选填“越大”或“越小”）。
15.（7分）图甲是法拉第圆盘发电机的实物图，其简化原理如图乙所示，圆形铜盘安装在水平转轴上，它的盘面放在两个磁极之间，两块铜刷C、D分别与转轴和铜盘边缘接触。用外力驱动铜盘转动，闭合电路中的电阻R上就有电流持续通过。已知铜盘的半径为r，两个磁极间的磁感应强度大小为B，铜盘转动的角速度为ω，不计铜盘的电阻及转动中受到的阻力。求：
（1）当铜盘按图示方向转动时，通过电阻R的电流方向；
（2）发电机的电动势；
（3）铜盘转动一周的过程中，外力至少做的功。
16.（9分）如图所示，两平行金属导轨间的距离L＝0.6m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，空间中存在磁感应强度B＝0.50T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E＝9V、内阻r＝1Ω的直流电源。现把一个质量m＝0.1kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R＝2Ω，与导轨间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，金属导轨电阻不计，g取。已知sin37°＝0.60，cos37°＝0.80。
（1）求导体棒受到的摩擦力；
（2）若磁感应强度的方向不变而大小可以变化，要使导体棒能静止，求磁感应强度大小B的取值范围。（此问结果可用分数表示）
17.（14分）如图为某种质谱仪的示意图，质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。静电分析器通道中心轴线的半径为R，通道内存在均匀辐向电场，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外。质子和待测未知粒子x，先后从静止开始经加速电压为U的电场加速后沿中心轴线通过静电分析器，从P点垂直边界进入磁分析器，最终分别打到胶片上的C、D点。已知质子质量为m、电荷量为q，粒子x的电荷量是质子的2倍，PC＝2R，。求：
（1）静电分析器中心轴线处电场强度E的大小；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）粒子x的质量M。
18.（16分）如图所示，在xOy坐标平面内，第二、三象限存在着沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为。在第一、四象限存在磁感应强度大小相等、方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场。在A处有一质量为m、电荷量为q的带负电粒子，以某一速度沿着与x轴正方向成θ＝60°的方向射入匀强电场，经过一段时间后从y轴上某点进入磁场。已知A点坐标为，粒子在运动过程中恰好不再返回电场，忽略粒子的重力。求：
（1）粒子第一次进入磁场时速度v的大小和方向；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）若仅将第四象限的磁感应强度变为原来的4倍，在处有一个垂直于x轴足够大的挡板，求粒子最终打在挡板上的坐标。
山东省2023-2024学年高二下学期3月大联考
物理A参考答案及评分意见
1.C【解析】判断通电液体在磁场中受力方向应使用左手定则，A错误；导电液体电阻率越大，由，可知电阻越大，由，可知电流越小，由F＝BIL可知安培力越小，旋转效果越不明显，B错误；根据电源正负极可知电流由边缘流向中心，器皿所在处的磁场方向竖直向上，从上向下看，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，C正确；由左手定则可知，只改变磁场方向，液体旋转方向改变，D错误。
2.C【解析】由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小，则速度逐渐减小，根据粒子在磁场中运动的半径公式可知，粒子的半径逐渐减小，所以粒子的运动方向是从b到a，再根据左手定则可知，粒子带正电，C正确，A、B、D错误。
3.A【解析】当通过正向均匀减小的电流时，穿过线圈的磁场方向垂直向里，且磁通量减小，根据楞次定律可知，通过线圈的电流方向为顺时针方向，当通过负向均匀增大的电流时，穿过线圈的磁场方向垂直向外，且磁通量增大，根据楞次定律可知，通过线圈的电流方向为顺时针方向，A正确。
4.C【解析】当带电粒子在电磁流量计中受力平衡时有，可知通过电磁流量计的污水流速大小为，则通过电磁流量计的污水流量，由于通过电磁流量计的污水流量与通过排污管的污水流量相等，可知通过排污管的污水流量为，C正确。
5.B【解析】由图可知，线圈的磁通量均匀增大，根据楞次定律，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，即感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向里，根据安培定则，可以判断出线圈中感应电流的方向为顺时针方向，在回路中，线圈相当于电源，所以a相当于电源的负极，b相当于电源的正极，所以a点的电势低于b点电势，即，根据法拉第电磁感应定律得，所以总电流，a、b两点电势差，B正确。
6.C【解析】粒子所受洛伦兹力方向向上，由左手定则可知，粒子带正电，粒子所受电场力方向向下，电场强度方向向下，A错误；由，得，B错误；由，得，C正确；粒子在磁场中偏转的距离，出磁场后竖直方向的位移，OP两点之间的距离，D错误。
7.C【解析】线框做匀速直线运动，进磁场和出磁场过程中根据楞次定律可知拉力与安培力等大反向，即，线框完全进入磁场运动过程中，穿过线框的磁通量不变，线框中无感应电流，所以安培力为0，拉力大小为0，A错误；线框进入磁场时，ab边切割磁感线，即ab相当于电源，根据右手定则可知，所以ab两端电势差为路端电压，，完全进入磁场后，线框中无电流，所以，线框穿出磁场过程中，cd边切割磁感线，根据楞次定律判断感应电流可知，则，对应图像可知，B错误；线框进入磁场时，根据右手定则可知线框中电流为逆时针方向，线框离开磁场时，电流为顺时针方向，结合上述分析可知，C正确；线框完全进入磁场运动过程中，拉力为0，根据可知拉力功率为0，D错误。
8.C【解析】根据题意可知从粒子源中点P发出的粒子在磁场中运动轨迹为四分之一圆周，由几何关系可知轨迹半径r＝R，A错误；根据洛伦兹力提供向心力，有，联立解得，B错误；根据题意可知，从M点出射的粒子在磁场中运动的路程最长，如图甲所示，易知四边形为菱形，根据几何关系可知，则粒子经过磁场区域的路程最长为，C正确；根据题意可知，从N点出射的粒子在磁场中运动的时间最短，如图乙所示，根据几何关系可得，解得，因为四边形为菱形，所以，则粒子经过磁场区域的时间最短为，D错误。
9.BC【解析】根据磁通量公式得，A错误；两翼尖之间的电势差约为，B正确；北京上空地磁场的竖直分量方向向下，根据右手定则可以判断飞机左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高，C正确；该机花样表演翻转180°过程中，两机翼磁通量变化量，D错误。
10.BD【解析】由左手定则，正离子受洛伦兹力向下偏转，负离子受洛伦兹力向上偏转，b板为电源的正极，A错误；由平衡条件得，电源电动势，电流，两金属板间的电压即为用电器两端的电压，则，C错误，B、D正确。
11.AC【解析】据题意，当导体棒MN达到最大速度时，导体棒MN沿斜面匀速下滑，则导体棒MN所受安培力最大，此时有，解得最大速度，A、C正确；当导体棒MN有最大速度时，棒EF有最大静摩擦力，此时安培力沿斜面向下，摩擦力沿斜面向上，则据平衡条件有，B错误；导体棒MN所受重力的最大功率出现在MN有最大速度时，则有，D错误。
12.BCD【解析】质子离开回旋加速器时的速度最大，此时的半径为R，则，所以最大速度不超过，A正确；根据知，则最大动能，B、C错误；粒子在加速电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，根据，可知，质子第1次和第2次经过D形盒狭缝的速度比为，根据，可知半径比为，D错误。
13.（1）灵敏电流计的读数I （2）右盘 （3）（每空2分）
【解析】（1）实验中闭合开关S，应记录灵敏电流计的读数I。
（2）断开开关S，将a与d连接、b与c连接，再次闭合开关S，由左手定则可知闭合开关后线框所受的安培力向上，应在天平的右盘中放入合适质量的砝码，才能使天平平衡。
（3）在天平的右盘中放入质量为的砝码使天平再次平衡，由平衡条件可知，解得。
14.（1）向上（2分） （2）①见解析图（2分） ②左（1分）向左（1分） ③右（1分） 越大（1分）
【解析】（1）将条形磁铁的N极从螺线管中拔出时，由楞次定律可知，螺线管中感应电流从上往下看沿顺时针方向，即电流由“＋”接线柱流入灵敏电流计，则指针向右偏转。
（2）①电路连接如图所示。
②闭合开关时，穿过大螺线管的磁通量增加，灵敏电流计指针向右偏。在开关闭合的状态下，将小螺线管迅速抽出时，穿过大螺线管的磁通量减少，感应电流与闭合开关瞬间方向相反，电流计指针将向左偏转；断开开关时，穿过大螺线管的磁通量减少，灵敏电流计指针向左偏转。
③将滑动变阻器的滑片向左滑动时，电阻变小，流过小螺线管的电流变大，则穿过大螺线管的磁通量增加，灵敏电流计指针将向右偏转；滑动变阻器的滑片向左滑动的速度越大，小螺线管的磁场变化越快，产生的感应电动势越大，电路中的感应电流越大，电流表指针偏转角度越大。
15.（1）C→D （2） （3）
【解析】（1）根据右手定则可以判定，C点的电势比D点的电势高，电流从C点流出，流经电阻R回到D点（1分）
（2）法拉第圆盘发电机原理如图。
如图所示，在时间内，半径CD扫过的面积
（1分）
对应的磁通量变化量（1分）
根据法拉第电磁感应定律，发电机的电动势
（1分）
（3）电路中的电流（1分）
铜盘转动一周的时间内，外力至少做的功（1分）
解得（1分）
16.（1）0.3N 方向沿斜面向下 （2）
【解析】（1）电路中的电流（1分）
对导体棒受力分析，受到的安培力，方向沿斜面向上（1分）
由于重力沿斜面向下分力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f（1分）
根据共点力平衡条件可知（1分）
（2）最大静摩擦力（1分）
当最大静摩擦力沿斜面向上时，有（1分）
解得
当最大静摩擦力沿斜面向下时，有（1分）
解得
则磁感应强度大小的取值范围为（2分）
17.（1） （2） （3）4m
【解析】（1）设质子加速后的速度为，根据动能定理有
（2分）
在通道内，电场力提供向心力，有
联立解得（1分）
（2）设质子在磁场中运动的半径为，则有，
又，可得（1分）
在磁场中，洛伦兹力提供向心力，有（2分）
联立解得（1分）
（3）设未知粒子x在磁场中运动的半径为，则有，又，可得
设未知粒子x加速后的速度为，则有（2分）
（2分）
联立解得M＝4m（1分）
18.（1），平行于x轴正方向 （2） （3）
【解析】（1）粒子在电场中做类平抛运动，则
（1分）
（1分）
根据牛顿第二定律可知（1分）
联立解得（1分）
电场中运动沿y轴方向位移
粒子第一次进入磁场时速度v的大小为（1分）
方向平行于x轴正方向（1分）
（2）粒子进入磁场后轨迹如图1所示，由几何关系得
图1
（1分）
（1分）
（1分）
解得（1分）
（3）将第四象限的磁感应强度变为原来的4倍，有
（1分）
得（1分）
轨迹如图2所示，由几何关系得（2分）
粒子垂直打在挡板上（1分）
坐标为（1分）
图2