滕州市第一中学2023-2024学年高二下学期3月阶段检测
物 理
2024.3
第Ⅰ卷 (选择题 共40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,导体棒P固定在光滑的水平面内,导体棒Q垂直于导体棒P放置,且导体棒Q可以在水平面内自由移动(正视图如图)。给导体棒P、Q通以如图所示的恒定电流,仅在两导体棒之间的相互作用下,关于导体棒Q的运动情况,下列说法正确的是（）
A.导体棒Q逆时针(俯视)转动,同时远离导体棒P
B.导体棒Q顺时针(俯视)转动,同时靠近导体棒P
C.导体棒Q仅绕其左端顺时针(俯视)转动
D.导体棒Q仅绕其左端逆时针(俯视)转动
2.闭合的金属圆环处于磁感应强度随时间均匀变化的匀强磁场中,磁场方向垂直于圆环平面,下列说法正确的是（）
A.圆环中产生的感应电动势均匀变化
B.圆环中产生的感应电流均匀变化
C.圆环上某一小段导体所受的安培力保持不变
D.圆环上某一小段导体所受的安培力均匀变化
3.如图所示，甲是质谱仪,乙是磁流体发电机,丙是速度选择器,丁是霍尔元件,下列说法正确的是（）
甲 乙 丙 丁
A.甲图中,在三种同位素由静止加速进入磁场所形成的三条质谱线中,c对应的比荷最小
B.乙图中,可判断出A极板是发电机的正极
C.丙图中,粒子沿直线通过速度选择器时,粒子的速度与粒子的电荷量有关
D.丁图中,若导体为金属,则稳定时C板电势低
4.如图所示,半径为R的圆形区域内存在一垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,S为磁场边界上的一点。大量相同的带电粒子以相同的速率v经过S点,在纸面内沿不同的方向射入磁场,粒子的出射点分布在四分之一圆周SP上。不计重力及带电粒子之间的相互作用。下列说法正确的是（）
A.粒子带负电
B.粒子的比荷为
C.从P点射出的粒子在磁场中运动的时间为
D.若粒子的入射速率为2v,粒子的出射点分布在二分之一圆周上
5.如图所示,一质量为m、带电荷量为+q的液滴,以速度v沿与水平方向成45°角、斜向右上的方向进入正交的、足够大的匀强电场和匀强磁场的叠加区域,电场强度方向水平向右,磁场方向垂直于纸面向里,液滴做直线运动。重力加速度为g,则下列说法错误的是（）
A.电场强度E的大小为
B.磁感应强度B的大小为
C.液滴在叠加场中做直线运动的过程中,其机械能的增加量大于电势
能的减少量
D.当液滴运动到某一点M时,电场方向突然变为竖直向上,电场强度的大小不变,不考虑电场变化对磁场的影响,液滴加速度a的大小为g
6.如图甲所示,一矩形线圈abcd位于一变化的匀强磁场内,磁场方向垂直于线圈所在的平面向里,磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示。用I表示线圈中的感应电流,取顺时针方向为正;用F表示bc边受到的安培力,取水平向右为正。则下列图像正确的是（）
7.如图所示,在空间内存在垂直于纸面向里的匀强磁场,一个点电荷固定在磁场中的O点,另一个带负电的粒子在水平面内恰好做匀速圆周运动。某时刻,突然撤去点电荷,用实线表示撤去点电荷之前粒子的运动轨迹,用虚线表示撤去点电荷之后粒子的运动轨迹,则粒子的运动轨迹正确的是（）
8.在如图所示的坐标系中,第一象限内存在与y轴平行的匀强电场,电场强度大小为E;第二象限内存在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。P、Q两点在x轴上,一带电粒子(不计重力)从P点以垂直于x轴的速度v0向上射入第二象限,经磁场偏转后,粒子垂直于y轴进入第一象限,恰好经过x轴上的Q点,Q点到原点的距离是P点到原点距离的2倍。则（）
A.第一象限内的电场方向竖直向下
B.粒子在P、Q两点的速度大小之比为1∶
C.粒子在磁场中与在电场中运动的时间之比为π∶2
D.电场强度和磁感应强度的大小之比为v0∶
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,有多个选项符合题目要求。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.人类历史上第一台发电机——圆盘发电机,其结构示意图如图甲所示,圆盘所在处的匀强磁场的磁感应强度大小为B;高速制动涡流闸的结构示意图如图乙所示,圆盘正在转动;电磁驱动的结构示意图如图丙所示,磁铁正在转动;磁电式电流表的内部结构图如图丁所示。下列说法正确的是（）
甲 乙 丙 丁
A.甲图中,当圆盘的角速度为ω、边缘的线速度为v时,感应电动势为
B.乙图中,圆盘转动越快,受到的阻力越大
C.丙图中,磁铁转动,圆盘也跟着转动,稳定时磁铁与圆盘转动的角速度相等
D.丁图中,里面的线圈常常用铝框做骨架,把线圈绕在铝框上,因为铝框中能产生感应电流,磁场对该感应电流的安培力有助于偏转指针停下来
10.导轨式电磁炮的原理结构示意图如图所示。两根平行长直金属导轨沿水平方向固定,其间安放炮弹。炮弹可沿导轨无摩擦滑行,且始终与导轨保持良好接触。可控电源提供的强大电流从一根导轨流入,经过炮弹,再从另一导轨流回电源,炮弹被导轨中的电流形成的磁场推动而发射。在发射过程中,炮弹所在位置的磁场可以简化为磁感应强度大小为B的垂直于平行导轨的匀强磁场。已知两导轨内侧间距为L,炮弹的质量为m,炮弹获得的速度为v。不计空气阻力,下列说法正确的是（ ）
A.a为电源正极
B.在发射过程中,电源提供的总能量为mv2
C.在发射过程中,安培力做的功为mv2
D.在发射过程中,通过炮弹的电荷量为
11.为了研究电磁刹车,某实验小组让一正方形金属导线框在光滑绝缘水平面内以v0=2 m/s的初速度进入匀强磁场区域,如图所示。已知正方形金属导线框的总电阻为0.2 Ω、边长为1 m、质量为0.2 kg,匀强磁场的磁感应强度大小B=0.2 T,从线框进入磁场开始,下列说法正确的是（）
A.线框先做匀减速运动后做匀速运动
B.线框完全进入磁场时的速度大小v1=1.0 m/s
C.在线框进入磁场的过程中,线框中产生的焦耳热为0.3 J
D.在线框进入磁场的过程中,通过线框某横截面的电荷量为2 C
12. 回旋加速器的主要结构如图所示,两个D形金属盒间接高频交流电源,且两金属盒置于与盒面垂直的匀强磁场中,两金属盒间的狭缝宽度很小。粒子源S位于金属盒的圆心处,粒子源射出的粒子的初速度可以忽略。现用回旋加速器分别加速两种不同的粒子a、b,a、b的质量之比为1∶4,电荷量之比为1∶2,已知狭缝间的加速电压大小恒为U,磁场的磁感应强度大小为B,D形金属盒的半径为R,狭缝之间的加速距离为d。不计粒子受到的重力,则（）
A.要使粒子a、b每经过狭缝都被加速,交变电压的频率不相同
B.粒子a、b所能达到的最大动能相等
C.粒子a、b在D形金属盒中运动第n个半圆的半径之比为∶2
D.粒子a、b在达到最大动能的过程中,通过狭缝的次数之比为1∶2
第Ⅱ卷 (非选择题 共60分)
三、实验探究题:本题共2小题,共14分。将符合题意的内容填写在题目中的横线上或按题目要求作答。
13.(6分)探究自感现象的电路图如图甲、乙所示,其中A、B、C、D四个灯泡的规格相同,插有铁芯的两个线圈的自感系数很大,但自身的电阻几乎为零,两个滑动变阻器的总电阻相等,滑片均置于滑动变阻器的正中央。
甲 乙
(1)甲图中,当闭合开关时,灯泡A、B的亮度情况是 ;待灯泡A、B亮度稳定后,断开开关的瞬间,灯泡 闪一下,后逐渐熄灭。
(2)乙图中,当闭合开关时,灯泡C、D的亮度情况是 ;待灯泡C、D亮度稳定后,断开开关的瞬间,灯泡 闪一下,后逐渐熄灭。
14.(8分)在探究影响感应电流方向的因素的实验中,用到了图甲中的实验仪器。
(1)请将下面实物图甲中所缺的导线补接完整。
甲
(2)实验前,先判断电流方向与灵敏电流计指针的偏转关系。正确连接实验电路后,灵敏电流计的指针在表盘中央,在原线圈插入副线圈后,将开关闭合,此时灵敏电流计的指针向左偏转,接着进行下列实验:
①在原线圈插入副线圈后,将两者一起上下移动,则灵敏电流计的指针 (选填“向左”、“向右”或“不”)偏转。
②在原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动,则灵敏电流计的指针 (选填“向左”、“向右”或“不”)偏转。
③将原线圈从副线圈中迅速拔出时,灵敏电流计的指针将 (选填“向左”、“向右”或“不”)偏转。
四、计算题:本题共4小题,共46分。解答应写出必要的文字说明、表达式和重要的演算步骤,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。
15.(7分)如图所示,倾角θ=30°的光滑固定斜面和足够长的水平面平滑连接,斜面上放有一金属棒,金属棒中通有方向垂直于纸面向外、大小为I的电流,在水平面和斜面整个空间加上方向竖直向下的匀强磁场,金属棒恰好能静止在斜面上。已知金属棒长为L、质量为m,金属棒与水平面间的动摩擦因数μ=,重力加速度为g。
(1)求磁感应强度的大小B。
(2)若使通过金属棒的电流始终为,金属棒从距斜面底端s处的斜面上由静止释放,求金属棒在水平面上运动的距离。
16.(9分)如图甲所示,一等腰直角三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板下方,图中的水平虚线过ab、ac边中点,在虚线的下方存在垂直于导线框所在平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小随时间变化的图像如图乙所示。已知直角边长l=0.40 m,导线框的电阻R=0.003 Ω,求:
(1)在t=2 s时,导线框所受安培力的大小。
(2)在t=0到t=2 s时间内,导线框产生的焦耳热。
甲 乙
17.(14分)如图所示,在xOy平面内的第一象限角平分线OP两侧分布着竖直向上的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场。一质量为m、电荷量为-q的带电粒子,先从M点以速度v0垂直于y轴水平向右进入电场区域,再从N点进入磁场区域,最后从x轴上的C点离开磁场区域,且离开时速度方向与x轴垂直。已知M(0、3d)、N(2d、2d),α=45°,粒子重力忽略不计。求:
(1)电场强度的大小E。
(2)磁感应强度的大小B。
(3)粒子从M点运动到C点所用的总时间t。
18.(16分)足够长的两平行金属导轨MN、PQ所构成的斜面与水平面的夹角为θ,两导轨间距为L,两导轨顶端接一阻值为R的电阻,导轨所在的空间存在垂直于斜面向下的匀强磁场。一质量为m的导体棒垂直于导轨放置于导轨底端,导体棒接入电路的电阻为r,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为tan θ。现给导体棒一沿斜面向上、大小为v1的初速度,经过时间t1,导体棒沿导轨上滑到最高点,又经过一段时间,导体棒回到导轨底端。回到导轨底端前,导体棒的速度已达到最大速度v2。重力加速度大小为g,在运动过程中,导体棒始终与导轨垂直且接触良好,导轨电阻不计。求:
(1)导体棒在沿导轨下滑的过程中,加速度的最大值。
(2)磁感应强度的大小B。
(3)导体棒沿导轨向上运动的最大位移x。
(4)在导体棒从开始向上运动到返回导轨底端的整个过程中,电阻R上产生的热量Q1。
高二三月月考参考答案
1.A 2.D 3.D 4.C 5.D 6.B 7.A 8.B 9.BD 10.CD 11.BC 12.ABC
13.解析:本题考查自感现象。(1)甲图中,当闭合开关时,灯泡A立即变亮,灯泡B逐渐变亮;当灯泡A、B亮度稳定后,断开开关的瞬间,线圈产生自感电动势,在两灯泡构成的回路中,有自感电流产生,灯泡A的电流突然增大,灯泡A闪一下,后逐渐熄灭。
(2)乙图中,当闭合开关时,灯泡C、D都立即变亮,后灯泡C逐渐熄灭,灯泡D会逐渐变亮一些;断开开关的瞬间,灯泡C闪一下,后逐渐熄灭。
答案:(1)灯泡A立即变亮,灯泡B逐渐变亮 (2分) A (1分)
(2)两灯泡立即变亮,后灯泡C逐渐熄灭,灯泡D会逐渐变亮一些 (1分) C (2分)
14.解析:(2)开关断开时,灵敏电流计的指针在表盘中央,若将原线圈插入副线圈后,将开关闭合,此时灵敏电流计的指针向左偏转,说明穿过副线圈的磁通量增加,灵敏电流计的指针向左偏转。
①在原线圈插入副线圈后,将两者一起上下移动,说明穿过副线圈的磁通量不变,所以没有感应电流产生,灵敏电流计的指针不偏转。
②在原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值减小,则流过原线圈的电流增大,说明穿过副线圈的磁通量增加,灵敏电流计的指针向左偏转。
③将原线圈从副线圈中迅速拔出时,穿过副线圈的磁通量减小,灵敏电流计的指针向右偏转。
答案:(1)如图乙所示 (2分)
(2)①不 (2分) ②向左 (2分)
③向右 (2分)
15.解:(1)金属棒在重力、安培力和弹力三个力的作用下处于静止状态,有BIL=mgtan θ (2分)
解得磁感应强度的大小B=。 (1分)
(2)设金属棒在水平面上运动的距离为d,由动能定理,有
mgs·sin θ-μmgd-BIL(s·cos θ+d)=0 (2分)
解得d=。 (2分)
16. 解:(1)导线框中产生的感应电动势E=,其中=0.1 (1分)
所以E=S=0.1×(0.08-0.02) V=0.006 V (1分)
导线框中的电流I==2 A (1分)
由图像可知,t=2.0 s时,磁感应强度大小B2=(0.3-0.1×2) T=0.1 T (1分)
导线框处于磁场中的有效长度L= m (1分)
此时导线框所受安培力大小F=B2IL (1分)
解得F= N。 (1分)
(2)在t=0到t=2.0 s时间内,导线框产生的焦耳热Q=I2Rt (1分)解得Q=0.024 J。 (1分)
17. 解:(1)由题意知,粒子从M点到N点做类平抛运动,轨迹如图乙所示在沿-y方向,有Eq=ma (2分)
位移大小d=a (1分)
粒子沿x轴正方向做匀速运动,由几何关系,有2d=v0t1 (1分)
解得电场强度的大小E=。 (1分)
(2)设粒子在N点时的速度与x轴正方向的夹角为θ,则有tan θ==1 (1分)
则粒子从N点垂直OP进入磁场,然后从C点垂直x轴离开磁场,由几何关系,得粒子在磁场中做圆周运动的半径R=LON=2d (1分)
在N点,粒子的速度与OP垂直,大小v=v0 (1分)
由牛顿第二定律,有qvB=m (2分)
解得B=。 (1分)
(3)粒子从N点到C点做匀速圆周运动的时间t2= (1分)
粒子在电场和磁场中运动的总时间t=t1+t2 (1分)
解得t=。 (1分)
18. 解:(1)导体棒沿导轨向下运动,由牛顿第二定律,得mgsin θ-μmgcos θ-F安=ma (2分)
当F安=0时,加速度最大
最大值a=gsin θ。 (1分)
(2)回到导轨底端时,导体棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv2 (1分)
回路中的电流I= (1分)
导体棒受到的安培力大小F安'=BIL (1分)
导体棒回到导轨底端时,由牛顿第二定律,有mgsin θ-μmgcos θ-F安'=0
解得磁感应强度的大小B=。 (1分)
(3)导体棒在上升至最高点的过程中,产生的平均感应电动势== (1分)
平均电流= (1分)
设沿导轨向下为正方向,在导体棒沿导轨向上运动至最高点的过程中,根据动量定理,有BLt1+mgsin θ·t1+μmgcos θ·t1=0-(-mv1) (2分)
解得x=。 (1分)
(4)设整个回路中产生的焦耳热为Q,在导体棒从开始向上运动到返回导轨底端的整个过程中,根据能量守恒定律,有Q+2μmgcos θ·x=m-m (2分)
电阻R与导体棒串联,整个过程中,电阻R上产生的热量Q1=Q (1分)
解得Q1=(3-3-4v1v2+5v2gt1sin θ)。 (1分)
