山东省聊城颐中外国语学校2023-2024学年高二下学期第一次质量检测物理试题(含解析)

颐中外国语学校2023-2024学年高二下学期第一次质量检测
物理试题 2024.3
时间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，两光滑的平行导轨固定在绝缘水平面上，整个空间存在竖直向上的匀强磁场，两导体棒ab、cd垂直地放在导轨上与导轨始终保持良好的接触，现给导体棒ab、cd水平方向的速度分别为v1、v2，取水平向右的方向为正方向．则下列说法正确的是(　　)
A．如果v1＝0、v2>0，则感应电流方向沿a→b→d→c→a
B．如果v1<0、v2>0，则回路中没有感应电流
C．如果v1＝v2>0，则感应电流方向沿a→c→d→b→a
D．如果v2>v1>0，则感应电流方向沿a→c→d→b→a
2.如图所示灯泡A1、A2的规格完全相同，线圈L的电阻不计，下列说法中正确的是(　　)
A．当接通电路时，A1和A2始终一样亮
B．当接通电路时，A2先达到最大亮度，A1后达到最大亮度，
最后两灯一样亮
C．当断开电路时，A2立即熄灭、A1过一会儿才熄灭
D．当断开电路时，两灯都立即熄灭
3．如图甲所示为交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向匀强磁场，A为理想电表．单匝线框绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，线框中的磁通量Φ随时间t变化的关系如图乙所示．已知电阻R＝10 Ω，其余电阻忽略不计，下列判断正确的是(　　)
A．电流表的示数为10 A
B．1s内电流的方向改变50次
C．0.01s时，线框平面与磁场方向垂直
D．1个周期内，电阻R上产生的焦耳热为10 J
4．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，原线圈接入图乙所示的正弦脉冲电压，副线圈接火灾报警系统(报警器未画出)，电压表和电流表均为理想电表，R0为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小．下列说法中正确的是(　　)
A．图乙中电压的有效值为220 V
B．电压表的示数为11 V
C．R处出现火警时电流表示数变小
D．R处出现火警时电阻R0消耗的电功率减小
5．边长为L的闭合金属正三角形框架，导线粗细均匀，右边竖直且与磁场右边界平行，完全处于垂直框架平面向里的匀强磁场中．现从x＝0处把框架水平向右匀速拉出磁场，线框产生的感应电动势E电动势、水平外力F外、外力功率P外力功率随线框位移x变化规律如图所示，则下列图像正确的是(　　)
6.如图所示，变频交变电源的频率可在20 Hz到20 kHz之间调节，在某一频率时，A1、A2两只灯泡的亮度相同。则下列说法正确的是(　　)
A．如果将频率增大，A1变暗、A2变亮
B．如果将频率增大，A1变亮、A2变亮
C．如果将频率减小，A1变暗、A2变亮
D．如果将频率减小，A1变亮、A2变暗
7．一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流输入电压，且有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为(　　)
A．2
B．3
C．4
D．5
8．如图所示，MN与PQ为在同一水平面内的平行光滑金属导轨，间距L＝0.5 m，电阻不计，在导轨左端接阻值为R＝0.6 Ω的电阻．整个金属导轨置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B＝2 T．将质量m＝1 kg，电阻r＝0.4 Ω的金属杆ab垂直放置在导轨上．金属杆ab在水平拉力F的作用下由静止开始向右做匀加速运动，开始时，水平拉力为F0＝2 N，运动过程中金属杆始终垂直导轨并与导轨接触良好，则下列说法正确的是(　　)
A．2s末回路中的电流为10 A
B．回路中有顺时针方向的感应电流
C．若2 s内电阻R上产生的热量为6.4 J，则水平拉力F做的功约为18.7 J
D．若2 s内电阻R上产生的热量为6.4 J，则金属杆克服安培力做功为6.4 J
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，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
9.如图所示，一根长1m左右的空心铝管竖直放置(图甲)，同样竖直放置一根长度相同但有竖直裂缝的铝管(图乙)和一根长度相同的空心塑料管(图丙)．把一枚小磁体从上端管口放入管中后，小磁体最终从下端管口落出．小磁体在管内运动时，均没有跟管内壁发生摩擦．设小磁体在甲、乙、丙三条管中下落的时间分别为t1、t2、t3，则下列关于小磁体在三管中下落的说法正确的是(　　)
A．甲管、乙管和丙管都会产生感应电流
B．小磁体完全进入甲管后，甲管中没有感应电流产生
C．t1最大
D．t2>t3
10．如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，匝数为n、边长为L的正方形线圈绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，其角速度为ω，线圈总电阻为r.下列说法正确的是(　　)
A．线圈转动过程中的最大电流为
B．线圈转动一周产生的热量为
C．当线圈与中性面的夹角为30°时，线圈产生的瞬时电动势为nBL2ω
D．线圈从中性面开始，转动60°的过程中，通过导线横截面的电荷量为
11．“稳压”电源可预防由于输电线老化，线损提高，入户电压降低，远达不到电器正常工作的需要．这个电源就是一种升压设备．其原理是根据入户电压与电器工作电压来智能调节变压器原副线圈匝数比的机器．下列说法正确的是(忽略变压器电阻)(　 　)
A．现入户电压U1＝150 V，若要稳压源输出电压
U2＝225V，则需调节n1∶n2＝2∶3
B．空调制冷启动时，热水器实际功率不变
C．空调制冷停止时，导线电阻耗能升高
D．在用电器正常工作时，若入户电压U1减小，则需要更大的入户电流，从而输电线路损耗更大
12．如图所示，相距为d的两水平虚线分别是水平向里的匀强磁场的边界，磁场的磁感应强度为，正方形线框边长为、质量。将线框在磁场上方高处出静止开始自由释放，当边进入磁场时速度为，边刚穿出磁场时速度也为。从边刚进入磁场到边刚穿出磁场的整个过程中（ ）
A．边刚进入磁场时，两端的电势差为
B．线框有一阶段的加速度为
C．线框产生的热量为
D．线框一定有做减速运动的阶段
三、非选择题(本题共7小题，共60分)
13．(4分)某实验小组利用如图所示实验装置进行“探究感应电流方向的规律”的实验，其中线圈A与电源电路连接，线圈B与电流表G连接．在实验过程中，需要先观察A线圈的绕制方法以便确定线圈B中的磁场方向。问：
①是否还需要观察线圈B的绕制方向________(选填“是”或“否”)；
②是否需要知道流入电流表的电流方向与指针偏转方向之间的关系？答：________(选填“是”或“否”)
14．(6分)利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系：
(1)除图中所示器材外，还需要的器材有________；
A．干电池 B．低压交流电源 C．直流电压表 D．多用电表
(2)下列说法正确的是________；
A．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B．变压器工作时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”能量的作用
C．理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同
D．变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零
(3)由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当________(选填“大于”“等于”或者“小于”)原、副线圈的匝数比.
15.(8分)如图所示，两足够长的平行光滑金属导轨倾斜放置，与水平面间的夹角为θ＝37°，两导轨之间的距离为L＝0.2m，导轨上端m、n之间通过导线连接，有理想边界的匀强磁场垂直于导轨平面向上，虚线ef为磁场边界，磁感应强度为B＝2T.一质量为m＝0.05kg的光滑金属棒ab从距离磁场边界0.75m处由静止释放，金属棒两轨道间的电阻r＝0.4Ω，其余部分的电阻忽略不计，ab、ef均垂直导轨.(g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，求：
(1) ab棒刚刚进入磁场时的加速度；
(2) ab棒最终在磁场中匀速运动的速度.
16．(8分)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，路端电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器能量损耗，求：
(1)升压变压器的副线圈两端电压；
(2)输电导线上的功率损失；
(3)降压变压器原、副线圈的匝数比；
(4)用户得到的功率．
17．(8分) 如图所示，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为（导轨电阻不计），其右端接有阻值为的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为。一质量为、电阻也为的匀质导体杆ab垂直于导轨放置，与导轨接触良好，杆与导轨之间的动摩擦因数为，对ab施加水平向左的恒力，使ab从静止开始沿导轨运动，当运动距离为时，速度恰好达到最大。已知重力加速度大小为g。在此过程中，求：
（1）导体杆ab的最大速度；
（2）电阻R产生的焦耳热。
18．(8分)如图所示，PM、QN为竖直平面内两平行的四分之一圆弧金属轨道，轨道圆心的连线OO′垂直于两竖直面，间距为L，轨道半径均为r，OO′QP在同一水平面内，在其上端连有一阻值为R的电阻，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B.现有一根长为L、电阻也为R的导体棒，在外力作用下从轨道的顶端PQ沿圆弧轨道以恒定角速度ω绕OO′转动，导体棒与轨道接触良好，轨道电阻不计，求导体棒转动到最低点的过程中：
(1)通过电阻R的电荷量q；
(2)电阻R产生的焦耳热Q.
19.（8分）如图所示，光滑导轨EF、GH等高平行放置，两导轨间的距离为L。导轨右侧水平且处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，左侧呈弧形升高。ab、cd是质量均为m的金属棒，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计。开始时，棒cd静止，现让ab从离水平轨道h高处由静止下滑，设导轨足够长，两导体棒在运动中始终不接触。试求：
（1）金属棒ab刚进入磁场时的速度大小；
(2)在运动中cd棒能达到的最大速度是多少；
(3)运动中安培力对cd棒的总冲量。
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物理试题参考答案
1．【答案】　D 【解析】　如果v1＝0、v2>0，由右手定则可判断出应产生顺时针方向的电流，故A错误；如果v1<0、v2>0，ab、cd所围的面积增大，穿过其磁通量增大，由楞次定律得知，回路中有顺时针方向的电流，故B错误；如果v1＝v2>0，ab、cd所围的面积不变，穿过其磁通量不变，故不产生感应电流，故C错误；如果v2>v1>0，则abdc所围面积增大，穿过其磁通量也增大，故由楞次定律可判断出产生a→c→d→b→a的电流，故D正确．
2. 【答案】　B【解析】　当接通电路时，A2立即正常发光，而线圈中电流要增大，由于自感电动势的阻碍，灯泡A1中电流只能逐渐增大，则A2先达到最大亮度，A1后达到最大亮度，电路稳定后，最后两灯一样亮，故B正确，A错误；当断开电路时，A2原来方向的电流立即减小为零，线圈中产生自感电动势，两灯泡串联和线圈组成回路，由于线圈L的电阻不计，回路中电流从原来值逐渐减小到零，流过A2的电流与原来方向相反，则A1和A2都要过一会儿才熄灭，故C、D错误。
3．【答案】　D 【解析】　由题图乙可知，磁通量变化的周期为T＝2×10－2 s，磁通量随时间的关系式为Φ＝－sin t＝－sin 100πt (Wb)，由电磁感应定律可得E＝＝－100cos 100πt(V)，可得电动势的最大值为100 V，则电动势的有效值E有＝ V＝50 V，则电流表的示数I＝＝5 A，故A错误；由题图乙可知，交变电流的频率为f＝＝50 Hz，一个周期内电流方向改变两次，所以1 s内电流的方向改变100次，故B错误；0.01 s时，磁通量为零，线框平面与磁场方向平行，故C错误；由焦耳定律可得1个周期内，电阻R上产生的焦耳热Q＝I2Rt＝5×5×10×0.02 J＝10 J，故D正确．
4． 【答案】　B【解析】　题图乙中电压的最大值Um＝220 V，则有·T＝·，解得电压的有效值为U＝110 V，故A错误；变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈中的电压之比是10∶1，所以电压表的示数为11 V，故B正确；R处温度升高时，电压表示数不变，阻值减小，副线圈电流I2增大，则输出功率增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数变大，根据P0＝I22R0知，电阻R0消耗的电功率增大，故C、D错误．
5．【答案】　B【解析】　E电动势＝Blv，由几个关系可得l＝L－x，联立可得E电动势＝Bv(L－x)，E电动势与x是负相关的关系，故A错误，B正确；F安＝BIl＝Bl＝，代入l得F安＝(L－x)2，F外＝F安 ，C错误；P外力功率＝F外v＝F安v＝(L－x)2，D错误．
6.答案　C解析　某一频率时，两只灯泡亮度相同，可知两灯泡消耗的功率相同，频率增大时，感抗增大，而容抗减小，故通过A1的电流增大，A1变亮，通过A2的电流减小，A2变暗，故选项A、B错误；同理可得选项C正确，D错误。
7．答案　B解析　设原、副线圈匝数比为n，根据能量守恒，当S断开时，UI＝I2R1＋(nI)2(R2＋R3)；当S闭合时，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2，联立解得n＝3，所以选项B正确。
8．【答案】　C【解析】　在初始时刻，由牛顿第二定律F0＝ma，得a＝＝ m/s2＝2 m/s2，2 s末时，杆ab的速度为v＝at＝2×2 m/s＝4 m/s，ab杆产生的感应电动势为E＝Blv＝2×0.5×4 V＝4 V，回路电流为I＝＝ A＝4 A，故A错误；由楞次定律“增反减同”可知，回路中有逆时针方向的感应电流，故B错误；设拉力F所做的功为WF，由动能定理有WF－WA＝mv2，WA为金属杆克服安培力做的总功，它与R上产生的焦耳热QR关系为＝＝，得WA＝ J，所以WF＝WA＋mv2＝ J≈18.7 J，故C正确，D错误．
9.【答案】　CD 【解析】　由于甲管形成闭合电路，当小磁体通过时，会产生感应电流；乙管没有形成闭合电路，但当小磁体靠近或远离铝管时，会形成小面积的涡流，因此也会产生感应电流但强度比甲管的弱；丙管不会产生电磁感应现象，因此甲管和乙管会产生感应电流，丙管不会产生感应电流，A、B错误；根据“来拒去留”，甲管中感应电流最强，因此甲管的小磁体下落得最慢，运动时间最长，C正确；乙管虽然有竖直裂缝但由于是金属导体当磁体在管内下落时管内仍然会产生涡流，虽然远小于甲中的电流，但也会对小磁体产生“来拒去留”的效果，因此下落的时间t2＞t3，D正确．
10.【答案】　AB 【解析】　线圈转动过程中的最大电动势为Em＝nBL2ω，根据闭合电路欧姆定律得Im＝，A正确；电流的有效值为I＝＝，线圈转一圈的时间为t＝，线圈转动一周产生的热量为Q＝I2rt＝，B正确；当线圈与中性面的夹角为30°时，线圈产生的瞬时电动势为e＝Emsin ωt＝nBL2ω，C错误；线圈从中性面开始，转动60°的过程中，穿过线圈磁通量的变化为ΔΦ＝BL2－BL2＝－BL2，通过导线横截面的电荷量为q＝t＝n＝nBL2，D错误．
11．【答案】　AD 【解析】　变压器原、副线圈电压比等于匝数比＝，代入数据有n1∶n2 ＝2∶3，故A正确；空调启动时，副线圈并联负载增多，副线圈电流增大，导线电阻分压增加，导线电阻耗能升高，热水器电压降低，功率降低，空调制冷停止时则情况相反，故B、C错误；在用电器正常工作时，功率不变，若入户电压U1减小，则需要更大的入户电流，从而输电线路损耗更大，故D正确．
12． 【答案】BD 【解析】A．线框在磁场上方高处出静止释放，当边进入磁场时有 解得
边产生的感应电动势为
两端的电势差为路端电压，即故A错误；
B．线框完全在磁场中运动时，没有感应电流产生，线框不受安培力，只受重力，加速度为g，故B正确；
C．ab边进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程，动能不变，根据能量守恒定律可得线框产生的热量为故C错误；
D．线框刚进入磁场时的速度是v0，完全进入磁场后做匀加速直线运动，而边刚穿出磁场时的速度也是v0，由此可判断线框离开磁场的过程一定会做做减速运动，故D正确。故选BD。
13．【答案】　是 是
【解析】　在实验过程中，除了需要查清流入电流表电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清线圈A和线圈B的绕制方向．
14．【答案】　(1)BD　(2)BC　(3)大于
【解析】　(1)实验中若用干电池变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，B需要；需要用多用电表测量电压，D需要；综上所述需要的实验器材为B、D；
(2)变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；变压器工作时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”能量的作用，故B正确；理想变压器的原副线圈通过铁芯共用同一个磁场，则两线圈的磁通量总是相同，磁通量的变化率也相同，故C正确；变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不变，故D错误．
(3)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的磁通量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比．
15. 答案：(1)a2＝－18 m/s2，方向沿斜面向上 (2)v＝0.75 m/s，方向沿斜面向下
　解析　(1)ab棒进入磁场前，加速度a1＝gsin 37°＝6 m/s2，方向沿斜面向下.设ab棒进入磁场时的速度为v1，
则v＝2a1x1
将x1＝0.75 m代入得v1＝3 m/s
刚进入磁场时，对ab棒受力分析得：
mgsinθ－I2LB＝ma2，I2＝
解得a2＝－18 m/s2，方向沿斜面向上
(2) 进入磁场以后，ab棒做加速度逐渐减小的减速运动，最终匀速运动，当ab棒在磁场中匀速运动时，根据受力平衡得：
ILB＝mgsinθ
又有I＝和E＝BLv，联立以上关系可得v＝0.75 m/s，方向沿斜面向下
16．答案　(1)2 500 V　(2)60 kW　(3)10∶1　(4)440 kW
解析　输电线路原理图如图所示
(1)升压变压器的副线圈两端电压
U2＝＝2 500 V.
(2)输电导线上的电流
I2＝＝＝200 A
输电导线上的功率损失
P损＝I22r线＝60 kW
(3)输电导线上的电压
ΔU＝I2r线＝300 V
降压变压器原线圈的电压
U3＝U2－ΔU＝2 200 V，降压变压器原、副线圈的匝数比为＝＝10∶1
(4)用户得到的功率P用＝P1－P损＝440 kW
17．【答案】（1）；（2）12J
【详解】（1）ab杆匀速运动时速度最大，加速度
由平衡条件有
摩擦力为
感应电动势为
感应电流为
杆所受的安培力为
解得
代入数据解得
（2）恒力F做功
摩擦力做功
由动能定理得
整个回路中产生的焦耳热
电阻R产生的焦耳热
解得
18． 【答案】　(1)　(2)
【解析】　(1)产生的平均感应电动势为＝＝
平均感应电流为＝
通过电阻R的电荷量为q＝Δt
联立解得q＝
(2)导体棒由PQ到MN的过程中，导体棒产生的感应电动势的瞬时表达式为E＝BLωrsin ωt
最大感应电动势为Em＝BLωr
电动势有效值为E＝
电阻R产生的焦耳热为QR＝()2Rt
联立解得QR＝
19.【答案】(1)；(2)m，方向水平向右
【详解】(1)ab棒到达水平轨道时速度v0，则mgh=mv02
解得
（2）从ab棒到达水平轨道到两棒达到相同速度v的过程中，两棒的总动量守恒，有
解得
(3)对cd棒由动量定理可知I=mv=m 方向水平向右