莆田十五中 2023-2024下学期高二物理 4月考试卷 4．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，凭借此项成果，他于 1939年获得诺贝尔物理学
奖。其原理如图所示，置于真空中的 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
考试时间：75分钟
间可忽略；磁感应强度为 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
注意事项：
子源产生质子的质量为 m、电荷量为+q，在加速过程中不考虑相对论效应和重力离子的影响。则下
1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息
列说法正确的是（ ）
2．请将答案正确填写在答题卡上
第 I卷（选择题）
一、单选题（本题共 4题，每题 4分，一共是 16分.）
1.麦克斯韦预言了电磁波的存在，下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦通过实验装置证实了电磁波的存在
B．电磁波的传播需要具有弹性的介质
C．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场
A．粒子从磁场中获得能量
D．周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场
B．被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
2．如图所示是电动机模型示意图。处于磁场中的矩形通电金属线框 abcd
C．质子离开回旋加速器时的最大动能与 D形盒半径成正比
可绕轴OO '转动。线框中的电流方向如图所示。在图示位置（线框所在的
f
水平面刚好和磁场方向平行、且 ab和 cd 边与磁场方向垂直），关于线框 ab D．该加速器加速质量为 4m、电荷量为 2q的 粒子时，交流电源频率应变为 2
bc、 cd 、 da边受到安培力的方向，下列说法正确的是（ ） 二、多选题（本题共 4题，每题 6分，一共是 24分.）
A． ab边受到安培力的方向向右 B．bc边受到安培力的方向向下 5．某发电站采用高压输电向外输送电能．若输送的总功率 P0，输电电压为 U，输电线的总电阻为
C． cd 边受到安培力的方向向上 D． da边受到安培力的方向向左 R 线．则下列说法正确的是（ ）
3 “ ” U．某同学探究 感应电流产生的条件 的实验装置如图所示，下列说法正确的是（ ） PA．输电线上的电流 I B．输电线上的电流 I 0R
线 U
A．条形磁体静止在线圈中，电流计的指针会偏转
2 2
C．输电线电阻上的功率损失 P P0 R D P．输电线电阻上的电压损失U 0 B．条形磁体 S极迅速插入线圈，电流计的指针不会偏转 线 U 线 线 U
R线
C．条形磁体 N极迅速抽出线圈，电流计的指针不会偏转
6．如图所示，P、Q是两个相同的小灯泡，L是自感系数很大、电阻比小灯泡小
D．条形磁体的 N极或 S极迅速插入或抽出线圈，电流计的指针都会
的线圈，开始时，开关 S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关瞬
偏转
间（ ）
A．P与 Q同时熄灭 B．P比 Q后熄灭 C．Q闪亮后再熄灭 D．P闪亮后再熄灭
1
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
7．如图，圆环形导体线圈 a平放在水平桌面上，在 a的正上方固定一竖直螺线管 b，二者轴线重合， 角速度 300rad / s，外电阻电阻 R=9Ω，交流电表均为理想电表．若从图示位
螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片 P向下滑动，下列说法 置开始计时，线圈感应电动势的瞬时值表达式为 V，流过电
中正确的是（ ） 流表的最大值为 A；转动过程中交流电压表的数值为 V。
A．线圈 a中将产生俯视逆时针方向的感应电流
B．穿过线圈 a的磁通量变小 四、实验题（11题每空 2分，共 8分；12题每空 2分，共 8分，两题共 16分）
C．线圈 a有扩张的趋势 11．某同学用题图中的器材做“探究电磁感应产生条件”的实验。
D．线圈 a对水平桌面的压力 FN将增大
8．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10 :1，原线圈输入电压的变化规律如图乙所示，副线圈所
接电路如图甲所示，P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是（ ）
（1）闭合电键的一瞬间，观察到电流表 G指针向左偏转。则闭合电键后，将滑动变阻器的滑片向 b
端移动，则观察到电流表 G的指针向 （填“左”或“右”）偏转。保持滑动变阻器滑片位置
A．闭合开关 S，副线圈输出电压的频率为 50Hz
不变，将线圈 A中的铁芯快速抽出，电流表 G的指针将 （填“左”或“右”）偏转。
B．闭合开关 S，副线圈输出电压的有效值为 22 2V
（2）闭合电键后，第一次将滑动变阻器的滑片快速地从 a端移到 b端，第二次将滑动变阻器的滑片
C．闭合开关 S，P向上移动时，流过小灯泡的电流减小
慢慢移到 b端，会发现电流表 G的指针摆动的幅度第一次比第二次 （填“大”或“小”），
D．闭合开关 S，P向上移动时，R1两端的电压减小 原因是 。
第 II卷（非选择题） 12．实验“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”
三、填空题（本题共 2小题，每空 2分，共 10分。）
9．某种物质发射的三种射线如图所示的磁场中分裂成①、②、③三束。那么
在这三束射线中，带正电的是______，带负电的是______。
10．如图所示，平行四边形线圈匝数 n=200匝，线圈面积 S=10cm2，线圈电阻 r=1Ω，在匀强磁场中 （1）实验室中有下列器材：
绕OO ' 2轴逆时针（从上往下看）匀速转动，轴OO '和磁场的方向垂直，磁感应强度的大小 B T， A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈） B．条形磁铁
2
C．直流电源 D．多用电表 E．开关、导线若干 F．低压交流电源
2
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
上述器材在本实验中不需要的是 （填器材序号）。 15．（13分）如图所示，在 xOy平面直角坐标系的第Ⅰ象限内有一垂直纸面向里的圆形匀强磁场区域，
（2）该学生继续做实验，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压 与 x、y轴分别相切于 A L, 0 、C 0,L 两点，第Ⅱ象限内有沿 y轴负方向的匀强电场。一个质量为m、
（选填“增大”“减小”或“不变”）；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，
电荷量为q的带正电粒子从A点沿 y轴正方向以 v0射入磁场，经C点射入电场，最后从 x轴上离O点
观察到副线圈两端的电压 （选填“增大”“减小”或“不变”）；上述“探究副线圈两端的电压
的距离为 2L的 P点射出，不计粒子的重力。求：
与匝数的关系”中采用的实验方法是 。
（1）匀强磁场磁感应强度 B的大小；
五、解答题（本题共 3小题，共 34分。）
（2）匀强电场场强 E的大小；
13．（9分）如图，两平行金属导轨间的距离 L＝0.40 m，导轨平面与水平夹角θ＝37°，空间分布着
（3）粒子在磁场和电场中运动的总时间。
垂直于导轨平面的匀强磁场 B＝0.5 T。导轨的一端接有电动势 E＝4.5 V、内阻 r＝0.50 Ω的直流电源。
现把一个质量为 m＝0.040 kg的导体棒 ab垂直导轨放置，导体棒恰好静止。导体棒的电阻 R0＝2.5 Ω，
金属导轨电阻不计，g取 10 m/s2.已知 sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求：
（1）通过导体棒的电流；
（2）导体棒受到的安培力大小；
（3）导体棒受到的摩擦力大小。
14．（12分）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为 10kW，输出电压为 400V，向距离较远
的用户供电，为了减少电能损失，使用 2kV高压输电，输电线上损失了 0.5kW，最后用户得到 220V
的电压，求:
（1）升压变压器原、副线圈的匝数比 n1 : n2；
（2）输电线的总电阻 R；
（3）降压变压器原、副线圈的匝数比 n3 :n4。
3
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}莆田十五中 2023-2024下学期高二物理 4月考试卷答案
1．D
【解析】
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验装置证实了电磁波的存在，A错误；
B．电磁波可以在真空中传播，B错误；
CD．均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，
C错误，D正确。
故选 D。
2．C
【解析】
【详解】
由图可知磁场方向水平向左，由左手定则可知，左边 cd 受到的安培力竖直向上，右边 ab受
到的安培力竖直向下，bc、 da不受安培力，故选 C。
3．D
【详解】A．条形磁体静止在线圈中，穿过线圈的磁通量不变，不会产生感应电流，指针不
会偏转，故 A错误；
BC．无论磁体迅速插入线圈还是迅速抽出线圈，穿过线圈的磁通量都是会发生改变，会产
生感应电流，所以灵敏电流计指针都会偏转，故 BC错误；
D．条形磁体的 N极或 S极迅速插入或抽出线圈，穿过线圈的磁通量都是会发生改变，会产
生感应电流，所以灵敏电流计指针都会偏转，故 D正确。
故选 D。
4．D
【解析】
【详解】
A．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力对粒子不做功，所以动能不变，故 A错误；
B．粒子在磁场中运动的周期
T 2 m
qB
被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期与半径无关，故 B错误；
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
C．粒子在磁场中，洛伦兹力提供向心力
2
qvB m v
R
得
v BqR
m
粒子的动能
1 2 2E mv2 q B R
2
k 2 2m
可知质子离开回旋加速器时的最大动能与 D形盒半径的平方成正比，故 C错误；
D．粒子在磁场中运动的周期
T 2 m
qB
频率为
f 1 Bq
T 2 m
加速 α粒子交流电的频率
f ' B 2q 1 f
2 4m 2
故 D正确。
故选 D。
5．BC
P
【详解】AB、根据 P0=UI得，输电线上的电流 I= 0 ，由于 U不是输电线上损失的电压，U
U
不能通过 I= 求解输电线上的电流．A错误 B正确
R
P 2C. 输电线上损失的功率 P I 2R 0 R ，故 C正确；损
U 线
P
D.输电线电阻上的电压损失U 0线 R线，D错误U
选 BC
6．BD 【详解】 由于 L的电阻比小灯泡小，开关 S闭合时，通过 L的电流大于通过 P灯
的电流，断开开关时，Q所在电路未闭合，立即熄灭，由于自感，L中产生感应电动势，与
P组成闭合回路，故 P灯闪亮后再熄灭。 故选 BD。
7．AD
【详解】B．当滑动变阻器的滑片 P向下滑动时，滑动变阻器接入电路电阻减小，螺线管中
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
的电流将增大，使穿过线圈 a的磁通量变大，故 B错误；
ACD．根据右手螺旋定则可知通过线圈 a的磁通量向下增大，由楞次定律可知，线圈 a中
将产生俯视逆时针方向的感应电流，并且线圈 a有缩小和远离螺线管的趋势，线圈 a对水平
桌面的压力 FN将增大，故 AD正确，C错误。
故选 AD。
8．AD
【详解】A．由图像可知，交流电的周期为 0.02s，所以交流电的频率为 50Hz，A正确；
B．根据电压与匝数成正比可知，原线圈电压的最大值为 220 2V，根据
U1 n 1
U 2 n2
可得副线圈电压的最大值为 22 2V，所以电压的有效值为
22 2 V 22V
2
B错误；
C．P向上移动时，副线圈总电阻减小，总电流增大，流过小灯泡的电流增大，C错误；
D．P向上移动时，小灯泡两端电压增大， R1两端的电压减小，D正确。
故选 AD。
填空题：
9． ① ③
【解析】
【详解】
[1][2]由图看出，①射线向左偏转，受到的洛伦兹力向左，由左手定则判断可知，①射线带
正电；②射线不偏转，该射线不带电；③向右偏转，洛伦兹力向右，由左手定则判断得知，
该射线带负电。
10． e 30 2 cos300t 3 2 27V
【详解】图示位置为垂直中性面，所以线圈感应电动势的瞬时值表达式为
e E cos t nBS cos t 200 2 m 10 10
4 300cos300t 30 2 cos300t ；
2
I Em 300 2
I
A 3 2A ；U IR m R 3 9V 27Vm ．R r 9 1 2
11． 7 10 6C
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
【解析】
【详解】
根据题意可知，线圈的面积为
S 0.5 0.5m2 0.25m2
则初状态穿过线圈的磁通量为
BS sin 37 4 10 5 0.25 0.6Wb 6 10 61 Wb
末状态穿过线圈的磁通量为
2 BS cos37
4 10 5 0.25 0.8Wb 8 10 6Wb
则磁通量的变化量的大小为
1.4 10 5Wb
根据法拉第电磁感应定律得，感应电动势为
E Φ
t
感应电流为
I E
R
又有
q It
联立可得
q 7 10 6C
R
12． 左 右 大 第一次线圈 B中的磁通量变化率大
【详解】（1）[1]由于闭合电键瞬间，线圈 A中电流由无到有，电流增加，产生磁场增强，
使线圈 B的磁通量增加，观察到电流表 G指针向左偏转。则闭合电键后，将滑动变阻器的
滑片向 b端移动，线圈 A中电流还是增加，使线圈 B的磁通量还是增加，因此产生的感应
电流方向跟闭合电建瞬间相同，故观察到电流表 G的指针向左偏转。
[2] 保持滑动变阻器滑片位置不变，将线圈 A中的铁芯快速抽出，线圈 A产生磁场减弱，
使线圈 B中的磁通量减小，产生的感应电流方向跟闭合电建瞬间相反，故观察到电流表 G
的指针向右偏转。
（2）[3] [4]第一次将滑动变阻器的滑片快速地从 a端移到 b端，第二次将滑动变阻器的滑
片慢慢移到 b端，会发现电流表 G的指针摆动的幅度第一次比第二次大，原因是第一次线
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
圈 B中的磁通量变化快，磁通量变化率大。
10． BC 增大 减小 控制变量法
【详解】（1）[1]实验中用交流电源供电,不需要直流电源，且使用变压器不需要条形磁铁，
故不需要 BC；
U n
（2）[2] 1 1保持原线圈匝数不变，增加副线圈匝数，根据 U n 可得，副线圈两端电压增大，2 2
U n
[3] 1 1保持副线圈匝数不变，增加原线圈匝数，根据 U n 可得,副线圈两端电压减小，2 2
[4]上述“探究副线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是控制变量法
14、（1） 1.5 A；（2）0.30 N；（3）0.06 N
【解析】
【详解】
（1）根据闭合电路欧姆定律
I E 1.5A
R0 r
（2）导体棒受到的安培力
F ＝BIL＝0.30N
安
（3）导体棒受力如图将重力正交分解
F1＝mgsin37 ＝0.24N
F1 F安
根据平衡条件
mgsin37 ＋f＝F
安
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
解得
f＝0.06N
15、（1）1:5；（2）20Ω；（3）95:11
【详解】
（1）升压变压器、副线圈匝数比为
n1 U1 400 1
n2 U2 2000 5
（2）发电机输出功率等于升压变压器的输出功率，有
P
I 输出2 =5AU2
导线电阻 R与输送电流和输电线上损失的电功率有关，有
P 2损 I2 R
输电线的总电阻
P
R 损 0.5 1000
I 2
2 Ω 20Ω
2 5
（3）设降压变压器原线圈上电压为
U3 U2 I2R (2000 5 20)V 1900V
降压变压器原、副线圈匝数比为
n3 U3 1900 95
n4 U4 220 11
mv0 mv216、（1） ；（2） 0
( 4)L
qL ；（3）2qL 2v0
【解析】
【详解】
（1）带正电粒子在磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动，其轨迹如右图所示
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
由几何关系知粒子圆周轨迹半径为
r=L
由洛伦兹力提供向心力可得
qv B m v
2
00 r
解得
B mv 0
qL
（2）粒子由 C点沿-x方向进入电场，在电场中做类平抛运动，沿-x方向做匀速直线运动，
有
2L=v0t2
沿-y方向做初速度为零的匀加速直线运动，有
L 1 at 2
2 2
粒子在电场中的加速度为
a qE
m
解得
2 2L
E mv 0 ， t
2qL 2
v0
（3）由几何关系得，粒子在磁场中转过的圆心角为
90
粒子在磁场中圆周运动的周期为
T 2 m
qB
则磁场中运动的时间为
t 1 T360
联立解得
t L1 2v0
粒子在磁场和电场中运动的总时间为
t t t ( 4)L 1 2 2v0
{#{QQABaQSEogAgAIJAABhCUQFgCEKQkBECCCoGwFAEIAABSQFABAA=}#}
