山东省临沂市第十九中学2023-2024学年高二下学期第二次月考物理试题（含答案）

临沂市第十九中学2023-2024学年高二下学期第二次月考
物理试题
考试时间：90分钟；满分：100分
一、选择题（本大题共12小题，共40分．在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，每小题3分，第9~12题有多项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全得2分，有选错得0分．）
1．磁流体发电机的结构简图如图所示．把平行金属板A、B和电阻R连接，A、B之间有很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）以速度v喷入磁场，A、B两板间便产生电压，成为电源的两个电极．下列推断正确的是（ ）
A．A板为电源的正极
B．提高等离子体的速度，发电机电动势增大
C．若减小两极板的距离，则电源的电动势会增大
D．在磁流体发电机工作的过程中洛伦力对电荷做正功
2．如图所示质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔垂直进入匀强磁场，带电粒子仅受洛伦兹力的作用，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是（ ）
A．M带负电，N带正电 B．M的速率小于N的速率
C．洛伦兹力对M、N做正功 D．M在磁场中的运动时间比N长
3．如图所示为直流电动机物理模型，电源电动势为E、内阻为r，均匀导线制成的正方形线框边长为L、匝数为N，总电阻为R．两固定磁极提供磁感应强度为B的匀强磁场，闭合开关，下列说法正确的是（ ）
A．要使线框顺时针转动起来，左磁极就为N极
B．滑动变阻器电阻调为0，则闭合开关瞬间，线圈刚要转动时，与转轴平行的一根导线受到的安培力大小为
C．要提高线框转速，滑动变阻器的触片从左向右滑动
D．若将电源和磁极同时改变方向，线框仍做顺时针转动
4．如图所示，磁感应强度大小为B，方向水平向右的匀强磁场中，有一长为L的轻质半圆金属导线，通有从O到的恒定电流I．现金属导线绕水平轴由水平第一次转到竖直位置的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．转动过程中，安培力的方向不断变化 B．转动过程中，安培力大小不断变化
C．初始位置时，安培力大小为0 D．转过时，安培力大小为
5．如图所示，圆形区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里．质量为m、电荷量为q的带电粒子由A点沿平行于直径CD的方向射入磁场，经过圆心O，最后离开磁场．已知圆形区域半径为R，A点到CD的距离为，不计粒子重力．则（ ）
A．粒子带正电 B．粒子运动速率为
C．粒子在磁场中运动的时间为 D．粒子在磁场中运动的路程为
6．如图所示，先后以恒定的速度和把一个正方形金属线框水平拉出有界匀强磁场区域，且，则在先后两种情况（ ）
A．线框中的电功率之比 B．线框中的感应电流之比
C．线框中产生的热量之比 D．通过线框某截面的电荷量之比
7．如图甲所示，两间距为L的平行光滑金属导轨固定在水平面内，左端用导线连接，导轨处在竖直向上的匀强磁场中，一根长度也为L、电阻为R的金属棒放在导轨上，在平行于导轨向右、大小为F的恒力作用下向右运动，金属棒运动过程中，始终与导轨垂直并接触良好，金属棒运动的加速度与速度关系如图乙所示，不计金属导轨及左边导线电阻，金属导轨足够长，若图乙中的、均为已知量，则下列说法不正确的是（ ）
A．金属棒的质量为
B．匀强磁场的磁感应强度大小为
C．当拉力F做功为W时，通过金属棒横截面的电荷量为
D．某时刻撤去拉力，此后金属棒运动过程中加速度大小与速度大小成正比
8．如图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图．变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动．输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的值减小（滑动片向下移）．如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，有关图中各表的读数变化判断正确的是（ ）
A．读数变小 B．读数变大 C．读数变大 D．读数不变
9．如图所示，两根在同一水平面内、相互平行的长直导线A和B分别通有方向相同、大小相等的电流，同一水平面内有一通电圆环，电流方向顺时针，圆环圆心为O，O点到两直导线的距离相等，不考虑地磁场的影响，下列说法中正确的是（ ）
A．O点的磁感应强度为零 B．圆环受安培力为零
C．圆环受安培力向左 D．撤掉直导线B，圆环受安培力向左
10．如图所示，两根相互平行间距为L的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，在导轨的左端接入电容为C的电容器和电动势为E的电源．质量为m、长度为L、阻值为R的导体棒MN静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导轨电阻、电源内阻忽略不计，整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B．开始时，电容器不带电，先把开关置于a端，当导体棒运动稳定后把开关置于b端，则（ ）
A．导体棒MN的最大速度为
B．导体棒MN的最终速度为
C．最终电容器所带的电荷量为
D．整个过程电源输出的电能等于导体棒最终的动能加上导体棒产生的焦耳热
11．如图所示，O点是一个粒子源，能在平面内沿着各个方向均匀、持续地发射电荷量为q、质量为m、速度大小恒定的带正电粒子．半圆形区域内以及水平线MON以下存在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场．半圆形区域半径为R，圆心为O，粒子从边界射出磁场的最远位置为P点，O、P之间的距离为，则（ ）
A．有三分之二的带电粒子射出磁场
B．从圆弧边界射出磁场的粒子在磁场中运动的时间为
C．粒子源发射粒子的速度大小为
D．从P点射出磁场的粒子在磁场中运动的时间为
12．某兴趣小组在利用洛伦兹力演示仪（图甲）探究带电粒子在匀强磁场中运动的规律时，发现有时玻璃泡中的电子束在匀强磁场中的运动轨迹呈“螺旋”状．现将这一现象简化成如图乙所示的情景来讨论：在空间存在平行于y轴的匀强磁场，由坐标原点在xOy平面内以初速度以沿与x轴正方向成角的方向射入磁场的电子运动轨迹为螺旋线，其轴线平行于y轴，螺旋半径为R，螺距为，螺旋周期为T，则下列说法中正确的是（ ）
A．匀强磁场的方向为沿y轴负方向
B．若仅增大励磁线圈中的电流，则螺旋半径R减小
C．若仅增大电子的加速电压，则螺距将增大
D．若仅增大角（），则螺旋周期T将减小
二、实验题（本题共2小题，每空2分，共12分．把答案写在答题卡中指定答题处，不要求写出演算过程．）
13．（1）如图所示，用电流传感器研究自感现象．电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值．时刻闭合开关S，电路稳定后，时刻断开S，电流传感器连接计算机描绘了整个过程线圈中的电流随时间t变化的图像．下列图像中正确的是________（填写图像下方的选项）．
（2）在闭合、断开开关的完整过程中，通过电流传感器得到图像如图所示，试比较________，________（选填“”、“”、“”）
14．某学习小组利用砷化镓霍尔元件（载流子为电子）测量磁感应强度B，实验原理如图1所示，匀强磁场垂直于元件的工作面，工作电源为霍尔元件提供霍尔电流，通过1、3测脚时，元件中的载流子受洛伦兹力而偏转，2、4测脚间将产生霍尔电压．
（1）2、4测脚中电势高的是________（选填“2”或“4”）测脚．
（2）某次实验中，利用螺旋测微器测量元件厚度d（如图2），其读数为________mm．
（3）设该元件单位体积中自由电子的个数为n，元件厚度为d，磁感应强度为B，电子电荷量为e，则与的关系式为________．
三、计算题：本题共4小题，共48分．解答应写出必要的文字说明、方程式和主要的演算步
骤．
15．（10分）图甲为某品牌共享单车第一代产品，单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电．单车内小型发电机发电原理可简化为图乙所示，矩形线圈abcd的面积为，共有匝，线圈总电阻为，线圈处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路阻值为电阻连接，不计交流电流表的内阻．在外力作用下线圈以的转速绕轴匀速转动，求：
（1）线圈从图示位置转过的过程中通过电阻R的电荷量；
（2）外力对线圈做功的功率．
16．（12分）如图甲所示，水平地面上固定放置着间距为的两平行金属直导轨，其间连接有阻值为的电阻，电阻两端连接电压传感器（内阻可视为无穷大），可动态显示电阻R两端的电压．两导轨间存在大小为、方向垂直导轨平面的匀强磁场．一质量为、长为的导体棒在水平外力作用下运动，导体棒的电阻，不计摩擦阻力，导体棒始终垂直导轨运动，求：
（1）观察到示波器显示的电压随时间变化的图像如图乙所示，求导体棒运动的速度大小；
（2）观察到示波器显示的电压随时间变化的图像如图丙所示，求在0至时间内通过电阻R的电荷量；
（3）观察到示波器显示的电压随时间变化的图像是如图丁所示的正弦曲线，已知导体棒在0至时间内运动的位移，求在0至时间内外力F的冲量．
17．（12分）如图所示，水平金属轨道与倾斜金属轨道均光滑且足够长，不计轨道的电阻．倾斜金属轨道与水平面的夹角为，水平轨道之间的距离为，倾斜轨道之间的距离为L，两轨道所在平面都有垂直导轨方向的磁场，磁感应强度大小都为B，方向如图所示．导体棒a的质量为m、长度为L、阻值为R，导体棒b的质量为、长度为、阻值为，b棒静止在水平导轨上，在倾斜导轨上静止释放a棒，运动过程中两棒与轨道接触良好．
（1）若b棒固定，求a棒最终稳定运动的速度；
（2）若b棒固定，a棒达到稳定运动前加速运动的时间为t，求a棒在t时间内的位移；
（3）若b棒不固定，求a棒最终运动的加速度大小．
18．（14分）如图所示，在、的区域内存在沿y轴正方向的匀强磁场Ⅰ，磁感应强度大小为；在、区域内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度的大小为；区域内存在沿z轴负方向的匀强磁场Ⅱ，磁感应强度大小为（未知）．一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子由y轴上P点沿x轴正方向以大小为的速度射入磁场Ⅰ，粒子由Q点进入电场区域，然后从M点进入磁场Ⅱ，从N点射出磁场Ⅱ进入磁场Ⅰ，以后粒子恰好不进入电场区域，P点的坐标为，不计粒子重力．求：
（1）M点坐标；
（2）的值；
（3）粒子从P点运动N点的时间．
参考答案
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
B A D D D C C B CD AC BC ABC
1．【详解】A．等离子体进入磁场，根据左手定则，正电荷向下偏转，所以B板带正电，为电源的正极，A板带负电为电源的负极，故A错误；
BC．粒子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有；得
提高等离子体的速度，发电机电动势增大，减小两极板的距离d，电源的电动势减小，故B正确，C错误；
D．根据左手定则可知洛伦力方向与速度方向始终垂直，所以任何时候都不对电荷做功，故D错误．故选B．
2．【详解】A．由左手定则判断出N带正电荷，M带负电荷．故A正确；
B．粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，半径为
在质量与电量相同的情况下，半径大说明速率大，即M的速率大于N的速率．故B错误；
C．洛伦兹力始终与速度的方向垂直，不做功．故C错误；
D．粒子在磁场中运动半周，即时间为周期的一半，而周期为
可知M的运行时间等于N的运行时间．故D错误．故选A．
3．【详解】A．要使线圈顺时针转动起来，则线圈左端受到向上的安培力，线圈左端电流流向里面，则根据左手定则，磁场方向应为从右往左，则左磁极就为S极，A错误；
B．电流大小为
与转轴平行的一根导线受到的安培力大小为，B错误；
C．要提高线框转速，则要增大电流，减小电阻，则要滑动变阻器的触片从右向左滑动，C错误；
D．若将电源和磁极同时改变方向，则磁场方向与电流方向都改变了，线框受力方向不变，仍做顺时针转动，D正确；故选D．
4．【详解】ABC．金属导线在转动过程中在磁场中的等效长度总为的长度，则受安培力的大小总为，方向垂直纸面向外不变，选项ABC错误；
D．转过时，安培力大小为，选项D正确．故选D．
5．【详解】A．由于粒子经过圆心O，最后离开磁场，可知粒子在A点所受洛伦兹力方向向下，根据左手定则可知，四指指向与速度方向相反，所以粒子带负电，故A错误；
B．根据题意，作出粒子的运动轨迹，如图所示．由于圆形区域半径为R，A点到CD的距离为，令粒子做圆周运动的轨迹半径为r，根 几何关系有粒子做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则解得粒子运动速率为，故B错误；
C．由于圆形区域半径为R，A点到CD的距离为，根据上述分析，粒子借圆周运动的轨迹半径也为R，则与均为等边三角形，所以轨迹所对应的圆心角；粒子在磁场中运动的时间为故C错误；
D．粒子在磁场中运动的路程为，故D正确．故选D．
6．【答案】C【详解】C．因为正方形金属线框被匀速拉出匀强磁场区域，则有，根据可得，
以及可知，故A错误；
B．因为所以，故B错误；
C．线框中产生的热量，所以，故C正确；
D．根据，可得，故D错误．故选C．
7．【详解】A．由题意可知，得，结合图像可知，解得，故A正确；
B．由题意可知，得，结合图像可知，解得，故B正确；
C．当拉力F做功为W时，金属棒运动的距离为，则通过金属棒截面的电量，故C错误；
D．某时刻撤去拉力，此后，则，故D正确．本题选不正确的，故选C．
8．【详解】由于变压器原线图的输入电压不变，则读数不变，根据，可知副线圈的输出电压不变，当用户的用电器增加时，则R减小，副线圈回路总电阻减小，根据欧姆定律可知，副线圈电流增大，则读数变大：根据，
可知原线圈电流增大，则读数变大；由于通过的电流增大，两端电压增大，根据，可知读数变小．故选B．
9．解析：通电直导线A、B和通电圆环在O点的合磁场向里，A错误；根据左手定则可知，圆环受安培力向左，B错误C正确；撤掉直导线B，圆环受安培力合力向左，D正确．
10．解析：把开关置于a端，导体棒MN受安培力，导体棒做加速度减小的加速运动，当导体棒感应电动势等于电源电动势E时，电路电流为零，导体棒匀速运动，速度最大，，A正确；把开关置于b端，棒做加速度a减小的减速运动，最终做匀速运动，此时，，电容器充电荷量，对棒应用动量定理，解得，B错误；电容器带电荷量，C正确；整个过程电源输出的电能等于导体棒最终的动能加上导体棒产生的焦耳热还有电容器储存的电能，D错误．
11解析：粒子从边界射出磁场的最远位置为P点，O、P之间的距离为，可知，，解得，C正确：从P点射出磁场的粒子在磁场中运动的时间为，D错误；从圆弧边界射出磁场的粒子对用圆心角为，在磁场中运动的时间为，B正确；根据旋转圆模型，画图可知，经过M点的粒子射入方向为左上与水平线成角，经过N点的粒子射入方向为左下与水平线成角，所以有六分之五的带电粒子射出磁场，A错误．
12．【详解】A．将电子的速度沿着x轴和y轴分解，如图所示
，，电子沿着y轴正方向做匀速直线运动，在xOz面内做匀速圆周运动，根据图乙可知电子从O点开始向上偏转，电子在O点受到的洛伦兹力沿着z轴正方向，且电子带负电，利用左手定则可知匀强磁场的方向为沿y轴负方向，故A正确；
B．由洛伦兹力提供向心力得
若仅增大励磁线圈中的电流，则磁感应强度增大，根据半径表达式可知，电子做运动圆周运动的半径变小，故B正确；
CD．电子在电场中加速，根据动能定理有解得
根据运动学公式有，螺距为
电子做匀速圆周运动的周期为
可知，周期与角无关，若仅增大角（），T不变，若仅增大电子的加速电压，由螺距表达式可知，螺距会更大，故C正确，D错误．故选ABC．
13．答案：A
解析：当时刻闭合开关S的瞬间，电路中的电流突然增大，在L中要产生自感电动势阻碍电流的增加，所以L中的电流会逐渐增加到稳定值，当时刻断开S时，L中由于自感电动势阻碍电流的减小，所以此电流会在L和R中形成回路，然后逐渐减到零，A正确．
闭合开关时，由于L中的自感电动势很大，L相当于断路，所以流过R的电流会较大，然后随时间逐渐减小到稳定值．所以；
由于L直流电阻小于电阻R的阻值，所以稳定时电阻R的电流（）小于L的电流（），当断开S时，R中原来的电流立即减小到零，L中由于自感电动势阻 电流的减小，瞬间电流为会在L和R中形成回路，然后逐渐减到零，所以；
依题意，刚闭合开关时，由闭合电路欧姆定律可得，
同理，电路稳定时，有，因为，解得．
14．答案：2 1.900
根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力向4测脚方向，电子带负电，故2测脚中电势高
（2）螺旋测微器的精确值为，由图可知读数为霍尔元件中电子受到的洛伦兹力等于电场力，有，电流微观表达式为，
设霍尔元件的宽度为l，霍尔元件的电压为，
霍尔元件的截面面积为，联立解得．
15．（10分）解：（1）线圈从图示位置转过的过程中，感应电动势的平均值，
感应电流的平均值为，
解得通过电阻R的电量．
（2）电动势的有效值为，
电流的有效值为，
电路的热功率为，
由能量的转化关系，可知外力对线圈做功的功率为．
16．（12分）解：（1）导体棒匀速运动感应电动势，（1分）
电阻R两端电压，，（1分）
解得．（2分）
（2）根据图像，（1分）
电阻R两端电压，，（1分）
在0至时间内通过电阻R的电荷量，（1分）
根据平均值法或图象法求面积可得．（1分）
（3）由显示的波形可得时电压，
电阻R两端电压，，，（1分）
解得，
由动量定理有，（1分）
，（1分）
解得．（1分）
17．（12分）解：（1）若b棒固定，a棒最终稳定运动时切割磁感线产生感应电动势，则有，
产生的感后电流为，（1分）
安培力为，（1分）
最稳稳定运动受力平衡，则有，（1分）
解得．（1分）
（2）若b棒固定，a棒达到稳定运动前加速运动的时间为t，根据动量定理得
，（1分）
，（1分）
得．（2分）
（3）若b棒不固定，导体棒均切割磁感线，则回路中的电流大小为，（1分）
a棒运动的加速度为，
b棒运动的加速度为，（1分）
对电流求导可得，
电路中电流稳定时，（1分）
解得．（1分）
18．解：（1）粒子在匀强磁场Ⅰ中运动，（1分）
解得，
运动半圆后从Q点进入电场区域，竖直方向，，（1分）
x轴方向，（1分）
解得，（1分）
M点坐标．（1分）
（2）粒子进入磁场的速度，，，（1分）
得，，（1分）
粒子恰好完全在磁场中Ⅰ运动，运动轨迹和y轴相切，
在磁场中Ⅱ运动，（1分）
，（1分）
解得或．（1分）
（3）粒子在磁场中Ⅰ运动时间，（1分）
粒子在电场中运动时间，（1分）
粒子在磁场中Ⅱ运动时间，（1分）
粒子从P点运动N点的时间．（1分）