2023-2024学年江苏省苏州市高二（下）期中物理试卷（含解析）

2023-2024学年江苏省苏州市高二（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1.关于传感器及其应用，下列说法正确的是( )
A. 干簧管是利用电磁感应原理控制电路通断
B. 机器人“眼睛”利用了光传感器
C. 红外测温仪向人体发射红外线，从而测量人体温度
D. 话筒是一种能够将电信号转换为声音信号的传感器
2.电磁炉是利用电磁感应现象产生的涡流，使锅体发热从而加热食物．下列相关的说法中正确的是( )
A. 电磁炉中通入电压足够高的直流电也能正常工作
B. 锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关
C. 金属或环保绝缘材料制成的锅体都可以利用电磁炉来烹饪食物
D. 电磁炉的上表面一般都用金属材料制成，以加快热传递、减少热损耗
3.以下说法不正确的是( )
A. 雷达利用中波来测定物体位置
B. 波长最短的电磁辐射是射线
C. 人体接收适量紫外线照射可促进钙的吸收
D. 人们可利用射线来探测金属构件内部缺陷
4.某电阻的阻值为，通过的交变电流如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该电流方向每秒改变次
B. 该电流的瞬时值表达式
C. 并联在该电阻两端的交流电压表示数为
D. 该电阻消耗的电功率为
5.如图所示，为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，在的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环，使的环面水平且轴线与胶木圆盘的轴线重合。现使胶木圆盘由静止开始绕其轴线按箭头所示方向加速转动，则( )
A. 环内有顺时针方向电流俯视，丝线受到的拉力增大
B. 环内有顺时针方向电流俯视，丝线受到的拉力减小
C. 环内有逆时针方向电流俯视，丝线受到的拉力增大
D. 环内有逆时针方向电流俯视，丝线受到的拉力减小
6.振荡电路既可产生特定频率的信号，也可从复杂的信号中分离出特定频率的信号，是许多电子设备中的关键部件。如图所示，某时刻线圈中磁场方向向上，且电路中的电流正在增加，下列说法正确的是( )
A. 电容器正在充电
B. 电路中的电场能正在增大
C. 电容器上极板带正电
D. 电容器两极板间的电场强度正在减小
7.如图，当车辆驶入或驶出圆形区域时，车辆会改变区域内通电线圈中的磁场，通过传感器电路将磁场的变化转换为交通灯的控制信号。车辆驶入图中圆形区域时，车辆引起磁场变化的原因最类似于( )
A. 减小通电线圈的面积
B. 加大通电线圈的压力
C. 将铁芯放入通电线圈
D. 增加通电线圈的匝数
8.如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，导体棒长为，端位于圆心，棒的中点位于磁场区域的边缘。现使导体棒绕点在纸面内以角速度逆时针匀速转动，、、点电势分别为、、，两端产生的感应电动势为，则( )
A. ， B. ，
C. ， D. ，
9.如图所示，电键原来断开，电源及线圈、导线电阻均不计，电路中电流大小为，现在闭合电键将一个电阻短路，于是线圈中有自感电动势产生，该自感电动势( )
A. 有阻碍电流增大的作用，最后电流小于
B. 有阻碍电流增大的作用，最后电流增大到
C. 有阻碍电流减小的作用，最后电流由减小为零
D. 有阻碍电流变化的作用，因而电流保持为不变
10.如图所示，在光滑绝缘水平面上，一矩形线圈以一定的初速度穿越匀强磁场区域，已知磁场区域宽度大于线圈宽度，则线圈进、出磁场的两个过程中( )
A. 平均加速度相等 B. 克服安培力做功相等
C. 速度的变化量相同 D. 通过线圈的电荷量不相等
11.如图所示，竖直向上的匀强磁场中水平放置两足够长的光滑平行金属导轨，导轨的左侧接有电容器，不计电阻的金属棒静止在导轨上，棒与导轨垂直。时，棒在重物的牵引下开始向右运动，时，重物落地且不反弹，则棒的速度大小、电容器所带的电荷量、棒中安培力的冲量大小、棒克服安培力做的功与时间的关系图像正确的是( )
A. B.
C. D.
二、实验题：本大题共1小题，共15分。
12.用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”实验。
关于此实验，下列说法正确的是______。
A.原线圈可直接接入交流电路
B.为了保证人身安全，要使用低压直流电源
C.用交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载
D.即使副线圈不接用电器，原线圈也不能长时间通电
甲同学将变压器按照要求组装好后，原线圈接“”、“”接线柱，副线圈接“”、“”接线柱，此时接在原线圈两端的交流电压表量程为，示数如图乙所示，其读数值为______保留位小数，此时副线圈输出的电压理论上与______最接近选填下列选项。
A.
B.
C.
D.
乙同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器可视为理想电压表上，观察到副线圈电压随时间变化的图像如图丙所示，在时间内该同学先断开开关，其后仅进行的一项操作可能是______。
A.增加了交流电源的频
率拧紧了松动的铁芯
C.减少了副线圈的匝数
D.增加了原线圈的匝数
等效法、理想模型法是重要的物理思维方法，合理采用物理思维方法会让问题变得简单，这体现了物理学科“化繁为简”之美。理想变压器是一种理想化模型。如图丁所示，某用电器可以等效为右侧电路，若原、副线圈的匝数分别为、，在交流电源的电压有效值和电阻确定的情况下，调节可变电阻，当 ______时，可获得最大功率。
三、简答题：本大题共4小题，共41分。
13.如图，两根足够长的金属导轨、竖直放置，导轨间距离为，电阻不计。在导轨上端连接一个电阻为的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为，方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为、电阻可以忽略的金属棒从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。已知某时刻后灯泡保持额定功率正常发光，重力加速度为。求：
小灯泡正常发光时导体棒的运动速率；
小灯泡正常发光时功率的大小。
14.某半径为的闭合导体圆环，电阻为。将圆环垂直磁场方向置于一匀强磁场中，当磁感应强度大小随时间按照的规律均匀减小时、均为已知量。求：
圆环中的感应电动势和感应电流各为多大？
在时刻圆环中张力多大？
15.如图，用一小型交流发电机向远处标有“、”的电动机供电，已知发电机线圈面积，匝数匝，匀强磁场的磁感应强度大小，输电导线的总电阻，升压变压器原、副线圈匝数比：：，降压变压器原、副线圈的匝数比：：。当线圈匀速转动的角速度时，电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻可忽略。求此时：
发电机线圈从中性面开始计时，感应电动势随时间变化的关系式；
在输电线路上所损耗的电功率；
与发电机直接串联的用电器上消耗的功率。
16.如图所示，平行光滑金属导轨间距为，处在竖直向上的匀强磁场中，两导体棒、垂直导轨平行放置，与导轨始终接触良好，其中棒质量为，棒质量为，两棒接入电路的电阻均为。开始时棒锁定在轨道上，对棒施加水平向右的恒定拉力，经时间其速度达到最大值，此时解除对的锁定。导轨足够长且电阻不计。求：
匀强磁场的磁感应强度大小；
解除锁定前导体棒前进的距离及此过程中回路产生的焦耳热；
在经过足够长时间后，两导体棒各做什么性质的运动？此时回路中的电流为多大？两棒仍然处在匀强磁场中
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、干簧管是利用磁场将两个簧片磁化，被磁化后的两个簧片相互吸引而接通电路，可知干簧管不是利用电磁感应原理工作的，故A错误；
B、机器人“眼睛”接收到光信号，利用光传感器将光信号转换为电信号，故B正确；
C、红外测温仪是接收从人体发射红外线，根据接受到的红外线的强弱来测量人体温度，故C错误；
D、话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器，故D错误。
故选：。
干簧管是利用磁场磁化两个簧片的原理工作的；机器人“眼睛”是将接收到光信号转换为电信号；红外测温仪是接收从人体发射红外线来测量人体温度的；话筒是将声音信号转换为电信号的传感器。
本题考查了生活中常见的传感器的工作原理。传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。
2.【答案】
【解析】解：、直流电不能产生变化的磁场，在锅体中不能产生感应电流，电磁炉不能使用直流电，故A错误；
B、根据电磁感应规律可知，锅体中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，故B正确；
C、锅体只能用铁磁性导体材料才能发生电磁感应现象进行加热，故不能使用绝缘材料制作锅体，故C错误；
D、电磁炉的上表面如果用金属材料制成，则在使用电磁炉时上表面材料发生电磁感应会损失电能，所以电磁炉上表面要用绝缘材料制作，故D错误；
故选：．
电磁炉是利用感应电流使锅体发热而工作的；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁场变化的频率有关；锅体只能使用铁磁性材料．
本题从常用的电器电磁炉入手，考查其原理和工作情况，电磁炉是利用电流的热效应和磁效应的完美结合体，它的锅具必须含磁性材料，最常见的是不锈钢锅．
3.【答案】
【解析】解：雷达利用频率极高的微波来测定物体位置，故A错误；
B.由电磁波谱可知，波长最短的电磁辐射是射线，故B正确；
C.人体接收适量紫外线照射可促进钙的吸收，故C正确；
D.人们可利用射线来探测金属构件内部缺陷，故D正确。
本题选择错误的，故选：。
A.根据雷达的工作原理进行分析解答；
B.根据电磁波谱进行分析解答；
C.根据紫外线的特点进行分析判断；
D.根据射线的作用进行分析判断。
考查无线电波，电磁波谱，各种射线的特点和作用，会根据题意进行准确的分析和解答。
4.【答案】
【解析】解：、由图可知交流电的周期，正弦交流电在一个周期内电流方向改变两次，，所以该电流方向每秒改变次，故A错误；
B、该电流的，所以该电流的瞬时值表达式，故B错误；
、交流电压表测的是电压的有效值，所以并联在该电阻两端的交流电压表示数为：
该电阻消耗的电功率，故C正确，D错误。
故选：。
A、根据正弦交流电一个周期内电流方向改变次分析；
B、根据分析；
、交流电压表测的是电压有效值，根据和求解。
本题考查了交流电的图像和函数表达式，电功和电功率，解题的关键是知道交流电压表测的是电压有效值，电功率中为有效值。
5.【答案】
【解析】解：当圆盘沿图中方向加速转动时，相当于在圆盘所在的位置产生一个与圆盘转动方向相反且逐渐增大的环形电流，根据楞次定律，穿过环的磁场向下且增大，故B环中会产生俯视逆时针方向的感应电流，同时环受到向上的磁场力，根据平衡条件，环中的丝线拉力会减小，故ABC错误，D正确。
故选：。
根据盘的运动情况和带电情况判断盘对应的磁场，再根据楞次定律判断环的感应电流方向及所受的磁场力，结合平衡条件判断丝线的受力变化情况。
考查环形电流的磁场和楞次定律的应用，会根据题意进行准确的分析和判断。
6.【答案】
【解析】解：因为电路中的电流正在增加，可知电容器正在放电，电路中的电场能正在减小，极板带电量正在减小，则两极板间的电场强度正在减小，由右手螺旋定则可知，回路中的电流为顺时针方向，电容器下极板带正电，故ABC错误，D正确。
故选：。
根据电流增加分析电容的充放电状态，结合电场强度判断，由右手螺旋定则判断电容器的极板带电情况。
考查电容器的充放电问题和能量转化情况，会根据题意进行准确的分析和判断。
7.【答案】
【解析】解：车辆驶入图中圆形区域时，车辆上大部分是金属，车辆通过通电线圈中的磁场时，在车辆上产生电磁感应现象，即产生感应电流，感应电流的磁场引起通电线圈中的磁场变化，此过程最类似于将铁芯放入通电线圈，铁芯的磁通量变化，在铁芯上会产生感应电流，从而改变通电线圈中的磁场，故ABD错误，C正确。
故选：。
根据车辆的特性分析，大部分材料都是金属材料，类似于铁芯的作用，会引起原磁场的变化进行分析和判断。
考查电磁感应问题，理解铁芯在电磁感应中的作用，会根据题意进行分析和判断。
8.【答案】
【解析】解：导体棒转动切割磁感线产生感应电动势，根据右手定则可知，，感应电动势的大小为；故A正确，BCD错误。
故选：。
根据右手定则判断感应电动势方向，再判断电势高低，结合感应电动势的公式计算感应电动势的大小。
考查金属棒切割磁感线产生感应电动势的问题，会根据题意进行相关的计算，本题特别注意切割部分的有效长度。
9.【答案】
【解析】解：闭合电键将其中一个电阻短路，回路中的总电阻减小，电流增大，电流变化会使线圈发生电磁感应，线圈中有自感电动势产生，根据楞次定律的推论，该自感电动势会阻碍电流的增大，回路中的电流会慢慢增大，稳定后线圈的自感现象消失，因电路中的总电阻变为原来的，故稳定后电流是原来的倍，即电流增大到，故B正确，ACD错误。
故选：。
电流变化会使线圈产生自感现象，根据自感现象的原理解答。
本题考查了线圈的自感现象，基础题目。掌握自感现象的原理。
10.【答案】
【解析】解：、线圈进磁场和出磁场过程，安培力水平向左，与线圈运动方向相反，线圈进入磁场做减速运动，完全进入磁场做匀速运动，出磁场继续做减速运动，所以线圈进入磁场的速度大于线圈出磁场的速度大小，
设线圈的宽度为、总电阻为，由、、可得安培力，可知线圈进入磁场的安培力大于线圈出磁场的安培力，且两个过程的位移相等，都为线圈的宽度，由可知两个过程克服安培力做功不相等，故B错误；
D、设线圈的面积为，则线圈磁通量的变化为：，则两个过程线圈磁通量的变化相等，由可知两个过程通过线圈的电荷量相等，故D错误；
C、取水平向右为正方向，由动量定理有：，其中
可得速度变化量，可知两个过程速度的变化量相同，故C正确；
A、线圈进入磁场的速度大于线圈出磁场的速度，可知线圈进入磁场的平均速度大于线圈出磁场的平均速度，两个过程的位移相等，由可知线圈进入磁场的时间小于线圈出磁场的时间，即，由可知两个过程的平均加速度不相等，故A错误。
故选：。
B、根据安培力方向与速度方向分析线圈的运动特点，根据、分析两个过程线圈克服安培力做功大小关系；
D、根据分析两个过程通过线圈的电荷量；
C、利用动量定理分析；
A、根据线圈两个过程速度大小关系比较运动时间关系，根据比较两个过程的平均加速度大小。
本题考查了电磁感应中的能量和动力学问题、动量定理，解题的关键是知道线圈进出磁场两个过程都做减速运动，所以线圈进入磁场的速度大于线圈出磁场的速度大小。
11.【答案】
【解析】解：在极短一段时间内，金属棒中的感应电流为：
根据电容的定义式可得：
在时间内有：；
联立可得：
设重物质量为，金属棒质量为，则在任意时刻，对金属棒和重物组成的整体，根据牛顿第二定律有：
联立上式可得：
可见加速度为恒定值，则在重物落地之前金属棒一直做匀加速运动，重物落地后，因金属棒两端的电压等于电容器两板间的电压，回路中无电流，金属棒不受安培力，则金属棒做匀速运动。
A、由以上分析可知，金属棒先做匀加速直线运动，后做匀速运动，故A正确；
B、电容器所带的电荷量开始时有：，随时间均匀增加，当重物落地后导体棒匀速运动时，电容器两板间电压保持不变，故B错误；
C、棒中安培力的冲量大小为：
则在重物落地之前，棒中安培力的冲量大小随时间均匀增加，故C错误；
D、棒克服安培力做的功
则在重物落地之前图像为抛物线，重物落地后安培力为零，则安培力的功为零，故D错误。
故选：。
根据电容的定义式，电流的定义式，以及电容器的电压与感应电动势的关系，应用牛顿第二定律推导金属棒的加速度表达式。根据加速度变化情况，分析棒的速度大小、电容器所带的电荷量的变化情况；根据冲量的定义，力做功的定义分析棒中安培力的冲量大小、棒克服安培力做的功变化情况。
本题主要是考查法拉第电磁感应定律、含容电路的分析问题，知道电容器的电压增大，是充电过程，有电流通过金属棒，由此分析安培力的方向和金属棒的运动情况。
12.【答案】
【解析】解：为了保证人身安全，原线圈要使用低压交流电源，不可直接接入交流电路，故AB错误；
C.因线圈中导线有电阻，所以用交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载，故C正确；
D.即使副线圈不接用电器，原线圈处于空载也有一定的电损，则原线圈也不能长时间通电，故D正确。
故选：。
此时接在原线圈两端的交流电压表量程为，读数值为；
根据
解得：
即此时副线圈输出的电压理论上与最接近，故ABD错误，C正确。
故选：。
只增大交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压，故A错误；
B.拧紧了松动的铁芯，副线圈磁通量增加，则输出电压，增大，故B正确；
，由图知，时刻前的电压值小于时刻后的电压值，而周期不变，根据可知，减少了副线圈的匝数，副线圈输出电压减小，若增加了原线圈的匝数，副线圈输出电压减小，故 CD错误；故选B。
把变压器和等效为一个电阻，当作电源内阻，当内外电阻相等即时，输出功率最大；根据理想变压器电压与匝数比的关系
得：
根据理想变压器电流与匝数比的关系
原线圈的等效电阻
当时，即
解得：
此时电阻上获得的功率最大。
故答案为：；、；；
根据变压器输入电压要使用低压交流电，结合交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载进行推理；
读出电压表数据，根据解出的数据；
根据变压器原、副线圈电压之间的关系，进行推理；
根据，结合等效电阻方法进行求解。
本题考查探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系实验，要求掌握实验原理、实验装置、实验步骤和数据处理。
13.【答案】解：小灯泡正常发光时导体棒恰好匀速运动，对棒受力分析，可得：
根据法拉第电磁感应定律可得：
解得：；
根据电功率的计算公式可得：
解得：。
答：小灯泡正常发光时导体棒的运动速率为；
小灯泡正常发光时功率的大小为。
【解析】小灯泡正常发光时导体棒恰好匀速运动，对棒受力分析，根据平衡条件进行解答；
根据电功率的计算公式求解小灯泡正常发光时功率的大小。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
14.【答案】解：根据法拉第电磁感应定律有：
可得感应电动势为：
感应电流为：
时磁感应强度，设想截取半个圆环如上图所示，其受安培力为：
且有：
解得：
答：圆环中的感应电动势和感应电流各为，；
在时刻圆环中张力为。
【解析】根据法拉第电磁感应定律，闭合电路欧姆定律求解；
截取半个圆环作为研究对象，根据安培力计算公式与平衡条件求解。
本题为电磁感应现象与力学结合问题，根据法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律求解电路相关问题，与力学结合的纽带是安培力，根据安培力的情况和力与运动的关系分析研究对象的受力与运动。
15.【答案】解：线框产生的感应电动势的最大值为：
解得：
发电机线圈从中性面开始计时，感应电动势随时间变化的关系式为：
设降压变压器原、副线圈的电流分别为、，由电动机恰能正常工作得：
根据理想变压器的变流比得：
解得：
可得输电线路上损耗的电功率
解得：
根据理想变压器的变压比得：
其中等于电动机的额定电压，解得：
升压变压器副线圈两端电压为：
解得：
根据理想变压器的变压比的：
解得：
根据理想变压器的变流比得：
解得：
线框产生的感应电动势的最大值为：
用电器上消耗的功率为：
解得：
答：发电机线圈从中性面开始计时，感应电动势随时间变化的关系式为；
在输电线路上所损耗的电功率为；
与发电机直接串联的用电器上消耗的功率为。
【解析】根据正弦交流电的产生原理解答；
根据电动机恰能正常工作和理想变压器的工作原理，求得降压变压器原、副线圈的电流，根据电功率的计算公式求解输电线路上损耗的电功率；
根据理想变压器的工作原理求得升压变压器原线圈的电流。根据功率的关系求解用电器上消耗的功率。
本题考查了正弦交流电的产生原理和理想变压器的工作原理，解题关键是知道理想变压器原副线圈电压比等于匝数比，电流比等于匝数的反比，掌握功率的计算公式，结合串并联规律列式求解即可。
16.【答案】解：设磁感应强度为，棒速度达到最大值时，所受安培力与恒定拉力相等，则有：
根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得：
解得：
解除对的锁定前，设棒前进的距离为，以向右为正方向，对棒达到最大速度的过程，由动量定理得：
联立解得：
根据能量守恒定律可得此过程中回路产生的焦耳热为：
解得：
解除对的锁定后，做加速度减小的加速直线运动，做加速度由零增大的加速直线运动，当两者加速度相同后，两者的速度差值恒定，回路中的感应电动势与感应电流恒定，两者所受安培力恒定，两导体棒最终均做加速度相同的匀加速直线运动。
稳定后，根据牛顿第二定律得：
对有：
对有：
解得回路中的电流为：
答：匀强磁场的磁感应强度大小为；
解除锁定前导体棒前进的距离为，此过程中回路产生的焦耳热为；
在经过足够长时间后，两导体棒均做匀加速直线运动。此时回路中的电流为。
【解析】棒速度达到最大值时，所受安培力与恒定拉力相等。根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求解；
对棒达到最大速度的过程，由动量定理求解导体棒前进的距离；根据能量守恒定律求解此过程中回路产生的焦耳热；
根据力与运动的关系分析两导体棒最终运动形式。根据牛顿第二定律求解回路中的电流。
本题考查了电磁感应现象的双棒模型，对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
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