2023-2024学年度春学期四校协作体高二年级期中考试
物理试题
分值：100分 时间：75分钟
一、单选题（每题4分，共11题）
1. 电荷量为的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（ ）
A. 只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B. 如果把改为，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变
C. 只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D. 带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小
【答案】B
【解析】
【详解】A．力是矢量，有大小有方向，所以带电粒子速度大小相同，洛伦兹力大小相同，但是方向可能不同，故 A错误；
B．如果把＋q改为－q，且速度反向且大小不变，根据左手定则可知洛伦兹力的大小、方向均不变，故B正确；
C．若带电粒子平行于磁场运动，则不受洛伦兹力的作用，故C错误；
D．影响洛伦兹力的大小的因素有磁感应强度，速度大小，还有运动方向，所以带电粒子受到洛伦兹力越小，不一定是磁场的磁感强度越小，故D错误。
故选B。
2. 在交变电流产生的实验中，关于中性面，下列说法正确的是（ ）
A. 此时线圈垂直切割磁感线，感应电流最大
B. 磁感线垂直该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率也最大
C. 线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变
D. 线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变
【答案】C
【解析】
【详解】A．线圈平面与中性面重合时，线圈线速度方向与与磁感线平行，不切割磁感线，感应电流为零，故A错误；
B．线圈平面与中性面重合时，磁感线垂直该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，但磁通量的变化率为零，故B错误；
C．线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变，故C正确；
D．线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，长度为1.0m的通电直导线与匀强磁场方向垂直，当导线中的电流为10A时，所受磁场的作用力大小为2.0N，此匀强磁场的磁感应强度大小为（ ）
A. 5.0T B. 0.1T C. 2.0T D. 0.2T
【答案】D
【解析】
【详解】因为电流方向与磁场相互垂直，所以安培力公式为
将题中数据代入公式，可得
故选D。
4. 如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AB与CD相距为d,则棒MN所受安培力大小( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】导体棒在磁场中，故安培力为
故选D。
5. 一交变电流的电压随时间变化的规律如图所示，周期为T，其电压的有效值为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】交流电的有效值是根据等效思想确定的，若同一阻值为R的电阻接在恒压稳流的直流电路中在交流电的一个周期内产生的热量与接在交流电路中在一个周期内产生的热量相同，则认为该直流电的电压U为交流电电压的有效值，该直流电路中通过电阻R的电流I为交流电电流的有效值，则根据等效思想有
解得
故选A。
6. 如图所示，L是直流电阻不计的带铁芯线圈，D为理想二极管，R为电阻，Ll、L2和L3是三个完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合S瞬间，三个灯立即亮
B. 闭合S瞬间，Ll灯比L2灯先亮
C. 断开S瞬间，L2灯闪亮后慢慢熄灭
D. 断开S瞬间，Ll灯闪亮后慢慢熄灭
【答案】D
【解析】
【详解】AB．S闭合瞬间，Ll、L2两灯泡立即亮，由于线圈的自感作用从而使L3灯泡慢慢变亮，故AB错误；
CD．断开开关瞬间，线圈产生自感电动势，于是线圈、L3与Ll形成一个闭合电路，由于稳定时L3比Ll亮（L3所在的支路的总电阻比Ll所在的支路的总电阻小），所以Ll灯将闪亮一下再慢慢熄灭，而二极管单向导通性能，所以L2灯立即熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
7. 如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直。已知匀强磁场磁感应强度B＝1T，线圈所围面积S＝0.1m2，转速12r/min。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为（ ）
A e＝12πsin120t（V） B. e＝24πsin120πt（V）
C. e＝0.04πsin0.4πt（V） D. e＝0.4πcos2πt（V）
【答案】C
【解析】
【详解】矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，若从中性面计时，感应电动势的瞬时表达式为
其中
则瞬时表达式为
（V）
故选C。
8. 如图所示，单匝正方形金属线圈在外力F作用下以速度v向右匀速进入匀强磁场，第二次又以速度匀速进入同一匀强磁场，则（ ）
A. 两次产生的感应电流大小之比为1∶4
B. 两次施加的外力F大小之比为1∶4
C. 两次线圈中产生的热量之比为1∶2
D. 两次线圈受外力F冲量大小之比为1∶2
【答案】C
【解析】
【详解】A．设磁感应强度为B，线圈的边长为L，线圈电阻为R。线圈进入磁场过程中，产生的感应电动势
E=BLv
感应电流
可知感应电流I与速度v成正比，第二次进入与第一次进入时线圈中电流之比等于速度之比，即
I2：I1=v：2v=1：2
故A错误；
B．线圈进入磁场时受到的安培力
线圈做匀速直线运动，由平衡条件得，外力
两次施加的外力F大小之比为1:2，故B错误；
C．线圈进入磁场过程中产生的热量
所以两次线圈中产生的热量之比为1∶2，故C正确；
D．外力F的冲量大小
相同，所以两次线圈受外力F的冲量大小之比为1:1，故D错误。
故选C。
9. 如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ．如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是
A. 棒中的电流变大，θ角变大
B 两悬线等长变短，θ角变小
C. 金属棒质量变大，θ角变大
D. 磁感应强度变大，θ角变小
【答案】A
【解析】
【详解】导体棒受力如图所示，
导体棒平衡，可得：
；
A．棒中电流I变大，θ角变大，故A正确；
B．两悬线等长变短，θ角不变，故B错误；
C．金属棒质量变大，θ角变小，故C错误；
D．磁感应强度变大，θ角变大，故D错误．
故选A．
【点睛】此题考查了安培力及物体的平衡问题；解题时对金属棒进行受力分析、应用平衡条件，根据安培力公式分析即可正确解题．
10. 如图所示，交流电源与理想变压器相连进行远距离输电，交流电源电压的瞬时值（V），降压变压器的原、副线圈匝数之比为50∶11，两变压器间输电线路的总电阻为25Ω。降压变压器副线圈接入一台额定电压为220V、额定功率为1000W的电动机，电动机恰好正常工作。图中电表均为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A. 电压表的示数为156V B. 电流表的示数为20A
C. 两变压器间输电线电阻消耗的功率为25W D. 升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶14
【答案】C
【解析】
【详解】A.电压表的示数为交流电源电压的有效值为110V，A错误；
B.根据
代入数据可得
求得
U3=1000V
在降压变压器的输入端，且输入功率P=1000W，由
代入数据可得
I3=1A
即电流表读数为1A，B错误；
C.由
得输电线上损失功率为
C正确；
D.升压变压器副线圈的电压为
U2=U3+I3r=1025V
由
得升压变压器原、副线圈的匝数比为
D错误。
故选C。
11. 矩形导线框abcd放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图象如图所示，t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里。在0﹣4s时间内，下列图象中描述的关于线框内产生的感应电流I随时间t变化的图象和线框的ab边所受安培力F随时间t变化的图象，正确的是（规定线框内沿逆时针方向为I的正方向、ab边受安培力的方向向上为F的正方向）（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】AB．由法拉第电磁感应定律得，感应电动势
感应电流
由图可知，0﹣2s内，线圈中磁通量的变化率相同，故0﹣2s内电流的大小相同，由楞次定律可知，0﹣2s内，电路中电流方向为顺时针，即电流为负的；同理可知，2﹣4s内电路中的电流为逆时针，即为正的，且两段时间内电流强度大小相等，故AB错误；
CD．电路中电流大小恒定不变，由F＝BIL可知，F与B成正比，结合左手定则第一秒内安培力竖直向上，第二秒内安培力竖直向下，可知F随时间t变化的图象如题图C所示，故C正确，D错误。
故选C。
二、实验题（每空3分，共4空）
12. 某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示：
（1）下列说法正确的是______
A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B．变压器中铁芯是整块硅钢
C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
（2）实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下，由数据可知一定是______线圈的匝数（填“原”或“副”）
根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原副线圈两端电压与匝数的关系：______。
匝
匝
（3）学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为______线圈。（填“原”或“副”）
【答案】 ①. C ②. 副 ③. 原、副线圈两端电压U与匝数N成正比 ④. 原
【解析】
【详解】（1）[1]A．变压器改变的是交流电压，因此原线圈不能接低压直流电源，选项A错误；
B．因为变压器的工作原理是电磁感应，如果变压器铁芯是用整块铁芯，则在电磁的作用下，会产生很大的涡流发热，当热量达到一定程度时，会损坏铁芯和线圈，故不能用整块硅钢，选项B错误；
C．研究变压器电压和匝数的关系，用到控制变量法，可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，选项C正确；
D．变压器的工作原理是电磁感应现象，若不计各种损耗，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，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，选项D错误。
故选C。
（2）[2]为保证实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故由数据可知一定是副线圈的匝数；
[3]由表可知，原、副线圈两端电压与匝数成正比，则
（3）[4]理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。
三、解答题
13. 某研究小组在研究通电导线在磁场中的受到力方向跟哪些因素有关的实验中，把长L=0.2m的导体棒置于匀强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图所示。若导体棒中的电流I=2.0A，方向向左，导体棒受到的安培力大小为4×10-3N。（g取10m/s2）求：
（1）安培力的方向。
（2）磁感应强度大小。
（3）若导体棒中电流大小为3A，导线棒L质量为6×10-4kg，则两根竖直细导线所受的拉力T各为多少？
【答案】（1）安培力的方向竖直向下；（2）0.01T；（3）
【解析】
【详解】（1）根据左手定则可知，安培力的方向书竖直向下；
（2）根据公式
解得
B = 0.01T
（3）由平衡条件知
解得
14. 如图所示，矩形线圈匝数N=100匝，ab=30cm，ad=20cm，匀强磁场磁感应强度B=0.8T，绕轴从图示位置开始匀速转动，角速度ω=100πrad/s，试求：
（1）穿过线圈的磁通量最大值；
（2）线圈产生的感应电动势最大值Em；
（3）感应电动势e随时间变化的表达式。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值，为
（2）线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值，为
（3）从图示位置开始计时，电动势的瞬时值表达式为
15. 图甲为一理想变压器，为原线圈，原线圈输入正弦式交变电压的图像如图乙所示，为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。若只在间接一个的电阻，或只在间接一个的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为。
(1)请写出原线圈输入电压u的瞬时值表达式；
(2)求只在间接电阻时，原线圈中的电流；
(3)求和间线圈的匝数比。
【答案】(1)；(2)04A；(3)
【解析】
【分析】
【详解】(1)因为
则原线圈输入电压u的瞬时值表达式
(2)根据
理想变压器
原线圈中的电流
(3)设间匝数为，根据变压器变压规律有
由题意有
联立可得
16. 如图所示，在xOy平面（纸面）内，x＞0空间存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，第三象限空间存在方向沿x轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力），以大小为v、方向与y轴正方向夹角θ＝60°的速度沿纸面从坐标为（0，L）的P1点进入磁场中，然后从坐标为（0，L）的P2点进入电场区域，最后从x轴上的P3点（图中未画出）垂直于x轴射出电场。求：
（1）磁场的磁感应强度大小B；
（2）粒子从P1点运动到P2点所用的时间t；
（3）电场强度的大小E．
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）带电粒子在磁场中运动轨迹如图所示，
其圆心为O1，对应轨道半径为R，由几何关系可得
由牛顿第二定律和向心力公式有
联立可得
（2）带电粒子在磁场中运动时间t1
联立可得
（3）带电粒子在电场中运动时间t2，由运动的合成与分解有
由牛顿第二定律有
联立可得2023-2024学年度春学期四校协作体高二年级期中考试
物理试题
分值：100分 时间：75分钟
一、单选题（每题4分，共11题）
1. 电荷量为的粒子，在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（ ）
A. 只要速度大小相同，所受的洛伦兹力就相同
B. 如果把改为，且速度反向、大小不变，则洛伦兹力大小、方向均不变
C. 只要带电粒子在磁场中运动，它一定受到洛伦兹力作用
D. 带电粒子受到的洛伦兹力越小，则该磁场的磁感应强度越小
2. 在交变电流产生的实验中，关于中性面，下列说法正确的是（ ）
A. 此时线圈垂直切割磁感线，感应电流最大
B. 磁感线垂直该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率也最大
C. 线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变
D. 线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变
3. 如图所示，长度为1.0m的通电直导线与匀强磁场方向垂直，当导线中的电流为10A时，所受磁场的作用力大小为2.0N，此匀强磁场的磁感应强度大小为（ ）
A. 5.0T B. 0.1T C. 2.0T D. 0.2T
4. 如图所示，导线框中电流为I，导线框垂直于磁场放置,磁感应强度为B,AB与CD相距为d,则棒MN所受安培力大小( )
A. B.
C. D.
5. 一交变电流的电压随时间变化的规律如图所示，周期为T，其电压的有效值为（ ）
A. B. C. D.
6. 如图所示，L是直流电阻不计的带铁芯线圈，D为理想二极管，R为电阻，Ll、L2和L3是三个完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合S瞬间，三个灯立即亮
B. 闭合S瞬间，Ll灯比L2灯先亮
C. 断开S瞬间，L2灯闪亮后慢慢熄灭
D. 断开S瞬间，Ll灯闪亮后慢慢熄灭
7. 如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直。已知匀强磁场的磁感应强度B＝1T，线圈所围面积S＝0.1m2，转速12r/min。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为（ ）
A e＝12πsin120t（V） B. e＝24πsin120πt（V）
C. e＝0.04πsin0.4πt（V） D. e＝0.4πcos2πt（V）
8. 如图所示，单匝正方形金属线圈在外力F作用下以速度v向右匀速进入匀强磁场，第二次又以速度匀速进入同一匀强磁场，则（ ）
A. 两次产生的感应电流大小之比为1∶4
B. 两次施加的外力F大小之比为1∶4
C. 两次线圈中产生的热量之比为1∶2
D. 两次线圈受外力F的冲量大小之比为1∶2
9. 如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ．如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是
A. 棒中的电流变大，θ角变大
B. 两悬线等长变短，θ角变小
C 金属棒质量变大，θ角变大
D. 磁感应强度变大，θ角变小
10. 如图所示，交流电源与理想变压器相连进行远距离输电，交流电源电压的瞬时值（V），降压变压器的原、副线圈匝数之比为50∶11，两变压器间输电线路的总电阻为25Ω。降压变压器副线圈接入一台额定电压为220V、额定功率为1000W的电动机，电动机恰好正常工作。图中电表均为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A. 电压表的示数为156V B. 电流表的示数为20A
C. 两变压器间输电线电阻消耗功率为25W D. 升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶14
11. 矩形导线框abcd放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图象如图所示，t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里。在0﹣4s时间内，下列图象中描述的关于线框内产生的感应电流I随时间t变化的图象和线框的ab边所受安培力F随时间t变化的图象，正确的是（规定线框内沿逆时针方向为I的正方向、ab边受安培力的方向向上为F的正方向）（ ）
A. B.
C. D.
二、实验题（每空3分，共4空）
12. 某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示：
（1）下列说法正确的是______
A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源
B．变压器中铁芯是整块硅钢
C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
（2）实验过程中，变压器的原、副线圈选择不同的匝数，利用多用电表测量相应电压，记录如下，由数据可知一定是______线圈的匝数（填“原”或“副”）
根据表格中的数据，在实验误差允许的范围内，可得出原副线圈两端电压与匝数的关系：______。
匝
匝
（3）学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线，发现导线粗细不同，结合以上实验结论，应将较细的线圈作为______线圈。（填“原”或“副”）
三、解答题
13. 某研究小组在研究通电导线在磁场中的受到力方向跟哪些因素有关的实验中，把长L=0.2m的导体棒置于匀强磁场中，使导体棒和磁场方向垂直，如图所示。若导体棒中的电流I=2.0A，方向向左，导体棒受到的安培力大小为4×10-3N。（g取10m/s2）求：
（1）安培力的方向。
（2）磁感应强度大小。
（3）若导体棒中电流大小为3A，导线棒L质量为6×10-4kg，则两根竖直细导线所受的拉力T各为多少？
14. 如图所示，矩形线圈匝数N=100匝，ab=30cm，ad=20cm，匀强磁场磁感应强度B=0.8T，绕轴从图示位置开始匀速转动，角速度ω=100πrad/s，试求：
（1）穿过线圈的磁通量最大值；
（2）线圈产生的感应电动势最大值Em；
（3）感应电动势e随时间变化的表达式。
15. 图甲为一理想变压器，为原线圈，原线圈输入正弦式交变电压的图像如图乙所示，为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。若只在间接一个的电阻，或只在间接一个的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为。
(1)请写出原线圈输入电压u的瞬时值表达式；
(2)求只在间接电阻时，原线圈中的电流；
(3)求和间线圈的匝数比。
16. 如图所示，在xOy平面（纸面）内，x＞0空间存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，第三象限空间存在方向沿x轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力），以大小为v、方向与y轴正方向夹角θ＝60°的速度沿纸面从坐标为（0，L）的P1点进入磁场中，然后从坐标为（0，L）的P2点进入电场区域，最后从x轴上的P3点（图中未画出）垂直于x轴射出电场。求：
（1）磁场磁感应强度大小B；
（2）粒子从P1点运动到P2点所用的时间t；
（3）电场强度的大小E．
