江苏省无锡市江阴市六校2024-2025学年高二下学期4月期中联考试题 物理 （含解析）

2024-2025学年江苏省江阴市六校高二（下）期中考试
物理试卷
一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1.“神舟号”系列飞船的成功发射及其后续的平稳运行，在很大程度上得益于载人航天测控通信系统的高效运作。该系统利用电磁波确保了地面指挥人员能够实时、准确地与飞船保持通讯联系。关于电磁波下列说法正确的是( )
A. 麦克斯韦预言了电磁波的存在，并通过实验捕捉到了电磁波
B. 稳定的电场周围产生磁场，稳定的磁场周围产生电场
C. 电磁波可以传递信息，声波不能传递信息
D. 电磁波的速度等于光速
2.在长直通电螺线管中通入变化的电流如图所示电流的方向周期性改变，并沿着其中心轴线的方向射入一颗速度为v的电子，则此电子在螺线管内部空间的运动情况是( )
A. 变速直线运动 B. 来回往复运动 C. 匀速直线运动 D. 曲线运动
3.如图甲所示是LC振荡电路，设顺时针方向的电流为正方向，电路中的电流随时间变化规律如图乙所示。那么
A. 在时间内，电容器C在充电
B. 在时间内，电容器C的上极板带正电
C. 在时间内，磁场能转化为电场能
D. 在线圈L中插入铁芯，振荡电流的周期将变小
4.如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab从距地面高为h处，以水平初速度抛出。设运动的整个过程中棒的取向不变，且不计空气阻力，则落地时金属棒a、b两端产生的感应电动势和电势高低，判断正确的是( )
A. ， B. ，
C. ， D. ，
5.如图所示，L为自感系数很大的线圈，但线圈的电阻几乎为零，A和B是两个完全相同的灯泡，下列说法正确的是( )
A. 开关S闭合，A灯先亮，B灯后亮 B. 开关S闭合，B灯先亮，A灯后亮
C. 开关S断开，A灯和B灯同时熄灭 D. 开关S断开，流过B灯的电流方向从右至左
6.某种回旋加速器示意图如图所示，A、C板间有恒定电场，两个D形盒内有相同的匀强磁场，两条平行虚线之间没有电场和磁场。带电粒子重力不计从小孔P进入电场，加速后进入D形盒内做匀速圆周运动，回到P孔后再次加速，依次类推，则
A. 粒子每次在D形盒内运动的时间不相等
B. D形盒的半径越大，粒子所能获得的最大速度越大
C. 磁感应强度越小，粒子所能获得的最大速度越大
D. 粒子每次在A、C板间加速过程增加的动能不同
7.如图所示，固定的通电长直导线与固定的圆形闭合金属线框位于同一竖直面纸面内，长直导线中通以水平向右且随时间均匀增加的电流。下列说法中正确的是( )
A. 圆形线框所受安培力的合力方向竖直向下
B. 垂直纸面向里观察，圆形线框中产生顺时针方向的电流
C. 圆形线框所围的面积有扩大的趋势
D. 通电长直导线不会受到圆形线框的相互作用
8.如图所示，空间区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小，为磁场的右边界。磁场内一匝数的正方形闭合金属导线框平行于纸面放置，线框的边长，其右边与磁场边界重合。时刻线框从图示位置开始逆时针俯视绕以角速度匀速转动，此过程中感应电动势E随时间t变化的图像可能正确的是
A. B.
C. D.
9.为了使在磁场中转动的绝缘轮快速停下来，小明同学设计了以下四种方案：图甲、乙中磁场方向与轮子的转轴平行，图甲中在轮上固定闭合金属线圈，图乙中在轮上固定未闭合金属线圈;图丙、丁中磁场方向与轮子的转轴垂直，图丙中在轮上固定闭合金属线框，图丁中在轮上固定一些细金属棒。四种方案中效果最好的是
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
10.如图所示，两个半径相同的半圆形轨道分别竖直放在匀强电场和匀强磁场中，轨道端在同一高度上，轨道是光滑的，两个相同的带正电小球同时从两轨道最高点由静止释放，M、N为轨道的最低点，则
A. 两小球均能到达轨道右侧的等高点
B. 两小球经过轨道最低点的速度
C. 两小球经过轨道最低点时对轨道的压力相等
D. 两球同时到达最低点
11.如图所示，固定在绝缘水平面上的光滑平行金属导轨，间距为L，右端接有阻值为R的电阻，空间存在方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场．质量为m、电阻为2R的导体棒ab与固定绝缘弹簧相连，放在导轨上，并与导轨接触良好．初始时刻，弹簧处于自然长度．给导体棒水平向右的初速度，导体棒往复运动一段时间后静止．不计导轨电阻，下列说法中正确的是
A. 导体棒每次向右运动的过程中受到的安培力均逐渐减小
B. 导体棒速度为时其两端的电压为
C. 导体棒开始运动后速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为
D. 在金属棒整个运动过程中，电阻R上产生的焦耳热为
二、实验题：本大题共1小题，共9分。
12.某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
下列仪器中需要的是________。填写字母
干电池 磁铁
低压交流电源 多用表
下列说法正确的是_____________选填字母代号
A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C.测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端，并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压，得到的实验数据如下表所示。
实验序号 原线圈匝数 副线圈匝数 原线圈电压 副线圈电压
1 400 200
2 400 800
3 400 1600
根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，_______________________。
该同学利用问中第2组数据时的副线圈给一标有“，”字样的小灯泡供电，发现小灯泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为，并不是，其原因主要是____________。
实验时，某同学听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，他做出如下猜想，正确的是______。
A.“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音
B.“嗡嗡”声是由于铁芯中存在过大的涡流而发出的
C.交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声
D.若去掉铁芯，“嗡嗡”声马上消失，也能完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验
三、计算题：本大题共4小题，共40分。
13.如图所示，有一连接电源且水平放置的金属导轨处在磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面为角斜向上。将金属杆ab垂直导轨放置，结果ab静止在导轨上，已知：金属棒质量为，接入导轨的长度为，通过的电流为，重力加速度。求：
金属杆ab受到的摩擦力；
金属杆ab对导轨的压力大小。
14.如图所示，一单匝矩形闭合线圈abcd的质量m，总电阻R，ab边的长， bc边的长，置于光滑的绝缘水平桌面纸面上，虚线右侧存在范围足够大、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。现使线圈以初速度向右运动进入磁场，直到线圈全部进入磁场，运动过程中线圈的左右边始终与磁场边界平行，不考虑线圈产生磁场对原磁场分布和空气阻力的影响。求：
线圈的ab边刚进入磁场时，ab边受到的安培力大小；
线圈全部进入磁场过程中，流过ab的电荷量；
线圈全部进入磁场时的速度大小。
15.如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈abcd匝数匝，面积，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度，输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻为，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比为，若用户区标有“220V，11kW”的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻r不可忽略。求：
发电机产生电动势的有效值；
输电线路上损耗的电功率；
若升压变压器原、副线圈匝数比为，交流发电机线圈电阻r。
16.如图所示，平面直角坐标系xOy的第一象限存在垂直于xOy平面向外的有界匀强磁场，磁场区域沿x轴方向的宽度为L，沿y轴方向足够大，第二象限整个区域存在沿x轴正方向的匀强电场，电场强度大小为，一质量为m、电荷量为q的带正电粒子在轴上的点以速度大小为，方向沿y轴正方向射入电场区域，不计粒子的重力，求：
粒子第一次经过y轴的位置离原点O的距离和速度大小v；
若粒子进入磁场区域后，能够刚好回到电场区域，磁感应强度B大小为多少和在第一次在磁场中的运动时间？
若粒子进入磁场区域后，能够再次回到电场区域，求粒子第二次从电场到磁场时经过y轴时离原点O的距离y的范围。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】A.麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验捕捉到了电磁波，故A错误；
B.稳定的电场周围不能产生磁场，稳定的磁场周围也不能产生电场，故B错误；
C.电磁波和声波都可以传递信息，故C错误；
D.电磁波的速度等于光速，故D正确。
故选D。
2.【答案】C
【解析】电流周期性变化，所产生的磁场周期性变化，根据右手螺旋定则，可知螺线管内的磁场与电子运动方向平行，电子不受洛伦兹力，因此电子做匀速直线运动。
故选C。
3.【答案】B
【解析】A.由乙图可知，在时间内，电流增大，电容器电荷量减小，电容器C在放电。故A错误；
B.同理在时间内，电容器充电，上极板带正电。故B正确；
C.同理在时间内，电容器放电，电场能转化为磁场能。故C错误；
D.根据可知在线圈中插入铁芯，线圈的自感系数增大，振荡电流的周期将变大。故D错误。
故选B。
4.【答案】C
【解析】金属棒抛出后做平抛运动，其水平分速度恒为，产生的感应电动势恒为，由右手定则知，，故选C。
5.【答案】D
【解析】开关S闭合，由于线圈L的自感作用，故A、B同时亮，故AB错误；
在断开开关S前，在并联电路中，随着线圈L自感作用不断减小，流过线圈L的电流越来越大，因线圈的电阻几乎为零，故稳定后，B灯被短接，即B灯不亮，由于外电路的总电阻减小，故回路的电流更大，故A灯更亮；开关S断开，B灯与线圈形成闭合回路，故B灯不会立即熄灭，断开开关S前流过线圈L的电流是从左向右，故断开开关S后，根据楞次定律，可知线圈L产生从左向右的感应电流，该电流从右至左流过B灯，而A灯不处在闭合回路中，故断开开关S后，A灯立即熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
6.【答案】B
【解析】解：A、由题意可知，粒子每次在D形盒内偏转半个周期，即运动时间相等，为
故A错误；
D、根据动能定理，可知粒子每次在A、C板间加速过程增加的动能为
故D错误；
BC、当粒子从D形盒中出来时，速度最大，设D形盒半径为R，则有
解得
可知磁感应强度越小，粒子所能获得的最大速度越小，D形盒的半径越大，粒子所能获得的最大速度越大，故C错误，B正确；
故选：B。
7.【答案】A
【解析】当直导线内电流增大时，金属线框所在处水平向里的磁感应强度变大，根据楞次定律，圆形线框中会产生逆时针方向的电流阻碍穿过线圈磁通量的变化，直导线下方有水平向里的磁场，越靠近通电直导线，磁感应强度越大，所以线圈上半部分受力大于下半部分，上半部分受力由左手定则可知向下，故圆形线框所受安培力的合力方向垂直于直导线向下，A正确，B错误；
C.由楞次定律“增缩减扩”可知，磁感应强度增加，线圈有收缩的趋势，C错误；
D.由牛顿第三定律可知，通电直导线会受到圆形线框的相互作用，D错误。
故选A。
8.【答案】D
【解析】线圈产生的电动势最大值为
线圈转动的周期为
在 内，即 时间内，线圈产生的电动势为
在 内，即 时间内，线圈处于磁场外部，产生的电动势一直为0，在 即 时间内，线圈产生的电动势为
故选D。
9.【答案】C
【解析】【分析】
根据感应电流产生的条件，分析所给的图像中电路中是否有感应电流，是否存在动能和电能的转化，由此得解。
【解答】
AB、图甲和图图乙中，车轮转动时线圈内的磁通量不发生变化，回路中不产生感应电流，动能和电能之间不存在转化情况;
D、丁图中虽然金属棒切割磁感应线运动，但没有构成闭合回路，动能和电能之间不存在转化情况;
C、图丙中，车轮转动时线圈内的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，能有效地借助磁场的作用，让转动的轮子停下，故 C正确、ABD错误。
故选：C。
10.【答案】B
【解析】解：A、由于小球在磁场中运动，洛伦兹力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒，所以小球可以到达轨道右侧的等高点，而小球在电场中运动时，电场力做小球做负功，小球在达到轨道另一端之前速度就减为零了，故不能到达最右端，故A错误；
BD、由于小球在磁场中运动时机械能守恒；而小球在电场中运动受到的电场力对小球做负功，到达最低点时的速度的大小较小，所以，由于整过程中在电场中的速率均偏小，在电场中运动的时间也长，两球不会同时到达最低点．故B正确，D错误；
C、小球在磁场中运动，在最低点进行受力分析可知：
解得：…①
小球在电场中运动，在最低点受力分析可知：
解得：…②
因为，结合①②可知：，由牛顿第三定律知，两小球经过轨道最低点时对轨道的压力不等．故C错误；
故选：B
小球在磁场中运动，洛伦兹力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒，小球在电场中受到的电场力对小球做负功，到达最低点时的速度的大小较小．两个轨道的半径相同，根据圆周运动向心力的公式可以分析小球通过最低点是对轨道的压力．根据小球的运动情况分析运动时间关系．
本题考查带电粒子在电场和磁场中的运动规律分析，要注意明确洛仑兹力对小球不做功，但是洛仑兹力影响了球对轨道的作用力，在电场中的小球，电场力对小球做功，影响小球的速度的大小，从而影响小球对轨道的压力的大小．
11.【答案】D
【解析】【分析】
根据弹簧弹力和安培力的大小关系，判断出导体棒的运动规律，分析安培力的大小变化；根据切割产生的感应电动势公式求出电动势，结合闭合电路欧姆定律求出导体棒两端的电压；根据能量守恒分析导体棒速度为零时弹簧的弹性势能；根据能量守恒得出整个回路产生的热量，从而得出电阻R上产生的热量。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题，根据平衡条件列出方程；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。
【解答】
A.导体棒向右运动过程中，当弹簧处于压缩时，弹力大于安培力，向右加速，安培力增大，故A错误；
B.当导体棒速度为时，感应电动势，ab棒两端的电压等于电阻R两端的电压，则
，故B错误；
C.导体棒第一次向右运动过程中，当速度为零时，根据能量守恒知，，故C错误；
D.根据能量守恒，在整个过程中，回路中产生的热量，则电阻R上产生的热量，故D正确。
故选D。
12.【答案】；
；
变压器原、副线圈的电压比等于匝数比；
副线圈有电阻，副线圈有内压；
。
【解析】变压器的工作基础是互感现象，所以不能对直流电进行变压，因此实验中应选择能提供交流电压的学生电源而不是干电池，故A不符合题意，C符合题意；
B.变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故B不符合题意；
D.本实验需要测量副线圈两端的电压，所以需要多用电表，故D符合题意。
为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；
B.要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；
C.为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；
D.变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。
故选BC；
根据实验数据，得到的结论为：在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比；
副线圈与灯泡组成串联电路，由于副线圈有电阻，副线圈电阻有电压，由于副线圈的分压作用，导致灯泡两端电压约为而不是；
线圈中交变电流产生的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发出“嗡嗡”声，故AB错误，C正确；
D.根据上述，若去掉铁芯，“嗡嗡”声马上消失，但是由于此时没有铁芯，会导致漏磁太多，穿过副线圈的磁通量比穿过原线圈的磁通量小得多，因此不能完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，故D错误。
故选C。
13.【答案】解：对导体棒作受力分析，如图所示
有
根据共点力的平衡有
方向水平向右。
对导体棒，竖直方向的受力平衡，有
整理得
根据牛顿第三定律，知金属杆 ab 对导轨的压力大小为9N。
14.【答案】解：当线圈的ab边进入磁场时，，，
设ab边进入磁场后，经过时间， cd边恰好进入磁场，此过程流过 ab边的电荷量，平均电动势为，，；
线圈进入磁场的过程由动量定理有，
解得：
15.【答案】解：根据正弦式交变电流产生规律可知，最大值为：，
得：；
电动势有效值：
设降压变压器原、副线圈的电流分别为、，电动机恰能正常工作，
有：，
根据理想变压器的变流比可知：，得 ，
所以输电线路上损耗的电功率为：；
由得，升压变压器副线圈两端电压，又可得，电动势的有效值为，由，，得，交流发电机线圈电阻
16.【答案】粒子从A点射入电场后做类平抛运动，沿 x轴正方向的加速度大小为
①
设粒子第一次经过y轴时的速度方向与y轴正方向的夹角为，沿x轴正方向的分速度为，根据类平抛运动规律有
②
③
④
根据速度的合成与分解可得
⑤
⑥
联立解得
⑦
⑧
⑨
如图所示，
粒子在磁场中运动轨迹刚好与边界MN相切时的运动半径为r，根据几何关系可得
⑩
根据牛顿第二定律有

联立⑦⑧⑩ 解得

若粒子进入磁场区域后，能够再次回到电场区域，
r2
在磁场中的弦长22
根据粒子在电场中做类似抛体运动和在磁场中做匀速圆周运动的轨迹对称性可得