山西省太原市2022-2023学年高二物理下学期期中试题（Word版附解析）

2022~2023学年第二学期高二年级期中质量监测物理试卷第Ⅰ卷（选择题共45分）一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分。请将正确选项前字母标号填入下表内相应位置。1.东汉时期思想家王充在《论衡》书中有关于“司南之杓，投之于地，其柢（即勺柄）指南”的记载，如图所示。司南是用天然磁铁矿石琢成一个勺形的东西，放在一个刻着方位的光滑盘上。下列说法正确的是（）A.“柢”相当于磁体的N极B.司南在转动过程中产生感生电场C.地球的磁场是人为想象出来的D.司南的勺柄能够指南是由司南的磁场决定的【答案】B【解析】【详解】A．地磁场在地表的方向由地理南极指向地理北极，磁铁静止时N极指向地理北极，“柢”相当于磁体的S极，A错误；B．司南在转动过程中，变化的磁场产生电场，B正确；C．地球磁场时客观存在的，C错误；D．司南的勺柄指向由地磁场决定，D错误。故选B。2.有关电和磁现象，下列说法正确的是（） A.图甲中若该元件用金属材料制作，则通入图示的电流时，上表面电势比下表面电势低B.图乙中用外力顺时针（从左边看）转动铜盘，电路中会产生感应电流，通过R的电流自上而下C.图丙中使用电磁炉加热食物时可以使用陶瓷锅D.图丁中探雷器工作时，线圈中要有恒定的电流【答案】A【解析】【详解】A．若金属材料通入电流后，自由电子的运动方向与电流方向相反，根据左手定则，电子受洛伦兹力向上，则上表面电势比下表面电势低，A正确；B．铜盘转动过程中，发生电磁感应现象，根据右手定则，通过R的电流自下而上，B错误；C．电磁炉加热食物利用电磁场感应原理产生涡流，陶瓷锅不是导体，不能使用，C错误；D．探雷器通过辐射电磁场使金属体重产生涡流，再感应到这种涡流发现地雷，所以探雷器工作时，线圈中要有交变电流，D错误。故选A。3.科考队进入某一磁矿区域后，发现指南针静止时，N极指向为北偏东，如图所示。设该位置地磁场磁感应强度水平分量为B，磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小值为（）A.B.BC.D.【答案】A【解析】【详解】磁矿所产生的磁场使原来指向正北的N极顺时针转过30°，根据三角形定则可知：磁矿所产生的磁感应强度水平分量最小时方向与图中虚线垂直，则大小为 故选A。4.质量为m的通电细杆置于倾角为θ的光滑斜面上，杆中电流方向垂直于纸面向内。电流恒定，金属杆长度不变。现加一匀强磁场，使杆能在斜面上静止。所加磁场磁感应强度最小时，其方向为（）A.水平向右B.竖直向下C.沿斜面向下D.垂直斜面向上【答案】D【解析】【详解】如图杆受重力、支持力和安培力的作用，当安培力与支持力垂直时，安培力最小，磁感应强度最小，根据安培定则，磁场方向为垂直斜面向上。故选D。5.如图所示，甲为某无线门铃按钮，其原理如图乙所示，按下门铃按钮，磁铁靠近螺线管；松开门铃按钮，磁铁远离螺线管，回归原位置。下列说法正确的是（）A.按住按钮不动，门铃可以持续响 B.松开按钮过程，螺线管A端电势较高C.按下按钮过程，通过门铃的电流方向是A到BD.无论快速按下按钮，还是缓慢按下按钮，螺线管产生的感应电流大小都相同【答案】B【解析】【详解】A．按住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变，则无感应电流产生，则门铃不响，选项A错误；B．松开按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左减小，根据楞次定律可知，螺线管A端电势较高，选项B正确；C．按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左增加，根据楞次定律可知，通过门铃的电流方向是B到A，选项C错误；D．快速按下按钮，穿过螺线管的磁通量变化较快，产生的感应电动势较大，螺线管产生的感应电流大小较大，选项D错误。故选B。6.如图所示，粗细均匀的同种导线制成的单匝正方形线框固定于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，线框顶点a、d与直流电源相接。若边受到的安培力大小为F，则整个线框受到的安培力的大小为（）A.FB.C.D.【答案】D【解析】【详解】、、三边所受安培力大小均为F，合力大小为F。与另外三条边并联，阻值之比为，根据并联分流原理，电流为另三条边的3倍，则所受安培力为3F，且方向与另三条边的合力相同，则整个线框受到的安培力的大小为。故选D。7.带电粒子进入云室时，可以在云室中显示其运动轨迹。在云室中加上匀强磁场，一垂直磁场方向射入云室的带正电粒子运动轨迹如图所示，由于带电粒子运动过程中受到阻力的作用，因此带电粒子的动能逐渐减小，下列说法正确的是（　　） A.磁场垂直纸面向外，从A点运动到B点B.磁场垂直纸面向外，从B点运动到A点C.磁场垂直纸面向里，从A点运动到B点D.磁场垂直纸面向里，从B点运动到A点【答案】B【解析】【详解】根据题意，由牛顿第二定律有解得可知，粒子的速度越小，半径越小，由于粒子做减速运动，则粒子从B点运动到A点，根据运动轨迹，由左手定则可知，磁场垂直纸面向外。故选B。8.一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量和质量均相同的粒子飘入电压为的加速电场，其初速度几乎为零，这些粒子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场，粒子刚好能打在底片上的M点。已知放置底片的区域，且。若想要粒子始终能打在底片上，则加速电场的电压最大为（）A.B.C.D.【答案】C 【解析】【详解】粒子打到M点时，则粒子打到N点时，加速电场的电压最大，则解得故选C。9.电磁感应回转炉是由发热线圈紧密缠绕粘土制成，当穿过回转炉内的磁场发生变化时，回转炉闭合线圈产生感应电流而发热，从而加热工件。如图为简化示意图，假设回转炉管半径为r，闭合线圈单位长度的电阻为R，线圈匝数为n。充满炉管的匀强磁场平行于轴线，磁感应强度的大小B随时间t变化的关系为，下列说法正确的是（）A.线圈内产生的感应电动势为B.线圈产生的热功率与成正比C.穿过线圈磁通量为D.线圈内的感应电流是【答案】B【解析】【详解】AD．线圈内产生的感应电动势为 线圈内的感应电流为AD错误；B．线圈产生的热功率为则I与成正比，B正确；C．穿过线圈的磁通量为磁通量为变量，C错误。故选B。10.2022年12月28日我国中核集团全面完成了超导回旋加速器（左图）自主研制的任务，突破了国外垄断，实现我国重大疾病诊断和治疗设备的国产化。如右图所示为回旋加速器工作原理示意图，置于高真空中的D形金属盒半径为R，带电粒子穿过两金属盒间狭缝的时间可忽略。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，加速电压为U。圆心A处粒子源产生质子，初速度为零，质子在加速器中被加速，且加速过程中忽略相对论效应和重力的影响，则下列说法正确的是（）A.在其他条件都不改变的情况下，可以用这套装置加速氘核B.质子第n次加速后在磁场中的运动半径是第一次加速后的n倍C.若磁感应强度变为，则加速电压的变化频率应调整为原来的2倍，质子离开回旋加速器时的最大动能为原来的2倍D.在其他条件都不改变的情况下，质子被加速的次数与R2成正比【答案】D【解析】 【详解】A．质子的比荷为1：1，氘核的比荷为1：2，加速电场的变化周期与质子在磁场中运动的周期相同，又因为氘核与质子在磁场中运动周期不同，所以用这套装置不可以加速氘核，A错误；B．根据动能定理质子加速一次后的速度为加速n次的速度为质子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有所以所以质子第n次加速后在磁场中的运动半径是第一次加速后的倍，B错误；C．根据质子离开回旋加速器时半径为回旋加速器的半径，所以质子的最大速度为的最大动能质子在磁场中做匀速圆周运动的周期为磁感应强度变为，则加速电压的变化频率应调整为原来的2倍，质子离开回旋加速器时的最大动能为原来的4倍，C错误；D．质子被加速的次数为 可知，在其他条件都不改变的情况下，质子的加速次数与R2成正比，D正确。故选D。二、多项选择题：本题包含5小题，每小题3分，共15分。在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项正确。全部选对的得3分，选不全的得2分，有错者或不答的得0分。请将正确选项前的字母填在下表内相应位置。11.如图的电路中，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计。下列说法正确的是（）A.闭合S时，灯泡B立即变亮，A缓慢变亮B.闭合S时，灯泡B不亮，A缓慢变亮C.闭合S待稳定后再断开，灯泡A、B慢慢熄灭D.闭合S待稳定后再断开，灯泡B立即变亮，然后A、B慢慢熄灭【答案】BD【解析】【详解】AB．闭合S时，因加在二极管上的电压为反向电压，可知二极管截止，灯泡B不亮；由于线圈L阻碍该支路电流的增加，可知A缓慢变亮，选项A错误，B正确；CD．闭合S待稳定后再断开，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，则线圈相当电源，在灯泡A、线圈L、二极管D和灯泡B中形成新的回路，使得灯泡B立即变亮，然后A、B慢慢熄灭，选项C错误，D正确。故选BD。12.如图甲所示，在匀强磁场中，一单匝矩形金属线圈，两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则（） A.两次时刻线圈的磁通量均为零B.曲线a、b对应的线圈转速之比为3∶2C.两种情况下穿过线圈的最大磁通量相同，都为D.曲线b表示的交变电动势有效值为【答案】BD【解析】【详解】A．两次时刻线圈的感应电动势为零，此时线圈的磁通量最大，选项A错误；B．曲线a、b对应的线圈周期之比为2:3，根据可知，转速之比为3∶2，选项B正确；C．两种情况下穿过线圈的最大磁通量相同，根据对a可得选项C错误；D．根据可得曲线b表示的交变电动势有效值为 选项D正确。故选BD。13.发电机的示意图如图甲所示，边长为L的单匝正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动，转轴与磁场垂直。阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计，图乙中的为已知量。则金属框转动一周（）A.线框转动的角速度B.线框内电流方向不变C.通过电阻的电荷量D.电阻产生的焦耳热【答案】AC【解析】【详解】A．由，解得线框转动的角速度故A正确；B．线框经过中性面，线框内电流方向改变一次；金属框转动一周，线框内电流改变两次，故B错误；C．通过电阻的电荷量又，解得 故C正确；D．电压有效值电流电阻产生的焦耳热故D错误。故选AC。14.如图电路变压器为理想变压器，输入端接有电压为的交流电，在原、副线圈的回路中接入的电阻阻值均为R。则（）A.当理想变压器的原、副线圈的匝数比为2∶1时，理想电压表的示数为B.当理想变压器的原、副线圈的匝数比为2∶1时，理想电压表的示数为C.当理想变压器的原、副线圈的匝数比为2∶1时，副线圈输出功率是原线圈中R发热功率的4倍D.当理想变压器的原、副线圈的匝数比为1∶1时，副线圈所接电阻的电功率最大【答案】ACD【解析】【详解】AB．输入端输入电压的有效值为设初级电压U1，则次级电压U2=0.5U1次级电流 初级电流则解得U1=176V理想电压表的示数为，选项A正确，B错误；C．由上述分析可知，当理想变压器的原、副线圈的匝数比为2∶1时，副线圈输出功率是原线圈中R发热功率即选项C正确；D．设原副线圈的匝数比为k，由上述分析可得此时变压器次级电阻消耗的功率由数学知识可知，当k=1时P2最大，选项D正确。故选ACD。15.光伏发电系统是指无须通过热过程，直接将光能转变为电能的发电系统。下图是某光伏发电系统为一所偏远学校的教室供电照明的示意图。已知太阳能光伏发电机的输出功率为、输出电压为，升压变压器的原、副线圈的匝数之比为1∶20，输电线的总电阻为；该学校每间教室有标有“”字样的电灯10盏。若全部电灯正常发光，变压器均为理想变压器，则（） A.输电线上的电流为B.降压变压器的原、副线圈的匝数之比为475∶22C.输电线损耗功率是发电机输出功率的6%D.该光伏发电系统最多能供电190间教室照明【答案】BD【解析】【详解】A．升压变压器原线圈的电流又输电线上的电流A错误；C．输电线损耗功率输电线损耗功率与发电机输出功率比值C错误；B．输电线上的电压损失由 得降压变压器的原线圈的电压降压变压器的原、副线圈的匝数之比B正确；D．设该光伏发电系统最多能供电间教室照明，则D正确。故选BD。第Ⅱ卷（非选择题共55分）三、实验题：本题包含2小题，共14分。请将答案填在题中横线上或按要求作答。16.在LC振荡电路中，如已知电容C，并测得电路的固有振荡周期为T，即可求得电感L。为了提高测量精度，需多次改变C值并测得相应的T值，现将测得的六组数据标示在以C为横坐标、为纵坐标的坐标纸上，即图中用“×”表示的点。（结果保留三位有效数字）（1）、L、C的关系为_________；（2）根据图中给出的数据点作出与C的关系图线_____；（3）求得的L值是_________。 【答案】①.②.③.【解析】【详解】（1）[1]根据得（2）[2]如图所示（3）[3]图线斜率为得17.如图甲所示，某同学设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器” ，它可以通过拍摄照片来记录机动车辆闯红灯时的情景．它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化引起电流变化达到一定值时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机就工作，拍摄违规车辆．光控开关未受到该种光照射就自动断开，衔铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光．(1)要记录车辆违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到________光(填“红”“绿”或“黄”)时自动闭合．(2)已知控制电路的电源电动势为6V，内阻为1Ω，继电器电阻为R0＝9Ω，当控制电路中电流大于0.06A时，衔铁会被吸引，如图乙所示，则只有质量超过________kg的车辆违规时才会被记录．(g取10N/kg)【答案】①.(1)红　②.(2)400【解析】【详解】(1)据题，电控照相机要自动记录违规闯红灯的情景，所以要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到红光时自动闭合；(2)根据欧姆定律电路中的总电阻为：压敏电阻阻值为：R=100Ω-10Ω=90Ω查图可知，当R=90Ω时，压敏电阻所受的压力F=4000N，根据G=mg得：．点晴：要记录违规闯红灯的情景，电控照相机要自动记录违规闯红灯的情景，则知光控开关应在接收到红光时自动闭合；根据欧姆定律求出压敏电阻的阻值，由（b）图读出压敏电阻所受的压力，再得到车辆的质量．四、计算题：本题包含5小题，共41分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。18.在芯片制造过程中，离子注入是一道重要的工序。如图所示是离子注入工作的部分原理示意图，离子发射器将离子由静止加速，加速电压为U。离子由中点垂直于磁分析器边界垂直射入匀强磁场，磁分析器中为截面为矩形的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，离子从矩形边界的下边界射出时与边界夹角为 ，已知矩形边界长为L，不计离子间的相互作用及重力。求：（1）带电粒子的比荷；（2）带电粒子在磁场中运动的时间。【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）粒子在磁场中运动轨迹如图由几何关系可得则粒子运动半径为粒子经过电场加速，由动能定理可得由洛伦兹力提供向心力可得联立方程解得粒子的比荷为 则粒子比荷为。（2）粒子在磁场中运行轨迹的圆心角为60°，则粒子在磁场中运行时间为则带电粒子在磁场中运动时间为。19.无线充电技术已经广泛应用于日常生活中，图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中的受电线圈示意图，已知线圈匝数，电阻，线圈的横截面积，外接电阻。线圈处在平行于线圈轴线的磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，求：（1）时线圈中的感应电动势E；（2）内电阻R上产生的热量Q；（3）内通过电阻R的电荷量q。【答案】（1）1V；（2）；（3）0.003C【解析】【详解】（1）由图乙可知，时刻磁场的变化率为根据法拉第电磁感应定律得解得E=1V（2）0~0. 02s内解得 根据焦耳定律可以得到，R上产生的焦耳热为0. 02s~0.03s内根据焦耳定律可以得到，R上产生的焦耳热为所以，R上产生的焦耳热为解得（3）内通过电阻R的电荷量解得五、选做题：本题包含两题，请任选一题做答。20.如图所示，在坐标系所在的竖直平面内有一方向未知的匀强电场，第二象限内有垂直纸面向里大小为B的匀强磁场。一质量为m，带电量为的粒子沿方向以速度向坐标原点O做直线运动，与x轴负向夹角为，不计粒子重力。求：（1）试判断粒子到达坐标原点O之前是否做匀速直线运动，并确定匀强电场场强的大小和方向；（2）过O点后粒子经多长时间到达y轴，并确定粒子过y轴的坐标。 【答案】（1）匀速直线运动，电场强度大小为，方向垂直于AO斜向下；（2）【解析】【详解】（1）对粒子受力分析如下粒子做直线运动可知，即得粒子到达坐标原点O之前做匀速直线运动，电场强度方向垂直于AO斜向下。（2）从O点进入第四象限粒子做类平抛运动，沿AO方向做匀速直线运动，沿电场方向做匀加速直线运动，到达y轴时有解得所以粒子过y轴的坐标为。 21.如图所示，在坐标系所在的竖直平面内有一方向未知的匀强电场，第二象限内有垂直纸面向里、磁感应强度大小未知的匀强磁场。一带质量为m，电量为的小球沿方向以速度向坐标原点O做直线运动，与x轴负向夹角为，小球重力加速度为g。求：（1）试判断小球到达坐标原点O之前是否做匀速直线运动，并确定匀强电场场强可能的最小值和方向；（2）在满足（1）条件下，小球过O点后小球经多长时间到达y轴，并确定小球过y轴的坐标。【答案】（1）做匀速直线运动，，方向沿直线OA方向；（2），【解析】【详解】（1）小球在叠加场中受到重力，洛伦兹力，电场力的共同作用沿AO做直线运动，洛伦兹力永远垂直于速度方向，即AO斜向上，重力竖直向下，则根据物体做直线运动的条件，可知小球一定做匀速直线运动，根据矢量三角形，可判断知当小球受到的电场力沿OA方向时，此时电场力最小，由平衡条件可得得由于小球带正电，所以该电场方向沿直线OA方向； （2）小球过O点后仅受电场力与重力的作用，由（1）问可知，在O点时，将小球受到的电场力分解在x轴及y轴上，有根据牛顿第二定律，可得小球在x轴及y轴上的加速度大小为将小球速度分解在x轴及y轴上有当小球过O点后到达y轴，则有联立求得小球过O点后到达y轴的时间则小球过y轴的坐标为。六、选做题：本题包含两题，请任选一题做答。22.均匀导线制成的单匝正方形闭合线框，每边长为l，总电阻为R，总质量为m。将其置于磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场上方h处，如图所示。线框由静止自由下落，线框平面保持在竖直平面内，且边始终与水平的磁场边界平行，线框边进入磁场边界时的速度是边进入磁场边界时速度的。忽略空气阻力，重力加速度为g。求： （1）当边刚进入磁场边界时线框的加速度大小；（2）线框进入磁场过程中通过线框横截面的电荷量；（3）线框进入磁场过程中，线框中产生的焦耳热。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）边进入磁场时的速度为根据牛顿第二定律得（2）根据，，联立得，线框进入磁场过程中通过线框横截面的电荷量（3）根据能量守恒线框进入磁场过程中，线框中产生的焦耳热为 23.如图所示，将边长为l、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出，穿过宽度也为l、磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半，线框离开磁场后继续上升的最大高度为h。整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f作用，且线框不发生转动，重力加速度为g。求：（1）线框在上升阶段刚离开磁场时的速度；（2）线框在上升阶段刚进入磁场时的加速度大小；（3）线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】详解】（1）根据动能定理线框在上升阶段刚离开磁场时的速度为（2）线框在上升阶段刚进入磁场时的速度为2v，根据牛顿第二定律得（3）由刚进入磁场到刚出磁场的过程中，根据能量守恒 得