江西省南昌市第十九名校2023-2024学年高二下学期3月月考物理试题

试卷更新日期：2024-05-31 类型：月考试卷

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一、选择题（本题共10小题，1—7题只有一个选项符合题目要求，选对得4分，8—10题有多项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全得3分，有错选或不答得0分。）

1. 如图所示，空间分布着方向垂直纸面向里的有界匀强磁场，EF是其右边界。半径为r的单匝圆形金属线圈垂直于磁场放置，线圈的圆心O在EF上；另有一根长为2r的导体杆与EF重合，杆两端点a、b通过电刷与圆形线圈连接，线圈和导体杆单位长度电阻相同。情况1：导体直杆不动，线框绕EF轴匀速转动，转动方向如图所示；情况2：线圈不动，导体杆绕O点在纸面内顺时针匀速转动。两情况均从图示位置开始计时，关于导体杆ab两端点的电压 $U_{a b}$ 情况，下列说法正确的是（）

A、情况1产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图甲，情况2产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图丙 B、情况1产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图乙，情况2产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图丁 C、情况1产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图甲，情况2产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图丁 D、情况1产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图乙，情况2产生的 $U_{a b} - t$ 图象为图丙

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2. 如图是学生常用的饭卡内部实物图，其由线圈和芯片电路组成。当饭卡处于感应区域时，会在线圈中产生感应电流来驱动芯片工作。已知线圈面积为S ，共n匝，回路总电阻为R。某次刷卡时，线圈平面与磁感应强度方向垂直，且全部处于磁场区域内，在感应时间t内，磁感应强度由0增大到B ，此过程中（　　）

A、线圈有扩张的趋势 B、通过线圈平面的磁通量变化量为nBS C、线圈的平均感应电动势为 $\frac{B S}{t}$ D、通过导线某截面的电荷量为 $\frac{n B S}{R}$

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3. 如图所示，先后以恒定的速度 $v_{1}$ 和 $v_{2}$ 把一个正方形金属线框水平拉出有界匀强磁场区域，且 $v_{1} = 2 v_{2}$ ，则在先后两种情况（）

A、线框中的电功率之比 $P_{1} : P_{2} = 2 : 1$ B、线框中的感应电流之比 $I_{1} : I_{2} = 1 : 2$ C、线框中产生的热量之比 $Q_{1} : Q_{2} = 2 : 1$ D、通过线框某截面的电荷量之比 $q_{1} : q_{2} = 2 : 1$

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4. 如图，足够长柱形绝缘直杆与水平面间夹角θ=30°，直杆处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场磁感应强度大小为B ，杆上套有一个带电量为-q、质量为m的小球，小球孔径略大于杆的直径，球与直杆间的动摩擦因数 $μ = \frac{\sqrt{3}}{4}$ 。现将小球由静止释放，当小球下滑距离x₁时其加速度最大，当球再下滑距离x₂时其速度刚好达到最大，重力加速度为g ，下列说法正确的是（）

A、小球的最大加速度为 $\frac{g}{8}$ B、小球的最大速度为 $\frac{\sqrt{3} m g}{6 q B}$ C、小球下滑距离x₁过程中克服摩擦力做的功 $W_{f 1} = m g x_{1} - \frac{3 m^{2} g^{2}}{8 q^{2} B^{2}}$ D、小球下滑距离x₂过程中克服摩擦力做的功为 $W_{f 2} = \frac{m g x_{2}}{2} - \frac{5 m^{3} g^{2}}{3 q^{2} B^{2}}$

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5. 如图甲为某实验小组设计的家用微型变压器的原理图，原、副线圈的匝数比 $n_{1} : n_{2} = 2 : 1$ ， a、b两端接入正弦交流电压，电压u随时间t的变化关系如图乙所示， $L_{1}$ 和 $L_{2}$ 是两个完全相同的灯泡，灯泡上标有“55W 1A”字样，取 $220 \sqrt{2} \approx 311$ ，若两灯泡恰好正常发光，该变压器视为理想变压器，则图甲中R的阻值为（）

A、220Ω B、110Ω C、55Ω D、11Ω

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6. 如图所示，间距为 $L$ 、水平放置的平行U形光滑金属导轨间有垂直于导轨平面向下、磁感应强度的大小为 $B$ 的匀强磁场，倾斜放置的金属杆 $M N$ 在外力作用下以平行于导轨向右的速度 $v$ 匀速运动，金属杆 $M N$ 与导轨的夹角为 $θ$ ，其单位长度的电阻为 $r$ ， $M N$ 运动过程中与导轨始终接触良好，导轨电阻不计。下列说法正确的是（）

A、金属杆 $M N$ 中感应电流的方向为 $M$ 到 $N$ B、金属杆 $M N$ 切割磁感线产生的感应电动势大小为 $B L v s i n θ$ C、金属杆 $M N$ 所受安培力的大小为 $\frac{B^{2} L v}{r}$ D、金属杆 $M N$ 的热功率为 $\frac{B^{2} L v^{2}}{r s i n θ}$

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7. 如图所示，两足够大挡板MO、NO垂直固定放置，其中MO水平，两挡板间存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。挡板MO内侧P点有一放射源，能在纸面内沿各个方向连续向磁场内发射速度大小为v、质量为m、电荷量为q的带正电粒子，粒子打到挡板上后均被挡板立即吸收，不计粒子所受的重力和粒子间的相互作用。已知P、O两点间的距离为 $\frac{m v}{2 q B}$ ，则粒子在磁场中经过的区域形成的图形的面积为（　　）

A、 $\frac{(13 π + 6 \sqrt{3} - 6) m v}{12 q B}$ B、 $\frac{(13 π + 6 \sqrt{3} - 6) m^{2} v^{2}}{12 q^{2} B^{2}}$ C、 $\frac{(8 π + 4 - \sqrt{3}) m v}{8 q B}$ D、 $\frac{(8 π + 4 - \sqrt{3}) m^{2} v^{2}}{8 q^{2} B^{2}}$

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8. 电子感应加速器是利用感生电场加速电子的设备。它的基本原理如甲图（侧视图）所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流方向如甲图所示，乙图（俯视图）中电子沿逆时针方向加速运动。下列说法正确的是（　　）

A、真空室中的磁场方向向上 B、真空室中的磁场方向向下 C、电磁铁线圈中的电流由小变大 D、电磁铁线圈中的电流由大变小

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9. 半导体内导电的粒子—“载流子”有两种：自由电子和空穴（空穴可视为能自由移动带正电的粒子），以自由电子导电为主的半导体叫N型半导体，以空穴导电为主的半导体叫P型半导体。如图为检验半导体材料的类型和对材料性能进行测试的原理图，图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品板放在沿y轴正方向的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时，会在与z轴垂直的两个侧面之间产生霍尔电势差 $U_{H}$ ，下列说法中正确的是（　　）

A、如果上表面电势高，则该半导体为P型半导体 B、如果上表面电势高，则该半导体为N型半导体 C、材料内部单位体积内载流子数目较多， $U_{H}$ 越大 D、半导体样品板的厚度c越小， $U_{H}$ 越大

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10. 如图所示，一水电站，输出电功率为P = 20 kW，输出电压为U₀ = 400 V，经理想升压变压器T₁升压后远距离输送，升压变压器T₁的匝数比为n₁：n₂ = 1 ：5，输电线总电阻为r = 10 Ω，最后经理想降压变压器T₂降压为 220 V向用户供电。下列说法正确的是（　　）

A、输电线上的电流为50 A B、用户得到的电功率为19 kW C、输电线上损失的电压为100 V D、变压器T₂的匝数比为n₃：n₄ = 95 ：11

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二、实验题（11题6分，每空2分；12题9分，前面每空2分，最后一空1分。）

11. 图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流。电路中灯泡的电阻 $R_{1} = 5.0 Ω$ ，定值电阻 $R = 2.0 Ω$ ， A、B间电势差 $U_{A B} = 6.0 V$ ，开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在 $t_{1} = 1.0 \times 1 0^{- 3} s$ 时刻断开开关S，该时刻前后电流传感器显示的电流I随时间t变化的图线如图乙所示。

(1)、线圈L的直流电阻R_L=Ω（结果保留两位有效数字）；

(2)、闭合开关一段时间后，开关断开时，看到的现象是；

(3)、断开开关后，通过灯泡的电流方向（填“ $a \to b$ ”或“ $b \to a$ ”）。

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12. 某同学测量一节干电池的电动势和内阻。现有实验器材如下：
干电池（电动势约1.5V、内阻较小）、滑动变阻器（0~10Ω）、电阻箱（0~999.9Ω）、电压表（0~3V量程、内阻约3kΩ）、电流表（0~0.6A量程、内阻约0.5Ω）、开关S、导线若干。

(1)、该同学对测量这一节干电池的电动势和内阻设计出四个方案，其中精度较高是____；

A、 B、 C、 D、

(2)、图甲为该同学某次测量时电压表示数，其读数为V；

(3)、该同学采用“（1）”所选的某个方案后，测得多组（U、I）数据，画出 $U - I$ 图，如图乙，测得的电源电动势和内阻分别为V、Ω；（保留小数点后两位数字）

(4)、该同学考虑到（3）所选的实验中电表不是理想电表，因此导致这一节干电池电动势测量结果为： $E_{测}$ $E_{真}$ （选填“>、=、<”）。

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三、解答题（13题12分，14题12分，15题15分）

13. 如图所示，光滑的平行导轨与水平面的夹角 $θ = 37 °$ ，两平行导轨间距 $L = 1 m$ ，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中。导轨中接入电动势 $E = 6 V$ 、内阻 $r = 1 Ω$ 的直流电源，电路中有一阻值 $R = 2 Ω$ 的电阻，其余电阻不计。将质量 $m = 0.4 k g$ 、有效长度也为 $L$ 的导体棒放在平行导轨上恰好处于静止状态，取重力加速度大小 $g = 10 m / s^{2}, s i n 37 ° = 0.6$ 。

(1)、求通过 $a b$ 导体棒的电流 $I$ ；

(2)、求匀强磁场的磁感应强度 $B$ ；

(3)、若突然将匀强磁场的方向变为垂直导轨平面向上，求此时导体棒的加速度 $a$ 。

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14. 某科研小组为了芯片的离子注入而设计了一种新型质谱仪，装置如图所示。直边界MO的上方有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，其中以O点为圆心、半径为R的半圆形区域内无磁场，芯片的离子注入将在半圆形区域内完成。离子源P放出的正离子经加速电场加速后在纸面内垂直于MO从M点进入磁场，加速电场的加速电压U的大小可调节，已知M、O两点间的距离为2R ，离子的比荷为k ，不计离子进入加速电场时的初速度及离子的重力和离子间的相互作用。

(1)、若要离子能进入半圆形区域内，求加速电压U的调节范围；

(2)、求能经过圆心O的离子在磁场中运动速度的大小；

(3)、求能进入到半圆形区域内的离子在磁场中运动的最短时间。

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15. 如图所示，在匀强磁场中水平放置两条足够长的光滑平行导轨，磁场方向与导轨所在平面垂直，以虚线为界，左边和右边的磁感强度大小为B₁=1T，B₂=2T，导轨间距L=1m $。$ 导轨左端连接一内阻不计、电动势E=20V的电源，单刀双掷开关K和电容C=2.0×10^-2F的电容器相连。两根金属棒ab和cd分别放置于虚线左侧和右侧，它们与虚线的距离足够大，与导轨接触良好，质量均为m=0.08kg，电阻相同。金属棒ab和cd之间有一开关S（断开），导轨电阻不计。

(1)、将单刀双掷开关K置于1为电容器充电，求稳定时电容器带的电荷量q；

(2)、充电结束后，将单刀双掷开关K置于2，求金属棒ab运动的最大速度v；

(3)、棒ab的速度达到最大后，断开单刀双掷开关，同时闭合开关S，求金属棒cd产生的最大焦耳热Q。

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