山东省日照市五莲县第一名校2023-2024学年高二下物理4月月考试题

试卷更新日期：2024-06-28 类型：月考试卷

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一、单选题（每题3分，共24分）

1. 线圈与电流表相连，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入或从线圈中抽出时，电流表的指针发生了偏转。实验中观察到，当把磁铁N极向线圈中插入时，电流表指针向右偏转。下列操作中，同样可使电流表指针向右偏转的是（　　）

A、保持磁铁N极处在线圈中静止 B、把磁铁的N极从线圈中抽出 C、把磁铁的S极从线圈中抽出 D、把磁铁的S极向线圈中插入

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2. 如图所示，地面上放着一个铝制线圈，线圈的正上方悬挂着用绝缘材料制成的轻弹簧，弹簧下端吊着质量为 $m$ 的条形磁铁，将磁铁向下拉，在其下降 $h$ 高度时将它由静止释放，在此后磁铁运动过程中，铝制线圈静止不动，弹簧始终在弹性限度内，不计空气阻力，重力加速度为 $g$ ，则下列判断正确的是（　　）

A、磁铁向上运动过程中，弹簧向上的拉力等于磁铁的重力时磁铁速度最大 B、磁铁向上运动过程中，弹簧向上的拉力等于铝制线圈中感应电流的磁场对磁铁向下的磁场力时磁铁速度最大 C、磁铁运动过程中，铝制线圈对地面的压力均大于线圈的重力 D、磁铁运动过程中，磁铁和弹簧总的机械能一直减少

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3. 下列说法正确的是（　　）

A、电磁炉上放置玻璃器皿也能用来加热食物 B、真空冶炼炉是利用炉壁中产生的热量来加热矿石的 C、金属物品通过安检门时会产生涡流，涡流的磁场影响报警器使其报警 D、变压器内用整块铁芯代替硅钢片，可以减小涡流损失

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4. 物理学中有很多关于圆盘的实验，第一个是法拉第圆盘，圆盘全部处于磁场区域，可绕中心轴转动，通过导线将圆盘圆心和边缘与外面电阻相连。第二个是阿拉果圆盘，将一铜圆盘水平放置，圆盘可绕中心轴自由转动，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，以下说法正确的是（　　）

A、法拉第圆盘在转动过程中，圆盘中磁通量不变，无感应电动势，无感应电流 B、阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，反之，转动小磁针，圆盘则不动 C、阿拉果圆盘实验中，转动圆盘，小磁针会同向转动，但会滞后于圆盘 D、法拉第圆盘和阿拉果圆盘都是电磁驱动的表现

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5. 如图所示，边长为a电阻为R的正方形导体框水平放置，磁感应强度为B的匀强磁场与水平面成 $θ = 30 °$ 角斜向下，导体框可分别绕mn和ef轴以相同角速度 $ω$ 匀速转动。下列说法正确的是（　　）

A、导体框绕ef轴转动比绕mn轴转动时导体框的发热功率小 B、导体框绕ef轴转动与绕mn轴转动时导体框的发热功率一样大 C、从图示位置导体框绕ef轴顺时针转过 $90 °$ 比绕mn轴转过 $90 °$ 导体框的磁通量变化量大 D、从图示位置导体框绕ef轴顺时针转过 $90 °$ 与绕mn轴转过 $90 °$ 导体框的磁通量变化量相同

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6. 2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　）

A、图乙中线圈所处位置是中性面 B、在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量最大 C、在图乙所示位置时，线圈a端电势高于b端电势 D、在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向上

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7. 如图所示电路中，理想自耦变压器接在输出电压有效值恒定的正弦交流电源上， $P_{1}$ 为变压器上的滑动触头， $P_{2}$ 为滑动变阻器R的滑片，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是（　　）

A、若仅将 $P_{1}$ 从M位置逆时针转到N位置，则电压表 $V_{1}$ 示数增大 B、若仅将 $P_{1}$ 从M位置逆时针转到N位置，则电压表 $V_{2}$ 示数增大 C、若仅将 $P_{2}$ 向左滑动，定值电阻 $R_{0}$ 消耗的电功率减小 D、若仅将 $P_{2}$ 向左滑动，则电流表示数减小

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8. 我国是全球唯一掌握超特高压技术的国家，在全球超特高压领域，中国的标准就是全世界唯一的标准。如图所示是远距离高压输电示意图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变。下列说法正确的是（）

A、若用户用电功率增加，升压变压器的输出电压将增大 B、若用户用电功率增加，降压变压器的输入电压将增大 C、若输电功率一定，采用特高压输电可减少输电线上损耗的功率 D、若输电功率一定，采用特高压输电会降低输电的效率

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二、多选题（每题全选对4分，选不全2分，共16分）

9. 科学家们曾设想存在磁单极子，即一些仅带有N极或S极单一磁极的磁性物质。假设在P点有一个固定的磁单极子，在其周围形成均匀辐射磁场，磁感线如右图所示。当质量为m、半径为R的导体圆环通有恒定的电流时，恰好能静止在该磁单极子正上方，环心与P点的距离为H ，且圆环平面恰好沿水平方向。已知距磁单极子r处的磁感应强度大小为 $B = \frac{k}{r^{2}}$ ，其中k为已知常量，重力加速度为g。下列选项正确的是（　　）

A、圆环静止时磁场对环的安培力使其有沿半径方向收缩的趋势 B、圆环静止时可由题中条件求出环中电流的大小 C、若将圆环竖直向上平移一小段距离由静止释放，圆环可能做匀变速直线运动 D、若将圆环竖直向上平移一小段距离由静止释放，下落过程中环的加速度先减小后增大

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10. 现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图所示，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。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使电子加速。上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看，电子沿逆时针方向运动。已知电子的电荷量为 $e$ ，电子做圆周运动的轨道半径为 $r$ ，若图甲中磁场 $B$ 随时间 $t$ 按 $B = B_{0} + k t$ （ $B_{0}$ 、k均为正常数）规律变化，形成涡旋电场的电场线是一系列同心圆，单个圆上形成的电场场强大小处处相等。将一个半径为 $r$ 的闭合环形导体置于相同半径的电场线位置处，闭合环形导体的电阻为 $R$ ，导体中的自由电荷就会在感生电场的作用下做定向运动，产生感应电流，或者说导体中产生了感应电动势。（　　）

A、为使电子加速，当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时，电流的大小应该减小 B、电子的加速度大小为 $\frac{k e r}{2 m}$ C、环形导体中感应电流大小为 $\frac{k π r^{2}}{R}$ D、电子在圆形轨道中加速一周的过程中，电子获得的动能 $E_{k}$ 为 $k e π r^{2}$

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11. 如图所示，边长为l的正三角形线圈，线圈匝数为n ，以角速度 $ω$ 绕ab匀速转动，ab的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。M为导电环，负载电阻为R ，其他电阻不计，在线圈转动一周过程中（　　）

A、图示时刻（线圈平面与磁场方向垂直）线圈磁通量变化率为0 B、该过程能产生完整的正弦式交变电流 C、R上产生的热量为 $\frac{3 π ω n^{2} B^{2} l^{4}}{32 R}$ D、线圈的磁通量变化量为0，但通过R的电荷量不为0

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12. 如图甲所示，为保证游乐园中过山车的进站安全，过山车安装了磁力刹车装置，磁性很强的钕磁铁安装在轨道上，正方形金属线框安装在过山车底部。过山车返回站台前的运动情况可简化为图乙所示的模型。初速度为 $v_{0}$ 的线框abcd沿斜面加速下滑s后，bc边进入匀强磁场区域，此时线框开始减速，bc边出磁场区域时，线框恰好做匀速直线运动，已知线框边长为l、匝数为n、总电阻为r ，斜面与水平面的夹角为 $θ$ 。过山车的总质量为m ，所受摩擦阻力大小恒为f ，磁场区域上下边界间的距离为l ，磁感应强度大小为B ，方向垂直斜面向上，重力加速度为g。则下列说法正确的是（　　）

A、线框刚进入磁场时，从线框上方俯视，感应电流的方向为逆时针方向 B、线框刚进入磁场时，线框受到安培力大小为 $\frac{n B^{2} l^{2}}{r} \sqrt{\frac{2 (m g s i n θ - f) s}{m} + v_{0}^{2}}$ C、线框进入磁场的过程中，通过线框导线横截面的电荷量为 $\frac{n B l^{2}}{r}$ D、线框穿过磁场过程中产生的焦耳热 $(m g s i n θ - f) (s + 2 l) + \frac{1}{2} m v_{0}^{2} - \frac{m {(m g s i n θ - f)}^{2} r^{2}}{2 n^{4} B^{4} l^{4}}$

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三、实验题（每空2分，共14分）

13. 小明同学做“探究感应电流产生条件”实验的装置如图所示。

(1)、闭合开关的瞬间，他观察到电流表G的指针向右偏转。电路稳定后，他将线圈A中的铁芯快速抽出，电流表G的指针将向（选填“左”或“右”）偏转。

(2)、小明同学将滑动变阻器的滑片从左端滑到右端时，第一次快速滑动，第二次缓慢滑动，发现两次电流表G的指针摆动幅度大小不同，第一次的摆动幅度比第二次（选填“大”或“小”），原因是两次实验中线圈的（选填“磁通量”、“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”）不同。

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14. 某同学利用自耦变压器探究降压时“变压器线圈两端的电压与匝数关系”的实验，变压器结构图如图所示。
回答下列问题：

(1)、实验过程中为了安全选用了学生电源供电，连接电路时，应该将学生电源（选“直流”或“交流”）接线柱和自耦变压器的（选“AB”或“CD”）接线柱相连接；

(2)、在测量变压器副线圈上电压时，选用了多用电表进行测量，如果某次实验副线圈上的电压大约为6V，则多用电表挡位选择开关应该旋至哪个位置？；

(3)、实验时保持变压器原线圈输入电压不变，调节旋钮P的位置并记录数据，从所得数据发现原、副线圈电压比总是略大于对应匝数比，造成这一误差的原因可能是（说出一条即可）。

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四、解答题

15. 如图甲所示，两根间距为 $L = 0.5 m$ 、足够长的平行光滑金属导轨与水平面夹角为 $θ = 30 °$ ，导轨上端接有阻值为 $R = 1 Ω$ 的电阻，长为L、电阻为 $R = 1 Ω$ 、质量为 $m = 2 k g$ 的金属棒ab垂直放在导轨上并锁定，此时与导轨上端的距离为2L ，空间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小随时间变化规律如图乙所示，当 $t = 1 s$ 时，解除锁定，金属棒始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨的电阻，求：

(1)、 $0 \sim 1 s$ 内，电阻R中流过的电流大小以及产生的焦耳热；

(2)、金属棒最终的速度大小。

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16. 如图甲所示，有两条相距L=1m的平行光滑金属轨道，轨道在PM、QN之间水平，其中PM左侧轨道的倾斜角θ=30°，QN右侧轨道为弧线，在两轨道的上端均接有阻值R=2 $Ω$ 的定值电阻。PM、QN之间存在竖直向下的磁场（PM、QN边界上无磁场），磁感应强度的变化情况如图乙所示，PM、QN之间的距离d=2m。一质量为m=1kg、导轨间有效阻值为R=2 $Ω$ 的导体棒t=0时从H处无初速度释放，下滑2s末刚好进入水平轨道（转角处无机械能损失）。运动中导体棒始终与导轨垂直并接触良好，不计导轨电阻。重力加速度g=10m/s²。求：

(1)、在0～2s内，通过导体棒的电荷量；

(2)、导体棒最终静止的位置离PM的距离；

(3)、整个过程中导体棒上产生的热量。

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17. 如图甲所示为某小型水电站的发电机示意图，已知正方形线圈边长 $L = 100 c m$ ，匝数 $N = 100$ 匝，线圈电阻不计；线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴 $O O^{'}$ 匀速转动，转速 $n = 100 r / s$ ；已知电动势最大值 $E_{m} = 500 \sqrt{2} V$ 。

(1)、求发电机中匀强磁场的磁感应强度大小；

(2)、从线圈在图甲所示位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的函数表达式；

(3)、如图乙所示，将发电机通过升压变压器 $T_{1}$ 升压后向远处输电，发电机的输出功率为200kW，输电线的总电阻为4Ω，在用户端用降压变压器 $T_{2}$ 把电压降为220V，要求在输电线上损失的功率控制在10kW，则 $T_{1}$ 、 $T_{2}$ 的原副线圈匝数比 $\frac{n_{1}}{n_{2}}$ 和 $\frac{n_{3}}{n_{4}}$ 分别为多少？

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18. 如图所示，上方的平行金属导轨 $M M^{'}$ 与 $N N^{'}$ 间距为 $L_{1} = 1 m$ ，下方的金属导轨由圆弧导轨 $F D$ 、 $F^{'} D^{'}$ 与水平导轨 $D C P P^{'}$ 、 $D^{'} C^{'} Q Q^{'}$ 平滑连接而成，上方导轨和下方导轨没有连接在一起，圆弧导轨 $F D$ 与 $F^{'} D^{'}$ 的圆心角为 $60 °$ 、半径为 $r = 0.9 m$ ， $D C$ 与 $D^{^{'}} C^{^{'}}$ 的间距 $L_{1} = 1 m$ ， $P P^{'}$ 与 $Q Q^{'}$ 的间距 $L_{2} = 0.5 m$ ， $M^{'} N^{'}$ 与 $F F^{'}$ 的高度差为 $h_{1} = 0.6 m$ 。导轨 $M M^{'}$ 、 $N N^{'}$ 左端接有 $R = 3 Ω$ 的电阻，导轨 $M M^{'}$ 与 $N N^{'}$ 间的圆弧区域内没有磁场，平直部分存在宽度为 $d$ 、磁感应强度 $B_{1} = 2 T$ 方向竖直向上的匀强磁场；圆弧导轨 $F D$ 与 $F^{'} D^{'}$ 的区域内没有磁场，平直部分 $D D^{'}$ 右侧存在磁感应强度 $B_{2} = 4 T$ 方向竖直向上的匀强磁场（图中没有画出），导体棒a质量为 $m_{1} = 0.2 k g$ ，棒a接在电路中的电阻 $R_{1} = 2 Ω$ ；导体棒b质量为 $m_{2} = 0.2 k g$ ，棒b接在电路中的电阻 $R_{2} = 1 Ω$ 。导体棒a从距离导轨 $M M^{'}$ 、 $N N^{'}$ 平直部分 $h = 1.25 m$ 处静止释放，恰好沿圆弧轨道 $F D$ 与 $F^{'} D^{'}$ 的上端切线方向落在圆弧轨道上端，接着沿圆弧轨道下滑；导体棒b最初静止在水平导轨 $P P^{'}$ 与 $Q Q^{'}$ 上。重力加速度： $g = 10 m / s^{2}$ ，不计导轨电阻、一切摩擦及空气阻力。求：

(1)、导体棒a刚进入磁场 $B_{1}$ 时电阻R的电流大小和方向；

(2)、 $d$ 的大小；

(3)、导体棒b从静止开始到匀速运动的过程中，导体棒b上产生的焦耳热。（导轨 $D C$ 与 $D^{^{'}} C^{^{'}}$ 、 $P P^{'}$ 与 $Q Q^{'}$ 均足够长，导体棒a只在导轨 $D C$ 与 $D^{^{'}} C^{^{'}}$ 上运动）

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