2022-2023学年重庆市璧山区重点中学高二（下）第一次月考物理试卷
一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）
1. 关于涡流，下列说法中错误是( )
A. 真空冶炼炉是利用涡流来熔化金属的装置
B. 家用电磁炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
C. 阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动
D. 变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠成能减小涡流
2. 如图所示，水平桌面上静置一个圆形金属线圈，在其圆心的正上方固定一个柱形磁体。现通过加热的方式使柱形磁体磁性减弱，圆形金属线圈始终静止。下列说法正确的是( )
A. 金属线圈有缩小的趋势
B. 金属线圈对水平桌面的压力减小
C. 金属线圈中感应电流产生的磁场方向向下
D. 从上往下看，金属线圈中感应电流沿顺时针方向
3. 如图所示，下列说法正确的是( )
A. 如图甲是回旋加速器的示意图。要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压
B. 如图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出极板是发电机的负极
C. 如图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D. 如图丁是质谱仪的原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越小
4. 如图所示，、是两个完全相同的灯泡，是一个自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，则( )
A. 闭合瞬间，灯立即亮，灯缓慢亮
B. 电路接通稳定后，、灯亮度相同
C. 电路接通稳定后，断开，灯闪亮，随后逐渐熄灭
D. 电路接通稳定后，断开瞬间，点的电势高于点
5. 如图所示是一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为( )
A. B. C. D.
6. 如图所示，固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、板间距为的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是( )
A. 棒产生的电动势为 B. 电容器所带的电荷量为
C. 微粒的电荷量与质量之比为 D. 电阻消耗的电功率为
7. 如图所示，半径为圆心为的圆形区域内有方向垂直于纸面向外的匀强磁场图中未画出。两个质量、电荷量都相同的带正电粒子，以不同的速率从点先后沿直径和弦方向射入磁场区域，和的夹角为，已知沿方向射入的粒子刚好从点射出，沿方向射入的粒子刚好从点正下方射出，不计粒子重力。则( )
A. 沿方向射入的粒子在磁场中运动轨迹半径为
B. 沿方向射入的粒子在磁场中运动轨迹半径为
C. 沿方向射入的粒子与沿方向射入的粒子在磁场中运动的时间之比为：
D. 沿方向射入的粒子与沿方向射入的粒子在磁场中运动的速率的比值为
二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）
8. 年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素的研究荣获了诺贝尔化学奖。若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是( )
A. 该束带电粒子带正电
B. 速度选择器的极板带正电
C. 能通过狭缝的带电粒子的速率等于
D. 在磁场中运动半径越大的粒子，比荷越大
9. 如图甲所示，矩形导线框固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在的平面垂直，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，规定垂直纸面向里为磁场的正方向，逆时针方向为感应电流的正方向，水平向右为边所受安培力的正方向。下图正确的是( )
A. B.
C. D.
10. 如图，和是电阻不计的平行金属导轨，其间距为，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接，右端接一个阻值为的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为、方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。质量为、长为、电阻为的金属棒从高为处由静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为，金属棒与导轨间接触良好。则金属棒穿过磁场区域的过程中( )
A. 流过定值电阻的电流方向为
B. 金属棒两端电势差的最大值为
C. 电阻产生的焦耳热为
D. 在此过程中通过上的电荷量
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
11. 为了探究电磁感应现象，如图所示为“探究产生感应电流的条件的实验装置”。下列操作中，电流表的指针不会发生偏转的是______
A.将条形磁铁插入线圈
B.将条形磁铁从线圈中拔出
C.将条形磁铁放在线圈中不动
D.将条形磁铁从图示位置向左移动
某实验小组将电池、线圈、线圈、滑动变阻器、灵敏电流计、开关按照如图所示的方式连接。当闭合开关时发现灵敏电流计的指针右偏。由此可知：
当滑动变阻器的滑片向右移动时，灵敏电流计的指针______填“左偏”、“不动”、“右偏”；
将线圈拔出时，灵敏电流计的指针______填“左偏”、“不动”、“右偏”，此时线圈与线圈中电流的绕行方向______填“相同”或“相反”。
12. 乐山某学校兴趣小组的同学在学习了磁场的知识后设计了一个利用天平测定磁感应强度的实验方案。天平的左臂下面挂一个矩形线圈，宽为，共匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。实验步骤如下：
未通电流时，在天平右盘内放入质量为的砝码，使天平平衡；
当给线圈通以顺时针方向流动大小为的电流如图所示时，需在天平右盘更换质量为的砝码后，天平才能重新平衡。
若，此时矩形线圈的底边所受的安培力方向为______ 选填“竖直向上”或“竖直向下”，磁场方向垂直于纸面______ 选填“向里”或“向外”。
若，用所测量的物理量和重力加速度表示磁感应强度的大小为 ______ 。
四、简答题（本大题共1小题，共3.0分）
13. 如图所示，一个面积为，匝数匝的圆形线圈，在匀强磁场中绕通过圆心且垂直于磁场方向的轴匀速转动，转动角速度，匀强磁场的磁感应强度，线圈的总电阻。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环、集流环焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接。已知时刻线圈平面与磁场方向平行，电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
写出感应电动势随时间变化的表达式；
从时刻线圈转过，通过电阻的电荷量为多大？
线圈转动过程中电阻的电功率为多大？
五、计算题（本大题共2小题，共20.0分）
14. 如图所示，水平光滑导轨足够长，导轨间距为，导轨间分布有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度为，导轨左端接有阻值为的电阻，电阻两端接一理想电压表。一金属棒垂直放在导轨上，其在轨间部分的电阻也为现用一物块通过跨过定滑轮的轻绳从静止开始水平牵引金属棒，开始时，物块距地面的高度为，物块落地前的一小段时间内电压表的示数稳定为已知物块与金属棒的质量相等，不计导轨电阻和滑轮质量与摩擦，导轨始终与金属棒垂直且紧密接触。求：
金属棒的最大速度；
物块的质量；
棒从静止开始到物块刚要落地的过程中，电阻上产生的热量。
15. 如图所示，在的区域存在匀强电场，场强沿轴负方向；在区域存在匀强磁场，磁感应强度，磁场方向垂直平面向外。一电荷量为C、质量为的带正电粒子，从轴上处的点以速率沿轴正方向射入电场，紧接着从点射入磁场不计粒子重力。求：
点到坐标原点点的距离；
该粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径的大小；
粒子从开始计时直到第四次经过轴所用的时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、用来冶炼合金钢的真空冶炼炉，炉外有线圈，线圈中通入反复变化的电流，炉内的金属中产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化，所以A正确；
B、家用电磁炉锅体通的是交流电，交流电产生的是变化的磁场，不是恒定的磁场，故B错误；
C、阻尼摆的铝盘以一定相对速度旋转掠过磁场时在铝盘内会产生感应电动势从而产生感应电流，因铝盘有电阻电流做功，消耗机械能，因此产生阻碍铝盘旋转的阻尼作用，故C正确；
D、用绝缘的硅钢片做铁芯，是为了减小涡流，减小能量损失，故D正确。
本题选错误的，
故选：。
线圈中的电流做周期性的变化，在附近的导体中产生感应电流，该感应电流看起来像水中的漩涡，所以叫做涡流。涡流会在导体中产生大量的热量。
掌握涡流的原理及应用与防止：真空冶炼炉，硅钢片铁心，金属探测器，电磁灶等。注意电磁炉是利用电流的热效应和磁效应的完美结合体，它的锅具必须含磁性材料，最常见的是不锈钢锅。
2.【答案】
【解析】解：、提高温度，该磁体的磁性减弱，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈产生的感应电流方向的阻碍磁通量的减小，感应电流产生的磁场方向与原磁场的方向相同，为方向向上；同时线圈面积有扩大的趋势，线圈有靠近磁体的趋势，则金属线圈对水平桌面的压力减小，故AC错误，B正确；
D、向上穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈产生的感应电流方向从上往下看为逆时针方向，故D错误。
故选：。
当导致线圈的磁通量变化，从而产生感应电流，感应电流的磁场总是阻碍线圈的磁通量的变化，根据楞次定律判断感应电流的方向。
可从阻碍磁通量变化的角度去分析：增反减同，当磁通量增大时，则线圈产生的感应电流方向的阻碍磁通量的增大。
3.【答案】
【解析】解：、根据公式，有，故最大动能，与加速电压无关，故A错误；
B、由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，板是电源的负极，板是电源的正极，故B错误；
C、电场的方向与的方向垂直，带电粒子进入复合场，受电场力和安培力，且二力是平衡力，即，所以，故C正确；
D、由，知越小，荷质比越大，故D错误；
故选：。
粒子想利用回旋加速器获得更大的动能，需要增大盒子半径，磁流体发电机就是利用带电粒子受洛伦兹力原理，速度选择器是因为达到某一速度的粒子受力平衡做匀速直线运动，质谱仪应采取分段分析的方法，即粒子加速阶段，速度选择阶段，在磁场中运动阶段，一般用来分析同位素。
解答此题的关键是明白各种仪器的工作原理以及用途，然后根据所学知识对号入座即可。
4.【答案】
【解析】解：闭合的瞬间，通过的电流等于零，、灯都瞬间变亮，故A错误；
B.电路接通稳定后，相当于导线，灯被短路，灯熄灭，灯两端电压变大，灯变得更亮，所以、灯亮度不相同，故B错误；
C.电路接通稳定后，相当于导线，灯熄灭，断开的瞬间，线圈相当于一个临时电源，令灯闪亮一下后逐渐熄灭，故C正确；
D.电路接通稳定时，通过的电流方向向左，断开的瞬间，相当于电源阻碍电流减小，产生向左的电流，是电源的正极，是电源的负极，点的电势低于点，故D错误。
故选：。
根据线圈对电流的阻碍作用，结合电路结构分析出灯泡亮度的变化；
根据电流的方向得出两点的电势高低。
本题主要考查了自感现象的相关应用。理解线圈对电流阻碍作用的变化趋势，结合电路构造即可完成解答。
5.【答案】
【解析】解：设交流电电流的有效值为，周期为，电阻为，则有：
代入数据解得：
故ABD错误，C正确；
故选：。
根据有效值的定义求解。取一个周期时间，将交流与直流分别通过相同的电阻，若产生的热量相同，直流的电流值，即为此交流的有效值。
求交流电的有效值，往往根据电流的热效应，由有效值的定义求解。中等难度。
6.【答案】
【解析】解：、金属棒绕轴转动切割，切割的有效长度为，棒产生的感应电动势：，故A错误；
B、金属棒的电阻不计，可知电容器两端的电压等于电源的电动势，即，则电容器所带的电荷量：，故B错误；
C、有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态，有：，而电场强度，则微粒的电荷量与质量之比：，故C正确；
D、电阻消耗的功率：，故D错误。
故选：。
根据转动切割产生的感应电动势公式求出金属棒产生的感应电动势；抓住电容器两端的电压等于电动势，结合求出电容器所带的电荷量；根据带电微粒在电容器间处于静止，即电场力和重力平衡，结合电势差求出电场强度，从而得出微粒的电荷量和质量比值；根据求出电阻消耗的电功率。
解决本题的关键掌握转动切割产生的感应电动势公式，注意切割的有效长度，知道在该电路中，金属棒电阻不计，外电压等于电动势。
7.【答案】
【解析】解：、沿方向射入的粒子在磁场中运动方向偏转，其轨迹所对的圆心角为，如图中蓝色轨迹所示，由几何关系知其轨迹半径，故A错误；
B、沿方向射入磁场区域的粒子在磁场中运动轨迹如图中红色轨迹所示，则其轨迹半径为，在点入射速度方向与轨迹弦的夹角，则该粒子的轨迹所对圆心角为，在中由正弦定理得：
解得：，故B错误；
C、根据，，可得周期：，两粒子的质量和电荷量相同，则在磁场中的运动周期相同。沿方向与沿方向射入的粒子的轨迹圆心角分别为、，由，可知两粒子在磁场中运动的时间与轨迹圆心角成正比，则沿方向射入的粒子与沿方向射入的粒子在磁场中运动的时间之比为：，故C正确；
D、根据，可得：，可知两粒子在磁场中运动的速率与轨迹半径成正比，因，故沿方向射入的粒子与沿方向射入的粒子在磁场中运动的速率的比值为，故D错误。
故选：。
作出两粒子的运动轨迹图，由几何关系求得轨迹圆心角和运动半径；根据洛伦兹力提供向心力求得速度与运动半径的关系，利用运动周期结合圆心角判断运动时间的关系。
本题考查了带电粒子在匀强磁场中运动问题。对于带电粒子在匀强磁场只受了洛伦兹力而做匀速圆周运动，依据题意作出粒子运动轨迹图是解题的前提，根据几何关系求得运动半径和轨迹圆心角是解题关键。
8.【答案】
【解析】解：根据粒子在匀强磁场中做圆周运动的轨迹，结合左手定则可以判断粒子带正电，故A正确；
B.在速度选择器中，粒子做匀速直线运动，合力为，粒子带正电，则洛伦兹力向上，电场力必向下，即上板带正电，故B正确；
C.带电粒子在复合场中做直线运动，电场力与洛伦兹力平衡，则，故C错误；
D.进入磁场中的粒子速度大小是一定的，根据洛伦兹力提供向心力可得：，解得：，所以在磁场中运动半径越大，比荷越小，故D错误。
故选：。
根据带电粒子在磁场中的偏转方向确定带电粒子的电性，在速度选择器中电场力和洛伦兹力平衡，由此确定极板的带电情况；在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力，求出粒子的轨道半径，看与什么因素有关．
解决本题的关键会根据左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道在速度选择器中，电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡．
9.【答案】
【解析】解：、线圈中的感应电流决定于磁感应强度随的变化率。由题图可知，时间内，增大，增大，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反感应电流产生的磁场的磁感应强度的方向向外，由右手定则知感应电流是逆时针的，是正值，因磁场均匀变化，所以产生的感应电流恒定，同理可判断出内感应电流的方向，故A正确，B错误；
、时间内，边感应电流是向下的，边所受的安培力，根据左手定则得安培力方向向右为正值，由于随时间均匀增大，不变，所以安培力随时间均匀增大，同理可判断出 时间内安培力随时间的变化关系，故C错误D正确。
故选：。
由图可知磁感应强度的变化，则可知线圈中磁通量的变化，由法拉第电磁感应定律可知感应电动势变化情况，由楞次定律可得感应电流的方向，根据左手定则可以找出安培力方向，结合可得出正确的图象
本题考查了判断图象与图象是否正确，分析清楚图象、应用楞次定律、法拉第电磁感应定律、安培力公式即可正确解题。
10.【答案】
【解析】解：、根据右手定则可知，流过定值电阻的电流方向为，故A正确；
B、下滑过程有：
感应电动势为：
此时金属棒两端电压最大：
联立解得：，故B错误；
D、感应电动势的平均值：，感应电流的平均值：，解得：，故D正确；
C、电路总的焦耳热为：
电阻产生的焦耳热为：
联立解得：，故C错误。
故选：。
根据右手定则判定流过定值电阻的电流方向；
金属棒在弯曲轨道下滑时，只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律或动能定理可以求出金属棒到达水平面时的速度，由求出感应电动势，然后求出感应电流；
由可以求出感应电荷量；
克服安培力做功转化为焦耳热，由动能定理或能量守恒定律可以求出克服安培力做功。
本题关键要熟练推导出感应电荷量的表达式由，这是一个经验公式，经常用到，要在理解的基础上记住。
11.【答案】 右偏 左偏 相同
【解析】
【分析】
解决此类问题的关键是知道产生感应电流的条件；本题难度不大，是一道基础题，知道感应电流产生的条件、影响感应电流方向的因素即可正确解题。
产生感应电流的条件是闭合回路中的磁通量发生改变；
根据磁通量的变化，通过楞次定律判断感应电流的方向，从而确定电流计指针的偏转方向。
【解答】
解：、将条形磁铁插入线圈，线圈中的磁场增强，磁通量变大，产生感应电流，电流表的指针会发生偏转，故A正确。
B、将条形磁铁从线圈中拔出，线圈中的磁场减弱，磁通量减小，产生感应电流，电流表的指针会发生偏转，故B正确。
C、将条形磁铁放在线圈中不动，线圈中的磁场强度不变，磁通量不变，不产生感应电流，电流表的指针不会发生偏转，故C错误。
D、将条形磁铁从图示位置向左移动，线圈中的磁场减小，磁通量减小，产生感应电流，电流表的指针会发生偏转，故D正确。
本题选择错误的，故选：。
在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，知磁通量增加时，电流计指针向右偏转，闭合开关后，原线圈迅速插入副线圈，磁通量增加，则电流计指针向右偏转。
当滑动变阻器的滑片向右移动时，电流增大，则磁通量增大，所以电流计的指针向右偏转；
将线圈拔出时，磁通量减小，则灵敏电流计指针向左偏转，依据楞次定律，因磁通量减小，此时线圈与线圈中电流的绕行方向相同。
故答案为：；右偏；左偏，相同。
12.【答案】竖直向上 向外
【解析】解：，说明天平左侧受到的拉力小于矩形线圈的重力，因此矩形线圈的底边所受的安培力方向为竖直向上，根据左手定则可知磁场方向为垂直纸面向外；
对矩形线圈，根据力的平衡可得
整理解得
故答案为：竖直向上，向外；。
天平平衡后，当电流反向大小不变时，安培力方向反向，则右边相当于多了或少了两倍的安培力大小；再根据受力求出的大小。
解决本题的关键掌握安培力方向的判定，以及会利用力的平衡去求解问题。
13.【答案】解：线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值
感应电动势随时间变化的表达式
通过电阻的电荷量为
代入数据解得
通过电阻的电流有效值
线圈转动过程中电阻的发热功率
答：写出感应电动势随时间变化的表达式为；
从时刻线圈转过，通过电阻的电荷量为；
线圈转动过程中电阻的电功率为。
【解析】当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值，根据即可求解；求出感应电动势有最大值，即可求出感应电动势随时间变化的表达式；
根据计算通过电阻的电荷量；
求出流过电阻的电流，根据即可求出功率。
本题主要考查了交变电流最大值、有效值的理解和应用的能力，对于交流电表的测量值、计算交流电功率、电功等都用到有效值。
14.【答案】解：电压表的示数稳定时，金属棒匀速运动，速度达到最大，此时金属棒产生的感应电动势
根据得
金属棒匀速运动时电路中感应电流
对金属棒，根据平衡条件有
又，
联立得
根据能量守恒定律得
。
电阻上产生的热量
解得
答：
金属棒的最大速度是；
物块的质量是；
棒从静止开始到物块刚要落地的过程中，电阻上产生的热量是。
【解析】电压表的示数稳定时，金属棒匀速运动，速度达到最大，根据电路的结构求出金属棒产生的感应电动势，由求金属棒的最大速度；
根据金属棒匀速运动时受力平衡列式，即可求得物块的质量；
棒从静止开始到物块刚要落地的过程中，根据能量守恒定律求电阻上产生的热量。
对于电磁感应问题研究思路常常有两个角度：一条从力的角度，主要是根据安培力作用下的平衡问题、牛顿第二定律、动量定理等列方程求解；另一条是能量角度，分析电磁感应现象中的能量如何转化，根据能量守恒定律、焦耳定律等求解是关键。
15.【答案】解：根据题意，粒子在电场中做类平抛运动，由牛顿第二定律有：
由类平抛规律竖直方向有：，由题意
水平方向有：
联立解得：，
设粒子进入磁场时与轴的夹角为，则有：
可得：
进入磁场的速度大小为：
由牛顿第二定律有：
代入解得：
设带电粒子在磁场中运动周期为，则：
根据题意可知，粒子在磁场运动的时间为：
粒子在电场中运动的时间为：
粒子从开始计时直到第四次经过轴所用的时间为：
答：点到坐标原点点的距离为；
该粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径的大小为；
粒子从开始计时直到第四次经过轴所用的时间为。
【解析】粒子在电场中做类平抛运动，由牛顿第二定律及运动学公式即可求出水平位移和时间；
根据类平抛的末速度大小和方向，结合粒子在洛伦兹力提供向心力求轨道半径；
求出粒子在电场中从到的运动时间、粒子在磁场中做圆周运动的时间，按粒子周期循环特点得到粒子从开始运动直到第四次经过轴所用的时间。
本题主要考查了带电粒子在混合场中运动的问题，要求同学们能正确分析粒子的受力情况，再通过受力情况分析粒子的运动情况，熟练掌握圆周运动及平抛运动的基本公式，难度适中。
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