浙江省金华市十校2022-2023学年高二上学期期末物理试题
一、选择题I（本题共10小题，每小题3分，共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1． 下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦预言并通过实验捕捉到了电磁波，证实了自己提出的麦克斯韦的电磁场理论
B．奥斯特发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加深入
C．法拉第发明了最早的发电机——圆盘发电机
D．牛顿通过对黑体辐射的研究首次提出能量子的概念
2． 下列装置中是利用电磁感应原理工作的是（ ）
A． 电动机
B． 话筒
C． 电磁继电器
D． 扬声器
3． 美国物理学家密立根（R. A. Millikan）于20世纪初进行了多次实验，比较准确的测定了电子的电荷量，其实验原理可以简化为如下模型：两个相距为d的平行金属板A、B水平放置，两板接有可调电源。从A板上的小孔进入两板间的油滴因摩擦而带有一定的电荷量，将两板间的电势差调节到时，带电油滴恰好悬浮在两板间，然后撤去电场，油滴开始下落，由于空气阻力，下落的油滴很快达到匀速下落状态，通过显微镜观测这个速度的大小为，已知空气阻力与速度的平方成正比，比例系数为，重力加速度为。则计算油滴带电荷量的表达式为（ ）
A． B． C． D．
4． 为营造更为公平公正的高考环境，“反作弊”工具金属探测仪被各考点广为使用。某兴趣小组设计了一款金属探测仪，如图所示，探测仪内部的线圈与电容器构成振荡电路，当探测仪检测到金属物体时，探测仪线圈的自感系数发生变化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。已知某时刻，电流的方向由流向，且电流强度正在增强，则（ ）
A．该时刻电容器下极板带正电荷
B．在电流强度增强过程中，线圈的自感电动势在减小
C．若探测仪靠近金属探测时其线圈的自感系数增大，则振荡电流的频率升高
D．若探测仪靠近金属探测，并保持相对静止时，金属中不会产生感应电流
5． 如图所示是一对不等量异种点电荷的电场线分布，图中、两点关于两电荷连线对称。由图可知（ ）
A．左侧电荷为负电荷，右侧电荷为正电荷
B．点电势比点电势低
C．点和点电场强度相同
D．若将一负电荷从点移动到点，该负电荷电势能增加
6． 某兴趣小组制做了一个可以测量电流的仪器，其主要原理如图所示。固定在水平面上的两平行光滑金属导轨，间距，一金属棒垂直放在两金属导轨上。轨道置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小。棒中点的两侧分别固定劲度系数的相同轻弹簧。闭合开关前，两弹簧为原长，端的指针对准刻度尺的“0”处；闭合开关后，金属棒移动，最后静止时指针对准刻度尺右侧“”处。弹簧始终处于弹性限度内，下列判断正确的是（ ）
A．电源端为正极
B．闭合开关稳定后，金属棒静止，电路中电流为
C．闭合开关稳定后，金属棒静止，电路中电流为
D．闭合开关后，将滑动变阻器滑片向右移动，金属棒静止时，指针将停在刻度尺“”的右侧
7．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，、、是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（ ）
A．开关闭合瞬间，灯立即亮，、灯逐渐亮
B．开关闭合瞬间，、灯一样亮
C．开关断开，灯立即熄灭，、灯逐渐熄灭
D．开关S断开瞬间，流过灯的电流方向与断开前相反
8． 为了安全，在家庭电路中一般都会在电能表后面的电路中安装一个漏电保护器，其内部结构如图所示。原线圈是由进户线的火线和零线并在一起双线绕成的，当副线圈、两端没有电压时，脱扣开关能始终保持接通；当副线圈、两端一旦有电压时，脱扣开关立即断开，切断电路以起保护作用。下列说法正确的是（ ）
A．用户正常用电时，通过原线圈的磁通量与电路中的电流大小有关
B．用户正常用电时，副线圈、之间有电流通过
C．若此装置用于直流电路，则不能起到保护作用
D．若人站在进户线处地面上，手误触用电器的火线而触电时，副线圈、两端电压不为零
9．张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1：n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，t=0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后，输出电压为U，电流为I，忽略发电机线圈电阻。下列说法正确的是（ ）
A．t=0时刻，发电机线圈产生的感应电动势最大
B．发电机产生瞬时电动势
C．变压器原、副线圈的匝数比为
D．发电机线圈中的电流为
10． 下表是某共享电动汽车的主要参数，根据信息，下列说法正确的是（ ）
空车质量
电池能量
标准承载
最大续航（充满电最大行驶路程）
所受阻力与汽车总重比值（忽略空气阻力） 0.09
A．工作时，电动汽车的电动机是将机械能转化成电池的化学能
B．电池充满电时的电荷量为
C．标准承载下，电动汽车以的速度匀速行驶所用电能为
D．若标准承载下汽车以速度匀速行驶，汽车电动机输出功率不小于
二、选择题II（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
11． 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是（ ）
A．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
B．变化的电场可能激发出变化的磁场，空间将可能产生电磁波
C．人体接收适量的紫外线照射，能促进钙吸收，但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤
D．射线穿透力很强，可用于探测金属构件内部的缺陷
12． 如图所示的电路中，E为电源，为定值电阻，为光敏电阻（其电阻随光照强度增大而减小），、为滑动变阻器，C为平行板电容器。当开关S闭合时，电容器两极板间有―带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是（ ）
A．只逐渐增大照在上的光照强度，电阻消耗的电功率变大，带电微粒向上运动
B．只将的滑动端向上端移动时，电源消耗的功率变大，带电微粒向上运动
C．只将的滑动端向下端移动时，带电微粒向下运动
D．断开开关S，带电微粒将向下运动
13． 磁流体发电机又叫等离子体发电机，如图所示，燃烧室在的高温下将气体全部电离为电子和正离子，即高温等离子体。高温等离子体经喷管提速后以的速度进入矩形发电通道。发电通道有垂直于喷射速度方向的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为。等离子体发生偏转，在两极间形成电势差。已知发电通道长，宽，高，等离子体的电阻率，外接电阻不为零，电流表视为理想电表，闭合开关，则以下判断中正确的是（ ）
A．电阻两端的电压为
B．发电通道的上极板为电源正极
C．当外接电阻的阻值为时，发电机输出功率最大
D．增加磁感应强度B，电流表读数也会相应增大
14． 如图甲所示，发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具，它在飞行时能够发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化：如图乙所示，半径为导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心的金属轴以角速度逆时针匀速转动（俯视）。圆环上接有三根电阻均为金属辐条、、，辐条互成角。在圆环左半部分张角也为角的范围内（两条虚线之间）分布着方向垂直圆环平面向下磁感应强度大小为的匀强磁场，在转轴与圆环的边缘之间通过电刷、与一个LED灯（二极管）相连。假设LED灯电阻也为，圆环电阻不计，从辐条进入磁场开始计时，下列说法中正确的是（ ）
A．金属辐条在磁场中旋转产生的是正弦式交变电流
B．辐条进入磁场中，点电势小于点电势
C．辐条在磁场中转动的过程中，、两端电压为
D．辐条在磁场中转动的过程中，通过辐条的电流为
三、实验题（本题共3小题，15题6分，16题6分，17题8分，共20分）
15． 在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲所示连接电路，电源电动势为，内阻可以忽略。单刀双掷开关先跟1相接，一段时间电路稳定后把开关再改接2，实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况，以开关改接2为计时起点得到的图像如图乙所示。
（1）开关改接2后，电容器进行的是 （选填“充电”或“放电”）过程。如果不改变电路其他参数，只减小电阻的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将 （选填“减小”或“不变”或“增大”）；
（2）该电容器的电容约为 μF。（结果保留两位有效数字）
16．（1）某同学在“研究电磁感应现象”实验中，实物电路连接如图1。
①上述电路中有一个元件接错了回路，该元件的名称是 。
②在实验过程中，除了需要查清流入电流表的电流方向与指针偏转方向之间的关系外，还应查清线圈 （选填“A”或“B”或“A和B”）中导线的绕制方向。
③正确连接电路后，如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关后，将线圈A迅速插入线圈B中，灵敏电流计的指针将 （选填“向左”或“向右”或“不”）偏转。线圈A插入线圈B后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将 （选填“向左”或“向右”或“不”）偏转。
（2）在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图2所示。
实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间（原线圈800匝），用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间（副线圈400匝）的电压为，则原线圈的输入电压可能为____。（填字母）
A． B． C．
17．（2022·陈仓模拟）小阳同学想自己设计的实验来测量某种金属丝的电阻率。首先他将一卷长为128m的金属丝的两端固定在两个接线柱间，他选用的器材有多用电表、电流表（内阻为1Ω）、电压表（内阻约为3000Ω）、开关、滑动变阻器、螺旋测微器、导线和学生电源等。
（1）他先使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下四个步骤：
①调整“机械零点调节旋纽”使指针指到零刻度；
②将红、黑表笔分别插入多用电表的“”“”插孔，选择电阻挡“ × 1”；
③然后将两表笔 ；调整“欧姆调零旋钮”进行欧姆调零；
④把红、黑表笔分别与金属丝的两端（已刮去绝缘漆）相接，多用电表的示数如图甲所示，该金属丝的电阻为 Ω。
（2）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径为 mm。
（3）为了更准确地测量金属丝Rx的电阻，并获得较大的电压调节范围，以下四个电路中最合理的是____。
A． B．
C． D．
（4）按小阳同学选择的电路测量，某次得到电流表示数为0.20A，电压表示数为2.76V，可计算出金属丝的电阻率约为 Ω·m。（结果保留两位有效数字）
四、计算题（本题共3小题，18题9分，19题11分，20题14分，共34分）
18． 某科研团队设计了一款用于收集工业生产中产生的某种固体微粒的装置，其原理简图如图所示。固体微粒通过带电室时带上正电且电量相等，微粒从A点无初速地进入加速区域，经点进入静电分析器，沿圆弧运动，再经点沿轴正方向进入偏转匀强电场区域，最终打在竖直轴上的点。建立如图所示坐标系，带电室、加速区域在第三象限，静电分析器在第四象限，偏转电场区域布满第一象限。已知带电固体微粒的比荷为，加速区域板间电压为，圆弧上各点的场强大小相同且为，方向都指向圆弧的圆心点，偏转电场大小，方向沿轴负方向，不计微粒重力、空气阻力及微粒间的作用力，求
（1）带电固体微粒离开加速区域时的速度大小；
（2）圆弧的半径；
（3）点的纵坐标。
19． 如图所示，两平行金属导轨、固定在倾角的斜面上，相距为，导轨间存在方向垂直于导轨平面向下的磁场，整个磁场由个宽度皆为的条形匀强磁场区域1、2……组成，从上到下依次排列磁感应强度的大小分别为、、……，两导轨左端间接人电阻，一质量为的金属棒垂直于、放在导轨上，与导轨的接触点为、且接触良好，金属棒间的电阻为，不计导轨的电阻。已知金属棒与导轨的动摩擦因数为。
（1）对金属棒施加沿斜面向下的力，使其从图示位置开始运动并穿过个磁场区域，求金属棒穿过磁场区域1的过程中通过电阻的电量；
（2）对金属棒施加一个沿斜面向下的恒力，让它从距离磁场区域1左边界上方的位置由静止开始运动，求刚进入磁场区域1时两端的电势差；
（3）对金属棒施加沿斜面向下的拉力，让它从距离磁场区域1左边界上方的位置由静止开始匀加速直线运动，当金属棒进入磁场区域1时开始做匀速运动，此后在不同的磁场区域施加不同的拉力，使金属棒保持做匀速运动穿过整个磁场区域，求金属棒在穿过整个磁场区域过程中回路产生的电热。
20． 某种离子收集装置的简化模型如图所示，x轴下方半径为R的圆形区域内存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小B1=B，圆心所在位置坐标为（0，-R）。在x轴下方有一线性离子源，沿x轴正方向发射出N个（大量）速率均为v0的同种离子，这些离子均匀分布在离x轴距离为0.2R~1.8R的范围内。在x轴的上方，存在方向垂直纸面向里的有界匀强磁场，该磁场上边界与x轴平行，磁感应强度大小B2=2B。在x轴整个正半轴上放有一厚度不计的收集板，离子打在收集板上即刻被吸收。已知离子源中指向圆心O1方向射入磁场B1的离子，恰好从O点沿y轴射出。整个装置处于真空中，不计离子重力，不考虑离子间的碰撞和相互作用。
（1）求该种离子的电性和比荷；
（2）若x轴上方的磁场宽度d足够大，发射的离子全部能被收集板收集，求这些离子在x轴上方磁场中运动最长和最短时间差 t，以及离子能打到收集板上的区域长度L；
（3）若x轴上方的有界磁场宽度d可改变（只改变磁场上边界位置，下边界仍沿x轴），请写出收集板表面收集到的离子数n与宽度d的关系。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】电磁感应的发现及产生感应电流的条件；电磁场与电磁波的产生；通电导线及通电线圈周围的磁场；黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A、麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹发现了电磁波，证实了麦克斯韦电磁理论，A错误；
B、奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，B错误；
C、法拉第发明了第一台发电机——圆盘发电机，C正确；
D、普朗克通过对黑体辐射的研究首次提出能量子的概念，D错误；
故答案为：C
【分析】正确认识电磁波、电流的磁效应、电磁感应现象、发电机、能量量子化等重大发现的过程和意义，以此正确判断。
2．【答案】B
【知识点】安培力；电磁感应的发现及产生感应电流的条件；通电导线及通电线圈周围的磁场
【解析】【解答】A、电动机应用通电导线在磁场中受到安培力的作用，A错误；
B、话筒利用膜片带动线圈在磁场中运动，引起线圈中磁通量的变化产生感应电动势，应用了电磁感应原理，B正确；
C、电磁继电器应用电流的磁效应，C错误；
D、扬声器应用通电线圈在磁场中受到安培力的作用，D错误；
故答案为：B
【分析】A、应用了通电导线受到的安培力使线框转动；
B、应用了电磁感应原理；
C、应用了电流的磁效应；
D、应用了变化的电流的线框在磁场受到的安培力发生变化而引起纸盆的振动。
3．【答案】B
【知识点】带电粒子在重力场和电场复合场中的运动
【解析】【解答】由题意可知，油滴恰好悬浮：；
撤去电场时，油滴在重力和空气阻力作用下做加速度减小的加速运动，
加速度减为零时匀速下落，；
联立解得：，ACD错误，B正确；
故答案为：B
【分析】油滴悬浮受到的重力和电场力平衡，撤去电场，油滴在重力和空气阻力作用下做加速度减小的加速运动，最终匀速下降，依据牛顿运动定律列方程求解。
4．【答案】B
【知识点】LC振荡电路分析
【解析】【解答】A、电流的方向由流向，且电流强度正在增强，说明电容器在放电，此时电容器上极板带正电荷，A错误；
B、电流的方向由流向，且电流强度正在增强，电场能减小，磁场能增大，线圈自感电动势在减小，B正确；
C、探测仪靠近金属，使得线圈相当于增加了铁芯，线圈自感系数增大，由可知振荡电流频率减小，C错误；
D、电流强度正在增加，电流磁场在增强，即便相对静止，金属中任然有磁通量的变化，会产生感应电流，D错误；
故答案为：B
【分析】由电流由b到a且电流在增强，由LC电路工作原理可知，电容器在放电，由电流方向可确定电容器正负极板，由电流在增强说明电场能减小，磁场能增大，线圈自感电动势减小，由电磁振荡的频率公式确定自感系数增大频率升高，由于保持相对静止不会引起磁通量的变化，就不会发生电磁感应现象。
5．【答案】D
【知识点】电场强度；电场线；电势能与电场力做功的关系；电势
【解析】【解答】A、根据电场线出发于正电荷，终止与负电荷或者无穷远处，故左侧为正电荷，右侧为负电荷，A错误；
B、沿着电场线的方向电势逐渐降低，，B错误；
C、电场线该点的切线方向是电场强度的方向，PQ两点的场强方向不同，电场强度不同，C错误；
D、由，又因为，故电场力做负功电势能增大，D正确；
故答案为：D
【分析】由电场线方向确定电荷电性和电势的高低、由电场线疏密确定电场强度大小、由电场力做功的正负确定电势能的变化。
6．【答案】B
【知识点】胡克定律；共点力的平衡；安培力的计算
【解析】【解答】A、闭合开关S，金属棒向右移动，PQ受到向右的安培力，由左手定则可知，电流由P到Q，故M端为电源正极，A错误；
BC、金属棒PQ在右侧2cm处处于平衡状态，受力分析可得：，解得：，B正确，C错误；
D、滑动变阻器向右移动，接入线路电阻增大，回路电流减小，PQ所受安培力减小，应静止与刻度尺2cm左侧，D错误；
故答案为：B
【分析】由安培力的方向根据左手定则确定电流方向，由弹力和安培力作用下金属棒的平衡状态求解电流大小，滑动变阻器的移动改变回路中的电流，由闭合电路欧姆定律判断电流的变化，由平衡力确定金属棒的位置。
7．【答案】C
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】AB、闭合S开关瞬间，电感线圈L电流通过，产生自感电动势阻碍电流通过，故c、b灯立即变亮，a灯慢慢变亮，AB错误；
CD、断开S开关瞬间，电感线圈L中电流减小，产生自感电动势阻碍电流减小，并与a、b灯构成闭合回路，故c灯立即熄灭，a、b灯慢慢熄灭，a灯电流方向不变，b灯电流方向相反，C正确，D错误；
故答案为：C
【分析】根据通断电自感现象，通电瞬间自感线圈上电流增大，产生自感电动势阻碍电流通过，断开开关时，自感线圈中电流减小，产生自感电动势阻碍电流减小。
8．【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】AB、原线圈P为双线绕制，正常工作时，导线中电流大小相等，方向相反，原线圈P中导线形成的磁场大小相等方向相反，相互抵消磁通量为零，ab线圈中磁通量也为零，故原线圈中磁通量大小与电流大小无关，副线圈ab端无感应电动势，AB错误；
C、此装置用于直流电路，只要发生触电，就会使零火线中电流大小不同，原线圈P中有磁通量的变化，使ab端有感应电动势，脱扣开关断开起到保护作用，C错误；
D、人站在进户线处地面上，手误触用电器火线触电，使得P线圈中零火线中电流大小不同，产生磁通量的变化，副线圈ab端有感应电动势，D正确；
故答案为：D
【分析】正确理解认识双线绕制产生的磁场和漏电发生改变了双线中电流的大小，从而产生磁通量的变化，副线圈中产生感应电动势，起到漏电保护作用的原理。
9．【答案】C
【知识点】交变电流的产生及规律；变压器原理；交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A、t=0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率为零，是中性面，线圈中感应电动势为零，A错误；
B、零时刻从中性面开始，线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为：又因为：，解得：，B错误；
C、因为：，根据理想变压器电压关系：，C正确；
D、发电机线圈中的电流，根据理想变压器电流关系：，可得：，D错误；
故答案为：C
【分析】t=0时刻为中性面，感应电动势为零，由中性面开始交流电为正弦交流电，根据交流电瞬时值表达式写出瞬时电动势，根据变压器电压、电流与匝数关系求解。
10．【答案】D
【知识点】电功率和电功；功率及其计算
【解析】【解答】A、电动车工作时，是电动机把电池中的电能转化为机械能，A错误；
B、根据表格参数，无法计算电池充满电时的电荷量，而，是电池充满电时的能量，B错误；
C、72km/h匀速行驶：，若电能全部转化为机械能，则10min所消耗电能：
，C错误；
D、120km/h匀速行驶：，D正确；
故答案为：D
【分析】明确电动汽车的工作原理，利用表格中的数据，应用匀速直线运动规律，计算电动车在标准承载各个速度下的机械功率，和消耗的电能。
11．【答案】B,C,D
【知识点】电磁场与电磁波的产生；电磁波谱
【解析】【解答】A、利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也可以通过电缆、光缆传输，A错误；
B、周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场 ，二者相互激发，形成电磁波，B正确；
C、人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤，C正确；
D、γ射线有很强的穿透能力，可用于探测金属内部的缺陷，D正确；
故答案为：BCD
【分析】AB、根据电磁波的传播特点和电磁波形成确定；CD、由紫外线和γ射线的特点确定。
12．【答案】A,D
【知识点】含容电路分析
【解析】【解答】A、只增大上的光照强度，其阻值减小，回路总电阻减小，总电流增大，上电流增大，消耗功率增大，上电压增大，电容器电压增大，电场力大于重力，带电微粒向上运动，A正确；
B、 只将的滑动端向上端移动时，处于断路，其变化不影响闭合电路总电阻，电源功率不变，微粒处于平衡状态，B错误；
C、只将的滑动端向下端移动时，不影响闭合回路总电阻，但电容器电压增大，电场力大于重力，微粒向上运动，C错误；
D、断开开关S，电容器与构成闭合回路放电，电压减小，电场力小于重力，微粒向下运动，D正确；
故答案为：AD
【分析】首先正确识别电路为的串联电路，其次根据电阻的变化判断回路中电流的变化，确定电容器电压的变化，根据二力平衡确定粒子的运动状态；与电容器串联其变化不影响回路电阻的变化，从而不影响电容器电压的变化；开关断开电容器放电，其电压减小电场力减小，微粒重力大于电场力。
13．【答案】B,D
【知识点】磁流体发电机
【解析】【解答】A、根据磁流体发电机原理，等离子体在洛伦兹力作用下发生偏转分别打在上下极板，随电荷量的增大，两板电压增大，两极板间电场强度增大，等离子体最终受力平衡：，可得：U=Bdv=6×0.3×1000=1800v，由闭合电路欧姆定律可知，电阻R上的电压应小于1800v，A错误；
B、根据左手定则可知，带正电的粒子受到向上的洛伦兹力向上偏转，上极板带正电，B正确；
C、发电机内阻由电阻定律可得：，当R=r时，发电机的输出功率最大，C错误；
D、由U=Bdv可知，增大磁感应强度B，电源电压增大，回路电流增大，D正确；
故答案为：BD
【分析】根据磁流体发电机原理电场力等于洛伦兹力，得出其电动势公式，利用左手定则判断正负粒子的受力方向从而确定极板正负极；根据电阻定律求解发电机内阻，由闭合电路电源最大输出功率的条件R＝r确定；由磁流体发电机电动势公式确定。
14．【答案】B,C
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】A、根据题意可知三根金属条以此进入120°的磁场中切割磁感线运动产生大小方向不变的直流电，A错误；
B、根据右手定则，OP进入磁场切割磁感线运动时产生P-O的感应电流，在电源内部，电流由负极流向正极，P点电势低于O点电势，B正确；
CD、由法拉第电磁感应定律可得：，由串并联电路特点可知，外电路为OQ、OR和LED灯构成并联电路，外电路总电阻：，根据闭合电路欧姆定律可知：，
则OP端的电压：，C正确；D错误；
故答案为：BC
【分析】根据法拉第电磁感应定律求解旋转切割的电动势、右手定则判断感应电流方向、闭合电路欧姆定律求解回路电流和路端电压。
15．【答案】（1）放电；不变
（2）（）
【知识点】观察电容器的充、放电现象
【解析】【解答】（1）开关S先跟1相接，电容器处于充电状态，等电路稳定后电容器两端电压为电源电动势E，充电结束，开关S接2时电容器开始进入放电状态；
电容器总电荷量，由可得：，根据电流定义式：可得：，联立可得：，
由I-t图像可知，曲线与坐标轴所围面积代表放电释放的电容器所带电荷量，减小电阻R，曲线与坐标轴所围面积不变。
（2）估算曲线与坐标轴所围面积数格子数计算对应电容器电荷量为：，
由：。
【分析】结合电路图明确电容器的充放电过程，由电流定义式明确曲线与坐标轴所围面积的物理意义，应用电容定义式结合题目分析求解。
16．【答案】（1）开关（电键）；A和B；向右；向右
（2）C
【知识点】研究电磁感应现象
【解析】【解答】（1） ① 电路中的开关接错了回路，应把开关接在含电源的回路中；
② 在实验中还需要查清楚线圈A和B中导线绕制方向，因为需要安培定则判断磁场方向，根据磁场的变化由楞次定律判断感应电流方向；
③ 闭合开关时线圈中的电流增大，磁场增强，电流表向右偏；将线圈A迅速插入线圈B中磁场增强，电流表指针将向右偏转；将滑动变阻器滑片迅速向右移，接入线路电阻减小，回路电流增大，线圈中磁场增强，电流表指针向右偏转。
（2）根据理想变压器电压与匝数关系：可得：，由于闭合电路中线圈的电阻，则原线圈输入电压大于6.0V，AB错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据电路中开关要控制回路的通断，应接在有电源的电路中；结合楞次定律明确电流表指针偏转的原因，以此分析解答；结合理想变压器电压与线圈匝数的关系，考虑线圈电阻分析输入端电压。
17．【答案】（1）短接；13
（2）0.600
（3）B
（4）
【知识点】导体电阻率的测量
【解析】【解答】（1）③欧姆调零时，需要将两表笔短接；
④选择的档位为 × 1，所以欧姆表读数为
（2）螺旋测微器读数为
（3）为获得较大的电压调节范围，滑动变阻器采用分压式接法，由于电流表内阻已知为1Ω电流表应采用内接法有URx = UV - IRA
则可消除系统误差。
故答案为：B。
（4）根据欧姆定律得
结合电阻定律
又代入数据联立解得
【分析】（1）欧姆调零时，需要将两表笔短接，此时表盘示数应为0。电阻大小等于表盘示数乘以档位。
（2）螺旋测微器读数要估读到千分之一毫米，螺旋测微器也称为千分尺。
（3）为获得较大的电压调节范围，滑动变阻器采用分压式接法，由于电流表内阻已知，采用内接法。（4）根据欧姆定律结合电阻定律代入数据求解，代入数据时，D为导线直径。面积单位化成平方米。
18．【答案】（1）解：从A到的加速过程
则
解得
（2）解：从到的过程，固体颗粒受到的径向电场力提供向心力
解得
（3）解：在到过程固体颗粒做类平抛运动，则，，
解得
【知识点】带电粒子在电场中的加速；带电粒子在电场中的偏转
【解析】【分析】（1）在加速电场中电场力做正功，由动能定理解得离开加速电场的速度；
（2）在B-C的匀速圆周运动过程，电场力提供向心力，由牛顿第二定律解得圆周运动半径大小；
（3）在C-G过程做类平抛运动，分解为水平匀加速，竖直匀速直线运动，求解G的纵坐标。
19．【答案】（1）解：根据电磁感应定律可知，
则导体棒穿过磁场区域1的过程中通过电阻的电量：
（2）解：由于，就是金属棒所受的合外力，由动能定理可知
解得
根据电磁感应定律可知
则导体棒两端的电压（注意负）
（3）解：设进入磁场区域1时的拉力为，速度为，则有
进入磁场后做匀速运动则
其中，
解得，
由于匀速，则第个磁场区域的安培力大小为
则整个过程的电热
解得
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的磁变类问题；电磁感应中的动力学问题
【解析】【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求解感应电流，由电流定义式求解电荷量；
（2） 由于 ，金属棒受到的摩擦力与重力沿斜面的下滑力合力为零，只受沿斜面拉力，对金属棒由动能定理求解进入磁场的速度，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求解金属棒两端的电压；
（3）先分析在作用下刚进入磁场匀速运动，由动能定理、闭合电路欧姆定律，结合安培力公式求解拉力和速度V；
进一步由匀速运动解得在第n个磁场区域安培力的大小，根据功能原理拉力所做的功全部转化为电热，求解电热Q。
20．【答案】（1）解：已知沿圆心O1射入的离子，恰好从O点沿y轴射出，则可知离子在B1中向上偏转，根据左手定则，可知离子带负电，根据该离子运动轨迹，画出半径，如图所示
粒子运动的轨迹半径为，
解得
（2）解：离子经过圆心磁场区域均能到达O点，到达O点时，速度方向与y轴夹角为θ，如图所示
根据几何关系
可知
且左右对称；
在B2中，有，
可得
在磁场中所花时间最少的粒子轨迹为如图所示的劣弧，其轨迹对应的圆心角为
在磁场中所花时间最长的粒子为如图所示的优弧，其轨迹对应的圆心角为
根据周期
所以
离子打到收集板上的区域长度L，取决于离子打到收集板上的最近距离和最远距离，其中，最远距离为沿y轴正方向射出的离子，如上图所示
最近距离为速度方向与y轴正方向夹角为53°射入的离子，如上图所示
所以
（3）解：如图所示
①当所有离子均到达不了收集板时，此时磁场宽度为
即当时，；
②当离子方向在y轴右侧与y轴夹角度为θ时，有
对应离子在第三象限的带宽为
对应收集的离子数
当离子方向在y轴左侧与y轴夹角度为θ时，有
对应离子在第三象限的带宽为
对应收集的离子数
所以当时，；
③粒子能全部打到收集板时，，；
综上所述
，
，
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】（1）由沿圆心方向射入的粒子沿Y轴射出，根据沿径向射入圆形偏转磁场的规律，结合左手定则，可得粒子圆周运动半径和磁场半径的几何关系，解得粒子半径大小等于R，由圆周运动供需平衡求解粒子比荷；
（2）由 离子经过圆心磁场区域均能到达O点， 根据几何关系求解粒子进入磁场与Y轴的夹角，根据对称关系和磁场中粒子的半径确定收集板的位置，根据优弧和劣弧确定对应时间差，根据粒子打在收集板上的最近和最远距离求解收集板的长度；
（3）只改变X轴上方磁场的宽度d，粒子分别按可能打在收集板上的情况分别讨论得出收集板表面收集到的粒子数n与宽度d关系，得出结论。
浙江省金华市十校2022-2023学年高二上学期期末物理试题
一、选择题I（本题共10小题，每小题3分，共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1． 下列说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦预言并通过实验捕捉到了电磁波，证实了自己提出的麦克斯韦的电磁场理论
B．奥斯特发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加深入
C．法拉第发明了最早的发电机——圆盘发电机
D．牛顿通过对黑体辐射的研究首次提出能量子的概念
【答案】C
【知识点】电磁感应的发现及产生感应电流的条件；电磁场与电磁波的产生；通电导线及通电线圈周围的磁场；黑体、黑体辐射及其实验规律
【解析】【解答】A、麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹发现了电磁波，证实了麦克斯韦电磁理论，A错误；
B、奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，使人们对电与磁内在联系的认识更加深入，B错误；
C、法拉第发明了第一台发电机——圆盘发电机，C正确；
D、普朗克通过对黑体辐射的研究首次提出能量子的概念，D错误；
故答案为：C
【分析】正确认识电磁波、电流的磁效应、电磁感应现象、发电机、能量量子化等重大发现的过程和意义，以此正确判断。
2． 下列装置中是利用电磁感应原理工作的是（ ）
A． 电动机
B． 话筒
C． 电磁继电器
D． 扬声器
【答案】B
【知识点】安培力；电磁感应的发现及产生感应电流的条件；通电导线及通电线圈周围的磁场
【解析】【解答】A、电动机应用通电导线在磁场中受到安培力的作用，A错误；
B、话筒利用膜片带动线圈在磁场中运动，引起线圈中磁通量的变化产生感应电动势，应用了电磁感应原理，B正确；
C、电磁继电器应用电流的磁效应，C错误；
D、扬声器应用通电线圈在磁场中受到安培力的作用，D错误；
故答案为：B
【分析】A、应用了通电导线受到的安培力使线框转动；
B、应用了电磁感应原理；
C、应用了电流的磁效应；
D、应用了变化的电流的线框在磁场受到的安培力发生变化而引起纸盆的振动。
3． 美国物理学家密立根（R. A. Millikan）于20世纪初进行了多次实验，比较准确的测定了电子的电荷量，其实验原理可以简化为如下模型：两个相距为d的平行金属板A、B水平放置，两板接有可调电源。从A板上的小孔进入两板间的油滴因摩擦而带有一定的电荷量，将两板间的电势差调节到时，带电油滴恰好悬浮在两板间，然后撤去电场，油滴开始下落，由于空气阻力，下落的油滴很快达到匀速下落状态，通过显微镜观测这个速度的大小为，已知空气阻力与速度的平方成正比，比例系数为，重力加速度为。则计算油滴带电荷量的表达式为（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【知识点】带电粒子在重力场和电场复合场中的运动
【解析】【解答】由题意可知，油滴恰好悬浮：；
撤去电场时，油滴在重力和空气阻力作用下做加速度减小的加速运动，
加速度减为零时匀速下落，；
联立解得：，ACD错误，B正确；
故答案为：B
【分析】油滴悬浮受到的重力和电场力平衡，撤去电场，油滴在重力和空气阻力作用下做加速度减小的加速运动，最终匀速下降，依据牛顿运动定律列方程求解。
4． 为营造更为公平公正的高考环境，“反作弊”工具金属探测仪被各考点广为使用。某兴趣小组设计了一款金属探测仪，如图所示，探测仪内部的线圈与电容器构成振荡电路，当探测仪检测到金属物体时，探测仪线圈的自感系数发生变化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。已知某时刻，电流的方向由流向，且电流强度正在增强，则（ ）
A．该时刻电容器下极板带正电荷
B．在电流强度增强过程中，线圈的自感电动势在减小
C．若探测仪靠近金属探测时其线圈的自感系数增大，则振荡电流的频率升高
D．若探测仪靠近金属探测，并保持相对静止时，金属中不会产生感应电流
【答案】B
【知识点】LC振荡电路分析
【解析】【解答】A、电流的方向由流向，且电流强度正在增强，说明电容器在放电，此时电容器上极板带正电荷，A错误；
B、电流的方向由流向，且电流强度正在增强，电场能减小，磁场能增大，线圈自感电动势在减小，B正确；
C、探测仪靠近金属，使得线圈相当于增加了铁芯，线圈自感系数增大，由可知振荡电流频率减小，C错误；
D、电流强度正在增加，电流磁场在增强，即便相对静止，金属中任然有磁通量的变化，会产生感应电流，D错误；
故答案为：B
【分析】由电流由b到a且电流在增强，由LC电路工作原理可知，电容器在放电，由电流方向可确定电容器正负极板，由电流在增强说明电场能减小，磁场能增大，线圈自感电动势减小，由电磁振荡的频率公式确定自感系数增大频率升高，由于保持相对静止不会引起磁通量的变化，就不会发生电磁感应现象。
5． 如图所示是一对不等量异种点电荷的电场线分布，图中、两点关于两电荷连线对称。由图可知（ ）
A．左侧电荷为负电荷，右侧电荷为正电荷
B．点电势比点电势低
C．点和点电场强度相同
D．若将一负电荷从点移动到点，该负电荷电势能增加
【答案】D
【知识点】电场强度；电场线；电势能与电场力做功的关系；电势
【解析】【解答】A、根据电场线出发于正电荷，终止与负电荷或者无穷远处，故左侧为正电荷，右侧为负电荷，A错误；
B、沿着电场线的方向电势逐渐降低，，B错误；
C、电场线该点的切线方向是电场强度的方向，PQ两点的场强方向不同，电场强度不同，C错误；
D、由，又因为，故电场力做负功电势能增大，D正确；
故答案为：D
【分析】由电场线方向确定电荷电性和电势的高低、由电场线疏密确定电场强度大小、由电场力做功的正负确定电势能的变化。
6． 某兴趣小组制做了一个可以测量电流的仪器，其主要原理如图所示。固定在水平面上的两平行光滑金属导轨，间距，一金属棒垂直放在两金属导轨上。轨道置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小。棒中点的两侧分别固定劲度系数的相同轻弹簧。闭合开关前，两弹簧为原长，端的指针对准刻度尺的“0”处；闭合开关后，金属棒移动，最后静止时指针对准刻度尺右侧“”处。弹簧始终处于弹性限度内，下列判断正确的是（ ）
A．电源端为正极
B．闭合开关稳定后，金属棒静止，电路中电流为
C．闭合开关稳定后，金属棒静止，电路中电流为
D．闭合开关后，将滑动变阻器滑片向右移动，金属棒静止时，指针将停在刻度尺“”的右侧
【答案】B
【知识点】胡克定律；共点力的平衡；安培力的计算
【解析】【解答】A、闭合开关S，金属棒向右移动，PQ受到向右的安培力，由左手定则可知，电流由P到Q，故M端为电源正极，A错误；
BC、金属棒PQ在右侧2cm处处于平衡状态，受力分析可得：，解得：，B正确，C错误；
D、滑动变阻器向右移动，接入线路电阻增大，回路电流减小，PQ所受安培力减小，应静止与刻度尺2cm左侧，D错误；
故答案为：B
【分析】由安培力的方向根据左手定则确定电流方向，由弹力和安培力作用下金属棒的平衡状态求解电流大小，滑动变阻器的移动改变回路中的电流，由闭合电路欧姆定律判断电流的变化，由平衡力确定金属棒的位置。
7．如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，、、是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是（ ）
A．开关闭合瞬间，灯立即亮，、灯逐渐亮
B．开关闭合瞬间，、灯一样亮
C．开关断开，灯立即熄灭，、灯逐渐熄灭
D．开关S断开瞬间，流过灯的电流方向与断开前相反
【答案】C
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】AB、闭合S开关瞬间，电感线圈L电流通过，产生自感电动势阻碍电流通过，故c、b灯立即变亮，a灯慢慢变亮，AB错误；
CD、断开S开关瞬间，电感线圈L中电流减小，产生自感电动势阻碍电流减小，并与a、b灯构成闭合回路，故c灯立即熄灭，a、b灯慢慢熄灭，a灯电流方向不变，b灯电流方向相反，C正确，D错误；
故答案为：C
【分析】根据通断电自感现象，通电瞬间自感线圈上电流增大，产生自感电动势阻碍电流通过，断开开关时，自感线圈中电流减小，产生自感电动势阻碍电流减小。
8． 为了安全，在家庭电路中一般都会在电能表后面的电路中安装一个漏电保护器，其内部结构如图所示。原线圈是由进户线的火线和零线并在一起双线绕成的，当副线圈、两端没有电压时，脱扣开关能始终保持接通；当副线圈、两端一旦有电压时，脱扣开关立即断开，切断电路以起保护作用。下列说法正确的是（ ）
A．用户正常用电时，通过原线圈的磁通量与电路中的电流大小有关
B．用户正常用电时，副线圈、之间有电流通过
C．若此装置用于直流电路，则不能起到保护作用
D．若人站在进户线处地面上，手误触用电器的火线而触电时，副线圈、两端电压不为零
【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】AB、原线圈P为双线绕制，正常工作时，导线中电流大小相等，方向相反，原线圈P中导线形成的磁场大小相等方向相反，相互抵消磁通量为零，ab线圈中磁通量也为零，故原线圈中磁通量大小与电流大小无关，副线圈ab端无感应电动势，AB错误；
C、此装置用于直流电路，只要发生触电，就会使零火线中电流大小不同，原线圈P中有磁通量的变化，使ab端有感应电动势，脱扣开关断开起到保护作用，C错误；
D、人站在进户线处地面上，手误触用电器火线触电，使得P线圈中零火线中电流大小不同，产生磁通量的变化，副线圈ab端有感应电动势，D正确；
故答案为：D
【分析】正确理解认识双线绕制产生的磁场和漏电发生改变了双线中电流的大小，从而产生磁通量的变化，副线圈中产生感应电动势，起到漏电保护作用的原理。
9．张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1：n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，t=0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后，输出电压为U，电流为I，忽略发电机线圈电阻。下列说法正确的是（ ）
A．t=0时刻，发电机线圈产生的感应电动势最大
B．发电机产生瞬时电动势
C．变压器原、副线圈的匝数比为
D．发电机线圈中的电流为
【答案】C
【知识点】交变电流的产生及规律；变压器原理；交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A、t=0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率为零，是中性面，线圈中感应电动势为零，A错误；
B、零时刻从中性面开始，线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为：又因为：，解得：，B错误；
C、因为：，根据理想变压器电压关系：，C正确；
D、发电机线圈中的电流，根据理想变压器电流关系：，可得：，D错误；
故答案为：C
【分析】t=0时刻为中性面，感应电动势为零，由中性面开始交流电为正弦交流电，根据交流电瞬时值表达式写出瞬时电动势，根据变压器电压、电流与匝数关系求解。
10． 下表是某共享电动汽车的主要参数，根据信息，下列说法正确的是（ ）
空车质量
电池能量
标准承载
最大续航（充满电最大行驶路程）
所受阻力与汽车总重比值（忽略空气阻力） 0.09
A．工作时，电动汽车的电动机是将机械能转化成电池的化学能
B．电池充满电时的电荷量为
C．标准承载下，电动汽车以的速度匀速行驶所用电能为
D．若标准承载下汽车以速度匀速行驶，汽车电动机输出功率不小于
【答案】D
【知识点】电功率和电功；功率及其计算
【解析】【解答】A、电动车工作时，是电动机把电池中的电能转化为机械能，A错误；
B、根据表格参数，无法计算电池充满电时的电荷量，而，是电池充满电时的能量，B错误；
C、72km/h匀速行驶：，若电能全部转化为机械能，则10min所消耗电能：
，C错误；
D、120km/h匀速行驶：，D正确；
故答案为：D
【分析】明确电动汽车的工作原理，利用表格中的数据，应用匀速直线运动规律，计算电动车在标准承载各个速度下的机械功率，和消耗的电能。
二、选择题II（本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
11． 关于生活中遇到的各种波，下列说法正确的是（ ）
A．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输
B．变化的电场可能激发出变化的磁场，空间将可能产生电磁波
C．人体接收适量的紫外线照射，能促进钙吸收，但过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤
D．射线穿透力很强，可用于探测金属构件内部的缺陷
【答案】B,C,D
【知识点】电磁场与电磁波的产生；电磁波谱
【解析】【解答】A、利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也可以通过电缆、光缆传输，A错误；
B、周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场 ，二者相互激发，形成电磁波，B正确；
C、人体接受适量的紫外线照射，能促进钙的吸收，过强的紫外线会伤害眼睛和皮肤，C正确；
D、γ射线有很强的穿透能力，可用于探测金属内部的缺陷，D正确；
故答案为：BCD
【分析】AB、根据电磁波的传播特点和电磁波形成确定；CD、由紫外线和γ射线的特点确定。
12． 如图所示的电路中，E为电源，为定值电阻，为光敏电阻（其电阻随光照强度增大而减小），、为滑动变阻器，C为平行板电容器。当开关S闭合时，电容器两极板间有―带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是（ ）
A．只逐渐增大照在上的光照强度，电阻消耗的电功率变大，带电微粒向上运动
B．只将的滑动端向上端移动时，电源消耗的功率变大，带电微粒向上运动
C．只将的滑动端向下端移动时，带电微粒向下运动
D．断开开关S，带电微粒将向下运动
【答案】A,D
【知识点】含容电路分析
【解析】【解答】A、只增大上的光照强度，其阻值减小，回路总电阻减小，总电流增大，上电流增大，消耗功率增大，上电压增大，电容器电压增大，电场力大于重力，带电微粒向上运动，A正确；
B、 只将的滑动端向上端移动时，处于断路，其变化不影响闭合电路总电阻，电源功率不变，微粒处于平衡状态，B错误；
C、只将的滑动端向下端移动时，不影响闭合回路总电阻，但电容器电压增大，电场力大于重力，微粒向上运动，C错误；
D、断开开关S，电容器与构成闭合回路放电，电压减小，电场力小于重力，微粒向下运动，D正确；
故答案为：AD
【分析】首先正确识别电路为的串联电路，其次根据电阻的变化判断回路中电流的变化，确定电容器电压的变化，根据二力平衡确定粒子的运动状态；与电容器串联其变化不影响回路电阻的变化，从而不影响电容器电压的变化；开关断开电容器放电，其电压减小电场力减小，微粒重力大于电场力。
13． 磁流体发电机又叫等离子体发电机，如图所示，燃烧室在的高温下将气体全部电离为电子和正离子，即高温等离子体。高温等离子体经喷管提速后以的速度进入矩形发电通道。发电通道有垂直于喷射速度方向的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为。等离子体发生偏转，在两极间形成电势差。已知发电通道长，宽，高，等离子体的电阻率，外接电阻不为零，电流表视为理想电表，闭合开关，则以下判断中正确的是（ ）
A．电阻两端的电压为
B．发电通道的上极板为电源正极
C．当外接电阻的阻值为时，发电机输出功率最大
D．增加磁感应强度B，电流表读数也会相应增大
【答案】B,D
【知识点】磁流体发电机
【解析】【解答】A、根据磁流体发电机原理，等离子体在洛伦兹力作用下发生偏转分别打在上下极板，随电荷量的增大，两板电压增大，两极板间电场强度增大，等离子体最终受力平衡：，可得：U=Bdv=6×0.3×1000=1800v，由闭合电路欧姆定律可知，电阻R上的电压应小于1800v，A错误；
B、根据左手定则可知，带正电的粒子受到向上的洛伦兹力向上偏转，上极板带正电，B正确；
C、发电机内阻由电阻定律可得：，当R=r时，发电机的输出功率最大，C错误；
D、由U=Bdv可知，增大磁感应强度B，电源电压增大，回路电流增大，D正确；
故答案为：BD
【分析】根据磁流体发电机原理电场力等于洛伦兹力，得出其电动势公式，利用左手定则判断正负粒子的受力方向从而确定极板正负极；根据电阻定律求解发电机内阻，由闭合电路电源最大输出功率的条件R＝r确定；由磁流体发电机电动势公式确定。
14． 如图甲所示，发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具，它在飞行时能够发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化：如图乙所示，半径为导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心的金属轴以角速度逆时针匀速转动（俯视）。圆环上接有三根电阻均为金属辐条、、，辐条互成角。在圆环左半部分张角也为角的范围内（两条虚线之间）分布着方向垂直圆环平面向下磁感应强度大小为的匀强磁场，在转轴与圆环的边缘之间通过电刷、与一个LED灯（二极管）相连。假设LED灯电阻也为，圆环电阻不计，从辐条进入磁场开始计时，下列说法中正确的是（ ）
A．金属辐条在磁场中旋转产生的是正弦式交变电流
B．辐条进入磁场中，点电势小于点电势
C．辐条在磁场中转动的过程中，、两端电压为
D．辐条在磁场中转动的过程中，通过辐条的电流为
【答案】B,C
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势
【解析】【解答】A、根据题意可知三根金属条以此进入120°的磁场中切割磁感线运动产生大小方向不变的直流电，A错误；
B、根据右手定则，OP进入磁场切割磁感线运动时产生P-O的感应电流，在电源内部，电流由负极流向正极，P点电势低于O点电势，B正确；
CD、由法拉第电磁感应定律可得：，由串并联电路特点可知，外电路为OQ、OR和LED灯构成并联电路，外电路总电阻：，根据闭合电路欧姆定律可知：，
则OP端的电压：，C正确；D错误；
故答案为：BC
【分析】根据法拉第电磁感应定律求解旋转切割的电动势、右手定则判断感应电流方向、闭合电路欧姆定律求解回路电流和路端电压。
三、实验题（本题共3小题，15题6分，16题6分，17题8分，共20分）
15． 在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲所示连接电路，电源电动势为，内阻可以忽略。单刀双掷开关先跟1相接，一段时间电路稳定后把开关再改接2，实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况，以开关改接2为计时起点得到的图像如图乙所示。
（1）开关改接2后，电容器进行的是 （选填“充电”或“放电”）过程。如果不改变电路其他参数，只减小电阻的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将 （选填“减小”或“不变”或“增大”）；
（2）该电容器的电容约为 μF。（结果保留两位有效数字）
【答案】（1）放电；不变
（2）（）
【知识点】观察电容器的充、放电现象
【解析】【解答】（1）开关S先跟1相接，电容器处于充电状态，等电路稳定后电容器两端电压为电源电动势E，充电结束，开关S接2时电容器开始进入放电状态；
电容器总电荷量，由可得：，根据电流定义式：可得：，联立可得：，
由I-t图像可知，曲线与坐标轴所围面积代表放电释放的电容器所带电荷量，减小电阻R，曲线与坐标轴所围面积不变。
（2）估算曲线与坐标轴所围面积数格子数计算对应电容器电荷量为：，
由：。
【分析】结合电路图明确电容器的充放电过程，由电流定义式明确曲线与坐标轴所围面积的物理意义，应用电容定义式结合题目分析求解。
16．（1）某同学在“研究电磁感应现象”实验中，实物电路连接如图1。
①上述电路中有一个元件接错了回路，该元件的名称是 。
②在实验过程中，除了需要查清流入电流表的电流方向与指针偏转方向之间的关系外，还应查清线圈 （选填“A”或“B”或“A和B”）中导线的绕制方向。
③正确连接电路后，如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关后，将线圈A迅速插入线圈B中，灵敏电流计的指针将 （选填“向左”或“向右”或“不”）偏转。线圈A插入线圈B后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将 （选填“向左”或“向右”或“不”）偏转。
（2）在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图2所示。
实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间（原线圈800匝），用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间（副线圈400匝）的电压为，则原线圈的输入电压可能为____。（填字母）
A． B． C．
【答案】（1）开关（电键）；A和B；向右；向右
（2）C
【知识点】研究电磁感应现象
【解析】【解答】（1） ① 电路中的开关接错了回路，应把开关接在含电源的回路中；
② 在实验中还需要查清楚线圈A和B中导线绕制方向，因为需要安培定则判断磁场方向，根据磁场的变化由楞次定律判断感应电流方向；
③ 闭合开关时线圈中的电流增大，磁场增强，电流表向右偏；将线圈A迅速插入线圈B中磁场增强，电流表指针将向右偏转；将滑动变阻器滑片迅速向右移，接入线路电阻减小，回路电流增大，线圈中磁场增强，电流表指针向右偏转。
（2）根据理想变压器电压与匝数关系：可得：，由于闭合电路中线圈的电阻，则原线圈输入电压大于6.0V，AB错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据电路中开关要控制回路的通断，应接在有电源的电路中；结合楞次定律明确电流表指针偏转的原因，以此分析解答；结合理想变压器电压与线圈匝数的关系，考虑线圈电阻分析输入端电压。
17．（2022·陈仓模拟）小阳同学想自己设计的实验来测量某种金属丝的电阻率。首先他将一卷长为128m的金属丝的两端固定在两个接线柱间，他选用的器材有多用电表、电流表（内阻为1Ω）、电压表（内阻约为3000Ω）、开关、滑动变阻器、螺旋测微器、导线和学生电源等。
（1）他先使用多用电表粗测金属丝的电阻，操作过程分以下四个步骤：
①调整“机械零点调节旋纽”使指针指到零刻度；
②将红、黑表笔分别插入多用电表的“”“”插孔，选择电阻挡“ × 1”；
③然后将两表笔 ；调整“欧姆调零旋钮”进行欧姆调零；
④把红、黑表笔分别与金属丝的两端（已刮去绝缘漆）相接，多用电表的示数如图甲所示，该金属丝的电阻为 Ω。
（2）用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙所示，则金属丝的直径为 mm。
（3）为了更准确地测量金属丝Rx的电阻，并获得较大的电压调节范围，以下四个电路中最合理的是____。
A． B．
C． D．
（4）按小阳同学选择的电路测量，某次得到电流表示数为0.20A，电压表示数为2.76V，可计算出金属丝的电阻率约为 Ω·m。（结果保留两位有效数字）
【答案】（1）短接；13
（2）0.600
（3）B
（4）
【知识点】导体电阻率的测量
【解析】【解答】（1）③欧姆调零时，需要将两表笔短接；
④选择的档位为 × 1，所以欧姆表读数为
（2）螺旋测微器读数为
（3）为获得较大的电压调节范围，滑动变阻器采用分压式接法，由于电流表内阻已知为1Ω电流表应采用内接法有URx = UV - IRA
则可消除系统误差。
故答案为：B。
（4）根据欧姆定律得
结合电阻定律
又代入数据联立解得
【分析】（1）欧姆调零时，需要将两表笔短接，此时表盘示数应为0。电阻大小等于表盘示数乘以档位。
（2）螺旋测微器读数要估读到千分之一毫米，螺旋测微器也称为千分尺。
（3）为获得较大的电压调节范围，滑动变阻器采用分压式接法，由于电流表内阻已知，采用内接法。（4）根据欧姆定律结合电阻定律代入数据求解，代入数据时，D为导线直径。面积单位化成平方米。
四、计算题（本题共3小题，18题9分，19题11分，20题14分，共34分）
18． 某科研团队设计了一款用于收集工业生产中产生的某种固体微粒的装置，其原理简图如图所示。固体微粒通过带电室时带上正电且电量相等，微粒从A点无初速地进入加速区域，经点进入静电分析器，沿圆弧运动，再经点沿轴正方向进入偏转匀强电场区域，最终打在竖直轴上的点。建立如图所示坐标系，带电室、加速区域在第三象限，静电分析器在第四象限，偏转电场区域布满第一象限。已知带电固体微粒的比荷为，加速区域板间电压为，圆弧上各点的场强大小相同且为，方向都指向圆弧的圆心点，偏转电场大小，方向沿轴负方向，不计微粒重力、空气阻力及微粒间的作用力，求
（1）带电固体微粒离开加速区域时的速度大小；
（2）圆弧的半径；
（3）点的纵坐标。
【答案】（1）解：从A到的加速过程
则
解得
（2）解：从到的过程，固体颗粒受到的径向电场力提供向心力
解得
（3）解：在到过程固体颗粒做类平抛运动，则，，
解得
【知识点】带电粒子在电场中的加速；带电粒子在电场中的偏转
【解析】【分析】（1）在加速电场中电场力做正功，由动能定理解得离开加速电场的速度；
（2）在B-C的匀速圆周运动过程，电场力提供向心力，由牛顿第二定律解得圆周运动半径大小；
（3）在C-G过程做类平抛运动，分解为水平匀加速，竖直匀速直线运动，求解G的纵坐标。
19． 如图所示，两平行金属导轨、固定在倾角的斜面上，相距为，导轨间存在方向垂直于导轨平面向下的磁场，整个磁场由个宽度皆为的条形匀强磁场区域1、2……组成，从上到下依次排列磁感应强度的大小分别为、、……，两导轨左端间接人电阻，一质量为的金属棒垂直于、放在导轨上，与导轨的接触点为、且接触良好，金属棒间的电阻为，不计导轨的电阻。已知金属棒与导轨的动摩擦因数为。
（1）对金属棒施加沿斜面向下的力，使其从图示位置开始运动并穿过个磁场区域，求金属棒穿过磁场区域1的过程中通过电阻的电量；
（2）对金属棒施加一个沿斜面向下的恒力，让它从距离磁场区域1左边界上方的位置由静止开始运动，求刚进入磁场区域1时两端的电势差；
（3）对金属棒施加沿斜面向下的拉力，让它从距离磁场区域1左边界上方的位置由静止开始匀加速直线运动，当金属棒进入磁场区域1时开始做匀速运动，此后在不同的磁场区域施加不同的拉力，使金属棒保持做匀速运动穿过整个磁场区域，求金属棒在穿过整个磁场区域过程中回路产生的电热。
【答案】（1）解：根据电磁感应定律可知，
则导体棒穿过磁场区域1的过程中通过电阻的电量：
（2）解：由于，就是金属棒所受的合外力，由动能定理可知
解得
根据电磁感应定律可知
则导体棒两端的电压（注意负）
（3）解：设进入磁场区域1时的拉力为，速度为，则有
进入磁场后做匀速运动则
其中，
解得，
由于匀速，则第个磁场区域的安培力大小为
则整个过程的电热
解得
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的磁变类问题；电磁感应中的动力学问题
【解析】【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求解感应电流，由电流定义式求解电荷量；
（2） 由于 ，金属棒受到的摩擦力与重力沿斜面的下滑力合力为零，只受沿斜面拉力，对金属棒由动能定理求解进入磁场的速度，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求解金属棒两端的电压；
（3）先分析在作用下刚进入磁场匀速运动，由动能定理、闭合电路欧姆定律，结合安培力公式求解拉力和速度V；
进一步由匀速运动解得在第n个磁场区域安培力的大小，根据功能原理拉力所做的功全部转化为电热，求解电热Q。
20． 某种离子收集装置的简化模型如图所示，x轴下方半径为R的圆形区域内存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小B1=B，圆心所在位置坐标为（0，-R）。在x轴下方有一线性离子源，沿x轴正方向发射出N个（大量）速率均为v0的同种离子，这些离子均匀分布在离x轴距离为0.2R~1.8R的范围内。在x轴的上方，存在方向垂直纸面向里的有界匀强磁场，该磁场上边界与x轴平行，磁感应强度大小B2=2B。在x轴整个正半轴上放有一厚度不计的收集板，离子打在收集板上即刻被吸收。已知离子源中指向圆心O1方向射入磁场B1的离子，恰好从O点沿y轴射出。整个装置处于真空中，不计离子重力，不考虑离子间的碰撞和相互作用。
（1）求该种离子的电性和比荷；
（2）若x轴上方的磁场宽度d足够大，发射的离子全部能被收集板收集，求这些离子在x轴上方磁场中运动最长和最短时间差 t，以及离子能打到收集板上的区域长度L；
（3）若x轴上方的有界磁场宽度d可改变（只改变磁场上边界位置，下边界仍沿x轴），请写出收集板表面收集到的离子数n与宽度d的关系。
【答案】（1）解：已知沿圆心O1射入的离子，恰好从O点沿y轴射出，则可知离子在B1中向上偏转，根据左手定则，可知离子带负电，根据该离子运动轨迹，画出半径，如图所示
粒子运动的轨迹半径为，
解得
（2）解：离子经过圆心磁场区域均能到达O点，到达O点时，速度方向与y轴夹角为θ，如图所示
根据几何关系
可知
且左右对称；
在B2中，有，
可得
在磁场中所花时间最少的粒子轨迹为如图所示的劣弧，其轨迹对应的圆心角为
在磁场中所花时间最长的粒子为如图所示的优弧，其轨迹对应的圆心角为
根据周期
所以
离子打到收集板上的区域长度L，取决于离子打到收集板上的最近距离和最远距离，其中，最远距离为沿y轴正方向射出的离子，如上图所示
最近距离为速度方向与y轴正方向夹角为53°射入的离子，如上图所示
所以
（3）解：如图所示
①当所有离子均到达不了收集板时，此时磁场宽度为
即当时，；
②当离子方向在y轴右侧与y轴夹角度为θ时，有
对应离子在第三象限的带宽为
对应收集的离子数
当离子方向在y轴左侧与y轴夹角度为θ时，有
对应离子在第三象限的带宽为
对应收集的离子数
所以当时，；
③粒子能全部打到收集板时，，；
综上所述
，
，
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】（1）由沿圆心方向射入的粒子沿Y轴射出，根据沿径向射入圆形偏转磁场的规律，结合左手定则，可得粒子圆周运动半径和磁场半径的几何关系，解得粒子半径大小等于R，由圆周运动供需平衡求解粒子比荷；
（2）由 离子经过圆心磁场区域均能到达O点， 根据几何关系求解粒子进入磁场与Y轴的夹角，根据对称关系和磁场中粒子的半径确定收集板的位置，根据优弧和劣弧确定对应时间差，根据粒子打在收集板上的最近和最远距离求解收集板的长度；
（3）只改变X轴上方磁场的宽度d，粒子分别按可能打在收集板上的情况分别讨论得出收集板表面收集到的粒子数n与宽度d关系，得出结论。
