山东省2023-2024学年高二下学期3月联考
物理试题
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考场号、座位号、准考证号填写在答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
考试时间为90分钟，满分100分
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．某时刻，LC振荡电路的状态如图所示（电流流向电容器带正电的极板），则下列判断中正确的是（ ）
A．振荡电流在减小 B．线圈中的磁场在增强
C．电容器极板上的电荷量在减少 D．电场能在向磁场能转化
2．下列说法正确的是（ ）
A．红外线的光子能量比紫外线的大
B．真空中红外线的传播速度比紫外线的大
C．频率越高的振荡电路发射电磁波的本领越大
D．变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场
3．在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为，则（ ）
A．时，线圈平面垂直于磁感线 B．时，线圈中的电流改变方向
C．时，线圈中的感应电动势最大 D．一个周期内，线圈产生的热量为
4．高压输电可使输送中的电压损失大幅降低，当发电厂利用升压变压器将电压升高为U向远方某地区输电时，电压损失为。保持输电线电阻不变，若变小，则（ ）
A．输电线上损耗的电功率不变 B．输电线上损耗的电功率变大
C．若升压变压器的输入功率不变，则U变小 D．若U不变，则升压变压器的输入功率变小
5．图甲为手机及无线充电板，图乙为充电原理示意图。为方便研究，现将问题做如下简化：设受电线圈的匝数为n，面积为S，若在到时间内，磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈，其磁感应强度由均匀增加到。下列说法正确的是（ ）
A．c点的电势高于d点的电势
B．受电线圈中感应电流方向由d到c
C．c、d之间的电压为
D．若仅增大送电线圈中的电流，c、d之间的电压一定增大
6．如图所示，质量为m，通电电流为I的金属棒ab置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与宽为L的水平导轨平面夹角为，金属棒ab处于静止状态。下列说法正确的是（ ）
A．金属棒受到的安培力大小为
B．金属棒受到的支持力大小为
C．若只减小夹角，金属棒受到的摩擦力将减小
D．若只改变电流方向，金属棒对导轨的压力将减小
7．如图所示是圆盘发电机的示意图，铜盘安装在水平的铜轴上，它的盘面恰好与匀强磁场垂直，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度大小为B，回路的总电阻为R，从左往右看，铜盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。则（ ）
A．由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流
B．回路中感应电流大小不变，为
C．回路中感应电流方向不变，为
D．若变为原来的2倍，则回路中的热功率也变为原来的2倍
8．如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab、cd，与导轨一起构成闭合回路。两根导体棒的质量均为m，长度均为L，电阻均为R，其余部分的电阻不计。在整个导轨所在的平面内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。开始时，两导体棒均在导轨上静止不动，某时刻给导体棒ab一个水平向右的初速度，两根导体棒始终与导轨垂直且接触良好，则（ ）
A．导体棒ab刚获得速度时受到的安培力大小为
B．导体棒ab、cd速度会减为0
C．两根导体棒运动的整个过程中闭合回路产生的热量为
D．当导体棒ab的速度变为时，导体棒cd的加速度大小为
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9．下列说法正确的是（ ）
A．甲图中，真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈上会由于涡流产生大量热量，从而冶炼金属
B．乙图中，摇动手柄使蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快，这是电磁驱动现象
C．丙图中，浙江交通之声广播FM93发射的电磁波调制方式为调频
D．丁图中，磁电式电流表线圈的铝框骨架在指针偏转时起到了电磁阻尼的作用
10．如图所示，垂直纸面向外的正方形匀强磁场区域内，有一个位于纸面的、电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别沿两个方向以v、4v的速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的过程中（ ）
A．导体框ad边两端电势差之比为1：1 B．通过导体框截面的电荷量之比为1：1
C．导体框中产生的焦耳热之比为1：4 D．导体框中产生的感应电流方向相同
11．如图所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；P、Q间的加速电场；静电分析器；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片M。若静电分析器通道中心线半径为R，通道内的均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E。由粒子源发出质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，垂直电场强度方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿中心线做匀速圆周运动，而后由S点沿着既垂直于静电分析器的左边界，又垂直于磁场的方向射入磁场中，最终打到胶片上的某点。下列说法中正确的是（ ）
A．P、Q间的加速电压为
B．离子在磁场中运动的半径为
C．若质量为4m、电荷量为q的正离子由静止开始，经P、Q间电场加速后进入静电分析器，离子不能从S点射出
D．若一群离子经过上述过程打在胶片上同一点，则这些离子具有相同的比荷
12．如图所示，匀强磁场垂直于xOy平面向里，x轴和y轴是磁场的边界，P是y轴上与O距离为L的一点。质量为m、电荷量为q的质子从x轴上的M点以初速度垂直于x轴方向射入磁场，质子能够打到y轴上的P点，此时速度方向与y轴正方向成角；若质子在x轴上的入射点右移，当入射点在N点（N点没有画出）右侧时，在入射速度大小不变的前提下，无论怎样调整的方向，质子都不能打到P点。下列说法正确的是（ ）
A．质子在磁场中运动的半径为
B．匀强磁场的磁感应强度大小为
C．O、N之间距离为
D．从N点射入恰好打到P点的质子，射入速度与x轴正方向成角
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13．（6分）霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图，由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看成匀强磁场，测量原理如乙图所示，直导线通有垂直纸面向里的电流，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出并已经连接好电路。
（1）制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，霍尔元件________（选填“前表面”或“后表面”）电势高。
（2）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h。为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，根据乙图中所给的器材和电路，还必须测量的物理量有________________（写出具体的物理量名称及其符号），计算式________（用已知和所测量物理量字母表示）。
14．（8分）如图甲是“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验电路图。小明在某次实验中，当电压表示数时，在开关K断开与闭合时，电压表的示数分别为和，已知原副线圈匝数分别为匝和匝。实验过程操作规范正确。
（1）下列说法正确的是________。（多选）
A．该变压器为理想变压器
B．小于的可能原因是线圈存在电阻
C．的主要原因是变压器使用过程中有能量损耗
D．若以为原线圈、为副线圈，输入和输出电压分别为、，则有
（2）小明利用多用电表粗测副线圈的电阻，把选择开关旋到欧姆挡的“”位置，测量前先把两支表笔直接接触，调整欧姆调零旋钮，使指针指向表盘的________（选填“电流”或“电阻”）零刻度。测量时指针位置如图乙所示，则线圈电阻约为________。
（3）小明为了进一步精确测量副线圈的电阻，设计的部分电路如图丙所示，为了绘制尽可能完整的伏安特性图线，还需连接的导线是________（选填“ab”“be”或“ce”），开关闭合前，滑动变阻器滑片应置于________（选填“左”或“右”）端。测得线圈的多组电流、电压数据并得到如图丁所示的伏安特性图线。若将该线圈接在电压为4V的交流电源两端，则通过线圈的电流________（选填“>”“=”或“<”）0.18A。
15．（7分）在空间中足够大的范围内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，某时刻，置于其中的闭合矩形线圈abcd的ab边与磁场平行，bc边与磁场垂直，如图所示。线圈匝数为n、总电阻为R、边长、。线圈绕ad边以角速度逆时针（从上往下看）转动。求：
（1）转动至图示位置时，线圈中感应电流的大小和方向；
（2）由图示位置转过的时间内，线圈中平均感应电动势的大小；
（3）线圈产生的热功率。
16．（9分）如图所示，发电机发出的是正弦交流电，电压的瞬时值表达式为，用户端的电压，两条导线的总电阻。
（1）求用户得到的功率；
（2）求输电线上损失的功率；
（3）根据已有知识说明在远距离输电中，减少输电线路功率损失的两种方法。
17．（14分）如图所示，两条平行的光滑金属轨道MN、PQ与水平面成角固定，间距为d。P、M间接有阻值为R的电阻，质量为m的金属杆ab垂直放置在轨道上，其有效阻值为R。空间存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，现由静止释放金属杆ab。若轨道足够长且电阻不计，重力加速度为g。
（1）求ab运动的最大速度；
（2）求当ab具有最大速度时，ab消耗的电功率P；
（3）为使ab向下做初速度为零、加速度大小为a的匀加速直线运动、在ab中点施加一个平行于轨道且垂直于ab的力F，推导F随时间t变化的关系式。
18．（16分）利用偏转电场和偏转磁场都可以实现对含有带电离子和中性粒子的混合粒子束的剥离。混合粒子束中的带电离子包含动能为、，的三种正离子，所有离子电荷量均为q，质量均为m。如图甲所示，水平平行极板间距为d，极板间存在电压为U的偏转电场，混合粒子束平行于极板射入偏转电场后，带电离子被极板吞噬，中性粒子沿初速度方向运动。如图乙所示，竖直放置的吞噬板MN长度为2d，MN所在竖直线右边是偏转磁场，混合粒子束宽度为d，从紧贴M端射入偏转磁场，速度垂直于MN，经磁场偏转后，带电离子被吞噬板吞噬，中性粒子沿初速度方向运动。不计混合粒子的重力。
（1）动能为的离子是从初速度为零开始在电势差为的两点间加速获得动能，求；
（2）求离子在偏转电场中运动的最长时间t和偏转电场极板的最短长度L；
（3）求偏转磁场磁感应强度大小B的取值范围。
山东省2023-2024学年高二下学期3月联考
物理参考答案及评分意见
1．A 【解析】由于电流流向电容器带正电的极板，电容器在充电，极板所带电荷量增大，磁场能转化为电场能，则振荡电流在减小，线圈中的磁场在减弱，B、C、D错误，A正确。
2．C 【解析】红外线的光子频率比紫外线的小，则能量比紫外线的小，A错误；电磁波在真空中的传播速度都相等，所以真空中红外线的传播速度和紫外线相等，B错误；振荡电路的频率越高，向外发射电磁波的本领越大，C正确；均匀变化的电场会产生恒定的磁场，均匀变化的磁场会产生恒定的电场，D错误。
3．D 【解析】根据图像可知，在时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，A错误；图像的斜率为，即表示磁通量的变化率，在0.5~1.5s之间，“斜率方向”不变，表示感应电动势方向不变，则电流方向不变，B错误；由图像可得在时，通过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面，感应电动势为0，C错误；感应电动势的最大值，有效值，根据焦耳定律和欧姆定律可得一个周期产生的热量，D正确。
4．D 【解析】输电线上损耗的电功率，保持输电线电阻不变，若变小，则变小，A、B错误；设升压变压器的输入功率为P，电压损失可以表示为，保持输电线电阻不变，当变小，若输入功率不变，则U变大，若U不变，则输入功率变小，C错误，D正确。
5．C 【解析】根据楞次定律可知，受电线圈内部产生的感应电流方向俯视为顺时针，受电线圈中感应电流方向由c到d，所以c点的电势低于d点的电势，A、B错误；根据法拉第电磁感应定律可得c、d之间的电压，C正确；c、d之间的电压与送电线圈中的磁通量变化率成正比，若仅增大送电线圈中的电流，但电流的变化率不变，c、d之间的电压不变，D错误。
6．C 【解析】由题图可知，金属棒ab与磁感应强度方向垂直，则金属棒受到的安培力大小为，A错误；对金属棒受力分析，如图甲所示，根据平衡条件有，可得金属棒受到的支持力大小为，B错误；根据平衡条件有，则若只减小夹角，金属棒受到的摩擦力将减小，C正确；若只改变电流方向，则对金属棒受力分析，如图乙所示，根据平衡条件可得，金属棒受到的支持力，则金属棒对导轨的压力将增大，D错误。
7．B 【解析】将圆盘看成由无数条幅向分布的导体棒组成的，圆盘在外力作用下转动时，这些导体棒切割磁感线，从而产生感应电动势，出现感应电流，A错误；根据右手定则可知，电流从D点流出，经外电路流向C点，因此电流方向为从D到R再到C，即为，C错误；根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势，产生的感应电动势大小不变，感应电流大小不变，由闭合电路的欧姆定律可知，感应电流大小为，B正确；若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，回路中电流变为原来的2倍，根据可知，回路中的热功率变为原来的4倍，D错误。
8．D 【解析】导体棒ab刚获得速度时产生的感应电动势，感应电流，安培力，联立可得，A错误；运动过程中，两导体棒系统动量守恒，有，可得最终两棒速度，B错误；两导体棒运动的整个过程中产生的热量为机械能的损失，，C错误；由动量守恒可得，解得，导体棒ab产生的电动势，导体棒cd产生的电动势，两电动势反向，则总电动势，感应电流，安培力，则导体棒cd的加速度大小为，D正确。
9．CD 【解析】真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈产生交变磁场，被冶炼的金属中产生涡流，产生大量的热，从而冶炼金属，A错误；由电磁驱动原理，图乙中，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢，即同向异步，B错误；浙江交通之声广播FM93发射的电磁波调制方式为调频，C正确；磁电式电流表的指针偏转时，会带动铝框转动，铝框中会产生感应电流，从而受到安培力阻碍铝框的运动，起到电磁阻尼的作用，D正确。
10．BCD 【解析】设导体框的边长为L，以速度v向上匀速拉出磁场时，由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可得，导体框ad边两端电势差，以4v的速度向右匀速拉出磁场时，导体框ad边两端电势差，则，A错误；通过导体框截面的电荷量，由闭合电路欧姆定律可得，由法拉第电磁感应定律可得，，解得，可知q与速度无关，通过导体框截面的电荷量相同，B正确；以速度v匀速拉出磁场时，导体框中产生的焦耳热，，，解得，可知速度越大，焦耳热越多，则，C正确；两次运动中穿过导体框的磁通量均减小，根据楞次定律知，导体框中产生的感应电流方向相同，都是逆时针方向，D正确。
11．AD 【解析】离子在加速电场中加速，根据动能定理，有，电场中的偏转过程，电场力提供向心力，根据牛顿第二定律有．磁场中的偏转过程，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有，联立解得，，A正确，B错误；只要满足，所有粒子都可以在弧形电场区通过，C错误；因，故打到胶片上同一点的粒子的比荷一定相等，D正确。
12．BC 【解析】粒子运动轨迹如图，根据几何关系有，解得质子在磁场中运动的半径为2L，A错误；根据，解得，B正确；当入射点在N点（N点没有画出）右侧时，在入射速度大小不变的前提下，无论怎样调整的方向，质子都不能打到P点，说明PN连线为对应圆弧的直径，O、N之间距离，C正确；从N点射入恰好打到P点的质子，设射入速度与x轴正方向成角，根据几何关系可知，与互余，，不是，则射入速度与x轴正方向夹角不是，D错误。
13．（1）后表面（2分） （2）电压表示数U，电流表示数I（2分） （2分）
【解析】（1）磁场是直线电流产生的，根据安培定则，磁场方向向下；电流向左，根据左手定则，安培力向外，载流子是负电荷，故前表面带负电，后表面带正电，故后表面电势较高。
（2）设前后表面的厚度为d，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有，根据电流微观表达式，有，联立解得。因此还必须测量的物理量有电压表读数U，电流表读数I。
14．（1）BC（2分） （2）电阻（1分） 22（1分） （3）ab（1分）
左（1分）<（2分）
【解析】（1）由于，该变压器不是理想变压器，A错误；小于的可能原因是线圈存在电阻，B正确；的主要原因是变压器使用过程中有能量损耗，C正确；变压器使用过程中有能量损耗，若以为原线圈、为副线圈，输入和输出电压分别为、，则有，D错误。
（2）小明利用多用电表粗测副线圈的电阻，测量前先把两支表笔直接接触，调整欧姆调零旋钮，使指针指向表盘的电阻零刻度。测量时指针位置如图乙所示，则线圈电阻约为。
（3）为了绘制尽可能完整的伏安特性图线，电路采用分压法，所以还需连接的导线是ab，开关闭合前，滑动变阻器滑片应置于左端。若将该线圈接在电压为4V的交流电源两端，由于自感作用，则通过线圈的电流。
15．（1） abcda （2） （3）
【解析】（1）绕ad边转动至图示位置时，线圈中感应电动势（1分）
感应电流的大小为（1分）
方向为abcda（1分）
（2）由图示位置转过的时间内，线圈中平均感应电动势（2分）
（3）线圈的热功率（2分）
16．（1）2200W （2）100W （3）见解析
【解析】（1）发电机发出的正弦交流电的电压有效值
（1分）
输电线上损失的电压（1分）
输电线上的电流（1分）
用户得到的功率（1分）
（2）根据得（2分）
（3）根据，知输电线上损失的功率大小与电流大小和输电线的电阻有关，即减小输电线上的电流、减小输电线的电阻，可减少损失的功率；根据可知，在输电功率一定的情况下，增大输电电压可以减小输电电流；根据可知，在输电距离一定的情况下，选用电阻率小的金属材料（例如用铜、铝来制作导线）、尽可能增加导线的横截面积，可以减小输电线的电阻。（3分，合理即可得分）
17．（1） （2） （3）
【解析】（1）金属杆ab具有最大速度时，处于平衡状态，受力分析如图甲所示，由平衡条件可得（2分）
由闭合电路欧姆定律可得（2分）
解得（1分）
（2）由电功率公式（2分）
解得（1分）
（3）金属杆ab向下做匀加速直线运动时，受力分析如图乙所示，由牛顿第二定律可知（2分）
而，，（3分）
联合解得（1分）
18．（1） （2） （3）
【解析】（1）根据动能定理有（1分）
两点间的电势差（1分）
（2）所有打在极板上的离子中，运动的时间最长的偏转距离为d，离子在水平平行极板间做类平抛运动，有（1分）
加速度（1分）
离子在偏转电场中运动的最长时间（1分）
要使所有离子都能被极板吞噬，上极板左边缘进入的动能为的离子要恰好打到下极板的右边缘。此过程离子水平飞行的距离即为极板最短长度，根据，（2分）
解得偏转电场极板的最短长度（1分）
（3）粒子束中从上边缘进入磁场且动能为的离子到达吞噬板上边缘时，半径最小，磁感应强度最大，根据洛伦兹力提供向心力（1分）
且，（2分）
可得磁感应强度的最大值（1分）
粒子束中从下边缘进入磁场且动能为的离子到达吞噬板下边缘时，半径最大，磁感应强度最小，
此时（1分）
（1分）
可得磁感应强度的最小值（1分）
磁感应强度的取值范围为（1分）
