白塔中学高2022级高二（下）期中考试（物理卷）
（考试时间75分钟，满分100分）
第Ⅰ卷（选择题，共43分）
一、单项选择题（本题包括7小题，每小题4分，共28分.每小题只有一个选项符合题意.）
1.如图所示为某一交变电流随时间的变化图像，则该交变电流的有效值为（ ）
A. B. C.3A D.2A
2.如图所示，理想变压器原线圈的匝数为，副线圈的匝数为，原线圈的两端a、b接正弦式交流电源，电压表V的示数为220V，负载电阻，电流表的示数为0.2A。下列判断正确的是（ ）
A.原线圈和副线圈的匝数比为2∶1 B.原线圈和副线圈的匝数比为5∶1
C.电流表的示数为0.1A D.电流表的示数为0.4A
3.如图所示，开关S闭合后，一带正电的粒子沿线圈的轴线方向射入，观测到粒子在线圈中做匀速直线运动。现把直流电源换成交流电源，该粒子以同样的方式射入，可观测到（ ）
A.粒子仍做直线运动，但速度的大小在不断变化
B.粒子做曲线运动，速度的大小也在不断变化
C.粒子做曲线运动，速度大小不变
D.粒子仍做匀速直线运动
4.如图所示，与两平行金属导轨相距1m，电阻不计，两端分别接有电阻和，且，杆的电阻为2Ω，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1T.现以恒定速度匀速向右移动，这时杆上消耗的电功率与、消耗的电功率之和相等.则（ ）
A. B.上消耗的电功率为0.75W
C. a、b间电压为3V D.拉杆水平向右的拉力为0.75N
5.在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈.线圈边沿竖直方向且与磁场的右边界重合.线圈平面与磁场方向垂直.从时刻起，线圈以恒定角速度绕边沿图所示方向转动，规定线圈中电流沿方向为正方向，则从到时间内，线圈中的电流I随时间t变化关系图象为（ ）
A. B. C. D.
6.如图所示，一条形磁铁放于水平桌面上，它的上方靠S极的一侧固定有一根与它垂直的通电导体棒。图中画出此棒的横截面，棒中电流方向垂直纸面向里，磁铁始终静止。与通电前相比（ ）
A.磁铁对桌面的压力不变 B.磁铁对桌面的压力增大
C.磁铁受到向左的摩擦力 D.磁铁受到向右的摩擦力
7.如图，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，半径与成60°角，质子甲以速率v从A点沿直径方向射入磁场，从C点射出。质子乙以速率从A点沿方向射入磁场，从D点射出磁场（D点没有画出），不计质子重力。则A、D两点间的距离为（ ）
A.R B. C.3R D.2R
二、多项选择题（本题包括3小题，每小题5分，共15分.每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分.）
8.据媒体报道，美国海军最早将于2020年实现电磁轨道炮的实战部署，我国在该领域的研究也走在世界的前列。电磁轨道炮原理示意图如图所示，图中虚线表示电流方向，下列说法正确的是（ ）
A.如果电流方向如图中所示，则该电流在两轨道间产生的磁场方向竖直向下
B.电流大小一定时，两导轨距离越近，导轨之间的磁场越强
C.如果电流反向，炮弹所受安培力也会反向，炮弹将无法发射出去
D.导轨间距一定时，要提高炮弹的发射速度，可以增大电流强度
9.如图所示的电路中，L是自感系数很大的线圈，其电阻不为零，A和B是两个相同的小灯泡。闭合开关S，一段时间后两灯泡都发光；断开开关S瞬间，灯泡B闪亮一下后熄灭。则下列说法正确的是（ ）
A.闭合开关S瞬间两灯泡亮度相同 B.断开开关S后灯泡A逐渐熄灭
C.线圈的直流电阻小于灯泡的电阻 D.断开开关S前后通过灯泡B的电流方向不变
10.如图所示，T为理想变压器，电流表A、电压表V均为理想交流电表，、为定值电阻，为滑动变阻器，L为电感线圈，A、B两点间接正弦交流电，则（ ）
A.只将滑片下移时，电流表A示数变小
B.只将滑片下移时，电压表V示数变大
C.只增大交流电的电压时，电流表A示数变大
D.只增大交流电的频率时，电压表V示数不变
第Ⅱ卷（非选择题，共57分）
三、实验探究题（本题共2小题，每空2分，共14分）
11.在“研究电磁感应现象”实验中：
（1）某实验小组桌上没有干电池，但有一多用电表，为弄清电流表指针摆动方向与电流方向的关系，组内一同学将多用电表调到适当挡位，表笔与电流表试触后，得出：当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。后借用其他实验小组的干电池做该步骤，证明他的结论是正确的。试问：当电流计G指针向左偏转时，他是用多用电表的__________表笔与电流计G左端的接线柱相连（填“红”或“黑”）。
将灵敏电流计G与线圈L连接，线圈上导线绕法如图所示。完成（2）、（3）两问。
（2）将磁铁N极向下从线圈L上方竖直插入L时，灵敏电流计的指针将__________偏转（选填“向左”“向右”或“不”）。
（3）当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，a点电势__________b点电势（填“高于”、“等于”或“低于”）。
12.在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。
（1）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是__________。
A.控制变量法 B.等效替代法 C.演绎法 D.理想实验法
（2）为了保证安全，低压交流电源的电压不要超过__________。（填字母）
A.2V B.12V C.50V
（3）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线圈的输入电压可能为__________。（填字母）
A.1.5V B.6.0V C.7.0V
（4）实验中原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有微小差别，原因不可能为________。（填字母代号）
A.原、副线圈上通过的电流发热 B.铁芯在交变磁场作用下发热
C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入电压发生变化
四、计算题（本题共3小题，共43分.解答应当写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的，不能得分.有数值运算的题，答案中必须明确写出数值和单位.）
13.（12分）如图所示，匀强磁场中有一匝正方形线圈，线圈总电阻，线圈由图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始，绕垂直于匀强磁场的对称轴匀速转动，角速度，外电路电阻，已知电压表示数为.求：
（1）发电机线圈内阻消耗的功率；
（2）线圈转过600时线圈中的电动势的大小；
（3）线圈从开始转动秒过程中，通过R的电量；
14.（15分）如图所示，水平放置的M、N两平行板相距为，板长为，两板间有向下的匀强电场，场强，紧靠平行板右侧边缘的直角坐标系以N板右端为原点，在坐标系的第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感强度，磁场边界与x轴夹角，现有比荷为的带电粒子（重力不计），沿靠近M板的水平线垂直电场方向进入电场，离开电场后垂直于边界进入磁场区域，
求：（1）带电粒子进入电场时的初速度v0；
（2）带电粒子从进入电场到离开磁场的总时间.
15.（16分）如图所示，与为两根足够长的固定平行金属导轨，导轨间距为L。、、、为相同的弧形导轨；、为足够长的水平导轨。导轨的水平部分和处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B。a、b为材料相同、长都为L的导体棒，跨接在导轨上。已知a棒的质量为3m、电阻为R，b棒的质量为m、电阻为3R，其它电阻不计。金属棒a和b都从距水平面高度为h的弧形导轨上由静止释放，分别通过、同时进入匀强磁场中，a、b棒在水平导轨上运动时不会相碰。若金属棒a、b与导轨接触良好，且不计导轨的电阻和棒与导轨的摩擦。
（1）金属棒b向左运动速度减为0时金属棒a的速度多大？
（2）金属棒a、b进入磁场后，如先离开磁场的某金属棒在离开磁场前已匀速运动，此棒从进入磁场到匀速运动的过程电路中产生的焦耳热多大？
（3）从两棒达到水平导轨至金属棒b向左运动速度减为0时两棒运动总路程？
白塔中学高2022级高二（下）期中考试参考答案：
1.C 【详解】将交流与直流通过阻值都为R的电阻，设直流电流为I，则根据有效值的定义有
解得故选C。
2.B 【详解】由变压器的输出功率等于输入功率可得可解得
原线圈和副线圈的匝数比故选B。
3.D 【详解】不管是直流电还是交流电，螺线管中轴线方向的磁场方向与中轴线重合，则粒子的速度方向与磁场方向平行，不受洛伦兹力，粒子仍然做匀速直线运动，D正确，ABC错误。
故选D。
4.D【详解】A.杆消耗的功率与、消耗的功率之和相等，则.
解得，故A错误；BC.由题意知，
则，，，故B、C错误；
D.由题意知，故D正确；
5.B【详解】线圈以边为轴按图示方向匀速转动，从边速度正好与磁场平行开始计时，线圈磁通量在变小，则感应电流的磁场会阻碍其变小，所以感应电流方向是，与规定的正方向相反，感应电流大小在渐渐变大，然而磁场只有一半，接着二分之一周期没有感应电流；当从边刚好进入磁场开始计时，线圈磁通量在变大，则感应电流的磁场会阻碍其变大，所以感应电流方向是，与规定的正方向相同，感应电流大小在渐渐变小；所以只有B选项符合条件，故选B。
【点睛】本题虽没有明确什么方向为感应电流的正方向，但不影响答题。同时也可以假设磁场没有界，则感应电流变化规律应是余弦曲线，从而可快速确定当一半磁场时的答案。
6.C【详解】以导线为研究对象，由左手定则判断得知导线所受安培力方向斜向左下方，根据牛顿第三定律得知，导线对磁铁的作用力方向斜向右上方，磁铁有向右运动的趋势，受到向左的摩擦力，同时磁铁对桌面的压力减小，选项ABD错误，C正确。故选C。
7.A【详解】质子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，有
甲质子的半径为 乙质子的半径为
甲、乙质子的运动轨迹如图所示，由几何关系可得
所以，则三解形为等边三角形，所以距离为R，故A正确。故选A。
8.BD【详解】A.电流方向如图中所示，根据安培定则可知，磁场方向竖直向上，故A错误；
B.两平行导轨的电流方向相反，在导轨间的磁场方向相同，根据直线电流磁场分布可知，当电流大小一定时，两导轨距离越近，导轨之间的磁场越强，故B正确；
C.如果电流反向，导轨之间的磁场方向也反向，炮弹所受安培力方向不变，故C错误；
D.要提高炮弹的发射速度，炮弹受到的安培力越大越好，当导轨间距一定时，电流越大，磁感应强度越大，根据可知安培力越大，故D正确。故选BD。
9.AC【详解】A.闭合开关S瞬间，L是自感系数很大的线圈，则两个灯可视为串联，所以两灯泡同时发光，亮度相同，故A正确；
B.断开开关S后，小灯泡A无法与线圈构成回路，小灯泡A马上熄灭，故B错误；
C.断开开关S瞬间，灯泡B闪亮一下后熄灭，说明开关S闭合稳定后，通过线圈的电流大于通过B的电流，则线圈的电阻小于小灯泡的电阻，故C正确；
D.断开开关S前后小灯泡B的电流方向由原来的向右变为向左，故D错误。故选AC。
10.AC【详解】A、只将滑片下移时，输出电压减小，输出功率减小，输入功率也减小，电流表A示数变小，A正确；
B、只将滑片下移时，及其与的并联电阻减小，电压表V示数变小，B错误；
C、只增大交流电的电压时，输出电压增大，输出功率增大，输入功率也增大，电流表A示数变大，C正确；
D、只增大交流电的频率时，电感L的感抗增大，电压表V示数变大，D错误.故选AC.
11.黑 向左 高于
【详解】（1）[1]当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。多用表电流“红进黑出”故他是用多用电表的黑表笔与电流计G左端的接线柱相连。
（2）[2]将磁铁N极向下从线圈L上方竖直插入L时，线圈磁通量向下增大，根据楞次定律可知，感应电流从G左端流入，灵敏电流计的指针将向左偏转。
（3）[3]当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时，线圈磁通量向上减小，根据楞次定律可知，a点相当于电源正极，电势高于b点电势。
12.ABCD
【详解】（1）[1]在物理学中，当一个物理量与两个或两个以上的物理量有关系，需要研究其中两个物理量之间的关系时，需要控制其它物理量保持不变，从而方便研究二者之间的关系，该方法称之为控制变量法。为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法为控制变量法。故选A。
（2）[2]为了人体安全，低压交流电源的电压不要超过12V。故选B。
（3）[3]若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系
若变压器的原线圈接“0”和“8”两个接线柱，副线圈接“0”和“4”两个接线柱，可知原副线圈的匝数比为2∶1，副线圈的电压为3V，则原线圈的电压为
考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压大于6V，可能为7V。
故选C。
（4）[4]AB.原、副线圈上通过的电流发热，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，选项AB不符合题意；
C.变压器铁芯漏磁，从而导致电压比与匝数比有差别，选项C不符合题意；
D.原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，选项D符合题意。
故选D。
13.13.（1）2A （2） （3）
【详解】（1）电路中电流： 则发电机线圈内阻消耗的功率
（2）电动势最大值：
（3）瞬时值表达式：
线圈转过60°时线圈中的电动势的大小
（3）线圈从开始转动1/4秒过程中，线圈转过90°角，由
则
点睛：本题考查了有关交流电描述的基础知识，要能根据题意写出瞬时值的表达式，知道有效值跟峰值的关系.线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流.而对于电表读数、求产生的热量均由交变电的有效值来确定，而涉及到耐压值时，则由最大值来确定.
14.（1）；（2）
【详解】（1）粒子运动轨迹如图所示带电粒子在电场中做类平抛运动，粒子垂直射入磁场，则速度偏向角为30°，粒子离开磁场时的竖直分速度
粒子离开磁场时的竖直分速度
解得
（2）粒子在电场中的运动时间为
粒子在电场中的偏转距离为
粒子离开电场的速度
粒子离开电场后做匀速直线运动，直线运动距离
可得 运动时间
粒子进入磁场后的轨道半径为R，其中
由由正弦定理有
解得
由此可知，带电粒子在磁场中的偏转角度为30°；
由在磁场中的运动时间为
则总运动时间为
15.（1）；（2）；（3）
【分析】本题考查电磁感应中双棒运动问题。需运用动能定理、动量守恒、能量守恒、微元法等求解。
【详解】（1）金属棒从弧形轨道滑下，由机械能守恒有
解得
两棒同时进入磁场区域的初速大小均为，由于两棒在水平轨道上时所受合外力为零，
则两棒在水平轨道上运动时动量守恒，可得
解得金属棒b向左运动速度减为0时，金属棒a的速度
（2）先离开磁场的某金属棒在离开磁场前已匀速运动，则两棒在水平面上匀速的速度相等，
由动量守恒得解得方向向右。
金属棒a、b进入磁场后，到b棒第一次离开磁场过程中，由能量守恒得
解得此棒从进入磁场到匀速运动的过程电路中产生的焦耳热
（3）设a、b进入磁场后到b向左运动速度减为0的过程中，两者速度大小分别为、，
对a棒受力分析，由牛顿第二定律可得
将该式对时间累积可得
解得
从两棒达到水平导轨至金属棒b向左运动速度减为0时两棒运动总路程。
