上海市建平中学2024-2025学年高二（上）期末物理试卷（B卷）
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.在下列一些常用家用电器的使用过程中，应用电磁感应原理的是( )
A. 电吹风机 B. 电烤箱 C. 电磁炉 D. 电热毯
2.如图所示，电吉他中拾音器的线圈绕在磁体上。工作时，拨动被磁体磁化的金属琴弦，线圈就能将振动产生的信号转换为电信号并传送到音箱发出声音，则( )
A. 琴弦振动时，琴弦会受到安培力作用
B. 琴弦振动时，穿过线圈的磁通量将发生变化
C. 琴弦振动时，是琴弦切割磁感线，故琴弦中会产生感应电流
D. 若用软铁芯替代磁铁，拾音器依然可以正常工作
3.如图所示，开关处于闭合状态，小灯泡和均正常发光，小灯泡的电阻大于线圈的电阻，现断开开关，以下说法正确的是( )
A. 小灯泡越来越暗，直到熄灭
B. 小灯泡将闪亮一下，然后逐渐熄灭
C. 小灯泡越来越暗，直到熄灭
D. 小灯泡将闪亮一下，然后逐渐熄灭
4.如图，在一个点电荷附近的、两点放置检验电荷。则检验电荷的受力与其电荷量的关系图中正确的是( )
A. B.
C. D.
5.和一起放入一回旋加速器中，忽略在电场中加速时间，加速完成次时，和动能之比为( )
A. ： B. ： C. ： D. ：
6.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻和理想电压表，并让线圈每秒转圈，读出电压表的示数为。已知，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是( )
A. 线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零
B. 从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为
C. 流过电阻的电流每秒钟方向改变次
D. 电阻上的热功率为
7.图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器的原、副线圈匝数分别为、，在原线圈两端接入一电压的交流电源，若输送电功率为，输电线的总电阻为，不考虑其它因素的影响，则输电线上损失的电功率为( )
A. B. C. D.
二、填空题：本大题共4小题，共24分。
8.一根长为的通电导线放在匀强磁场中，导线中的电流为，导线与磁场方向垂直，若它受到的磁场力大小为，则磁感应强度为______；若将导线中的电流增大为原来的倍，其他条件不变，则通电导线受到的磁场力变为原来的______倍。
9.如图所示，矩形线框面积为，处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，线框可绕如图所示的方向与磁场垂直的虚线轴转动，当线框平面与磁场方向的夹角为时穿过线框的磁通量为______，从当前位置转动后，穿过线框的磁通量的变化量的绝对值为______。
10.一个带负电的小球沿光滑绝缘的桌面向右运动，速度方向垂直于一个水平向里的匀强磁场，如图所示，小球飞离桌面后落到地板上，飞行过程中小球的水平位移始终增大，设飞行时间为，着地速度大小为。撤去磁场，其余的条件不变，小球飞行时间为，着地速度大小为，则 ______， ______均选填“”、“”或“”。
11.如图甲所示，阻值为、匝数为的圆形金属线圈与一个阻值为的电阻连接成闭合电路。线圈的半径为，在线圈中有一个边长为的正方形匀强磁场区域，该磁场方向垂直于线圈平面。磁感应强度向里为正随时间变化的关系如图乙所示，导线电阻不计。则时回路中电流的大小为______，、间的电势差 ______。
三、计算题：本大题共2小题，共48分。
12.电磁阻拦随着磁技术的日趋成熟，我国新一代航母上采用了全新的电磁阻拦技术，使得我国航母阻拦系统达到世界一流水平。
某模型小组用小车探究电磁阻拦的效果如图甲所示俯视，在遥控小车底面安装有单匝矩形金属线框线框与水平地面平行，小车以初速度向右通过竖直向下的有界匀强磁场。已知小车总质量，金属框宽为、长为，电阻，磁场宽度，磁感应强度，不计一切摩擦。
若，则边刚进入磁场时，线框中产生的感应电流大小为______；小车的加速度大小为______。
若边刚离开磁场边界时，小车速度恰好为零。回答以下问题：
线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向______；
A.均为
B.均为
C.先再
D.先再
定性画出小车运动的速度随时间变化的关系图像图乙。
求线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量 ______；
某同学认为“线框进入磁场过程的发热量大于穿山磁场过程的发热量”，请分析论证该观点______。
13.常见电子元件电阻、电容器、电感线圈是三种常见的电子元件。这三种元件组合构成的丰富多彩的电子线路是电气化时代的基石。
电容式键盘是电容器的一种应用。如图甲所示，键盘上每个键子下面都连有一块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片，这样两块金属片就组成一个小电容器。该电容器的电容可用公式计算，其中为一常量，表示金属片的正对面积，表示两金属片间的距离。连接电源，按下某个键时，与之相连的电子线路就给出与该键相关的信号，此时该电容器的______。
A.电容不变
B.极板所带的电荷量变小
C.极板间的电压变小
D.极板间的场强变大
老师在课堂上做了一个自感实验“千人震”。图乙中的电源由两节的干电池串联组成内阻忽略不计，线圈和几个手拉手的同学并联，先保持开关闭合，突然把开关断开，那几个同学都有触电的感觉而抖了一下，故叫“千人震”。
当电流稳定后，线圈的电阻______填“大于”或“小于”这几个同学的电阻。
断开开关后，通过同学的电流方向从______填“左向右”或“右向左”。
为了使得同学触电的感觉更加强烈，请你提出两条改进实验的建议______。
关于定值电阻、电容器、电感线圈有如下结论：
一个定值电阻满足关系；
一个电容器的电容为，两极板间电压为时，储存的能量为；
一个电感线圈的自感系数为，自感电动势，式中为电流变化率；通过的电流为时，储存的能量为。
如图丙所示，足够长的光滑金属框架竖直放置，顶端留有接口、，两竖直导轨间距为。一质量为、长度为的金属棒始终与竖直导轨接触良好，磁感应强度为的匀强磁场与框架平面垂直，重力加速度为。不计空气阻力，不计框架和金属棒的电阻及电磁辐射的能量损失。
若在、间接入一个阻值为的定值电阻，现从静止释放金属棒，求金属棒的最终速度大小；
若在、间接入一个电容为的电容器，现从静止释放金属棒，求当电容器两极板间电压为时，金属棒下落的高度；
若在、间接入一个电阻不计、自感系数为的电感线圈，现从静止释放金属棒，求金属棒下落过程中的最大速度。
答案和解析
1.【答案】
【解析】电吹风及电烤箱和电热毯是根据电流的热效应工作的，只有电磁炉是根据电磁感应原理工作的，故C正确，ABD错误。
故选：。
2.【答案】
【解析】琴弦振动时，琴弦中没有电流通过，所以琴弦不会受到安培力作用，故A错误。
拨动琴弦，线圈中磁通量发生变化，从而导致线圈中产生感应电流，并不是琴弦中将产生感应电流，故B正确，C错误；
D.若用软铁芯替代磁铁，则琴弦中不能被磁化，在拨动时无法产生磁通量的变化，故不会产生感应电流，从而拾音器无法正常工作，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】线圈的电阻小于小灯泡的电阻，故在电路中的电流稳定后断开前，流过的电流大于小灯泡的电流。断开后瞬间，由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，即线圈中的电流过一会再消失，且方向向右，因和组成自感回路，且断开前流过的电流大于小灯泡的电流，故A亮一下再慢慢熄灭，而立即熄灭，故ACD错误，B正确。
故选：。
4.【答案】
【解析】根据电场强度的定义式得：，得到图像斜率的大小为，电场越强的地方斜率越大。
由此可知点离点电荷近，由可知点场强比点场强大，可知，做图像如图示：
所以选项ACD错误，A正确。
故选：。
根据电场强度的定义式得：，得到图像斜率的大小为，电场越强的地方斜率越大。
解题的关键是找图像的斜率与电场强度的关系。
5.【答案】
【解析】设质子的质量为，电荷量为，则的质量为，电荷量为，
由和可得，故可得加速完成次时，完成一次加速，
在回旋加速器中，粒子每经过一次电场加速，动能的增加量为为加速电压，忽略在电场中的加速时间，粒子加速次后，根据动能定理，它们的动能分别为
：，：
则和的动能之比为：，故D正确，ABC错误；
故选：。
6.【答案】
【解析】、由线圈转速为，可知周期、角速度、频率，每个周期电流方向变化两次，可知每秒钟电流方向变化的次数为：，故C错误；
B、由电压表示数为有效值，结合有效值与峰值的关系，可知峰值为：；
由欧姆定律，可计算电流峰值，解得，
由线框的初始位置为与磁场平行，可知电流瞬时值表达式为：，故B正确；
A、由电流瞬时值表达式，可计算初始时刻的电流瞬时值为：，故A错误；
D、由热功率公式，电压有效值为，可知电阻的热功率为：，故D错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】加在原线圈上的电压，
根据电压比与匝数比关系：，
所以：，
根据，输电线上的电流，输电线上消耗的功率故D正确，ABC错误。
故选D。
8.【答案】
【解析】根据安可得：，若将导线中的电流增大为原来的倍，其他条件不变，根据安可知，通电导线受到的安培力变为原来的倍。
故答案为：；。
9.【答案】
【解析】线框平面与磁场方向的夹角为时穿过线框的磁通量为，从当前位置转动后，穿过线框的磁通量变为，在当前位置的磁通量为，所以磁通量变化量的绝对值为。
故答案为：，。
10.【答案】
【解析】有磁场时，小球下落过程中要受重力和洛伦兹力共同作用，重力方向竖直向下，大小方向都不变；洛伦兹力的大小和方向都随速度的变化而变化，但在能落到地面的前提下洛伦兹力的方向跟速度方向垂直，总是指向左下方某个方向，其水平分力后水平向左，竖直分力竖直向下。竖直方向的加速度仍向下，但大于重力加速度，从而使运动时间比撤去磁场后要短，即在有磁场，重力和洛伦兹力共同作用时，其洛伦兹力的方向每时每刻都跟速度方向垂直，不对粒子做功，不改变粒子的动能，有磁场和无磁场都只有重力做功，动能的增加是相同的。有磁场和无磁场，小球落地时速度方向并不相同，但速度的大小是相等的，即
故答案为：、
11.【答案】
【解析】根据法拉第电磁感应定律得：，根据闭合电路欧姆定律可得时通过电阻的电流大小为，代入数据得时回路中电流的大小为，
，解得。
故答案为：；。
12.【答案】 见解析
【解析】根据法拉第电磁感应定律，感应电动势
根据闭合电路的欧姆定律
根据安培力公式，安培力
根据牛顿第二定律
联立解得
根据楞次定律可知，线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向应为先再，故D正确，ABC错误；
故选：。
根据法拉第电磁感应定律
根据闭合电路的欧姆定律
根据安培力公式
根据牛顿第二定律
联立解得
根据加速度的表达式可知，线框向右运动第一个过程，线框做加速度减小的减速运动；
线框完全进入磁场后，穿过线框的磁通量不变，线框中感应电动势为零，感应电流为零，安培力为零，加速度为零，因此线框向右运动第二个过程，线框做匀速运动；
线框穿出磁场过程中，根据加速度的表达式可知，线框向右运动第三个过程，线框做加速度减小的减速运动，直到速度变为零，小车运动的速度随时间变化的关系图像如图所示：
线框进入磁场的过程中感应电流的平均值为
通过线框截面的电量
根据加速度的表达式可知，线框进入磁场过程中的平均加速度大于穿出磁场中的平均加速度；
根据牛顿第二定律，安培力，可知线框进入磁场过程中的平均安培力大于穿出磁场中的平均安培力；
根据做功公式可知，由于进磁场和出磁场过程的位移相等，进磁场过程中克服安培力做功多，因此线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量。
故答案为：；；；见解析；；见解析。
13.【答案】 小于 左向右 增加线圈的匝数线绕制线圈，这样可以增加线圈的自感系数，从而在断开开关时产生更大的自感电动势。
适当减小同学数量，发生自感现象时，通过同学的电流更大。
【解析】、连接电源，按下某个键时，电容器两极板间距离减小，根据该电容器的电容公式可知，电容变大，故A错误；
、电容器与电源相连，其电压不变，由电容的定义式分析可知极板所带的电荷量变大，故BC错误；
D、电容器的电压不变，板间距离减小，由分析可知极板间的场强变大，故D正确。
故选：。
当电流稳定后，由于电源是由两节的干电池串联组成，且内阻忽略不计，因此可以认为电路中的电流是稳定的。此时，线圈和几个手拉手的同学是并联关系。由于并联电路中，各支路的电压相等，且电流与电阻成反比，因此，如果线圈的电阻大于这几个同学的电阻，那么通过线圈的电流就会小于通过同学们的电流，这与题目中“千人震”的现象不符。因为“千人震”现象说明在断开开关时，线圈中产生了较大的自感电动势，使得通过同学们的电流突然增大，从而让他们有触电的感觉。所以，只有当线圈的电阻小于这几个同学的电阻时，才能在断开开关时产生较大的自感电流，因此线圈的电阻应小于这几个同学的电阻。
断开开关后，由于线圈的自感作用，会产生一个自感电动势，这个电动势试图维持原来的电流方向。因此，通过同学们的电流方向从左向右。
为了使得同学触电的感觉更加强烈，我们可以从增加自感电动势入手或者减少同学电阻方面入手。具体来说，可以采取以下两条改进实验的建议：
增加线圈的匝数线绕制线圈，这样可以增加线圈的自感系数，从而在断开开关时产生更大的自感电动势。
适当减小同学数量，发生自感现象时，通过同学的电流更大。
对金属棒受力分析，当金属棒受力平衡时，具有最大速度，根据平衡条件可得：安根据安培力的计算公式可得根据闭合电路欧姆定律可得：，联立解得：；
由能量守恒定律，可得：，根据法拉第电磁感应定律可得：，联立解得金属棒下落的高度：；
设金属棒下落速度为，根据题意有，设金属棒速度达到最大值时，电流为，有，设该过程金属棒下落的高度为，根据能量守恒定律有
又可得：
联立解得：
故答案为：；小于；左向右；
增加线圈的匝数线绕制线圈，这样可以增加线圈的自感系数，从而在断开开关时产生更大的自感电动势。
适当减小同学数量，发生自感现象时，通过同学的电流更大。
金属棒的最终速度大小为
当电容器两极板间电压为时，金属棒下落的高度为；
金属棒下落过程中的最大速度为。
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