上海市复兴高级中学2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷（等级考）

上海市复兴高级中学2023-2024学年高二下学期期末物理试卷（等级考） 1．光有诸多的性质，例如折射、衍射、干涉等，展现出很多奇特的现象。不同种类的光又有不同的作用，为我们生活的方方面面服务，与普通光源相比，激光有着显著不同的特征。 （1）如图1所示，一根筷子竖直放置于圆柱形薄玻璃杯中，现向薄玻璃杯内注入清水，保持观察方向不变，可能观察到的现象是 　 　。 （2）下列现象中，属于光的衍射现象的是 　 　。 A.雨后天空出现彩虹 B.通过一个狭缝观察日光灯可以看到彩色条纹 C.海市层楼现象 D.日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹 （3）用单色红光通过尺寸很小、不同形状的小孔，光屏上呈现出如图2的图样，则小孔形状，判断正确的是 　 　。 A. B. C. D. （4）①如图所示3，将激光束通过双缝，测量出不相邻的两条暗纹之间的间距，计算条纹间距，从而减小误差，这种方法属于 　 　。 A.累积法 B.平均值法 C.微小量放大法 D.等效替代法 ②（多选）观察在光屏上形成的双缝干涉条纹，下面叙述正确的是 　 　。 A.仅将光屏移近双缝，光屏上干涉条纹间距变窄 B.仅将激光器移近双缝，光屏上干涉条纹间距变宽 C.仅增大双缝中两狭缝之间的距离，光屏上干涉条纹间距变窄 D.仅将红色光源的激光器换成蓝色光源的激光器，光屏上干涉条纹间距变宽 ③若用一束红光和一束绿光分别穿过该装置的双缝，则光屏上出现的情况是 　 　。 A.有绿、暗相间的干涉条纹 B.有红、暗相间的干涉条纹 C.有红光和绿光各自的衍射条纹 D.有红绿相间的衍射条纹 （5）如图4所示，一个水晶球中心是空气，形成球形气泡，内外两球面球心均在O点。一束激光从外球面上的A点以与AO连线成l角度射入球中，已知水晶球的折射率为，内球面半径为R，外球面半径为2R，光速为c，则光在水晶球中的传播速度v＝　 　c；为使光在内球表面上发生全反射，入射角i的最小值为 　 　。 2．物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 （1）如图1所示，某气体分子热运动的速率分布曲线Ⅰ，降温后空气分子热运动的速率分布曲线Ⅱ可能为 　 　。 （2）（多选）液晶电视的图像色彩绚丽。下列关于液晶的说法中，正确的有 　 　。 A.像液体一样具有流动性和连续性 B.其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式 C.加电压时，液品是透明的，光线能通过 D.在光学上具有各向同性等晶体特有的物理性质 E.也称为介晶态 （3）（多选）在如图2的甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针尖接触其背面一点，蜡熔化的范围如图2的甲、乙、丙所示。而三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图2丁所示，则下列说法中正确的是 　 　。 A.甲是非晶体 B.乙不可能是金属薄片 C.丙在一定条件下可能转化成乙 D.丙熔化过程中，温度不变，则内能不变 （4）某同学通过图3所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积。 ①将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则 　 　（填“需要”或“不需要”）重做实验。 ②实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应选择 　 　。 A.p﹣V图像 B.图像 C.图像 D.图像 ③选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的图像，如图4所示，忽略传感器和注射器连接处的软管容积，则这颗冰糖的体积为 　 　。（用图中的字母表示） （5）①如图5所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是 　 　。 A.初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能 B.系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小 C.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气 D.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小 ②假定某一温度下，氢气分子运动的平均速率为v，氢气分子质量为m，那么一个分子垂直碰撞器壁前后的动量改变量大小约为 　 　（碰撞可视为弹性碰撞）；设Δt时间内有N个这样的分子碰撞器壁一次，被碰撞器壁的总面积为ΔS，那么这些分子对器壁产生的压强为 　 　。 ③某同学认为氢能源汽车通过液态氢与空气中的氧结合而发电，从而推动汽车前进。随着技术的提升，能源利用的效率可以达到100%。这个理解对吗？请说明理由。 　 　 3．5G作为一种新型移动通信同络，不仅要解决人与人通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清（3D）视频等更加身临其境的极致业务体验。5G网络使用的无线电波通信频率在3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比4G及以下网络（通信频率在0.3GHz～3.0GHz间的特高频段）拥有更大的带宽和更快的传输速率。未来5G网络的传输速率（指单位时间传送的数据量大小）可达10Gbps（比特率、比特/秒），是4G网络的50﹣100倍。 （1）在5G技术领域，华为绝对是领跑者。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是 　 　。 A.5G使用的电磁波是横波 B.5G使用的电磁波是纵波 C.5G使用的电磁波在介质中传播速度比4G的快 D.空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象 （2）关于5G网络使用的无线电波相比4G网络，下列说法正确的是 　 　。 A.在真空中的传播速度更快 B.在真空中的波长更长 C.衍射的本领更弱 D.频率更高，相同时间传递的信息量更大 （3）产生5G无线信号电波的LC振荡电路某时刻的工作状态如图2所示，则该时刻 　 　。 A.线圈中磁场的方向向上 B.电容器两极板间电场强度正在变大 C.电容器正在放电，线圈储存的磁场能正在增加 D.线路中的电流正在减小且与线圈中感应电流的方向相反 （4）目前困扰5G发展的难题之一是供电，5G基站单系统功耗为4kW（基站用电器功率），信号覆盖半径约为100m，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1kW，信号覆盖半径约为2km。如图3所示，某5G基站距离100kV主供电线路一定距离，线路电阻为40Ω，线路损耗功率占总功率的20%（变压器均视作理想变压器）。 ①求输电回路的电流； ②高压变压器原、副线圈的匝数比； ③为了实现5G网络信号全覆盖面积约为2000平方公里城市，试估算全市的5G基站运行一天将消耗约多少kW•h？（保留一位有效数字） 4．在粒子物理研究中，为了测量粒子的电荷量、质量、自旋等性质。在粒子加速器中。通过施加磁场，可以将粒子束偏转到我们所需的轨道上。同时，通过调整磁场的强度和分布，可以实现对粒子束的聚焦和分离。 （1）极光是由来自宇宙空间的高能带电粒子流进入地球大气层后，由于地磁场的作用而产生的。如图1所示，科学家发现并证实，这些高能带电粒子流向两极时做螺旋运动，旋转半径不断减小。此运动形成的主要原因是 　 　。 A.太阳辐射对粒子产生了驱动力的作用效果 B.粒子的带电荷量减小 C.洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小 D.南北两极附近的磁感应强度较强 （2）如图2所示，在赤道处，将一不带电小球向东水平抛出，落地点为a，给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是 　 　。 A.无论小球带何种电荷，小球落地时的速度的大小不变 B.无论小球带何种电荷，小球在运动过程中机械能不守恒 C.若小球带负电荷，小球会落在a点的右侧 D.若小球带正电荷，小球仍会落在a点 （3）洛伦兹力演示仪的实物图和原理图分别如图3（a）、图（b）所示。电子束从电子枪向右水平射出，使玻璃泡中的稀薄气体发光，从而显示电子的运动轨迹。调节加速极电压可改变电子速度大小，调节励磁线圈电流可改变磁感应强度，某次实验，观察到电子束打在图（b）中的P点，则两个励磁线圈中的电流均为 　 　方向（选填“顺时针”或“逆时针”），若要看到完整的圆周运动，则可以 　 　（选填“增大”或“减小”）加速极电压。 （4）如图4所示，真空区域有宽度为L，磁感应强度为B的矩形匀强磁场，方向垂直于纸面向里，MN、PQ是磁场的边界，质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）沿着与MN夹角为θ＝30°的方向垂直射入磁场中，刚好垂直于PQ边界射出，并沿半径方向垂直进入圆形磁场，磁场半径为L，方向垂直纸面向外，离开圆形磁场时速度方向与水平方向夹角为60°，求： ①粒子射入磁场的速度大小； ②粒子在矩形磁场中运动的时间； ③圆形磁场的磁感应强度。 5．电磁感应是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路。 （1）下列现象属于电磁感应现象的是 　 　。 A.电磁炮发射出膛 B.通电导线在磁场中受到力的作用 C.一些物体在磁体或电流的作用下会显现磁性 D.当交变电流通过变压器的原线圈，能使副线圈中产生感应电动势 （2）关于电磁感应在生产、生活中的应用，下列说法正确的是 　 　。 A.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼作用 B.真空冶炼炉的工作原理主要是电流的磁效应 C.变压器使用硅钢作为铁芯材料，原因是硅钢是铁磁性材料且电阻率较小 D.电磁炉可以用陶瓷材料的锅加热食物 （3）如图1所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。实验过程中两灯泡均未烧坏，下列说法正确的是 　 　。 A.开关S由断开变为闭合时，A灯泡逐渐变亮 B.开关S由断开变为闭合时，B灯保持亮度不变 C.开关S由闭合变为断开时，A灯泡逐渐变暗 D.开关S由闭合变为断开时，B灯先变亮再逐渐变暗，直到熄灭 （4）面积为S的单匝矩形线圈，放在磁感应强度为B2的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO′轴匀速转动；从如图2所示位置开始计时，则磁通量随时间的变化规律为Φ＝　 　；感应电动势的大小随时间变化的规律为e＝　 　。 （5）如图3甲所示，间距为L的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的左端连接一阻值为R的定值电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m、长度为L、电阻为r的导体棒cd放在导轨上。导体棒运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好，导轨的电阻可忽略不计。 ①若对导体棒cd施加一水平向右的恒力，使其以速度v向右做匀速直线运动，求此力的大小F1； ②若对导体棒cd施加一水平向右的瞬时冲量，使其以速度v0开始运动，并最终停在导轨上。 a.求整个过程中，电阻R产生的热量QR； b.求整个过程中，通过电阻R的电荷量q； c.在图乙中定性画出导体棒cd两端的电势差Ucd随位移x变化的图像。 参考答案与试题解析 1．光有诸多的性质，例如折射、衍射、干涉等，展现出很多奇特的现象。不同种类的光又有不同的作用，为我们生活的方方面面服务，与普通光源相比，激光有着显著不同的特征。 （1）如图1所示，一根筷子竖直放置于圆柱形薄玻璃杯中，现向薄玻璃杯内注入清水，保持观察方向不变，可能观察到的现象是 　B　。 （2）下列现象中，属于光的衍射现象的是 　B　。 A.雨后天空出现彩虹 B.通过一个狭缝观察日光灯可以看到彩色条纹 C.海市层楼现象 D.日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹 （3）用单色红光通过尺寸很小、不同形状的小孔，光屏上呈现出如图2的图样，则小孔形状，判断正确的是 　B　。 A. B. C. D. （4）①如图所示3，将激光束通过双缝，测量出不相邻的两条暗纹之间的间距，计算条纹间距，从而减小误差，这种方法属于 　B　。 A.累积法 B.平均值法 C.微小量放大法 D.等效替代法 ②（多选）观察在光屏上形成的双缝干涉条纹，下面叙述正确的是 　AC　。 A.仅将光屏移近双缝，光屏上干涉条纹间距变窄 B.仅将激光器移近双缝，光屏上干涉条纹间距变宽 C.仅增大双缝中两狭缝之间的距离，光屏上干涉条纹间距变窄 D.仅将红色光源的激光器换成蓝色光源的激光器，光屏上干涉条纹间距变宽 ③若用一束红光和一束绿光分别穿过该装置的双缝，则光屏上出现的情况是 　C　。 A.有绿、暗相间的干涉条纹 B.有红、暗相间的干涉条纹 C.有红光和绿光各自的衍射条纹 D.有红绿相间的衍射条纹 （5）如图4所示，一个水晶球中心是空气，形成球形气泡，内外两球面球心均在O点。一束激光从外球面上的A点以与AO连线成l角度射入球中，已知水晶球的折射率为，内球面半径为R，外球面半径为2R，光速为c，则光在水晶球中的传播速度v＝　　c；为使光在内球表面上发生全反射，入射角i的最小值为 　30°　。 【解答】解：（1）图为筷子竖直插入盛水玻璃杯内的俯视图 A处为筷子，APB表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁P射向观察者B处的一条光线。ON为过B点沿半径方向的直线即在P处和空气的分界面的法线，上述光线则相当于在P处由水中射入空气中，图中的角i和角r，分别为此光线的入射角和折射角，根据光的折射规律可知，应有r＞i，所以观察者在B处看到的筷子A的像A'的位置偏离杯中心的方向向杯壁靠拢些，因为筷子是竖直放置的，所以杯子有水部分的任何一个截面的光路图均与下图相同，所以水中筷子应该是竖直的，故ACD错误，B正确； 故选：B。 （2）A.雨后天空出现彩虹是光的折射现象，故A错误； B.通过一个狭缝观察日光灯可以看到彩色条纹是光的衍射现象，故B正确； C.海市层楼现象是光的全反射现象，故C错误； D.日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是薄膜干涉，故D错误。 故选：B。 （3）由图发现，横向的衍射现象比纵向的衍射现象更明显，根据发生明显衍射的条件可知，横向的小孔长度应该小于纵向的小孔长度，故B正确，ACD错误。 故选：B。 （4）①将激光束通过双缝，测量出不相邻的两条暗纹之间的间距，计算条纹间距，从而减小误差，这种方法属于平均值法，故B正确，ACD错误。 故选：B。 ②A.仅将光屏移近双缝，根据干涉条纹间距公式可知L变小，光屏上干涉条纹间距变窄，故A正确； B.仅将激光器移近双缝，根据干涉条纹间距公式可知，光屏上干涉条纹间距不变，故B错误； C.仅增大双缝中两狭缝之间的距离，根据干涉条纹间距公式可知d变大，光屏上干涉条纹间距变窄，故C正确； D.仅将红色光源的激光器换成蓝色光源的激光器，根据干涉条纹间距公式可知，波长变短，光屏上干涉条纹间距变窄，故D错误。 故选：AC。 ③若用一束红光和一束绿光分别穿过该装置的双缝，红光和绿光的频率不同，不能发生干涉，但可以发生衍射，故C正确，ABD错误。 故选：C。 （5）根据光速与折射率的关系可知v＝，光在内表面发生全反射的光路图如下图示 根据全反射临界角公式有，根据几何关系有sinC＝sin∠ABO 根据正弦定理有，解得sin∠OAB＝ 则光在外球面根据折射定律有，解得sini＝，则i＝30°。 故答案为：（1）B；（2）B；（3）B；（4）①B；②AC；③C；（5），30°。 2．物质以固态、液态、气态等状态存在，都是由分子组成。人类通过分析各种宏观现象来获得分子运动和相互作用的信息，对物质基本性质的研究，也是人类研发新材料及其应用技术的基础。 （1）如图1所示，某气体分子热运动的速率分布曲线Ⅰ，降温后空气分子热运动的速率分布曲线Ⅱ可能为 　A　。 （2）（多选）液晶电视的图像色彩绚丽。下列关于液晶的说法中，正确的有 　ABE　。 A.像液体一样具有流动性和连续性 B.其分子保持着固态晶体特有的规则排列方式 C.加电压时，液品是透明的，光线能通过 D.在光学上具有各向同性等晶体特有的物理性质 E.也称为介晶态 （3）（多选）在如图2的甲、乙、丙三种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针尖接触其背面一点，蜡熔化的范围如图2的甲、乙、丙所示。而三种固体在熔化过程中温度随加热时间变化的关系如图2丁所示，则下列说法中正确的是 　BC　。 A.甲是非晶体 B.乙不可能是金属薄片 C.丙在一定条件下可能转化成乙 D.丙熔化过程中，温度不变，则内能不变 （4）某同学通过图3所示的实验装置，利用玻意耳定律来测定一颗形状不规则的冰糖的体积。 ①将冰糖装进注射器，通过推、拉活塞改变封闭气体的体积和压强。若实验过程中不慎将活塞拔出针筒，则 　需要　（填“需要”或“不需要”）重做实验。 ②实验中通过活塞所在刻度读取了多组体积V及对应压强p，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应选择 　C　。 A.p﹣V图像 B.图像 C.图像 D.图像 ③选择合适的坐标后，该同学通过描点作图，得到直线的图像，如图4所示，忽略传感器和注射器连接处的软管容积，则这颗冰糖的体积为 　b　。（用图中的字母表示） （5）①如图5所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是 　CD　。 A.初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能 B.系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小 C.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气 D.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小 ②假定某一温度下，氢气分子运动的平均速率为v，氢气分子质量为m，那么一个分子垂直碰撞器壁前后的动量改变量大小约为 　2mv　（碰撞可视为弹性碰撞）；设Δt时间内有N个这样的分子碰撞器壁一次，被碰撞器壁的总面积为ΔS，那么这些分子对器壁产生的压强为 　　。 ③某同学认为氢能源汽车通过液态氢与空气中的氧结合而发电，从而推动汽车前进。随着技术的提升，能源利用的效率可以达到100%。这个理解对吗？请说明理由。 　不对，理由见解析　 【解答】解：（1）降温后空气分子的平均动能减小，速率低的分子占比增大，速率高的占比减小，分子的总数不变，峰值增大，且左移，故A正确，BCD错误； （2）A、液晶具有像液体一样具有流动性和连续性，故A正确； B、液晶的分子保持着固态晶体特有的规则排列方式，故B正确； C、没有电压时，液晶是透明的且能使光线通过，当加电压时，液晶变浑浊，光线不能通过，故C错误； D、液晶在光学上具有各向异性，故D错误； E、液晶态的分子排列方式介于固态和液态之间，所以也称为介晶态，故E正确。 （3）A、根据丁图可知甲丙具有确定的熔点，所以甲丙一定是晶体，丙表现出导热的各向异性，所以丙一定是单晶体，甲表现出导热的各向同性，所以甲可能是多晶体，也可能在导热性上不具有各向异性的单晶体，故A错误； B、根据丁图可知乙没有确定的熔点，且表现出导热的各向同性，所以乙一定是非晶体，而金属薄片是多晶体，所以乙不可能是金属薄片，故B正确； C、晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化，所以丙在一定条件下可能转化成乙，故C正确； D、丙熔化过程中，温度不变，分子平均动能不变，但是要吸收热量，所以内能增加，故D错误。 （4）①此实验需要保持气体的温度和质量不变，操作过程中，若不慎把活塞拔出针筒，气体质量减少，条件不成立，所以需要重新实验； ②设冰糖的体积为V1，则气体的体积为：V﹣V1 由玻意耳定律有：p（V﹣V1）＝C，为了在xOy坐标系中获得直线图像，应表示为：，所以应选择图像，故C正确，ABD错误； ③由和图像可知冰糖的体积：V1＝b （5）①A、温度是分子平均动能的标志，初始时两室气体的温度相等，所以氢分子的平均动能等于氧分子的平均动能，故A错误； B、把气缸内的气体看作一个系统，气缸绝热，则Q＝0，系统与外界无做功现象，则W＝0，由热力学第一定律ΔU＝W+Q，可知ΔU＝0，所以重新达到平衡时，系统内能不变，温度与初始状态相同，氢气的内能不变，故B错误； CD、开始氢气的压强大于氧气的压强，所以松开固定栓，导热隔板向氧气端移动，氢气对氧气做功，氢气的内能减少，温度降低，氧气体积减小，则氧气内能增加，氧气温度升高，两者存在温度差，之后两者发生热交换，热量又从氧气传递给氢气，所以氧气的内能先增大后减小，故CD正确。 ②碰撞可视为弹性碰撞，氢气分子碰撞后原速率返回，取返回速度方向为正方向，则动量改变量：Δp＝mv﹣m×（﹣v）＝2mv，碰撞过程由动量定理有：FΔt＝NΔp，可得，则这些分子对器壁产生的压强：； ③这个理解不对，氢能源汽车的电池将化学能转化为电能过程，由于电池的内阻，会产生热量，电能转化为机械能的过程中，有热量产生，所以随着技术的提升，能源利用的效率不可以达到100%。 故答案为：（1）A；（2）ABE；（3）BC；（4）①需要；②C；③b；（5）①CD；②2mv；；③不对，理由见解析。 3．5G作为一种新型移动通信同络，不仅要解决人与人通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清（3D）视频等更加身临其境的极致业务体验。5G网络使用的无线电波通信频率在3.0GHz以上的超高频段和极高频段，比4G及以下网络（通信频率在0.3GHz～3.0GHz间的特高频段）拥有更大的带宽和更快的传输速率。未来5G网络的传输速率（指单位时间传送的数据量大小）可达10Gbps（比特率、比特/秒），是4G网络的50﹣100倍。 （1）在5G技术领域，华为绝对是领跑者。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是 　A　。 A.5G使用的电磁波是横波 B.5G使用的电磁波是纵波 C.5G使用的电磁波在介质中传播速度比4G的快 D.空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象 （2）关于5G网络使用的无线电波相比4G网络，下列说法正确的是 　CD　。 A.在真空中的传播速度更快 B.在真空中的波长更长 C.衍射的本领更弱 D.频率更高，相同时间传递的信息量更大 （3）产生5G无线信号电波的LC振荡电路某时刻的工作状态如图2所示，则该时刻 　B　。 A.线圈中磁场的方向向上 B.电容器两极板间电场强度正在变大 C.电容器正在放电，线圈储存的磁场能正在增加 D.线路中的电流正在减小且与线圈中感应电流的方向相反 （4）目前困扰5G发展的难题之一是供电，5G基站单系统功耗为4kW（基站用电器功率），信号覆盖半径约为100m，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1kW，信号覆盖半径约为2km。如图3所示，某5G基站距离100kV主供电线路一定距离，线路电阻为40Ω，线路损耗功率占总功率的20%（变压器均视作理想变压器）。 ①求输电回路的电流； ②高压变压器原、副线圈的匝数比； ③为了实现5G网络信号全覆盖面积约为2000平方公里城市，试估算全市的5G基站运行一天将消耗约多少kW•h？（保留一位有效数字） 【解答】解：（1）AB.4G和5G信号均为电磁波，电磁波传播过程中，电场强度和磁感应强度的方向始终与传播方向垂直，故电磁波为横波，故A正确，B错误； C、任何频率的电磁波在真空中传播的速度都一样，等于光速，故C错误； D、由于5G的电磁波频率更高，根据波的干涉条件可知空间中的5G信号和4G信号相遇不会产生干涉现象，故D错误。 故选：A。 （2）A.无线电波（电磁波）在真空中的传播速度与光速相同，保持不变，其速度与频率没有关系，故A错误； B.由公式c＝λf可知λ＝，5G频率变大，波长变短，故B错误； C.波长越短的波衍射本领越小，所以5G衍射的本领更弱，故C正确； D.无线电波（电磁波）频率越高，周期越小，相同时间内可承载的信息量越大，故D正确。 故选：CD。 （3）A.根据线圈中电流方向，应用右手螺旋定则判断出线圈中磁场方向向下，故A错误； B.电流方向流向正极板，表示电容器在充电，两极板电荷量增大，板间电场强度在变大，故B正确； CD.电流方向流向正极板，表示电容器在充电，两极板电荷量增大，电容器中的电场能正在增大，则线圈储存的磁场能正在减小，线路中的电流正在减小，根据楞次定律可知，线圈中感应电流的方向与线路中的电流方向相同，故CD错误。 故选：B。 （4）①由题意可知，总功率为P总＝ 线路损耗功率为 ΔP＝20%P总＝5×20%kW＝1kW 由ΔP＝I2R得 I＝5A ②高压变压器副线圈的电压为U2＝ 由 解得 ③需要的基站个数 N＝个 每个基站一天耗电量 E0＝P总t＝5kW×24h＝120kW•h 总耗电 E＝N•E0＝kW•h 故答案为：（1）A；（2）CD；（3）B；（4）①输电回路的电流为5A；②高压变压器原、副线圈的匝数比为100：1；③为了实现5G网络信号全覆盖面积约为2000平方公里城市，全市的5G基站运行一天将消耗约8×106kW•h。 4．在粒子物理研究中，为了测量粒子的电荷量、质量、自旋等性质。在粒子加速器中。通过施加磁场，可以将粒子束偏转到我们所需的轨道上。同时，通过调整磁场的强度和分布，可以实现对粒子束的聚焦和分离。 （1）极光是由来自宇宙空间的高能带电粒子流进入地球大气层后，由于地磁场的作用而产生的。如图1所示，科学家发现并证实，这些高能带电粒子流向两极时做螺旋运动，旋转半径不断减小。此运动形成的主要原因是 　D　。 A.太阳辐射对粒子产生了驱动力的作用效果 B.粒子的带电荷量减小 C.洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小 D.南北两极附近的磁感应强度较强 （2）如图2所示，在赤道处，将一不带电小球向东水平抛出，落地点为a，给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是 　A　。 A.无论小球带何种电荷，小球落地时的速度的大小不变 B.无论小球带何种电荷，小球在运动过程中机械能不守恒 C.若小球带负电荷，小球会落在a点的右侧 D.若小球带正电荷，小球仍会落在a点 （3）洛伦兹力演示仪的实物图和原理图分别如图3（a）、图（b）所示。电子束从电子枪向右水平射出，使玻璃泡中的稀薄气体发光，从而显示电子的运动轨迹。调节加速极电压可改变电子速度大小，调节励磁线圈电流可改变磁感应强度，某次实验，观察到电子束打在图（b）中的P点，则两个励磁线圈中的电流均为 　逆时针　方向（选填“顺时针”或“逆时针”），若要看到完整的圆周运动，则可以 　减小　（选填“增大”或“减小”）加速极电压。 （4）如图4所示，真空区域有宽度为L，磁感应强度为B的矩形匀强磁场，方向垂直于纸面向里，MN、PQ是磁场的边界，质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）沿着与MN夹角为θ＝30°的方向垂直射入磁场中，刚好垂直于PQ边界射出，并沿半径方向垂直进入圆形磁场，磁场半径为L，方向垂直纸面向外，离开圆形磁场时速度方向与水平方向夹角为60°，求： ①粒子射入磁场的速度大小； ②粒子在矩形磁场中运动的时间； ③圆形磁场的磁感应强度。 【解答】解：（1）A.粒子流做螺旋运动与太阳辐射对粒子产生的驱动力无关，故A错误； C.粒子受到的洛伦兹力始终与速度垂直，洛伦兹力不做功，故C错误； BD.粒子在运动过程中，由洛伦兹力提供向心力 qvB＝ 可得 可知若粒子的带电荷量减小，则其旋转半径变大，则这些高能带电粒子流向两极时做螺旋运动，旋转半径不断减小的原因是南北两极附近的磁感应强度较强，故B错误，D正确。 故选：D。 （2）AB.由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功，则只有重力做功。所以无论小球带何种电荷，小球机械能守恒，小球落地时的速度的大小不变，故A正确，B错误； C.根据左手定则判断可知，若小球带负电荷，则洛伦兹力在竖直向下和水平向左有分力，因此，小球落地时间变短，水平位移会变小，则小球会落在a点的左侧，故C错误； D.根据左手定则判断可知，若小球带正电荷，则洛伦兹力在竖直向上和水平向右有分力，因此，小球落地时间变长，水平位移会变大，则小球会落在a点的右侧，故D错误。 故选：A。 （3）由电子运动轨迹可知电子射出时受洛伦兹力向上，由左手定测可知磁场方向向外，由右手定则可知两个励磁线圈中的电流均为逆时针方向，根据qU＝，r＝可知减小，v减小，r减小，所以当减小加速极电压时，能看到完整的圆周运动。 （4）根据题意画出轨迹图如下图 ①在矩形磁场区域，根据几何关系L＝Rsin 60° 解得：R＝L 根据qvB＝解得 v＝ ②粒子在矩形磁场区域内，粒子转过的圆心角为60°，粒子在矩形磁场中运动的时间 t＝ 解得：t＝ ③粒子在圆形磁场区域内，根据几何关系得 R'tan30°＝L 解得粒子在圆形磁场的半径为L 根据解得 B'＝ 故答案为：（1）D；（2）A；（3）逆时针，减小；（4）①粒子射入磁场的速度大小为； ②粒子在矩形磁场中运动的时间为；③圆形磁场的磁感应强度是。 5．电磁感应是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路。 （1）下列现象属于电磁感应现象的是 　D　。 A.电磁炮发射出膛 B.通电导线在磁场中受到力的作用 C.一些物体在磁体或电流的作用下会显现磁性 D.当交变电流通过变压器的原线圈，能使副线圈中产生感应电动势 （2）关于电磁感应在生产、生活中的应用，下列说法正确的是 　A　。 A.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼作用 B.真空冶炼炉的工作原理主要是电流的磁效应 C.变压器使用硅钢作为铁芯材料，原因是硅钢是铁磁性材料且电阻率较小 D.电磁炉可以用陶瓷材料的锅加热食物 （3）如图1所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为0。A和B是两个相同的小灯泡。实验过程中两灯泡均未烧坏，下列说法正确的是 　D　。 A.开关S由断开变为闭合时，A灯泡逐渐变亮 B.开关S由断开变为闭合时，B灯保持亮度不变 C.开关S由闭合变为断开时，A灯泡逐渐变暗 D.开关S由闭合变为断开时，B灯先变亮再逐渐变暗，直到熄灭 （4）面积为S的单匝矩形线圈，放在磁感应强度为B2的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO′轴匀速转动；从如图2所示位置开始计时，则磁通量随时间的变化规律为Φ＝　　；感应电动势的大小随时间变化的规律为e＝　　。 （5）如图3甲所示，间距为L的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的左端连接一阻值为R的定值电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m、长度为L、电阻为r的导体棒cd放在导轨上。导体棒运动过程中始终保持与导轨垂直且接触良好，导轨的电阻可忽略不计。 ①若对导体棒cd施加一水平向右的恒力，使其以速度v向右做匀速直线运动，求此力的大小F1； ②若对导体棒cd施加一水平向右的瞬时冲量，使其以速度v0开始运动，并最终停在导轨上。 a.求整个过程中，电阻R产生的热量QR； b.求整个过程中，通过电阻R的电荷量q； c.在图乙中定性画出导体棒cd两端的电势差Ucd随位移x变化的图像。 【解答】解：（1）A.电磁炮发射出膛的原理是通电导线在磁场中受到力的作用，这不是电磁感应现象，故A错误； B.通电导线在磁场中受到力的作用不是电磁感应现象，故B错误； C.一些物体在磁体或电流的作用下会显现磁性，这是物体被磁化，不是电磁感应现象，故C错误； D.当交变电流通过变压器的原线圈，能使副线圈中产生感应电动势，这是电磁感应现象。故D正确。 故选：D。 （2）A.磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框中可以产生感应电流，能起到电磁阻尼的作用，故A正确； B.真空冶炼炉的工作原理是炉中金属产生涡流使炉内金属熔化，故B错误； C.变压器的铁芯所使用的材料是硅钢，原因是硅钢是铁磁性材料且电阻率较大，从而减小涡流，减小发热量，提高变压器的效率，故C错误； D.电磁炉是在金属锅中产生的涡流发热来加热食物的，电磁炉不可以用陶瓷材料的锅来加热食物，故D错误。 故选：A。 （3）AB.当开关S由断开变为闭合时，电路接通，两灯均立即变亮，由于电感线圈的自感作用，阻碍其电流的增大，使通过线圈的电流慢慢增大，此情况电感线圈相当于电阻值逐渐减小的电阻，故B灯的电流逐渐减小，最后电感线圈将B灯短路，B灯熄灭。由于A灯分压变大，所以A灯变亮，故A错误，B正确； CD.当开关S由闭合变为断开时，电路断开，A灯立即熄灭，由于电感线圈的自感作用，阻碍其电流的减小，此情况自感线圈相当于电源，与B灯构成回路，则B灯突然变亮，并逐渐变暗直至熄灭，故C错误，D正确。 故选：D。 （4）图示位置线圈处于中性面，从此位置开始计时，磁通量随时间的变化规律为： 感应电动势的大小随时间变化的规律为e＝，其中： 可得： （5）①根据法拉第电磁感应定律可得导体棒产生的感应电动势为：E＝BLv 根据闭合电路欧姆定律可得回路中的感应电流为： 导体棒做匀速直线运动，根据平衡条件可得：F1＝F安＝BIL 联立解得： ②对导体棒cd施加一水平向右的瞬时冲量，使其以速度v0开始运动，并最终停在导轨上。 根据能量守恒定律可得整个过程中电路中产生的总热量为： 根据焦耳定律可得电阻R产生的热量为： 以向右为正方向，由动量定理得： 又有：q＝IΔt 解得： 根据闭合电路欧姆定律得：，其中：E′＝BLv′ 以向右为正方向，由动量定理得： 其中： 联立可得： 导体棒cd两端的电势差Ucd随位移x变化的图像如下图所示： 故答案为：（1）D；（2）A；（3）D；（4）；； （5）①此力的大小F1为； ②a.整个过程中，电阻R产生的热量QR为； b.整个过程中，通过电阻R的电荷量q为； c.导体棒cd两端的电势差Ucd随位移x变化的图像见解答。 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$