高二下册物理压轴题考卷03（人教版2019： 选择性必修第二册第1～5章）-【压轴题】2024-2025 学年高中物理同步培优训练（人教版2019 选择性必修第二册）

高二下册物理压轴题考卷03（解析版） 高中物理 （考试时间：90分钟 试卷满分：100分） 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第二册第1~5章。 2．本卷平均难度系数0.15。 第Ⅰ卷 选择题 一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 1．如图所示为一个简易的高温报警器原理图。为热敏电阻，S为斯密特触发器，其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6V时，Y端从高电势跳到低电势0.25V；当A端电势下降到低电势0.8V时，Y端从低电势跳到高电势3.4V。已知蜂鸣器的工作电压为3~5V，下列说法正确的是（　　） A．A端为高电势时蜂鸣器报警 B．温度升高，热敏电阻阻值增大 C．滑片P向b端移动，可提高温度报警器的报警温度 D．若无斯密特触发器，可通过将与调换位置实现同样的功能 【答案】C 【详解】A．A端为高电势时，Y端从高电势跳到低电势，小于蜂鸣器工作的电压，不报警，A错误； B．温度升高，热敏电阻阻值减小，B错误； C．滑片P向b端移动，连入电路中电阻减小，根据串联电路特点，有 若使报警不变，则A端电势不变，应减小，即温度升高，所以滑片P向b端移动，可提高温度报警器的报警温度，C正确； D．若无斯密特触发器，将与调换位置后，当温度升高时，阻值减小，A端电势升高，蜂鸣器工作，当温度降低时，阻值增大，A端电势降低，蜂鸣器不工作，与斯密特触发器的工作特点不同，D错误。 故选C。 2．人们对电磁炮的研究不断深入。某高中科研兴趣小组利用学过的知识制造了一台电磁炮，其原理示意图如图甲所示，高压直流电源电动势为E，大电容器的电容为C。线圈套在中空的塑料管上，管内光滑，将直径略小于管的内径的金属小球静置于管口附近。首先将开关S接1，使电容器完全充电，然后立即将S转接2，此后电容器放电，通过线圈的电流随时间的变化如图乙所示，金属小球在的时间内被加速发射出去，时刻刚好运动到管口。下列关于该电磁炮的说法正确的是（    ） A．小球在塑料管中做匀变速直线运动 B．在的时间内，小球中产生的涡流从左向右看是顺时针方向的 C．在时刻，小球受到的线圈磁场对它的作用力为零 D．在的时间内，电容器储存的电能全部转化为小球的动能 【答案】C 【详解】A. 线圈中的磁场强弱程度与通过线圈的电流大小成正比，根据乙图可知，线圈中产生的磁感应强度（磁通量）变化步调与电流的变化步调一致，在时间内，线圈电流从0逐渐增大，但其变化率却逐渐减小至0，所以线圈中的磁通量变化率也逐渐减小至0，金属小球中感应电动势也逐渐减小至0，金属小球中的涡流也逐渐减小至0，可知时刻，金属小球受到线圈磁场对它的作用力为0，时刻，金属小球受到线圈磁场对它的作用力也为0，故时间内，金属小球受到线圈磁场对它的作用力应先增大后减小，即加速度应先增大后减小，A错误； B. 时间内，由安培定则知线圈电流在线圈内的磁场方向向右，线圈电流在增大，则产生的磁场在增大，通过金属小球磁通量在增大，根据楞次定律可知金属小球中产生涡流的磁场方向向左，由安培定则可知，金属小球中产生的涡流从左向右看是逆时针方向的，B错误； C. 时刻，线圈中电流的变化率为零，所以线圈中磁通量变化率为零，金属小球中感应电动势为零，金属小球中的涡流为零，所以小球受线圈作用力为零，C正确； D. 在的时间内，电容器减少的电场能转化为磁场能，磁场能有一部分转化为小球的动能，还留有一部分磁场能。所以减少的电场能大于小球增加的动能，D错误； 故选C。 3．风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，在一定的技术条件下，风能可作为一种重要的能源得到开发利用。如图所示，这是风力发电机的简化模型，风带动叶片转动，使叶片的转速为，升速齿轮箱的转速比为，高速转轴使匝数为的发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电通过理想变压器后向用户端的盏灯泡供电，其中灯泡为指示灯，灯泡与用户端的灯泡相同，额定电压均为，所有灯泡正常发光，已知匀强磁场的磁感应强度大小为，线圈的电阻不计。下列说法正确的是（　　） A．变压器原、副线圈的匝数比为 B．用户端的交变电流的频率为 C．发电机线圈的面积 D．若增加用户端的灯泡数量，且叶片的转速不变，则灯泡L一定变暗 【答案】C 【详解】A．根据理想变压器原副线圈功率相同 因为 根据理想变压器的原副线圈电压与匝数关系 故A错误； B．低速转轴转速为n，由升速齿轮箱可知发电机线圈转速为kn，所以用户端的交变电流的频率为kn，故B错误； C．根据条件可知 所以发电线圈的电动势有效值为 则发电线圈的电动势最大值为 因为 联立解得有效面积 故C正确； D．设副线圈总电阻为，理想变压器输入功率与输出功率相等，所以 整理得的 若增多用户端的灯泡数量，且叶片的转速不变，所以电动势E不变，变小，不变，原副线圈电压比值不变，所以变小，变小，灯泡L的电压变大，则灯泡L变亮（设灯泡不会被烧坏），故D错误。 故选C。 4．两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平内，另一边垂直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，每根杆的电阻均为R。整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度V1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度V2向下匀速运动（重力加速度为g）。以下说法正确的是（　　） A．ab杆所受拉力F的大小为 B．cd杆所受摩擦力为零 C．回路中的电流大小为 D．μ与V1大小的关系为 【答案】D 【详解】C．cd杆的速度方向与磁感应强度方向平行，只有ab杆运动切割磁感线。根据闭合电路的欧姆定律及法拉第电磁感应定律 则回路中电流 C错误； A．ab杆和cd杆受力分别如图甲、乙所示 由图甲可知：水平方向受力平衡 竖直方向受力平衡 又 由以上各式可得，拉力 A错误； B．图乙可知：水平方向受力平衡 竖直方向受力平衡 B错误； D．则杆与导轨之间的动摩擦因数 D正确。 故选D。 5．如图所示，空间中存在一矩形磁场区域，在区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场Ⅰ，在区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场Ⅱ，两磁场的磁感应强度大小均为。，一带电粒子以大小为、方向沿的速度进入磁场Ⅰ，运动一段时间后从点离开磁场区域.不计粒子的重力，粒子的比荷为，则下列说法正确的是（    ） A．的长度可能为 B．粒子在磁场中运动的总时间可能为 C．粒子从磁场Ⅰ进入磁场Ⅱ的位置距离点可能为 D．若粒子能通过边上距离点的一点，则粒子的发射速度大小可能为 【答案】D 【详解】A．根据洛伦兹力提供向心力有 解得 由题意可知粒子不可能偏转一次就到达P点，假设粒子偏转一次到达P点可知                                                       故A错误； B．根据几何关系可知粒子在磁场Ⅰ运动的圆心角为120°，时间为 所以粒子在磁场中运动的总时间为，故B错误； C．画出粒子的运动轨迹如图 根据几何关系可知，粒子从磁场Ⅰ进入磁场Ⅱ的位置距离点 （n=0，1，2…） 不可能为，故C错误； D．若粒子能通过边上距离点的一点，则粒子的轨道半径满足 （n=0，1，2…） 结合 可知 （n=0，1，2…） 当n=2时，解得 故D正确； 故选D。 6．如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为2：1，原线圈输入的交流电压瞬时值的表达式为，定值电阻的阻值为，电阻箱的初始阻值为，灯泡L阻值恒为。下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数为 B．逐渐增大的阻值，功率逐渐变大 C．当时，副线圈功率达到最大 D．若将换为一个理想二极管，则灯泡L两端电压的有效值为 【答案】C 【详解】A．设副线圈电压为，原线圈电压为，两端电压为，则 设灯泡电流为，灯泡电阻与电阻箱的阻值相同，电阻箱的电流也为I，则 联立解得 即电流表的示数为。故A错误； B．逐渐增大的阻值，则负载阻值增大，把负载等效成一个电阻串联在原线圈中，则串联电路总阻值增大，则总电流减小，根据 可知功率逐渐变小。故B错误； C．把负载等效成一个电阻串联在原线圈中，其等效阻值设为R，则 又 ，， 联立解得 R的功率为 可知，当时，R的功率最大，即副线圈功率达最大。则 解得 故C正确； D．若将换为一个理想二极管，则原线圈只有一半时间里有电压且与左端输入电压相同，原线圈电压有效值设为，则 解得 则灯泡两端电压的有效值不为。故D错误。 故选C。 7．如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个用相同材料、相同粗细的导线绕制的单匝闭合正方形线圈1和2，其边长L1=2L2，在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再逐渐完全进入磁场，最后落到地面．运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界．设线圈1、2落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2，通过线圈截面的电荷量分别为q1、q2，不计空气阻力，则（ ） A．v1＜v2，Q1＞Q2，q1＞q2 B．v1=v2，Q1=Q2，q1=q2 C．v1＜v2，Q1＞Q2，q1=q2 D．v1=v2，Q1＜Q2，q1＜q2 【答案】A 【详解】线圈从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度v，切割磁感线产生感应电流，受到磁场的安培力大小为 由电阻定律有 （为材料的电阻率，L为线圈的边长，S为导线的横截面积），线圈的质量为 （为材料的密度）．当线圈的下边刚进入磁场时其加速度为 联立得，加速度为 则知，线圈1和2进入磁场的过程先同步运动，由于当线圈2刚好全部进入磁场中时，线圈1由于边长较长还没有全部进入磁场，线圈2完全进入磁场后做加速度为g的匀加速运动，而线圈1仍先做加速度小于g的变加速运动，完全进入磁场后再做加速度为g的匀加速运动，两线圈匀加速运动的位移相同，所以落地速度关系为．由能量守恒可得 （H是磁场区域的高度），因为，，所以可得 根据 知 故选 A。 8．如图所示为磁流体发电机的示意图，平行金属板A、C组成一对平行电极，两板间距为d，面积为S。两板间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一束等离子体（带有正、负电荷的粒子）以一定的速度v平行金属板、垂直于磁场射入两板间，两板间连接有定值电阻R等离子体的电阻率为ρ则下列说法正确的是（　　） A．电阻中的电流方向由a到b B．电阻R的电功率为 C．电源的总功率为 D．增大两金属板的正对面积可增大发电机的电动势 【答案】C 【详解】A．根据左手定则，带正电的离子打在下极板上，带负电的离子打在上极板上，电阻中的电流方向由b到a，A错误； B．稳定时 解得 根据闭合电路欧姆定律 电阻R的电功率为 解得 B错误； C．电源的总功率为 解得 C正确； D．根据 ，增大两金属板的正对面积不能增大发电机的电动势，D错误。 故选C。 9．（多选）图甲为超声波悬浮仪，上方圆柱体中，高频电信号（由图乙电路产生）通过压电陶瓷转换成同频率的高频声信号，发出超声波，下方圆柱体将接收到的超声波信号反射回去。两列超声波信号叠加后，会出现振幅几乎为零的点——节点，在节点两侧声波压力的作用下，小水珠能在节点处附近保持悬浮状态，该情境可等效简化为图丙所示情形，图丙为某时刻两列超声波的波形图，P、Q为波源，点、点分别为两列波的波前，已知声波传播的速度为340m/s，LC振荡回路的振荡周期为，则下列说法正确的是（　　）    A．该超声波悬浮仪所发出的超声波信号频率为340Hz B．两列波稳定叠加后，波源P、Q之间小水珠共有10个悬浮点 C．两列波稳定叠加后，波源P、Q之间振幅为2A的点共有8个 D．拔出图乙线圈中的铁芯，可以增加悬浮仪中的节点个数 【答案】CD 【详解】A．由丙图可知超声波的波长，超声波悬浮仪所发出的超声波信号频率为 代入数据得 故A错误； B．波源P、Q振动步调相反，当波程差为波长的整数倍时，该点是振动减弱点，设波源P、Q之间某一点坐标为，悬浮点为振动减弱点，满足 解得 故两列波稳定叠加后，波源P、Q之间小水珠共有9个悬浮点，故B错误； C．波源P、Q之间振幅为2A的点为振动减弱点，当波程差为半波长的奇数倍时，该点是振动加强点，满足 解得 两列波稳定叠加后，波源P、Q之间振幅为2A的点共有8个，故C正确； D．拔出图乙线圈中的铁芯，LC振荡回路的振荡周期减小，超声波频率变大，波长变短，相同空间距离内节点个数变多，故D正确。 故选CD。 10．（多选）如图，理想变压器原、副线圈匝数比为，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡、的阻值始终与定值电阻的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（　　） A．先变暗后变亮，一直变亮 B．先变亮后变暗，一直变亮 C．电源的输出功率先增大后减小 D．电源的输出功率先减小后增大 【答案】AD 【详解】AB．副线圈的总电阻为 解得 则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，副线圈的总电阻先增大后减小，根据等效电阻关系有 则等效电阻先增大后减小，由欧姆定律有 ，先减小后增大，先减小后增大，则先变暗后变亮，根据 ， 则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，逐渐减小，副线圈的电压增大过程中增大；在副线圈的电压减小过程中，通过的电流为 逐渐增大，则越来越小，则 则先变暗后变亮，一直变亮，故A正确，B错误； CD．对于等效后的电路为电源接灯泡和等效电阻，由于灯泡的电阻与定值电阻，所以电源的输出功率为 由于电源的有效值恒定，而滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，等效电阻先增大后减小，所以输出功率先减小后增大，故C错误，D正确。 故选AD。 11．（多选）水平放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为d，放在垂直纸面向里的磁感应强度大小为 B的匀强磁场中，一质量为 m，电阻不计的导体棒 MN 垂直横跨在导轨上，与导轨接触良好。导轨一端分别与电源、电容器和定值电阻通过开关连接，电源的电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，定值电阻为 R。首先将开关 S2与d 接通给电容器充电，待电路稳定后将开关 与b点相接，再将开关 S2与c点相接，当导体棒匀速直线运动时，把开关 与c 点断开，将开关 与a 接通，导体棒运动一段距离后速度为零。下列说法正确的是（　　） A．导体棒匀速时速度 B．设导体棒匀速运动时速度为 v，当 S1与a 刚接通瞬间导体棒的加速度 C．设导体棒匀速运动时速度为 v，自 S1与a 接通至导体棒速度为零用时 D．设导体棒匀速运动时速度为 v，自 S1与 a 接通至导体棒速度为零，导体棒位移为 【答案】BD 【详解】A．电容器充电时有 Q=CE 设导体棒匀速时速度为v，此时电容器电荷量 q=CBdv 根据动量定理有 Bd(Q-q)=mv 综上解得 故A错误； B．设导体棒匀速运动时，速度为v，导体棒电动势 安培力 根据牛顿第二定律 解得 故B正确； C．导体棒开始做加速度逐渐减小的减速运动，时间 故C错误； D．根据动量定理有 解得 故D正确。 故选BD。 12．（多选）如图所示倾角为37°的足够长的光滑绝缘斜面处于匀强磁场中，磁感应强度为B。可视为质点的小球质量为m，带电量为，以平行于斜面的初速度从斜面底端向上滑行，t时刻小球离开斜面。已知，整个运动过程中小球带电量保持不变，下列分析正确的是（　　） A．小球离开斜面之前的运动过程中加速度恒定 B． C．小球离开斜面之前的过程中斜面对小球的弹力的冲量大小为 D．小球离开斜面后相对分离点能够上升的最大高度为 【答案】AC 【详解】A．小球上行过程中洛伦兹力垂直斜面向下，小球不会离开斜面，小球在下滑至某位置时离开斜面。离开斜面前满足 得 恒定。故A正确； B．离开斜面瞬间满足 得 由匀变速直线运动规律得 可得 故B错误； C．上行过程由平衡条件可得 此过程中弹力的冲量为 同理可得下行过程弹力冲量为 全程弹力冲量为 又由匀变速直线运动规律可得 ， 联立得 故C正确； D．小球离开斜面后做摆线运动，从离开斜面至到达最高点的过程中由功能关系可得 在水平方向上由动量定理可得 联立，可得 故D错误。 故选AC。 第Ⅱ卷 非选择题 二、实验题（共2小题,共20分） 13．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）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是： ； A．整块硅钢铁芯    B．整块不锈钢铁芯    C．绝缘的铜片叠成    D．绝缘的硅钢片叠成 （2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 ；（填“多”或“少”） （3）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ；（填字母） A．  干电池        B．  学生电源 C．  实验室用电压表    D．  多用电表 （4）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．36V （5）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，则原线的输入电压可能为 ；（填字母） A．1.5V    B．6.0V    C．7.0V （6）等效法、理想模型法是重要的物理学方法，合理采用物理学方法会让问题变得简单，这体现了物理学科“化繁为简”之美。产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为（左侧虚线框内的交流电源和定值电阻串联）与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原副线圈的匝数分别为（右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，在调节可变电阻R的过程中，当 时，R获得的功率最大。    【答案】 D 少 BD/DB B C 【详解】（1）[1]观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，利于导磁与减少涡流的能量损失。 故选D。 （2）[2]观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据 可知匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。 （3） [3]实验中需要交流电源并用多用电表测量交流的电压电流，不需要干电池和直流电压表。 故选BD。 （4） [4]为了人体安全，低压交流电源的电压不要超过12V。 故选B。 （5）[5]依题意，原副线圈匝数比2:1，若为理想变压器，则变压器线圈两端的电压与匝数的关系为 则原线圈的电压为 考虑到不为理想变压器，可能存在漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压要大于6V，可能为7V。 故选C。 （6）[6]把变压器和R等效为一个电阻R1，R0当作电源内阻，当内外电阻相等，即 R1=R0 此时输出功率最大，根据 可得 又 解得 即 14．某同学利用如图甲装置研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化。内阻 r＝40 Ω的螺线管固定在铁架台上，线圈与电流传感器、电压传感器和滑动变阻器连接。滑动变阻器最 大阻值为 40 Ω，初始时滑片位于正中间 20 Ω 的位置。打开传感器，将质量 m＝0.01 kg 的磁铁 置于螺线管正上方静止释放，磁铁上表面为 N 极。穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止（磁 铁下落中受到的阻力远小于磁铁重力，不发生转动），释放点到海绵垫高度差 h＝0.25 m。计 算机屏幕上显示出如图乙的 UI－t 曲线。 （1）图乙中坐标表示的物理量 UI 的意义是 ，磁铁穿过螺线管的过程中，UI 的峰值 约为 W。（保留两位有效数字） （2）磁铁穿过螺线管的过程中，螺线管产生的感应电动势的最大值约为 V。（保留 两位有效数字） （3）图乙中 UI 出现前后两个峰值，对比实验过程发现，这两个峰值是在磁铁刚进入螺线管 内部和刚从内部出来时产生的，对这一现象相关说法正确的是 。 A．线圈中的磁通量经历先增大后减小的过程 B．如果仅略减小 h，两个峰值都会减小 C．如果仅略减小 h，两个峰值可能会相等 D．如果仅移动滑片，增大滑动变阻器阻值，两个峰值都会增大 （4）在磁铁下降 h＝0.25 m 的过程中，估算重力势能转化为电能的值是 J，并估算 重力势能转化为电能的效率是 。（用百分比表示，保留两位有效数字） 【答案】 变阻器消耗的功率 0.0062-0.0063 1.0或 1.1 V ABD 【详解】（1）[1][2]．图乙中坐标表示的物理量 UI 的意义是变阻器消耗的功率，由图可知，磁铁穿过螺线管的过程中，UI 的峰值 约为0.0063W。 （2）[3]．由UI-t曲线可知线圈的最大输出功率为： P出=0.0063W 线圈输出功率表达式为： P出＝I2R 根据闭合电路欧姆定律得： E=I（r+R） 联立将r=40Ω，R=20Ω代入得： E=1.1V （2）[4]．A．磁铁进入线框时，磁通量增大，当磁铁从线框出来时，磁通量减小，故A正确； BC．当h减小时，磁铁进入线框的速度减小，导致线框中磁通量的变化率减小，因此两个峰值都会减小，且两个峰值不可能相等，故B正确，C错误； D．根据闭合电路欧姆定律可知，当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大，本题中滑动变阻器的最大阻值与内阻相等，因此增大滑动变阻器阻值，两个峰值都会增大，故D正确。 故选ABD. （3）[5]．下落过程减小的重力势能为： EP=mgh=0.025J 根据图象物理意义可知：图象与横轴围成面积大小等于下落过程中电源的输出电能： 所以总能量为： [6]重力势能转化为电能的效率为： 三、计算题（本题共3小题，共32分） 15．如图甲所示，长、宽分别为=0.3m、=0.1m的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n=200，总电阻为r=1Ω，可绕其竖直中心轴转动，线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和阻值为2Ω的定值电阻R相连，线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场．磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，0～s时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直，s时刻以后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω=50πrad/s匀速转动，求(运算结果中可保留π)： （1）0～s时间内通过电阻R的电流大小； （2）线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量； （3）求在s～s时间内，通过电阻R的电荷量为多少? s时刻穿过线圈的磁通量的变化率是多大? 【答案】（1）；（2）；（3）； 【详解】（1）0～时间内，线框中的感应电动势为感生电动势，根据公式，即有 根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻R的电流 （2）线框产生感应电动势的最大值为 感应电动势的有效值为 通过电阻R的电流的有效值为 线框转动一周所需的时间为 此过程中，电阻R产生的热量 （3）～时间内，线圈从图示位置转过，则有 平均感应电动势为 平均感应电流为 通过电阻R的电荷量为 从图示位置开始转动，产生的交流电瞬时值表达式为 时刻，线圈运动的时间为 代入上式得 又 所以 16．如图所示，质量为M的光滑矩形金属框abcd置于光滑的绝缘水平桌面上，ad宽度为L，ab长度足够长，ad段和bc段电阻均为R，其它部分电阻不计。整个空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，质量为m、电阻为R的金属棒PQ垂直于ab放置在金属框上。某时刻给金属棒一个水平向右的初速度v0，运动过程中金属棒始终与框的两边垂直且接触良好，经过一段时间金属棒的运动达到稳定。求： （1）金属棒刚开始运动时受到的安培力； （2）金属棒达到稳定状态时的速度大小； （3）整个过程中通过ad的电荷量及金属棒上产生的焦耳热； （4）若将金属框固定，金属棒获得初速度v0的同时给其加一水平向左的外力F，使金属棒向右做匀减速直线运动至速度为零，F的大小随时间t变化的规律为（k为未知常数），求k的值。 【答案】（1）；（2）；（3），；（4） 【详解】（1）速度为v0时，电动势为 电流为 解得 安培力为 解得 （2）根据动量守恒定律得 解得 （3）根据能量守恒定律得 金属棒产生的焦耳热为 对框架根据动量定理得 解得 （4） 时，外力为零，根据牛顿第二定律得 解得 棒的运动时间为 棒静止时根据牛顿第二定律得 解得 17．如图1所示，在空间内的O点有一粒子源，可沿xOy平面的任意方向发射速度大小为v0的带正电粒子。平面内有一半径为R的圆形，与x轴的其中一个交点为Q。在该圆形区域外加一方向垂直平面向外，磁感应强度大小为B的匀强磁场。已知从O点发出的粒子恰好都不会进入圆形区域，不计粒子重力和粒子间的相互作用。，。 （1）求粒子的比荷； （2）若粒子速度大小改为时，求能进入圆形区域的粒子从O点发射的速度方向与x轴正方向所成角度θ的范围； （3）撤去垂直平面向外的匀强磁场B，如图2所示在空间内用垂直于x轴平行于yOz平面的足够大界面P将的区域分成Ⅰ、Ⅱ两部分，分别加上方向相反且平行于y轴，磁感应强度大小仍为B的匀强磁场，xOy平面内射入的粒子速度与x轴正向成，该粒子在Ⅰ、Ⅱ两区域内运动后会经过y轴上的A点，求A点与O点的距离。 【答案】（1）；（2）或；（3） 【详解】（1）从O点发出的粒子恰好都不会进入圆形区域，则沿y轴正方向射入的粒子的轨迹与圆恰好相切，根据几何关系有 粒子圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有 解得 （2）若粒子速度大小改为时，粒子圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有 结合上述解得 若粒子在轨迹与圆形区域右上侧相切，作出示意图如图所示 根据几何关系有 解得 将上述轨迹旋转，当轨迹与圆形区域左下侧相切时，作出示意图如图所示 根据几何关系有 解得 可知 若粒子在轨迹与圆形区域左上侧相切，作出示意图如图所示 根据几何关系有 解得 将上述轨迹旋转，当轨迹与圆形区域右下侧相切时，作出示意图如图所示 根据几何关系有 解得 则有 综合上述有 或 （3）将速度沿水平与竖直分解为与，竖直方向分速度与磁场平行，做匀速直线运动，水平方向分速度与磁场垂直，做匀速圆周运动，作出俯视图如图所示 粒子圆周运动由洛伦兹力提供向心力，则有 ， 结合上述解得 则粒子回到A的时间 则A点与O点的距离 解得 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高二下册物理压轴题考卷03（原卷版） 高中物理 （考试时间：90分钟 试卷满分：100分） 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第二册第1~5章。 2．本卷平均难度系数0.15。 第Ⅰ卷 选择题 一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 1．如图所示为一个简易的高温报警器原理图。为热敏电阻，S为斯密特触发器，其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6V时，Y端从高电势跳到低电势0.25V；当A端电势下降到低电势0.8V时，Y端从低电势跳到高电势3.4V。已知蜂鸣器的工作电压为3~5V，下列说法正确的是（　　） A．A端为高电势时蜂鸣器报警 B．温度升高，热敏电阻阻值增大 C．滑片P向b端移动，可提高温度报警器的报警温度 D．若无斯密特触发器，可通过将与调换位置实现同样的功能 2．人们对电磁炮的研究不断深入。某高中科研兴趣小组利用学过的知识制造了一台电磁炮，其原理示意图如图甲所示，高压直流电源电动势为E，大电容器的电容为C。线圈套在中空的塑料管上，管内光滑，将直径略小于管的内径的金属小球静置于管口附近。首先将开关S接1，使电容器完全充电，然后立即将S转接2，此后电容器放电，通过线圈的电流随时间的变化如图乙所示，金属小球在的时间内被加速发射出去，时刻刚好运动到管口。下列关于该电磁炮的说法正确的是（    ） A．小球在塑料管中做匀变速直线运动 B．在的时间内，小球中产生的涡流从左向右看是顺时针方向的 C．在时刻，小球受到的线圈磁场对它的作用力为零 D．在的时间内，电容器储存的电能全部转化为小球的动能 3．风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，在一定的技术条件下，风能可作为一种重要的能源得到开发利用。如图所示，这是风力发电机的简化模型，风带动叶片转动，使叶片的转速为，升速齿轮箱的转速比为，高速转轴使匝数为的发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交流电通过理想变压器后向用户端的盏灯泡供电，其中灯泡为指示灯，灯泡与用户端的灯泡相同，额定电压均为，所有灯泡正常发光，已知匀强磁场的磁感应强度大小为，线圈的电阻不计。下列说法正确的是（　　） A．变压器原、副线圈的匝数比为 B．用户端的交变电流的频率为 C．发电机线圈的面积 D．若增加用户端的灯泡数量，且叶片的转速不变，则灯泡L一定变暗 4．两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平内，另一边垂直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，每根杆的电阻均为R。整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度V1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度V2向下匀速运动（重力加速度为g）。以下说法正确的是（　　） A．ab杆所受拉力F的大小为 B．cd杆所受摩擦力为零 C．回路中的电流大小为 D．μ与V1大小的关系为 5．如图所示，空间中存在一矩形磁场区域，在区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场Ⅰ，在区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场Ⅱ，两磁场的磁感应强度大小均为。，一带电粒子以大小为、方向沿的速度进入磁场Ⅰ，运动一段时间后从点离开磁场区域.不计粒子的重力，粒子的比荷为，则下列说法正确的是（    ） A．的长度可能为 B．粒子在磁场中运动的总时间可能为 C．粒子从磁场Ⅰ进入磁场Ⅱ的位置距离点可能为 D．若粒子能通过边上距离点的一点，则粒子的发射速度大小可能为 6．如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为2：1，原线圈输入的交流电压瞬时值的表达式为，定值电阻的阻值为，电阻箱的初始阻值为，灯泡L阻值恒为。下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数为 B．逐渐增大的阻值，功率逐渐变大 C．当时，副线圈功率达到最大 D．若将换为一个理想二极管，则灯泡L两端电压的有效值为 7．如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个用相同材料、相同粗细的导线绕制的单匝闭合正方形线圈1和2，其边长L1=2L2，在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再逐渐完全进入磁场，最后落到地面．运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界．设线圈1、2落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2，通过线圈截面的电荷量分别为q1、q2，不计空气阻力，则（ ） A．v1＜v2，Q1＞Q2，q1＞q2 B．v1=v2，Q1=Q2，q1=q2 C．v1＜v2，Q1＞Q2，q1=q2 D．v1=v2，Q1＜Q2，q1＜q2 8．如图所示为磁流体发电机的示意图，平行金属板A、C组成一对平行电极，两板间距为d，面积为S。两板间有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一束等离子体（带有正、负电荷的粒子）以一定的速度v平行金属板、垂直于磁场射入两板间，两板间连接有定值电阻R等离子体的电阻率为ρ则下列说法正确的是（　　） A．电阻中的电流方向由a到b B．电阻R的电功率为 C．电源的总功率为 D．增大两金属板的正对面积可增大发电机的电动势 9．（多选）图甲为超声波悬浮仪，上方圆柱体中，高频电信号（由图乙电路产生）通过压电陶瓷转换成同频率的高频声信号，发出超声波，下方圆柱体将接收到的超声波信号反射回去。两列超声波信号叠加后，会出现振幅几乎为零的点——节点，在节点两侧声波压力的作用下，小水珠能在节点处附近保持悬浮状态，该情境可等效简化为图丙所示情形，图丙为某时刻两列超声波的波形图，P、Q为波源，点、点分别为两列波的波前，已知声波传播的速度为340m/s，LC振荡回路的振荡周期为，则下列说法正确的是（　　） A．该超声波悬浮仪所发出的超声波信号频率为340Hz B．两列波稳定叠加后，波源P、Q之间小水珠共有10个悬浮点 C．两列波稳定叠加后，波源P、Q之间振幅为2A的点共有8个 D．拔出图乙线圈中的铁芯，可以增加悬浮仪中的节点个数 10．（多选）如图，理想变压器原、副线圈匝数比为，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡、的阻值始终与定值电阻的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（　　） A．先变暗后变亮，一直变亮 B．先变亮后变暗，一直变亮 C．电源的输出功率先增大后减小 D．电源的输出功率先减小后增大 11．（多选）水平放置的两根足够长的光滑金属导轨相距为d，放在垂直纸面向里的磁感应强度大小为 B的匀强磁场中，一质量为 m，电阻不计的导体棒 MN 垂直横跨在导轨上，与导轨接触良好。导轨一端分别与电源、电容器和定值电阻通过开关连接，电源的电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，定值电阻为 R。首先将开关 S2与d 接通给电容器充电，待电路稳定后将开关 与b点相接，再将开关 S2与c点相接，当导体棒匀速直线运动时，把开关 与c 点断开，将开关 与a 接通，导体棒运动一段距离后速度为零。下列说法正确的是（　　） A．导体棒匀速时速度 B．设导体棒匀速运动时速度为 v，当 S1与a 刚接通瞬间导体棒的加速度 C．设导体棒匀速运动时速度为 v，自 S1与a 接通至导体棒速度为零用时 D．设导体棒匀速运动时速度为 v，自 S1与 a 接通至导体棒速度为零，导体棒位移为 12．（多选）如图所示倾角为37°的足够长的光滑绝缘斜面处于匀强磁场中，磁感应强度为B。可视为质点的小球质量为m，带电量为，以平行于斜面的初速度从斜面底端向上滑行，t时刻小球离开斜面。已知，整个运动过程中小球带电量保持不变，下列分析正确的是（　　） A．小球离开斜面之前的运动过程中加速度恒定 B． C．小球离开斜面之前的过程中斜面对小球的弹力的冲量大小为 D．小球离开斜面后相对分离点能够上升的最大高度为 第Ⅱ卷 非选择题 二、实验题（共2小题,共20分） 13．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）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是： ； A．整块硅钢铁芯    B．整块不锈钢铁芯    C．绝缘的铜片叠成    D．绝缘的硅钢片叠成 （2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 ；（填“多”或“少”） （3）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ；（填字母） A．  干电池        B．  学生电源 C．  实验室用电压表    D．  多用电表 （4）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．36V （5）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，则原线的输入电压可能为 ；（填字母） A．1.5V    B．6.0V    C．7.0V （6）等效法、理想模型法是重要的物理学方法，合理采用物理学方法会让问题变得简单，这体现了物理学科“化繁为简”之美。产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为（左侧虚线框内的交流电源和定值电阻串联）与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原副线圈的匝数分别为（右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，在调节可变电阻R的过程中，当 时，R获得的功率最大。    14．某同学利用如图甲装置研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化。内阻 r＝40 Ω的螺线管固定在铁架台上，线圈与电流传感器、电压传感器和滑动变阻器连接。滑动变阻器最 大阻值为 40 Ω，初始时滑片位于正中间 20 Ω 的位置。打开传感器，将质量 m＝0.01 kg 的磁铁 置于螺线管正上方静止释放，磁铁上表面为 N 极。穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止（磁 铁下落中受到的阻力远小于磁铁重力，不发生转动），释放点到海绵垫高度差 h＝0.25 m。计 算机屏幕上显示出如图乙的 UI－t 曲线。 （1）图乙中坐标表示的物理量 UI 的意义是 ，磁铁穿过螺线管的过程中，UI 的峰值 约为 W。（保留两位有效数字） （2）磁铁穿过螺线管的过程中，螺线管产生的感应电动势的最大值约为 V。（保留 两位有效数字） （3）图乙中 UI 出现前后两个峰值，对比实验过程发现，这两个峰值是在磁铁刚进入螺线管 内部和刚从内部出来时产生的，对这一现象相关说法正确的是 。 A．线圈中的磁通量经历先增大后减小的过程 B．如果仅略减小 h，两个峰值都会减小 C．如果仅略减小 h，两个峰值可能会相等 D．如果仅移动滑片，增大滑动变阻器阻值，两个峰值都会增大 （4）在磁铁下降 h＝0.25 m 的过程中，估算重力势能转化为电能的值是 J，并估算 重力势能转化为电能的效率是 。（用百分比表示，保留两位有效数字） 三、计算题（本题共3小题，共32分） 15．如图甲所示，长、宽分别为=0.3m、=0.1m的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n=200，总电阻为r=1Ω，可绕其竖直中心轴转动，线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和阻值为2Ω的定值电阻R相连，线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场．磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，0～s时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直，s时刻以后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω=50πrad/s匀速转动，求(运算结果中可保留π)： （1）0～s时间内通过电阻R的电流大小； （2）线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量； （3）求在s～s时间内，通过电阻R的电荷量为多少? s时刻穿过线圈的磁通量的变化率是多大? 16．如图所示，质量为M的光滑矩形金属框abcd置于光滑的绝缘水平桌面上，ad宽度为L，ab长度足够长，ad段和bc段电阻均为R，其它部分电阻不计。整个空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，质量为m、电阻为R的金属棒PQ垂直于ab放置在金属框上。某时刻给金属棒一个水平向右的初速度v0，运动过程中金属棒始终与框的两边垂直且接触良好，经过一段时间金属棒的运动达到稳定。求： （1）金属棒刚开始运动时受到的安培力； （2）金属棒达到稳定状态时的速度大小； （3）整个过程中通过ad的电荷量及金属棒上产生的焦耳热； （4）若将金属框固定，金属棒获得初速度v0的同时给其加一水平向左的外力F，使金属棒向右做匀减速直线运动至速度为零，F的大小随时间t变化的规律为（k为未知常数），求k的值。 17．如图1所示，在空间内的O点有一粒子源，可沿xOy平面的任意方向发射速度大小为v0的带正电粒子。平面内有一半径为R的圆形，与x轴的其中一个交点为Q。在该圆形区域外加一方向垂直平面向外，磁感应强度大小为B的匀强磁场。已知从O点发出的粒子恰好都不会进入圆形区域，不计粒子重力和粒子间的相互作用。，。 （1）求粒子的比荷； （2）若粒子速度大小改为时，求能进入圆形区域的粒子从O点发射的速度方向与x轴正方向所成角度θ的范围； （3）撤去垂直平面向外的匀强磁场B，如图2所示在空间内用垂直于x轴平行于yOz平面的足够大界面P将的区域分成Ⅰ、Ⅱ两部分，分别加上方向相反且平行于y轴，磁感应强度大小仍为B的匀强磁场，xOy平面内射入的粒子速度与x轴正向成，该粒子在Ⅰ、Ⅱ两区域内运动后会经过y轴上的A点，求A点与O点的距离。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$