精品解析：北京市房山区2024-2025学年高二下学期期中物理试卷

房山区2024-2025学年度第二学期学业水平调研（一） 高二物理 本试卷共8页、满分100分、考试时长90分钟。考生务必将答案填涂或书写在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将试卷和答题卡一并交回。 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 下列物理量属于矢量的是（ ） A. 电流 B. 磁感应强度 C. 磁通量 D. 电荷量 2. 电势单位“伏特”用国际单位制中的基本单位表示正确的是（ ） A. B. C. D. 3. 以下有关电场和磁场的说法正确的是（　　） A. 试探电荷在电场中某处受到的电场力越大，则该处的电场强度一定越大 B. 电场强度的定义和磁感应强度的定义都用到了比值定义法 C. 变化的电场一定产生变化的磁场 D. 一段电流元在磁场中受力越大，则该处的磁感应强度越大 4. 如图所示，长方体导体板放在方向与左、右表面垂直，磁感应强度为B的匀强磁场中。电流I是导体板内电子定向运动产生的恒定电流。经过一段时间，电势较高的为（　　） A. 上表面 B. 下表面 C 左表面 D. 右表面 5. 如图，积雨云内部产生正负电荷层，底层为负电；顶层为正电。一带负电的雨滴从凹凸不平的积雨云底部落向地面，下列说法正确的是（　　） A 雨滴下落过程中，电势能逐渐减少 B. 雨滴下落过程中，电势逐渐降低 C. 雨滴下落过程中，受到的电场力保持不变 D. 雨滴下落过程中，电势能的变化量等于动能的变化量 6. 如图所示，带电量相等的点电荷固定不动且连线水平，带正电的检验电荷仅在电场力作用下，在连线的中垂面内绕中心点做匀速圆周运动，图中虚线为圆周运动的轨迹，不计检验电荷所受的重力。下列说法正确的是（　　） A. 带正电荷，带负电荷 B. 虚线上各点的电场强度相同 C. 做匀速圆周运动的过程中，检验电荷所受的电场力不变 D. 做匀速圆周运动的过程中，检验电荷的电势能不变 7. 某静电场中有a、b两点，正检验电荷在两点具有的电势能与电荷量q的关系如图所示。下列关于a、b两点的电场强度的大小关系和两点的电势的高低关系的判断，一定正确的是（ ） A. B. C. D. 8. 如图所示，回旋加速器由两个D形金属盒组成，盒面与匀强磁场垂直，并接有高频交变电压。中心S处的粒子源产生初速度为零的质子，每次经过窄缝都被加速。已知质子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压为U，磁场的磁感应强度大小为B，D形盒的半径为R。质子每次加速的时间可忽略，加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。下列说法正确的是（　　） A. 高频交变电压的周期为 B. 质子做圆周运动的半径越大周期越大 C. 质子能获得的最大动能与成正比 D. 质子能获得的最大动能与U成正比 9. 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，产生交变电流的图像如图所示，则（　　） A. 该交变电流的周期为0.5s B. 该交变电流的电流有效值为2A C. 时，穿过线圈的磁通量为零 D. 时，穿过线圈的磁通量变化最快 10. 成都建成的东方超环（EAST），其核心部件如图所示，环形真空室外面缠绕着水平环绕线圈1和竖直环绕线圈2两组线圈（类似于通电螺线管）产生磁场，使高温等离子体（含有带正、负电的电子）在磁场中发生可控核聚变反应。则（　　） A. 线圈2产生竖直方向的环形磁场 B. 环形真空室任一位置处磁感应强度相同 C. 通过环形真空室任一竖直截面的磁通量相同 D. 如果电子恰能沿环形真空室内做圆周运动，负责产生向心力磁场是线圈2 11. 如图所示，q-t图像表示LC振荡电路中电容器下极板电荷量随时间变化的图像，下列说法正确的是（　　） A. Oa时间段，线圈中磁场能在减小 B. b、d两时刻电路中电流最大 C. b、d两时刻电容器中电场能最大 D. 该电路可以有效的把电磁波发射出去 12. 如图甲所示，某同学在研究电磁感应现象时，将一线圈两端与电流传感器相连，强磁铁从长玻璃管上端由静止下落，电流传感器记录了强磁铁穿过线圈过程中电流随时间变化的图像，时刻电流为0，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A. 在时刻，穿过线圈的磁通量的变化率为0 B. 在到时间内，强磁铁的加速度大于重力加速度 C. 强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力先向上后向下 D. 在到的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量 13. 某同学利用电压传感器来研究电感线圈工作时的特点。图甲中三个灯泡完全相同，不考虑温度对灯泡电阻的影响。在闭合开关S的同时开始采集数据，当电路达到稳定状态后断开开关。图乙是由传感器得到的电压u随时间t变化的图像。不计电源内阻及电感线圈L的电阻。下列说法正确的是（　　） A. 开关S闭合瞬间，流经灯和的电流相等 B. 开关S闭合瞬间至断开前，流经灯电流保持不变 C. 开关S断开瞬间，灯闪亮一下再熄灭 D. 根据题中信息，可以推算出图乙中与的比值 14. 类比是研究问题的常用方法。与电路类比就可以得到关于“磁路”（磁感线的通路）的一些基本概念和公式。在电路中可以靠电动势来维持电流，在磁路中靠“磁动势”来维持铁芯中的磁场，如图1所示，磁动势，，其中N为线圈的匝数，I为通过线圈中的电流。类比闭合电路的欧姆定律，磁路也存在闭合磁路的欧姆定律，其中Φ为磁通量，Rm被称为磁阻，磁阻所满足的磁阻定律与电阻定律具有相同的形式，磁阻率可类比电阻率，磁路的串、并联规律可类比电路的串、并联规律。结合以上关于磁路的信息以及你所学过的知识，下列说法不正确的是 A. 为图1中的线圈接入正弦交流电时，线圈中的磁动势改变 B. 材料磁阻率与材料本身性质有关 C. 若将图2中的铁芯的左半部分替换为永磁体，则磁动势仍然成立 D. 在铁芯所在的空间中，施加变化电场，有可能在铁芯中激发感应“磁动势” 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中， （1）按如图1所示连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转。进行这项实验操作的实验目的是为了________。 A. 测量灵敏电流表能够承受电流的最大值 B. 检查灵敏电流表测量电流的大小是否准确 C. 检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系 （2）接下来用图2所示的装置做实验，图中螺线管上的粗线表示导线的绕行方向。某次实验中在条形磁铁向下插入螺线管的过程中，观察到电流表指针向右偏转，则螺线管中感应电流产生的磁场方向________（填“向上”或“向下”）。再观察发现条形磁铁下端是S极，插入过程中螺线管中的原磁场方向________（填“向上”或“向下”）。在条形磁铁插入过程中，螺线管中磁通量在________（选“不断增大”、“不断减小”或“保持不变”）。 16. 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“”匝。 （1）实验时，实验室有下列器材： A．可拆变压器 B．条形磁铁 C．多用电表 D．直流电源 E．交流电源 F．开关、导线若干 上述器材在本实验中不需要的有________（填器材字母代号）。 （2）若实验中，导线连接变压器原线圈“0”“2”接线柱，连接副线圈“0”“1”接线柱，当副线圈所接电表的示数为4．0V时，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为_______ A. 12.0V B. 10.0V C. 8V D. 2.0V （3）若组装变压器时，该同学没有将铁芯闭合，原线圈接8.0V的学生电源，原、副线圈的匝数比为，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是_______ A. 0.7V B. 1.0V C. 8.0V D. 64.0V （4）某次实验时用匝数和的变压器，测量数据如表： 1.80 2.80 3.80 4.90 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接电源的原线圈的匝数是________（选填“”或“”）． （5）通过分析实验数据发现，每次实验变压器副线圈输出电压总比理论值小，下列可能的原因，不正确的是________。 A. 变压器线圈中有电流通过时会发热 B. 原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 C. 原线圈输入电压发生变化 D. 铁芯在交变磁场的作用下会发热 17. 如图所示，匀强磁场方向垂直于导轨平面竖直向下，磁感应强度大小为，两根间距为平行光滑金属导轨水平放置在匀强磁场中，金属杆垂直放在金属导轨上。若用大小为的水平拉力作用在金属杆上，可使其向右匀速运动。已知定值电阻的阻值为，金属杆的电阻为，其余电阻不计，整个过程中金属杆均与导轨垂直接触良好。求： （1）通过金属杆的电流及方向； （2）金属杆运动的速度大小； （3）0.5s的时间内通过定值电阻R的电量及金属杆的焦耳热。 18. 某质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为；B为速度选择器、磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为。现有一质量为m、电荷量为的粒子（不计重力）从由静止出发、经A加速后，该粒子从进入B恰好做匀速运动、粒子从、点进入C后做匀速圆周运动，打在底片上的M点。求： （1）粒子进入速度选择器的速度大小v。 （2）速度选择器两板间的电压。 （3）M点到的距离L。 19. 如图甲所示，真空中有一长直细金属导线MN，与导线同轴放置一半径为R的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同、大小为的电子。已知电子质量为m，电荷量为e。不考虑出射电子间的相互作用。 （1）若在导线和柱面之间加一恒定电压，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该电压值的大小U； （2）若在柱面内只加平行于MN的匀强磁场，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该匀强磁场的磁感应强度的大小B； （3）如图乙所示，撤去柱面，沿柱面原位置放置一个弧长为a、长度为b的金属片，金属片接地。若单位时间内单位长度的金属导线MN向外辐射的电子数为，电子打到金属片上被全部吸收。求在金属导线MN和金属片间形成的稳定电流I。 20. 导线中带电粒子的定向移动形成电流，电流可以从宏观和微观两个角度来认识。 （1）一段通电直导线的横截面积为，单位体积的带电粒子数为，每个带电粒子定向移动的速率为，粒子的电荷量为，并认为做定向运动的电荷是正电荷。 a．试推导出电流的微观表达式； b．如图所示，电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力，按照这个思路，请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。 （2）经典物理学认为金属导体总恒定电场形成稳恒电流，金属导体中的自由电子在电场力的作用下，定向运动形成电流，自由电子在定向运动的过程中，不断地与金属离子发生碰撞，碰撞后自由电子定向运动的速度变为零，将能量转移给金属离子，使得金属离子的热运动更加剧烈，自由电子定向运动过程中，频繁地与金属离子碰撞产生了焦耳热，某金属直导线电阻为，通过的电流为，请从宏观和微观相联系的角度，推导在时间内导线中产生的焦耳热为（需要的物理量可自设）。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 房山区2024-2025学年度第二学期学业水平调研（一） 高二物理 本试卷共8页、满分100分、考试时长90分钟。考生务必将答案填涂或书写在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将试卷和答题卡一并交回。 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 下列物理量属于矢量的是（ ） A. 电流 B. 磁感应强度 C. 磁通量 D. 电荷量 【答案】B 【解析】 【详解】矢量是有大小，又有方向的物理量，其运算满足矢量运算法则，而标量是只有大小，没有方向的物理量；磁感应强度是矢量，而电荷量、磁通量和电流是标量。 故选B。 2. 电势单位“伏特”用国际单位制中的基本单位表示正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】由，， 可得 故选C。 3. 以下有关电场和磁场的说法正确的是（　　） A. 试探电荷在电场中某处受到的电场力越大，则该处的电场强度一定越大 B. 电场强度的定义和磁感应强度的定义都用到了比值定义法 C. 变化的电场一定产生变化的磁场 D. 一段电流元在磁场中受力越大，则该处的磁感应强度越大 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据电场强度的定义式 电场强度等于单位电荷在该处受到的电场力，不能用试探电荷受到的电场力直接来表示电场强度的大小，故A错误； B．电场强度和磁感应强度的定义都用到了比值定义法，故B正确； C．变化的电场一定产生磁场，但不一定产生变化的磁场，故C错误； D．一段电流元在磁场中受力大小与其放置方向有关，故D错误。 故选B。 4. 如图所示，长方体导体板放在方向与左、右表面垂直，磁感应强度为B的匀强磁场中。电流I是导体板内电子定向运动产生的恒定电流。经过一段时间，电势较高的为（　　） A. 上表面 B. 下表面 C. 左表面 D. 右表面 【答案】A 【解析】 【详解】电子向前定向移动中受洛伦兹力向下，导体下表面带负电，而上表面带正电，所以导体上表面比下表面电势高； 故选A。 5. 如图，积雨云内部产生正负电荷层，底层为负电；顶层为正电。一带负电的雨滴从凹凸不平的积雨云底部落向地面，下列说法正确的是（　　） A. 雨滴下落过程中，电势能逐渐减少 B. 雨滴下落过程中，电势逐渐降低 C. 雨滴下落过程中，受到的电场力保持不变 D. 雨滴下落过程中，电势能的变化量等于动能的变化量 【答案】A 【解析】 【详解】由题意可知，雷雨云底部与地面之间的电场方向向上，带负电的雨滴所受电场力向下，在雨滴下落过程中，电势逐渐升高，电场力做正功，电势能逐渐减少，所受电场力减小，电势能的减少量和重力势能的减少量等于动能的增加量，即电势能的变化量小于动能的变化量。 故选A。 6. 如图所示，带电量相等的点电荷固定不动且连线水平，带正电的检验电荷仅在电场力作用下，在连线的中垂面内绕中心点做匀速圆周运动，图中虚线为圆周运动的轨迹，不计检验电荷所受的重力。下列说法正确的是（　　） A. 带正电荷，带负电荷 B. 虚线上各点的电场强度相同 C. 做匀速圆周运动的过程中，检验电荷所受的电场力不变 D. 做匀速圆周运动的过程中，检验电荷的电势能不变 【答案】D 【解析】 【详解】A．因为带正电的检验电荷仅在电场力作用下，在连线的中垂面内绕中心点做匀速圆周运动，可知MN均带负电荷，选项A错误； B．虚线上各点的电场强度大小相同，但是方向不同，选项B错误； C．做匀速圆周运动的过程中，检验电荷所受的电场力大小不变，方向不断变化，选项C错误； D．做匀速圆周运动过程中，因虚线圆上各点电势都相等，可知检验电荷的电势能不变，选项D正确。 故选D。 7. 某静电场中有a、b两点，正检验电荷在两点具有的电势能与电荷量q的关系如图所示。下列关于a、b两点的电场强度的大小关系和两点的电势的高低关系的判断，一定正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】AB．根据电势能大小，无法判断ab两点的电场强度大小，故AB错误； CD．根据 可知，图像斜率为电势，斜率大电势大，图像可知，故C错误，D正确。 故选D。 8. 如图所示，回旋加速器由两个D形金属盒组成，盒面与匀强磁场垂直，并接有高频交变电压。中心S处的粒子源产生初速度为零的质子，每次经过窄缝都被加速。已知质子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压为U，磁场的磁感应强度大小为B，D形盒的半径为R。质子每次加速的时间可忽略，加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。下列说法正确的是（　　） A. 高频交变电压的周期为 B. 质子做圆周运动的半径越大周期越大 C. 质子能获得的最大动能与成正比 D. 质子能获得的最大动能与U成正比 【答案】C 【解析】 【详解】A．加速电压的周期等于粒子在磁场中运动的周期，即 故A错误； B．根据A选项分析可知，周期与半径无关，故B错误； CD．根据 ， 带电粒子射出时的动能 质子能获得的最大动能与成正比，与U无关。故C正确D错误。 故选C。 9. 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，产生交变电流的图像如图所示，则（　　） A. 该交变电流的周期为0.5s B. 该交变电流的电流有效值为2A C. 时，穿过线圈的磁通量为零 D. 时，穿过线圈的磁通量变化最快 【答案】D 【解析】 【详解】A．由图可知该交变电流的周期为0.4s，故A错误； B．该交变电流的电流有效值为 故B错误； C．，感应电流为零，此时穿过线圈的磁通量最大，故C错误； D．时，感应电流最大，根据法拉第电磁感应定律可知穿过线圈的磁通量变化最快，故D正确。 故选D。 10. 成都建成的东方超环（EAST），其核心部件如图所示，环形真空室外面缠绕着水平环绕线圈1和竖直环绕线圈2两组线圈（类似于通电螺线管）产生磁场，使高温等离子体（含有带正、负电的电子）在磁场中发生可控核聚变反应。则（　　） A. 线圈2产生竖直方向的环形磁场 B. 环形真空室任一位置处磁感应强度相同 C. 通过环形真空室任一竖直截面的磁通量相同 D. 如果电子恰能沿环形真空室内做圆周运动，负责产生向心力的磁场是线圈2 【答案】C 【解析】 【详解】A．线圈2在竖直平面内，由右手螺旋定则可知，其产生水平方向的环形磁场，故A错误； B．环形真空室任一位置处磁感应强度磁场方向不同，故B错误； C．由于线圈类似于通电螺线管产生磁场，通过任一匝线圈2的磁感线条数相同，磁通量相等，故C正确； D．电子沿环做圆周运动的速度方向和线圈2产生的磁场方向重合，不受该磁场的作用，负责产生向心力的磁场是线圈1，故D错误。 故选C。 11. 如图所示，q-t图像表示LC振荡电路中电容器下极板电荷量随时间变化的图像，下列说法正确的是（　　） A. Oa时间段，线圈中磁场能在减小 B. b、d两时刻电路中电流最大 C. b、d两时刻电容器中电场能最大 D. 该电路可以有效的把电磁波发射出去 【答案】C 【解析】 【详解】A．从q-t图像可知，Oa时间段，电容器的电荷量在减少，故电容器的电场能在减少，线圈中的磁场能在增加，故A错误； BC．从q-t图像可知，b、d两时刻电容器的电荷量最大，故电容器中电场能最大，线圈中磁场能最小，故电路中电流最小，B错误，C正确； D．有效的发射电磁波应该需要开放电路，故D错误。 故选C。 12. 如图甲所示，某同学在研究电磁感应现象时，将一线圈两端与电流传感器相连，强磁铁从长玻璃管上端由静止下落，电流传感器记录了强磁铁穿过线圈过程中电流随时间变化的图像，时刻电流为0，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A. 在时刻，穿过线圈的磁通量的变化率为0 B. 在到时间内，强磁铁的加速度大于重力加速度 C. 强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力先向上后向下 D. 在到的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量 【答案】A 【解析】 【详解】A．时刻电流为0，说明感应电动势为零，由 可知穿过线圈的磁通量的变化率为0，故A正确； B．由“来拒去留”可知在到时间内，强磁铁受到线圈向上的作用力F，且初始阶段有F小于重力，由 可知初始阶段强磁铁的加速度小于重力加速度，故B错误； C．由“来拒去留”可知强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力始终向上，故C错误； D．在到的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量加上线圈的内能，故D错误。 故选A。 13. 某同学利用电压传感器来研究电感线圈工作时的特点。图甲中三个灯泡完全相同，不考虑温度对灯泡电阻的影响。在闭合开关S的同时开始采集数据，当电路达到稳定状态后断开开关。图乙是由传感器得到的电压u随时间t变化的图像。不计电源内阻及电感线圈L的电阻。下列说法正确的是（　　） A. 开关S闭合瞬间，流经灯和的电流相等 B. 开关S闭合瞬间至断开前，流经灯的电流保持不变 C. 开关S断开瞬间，灯闪亮一下再熄灭 D. 根据题中信息，可以推算出图乙中与的比值 【答案】D 【解析】 【详解】AB．开关S闭合瞬间，由于电感线圈的阻碍作用，灯D3逐渐变亮，通过灯D3的电流缓慢增加，待稳定后，流经灯和的电流相等；故从开关S闭合瞬间至断开前，流经灯的电流也是逐渐增加，A、B错误； C．开关S断开瞬间，由于电感线圈阻碍电流减小的作用，由电感线圈继续为灯和提供电流，又因为电路稳定的时候，流经灯和的电流相等，所以灯逐渐熄灭，C错误； D．开关S闭合瞬间，灯和串联，电压传感器所测电压为D2两端电压，由欧姆定律 电路稳定后，流过D3电流为 开关S断开瞬间，电感线圈能够为和提供与之前等大电流，故其两端电压为 所以 故可以推算出图乙中与的比值，D正确。 故选D。 14. 类比是研究问题的常用方法。与电路类比就可以得到关于“磁路”（磁感线的通路）的一些基本概念和公式。在电路中可以靠电动势来维持电流，在磁路中靠“磁动势”来维持铁芯中的磁场，如图1所示，磁动势，，其中N为线圈的匝数，I为通过线圈中的电流。类比闭合电路的欧姆定律，磁路也存在闭合磁路的欧姆定律，其中Φ为磁通量，Rm被称为磁阻，磁阻所满足的磁阻定律与电阻定律具有相同的形式，磁阻率可类比电阻率，磁路的串、并联规律可类比电路的串、并联规律。结合以上关于磁路的信息以及你所学过的知识，下列说法不正确的是 A. 为图1中的线圈接入正弦交流电时，线圈中的磁动势改变 B. 材料磁阻率与材料本身性质有关 C. 若将图2中的铁芯的左半部分替换为永磁体，则磁动势仍然成立 D. 在铁芯所在的空间中，施加变化电场，有可能在铁芯中激发感应“磁动势” 【答案】C 【解析】 【详解】A．根据磁动势可知，图1中的线圈接入正弦交流电时，因电流I不断变化，则线圈中的磁动势改变，选项A正确，不符合题意； B．电阻率与材料本身有关，磁阻所满足的磁阻定律与电阻定律具有相同的形式，磁阻率可类比电阻率，可知材料磁阻率与材料本身性质有关，选项B正确，不符合题意； C．若将图2中的铁芯的左半部分替换为永磁体，根据闭合磁路的欧姆定律，则磁阻Rm会发生变化，则磁动势不再成立，选项C错误，符合题意； D．在铁芯所在的空间中，施加变化电场，有可能在线圈中激发感应电流，从而在铁芯中激发感应“磁动势”，选项D正确，不符合题意。 故选C。 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. 在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中， （1）按如图1所示连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转。进行这项实验操作的实验目的是为了________。 A. 测量灵敏电流表能够承受电流的最大值 B. 检查灵敏电流表测量电流的大小是否准确 C. 检测灵敏电流表指针偏转方向与电流流向的关系 （2）接下来用图2所示的装置做实验，图中螺线管上的粗线表示导线的绕行方向。某次实验中在条形磁铁向下插入螺线管的过程中，观察到电流表指针向右偏转，则螺线管中感应电流产生的磁场方向________（填“向上”或“向下”）。再观察发现条形磁铁下端是S极，插入过程中螺线管中的原磁场方向________（填“向上”或“向下”）。在条形磁铁插入过程中，螺线管中磁通量在________（选“不断增大”、“不断减小”或“保持不变”）。 【答案】（1）C （2） ①. 向下 ②. 向上 ③. 不断增大 【解析】 【小问1详解】 这样操作的目的是为了检验电流计指针的偏转方向与电流方向之间的关系，依此来确定产生的感应电流的方向，故C正确，AB错误。 故选C。 【小问2详解】 [1]图1中闭合开关后，电流计指针向右偏转，说明电流计指针向右偏转时电流从“+”接线柱流入电流表；图2中在条形磁铁向下插入螺线管的过程中，观察到电流表指针向右偏转，电流从螺线管上面接线柱流出，流入电流表，则螺线管中感应电流产生的磁场方向向下。 [2][3]条形磁铁下端S极，插入过程中螺线管中的原磁场方向向上；在条形磁铁插入过程中，螺线管中磁通量在不断增大。 16. 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“”匝。 （1）实验时，实验室有下列器材： A．可拆变压器 B．条形磁铁 C．多用电表 D．直流电源 E．交流电源 F．开关、导线若干 上述器材在本实验中不需要的有________（填器材字母代号）。 （2）若实验中，导线连接变压器原线圈“0”“2”接线柱，连接副线圈“0”“1”接线柱，当副线圈所接电表的示数为4．0V时，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为_______ A. 12.0V B. 10.0V C. 8V D. 2.0V （3）若组装变压器时，该同学没有将铁芯闭合，原线圈接8.0V的学生电源，原、副线圈的匝数比为，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是_______ A. 0.7V B. 1.0V C. 8.0V D. 64.0V （4）某次实验时用匝数和的变压器，测量数据如表： 1.80 2.80 3.80 4.90 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接电源的原线圈的匝数是________（选填“”或“”）． （5）通过分析实验数据发现，每次实验变压器副线圈输出电压总比理论值小，下列可能的原因，不正确的是________。 A. 变压器线圈中有电流通过时会发热 B. 原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 C. 原线圈输入电压发生变化 D. 铁芯在交变磁场的作用下会发热 【答案】（1）BD （2）C （3）A （4） （5）C 【解析】 【小问1详解】 变压器的原理是互感，原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，不需要外界磁场，故实验中不需要条形磁铁；实验中不需要直流电源，需要低压交流电源。 故选BD。 【小问2详解】 根据理想变压器的变压规律可知 则原线圈的电压为V 故选C。 【小问3详解】 根据理想变压器的变压规律 可以算出副线圈的电压为V 但铁芯未闭合，存在漏磁现象，则交流电压表的实际读数应小于1V。 故选A。 【小问4详解】 结合表中数据，可知总是小于的一半可知 本次实验所用变压器存在能量损失，、分别为变压器原、副线圈的电压，副线圈的匝数是，连接电源的原线圈的匝数是。 【小问5详解】 A．变压器线圈中有电流通过时会发热，线圈则有直流电阻，在线圈上会产生电压降，使输出电压减小，故A正确，不符合题意； B．原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失，即有漏磁现象，由能量守恒定律可知，使输出电压减小，故B正确，不符合题意； C．原线圈输入电压发生变化，对原、副线圈电压的比值不会有影响，故C错误，符合题意； D．铁芯在交变磁场的作用下会发热，使变压器输出的电能小于输入电能，使输出的电压减小，故D正确，不符合题意。 本题选择错误选项，故选C。 17. 如图所示，匀强磁场方向垂直于导轨平面竖直向下，磁感应强度大小为，两根间距为的平行光滑金属导轨水平放置在匀强磁场中，金属杆垂直放在金属导轨上。若用大小为的水平拉力作用在金属杆上，可使其向右匀速运动。已知定值电阻的阻值为，金属杆的电阻为，其余电阻不计，整个过程中金属杆均与导轨垂直接触良好。求： （1）通过金属杆的电流及方向； （2）金属杆运动的速度大小； （3）0.5s的时间内通过定值电阻R的电量及金属杆的焦耳热。 【答案】（1），；（2）；（3）， 【解析】 【详解】（1）对金属杆受力分析，根据平衡条件有 解得通过金属杆的电流为 根据左手定则，可知金属杆中的电流方向为； （2）根据闭合电路欧姆定律，有 金属杆匀速运动过程中产生的感应电动势为 解得金属杆运动的速度大小为 （3）的时间内，通过定值电阻的电量为 时间内，金属杆的焦耳热为 18. 某质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为；B为速度选择器、磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为。现有一质量为m、电荷量为的粒子（不计重力）从由静止出发、经A加速后，该粒子从进入B恰好做匀速运动、粒子从、点进入C后做匀速圆周运动，打在底片上的M点。求： （1）粒子进入速度选择器的速度大小v。 （2）速度选择器两板间的电压。 （3）M点到的距离L。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 粒子在A中加速过程，根据动能定理有 解得 【小问2详解】 粒子在B中做匀速直线运动，根据受力平衡有 解得 【小问3详解】 粒子在C中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有 解得 19. 如图甲所示，真空中有一长直细金属导线MN，与导线同轴放置一半径为R的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同、大小为的电子。已知电子质量为m，电荷量为e。不考虑出射电子间的相互作用。 （1）若在导线和柱面之间加一恒定电压，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该电压值的大小U； （2）若在柱面内只加平行于MN的匀强磁场，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该匀强磁场的磁感应强度的大小B； （3）如图乙所示，撤去柱面，沿柱面原位置放置一个弧长为a、长度为b的金属片，金属片接地。若单位时间内单位长度的金属导线MN向外辐射的电子数为，电子打到金属片上被全部吸收。求在金属导线MN和金属片间形成的稳定电流I。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【详解】（1）根据动能定理得 解得 （2）在柱面内只加与MN平行的匀强磁场，粒子俯视图，如图所示 根据几何关系有 2r=R 由洛伦兹力提供向心力，可得 联立，解得 （3）依题意，单位时间打在金属片电子数为 金属导线MN和金属片间形成的稳定电流为 20. 导线中带电粒子的定向移动形成电流，电流可以从宏观和微观两个角度来认识。 （1）一段通电直导线的横截面积为，单位体积的带电粒子数为，每个带电粒子定向移动的速率为，粒子的电荷量为，并认为做定向运动的电荷是正电荷。 a．试推导出电流的微观表达式； b．如图所示，电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力，按照这个思路，请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。 （2）经典物理学认为金属导体总恒定电场形成稳恒电流，金属导体中的自由电子在电场力的作用下，定向运动形成电流，自由电子在定向运动的过程中，不断地与金属离子发生碰撞，碰撞后自由电子定向运动的速度变为零，将能量转移给金属离子，使得金属离子的热运动更加剧烈，自由电子定向运动过程中，频繁地与金属离子碰撞产生了焦耳热，某金属直导线电阻为，通过的电流为，请从宏观和微观相联系的角度，推导在时间内导线中产生的焦耳热为（需要的物理量可自设）。 【答案】（1）a．见解析，b．，（2）见解析 【解析】 【详解】（1）a．在时间t内流过导线横截面的带电离子数 通过导线横截面的总电荷量 导线中电流 联立以上三式可得 b．导线受安培力大小 长L的导线内的总的带电粒子数 又 电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，表现为导线所受的安培力，即 联立以上三式可以推导出洛伦兹力的表达式 （2）设金属导体长为，横截面积为，两端电压为，导线中的电场强度 设金属导体中单位体积中的自由电子数为，则金属导体中自由电子数 设自由电子的带电量为，连续两次碰撞时间间隔为，定向移动的速度为，则一次碰撞的能量转移 一个自由电子在时间t内与金属离子碰撞次数为，金属导体中在时间内全部自由电子与金属离子碰撞，产生的焦耳热 又，，联立解以上各式推导可得 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