精品解析：山东省临沂市兰山区2024-2025学年高二下学期期中联考物理试题

2023级普通高中学科素养水平监测试卷 物理 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。 2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上写在本试卷上无效。 3.考试结束后、将本试卷和答题卡一并交回。 一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。 1. 下列说法正确的是（　　） A. 麦克斯韦通过实验证明光是一种电磁波 B. 电磁波可以发生衍射现象和偏振现象 C. 法拉第电磁感应定律是法拉第通过实验得出的 D. 波长最短的电磁波是X射线，所有物体都发射X射线 2. 如图所示，将半径为的铜导线半圆环AB用两根不可伸长的绝缘线、悬挂于天花板上，AB置于垂直纸面向外、大小为的匀强磁场中，现给导线通以自A到B大小为的电流，则（　　） A. 安培力方向竖直向上 B. 安培力方向竖直向下 C. 安培力大小为 D. 半圆环会向外摆动 3. 如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个圆形线圈，其圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。当把条形磁铁向上移动远离线圈时，线圈始终保持静止。移动磁铁的过程中，从上方俯视，下列说法正确的是（　　） A. 线圈有收缩的趋势 B. 线圈对桌面的压力大于重力 C. 线圈中产生的电流沿顺时针方向（俯视） D. 若极朝上，线圈有收缩的趋势 4. 如图所示，面积为S的金属圆环的直径与两磁场的边界重合，上方匀强磁场的磁感应强度保持不变，下方匀强磁场的磁感应强度均匀增大，下列说法正确的是（　　） A. 圆环中产生逆时针方向感应电流 B. 感应电动势大小为 C. 圆环受向上的安培力 D. 圆环受安培力大小不变 5. 如图所示，质量为、电荷量绝对值为的带电粒子（重力不计）从点以垂直于磁场边界的速度射入宽度为的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与原来射入方向的夹角为，磁场的磁感应强度大小为。则（　　） A. 该带电粒子带正电 B. 磁场的宽度 C. 洛伦兹力对粒子做正功 D. 粒子通过磁场的时间为 6. 如图所示，线圈的自感系数为，电阻可忽略，电容器的电容为，定值电阻阻值为，电源电动势为，内阻不计，开关S处于闭合状态。时刻断开S，不计电磁波辐射，在时间内，下列说法正确的是（　　） A. 电容器正在充电 B. 电流逐渐增大 C. 电容器板带正电 D. 线圈的自感电动势正在增大 7. 如图所示，理想变压器原线圈接电压为的正弦式交流电，、为定值电阻，为滑动变阻器，当滑动变阻器滑片向下滑动时，下列说法正确的是（　　） A. 定值电阻消耗的功率一定变小 B. 变压器的输出功率一定变小 C. 变压器的输出功率一定变大 D. 滑动变阻器消耗的功率一定变小 8. 如图所示，匀强磁场的左边界为，磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为，时刻，面积为的单匝矩形线框与磁场垂直，三分之二的面积处于磁场中。当线圈绕以角速度匀速转动，产生感应电动势的有效值为（　　） A. B. C. D. 二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 9. 如图所示，在光滑水平面上平放一个用均匀导线制成的正方形线框，质量为，边长为，总电阻为，有界磁场的宽度为，磁感应强度为，方向垂直线框平面向下。线框右边紧挨磁场边界，给线框水平向右的初速度，则（　　） A. 进磁场瞬间边两端电压为 B. 完全在磁场中运动时边两端电压为零 C. 进磁场和出磁场产生的焦耳热不相等 D. 进磁场和出磁场过程速度变化量相等 10. 如图所示，两根光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，左、右两侧导轨间距分别为和，处于竖直向上的磁场中，磁感应强度大小分别为和。已知导体棒的电阻为、长度为、质量为，导体棒的电阻为、长度为、质量为。初始时刻两棒静止，现给导体棒一水平向右的初速度，两棒始终在各自磁场中运动，整个过程中两棒保持与导轨垂直并接触良好，导轨足够长且电阻不计。下列说法正确的是（　　） A. 稳定后导体棒的速度大小为 B. 稳定后导体棒的速度大小为 C. 整个运动过程中产生的热量为 D. 整个运动过程通过导体棒的电荷量为 11. 如图所示，半径为的导电圆环（电阻不计）垂直磁场固定于磁感应强度为的匀强磁场中，此磁场的左边界正好与圆环直径重合，电阻为的直金属棒以恒定的角速度绕过环心的轴沿顺时针方向匀速转动，、端正好与圆环保持良好接触，圆环的边缘通过电刷和导线与一个阻值为的定值电阻相连，定值电阻的另一端通过导线接在圆环的中心轴上，在金属棒匀速转动过程中，下列说法中正确的是（　　） A. 图示位置处点电势高于点电势 B. 定值电阻两端的电压为 C. 转动一周，定值电阻产生的热量为 D. 转动一周，金属棒产生的热量为 12. 根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻。当用户端接一个定值电阻时，上消耗的功率为。不计其余电阻，下列说法正确的是（　　） A. 风速增加，若转子角速度增加一倍，则上消耗的功率为 B. 输电线路距离增加，若阻值增加一倍，则消耗的功率为 C. 若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则上消耗的功率为 D. 若在用户端再并联一个电阻，则用户端消耗的功率一定增大 三、非选择题：本题共6小题，共60分。 13. 某兴趣小组设计了一个研究霍尔电压与电流、磁感应强度、霍尔元件等物理量的关系的实验，设计了如图所示的电路。霍尔元件是由金属材料制成的，霍尔元件的厚度为，则： （1）电压表的正接线柱应接__________（填“”或“”）； （2）控制变量法研究霍尔电压与电流的关系，应闭合开关、后，保持滑动变阻器的滑片不变，调节滑动变阻器滑片，记录电流表的示数和对应的电压表的示数，可得霍尔电压与电流成__________（填“正比”或“反比”）； （3）同理可以探究，霍尔电压与霍尔元件沿着磁场方向的厚度__________（填“有关”或“无关”）。 14. 某同学用电流传感器研究自感现象，电路如图甲所示。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于灯泡的电阻。在“闭合开关—稳定一小段时间—断开开关”这个过程中，通过电流传感器得到图像如图乙所示，电流传感器不计内阻。 （1）开关S闭合瞬间，灯泡__________（选填“会”或“不会”）立即变亮； （2）开关S断开瞬间，灯泡__________（选填“会”或“不会”）闪亮； （3）第末线圈两端的电压为__________（用、、、表示） （4）比较与的大小关系，有__________。（选填“”“”或“”） 15. 发电机的示意图如图所示，发电机矩形线框的匝数为，面积为，线框的电阻为，线框所在位置的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为，定值电阻的阻值为，线框以角速度绕轴顺时针匀速转动，图示位置线框平面与磁场平行，若从图示位置开始计时，求： （1）画出通过电阻的电流与时间图像（规定电流由到为正方向）； （2）线框转动一圈，电阻产生的焦耳热。 16. 如图所示，足够长的固定光滑平行金属导轨、相距为，两导轨及其所构成的平面均与水平面夹角为。导轨所在区域有竖直方向的匀强磁场。导轨端点、通过导线与单刀双掷开关、电源连接。先将开关拨向1，再将质量为的均匀导体棒水平置于导轨上，导体棒恰好静止。已知电源电动势为，内阻不计，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为，导轨电阻可以忽略，重力加速度大小为，求： （1）磁场的磁感应强度大小及方向； （2）然后将开关拨向2，在运动过程中始终与两导轨垂直且接触良好，导体棒运动的最大速度。 17. 如图所示，一个质量为、带负电荷粒子的电荷量为的带电粒子从轴上的点以速度沿与轴成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，恰好垂直于轴射出第一象限。已知，带电粒子重力不计。 （1）求匀强磁场的磁感应强度的大小； （2）让大量这种带电粒子同时从轴上的点以速度沿与+轴成0~180°的方向垂直磁场射入第一象限内，求带电粒子在磁场中运动的最长时间。 （3）为了使该粒子能以速度垂直于轴射出，实际上只需在第一象限适当的地方加一个垂直于平面、磁感强度为的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆形区域内，试求这圆形磁场区域的最小面积。 18. 如图所示，在位于水平面内的平面直角坐标系中，有两个足够长的光滑金属固定导轨和，二者相交于坐标原点。导轨与轴重合，导轨与导轨之间的夹角为。在第一象限区域内，存在磁感应强度大小为的匀强磁场，磁场的方向竖直向下。一根足够长的质量为金属棒在水平向右的外力作用下，以恒定的速度水平向右在导轨上从轴开始运动（此时为时刻），金属棒与两导轨接触良好且始终保持与导轨垂直。金属棒粗细均匀且单位长度的电阻为，不计导轨电阻，不计一切摩擦。求： （1）时刻金属棒中的感应电流大小； （2）时刻金属棒受到外力的大小； （3）在时间内，金属棒产生的焦耳热； （4）若在时刻撤去外力，金属棒运动的水平距离大小。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2023级普通高中学科素养水平监测试卷 物理 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。 2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上写在本试卷上无效。 3.考试结束后、将本试卷和答题卡一并交回。 一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。 1. 下列说法正确的是（　　） A. 麦克斯韦通过实验证明光是一种电磁波 B. 电磁波可以发生衍射现象和偏振现象 C. 法拉第电磁感应定律是法拉第通过实验得出的 D. 波长最短的电磁波是X射线，所有物体都发射X射线 【答案】B 【解析】 【详解】A．麦克斯韦通过理论预言了电磁波的存在，并指出光属于电磁波，但实验验证是由赫兹完成的，故A错误。 B．电磁波具有波动性，衍射是波的共性，偏振是横波（如电磁波）的特性，故B正确。 C．法拉第只是发现了电磁感应现象，纽曼和韦伯总结出来的法拉第电磁感应定律，故C错误。 D．电磁波谱中波长最短的是γ射线，而非X射线；普通物体在常温下主要辐射红外线，而非X射线，故D错误。 故选B。 2. 如图所示，将半径为的铜导线半圆环AB用两根不可伸长的绝缘线、悬挂于天花板上，AB置于垂直纸面向外、大小为的匀强磁场中，现给导线通以自A到B大小为的电流，则（　　） A. 安培力方向竖直向上 B. 安培力方向竖直向下 C. 安培力大小为 D. 半圆环会向外摆动 【答案】B 【解析】 【详解】AB．由题知，现给导线通以自A到B大小为的电流，由左手定则可判断半圆环受到的安培力方向竖直向下，故A错误，B正确； C．半圆环的有效长度为2r，由安培力公式可知F安=2BIr，故C错误； D．因安培力竖直向下，故半圆环不会向外摆动，故D错误。 故选B。 3. 如图所示，水平放置的绝缘桌面上有一个圆形线圈，其圆心的正上方有一个竖直的条形磁铁。当把条形磁铁向上移动远离线圈时，线圈始终保持静止。移动磁铁的过程中，从上方俯视，下列说法正确的是（　　） A. 线圈有收缩的趋势 B. 线圈对桌面的压力大于重力 C. 线圈中产生的电流沿顺时针方向（俯视） D. 若极朝上，线圈有收缩的趋势 【答案】C 【解析】 【详解】AC．当条形磁铁向上移动时，闭合金属环内向下的磁通量减小，由楞次定律可知，金属圆环中会产生顺时针方向（从上往下看）的感应电流，线圈受到的安培力沿半径向外，线圈有扩张的趋势（或者根据“增缩减扩”判断），故A错误，C正确； B．将金属圆环等效成条形磁体，则上面为S极，故与条形磁铁相吸，则环对桌面的压力小于重力，故B错误； D．若极朝上，根据“增缩减扩”，线圈仍然有扩张的趋势，故D错误。 故选C 。 4. 如图所示，面积为S的金属圆环的直径与两磁场的边界重合，上方匀强磁场的磁感应强度保持不变，下方匀强磁场的磁感应强度均匀增大，下列说法正确的是（　　） A. 圆环中产生逆时针方向感应电流 B. 感应电动势大小为 C. 圆环受向上的安培力 D. 圆环受安培力大小不变 【答案】C 【解析】 【详解】A．由题知，下方的磁感应强度向外均匀增强，根据楞次定律，可知产生的感应电流方向为顺时针方向，故A错误； B．由题知，上方磁感应强度恒定，下方磁感应强度均匀变化，则有 根据法拉第电磁感应定律有 又 可得感应电动势为，故B错误； C．已知感应电流方向为顺时针方向，根据左手定则，对上半部分圆环分析，可知所受的安培力向上；对下半部分圆环分析，可知所受的安培力向上，故整个圆环所受的安培力向上，故C正确； D．根据感应电动势为 可知感应电动势不变，圆环电阻不变，所以感应电流也不变；对上部分圆环分析，所受的安培力大小为 因感应强度，感应电流不变，有效长度为不变，所以不变； 对下部分圆环分析，所受的安培力大小为 感应电流不变，有效长度为不变，而感应强度随时间均匀增强，所以增匀增大，故圆环所受的安培力发生变化，故D错误。 故选C。 5. 如图所示，质量为、电荷量绝对值为的带电粒子（重力不计）从点以垂直于磁场边界的速度射入宽度为的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与原来射入方向的夹角为，磁场的磁感应强度大小为。则（　　） A. 该带电粒子带正电 B. 磁场的宽度 C. 洛伦兹力对粒子做正功 D. 粒子通过磁场的时间为 【答案】D 【解析】 【详解】A．带电粒子水平向右射入垂直于纸面向里的磁场中，受到向下的洛伦兹力，根据左手定则可知，该带电粒子带负电，A错误； B．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力 由图中的几何关系可得 解得，B错误； C．洛伦兹力的方向时刻与粒子速度方向垂直，不做功，C错误； D．粒子在磁场中运动的周期，在磁场中运动的时间 解得 故选D。 6. 如图所示，线圈的自感系数为，电阻可忽略，电容器的电容为，定值电阻阻值为，电源电动势为，内阻不计，开关S处于闭合状态。时刻断开S，不计电磁波辐射，在时间内，下列说法正确的是（　　） A. 电容器正在充电 B. 电流逐渐增大 C. 电容器板带正电 D. 线圈的自感电动势正在增大 【答案】B 【解析】 【详解】ABC．由题可知，电路中电流的变化如图所示 断开开关的时刻，此时电路中的电流要减小，而线圈产生的感应电动势要阻碍电流的减小，故电流的方向不变，对电容器充电，当时充电完毕，电路电流为零，之后电容器放电，电流方向与之相反，并逐渐增大，当时电容器放电完毕，电流最大，故从到这段时间内，线圈中电流方向由b到a，b板带正电，电容器两端的电压逐渐减小，电场能转化为磁场能， 电流逐渐增大，故AC错误，B正确； D．根据 可知，随着电流的变化，线圈中的自感电动势逐渐减小，故D错误。 故选B。 7. 如图所示，理想变压器原线圈接电压为的正弦式交流电，、为定值电阻，为滑动变阻器，当滑动变阻器滑片向下滑动时，下列说法正确的是（　　） A. 定值电阻消耗的功率一定变小 B. 变压器的输出功率一定变小 C. 变压器的输出功率一定变大 D. 滑动变阻器消耗的功率一定变小 【答案】A 【解析】 【详解】A．将变压器原线圈与副线圈、和看成一个等效电阻，则有 根据电压与匝数的关系有 解得 根据电流与匝数的关系有 解得 在副线圈回路中有 联立解得 在原线圈回路中有 可知当滑动变阻器滑片向下滑动时，的阻值增大，则增大，所以减小； 根据 可知定值电阻消耗的功率一定变小，故A正确； BC．在原线圈回路中有，将看成电源的内阻，当时，变压器的输出功率最大，由题知无法判断与的大小关系，所以无法判断变压器的输出功率变化情况，故BC错误； D．根据电流与匝数的关系有 因减小，所以减小； 根据 因增大，减小，故无法判断的变化情况，故D错误。 故选A。 8. 如图所示，匀强磁场的左边界为，磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为，时刻，面积为的单匝矩形线框与磁场垂直，三分之二的面积处于磁场中。当线圈绕以角速度匀速转动，产生感应电动势的有效值为（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】如图所示，线圈右半部分在磁场中产生的电动势最大值 如图所示，线圈左半部分在磁场中产生的电动势最大值 根据电流有效值定值有 联立解得电流有效值 故选B。 二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 9. 如图所示，在光滑水平面上平放一个用均匀导线制成的正方形线框，质量为，边长为，总电阻为，有界磁场的宽度为，磁感应强度为，方向垂直线框平面向下。线框右边紧挨磁场边界，给线框水平向右的初速度，则（　　） A. 进磁场瞬间边两端电压为 B. 完全在磁场中运动时边两端电压为零 C. 进磁场和出磁场产生的焦耳热不相等 D. 进磁场和出磁场过程速度变化量相等 【答案】CD 【解析】 【详解】A．进磁场瞬间边两端电压为，故A错误； B．完全在磁场中运动时边切割磁感线，其两端电压仍为，故B错误； C．线框进磁场和出磁场过程中受到安培力作用，做变速运动，进磁场和出磁场过程中速度不一样，安培力不一样，位移相同，则克服安培力做功不同，所以产生的焦耳热不相等，故 C正确； D．线框进磁场和出磁场过程中，通过线框横截面的电荷量 由动量定理，可得 联立，解得，可知线框进磁场和出磁场过程中，速度的变化量相等，故D正确。 故选CD。 10. 如图所示，两根光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，左、右两侧导轨间距分别为和，处于竖直向上的磁场中，磁感应强度大小分别为和。已知导体棒的电阻为、长度为、质量为，导体棒的电阻为、长度为、质量为。初始时刻两棒静止，现给导体棒一水平向右的初速度，两棒始终在各自磁场中运动，整个过程中两棒保持与导轨垂直并接触良好，导轨足够长且电阻不计。下列说法正确的是（　　） A. 稳定后导体棒的速度大小为 B. 稳定后导体棒的速度大小为 C. 整个运动过程中产生的热量为 D. 整个运动过程通过导体棒的电荷量为 【答案】BD 【解析】 【详解】AB．给导体棒一水平向右的初速度，根据右手定则可知，回路电流方向为顺时针方向，根据左手定则可知，棒受到向左的安培力，棒受到向右的安培力，在安培力作用下棒做减速运动，棒从速度为0开始做加速运动，棒产生的电动势与棒产生的电动势方向相反，回路中的总电动势为 可知回路的电动势逐渐减小，回路的电流逐渐减小，两棒受到的安培力逐渐减小；稳定时，回路感应电流为0，两棒受到的安培力为0，两棒均做匀速运动，则有 可得 可知两者最终以相同的速度做匀速直线运动；由于 可知两棒组成的系统所受合外力为0，满足动量守恒，则有 可得稳定后两棒的速度大小均为，故A错误，B正确； C．根据能量守恒可得，整个运动过程中产生的热量为，故C错误； D．以导体棒为对象，根据动量定理可得 其中 联立解得整个运动过程通过导体棒的电荷量为，故D正确。 故选BD。 11. 如图所示，半径为的导电圆环（电阻不计）垂直磁场固定于磁感应强度为的匀强磁场中，此磁场的左边界正好与圆环直径重合，电阻为的直金属棒以恒定的角速度绕过环心的轴沿顺时针方向匀速转动，、端正好与圆环保持良好接触，圆环的边缘通过电刷和导线与一个阻值为的定值电阻相连，定值电阻的另一端通过导线接在圆环的中心轴上，在金属棒匀速转动过程中，下列说法中正确的是（　　） A. 图示位置处点电势高于点电势 B. 定值电阻两端的电压为 C. 转动一周，定值电阻产生的热量为 D. 转动一周，金属棒产生的热量为 【答案】BD 【解析】 【详解】A．根据右手定则可知，图示位置直金属棒oa部分充当电源，电源内部电流方向为，则在外电路电流方向为，则杆O点电势低于b点电势，故A错误； BCD．由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 等效电路图如图所示根据等效电路可知，圆环部分电阻为整个电路的总电阻为 电路中总电流为 R两端的电流为 转动一周，定值电阻R产生的热量为 金属棒产生的热量为，故BD正确，C错误。 故选BD。 12. 根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻。当用户端接一个定值电阻时，上消耗的功率为。不计其余电阻，下列说法正确的是（　　） A. 风速增加，若转子角速度增加一倍，则上消耗的功率为 B. 输电线路距离增加，若阻值增加一倍，则消耗的功率为 C. 若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则上消耗的功率为 D. 若在用户端再并联一个电阻，则用户端消耗的功率一定增大 【答案】AC 【解析】 【详解】A．等效电路图如图所示 设降压变压器的原副线圈匝数比为k:1，则输电线上的电流为 转子在磁场中转动时产生的电动势为 当转子角速度增加一倍时，升压变压器原副线圈两端电压都增加一倍，输电线上的电流也增加一倍，由可知上消耗的电功率变为原来的4倍，故A正确； C．同理，升压变压器副线圈匝数增加一倍，副线圈两端电压增加一倍，输电线上的电流增加一倍，上消耗的电功率变为原来的4倍，故C正确； B．若阻值增加一倍，其消耗的电功率，故B错误； D．若在用户端再并联一个电阻，则用户端电阻减小，输电线上的电流增大，则上消耗的功率增大，用户端消耗的功率一定减小，故D错误。 故选AC。 三、非选择题：本题共6小题，共60分。 13. 某兴趣小组设计了一个研究霍尔电压与电流、磁感应强度、霍尔元件等物理量的关系的实验，设计了如图所示的电路。霍尔元件是由金属材料制成的，霍尔元件的厚度为，则： （1）电压表的正接线柱应接__________（填“”或“”）； （2）控制变量法研究霍尔电压与电流的关系，应闭合开关、后，保持滑动变阻器的滑片不变，调节滑动变阻器滑片，记录电流表的示数和对应的电压表的示数，可得霍尔电压与电流成__________（填“正比”或“反比”）； （3）同理可以探究，霍尔电压与霍尔元件沿着磁场方向的厚度__________（填“有关”或“无关”）。 【答案】（1）N （2）正比 （3）有关 【解析】 【小问1详解】 闭合开关、后，由题图根据右手螺旋定则可知，通电线圈在霍尔元件所处位置产生的磁场方向向上，霍尔元件的电流右侧面流向左侧面，由于霍尔元件是由金属材料制成的，载流子是电子，根据左手定则可知电子在洛伦兹力作用下向偏转，所以电压表的正接线柱应接。 【小问2详解】 稳定时，电子受到的电场力等于洛伦兹力，则有 根据电流微观定义可得 联立可得 可知霍尔电压与电流成正比。 【小问3详解】 根据（2）问可得 可知霍尔电压与霍尔元件沿着磁场方向的厚度有关。 14. 某同学用电流传感器研究自感现象，电路如图甲所示。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于灯泡的电阻。在“闭合开关—稳定一小段时间—断开开关”这个过程中，通过电流传感器得到图像如图乙所示，电流传感器不计内阻。 （1）开关S闭合瞬间，灯泡__________（选填“会”或“不会”）立即变亮； （2）开关S断开瞬间，灯泡__________（选填“会”或“不会”）闪亮； （3）第末线圈两端的电压为__________（用、、、表示） （4）比较与的大小关系，有__________。（选填“”“”或“”） 【答案】（1）会 （2）会 （3） （4）＜ 【解析】 【小问1详解】 闭合开关瞬间，灯泡两端电压为电源电压，故灯泡立即变亮； 【小问2详解】 开关S断开瞬间，线圈由于自感，阻碍电流的减小，故线圈、灯泡与电流传感器组成闭合回路，使得灯泡闪亮一下，然后慢慢熄灭； 【小问3详解】 刚闭合开关时，由于线圈L中自感电动势很大，所以线圈L所在支路相当于断路，由闭合电路欧姆定律有 第末线圈两端的电压为 【小问4详解】 刚闭合开关时，由于线圈L中自感电动势很大，所以线圈L所在支路相当于断路，由闭合电路欧姆定律有 当电路稳定时，由闭合电路欧姆定律有 由于 所以有 15. 发电机的示意图如图所示，发电机矩形线框的匝数为，面积为，线框的电阻为，线框所在位置的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为，定值电阻的阻值为，线框以角速度绕轴顺时针匀速转动，图示位置线框平面与磁场平行，若从图示位置开始计时，求： （1）画出通过电阻的电流与时间图像（规定电流由到为正方向）； （2）线框转动一圈，电阻产生的焦耳热。 【答案】（1）见解析 （2） 【解析】 【小问1详解】 结合题意，可知线框中感应电动势瞬时值为 通过电阻的电流大小 通过电阻的电流方向始终向右，图像如图所示 【小问2详解】 线框中的电动势最大值为 则电动势有效值为 通过电阻电流的有效值 线框转动一圈，电阻产生的焦耳热 因为 解得 16. 如图所示，足够长的固定光滑平行金属导轨、相距为，两导轨及其所构成的平面均与水平面夹角为。导轨所在区域有竖直方向的匀强磁场。导轨端点、通过导线与单刀双掷开关、电源连接。先将开关拨向1，再将质量为的均匀导体棒水平置于导轨上，导体棒恰好静止。已知电源电动势为，内阻不计，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为，导轨电阻可以忽略，重力加速度大小为，求： （1）磁场的磁感应强度大小及方向； （2）然后将开关拨向2，在运动过程中始终与两导轨垂直且接触良好，导体棒运动的最大速度。 【答案】（1），竖直向下 （2） 【解析】 【小问1详解】 根据左手定则可知，磁场方向竖直向下，根据闭合电路欧姆定律可得 受力分析正交分解得 联立解得 【小问2详解】 最终匀速运动，受力分析有 感应电动势 因为 联立解得 17. 如图所示，一个质量为、带负电荷粒子的电荷量为的带电粒子从轴上的点以速度沿与轴成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，恰好垂直于轴射出第一象限。已知，带电粒子重力不计。 （1）求匀强磁场的磁感应强度的大小； （2）让大量这种带电粒子同时从轴上的点以速度沿与+轴成0~180°的方向垂直磁场射入第一象限内，求带电粒子在磁场中运动的最长时间。 （3）为了使该粒子能以速度垂直于轴射出，实际上只需在第一象限适当的地方加一个垂直于平面、磁感强度为的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆形区域内，试求这圆形磁场区域的最小面积。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 粒子运动轨迹半径设为，如图所示 根据几何关系可得 由洛伦兹力提供向心力可得 联立解得 【小问2详解】 沿轴正方向出发的粒子在磁场中运动时间最长，设该时间为，轨迹对应的圆心角设为，如图所示 由几何关系得 解得 则有 【小问3详解】 为了使该粒子能以速度垂直于轴射出，实际上只需在第一象限适当的地方加一个垂直于平面、磁感强度为的匀强磁场。若此磁场仅分布在一个圆形区域内，如图所示 粒子在此磁场中运动时，根据洛伦兹力提供向心力可得 联立以上，由几何关系可得矩形磁场区域的最小面积为 解得 18. 如图所示，在位于水平面内的平面直角坐标系中，有两个足够长的光滑金属固定导轨和，二者相交于坐标原点。导轨与轴重合，导轨与导轨之间的夹角为。在第一象限区域内，存在磁感应强度大小为的匀强磁场，磁场的方向竖直向下。一根足够长的质量为金属棒在水平向右的外力作用下，以恒定的速度水平向右在导轨上从轴开始运动（此时为时刻），金属棒与两导轨接触良好且始终保持与导轨垂直。金属棒粗细均匀且单位长度的电阻为，不计导轨电阻，不计一切摩擦。求： （1）时刻金属棒中的感应电流大小； （2）时刻金属棒受到外力的大小； （3）在时间内，金属棒产生的焦耳热； （4）若在时刻撤去外力，金属棒运动的水平距离大小。 【答案】（1） （2） （3） （4） 【解析】 【小问1详解】 t时刻金属棒切割磁感线的有效长度为 感应电动势为 闭合回路中总电阻为 感应电流为 联立解得 【小问2详解】 t时刻金属棒受到的安培力大小为 根据平衡条件可得 解得 【小问3详解】 金属棒的发热功率为， 产生的焦耳热为 解得 【小问4详解】 在t时刻撤去外力后，运动距离x静止，在极短时间内，根据动量定理有 又， 根据动量定理有 联立解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $