精品解析：上海市交通大学附属中学2024-2025学年高二上学期期末考试物理试题

2024-2025学年第一学期高二物理期末试卷 (满分 110分， 60分钟完成。答案一律写在答题纸上。) 考试说明：试卷最后的挑战题为非必答题，分值10分 注意事项： 1.试卷标注“不定项”的试题，每小题有1个或多个正确选项；标注“多选”的试题，每小题有多个正确选项； 2.在计算、简答以及论述的过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等； 3.除特殊说明外，本卷所用重力加速度g的大小均取 9.8m/s²。 一、电路 电路是电力系统、控制系统、通信系统、计算机硬件等电系统的主要组成部分，起着电能和电信号的产生、传输、转换、控制、处理和储存等作用。 1. 在某电路中3s内有：个电子通过，则此电路中电流大小为（　　） A. B. C. D. 无法确定 2. 通过小灯泡的电流I随电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线。下列说法正确的是（　　） A. 随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 B. 对应P点，小灯泡的电阻为 C. 对应P点，小灯泡的电阻为 D. 对应P点，小灯泡的功率为图中矩形 PQOM的面积 3. 材料相同、厚度相同、表面为正方形的金属导体A、B，表面正方形的边长之比为3：1，通过导体的电流方向如图所示，不考虑温度对电阻率的影响，则两个导体A与B（　　） A. 电阻之比为3∶1 B. 电阻之比为9∶1 C. 并联在电路中，发热功率之比为1∶9 D. 并联在电路中，自由电子定向移动的平均速率之比为1∶3 4. 如图所示是将滑动变阻器用作分压器的电路，A、B为分压器的输出端，电源电压U恒定，若把变阻器的滑片放在变阻器的中间，下列判断正确的是（　　） A. AB间不接负载时输出电压UAB=0.5U B. 当AB间接上负载R时， 输出电压 UAB>0.5U C. 负载电阻R越小， UAB越接近0.5U D. 接上负载后要使UAB=0.5U， 则滑片P应向下移动 5. 如图所示，电源电动势为6V，内阻2Ω，电阻 R0=4Ω，滑动变阻器总电阻R=48Ω，闭合开关S在滑片 P从a滑到 b的过程中，电流表的最大示数为___________A，滑动变阻器消耗的最大功率为____________W。 二、磁场 对磁场的研究是物理学的重要组成部分。 6. 下列说法正确的是（　　） A. 法拉第最早提出了“场”的概念，奥斯特揭示了电流的磁效应 B. 地球的地理两极与地磁两极重合，地理南极对应地磁南极 C. 磁场是一种为研究物理问题而假想的物质 D. 电场强度和磁感应强度 都采用了比值定义法，它们方向与力F的方向相同或相反 7. 某同学画的表示磁感应强度B、电流I、安培力F的相互关系的图如图所示，其中正确的是（　　） A. B. C. D. 8. 下列关于的磁场相关知识说法正确的是（　　） A. 甲图中，通电螺线管内部小磁针静止时N 极水平向左 B. 乙图中，小磁针正上方的直导线中通有电流时，小磁针S极会垂直纸面向里转动 C. 丙图中，面积为2S的矩形线框置于磁感应强度为 B的匀强磁场中，线框平面与磁场方向平行，此时通过线框的磁通量为2BS D. 丁图中，同向通电直导线之间的作用力是相互吸引的 9. 一个半径为R的金属圆环悬挂在弹簧测力计下端，圆环中通有大小恒定的电流，圆环下半部分处在垂直于圆环平面向里的匀强磁场中，圆环静止时弹簧测力计示数为 F，如图甲所示；现将圆环缓慢向下移动0.6R，圆环静止时弹簧测力计的示数为1.2F，如图乙所示。下列判断正确的是（　　） A. 圆环中电流沿顺时针方向 B. 圆环中电流沿逆时针方向 C. 圆环的重力大小为1.6F D. 圆环的重力大小为2F 10. 如图所示，矩形虚线框 MNPQ 内有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。a、b、c是三个质量和电荷量都相等的带电粒子，它们从 PQ 边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。粒子重力不计。下列说法正确的是（　　） A. 粒子a带正电 B. 粒子c的动能最大 C. 粒子b在磁场中运动的时间最长 D. 粒子b在磁场中运动时的向心力最大 11. 我国“天和号”核心舱配备了四台全国产化的霍尔推进器。单位质量的推进剂所产生的冲量叫“比冲量”，也叫“比推力”，是衡量推进器效率的重要参数。 （1）在国际单位制中，“比冲量”的单位可表示为___________。 （2）霍尔推进器工作时需要用磁场将带电粒子约束在一定区域内，产生“霍尔效应”。“霍尔效应”可用图示模型进行理解：将长方形金属导体置于匀强磁场中，磁场B与电流I 的方向如图所示且垂直，导体中的自由电子在洛伦兹力的作用下发生漂移，在导体的一侧聚集积累，从而在相对的两个表面之间出现电势差，即“霍尔电压”。图中的___________两个表面间会产生霍尔电压，电势较高的是________表面(以上两空均选填“上”、“下”、 “左”、 “右”、 “前”、 “后”)。 （3）若匀强磁场的磁感应强度为B，电流强度为I，电子电量为e，电子沿电流方向的平均定向移动速率为v，导体长、宽、高分别为a、b、c，则最大“霍尔电压”为______________。 12. 如图，在xOy坐标系所在的平面内，第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场，第二象限内有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E。一质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的。点以速度v沿与x轴正方向成60°角的方向射入磁场，恰好垂直于y轴射出磁场进入电场，不计粒子重力，求： （1）粒子在磁场中的运动半径r； （2）磁感应强度B的大小； （3）粒子从P 点射入到第二次到达y轴的时间t。 三、电磁感应现象与应用 1831年法拉第发现了电磁感应现象，其应用推动产生了人类第二次工业革命。 13. 电磁炉的原理是利用感应电动势在锅底内产生涡流，适合做电磁炉锅具的材料是（　　） A. 铁 B. 瓷器 C. 玻璃 D. 紫砂 14. 如图所示，将一根电线缠绕在铁芯外部，接通交流电源，过了一会儿，放置在铁芯上方的多匝线圈开始发热。下述可以增大线圈热功率的办法是（　　） A. 增大交流电源的频率 B. 减小上方线圈的匝数以减小电阻 C. 将交流电源换成电动势更大的直流电源 D. 抽去铁芯 15. 如图所示，一理想变压器原线圈的匝数 n₁=1100匝，副线圈的匝数n₂=220匝，交流电源的电压 R为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是（　　） A. 交流电的频率为100Hz B. 变压器的输入功率大于输出功率 C. 电流表A1的示数大于电流表A2的示数 D. 电压表的示数为44V 16. 某模型小组用小车探究电磁阻拦的效果。如图所示(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 v0向右通过竖直向下的有界磁场。已知小车总质量 m=0.2kg，金属框宽为0.1m、长为0.2m， 电阻R=2Ω， 磁场宽度 D=0.4m， 磁感应强度B=1.2T，不计摩擦。 （1）若v0=5m/s，则 ab边刚进入磁场时，线框中产生的感应电流大小为___________A；小车的加速度大小为___________m/s²。 （2）线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向___________ A. 均为 abcda B. 均为 adcba C. 先 abcda再 adcba D. 先 adcba 再 abcda （3）(计算)求线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量q=___________C； （4）线框进入磁场过程的发热量___________穿出磁场过程的发热量； A. > B. = C. < D.无法确定 （5）若cd边刚离开磁场边界 MN 时，小车速度恰好为零。线框进入磁场过程的发热量Q₁与穿出磁场过程的发热量Q₂之比Q₁：Q₂=___________。 四、类比 类比是一种重要的科学方法。库仑通过把静电力和万有引力类比，较快得出了电荷间作用力F跟距离r的二次方成反比的规律。库仑定律通过扭秤实验和“电摆”实验得以确立。 17. 长为L 的轻质绝缘细线下端系着一个带电量为+q，质量为m的小球。如图甲所示，该单摆在小角度摆动时周期为 将此单摆置于场强大小为E的竖直向下的匀强电场中，如图乙所示，则其简谐运动的周期为___________；将此单摆置于磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图丙所示，则其简谐运动的周期为___________；将此单摆置于离地高度等于地球半径的位置，则其简谐运动的周期为________； 18. 如图所示为库仑“电摆”实验装置。 绝缘支架托起直径约30cm的铜球，长度约2.5cm的蚕丝c上端固定于绝缘细棒，绝缘细棒用夹子V 固定在水平横杆上。长度约3.5cm的绝缘小针g水平悬挂于细丝下方，绝缘小针靠近铜球一端固定直径约1.5cm的镀金纸片l，镀金纸片平面与绝缘小针垂直。调节绝缘支架高度，使得铜球球心与镀金纸片圆心处于同一水平高度。实验时先通过莱顿瓶放电使铜球带电，再利用与铜球__________(选填“接触起电”或“感应起电”)的方式使镀金纸片带上__________(选填“同种”或“异种”)电荷，使得铜球和镀金纸片间出现静电力。镀金纸片受到轻微扰动后在静电力作用下振动，库仑认为若静电引力遵循与万有引力类似的平方反比规律，则实验中镀金纸片振动周期应该与其到铜球球心的距离r成__________(选填“正比”或“反比”)关系。库仑在实验中记录的测量数据如表2所示。 19. 结合单摆周期公式，通过类比，库仑“电摆”实验能证明电荷之间作用力与距离平方成反比，写出论证过程。已知地球质量为M，万有引力常量为G。 五、【挑战题】 离子检测(10) 20. 某环保设备装置可用于气体中有害离子的检测和分离。离子检测的简化原理如图甲所示。I区为电场加速区，Ⅱ区为无场区，Ⅲ区为电场检测区。已知I区中AB与CD两极的电势差为U，距离为L，Ⅱ区中CE与DF两板的间距为d，板长为4L，Ⅲ区中EF与GH间距足够大，其内部匀强电场的电场强度为，方向水平向左。假设大量相同的正离子在AB极均匀分布，由初速度为零开始加速，不考虑离子间的相互作用和重力影响。 （1）该装置可以测出离子从AB极出发，经过I区、II区和III区，最后返回EF端的总时间为t，由此可以确定离子的比荷k与t的函数关系___________； （2）为收集分离出的离子，将Ⅲ区的匀强电场换成如图乙所示的匀强磁场，在EF边上放置收集板EP，收集板下端有狭缝PF，离子只能通过狭缝进入磁场进行分离，假设在 AB极上有两种正离子，质量分别为m₁、m₂，且 电荷量均相同，现要将两种离子在收集板上完全分离，同时为收集更多离子，狭缝尽可能大，试讨论狭缝 PF宽度的最大值x与m₁、m₂、d的关系式_____________。(磁感应强度大小可调，不考虑出Ⅲ区后再次返回的离子) 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2024-2025学年第一学期高二物理期末试卷 (满分 110分， 60分钟完成。答案一律写在答题纸上。) 考试说明：试卷最后的挑战题为非必答题，分值10分 注意事项： 1.试卷标注“不定项”的试题，每小题有1个或多个正确选项；标注“多选”的试题，每小题有多个正确选项； 2.在计算、简答以及论述的过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等； 3.除特殊说明外，本卷所用重力加速度g的大小均取 9.8m/s²。 一、电路 电路是电力系统、控制系统、通信系统、计算机硬件等电系统的主要组成部分，起着电能和电信号的产生、传输、转换、控制、处理和储存等作用。 1. 在某电路中3s内有：个电子通过，则此电路中电流大小为（　　） A. B. C. D. 无法确定 2. 通过小灯泡的电流I随电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线。下列说法正确的是（　　） A. 随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大 B. 对应P点，小灯泡的电阻为 C. 对应P点，小灯泡的电阻为 D. 对应P点，小灯泡的功率为图中矩形 PQOM的面积 3. 材料相同、厚度相同、表面为正方形的金属导体A、B，表面正方形的边长之比为3：1，通过导体的电流方向如图所示，不考虑温度对电阻率的影响，则两个导体A与B（　　） A. 电阻之比为3∶1 B. 电阻之比为9∶1 C. 并联在电路中，发热功率之比为1∶9 D. 并联在电路中，自由电子定向移动的平均速率之比为1∶3 4. 如图所示是将滑动变阻器用作分压器的电路，A、B为分压器的输出端，电源电压U恒定，若把变阻器的滑片放在变阻器的中间，下列判断正确的是（　　） A. AB间不接负载时输出电压UAB=0.5U B. 当AB间接上负载R时， 输出电压 UAB>0.5U C. 负载电阻R越小， UAB越接近0.5U D. 接上负载后要使UAB=0.5U， 则滑片P应向下移动 5. 如图所示，电源电动势为6V，内阻2Ω，电阻 R0=4Ω，滑动变阻器总电阻R=48Ω，闭合开关S在滑片 P从a滑到 b的过程中，电流表的最大示数为___________A，滑动变阻器消耗的最大功率为____________W。 【答案】1. B 2. ACD 3. D 4. A 5. ①. 1 ②. 1.5 【解析】 【1题详解】 每个电子的电荷量大小为e=1.6×10-19C，个电子总电荷量为q=3×1012×1.6×10-19C=4.8×10-7C 则示波管中电流大小为1.6×10-7A 故选B。 【2题详解】 A．根据欧姆定律电阻等于图像上的点与原点连线的斜率的倒数，即割线斜率的倒数，随着小灯泡两端电压的增加，割线斜率减小，则小灯泡的电阻在增大，故A正确； BCD．根据上述分析可知，对应P点，小灯泡的电阻为 根据可知，对应P点，小灯泡的功率为图中矩形 PQOM的面积，故CD正确，B错误。 故选ACD。 【3题详解】 AB．设正方形的边长为L，厚度为d，根据电阻定律可知 解得 故AB错误； CD．两导体并联在电路中，两端电压相同，由于电阻之比是1：1，根据欧姆定律可知通过两导体的电流相等，根据 可知发热功率之比为1:1； 电流的微观表达式 可知，自由电子在导体A与B中的定向移动速率之比为 故D正确，C错误。 故选D。 【4题详解】 A．串联电路中电压的分配与电阻成正比，当把变阻器的滑片放在变阻器的中间时，AB间不接负载时输出电压UAB=0.5U 故A正确； B．当AB间接上负载R时，根据并联电路的电阻特点，AB间的电阻变小；根据串联电阻的分压原理，AB间的输出电压UAB＜0.5U，故B错误； C．当AB间接上负载R时，根据并联电路的电阻特点，负载电阻R越小，AB间的电阻越小；根据串联电阻的分压原理，AB间的输出电压UAB越远离0.5U，故C错误； D．当AB间接上负载R后，根据并联电路的电阻特点，AB间的电阻变小；根据串联电阻的分压原理，要使AB间的输出电压UAB=0.5U，应减小PD之间的电阻，则滑片P应向上移动，故D错误。 故选A。 【5题详解】 [1]当滑片P在滑动变阻器b端或者a端时，外电路电阻最小，由闭合电路欧姆定律可得，电路最大电流，即电流表最大示数A [2]把保护电阻看作电源的内阻，电源与保护电阻等效于电源，滑动变阻器是外电路，当内外电路电阻相等时，外电路功率最大，即当R=r+R0=时，外电路功率最大，此时滑动变阻器消耗的功率为1.5W 二、磁场 对磁场的研究是物理学的重要组成部分。 6. 下列说法正确的是（　　） A. 法拉第最早提出了“场”的概念，奥斯特揭示了电流的磁效应 B. 地球的地理两极与地磁两极重合，地理南极对应地磁南极 C. 磁场是一种为研究物理问题而假想的物质 D. 电场强度和磁感应强度 都采用了比值定义法，它们方向与力F的方向相同或相反 7. 某同学画的表示磁感应强度B、电流I、安培力F的相互关系的图如图所示，其中正确的是（　　） A. B. C. D. 8. 下列关于的磁场相关知识说法正确的是（　　） A. 甲图中，通电螺线管内部小磁针静止时N 极水平向左 B. 乙图中，小磁针正上方的直导线中通有电流时，小磁针S极会垂直纸面向里转动 C. 丙图中，面积为2S的矩形线框置于磁感应强度为 B的匀强磁场中，线框平面与磁场方向平行，此时通过线框的磁通量为2BS D. 丁图中，同向通电直导线之间的作用力是相互吸引的 9. 一个半径为R的金属圆环悬挂在弹簧测力计下端，圆环中通有大小恒定的电流，圆环下半部分处在垂直于圆环平面向里的匀强磁场中，圆环静止时弹簧测力计示数为 F，如图甲所示；现将圆环缓慢向下移动0.6R，圆环静止时弹簧测力计的示数为1.2F，如图乙所示。下列判断正确的是（　　） A. 圆环中电流沿顺时针方向 B. 圆环中电流沿逆时针方向 C. 圆环的重力大小为1.6F D. 圆环的重力大小为2F 10. 如图所示，矩形虚线框 MNPQ 内有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。a、b、c是三个质量和电荷量都相等的带电粒子，它们从 PQ 边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。粒子重力不计。下列说法正确的是（　　） A. 粒子a带正电 B. 粒子c的动能最大 C. 粒子b在磁场中运动的时间最长 D. 粒子b在磁场中运动时的向心力最大 11. 我国“天和号”核心舱配备了四台全国产化的霍尔推进器。单位质量的推进剂所产生的冲量叫“比冲量”，也叫“比推力”，是衡量推进器效率的重要参数。 （1）在国际单位制中，“比冲量”的单位可表示为___________。 （2）霍尔推进器工作时需要用磁场将带电粒子约束在一定区域内，产生“霍尔效应”。“霍尔效应”可用图示模型进行理解：将长方形金属导体置于匀强磁场中，磁场B与电流I 的方向如图所示且垂直，导体中的自由电子在洛伦兹力的作用下发生漂移，在导体的一侧聚集积累，从而在相对的两个表面之间出现电势差，即“霍尔电压”。图中的___________两个表面间会产生霍尔电压，电势较高的是________表面(以上两空均选填“上”、“下”、 “左”、 “右”、 “前”、 “后”)。 （3）若匀强磁场的磁感应强度为B，电流强度为I，电子电量为e，电子沿电流方向的平均定向移动速率为v，导体长、宽、高分别为a、b、c，则最大“霍尔电压”为______________。 12. 如图，在xOy坐标系所在的平面内，第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场，第二象限内有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E。一质量为m电荷量为q的带电粒子从x轴上的。点以速度v沿与x轴正方向成60°角的方向射入磁场，恰好垂直于y轴射出磁场进入电场，不计粒子重力，求： （1）粒子在磁场中的运动半径r； （2）磁感应强度B的大小； （3）粒子从P 点射入到第二次到达y轴的时间t。 【答案】6. A 7. D 8. D 9. BD 10. AD 11. ①. ②. 上下 ③. 下 ④. Bvc 12. （1）2a；（2）；（3） 【解析】 【6题详解】 A．英国物理学家法拉第最早提出了“场”的概念，奥斯特揭示了电流的磁效应，故A正确； B．地球的地理两极与地磁场的南北两极不重合，地磁北极在地理南极附近，故B错误； C．磁场是实际客观存在的物质，故C错误； D．电场强度 和磁感应强度 都采用了比值定义法，电场与电场力F的方向相同或相反，磁场力与磁场垂直，故D错误； 故选A。 【7题详解】 ABD．根据左手定则知：伸开左手，让大拇指与四指垂直，让磁场垂直穿入左手手心，四指指向电流的方向，大拇指指向安培力的方向，故D正确，AB错误； C．图中的电流方向与磁场方向平行，导体棒不受安培力，故C错误。 故选D。 【8题详解】 A．当导线中通有题图甲所示的电流时，根据右手螺旋定则可知导线在小磁针处产生磁场的方向向右，小磁针N极指向为磁场方向，所以小磁针静止时N极水平向右，故A错误； B．当导线中通有题图乙所示的电流时，根据右手螺旋定则可知导线在小磁针处产生垂直纸面向内的磁场，小磁针N极指向为磁场方向，所以小磁针的N极将会垂直纸面向内转动，故B错误； C．磁通量为穿过线圈的磁感线的条数，线框平面与磁场方向平行，此时磁通量为0，故C错误； D．两条通电导线会产生磁场，导线之间的相互作用是通过磁场产生的，结合左手定则可知，同向通电直导线之间的作用力是相互吸引的，故D正确。 故选D。 【9题详解】 AB．圆环受重力、拉力、安培力作用，假设安培力向上，根据共点力平衡条件有 由于弹簧测力计示数变大，则拉力变大，安培力减小； 圆环缓慢向下移动0.6R，有效长度减小，则安培力减小，假设无误，根据左手定则可知，电流沿逆时针方向，故A错误，B正确； CD．根据共点力平衡条件有； 联立解得 故C错误，D正确； 故选BD。 【10题详解】 A．洛伦兹力指向轨迹的凹侧，根据左手定则知粒子a带正电，粒子b、c带负电，故A正确； B．粒子在磁场中做匀速圆周运动时，由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 解得 粒子的动能 解得 由于q、B、m都相同，因此r越大，粒子动能越大，由图示可知，b的轨道半径r最大，则b粒子动能最大，故B错误； C．粒子在磁场中做圆周运动的周期 相同，粒子在磁场中的运动时间 由于q、B、m都相同，粒子c转过的圆心角最大，则射入磁场时c的运动时间最长，故C错误； D．根据粒子在磁场中的向心力F向=qvB 结合B选项可知，b的向心力最大，故D正确； 故选AD。 【11题详解】 （1）[1] 单位质量的推进剂产生的冲量叫比冲量，所以比冲量=，单位为 （2）[2][3] 电子运动方向与电流方向相反，由左手定则可知电子向上表面偏转，在上下表面之间产生电势差；上极板的电势比下极板电势低； （3）[4] 由电场力与洛伦兹力平衡的条件 可得到霍尔电压的表达式U=Bvc 【12题详解】 （1）粒子在磁场中的运动情况如图所示 由几何关系得 解得r=2a （2）根据洛伦兹力提供向心力有 解得 （3）粒子在磁场做匀速圆周运动 粒子在磁场中运动时间 粒子从y轴进入电场至速度为0过程中，可得， 解得 粒子从P点射入到第二次到达y轴的时间 解得 三、电磁感应现象与应用 1831年法拉第发现了电磁感应现象，其应用推动产生了人类第二次工业革命。 13. 电磁炉的原理是利用感应电动势在锅底内产生涡流，适合做电磁炉锅具的材料是（　　） A. 铁 B. 瓷器 C. 玻璃 D. 紫砂 14. 如图所示，将一根电线缠绕在铁芯外部，接通交流电源，过了一会儿，放置在铁芯上方的多匝线圈开始发热。下述可以增大线圈热功率的办法是（　　） A. 增大交流电源的频率 B. 减小上方线圈的匝数以减小电阻 C. 将交流电源换成电动势更大的直流电源 D. 抽去铁芯 15. 如图所示，一理想变压器原线圈的匝数 n₁=1100匝，副线圈的匝数n₂=220匝，交流电源的电压 R为负载电阻，电压表、电流表均为理想电表，则下列说法中正确的是（　　） A. 交流电的频率为100Hz B. 变压器的输入功率大于输出功率 C. 电流表A1的示数大于电流表A2的示数 D. 电压表的示数为44V 16. 某模型小组用小车探究电磁阻拦的效果。如图所示(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 v0向右通过竖直向下的有界磁场。已知小车总质量 m=0.2kg，金属框宽为0.1m、长为0.2m， 电阻R=2Ω， 磁场宽度 D=0.4m， 磁感应强度B=1.2T，不计摩擦。 （1）若v0=5m/s，则 ab边刚进入磁场时，线框中产生的感应电流大小为___________A；小车的加速度大小为___________m/s²。 （2）线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向___________ A. 均为 abcda B. 均为 adcba C. 先 abcda再 adcba D. 先 adcba 再 abcda （3）(计算)求线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量q=___________C； （4）线框进入磁场过程的发热量___________穿出磁场过程的发热量； A. > B. = C. < D.无法确定 （5）若cd边刚离开磁场边界 MN 时，小车速度恰好为零。线框进入磁场过程的发热量Q₁与穿出磁场过程的发热量Q₂之比Q₁：Q₂=___________。 【答案】13. A 14. A 15. D 16. ①. 0.3 ②. 0.18 ③. D ④. 0.012 ⑤. A ⑥. 3 【解析】 【13题详解】 电磁炉采用的是电磁感应现象，即通过线圈中产生的磁场在锅体中产生涡流而产生热量，需采用金属制作锅体，故适合做电磁炉锅具的材料是铁。故选A。 【14题详解】 A．感应电动势与电流的变化率成正比，增大交流电源的频率，感应电动势增大，电流增大，热功率增大，故A正确； B．线圈匝数减少，电动势也减小，电阻减小，电流不变，热功率减小，故B错误； C．换成直流电源，恒定电流产生恒定的磁场，穿过线圈的磁通量不变，线圈中不会有感应电流，热功率为0，故C错误； D．将线圈内的铁芯取走，则磁场减弱，感应电动势减小，感应电流减小，热功率减小，故D错误。 故选A。 【15题详解】 A．交流电的周期为s=0.02s 则50Hz 故A错误； B．理想变压器的输入功率等于输出功率，故B错误； C．原、副线圈的电流比等于匝数反比，即，因为n1＞n2，所以I1＜I2，即电流表A1示数小于电流表A2示数。故C错误； D．原线圈的电压V 根据原、副线圈的电压比等于匝数正比，代入数据解得=44V 故D正确。 故选D。 【16题详解】 （1）[1][2] 根据法拉第电磁感应定律V 由欧姆定律可知A 根据安培定则及牛顿第二定律有 解得 （2）[2] 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adcba再abcda； 故选D。 （3）[3]根据欧姆定律及电流的定义式有C=0.012C （4）[4] 根据法拉第电磁感应定律及牛顿第二定律有，， 联立解得 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，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，进磁场和出磁场过程的位移相等，由W=Fs可知，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。 故选A。 （5）[5] 线圈进入磁场过程，根据动量定理 cd边刚离开磁场边界MN时，小车速度恰好为零，则线框穿出磁场过程中，根据动量定理 其中 解得 线框进入磁场和穿出磁场过程中，产生的焦耳热之比为 四、类比 类比是一种重要的科学方法。库仑通过把静电力和万有引力类比，较快得出了电荷间作用力F跟距离r的二次方成反比的规律。库仑定律通过扭秤实验和“电摆”实验得以确立。 17. 长为L 的轻质绝缘细线下端系着一个带电量为+q，质量为m的小球。如图甲所示，该单摆在小角度摆动时周期为 将此单摆置于场强大小为E的竖直向下的匀强电场中，如图乙所示，则其简谐运动的周期为___________；将此单摆置于磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图丙所示，则其简谐运动的周期为___________；将此单摆置于离地高度等于地球半径的位置，则其简谐运动的周期为________； 18. 如图所示为库仑“电摆”实验装置。 绝缘支架托起直径约30cm的铜球，长度约2.5cm的蚕丝c上端固定于绝缘细棒，绝缘细棒用夹子V 固定在水平横杆上。长度约3.5cm的绝缘小针g水平悬挂于细丝下方，绝缘小针靠近铜球一端固定直径约1.5cm的镀金纸片l，镀金纸片平面与绝缘小针垂直。调节绝缘支架高度，使得铜球球心与镀金纸片圆心处于同一水平高度。实验时先通过莱顿瓶放电使铜球带电，再利用与铜球__________(选填“接触起电”或“感应起电”)的方式使镀金纸片带上__________(选填“同种”或“异种”)电荷，使得铜球和镀金纸片间出现静电力。镀金纸片受到轻微扰动后在静电力作用下振动，库仑认为若静电引力遵循与万有引力类似的平方反比规律，则实验中镀金纸片振动周期应该与其到铜球球心的距离r成__________(选填“正比”或“反比”)关系。库仑在实验中记录的测量数据如表2所示。 19. 结合单摆周期公式，通过类比，库仑“电摆”实验能证明电荷之间作用力与距离平方成反比，写出论证过程。已知地球质量为M，万有引力常量为G。 【答案】17. ①. ②. ③. 18. ①. 感应起电 ②. 异种 ③. 正比 19. 根据万有引力与重力的关系有 结合单摆周期公式可知 根据类比思想可知，电摆的周期公式为 由实验分析可知，则 即 由于加速度是由库仑力产生的，根据可知 【解析】 【17题详解】 [1] 图乙中，摆球受到重力G、电场力F电和摆线拉力T，与重力场中的单摆类比，等效的“重力”为 则等效重力加速度为 代入单摆周期公式得 [2]图丙中，摆球受到重力G、洛伦兹力f和摆线拉力T，与重力场中的单摆类比，单摆周期与重力场中相同，大小为 [3] 将此单摆置于离地高度等于地球半径的位置，根据万有引力与重力的关系有， 解得 单摆周期为 【18题详解】 [1][2]根据实验原理可知，实验时先通过莱顿瓶放电使铜球带电，再利用与铜球感应起电的方式使镀金纸片带上异种电荷，使得铜球和镀金纸片间出现静电力 [3]由表格数据可知 则镀金纸片振动周期应该与其到铜球球心的距离r成正比关系。 【19题详解】 略。 五、【挑战题】 离子检测(10) 20. 某环保设备装置可用于气体中有害离子的检测和分离。离子检测的简化原理如图甲所示。I区为电场加速区，Ⅱ区为无场区，Ⅲ区为电场检测区。已知I区中AB与CD两极的电势差为U，距离为L，Ⅱ区中CE与DF两板的间距为d，板长为4L，Ⅲ区中EF与GH间距足够大，其内部匀强电场的电场强度为，方向水平向左。假设大量相同的正离子在AB极均匀分布，由初速度为零开始加速，不考虑离子间的相互作用和重力影响。 （1）该装置可以测出离子从AB极出发，经过I区、II区和III区，最后返回EF端的总时间为t，由此可以确定离子的比荷k与t的函数关系___________； （2）为收集分离出的离子，将Ⅲ区的匀强电场换成如图乙所示的匀强磁场，在EF边上放置收集板EP，收集板下端有狭缝PF，离子只能通过狭缝进入磁场进行分离，假设在 AB极上有两种正离子，质量分别为m₁、m₂，且 电荷量均相同，现要将两种离子在收集板上完全分离，同时为收集更多离子，狭缝尽可能大，试讨论狭缝 PF宽度的最大值x与m₁、m₂、d的关系式_____________。(磁感应强度大小可调，不考虑出Ⅲ区后再次返回的离子) 【答案】 ①. ②. 【解析】 【详解】（1）[1]离子在AB与CD两极间加速，由动能定理有 由于正离子的比荷为k，解得离子到达CD极时的速度为 正离子在Ⅰ区做匀加速直线运动，设所用时间为t1，则 设离子在Ⅱ区做匀速直线运动的时间为t2，则 离子在Ⅲ区先匀减速，后反向匀加速，设加速度为a，所用时间为t3，有， 则总时间 联立解得 （2）[2] 设质量为m1和m2的离子在磁场中做圆周运动的半径为R1和R2，洛伦兹力提供向心力，由 可得， 得半径关系 因为，故 作出两种离子在磁场中运动的临界情况（即质量为的正离子在收集板上的最低点与质量为的正离子在收集板上的最高点重合）如图所示 此时狭缝最大值x应满足， 解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $