精品解析：上海市浦东中学2026-2027学年高三第一学期期中考试物理试题

浦东中学 2026 学年第一学期期中考试 高三物理试卷 注意： 1. 标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。标注“计算”或“简答”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 2. g 取 10m/s2 一、传感器 传感器是一种检测装置，能将感受到的信息按照一定规律转变为电信号或其他所需形式的信息输出。 1. 力传感器的敏感元件是悬臂梁和应变片，如图（1）所示是其内部原理示意图。悬臂梁左侧固定，右侧为受力端，其上下表面分别固定两个完全相同的电阻应变片A、B。当受力端受到一个竖直向下的外力作用时，悬臂梁发生微小形变，导致A、B的电阻发生变化。则 （1）应变片 A 的长度________。 A. 变长　　B. 不变　　C. 变短 （2）两应变片的电阻变化情况是⁠（ ） A. RA 变大，RB 不变 B. RA 变大，RB 变小 C. RA 变小，RB 变大 D. RA 变大，RB 变大 2. 分体式位移传感器是由发射器和接收器组成。如图（2）a 所示，工作时发射器同时向接收器发射一个红外线和超声波脉冲信号，其中属于电磁波的是________。接收器接收到脉冲信号后通过计算机算得两者间的距离。若某次测量中发射器和接收器均保持静止，脉冲信号发射与接收的时间分别如图（2）b、c 所示。已知超声波在空气中的传播速度为 v，则发射器离接收器的距离为________。 二、校园广播与无线控制 校园广播和智能照明控制都要传送信息。手机经路由器向智能开关发送无线控制信号；广播发射机先把声音信号加载到高频载波，再通过天线发射，收音机选出所需信号并还原声音。实验室用 LC 振荡电路模拟发射与接收过程。 3. 2025 年 4 月 12 日，全球首个 6G 通感融合外场试验网公开亮相，实现了空天地一体化网络的初步验证。6G 使用的无线电波频率在 100 GHz 以上，比 5G 更高，相同时间传递的信息量更大。下列关于无线电波的说法正确的是⁠（ ） A. 5G 和 6G 使用的无线电波均需要在介质中才能传播 B. 6G 使用的无线电波波长比 5G 更短 C. 6G 使用的无线电波比 5G 更容易绕过障碍物 D. 无线电波传播方向与其周期性变化的磁场方向相同 4. 在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。下面四幅图中，调频波是⁠⁠（ ） A. B. C. D. 5. 晓君学习了“无线电波的发射和接收”一节后，发现有三个名词“调制”“调谐”“解调”经常混淆，为此他设计了一个方框图来明确它们的关系。下列设计中正确的是⁠⁠（ ） A. 信号→调制→传播→接收→调谐→解调→信号 B. 信号→调制→传播→接收→解调→调谐→信号 C. 信号→调谐→传播→接收→调制→解调→信号 D. 信号→调谐→传播→接收→解调→调制→信号 6. 高中物理选修课上，某同学拿到一台 LC 调谐收音机，发现无法接收到校园广播，老师解释说现在校园广播的工作频率比收音机当前可接收的最低频率还低，需要改装调谐电路，为了让收音机接收到校园广播信号，可采用的办法是⁠⁠（ ） A. 减少电感线圈匝数 B. 在电感线圈中插入铁芯 C. 增大电容器两极板的间距 D. 减少电容器两极板的正对面积 三、常见的照明设备 电灯的发明改变了人类的生活方式，常见的照明设备有白炽灯、日光灯、LED 灯等。这些照明设备和电阻器、电容器、变压器、电感器等元件组合，在我国220V的交流电路中实现着各自的功能。 7. 如图，智能开关和小灯组成简易智能电路，通过手机和家庭路由器实现远程控制。智能开关内有一个芯片，能接收路由器发来的控制信号。 （1）手机和路由器、路由器和智能开关之间用于传输信号使用的⁠（ ） A. 都是电磁波 B. 都是机械波 C. 前者电磁波，后者机械波 D. 前者机械波，后者电磁波 （2）智能开关收到的远程控制信号如图，该交流信号的电流有效值为________A；智能开关利用振荡电路接收该控制信号，当产生电谐振现象时，开关内振荡电路的固有频率为________Hz。 8. 如图是教室里的日光灯原理图，电路由灯管、镇流器和启辉器组成。闭合电键后，由于达不到灯管内气体的启辉电压600V灯管为断路状态，此时启辉器内小灯泡点亮。启辉器内温度升至一定值时，启辉器断开，此时由于镇流器的作用，灯管两端瞬间会产生600V~1500V的电压，点亮灯管。由此可知，镇流器最可能是以下哪个元件⁠⁠（ ） A. 电阻器 B. 电容器 C. 电感器 D. 变压器 9. 家用白炽灯和小灯泡一样，用钨丝制成。某同学用如图所示电路测定白炽灯的I-U图像，其操作过程如下： ①断开电键，调节滑动变阻器至某一位置； ②闭合电键，迅速记录电压传感器和电流传感器数据U和I，随即断开电键； ③待灯泡冷却后，改变滑动变阻器阻值，重复上述操作，测量多组数据； ④由实验数据，画出I-U图像。 根据以上操作过程可得，该同学得到的白炽灯的I-U图像应该是⁠⁠（ ） A. B. C. D. 10. 利用各色小彩灯布置晚会舞台。如图所示，通过理想降压变压器给串联在副线圈cd两端的多个小彩灯供电，已知原、副线圈的匝数分别为n1和n2，电源的输入电压不变，如果只将原线圈匝数增加，小彩灯亮度将______（选填 A 变亮、B 变暗、C 不变）。如果其中一个小彩灯被短路，变压器的输入功率将______（选填 A 变大、B 变小、C 不变）。 11. 在用可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中 （1）下列有助于减小铁芯的涡流损耗的是⁠（ ） A. 用低压直流电源 B. 用无铁芯的变压器 C. 用低电阻率的金属作为铁芯材料 D. 用多层相互绝缘的硅钢片叠加成铁芯 （2）已知线圈 1 匝数为 200 匝，线圈 2 匝数为 400 匝，实验测得的数据如右表所示。 序号 线圈 1 电压 U1/V 线圈 2 电压 U2/V 1 4.09 8.47 2 2.98 6.20 3 1.96 4.11 ①根据测量数据可判断连接电源的是 ________ A. 线圈 1 B. 线圈 2 ②你的判断依据是 ________。 四、电磁感应现象（29 分） 法拉第作出了关于电磁场的关键性突破，发现了电磁感应现象，永远改变了人类文明。 12. 在下列一些常用家用电器的使用过程中，应用电磁感应原理的是⁠（ ） A. 电暖风机 B. 电磁炉 C. 电热毯 D. 电烤炉 13. 小李同学用图中两个电路研究通电自感和断电自感现象。图中 L 是一带铁芯的线圈，直流电阻忽略不计，A、B是额定电压为 1.5V 的灯泡，直流电源为一节新的干电池。请将左侧栏对电键的实验操作与右侧栏可能观察到的小灯泡的现象用直线连接起来： 对电键的操作 实验过程中可能会观察到灯泡的现象 甲：电键 S1 由断开到闭合 ① 慢慢变亮，然后亮度不变 乙：电键 S1 由闭合到断开 ② 立即变亮，然后亮度不变 丙：电键 S2 由断开到闭合 ③ 立即变亮，然后慢慢熄灭 丁：电键 S2 由闭合到断开 ④ 稍微变暗，然后亮度不变 ⑤ 立即熄灭 ⑥ 闪亮一下，然后熄灭 14. 如图所示，面积为 0.2m2 的 200 匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为 B=(2+0.2t）T，定值电阻 R1=6Ω，线圈总电阻 R2=4Ω，则回路中电流的大小为________A，a、b 两点间的电势差 Uab=________V。 15. 如图所示的电路中，电源电动势为 E、内阻为 r，电容器电容为 C，两定值电阻阻值均为 R，L 是电阻可忽略的电感线圈。 （1）闭合开关后电容器两极板间电压变化情况为________ A. 不断增大 B. 不断减小 C. 先增大后减小 D. 先减小后增大 （2）当电容器两端电压为 U 时，电容器所带的电荷量为________。 （3）待各支路电流稳定后断开开关，开关断开前瞬间流过电感线圈的电流 IL=________。 （4）开关断开后的极短时间内，电路中的⁠（ ） A. 电场能增大，磁场能减小 B. 电场能、磁场能都增大 C. 电场能减小，磁场能增大 D. 电场能、磁场能都减小 16. 如图（a）所示，两平行靠近的异名磁极 X、Y 之间，有一导体棒水平快速切割磁感线。导体棒与电流表组成闭合回路。图（b）所示时刻导体棒中感应电流方向垂直纸面向里，感应电流磁场与磁极间磁场叠加后的磁感线（方向未画出）分布如图。其他磁场均可忽略不计。 （1）关于磁极 X 和导体棒所受安培力 FA，有________ A. X 为 N 极，FA 水平向左 B. X 为 S 极，FA 水平向左 C. X 为 N 极，FA 水平向右 D. X 为 S 极，FA 水平向右 （2）产生感应电流导体棒切割磁感线运动方向为________。 17. 如图所示，在一条绝缘窄纸带的两边和中间镶上相同的 3 条铜丝，每个铜丝的电阻为 r，将纸带一端扭转 180°，与另一端通过铜丝连接，形成莫比乌斯环。连接后 3 条铜丝形成 2 个通路，纸环围绕部分可近似为水平放置的半径为 R 的扁平圆柱。现将该莫比乌斯环水平向右以恒定的速度 v（线圈平面垂直磁感线）进入竖直向上、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，下列说法中正确的是⁠（ ） A. 莫比乌斯环进入磁场过程中通过铜丝横截面的电荷量为 B. 莫比乌斯环进入磁场过程中通过铜丝横截面的电荷量为 C. 若莫比乌斯环速度变为 2v，则进入磁场过程中产生的焦耳热变为原来的 4 倍 D. 若莫比乌斯环速度变为 2v，则进入磁场过程中产生的焦耳热变为原来的 2 倍 五、质谱仪（9分） 质谱仪通常用作分离和检测物质组成，一般由加速电场、速度选择器、偏转磁场、质谱仪底片等组成。如图所示，一束含有多种成分的带电粒子（其所受重力均可忽略），无初速从 O 点进入加速电场，此电场中有 O、a、b 三点，沿着水平方向（x 轴）该三点的电势 φ 变化如图所示，经电场加速后进入速度选择器，最后，部分粒子经半个圆周的偏转射到质谱仪底片上。通过计算机的处理，可分析粒子成分。 18. 带电粒子的加速 （1）a、b 两点的电场强度大小⁠（ ） A.Ea>Eb　　B.Ea<Eb　　C.Ea=Eb　　D.无法确定 （2）若某带电粒子的电荷量为 q，质量为 m。则经过加速电场后，粒子离开加速电场时的速度 v=________。（图 φ0 已知） 19. 速度选择器 速度选择器中有垂直于纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为 B1，上下两极板之间的电势差为 U，板间距为 d，两板间可视为匀强电场。不考虑粒子的重力，经加速电场加速的粒子从极板的正中央进入速度选择器。 （1）若粒子能水平匀速通过速度选择器，则粒子的速度大小 v′=________。 （2）若粒子不能水平匀速通过速度选择器，则粒子________（选填 A 会、B 不会）在速度选择器中做匀变速曲线运动。 六、能量回收（15分） 能量回收可提升电动货车续航能力，并减少刹车片的磨损，该项技术已得到应用，尤其是载重货车在山路下坡时非常适用。能量回收装置工作时，可简化为如图甲所示的模型：与货车车轮同心固定的圆盘，随车轮以角速度 ω 匀速转动；圆盘上到圆心 O 距离为 r 的小圆柱，带动一“匚”形支架沿固定的平行金属导轨 M、N 做简谐振动；已知导轨间距为 L，导轨上矩形区域 abcd 存在垂直导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为 B；“匚”形支架上的绝缘杆 K 与金属棒 PQ 垂直连接，PQ 长度恰好等于导轨间距，PQ 与导轨接触良好且始终处在匀强磁场中。从小圆柱运动到最左端开始计时。 20. 金属棒 PQ 运动的最大速度为________； 21. 若将导轨 M、N 分别与图乙电路中的节点 1、2 连接。 （1）在小圆柱转动一周的过程中，电容器的上极板⁠（ ） A. 一直带正电 B. 一直带负电 C. 先带正电，后带负电 D. 先带负电，后带正电 （2）已知电容器的电容为 C，经过足够长的时间后。若将电容器两极板的距离略微减小，再经过一段时间，则电容器所带的电荷量⁠（ ） A. 增多　　B. 减少　　C. 不变 （3）已知整个电路中除电阻阻值为 R0 外，其余电阻均不计。若将电容器换成导线，在小圆柱从最左端开始转动一周的过程中。 ①电阻 R0 左、右两端的电势差 u 随时间 t 变化的关系图像可能为⁠（ ） A. B. C. D. ②（论证）电阻 R0 产生的热量为______。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 浦东中学 2026 学年第一学期期中考试 高三物理试卷 注意： 1. 标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。标注“计算”或“简答”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 2. g 取 10m/s2 一、传感器 传感器是一种检测装置，能将感受到的信息按照一定规律转变为电信号或其他所需形式的信息输出。 1. 力传感器的敏感元件是悬臂梁和应变片，如图（1）所示是其内部原理示意图。悬臂梁左侧固定，右侧为受力端，其上下表面分别固定两个完全相同的电阻应变片A、B。当受力端受到一个竖直向下的外力作用时，悬臂梁发生微小形变，导致A、B的电阻发生变化。则 （1）应变片 A 的长度________。 A. 变长　　B. 不变　　C. 变短 （2）两应变片的电阻变化情况是⁠（ ） A. RA 变大，RB 不变 B. RA 变大，RB 变小 C. RA 变小，RB 变大 D. RA 变大，RB 变大 2. 分体式位移传感器是由发射器和接收器组成。如图（2）a 所示，工作时发射器同时向接收器发射一个红外线和超声波脉冲信号，其中属于电磁波的是________。接收器接收到脉冲信号后通过计算机算得两者间的距离。若某次测量中发射器和接收器均保持静止，脉冲信号发射与接收的时间分别如图（2）b、c 所示。已知超声波在空气中的传播速度为 v，则发射器离接收器的距离为________。 【答案】1. ①. A ②. B 2. ①. 红外线 ②. 【解析】 【1题详解】 （1）悬臂梁右端受到竖直向下的力而弯曲，上表面受拉伸，下表面受压缩。固定在上表面的应变片随上表面一起伸长，因此其长度变长。 故选A。 （2）应变片被拉长，横截面积减小；应变片被压短，横截面积增大。微小形变下，可认为两应变片的电阻率不变。由电阻定律，其中为应变片的电阻率，为长度，为横截面积，可知应变片的电阻变大，应变片的电阻变小。 故选B。 【2题详解】 [1]红外线属于电磁波，超声波属于机械波，因此发射的两种信号中属于电磁波的是红外线。 [2]图（2）为接收脉冲随时间变化的示意图，横轴表示时刻，先到的红外线信号对应，后到的超声波信号对应。红外线的传播速度远大于超声波的传播速度，忽略红外线的传播时间，则超声波的单程传播时间为 设发射器到接收器的距离为，二者保持静止，超声波以速度传播，由路程与传播时间的关系得 二、校园广播与无线控制 校园广播和智能照明控制都要传送信息。手机经路由器向智能开关发送无线控制信号；广播发射机先把声音信号加载到高频载波，再通过天线发射，收音机选出所需信号并还原声音。实验室用 LC 振荡电路模拟发射与接收过程。 3. 2025 年 4 月 12 日，全球首个 6G 通感融合外场试验网公开亮相，实现了空天地一体化网络的初步验证。6G 使用的无线电波频率在 100 GHz 以上，比 5G 更高，相同时间传递的信息量更大。下列关于无线电波的说法正确的是⁠（ ） A. 5G 和 6G 使用的无线电波均需要在介质中才能传播 B. 6G 使用的无线电波波长比 5G 更短 C. 6G 使用的无线电波比 5G 更容易绕过障碍物 D. 无线电波传播方向与其周期性变化的磁场方向相同 4. 在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫作调制。下面四幅图中，调频波是⁠⁠（ ） A. B. C. D. 5. 晓君学习了“无线电波的发射和接收”一节后，发现有三个名词“调制”“调谐”“解调”经常混淆，为此他设计了一个方框图来明确它们的关系。下列设计中正确的是⁠⁠（ ） A. 信号→调制→传播→接收→调谐→解调→信号 B. 信号→调制→传播→接收→解调→调谐→信号 C. 信号→调谐→传播→接收→调制→解调→信号 D. 信号→调谐→传播→接收→解调→调制→信号 6. 高中物理选修课上，某同学拿到一台 LC 调谐收音机，发现无法接收到校园广播，老师解释说现在校园广播的工作频率比收音机当前可接收的最低频率还低，需要改装调谐电路，为了让收音机接收到校园广播信号，可采用的办法是⁠⁠（ ） A. 减少电感线圈匝数 B. 在电感线圈中插入铁芯 C. 增大电容器两极板的间距 D. 减少电容器两极板的正对面积 【答案】3. B 4. D 5. A 6. B 【解析】 【3题详解】 A．无线电波属于电磁波，可以在真空中传播，不需要依赖介质，故A错误； B．由波速公式（为波速，为波长，为频率）可知，波速相同时，频率越高，波长越短。5G和6G所用无线电波在空气中的波速可近似视为相同，题中6G使用的频率更高，其波长更短，故B正确； C．波长越长，波的衍射现象越明显。由前述比较可知，6G所用无线电波的波长较短，更不容易绕过同一障碍物，故C错误； D．无线电波是横波，其传播方向与周期性变化的电场、磁场方向均垂直，故D错误。 故选B。 【4题详解】 调频是使高频载波的频率随信号改变，而振幅保持不变。题给波形图中，等长时间区间内振荡的疏密反映频率，波峰到平衡位置的距离反映振幅。图D的振幅保持不变，振荡时疏时密，表示载波频率随信号改变的调频波。 故选D。 【5题详解】 发射端先进行调制，使高频载波随信号改变，再将已调制的电磁波发射出去并传播。接收端接收电磁波后，通过调谐使接收电路与所需信号发生电谐振，选出所需频率的电磁波，再经解调还原原信号。因此，正确顺序为“信号→调制→传播→接收→调谐→解调→信号”。 故选A。 【6题详解】 AB．接收广播时，调谐回路的固有频率应等于广播频率。广播频率低于收音机当前可接收的最低频率，需降低调谐回路的固有频率。电感为、电容为时，由振荡回路的固有频率公式得，电容不变时，增大电感可降低固有频率。减少线圈匝数会减小电感，插入铁芯会增大电感，故A错误，B正确； CD．设电容器极板正对面积为，板间距为，介电常数为，静电力常量为。根据平行板电容器的决定式，增大板间距或减小正对面积都会使电容减小，在电感不变时使回路的固有频率升高，故CD错误。 故选B。 三、常见的照明设备 电灯的发明改变了人类的生活方式，常见的照明设备有白炽灯、日光灯、LED 灯等。这些照明设备和电阻器、电容器、变压器、电感器等元件组合，在我国220V的交流电路中实现着各自的功能。 7. 如图，智能开关和小灯组成简易智能电路，通过手机和家庭路由器实现远程控制。智能开关内有一个芯片，能接收路由器发来的控制信号。 （1）手机和路由器、路由器和智能开关之间用于传输信号使用的⁠（ ） A. 都是电磁波 B. 都是机械波 C. 前者电磁波，后者机械波 D. 前者机械波，后者电磁波 （2）智能开关收到的远程控制信号如图，该交流信号的电流有效值为________A；智能开关利用振荡电路接收该控制信号，当产生电谐振现象时，开关内振荡电路的固有频率为________Hz。 8. 如图是教室里的日光灯原理图，电路由灯管、镇流器和启辉器组成。闭合电键后，由于达不到灯管内气体的启辉电压600V灯管为断路状态，此时启辉器内小灯泡点亮。启辉器内温度升至一定值时，启辉器断开，此时由于镇流器的作用，灯管两端瞬间会产生600V~1500V的电压，点亮灯管。由此可知，镇流器最可能是以下哪个元件⁠⁠（ ） A. 电阻器 B. 电容器 C. 电感器 D. 变压器 9. 家用白炽灯和小灯泡一样，用钨丝制成。某同学用如图所示电路测定白炽灯的I-U图像，其操作过程如下： ①断开电键，调节滑动变阻器至某一位置； ②闭合电键，迅速记录电压传感器和电流传感器数据U和I，随即断开电键； ③待灯泡冷却后，改变滑动变阻器阻值，重复上述操作，测量多组数据； ④由实验数据，画出I-U图像。 根据以上操作过程可得，该同学得到的白炽灯的I-U图像应该是⁠⁠（ ） A. B. C. D. 10. 利用各色小彩灯布置晚会舞台。如图所示，通过理想降压变压器给串联在副线圈cd两端的多个小彩灯供电，已知原、副线圈的匝数分别为n1和n2，电源的输入电压不变，如果只将原线圈匝数增加，小彩灯亮度将______（选填 A 变亮、B 变暗、C 不变）。如果其中一个小彩灯被短路，变压器的输入功率将______（选填 A 变大、B 变小、C 不变）。 11. 在用可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中 （1）下列有助于减小铁芯的涡流损耗的是⁠（ ） A. 用低压直流电源 B. 用无铁芯的变压器 C. 用低电阻率的金属作为铁芯材料 D. 用多层相互绝缘的硅钢片叠加成铁芯 （2）已知线圈 1 匝数为 200 匝，线圈 2 匝数为 400 匝，实验测得的数据如右表所示。 序号 线圈 1 电压 U1/V 线圈 2 电压 U2/V 1 4.09 8.47 2 2.98 6.20 3 1.96 4.11 ①根据测量数据可判断连接电源的是 ________ A. 线圈 1 B. 线圈 2 ②你的判断依据是 ________。 【答案】7. ①. A ②. ③. 8. C 9. A 10. ①. B ②. A 11. ①. D ②. B ③. 【解析】 【7题详解】 [1]手机和路由器、路由器和智能开关之间用于传输信号使用的都是电磁波。 故选A。 [2]取一个完整周期，根据有效值的计算方法有 解得有效值 [3]电谐振的条件是接收电路固有频率等于信号频率，信号频率 【8题详解】 镇流器的工作原理是利用电感器的自感效应，在电路突然断开时产生很高的自感电动势，从而获得点亮灯管所需的瞬时高压。 故选C。 【9题详解】 实验操作中每次测量后都立刻断开电键、待灯泡冷却后再测下一组，则灯泡的电阻不变，I-U图像成线性关系。 故选A。 【10题详解】 [1]根据理想变压器电压比 输入电压不变、原线圈匝数增加时，副线圈输出电压​减小，小彩灯的亮度变暗。 [2]一个小彩灯短路后，副线圈侧总负载电阻变小，但副线圈电压由匝数比和输入电压决定、保持不变，变压器输出功率​​变大，理想变压器输入功率等于输出功率，因此输入功率变大。 【11题详解】 [1]A．变压器利用电磁感应原理工作，直流电源无法产生变化的磁通量，变压器不能工作，故A错误； B．无铁芯会导致漏磁严重，效率降低，且不是减小涡流的主要方法，故B错误； C．低电阻率金属会增大涡流，增大损耗，故C错误； D．用多层相互绝缘的硅钢片叠加成铁芯，可以增大铁芯电阻，减小涡流，从而减小损耗，故D正确。 故选D。 [2][3]实验中，从输入端到输出端，如果不考虑损耗，则满足 但实际各种损耗都有，所以输出端的电压要小于理想状态下的电压。由表格数据分析可知，因此输入端为线圈2，输出端为线圈1，线圈2连接电源。 故选B。 四、电磁感应现象（29 分） 法拉第作出了关于电磁场的关键性突破，发现了电磁感应现象，永远改变了人类文明。 12. 在下列一些常用家用电器的使用过程中，应用电磁感应原理的是⁠（ ） A. 电暖风机 B. 电磁炉 C. 电热毯 D. 电烤炉 13. 小李同学用图中两个电路研究通电自感和断电自感现象。图中 L 是一带铁芯的线圈，直流电阻忽略不计，A、B是额定电压为 1.5V 的灯泡，直流电源为一节新的干电池。请将左侧栏对电键的实验操作与右侧栏可能观察到的小灯泡的现象用直线连接起来： 对电键的操作 实验过程中可能会观察到灯泡的现象 甲：电键 S1 由断开到闭合 ① 慢慢变亮，然后亮度不变 乙：电键 S1 由闭合到断开 ② 立即变亮，然后亮度不变 丙：电键 S2 由断开到闭合 ③ 立即变亮，然后慢慢熄灭 丁：电键 S2 由闭合到断开 ④ 稍微变暗，然后亮度不变 ⑤ 立即熄灭 ⑥ 闪亮一下，然后熄灭 14. 如图所示，面积为 0.2m2 的 200 匝线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，已知磁感应强度随时间变化的规律为 B=(2+0.2t）T，定值电阻 R1=6Ω，线圈总电阻 R2=4Ω，则回路中电流的大小为________A，a、b 两点间的电势差 Uab=________V。 15. 如图所示的电路中，电源电动势为 E、内阻为 r，电容器电容为 C，两定值电阻阻值均为 R，L 是电阻可忽略的电感线圈。 （1）闭合开关后电容器两极板间电压变化情况为________ A. 不断增大 B. 不断减小 C. 先增大后减小 D. 先减小后增大 （2）当电容器两端电压为 U 时，电容器所带的电荷量为________。 （3）待各支路电流稳定后断开开关，开关断开前瞬间流过电感线圈的电流 IL=________。 （4）开关断开后的极短时间内，电路中的⁠（ ） A. 电场能增大，磁场能减小 B. 电场能、磁场能都增大 C. 电场能减小，磁场能增大 D. 电场能、磁场能都减小 16. 如图（a）所示，两平行靠近的异名磁极 X、Y 之间，有一导体棒水平快速切割磁感线。导体棒与电流表组成闭合回路。图（b）所示时刻导体棒中感应电流方向垂直纸面向里，感应电流磁场与磁极间磁场叠加后的磁感线（方向未画出）分布如图。其他磁场均可忽略不计。 （1）关于磁极 X 和导体棒所受安培力 FA，有________ A. X 为 N 极，FA 水平向左 B. X 为 S 极，FA 水平向左 C. X 为 N 极，FA 水平向右 D. X 为 S 极，FA 水平向右 （2）产生感应电流导体棒切割磁感线运动方向为________。 17. 如图所示，在一条绝缘窄纸带的两边和中间镶上相同的 3 条铜丝，每个铜丝的电阻为 r，将纸带一端扭转 180°，与另一端通过铜丝连接，形成莫比乌斯环。连接后 3 条铜丝形成 2 个通路，纸环围绕部分可近似为水平放置的半径为 R 的扁平圆柱。现将该莫比乌斯环水平向右以恒定的速度 v（线圈平面垂直磁感线）进入竖直向上、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场，下列说法中正确的是⁠（ ） A. 莫比乌斯环进入磁场过程中通过铜丝横截面的电荷量为 B. 莫比乌斯环进入磁场过程中通过铜丝横截面的电荷量为 C. 若莫比乌斯环速度变为 2v，则进入磁场过程中产生的焦耳热变为原来的 4 倍 D. 若莫比乌斯环速度变为 2v，则进入磁场过程中产生的焦耳热变为原来的 2 倍 【答案】12. B 13. 14. ①. ②. 15. ①. C ②. ③. ④. A 16. ①. D ②. 水平向左 17. BD 【解析】 【12题详解】 A．电暖风机利用电流的热效应加热，风扇电动机利用通电线圈在磁场中受力的原理工作，故A错误； B．电磁炉的线圈产生变化的磁场，使锅底产生感应电流，利用涡流的热效应加热，应用了电磁感应原理，故B正确； C．电热毯利用电阻丝通电发热，属于电流的热效应，故C错误； D．电烤炉利用电热元件通电发热，属于电流的热效应，故D错误。 故选B。 【13题详解】 甲：闭合开关时，线圈产生自感电动势，阻碍电流增大，串联的灯泡逐渐变亮；电流稳定后，自感电动势消失，灯泡亮度保持不变，对应①。 乙：断开开关后，灯泡与线圈所在回路被切断，不能形成持续的闭合电流，灯泡立即熄灭，对应⑤。 丙：闭合开关的瞬间，线圈中的电流不能突变，灯泡两端有电压而立即发光；随后线圈电流增大，忽略线圈直流电阻，稳定后线圈将灯泡短路，灯泡慢慢熄灭，对应③。 丁：开关闭合且电流稳定后，灯泡不亮，线圈中有电流；断开开关，线圈与灯泡仍组成闭合回路，线圈产生的自感电动势维持原方向电流，使灯泡闪亮一下，随后线圈储存的磁场能逐渐耗尽，灯泡熄灭，对应⑥。 【14题详解】 [1]设线圈匝数为、每匝面积为。磁场垂直于线圈平面，每匝磁通量为，由法拉第电磁感应定律，线圈的感应电动势为 题给磁感应强度每秒均匀增加，代入数据得 线圈与定值电阻串联，由闭合电路欧姆定律有 所以回路电流为 [2]图中的圆点表示磁场垂直纸面向外，且磁感应强度随时间增大。由楞次定律，感应磁场垂直纸面向里，由安培定则，线圈中的感应电流沿顺时针方向，外电路电流从点经电阻流向点，因此点电势高于点，两点间电势差为 【15题详解】 [1]开关闭合前，电路无储能，电容器两极板间电压为零。刚闭合开关时，线圈中的电流不能突变，电源通过两只电阻向电容器充电，使其电压增大；随后线圈电流增大，线圈的自感作用逐渐减弱，最终电流稳定时，电阻可忽略的线圈相当于导线，电容器所在支路被短路，电容器经电阻放电，其电压回到零。因此电容器两极板间电压先增大后减小。 故选C。 [2]由电容定义式，电容器所带电荷量为 [3]电流稳定时，电容器支路无电流，电源、内阻、下方电阻和电感线圈构成闭合回路，故开关断开前瞬间有 解得线圈电流为 [4]开关断开前，电容器两端电压为零，电场能为零，线圈中有电流并储存磁场能。开关断开后的极短时间内，电源及下方电阻退出回路，线圈中的电流沿原方向继续流动，并经中间电阻给电容器充电；线圈的磁场能一部分转化为电容器的电场能，一部分转化为电阻的内能，因此电场能增大，磁场能减小。 故选A。 【16题详解】 [1]图（b）表示叠加磁场的磁感线分布，导体棒左侧磁感线较密、右侧较疏，说明左侧磁场增强、右侧磁场减弱。导体棒中的电流垂直纸面向里，由安培定则，其磁场沿顺时针方向，棒左侧的磁场向上、右侧的磁场向下。因此磁极间原磁场向上，磁感线从下方磁极指向上方磁极，上方磁极为极。由左手定则，导体棒所受安培力水平向右，相关方向标注如图 故选D。 [2]磁极间磁场向上，感应电流垂直纸面向里，由右手定则可知，导体棒水平向左运动；这也与感应电流的安培力阻碍导体棒运动相符。 【17题详解】 AB．纸带扭转后，中间铜丝自身首尾相接，形成一匝、电阻为的闭合通路；两边铜丝交叉首尾相接，形成两匝、电阻为的另一闭合通路。若用表示通路匝数，该通路的总电阻为 忽略窄纸带宽度，两种通路每匝所围面积均为 设完全进入磁场所用时间为，每匝磁通量从零增至，用表示平均感应电动势，由法拉第电磁感应定律得 用表示平均电流，由平均电流的定义及欧姆定律，通过任一铜丝横截面的电荷量为，故A错误，B正确； CD．比较两种速度下线圈处于相同位置的情况：速度变为原来的2倍，经过相同位移的时间减半，而磁通量变化相同。由法拉第电磁感应定律和欧姆定律，感应电动势和电流均变为原来的2倍；由电功率公式，两通路在各对应位置的发热功率都变为原来的4倍，整个过程的平均总功率也变为原来的4倍，而进入磁场的总时间减半。设原过程平均总功率为、用时为、总焦耳热为，则变速后的总焦耳热为 ，故C错误，D正确。 故选BD。 五、质谱仪（9分） 质谱仪通常用作分离和检测物质组成，一般由加速电场、速度选择器、偏转磁场、质谱仪底片等组成。如图所示，一束含有多种成分的带电粒子（其所受重力均可忽略），无初速从 O 点进入加速电场，此电场中有 O、a、b 三点，沿着水平方向（x 轴）该三点的电势 φ 变化如图所示，经电场加速后进入速度选择器，最后，部分粒子经半个圆周的偏转射到质谱仪底片上。通过计算机的处理，可分析粒子成分。 18. 带电粒子的加速 （1）a、b 两点的电场强度大小⁠（ ） A.Ea>Eb　　B.Ea<Eb　　C.Ea=Eb　　D.无法确定 （2）若某带电粒子的电荷量为 q，质量为 m。则经过加速电场后，粒子离开加速电场时的速度 v=________。（图 φ0 已知） 19. 速度选择器 速度选择器中有垂直于纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为 B1，上下两极板之间的电势差为 U，板间距为 d，两板间可视为匀强电场。不考虑粒子的重力，经加速电场加速的粒子从极板的正中央进入速度选择器。 （1）若粒子能水平匀速通过速度选择器，则粒子的速度大小 v′=________。 （2）若粒子不能水平匀速通过速度选择器，则粒子________（选填 A 会、B 不会）在速度选择器中做匀变速曲线运动。 【答案】18. ①. C ②. 19. ①. ②. 不会 【解析】 【18题详解】 [1]电势随位置变化的—图像中，斜率的绝对值表示沿轴方向的电场强度大小。图线为倾斜直线，点与点处的斜率相同，所以两点的电场强度大小满足 故选C。 [2]由图可知，粒子在点的电势为，离开加速电场处的电势为零。粒子从静止开始运动，忽略重力，对加速过程应用动能定理得。 解得粒子离开加速电场时的速度大小为 【19题详解】 [1]图中上极板带正电、下极板带负电，板间电场竖直向下。粒子由静止经电势降低的电场加速，故其带正电；粒子水平向右进入速度选择器时，所受电场力向下，洛伦兹力向上。设选择器内的电场强度大小为，由匀强电场中电势差与场强的关系有，故 粒子水平匀速通过时，两力平衡，有 联立解得其速度大小为 [2]若粒子不能水平匀速通过，则进入时电场力与洛伦兹力不平衡，合力竖直，使粒子产生竖直方向的速度，运动方向随之改变。洛伦兹力始终垂直于瞬时速度，其方向随粒子速度方向改变；电场力保持不变，所以合力及加速度均发生变化。匀变速曲线运动要求加速度恒定，故粒子不会做匀变速曲线运动。 六、能量回收（15分） 能量回收可提升电动货车续航能力，并减少刹车片的磨损，该项技术已得到应用，尤其是载重货车在山路下坡时非常适用。能量回收装置工作时，可简化为如图甲所示的模型：与货车车轮同心固定的圆盘，随车轮以角速度 ω 匀速转动；圆盘上到圆心 O 距离为 r 的小圆柱，带动一“匚”形支架沿固定的平行金属导轨 M、N 做简谐振动；已知导轨间距为 L，导轨上矩形区域 abcd 存在垂直导轨平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为 B；“匚”形支架上的绝缘杆 K 与金属棒 PQ 垂直连接，PQ 长度恰好等于导轨间距，PQ 与导轨接触良好且始终处在匀强磁场中。从小圆柱运动到最左端开始计时。 20. 金属棒 PQ 运动的最大速度为________； 21. 若将导轨 M、N 分别与图乙电路中的节点 1、2 连接。 （1）在小圆柱转动一周的过程中，电容器的上极板⁠（ ） A. 一直带正电 B. 一直带负电 C. 先带正电，后带负电 D. 先带负电，后带正电 （2）已知电容器的电容为 C，经过足够长的时间后。若将电容器两极板的距离略微减小，再经过一段时间，则电容器所带的电荷量⁠（ ） A. 增多　　B. 减少　　C. 不变 （3）已知整个电路中除电阻阻值为 R0 外，其余电阻均不计。若将电容器换成导线，在小圆柱从最左端开始转动一周的过程中。 ①电阻 R0 左、右两端的电势差 u 随时间 t 变化的关系图像可能为⁠（ ） A. B. C. D. ②（论证）电阻 R0 产生的热量为______。 【答案】20. 21. ①. A ②. A ③. D ④. 成立，整流前后电流的平方不变， 【解析】 【20题详解】 取水平向右为正方向。支架只能沿导轨水平运动，小圆柱在支架槽内的竖直运动不传给金属棒，故金属棒的速度等于小圆柱圆周运动速度的水平分量。下图表示小圆柱从最左端逆时针转过角度后，切向速度与水平分速度的关系 由匀速圆周运动的线速度和角位移关系，小圆柱的线速度大小为，转过的角度为。将切向速度沿水平方向投影，金属棒的速度为 小圆柱经过圆周的最高点或最低点时，其切向速度完全沿水平方向，因此金属棒的最大速度为 【21题详解】 （1）[1]前半周金属棒向右运动，磁场垂直导轨平面向里，由右手定则可知，金属棒上端的电势高于下端，即节点1的电势高于节点2。按图乙二极管的导通方向，充电时电流从节点1经右上二极管流向右节点，流入电容器上极板，再经下极板、电阻和左下二极管返回节点2；后半周金属棒向左运动，节点2的电势较高，充电时电流从节点2经右下二极管流向右节点，仍流入电容器上极板，再经下极板、电阻和左上二极管返回节点1。因此，一旦开始充电，电容器上极板始终带正电。 故选A。 （2）[2]金属棒始终垂直切割磁感线，由动生电动势公式，感应电动势的峰值为 二极管使电容器只能按上述方向充电，不能反向放电；电源电压接近峰值时可继续给电容器充电。经过足够长的时间后，电容器两端的电压大小趋于 设电容器原来所带的电荷量为，由电容定义式和上述电压，有 所以原电荷量为 根据平行板电容器的决定式，极板正对面积及介质不变时，间距减小使电容增大，记改变后的电容为。改变间距的瞬间电荷量来不及改变，电压先减小，随后电源继续给电容器充电，最终电压又趋于原来的峰值。故最终电荷量为 电容器所带的电荷量增多。 故选A。 （3）①[3]按电阻左端电势减去右端电势定义。由第（1）问的导通路径可知，无论哪一半周，电流都从电阻右端流向左端，故左端电势低于右端。将电容器换成导线后，理想二极管和导轨均无电压损失，电阻两端电压的大小等于感应电动势的大小，因此 所以一周内的起点、半周末及一周末电压均为零，其间出现两个负半波。 故选D。 ②[4]桥式整流只改变电流方向，不改变电流大小，故电阻的热效应与整流前的正弦交流电相同。设通过电阻的电流峰值为，由欧姆定律得，根据正弦式交流电的有效值关系，电阻中电流的有效值为 设圆盘转动一周的时间为，一周对应的转角满足 所以，由焦耳定律，转动一周电阻产生的热量为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $