山东省菏泽市曹县2022-2023高二下学期3月第一次月考物理试题（答案）

菏泽市曹县2022-2023学年高二下学期3月第一次月考
物理试题
时间：90 分钟
第 I 卷（选择题 共 40 分）
一、单项选择题：本题共 8 个小题，每小题 3 分，共 24 分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 下列说法中正确的是( )
A. 运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，则该处的磁感应强度一定为零
B. 洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能，也不能改变带电粒子的速度
C．闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流
D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化
2. 试判断图中的带电粒子刚进入磁场时所受的洛伦兹力的方向，其中垂直于纸面向外的是（ ）
A. B. C. D.
3. 如图所示，水平面上的 U 形导轨 NMPQ 处于匀强磁场中，磁感应强度大小为 B，方向与水平面夹角为 θ，垂直于 ab 且指向右斜上方。导轨宽度为 L，垂直于导轨放置一根金属棒 ab， ab 棒中电流为 I，则ab 棒受到的安培力大小为（ ）
A. BILsinθ B. BIL C. BILcoseθ D. 0
4. 在正三角形 ABC 的三个顶点 A、B、C 处，各固定有一根垂直于三角形的长直导线，每根导线通有大小相同的恒定电流，电流方向如图所示，已知导线 A 受到的安培力大小为 F，则导线 C 受到的安培力（ ）
A．大小为 F，方向平行 AB 向左下
B．大小为 F，方向平行 AB 向右上
C．大小为 F ，方向垂直 AB 向右下
D．大小为 F ，方向垂直 AB 向左上
5. 如图所示，直角三角形 ABC 内（包括边界）存在垂直纸面向里的匀强磁场，∠A=30°，BO⊥AC，两个带异种电荷的粒子分别沿 OB 方向射入磁场，偏向左边的粒子恰好没有从 AB 边射出磁场，偏向右边的粒子恰好垂直 BC 边射出磁场，忽略粒子重力和粒子间的相互作用。若正、负粒子的速度大小之比为 1∶3，则正、负粒子的比荷之比为（ ）
A. 1∶3 B. 3∶1 C. 2∶9 D. 9∶2
6．质谱仪的工作原理图如图所示，若干电荷量均为+q（q > 0 ）而质量 m 不同的带电粒子经过加速电场加速后，垂直电场方向射入速度选择器，速度选择器中的电场 E 和磁场 B1的方向都与粒子速度 v 的方向垂直，且电场 E 的方向也垂直于磁场 B1的方向。通过速度选择器的粒子接着进入匀强磁场 B2中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。若测出谱线到狭缝 P 的距离为 x，不计带电粒子受到的重力和带电粒子之间的相互作用，则下列说法正确的是（ ）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
B．这些带电粒子通过狭缝 P 的速率都等于 EB1
C．x 与这些带电粒子的质量 m 成反比
D．x 越大，带电粒子的比荷越大
7．如图甲所示，一个圆形线圈用绝缘杆固定在天花板上，线圈的匝数为 n，半径为 r，总电阻为 R，线圈平面与匀强磁场垂直，且下面一半处在磁场中，t＝0 时磁感应强度的方向如图甲所示，磁感应强度 B 随时间 t 的变化关系如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．在 0-2t0的时间间隔内线圈内感应电流先沿顺时针方向
后沿逆时针方向
B．在 0-2t0的时间间隔内线圈受到的安培力先向上后向下
C．在 0-t0的时间间隔内线圈中感应电流的大小为
D．在时线圈受到的安培力的大小为
8. 如图，MN 和 PQ 是电阻不计的平行光滑金属导轨，金属棒与导轨间接触良好，其间距为 L，右端接一个阻值为 R 的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为 d、方向竖直向上、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场。质量为 m、电阻也为 R 的金属棒从高度为 h 处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。则金属棒穿过磁场区域的过程中（ ）
A. 通过电阻 R 的电流方向为从 N 到 Q
B. 金属棒刚进入磁场时产生的感应电动势为
C. 通过金属棒的电荷量为
D. 金属棒产生的焦耳热为 mgh
二、多项选择题：本题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分。在每小题给出的四个选项中，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。
9. 电磁场与现代高科技密切关联，并有重要应用。对以下说法正确的是（ ）
A. 图甲的速度选择器能使速度大小的粒子沿直线匀速通过，与粒子的电荷量无关
B. 图乙的磁流体发电机正常工作时电流方向为b→R→a
C. 图丙为回旋加速器，若增大D 形盒狭缝之间的加速电压U ，则粒子射出加速器时的最大动能增大
D. 图丁为霍尔元件，若载流子带负电，稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势
10. 如图所示，矩形单匝线圈 ABCD 在外力作用下以速度 v 向右匀速进入有界匀强磁场，第二次以速度 3v 匀速进入同一磁场。则第一次与第二次进入过程中，（ ）
A. 外力做功的功率之比为9:1
B. 线圈中电流之比为1:3
C. 通过线圈的电荷量之比为 1：1
D. 线圈中产生的热量之比为9:1
11．如图所示，带电平行板中匀强电场 E 的方向竖直向上，匀强磁场 B 的方向垂直纸面向里。一带电小球从光滑绝缘轨道上的 A 点自由滑下，经 P 点进入板间后恰好沿水平方向做直线运动。现使小球从较低的 C 点自由滑下，经 P 点进入板间，则小球在板间运动过程中（ ）
A．动能将会增大
B．电势能将会减小
C．所受静电力将会增大
D．所受洛伦兹力将会增大
12. 如图甲所示，闭合矩形导线框 abcd 固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度 B 随时间 t 变化的规律如图乙所示。规定垂直纸面向里为磁场的正方向，abcda 方向为导线框中感应电流的正方向，水平向右为安培力的正方向，关于导线框中的电流 i 与 ad 边所受的安培力 F 随时间 t 变化的图像，下列选项正确的是（ ）
A. B. C. D.
第 II 卷（非选择题）
二、非选择题：本题共 6 小题，共 60 分。
13.（4 分）用如图等臂天平可测量磁感应强度 B，天平右侧下方悬挂的矩形线圈宽为 L，共 N 匝。虚线框中匀强磁场垂直于纸面，线圈通以图示方向的电流 I 时，天平平衡。保持电流大小不变，改变其方向，从右盘中移动质量为 m 的砝码至左盘，使天平重新平衡。由此可知磁场的方向垂直纸面向___________，磁感应强度大小B = ___________。（已知重力加速度 g）
14.（10 分）(1)如图 1 所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置:
①如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上开关后,将 A 线圈迅速插入 B 线圈中,电流计指针将 偏转(选填“向左”“向右”或 “不”);
②连好电路后,并将 A 线圈插入 B 线圈中后,若要使灵敏电流计的指针向左偏转,可采取的操作是 ;
A.插入铁芯
B.拔出 A 线圈
C.变阻器的滑片向左滑动
D.断开开关 S 瞬间
(2)G 为指针零刻度在中央的灵敏电流表,连接在直流电路中时的偏转情况如图 2 甲所示,即电流从电流表 G 的左接线柱进入时,指针也从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验,则图乙中的条形磁铁的运动方向是向 (选填“上”或“下”);图 2 丙中电流表指针应 (选填“向左”或“向右”)偏转;图 2 丁中的条形磁铁下端为 极(选填“N”或“S”)。
15．（10 分）如图所示，回旋加速器 D 形盒的半径为 R，用来加速质量为 m、电荷量为 q 的质子，使质子由静止加速到能量为 E 后，由 A孔射出，求：
(1)加速器中匀强磁场 B 的方向和大小；
(2)设两 D 形盒间距为 d，其间电压为 U，电场视为匀强电场，质子每次经电场加速后能量增加，加速到上述能量所需回旋周数；
(3)加速到上述能量所需时间。
16. （10 分）如图甲所示，光滑的金属导轨 MN 和 PQ 平行，间距 L=1.0m，与水平面之间的夹角α=37°，匀强磁场磁感应强度 B=2.0T，方向垂直于导轨平面向上，MP 间接有阻值 R=1.6Ω 的电阻，质量 m=0.5kg，电阻 r=0.4Ω 的金属杆 ab 垂直导轨放置，现用和导轨平行的恒力 F 沿导轨平面向上拉金属杆 ab，使其由静止开始运动，当金属棒上滑的位移 s=3.8m 时达到稳定状态，对应过程的 v﹣t 图像如图乙所示。取 g=10m/s2 ，导轨足够长。（sin37°=0.6，cos37°=0.8）求：
（1）恒力 F 的大小及金属杆速度 v1=0.4m/s 时其加速度的大小。
（2）从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，此过程金属杆上产生的焦耳热。
17.（12 分）如图所示，在倾角 θ＝30°的斜面上固定一间距 L＝0.5 m 的两平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器 R，电源电动势 E＝12 V，内阻 r＝1 Ω，一质量 m＝20 g 的金属棒 ab与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度 B＝0.10 T，垂直于斜面向上的匀强磁场中（导轨与金属棒的电阻不计）．取 g＝10 m/s2 。
（1）若导轨光滑，要保持金属棒在导轨上静止，求金属棒受到的安培力大小；
（2）若金属棒 ab 与导轨间的动摩擦因数 μ＝，金属棒要在导轨上保持静止，求滑动变阻器 R 接入电路中的阻值范围；
（3）若导轨光滑，当滑动变阻器的电阻突然调节为 23 Ω 时，求金属棒的加速度 a 的大小。
18. （14 分） 如图直角坐标系 xOy 中，在第一象限内有沿 y 轴负方向 匀强电场，大小为；在第三、第四象限内分别有方向垂直于坐标平面向里和向外的匀强磁场。一质量为 m、电荷量为+q 的粒子从 y 轴上 P 点（0，h）以初速度 v0垂直于 y 轴射入电场，再经 x 轴上的 Q 点进入磁场。粒子重力不计。求：
（1）求粒子进入磁场时的速度大小和方向；
（2）若使粒子能够进入第三象限，求第四象限内磁感应强度 B 的取值范围。
（3）若第四象限内磁感应强度大小为 ，第三象限内磁感应强度大小为 ，且第三、第四象限的磁场在 处存在一条与 x 轴平行的磁场下边界 MN（图中未画出），求粒子第一次从第四象限垂直边界 MN 飞出磁场时，L 的取值。
高二物理试题答案
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
D C B C A A C B AD BC AD BD
6.【答案】A（见课本 P22 页第 5 题）
【解析】AB．带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动，受到的电场力和洛伦兹力二力平衡，即
Eq=qvB1解得
结合左手定则可知，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外，故 A 正确，B 错误；
CD．带电粒子进入磁场后做匀速圆周运动，根据几何关系有x=2R
又由牛顿第二定律 可得
故 x 与这些带电粒子的质量 m 成正比，与带电粒子的比荷 成反比，则 C、D 错误。故选 A。
8.【答案】B【详解】A．金属棒进入磁场的过程中，磁通量变小，根据楞次定律，通过电阻 R 的电流方向为从 Q 到 N，故 A 错误；
B．金属棒从释放到刚进入磁场的过程中，机械能守恒 mgh =mv2
得金属棒刚进入磁场时的速度 此时产生的感应电动势
故 B 正确；
C．通过金属棒的电荷量故 C 错误；
D．根据能量守恒，电路中产生的总焦耳热Q总 = mgh
金属棒产生的焦耳热 故 D 错误。 故选 B。
9.【答案】AD 详解 A．能通过速度选择器的粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡，有 qvB= qE 解得 故 A 正确；B．根据左手定则，带正电的粒子向上板偏转，故上极板带正电，下极板带负电，
则正常工作时电流方向为a→R→b，故 B 错误；
C．粒子射出加速器时，满足 此时动能
最大动能与加速电压无关，故 C 错误；
D．若载流子带负电，载流子与电流方向相反，根据左手定则，载流子向左侧偏转，则稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势，故 D 正确。故选 AD。
10.【答案】B（课本 44 页 B 组 2 题）
【详解】A．因为线框匀速运动，则外力做功的功率与焦耳热的功率相等，设线框电阻为 R，磁感应强度为 B，线框边长为 L，依题意两次功率之比为 故 A 错误；
B．设线框电阻为 R，磁感应强度为 B，线框边长为 L，根据欧姆定律两次电流之比为
故 B 正确；
C．通过导体横截面的电量为 q，则有 q =It 据前面分析有
时间之比依题意有可知电量之比为1:1，故 C 正确；
D．据前面分析，两次产生的焦耳热之比为 故 D 错误。 故选 BC。
11．AD 小球从 A 点滑下进入复合场区域时沿水平方向做直线运动，则小球受力平衡，判断可知小球带正电，则有 mg＝qE＋qvB 从 C 点滑下刚进入复合场区域时，其速度小于从 A 点滑下时的速度，则有 mg> qE +qv′B
小球向下偏转，重力做正功，静电力做负功，因为 mg>qE，则合力做正功，小球的电势能和动能均增大，且洛伦兹力 F= qv′B 也增大，故 A、D 正确，B 错误；C．由于板间电场是匀强电场，则小球所受静电力恒定，故 C 错误。故选 AD。
13．（课本 P7 页第 3 题）（4 分）①外 ②
14.（见优化方案 38 页）（10 分）【解析】(1)①已知闭合开关瞬间,A 线圈中的磁通量增加,产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转,可知磁通量增加时,灵敏电流计的指针向右偏转;当开关闭合后,将 A 线圈迅速插入 B 线圈中时,B 线圈中的磁通量增加,所以产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转。
②要使灵敏电流计的指针向左偏转,根据楞次定律知,磁通量应减小。插入铁芯时,B 线圈中的磁通量增加,故 A 错误;拔出 A 线圈时,B 线圈中的磁通量减小,故 B 正确;变阻器的滑片向左滑动时,电流增大,B 线圈中的磁通量增大,故 C 错误;断开开关 S 瞬间,电流减小,B 线圈中的磁通量减小,故 D 正确。
(2)图 2 乙中指针向左偏,可知感应电流的方向是顺时针(俯视),感应电流的磁场方向向下,条形磁铁的磁场方向向上,由楞次定律可知,磁通量增加,条形磁铁向下插入;图 2 丙中条形磁铁N 极向下运动,线圈中为向下磁通量增大,感应电流方向应为逆时针方向,电流表指针向右偏转;图 2 丁中可知指针向右偏,则感应电流的方向逆时针(俯视),由安培定则可知,感应电流的磁场方向向上,条形磁铁向上拔出,即磁通量减小,由楞次定律可知,条形磁铁的磁场方向应该向上,所以条形磁铁上端为 N 极,下端为S 极。 答案:(1)①向右 ②B、D (2)下 向右 S
15．（10 分）(1) ，方向垂直于纸面向里；(2) ；(3)
(1)带电粒子在磁场中做匀圆周运动，由 得
又
所以，方向垂直于纸面向里
(2)带电粒子每经过一个周期被电场加速二次，能量增加 2qU，则
(3)可以忽略带电粒子在电场中运动的时间，又带电粒子在磁场中运行周期 ，
所以
16. （10 分）【答案】（1）F=5N a=2.4m/s2 ；（2）Qr=1.47J；
【详解】（
1）当金属棒匀速运动时，由平衡条件得
F=mgsin37°+F安
其中 F安=BIL=
由乙图可知 v=1.0m/s 联立解得 F=5N
当金属杆速度 v1=0.4m/s 时，根据牛顿第二定律得
代入数据得 a=2.4m/s2
（2）从金属棒开始运动到达稳定，由功能关系可得
（F mgsin37°）s=Q+ mv2
两电阻产生的焦耳热与阻值成正比，故金属杆上产生的焦耳热为
联立解得 =1.47J
该题还可以加一问：（3）由图中信息计算 0-1s 内，导体棒滑过的位移。答案：x=0.85m
17.（12 分）【答案】（1）0.1 N；（2）3Ω～11 Ω；（3）3.75 m/s2
【详解】（1）要保持金属棒在导轨上静止，对金属棒受力分析可得
（2）若金属棒 ab 与导轨间的动摩擦因数 = ，则金属棒受到的最大摩擦力大小
①当摩擦力沿斜面向上时，有
此时
解得
②当摩擦力沿斜面向下时，有
此时 + 解得 R2＝3 Ω
故滑动变阻器 R 接入电路中的阻值在 3 Ω 和 11 Ω 之间．
（3）当滑动变阻器的电阻突然调节为 23 Ω 时，即 R＝23 Ω
有
此时金属棒的加速度 方向沿斜面向下
18.【答案】（14 分）（1） v0 ，方向与 x 轴正方向夹角为 45°；（2） ；（3）
【详解】（1）在第一象限内，粒子在电场力作用下做类平抛运动
由运动学规律有
由牛顿第二定律有： qE= ma 联立解得 θ = 45°，
粒子进入磁场时的速度大小
（2）粒子在Q 点的速率
可得OQ 的距离为x=2h
粒子进入第四象限后做匀速圆周运动，如答图所示，轨迹恰与 y 轴相切时，对应恰能够进入第三象限的磁感应强度最大值
由牛顿第二定律有
由几何关系有
联立以上各式解得
故 B 的大小范围为
（3）由洛伦兹力提供向心力可知
粒子在第四、第三象限的轨道半径分别为
易知：粒子由Q 点进入第四象限后运动半周进入第三象限，作出粒子在第四、第三象限的可能运动轨迹如答图所示
要让粒子垂直边界 MN 飞出磁场，则 L 满足的条件为
结合题意 L >2h 解得

山东省菏泽市曹县2022-2023高二下学期3月第一次月考物理试题（答案）