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江苏省常州市第一中学2024-2025学年高二下学期5月月考物理试卷
一、单选题
1．下列四幅图的说法中正确的是（ ）
A．图甲真空冶炼炉外的线圈通入高频交流电时，炉外线圈中会产生大量热量
B．图乙回旋加速器是利用磁场使带电粒子“转圈”、恒定电场进行加速的仪器
C．图丙毫安表运输时把正负接线柱用导线连在一起是利用电磁阻尼保护表头
D．图丁摇动手柄使蹄形磁铁转动，则铝框会和磁铁同向共速转动
2．如图所示，OACD是一长为OA＝L的矩形，其内存在垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、带电量为q的粒子从O点以速度垂直射入磁场，速度方向与OA的夹角为α，粒子刚好从A点射出磁场，不计粒子的重力，则（ ）
A．粒子一定带正电 B．匀强磁场的磁感应强度为
C．粒子从O到A所需的时间为 D．矩形磁场的宽度最小值为
3．图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，两电路中的灯和电源相同，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮，而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是（　　）
A．图甲中，的电阻大于的电阻
B．图甲中，闪亮时，流过的电流方向向左
C．图乙中，变阻器R与的电阻值不同
D．图乙中，闭合瞬间，中电流与变阻器R中电流等大
4．如图所示，条形磁铁与螺线管在同一平面内，条形磁铁由位置A运动到位置C，则（　　）
A．匀速运动过程中，电流计的示数不变
B．加速过程中电流计的示数比匀速过程的小
C．加速和匀速过程通过电流计的电荷量相同
D．加速和匀速过程螺线管所在回路产生的焦耳热相同
5．笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作：当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为a、长为c矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。则元件的（　　）
A．前表面的电势比后表面的低
B．前、后表面间的电压U与v无关
C．当电流增大时，前、后表面间的电压不变
D．自由电子受到的洛伦兹力大小为
6．如图所示，“凸”字形金属线框右侧有一宽度为 3L 的匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里。线框在纸面内向右匀速通过磁场区域，t=0 时，线框开始进入磁场。设逆时针方向为感应电流的正方向，则线框中感应电流 i 随时间 t 变化的图像可能正确的是（　　）
A．B．C．D．
7．如图为电子感应加速器基本原理图，电磁铁通有电流，上、下两电磁铁的磁极之间的外围有一个环形真空室，真空室中存在使电子做圆周运动的磁场（图中未画出）。为使电子沿图示逆时针方向加速运动，采取控制电磁铁中电流的办法，可行的是（　　）
A．图示中的电流方向和大小都保持不变
B．图示中的电流方向不变，大小不断减小
C．图示中的电流方向不变，大小不断增大
D．图示中的电流方向和大小作周期性变化
8．如图所示，一质量为m、电荷量为q的带电粒子，从y轴上的P1点以速度v射入第一象限所示的区域，入射方向与x轴正方向成α角。为了使该粒子能从x轴上的P2点射出该区域，且射出方向与x轴正方向也成α角，可在第一象限适当的地方加一个垂直于xOy平面、磁感应强度为B的匀强磁场。若磁场分布为一个圆形区域，则这一圆形区域的最小面积为（不计粒子的重力）（　　）
A． B． C． D．
二、多选题
9．如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨间距为l，与水平面成角，导轨上端接一阻值为R的电阻。距离导轨上端为l的分界线MN将导轨所在平面分成Ⅰ和Ⅱ两个区域，两区域中均存在垂直导轨平面的磁场，区域Ⅰ为匀强磁场，其磁感应强度为B0；区域Ⅱ中的磁感应强度随时间变化的关系如图乙所示。将长为l、电阻也为R的导体棒放在MN下侧导轨上，0~t0时间内，棒静止；之后棒向下滑动，当滑下的距离为x时，棒开始做匀速运动。导轨电阻不计，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）
A．导体棒的质量m=
B．导体棒匀速滑动时的速度
C．匀速运动时R两端的电压为
D．自t=0至棒开始匀速运动时，通过棒的电荷量
10．如图所示，两光滑平行长直导轨，间距为，固定在水平面上，磁感应强度为的匀强磁场与导轨平面垂直。两质量都为、电阻都为的导体棒垂直放置在导轨上，与导轨接触良好，两导体棒距离足够远，静止，以初速度向右运动，不计导轨电阻，忽略感应电流产生的磁场，则（　　）
A．导体棒将做匀减速直线运动
B．导体棒的速度逐渐减小为，这个过程中产生的焦耳热为
C．导体棒的速度增加为时，导体棒两端的电势差为
D．当导体棒的速度减小为，导体棒的速度增加为时，导体棒两端的电势差为
三、实验题
11．甲、乙、丙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。
（1）如图，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中同样能使指针向右偏转的有 。
A．闭合开关
B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动
C． 开关闭合时将线圈从线圈中拔出
D．开关闭合时将线圈倒置再重新插入线圈中
（2）为确切判断线圈中的感应电流方向，应在实验前先查明灵敏电流计 的关系。
（3）如图，乙同学将条形磁铁从线圈上方由静止释放，使其笔直落入线圈中，多次改变释放高度，发现释放高度越高，灵敏电流计指针偏转过的角度越大。该现象说明了线圈中 （选填“磁通量”“磁通量变化量”或“磁通量变化率”）越大，产生的感应电流越大。
（4）丙同学设计了如图所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认，某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时黑表笔接触的是二极管的 （选填“正极”或“负极”）。实验操作时将磁铁插入线圈时，只有灯 （选填“C”或“D”）短暂亮起。
四、解答题
12．如图所示，正方形金属线圈通过一根不可伸长的绝缘轻绳悬挂在天花板上，已知线圈匝数n=100，边长l=40cm，质量m=0.2kg，电阻R=2Ω。线圈中线OO′上方有垂直线圈平面向外的匀强磁场，磁感应强度B0=0.1T。t=0时刻开始磁场均匀增加、磁感应强度变化率，重力加速度大小取g=10m/s ，求：
（1）前5s内线圈产生的焦耳热；
（2）t=5s时轻绳的拉力大小。
13．如图所示，在xOy坐标系中有圆柱形匀强磁场区域，其圆心在O′（R，0），半径为R，磁感应强度大小为B，磁场方向垂直纸面向里。在y ≥ R范围内，有方向向左的匀强电场，电场强度为E。有一带正电的微粒以平行于x轴射入磁场，微粒在磁场中的偏转半径刚好也是R。已知带电微粒的电量为q，质量为m，整个装置处于真空中，不计重力。
(1)求微粒进入磁场的速度大小；
(2)若微粒从坐标原点射入磁场，求微粒从射入磁场到再次经过y轴所用时间；
(3)若微粒从y轴上处射向磁场，求微粒以后运动过程中距y轴的最大距离。
14．如图所示，两平行边界线MN与PQ之间存在一方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T；磁场左边界MN上有一个粒子源A，能够在磁场中沿纸面向任意方向射出比荷为的带正电的粒子,粒子速度大小均为。已知沿方向射出的粒子恰不会从磁场右边界PQ飞出，不计粒子重力。求：
(1)磁场宽度d；
(2)磁场中有粒子经过的区域的面积S；
(3)若磁感应强度随时间按图所示规律变化(以垂直纸面向里为正方向)，粒子在磁 感应强度为的磁场中做匀速圆周运动的周期为T (T未知)，要使t=0时刻从M 点沿AN方向射入磁场的粒子能从右边界上与QP成角斜向上飞出磁场，求磁感应强度应满足的条件。
15．如图所示，平行光滑导轨ABM、CDN固定在地面上，BM、DN水平放置且足够长，导轨在B、D两点处平滑连接，水平部分处在磁感应强度大小为、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距均为，现将金属棒a从左侧倾斜轨道高度为处无初速度释放，当它刚好到达倾斜轨道底部时将金属棒b也从左侧倾斜轨道的同一高度处无初速度释放，当b棒到达倾斜轨道底部时，a棒的速度大小为，两金属棒的质量、接入轨道的电阻，导轨电阻不计，忽略一切摩擦阻力。重力加速度取，求：
(1)金属棒a在水平轨道上的最大加速度；
(2)整个运动过程中金属棒b上产生的焦耳热；
(3)最终金属棒a和b之间的距离。
参考答案
1．C【详解】A．图甲真空冶炼炉外的线圈通入高频交流电时，金属中会产生涡流，产生大量热量，故A错误；
B．图乙回旋加速器是利用磁场使带电粒子“转圈”、交变电场进行加速的仪器，故B错误；
C．图丙毫安表运输时把正负接线柱用导线连在一起是利用电磁阻尼保护表头，故C正确；
D．图丁摇动手柄使蹄形磁铁转动，由电磁驱动原理可知，则铝框会和磁铁同向转动，但比磁铁转动慢，故D错误。
故选C。
2．B【详解】A．由题意可知，粒子进入磁场时所受洛伦兹力斜向右下方，由左手定则可知，粒子带负电，故A错误；
B．粒子运动轨迹如图所示，由几何知识可得
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得解得故B正确；
C．由几何知识可知，粒子在磁场中转过的圆心角，粒子在磁场中做圆周运动的周期粒子在磁场中的运动时间为
又由解得故C错误；
D．根据图示由几何知识可知，矩形磁场的最小宽度为故D错误。故选B。
3．B【详解】A．图甲中，断开开关瞬间，灯突然闪亮，是因为电流稳定时，的电流大于的电流，可知的电阻值小于的电阻值，故A错误；
B．图甲中，因开始时通过的电流向右，则断开瞬间，灯忽然闪亮，此时中电流方向向左，故B正确；
C．图乙中，闭合开关，对电流有阻碍作用，所以灯逐渐变亮，而另一个相同的灯立即变亮，最终和的亮度相同，说明变阻器R和的电阻值相同，故C错误；
D．图乙中，闭合瞬间，由于自感作用，通过和灯的电流会逐渐增大，而通过R和的电流立即变大，因此电流不相等，故D错误。故选B。
4．C【详解】AB．在条形磁铁从位置A运动到位置C的过程中，穿过螺线管的磁感线的条数在增加，即磁通量在变大，也就是说磁铁越靠近螺线管，螺线管的磁通量越大，因此，不管是匀速靠近还是加速靠近，磁通量的变化率都在增大，而相比于匀速靠近，加速靠近的过程中磁通量的变化率更大，可知螺线管所在回路中的感应电流逐渐增大，加速靠近比匀速靠近，产生的感应电流更大，电流计的示数更大，故AB错误；
C．根据可知，不管是加速还是匀速，条形磁铁从位置A运动到位置C的过程中，穿过螺线管的磁通量的变化量大小相同，因此可知两种方式通过电流计的电荷量相同，故C正确；
D．根据法拉第电磁感应定律有两种运动形式磁通量的变化量相同，但是时间不同，可得
而螺线管所在回路产生的焦耳热实际为电场能转化，因此有
而加速运动产生的电场能大于匀速运动产生的电场能，因此可知加速运动时螺线管所在回路产生的焦耳热大于匀速运动时螺线管所在回路产生的焦耳热，故D错误。故选C。
5．D【详解】A. 电流向右，电子向左移动，根据左手定则，电子向后表面移动，前表面的电势比后表面的高，A错误；B. 根据平衡条件解得B错误；
C. 根据；解得当电流增大时，前、后表面间的电压增大，C错误；
D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为D正确；故选D。
6．A【详解】设线框运动的速度为，线框总电阻为。
当 时，只有最右侧的一条竖直短边切割磁感线，感应电流的方向为逆时针（正方向），大小为
当时，右侧的三条竖直短边切割磁感线，感应电流的方向为逆时针（正方向），大小为
当时，右侧的上下两条竖直短边切割磁感线和左侧最长边切割磁感线，感应电流方向为顺时针（负方向），大小为
当时，只有左侧最长边切割磁感线，感应电流方向为顺时针（负方向），大小为故选A。
7．C【详解】由安培定则可知，上方电磁铁的下边为S极，下方电磁铁的上边为N极；真空室内的磁场方向向上（从上往下看为“ ”）；为使电子沿图示逆时针方向做加速运动，因为电子所受电场力的方向与场强的方向相反，说明感生电场的方向是沿顺时针方向，根据楞次定律可知，要产生顺时针方向的感生电场，可以让图示中的电流方向不变，使其大小增大，故ABD错误，C正确；故选C。
8．D【详解】粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
则粒子在磁场中做圆周的半径
由题意可知，粒子在磁场区域中的轨道为半径等于r的圆上的圆周，这段圆弧应与入射方向的速度、出射方向的速度相切，如图所示：
则到入射方向所在直线和出射方向所在直线相距为R的点就是圆周的圆心。粒子在磁场区域中的轨道就是以为圆心、R为半径的圆上的圆弧ef，而e点和f点应在所求圆形磁场区域的边界上，在通过e、f两点的不同的圆周中，最小的一个是以ef连线为直径的圆周，即得圆形区域的最小半径
则这个圆形区域磁场的最小面积故选D。9．AD
【详解】A．0~t0时间内，棒静止，由平衡可由法拉第电磁感应定律有
根据欧姆定律得联立解得故A正确；
B．棒匀速运动时有其中联立得故B错误；
C．匀速运动时R两端的电压为故C错误；
D．0~t0时间内，电荷量为
滑下的距离为x过程则总过程电荷为故D正确。故选AD。
10．BCD【详解】A．切割磁感线，回路中产生感应电流，两导体棒受等大、反向的安培力作用，受安培力向左，做减速运动，受安培力向右，做加速运动，回路感应电流为
且越来越小，安培力大小为
两导体棒加速度大小均为，根据牛顿第二定律
可知，两导体棒的加速度均减小，则导体棒将做加速度减小的加速直线运动，故A错误；
B．依题意，把导体棒看着一个系统，则系统动量守恒，当导体棒的速度逐渐减小为时，有得此时导体棒的速度大小为
根据能量守恒定律可得
联立可得这个过程中产生的焦耳热为故B正确；
C．导体棒的速度增加为时，此时两棒速度相等，则两棒两端的电势差相等，均等于各自切割磁感线产生的感应电动势，则导体棒两端的电势差为故C正确；
D．当导体棒的速度减小为，导体棒的速度增加为时，两导体棒均切割磁感线产生的感应电动势，则，
则回路中产生的感应电流为
导体棒两端的电势差为故D正确。故选BCD。
11． CD/DC 指针偏转方向与流入电流方向 磁通量变化率 负极 C
【详解】（1）[1]断开开关时，线圈中电流迅速减小，则B线圈中磁通减小，出现感应电流，使灵敏电流计指针向右偏转；为了同样使指针向右偏转，应减小B线圈中的磁通量或增加B线圈中反向的磁通量。
A．闭合开关，线圈中的电流突然增大，则B线圈中的磁通量增大，故A错误；
B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，线圈中的电流增大，则B线圈中的磁通量增大，故B错误；
C．开关闭合时将线圈从B线圈中拔出，则B线圈中的磁通量减小，故C正确；
D．开关闭合时将线圈倒置，再重新插入B线圈中，则B线圈中反向的磁通量增加，故D正确。故选CD。
（2）[2]判断感应电流具体流向，应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入方向的关系。
（3）[3]释放高度越高，磁铁落入线圈的速度越快，则线圈中磁通量变化率越大，产生的感应电流越大。
（4）[5]欧姆挡指针没有偏转时，说明二极管的负极与电源正极相连，根据多用电表红进黑出的操作原则，此时黑表笔接触的是二极管的负极；
[6]当磁铁插入线圈时，线圈中出现如图所示方向的电流，灯C短暂亮起。
12．（1）1.6J；（2）11.6N
【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律可得
感应电流的大小为
前5s内线圈产生的焦耳热为代入数据解得
（2）根据楞次定律和左手定则可知，线框受到竖直向下的安培力，则；
联立可得
13．(1)(2)(3)
【详解】（1）微粒射入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有解得
（2）微粒从原点射入磁场，因在磁场中轨迹半径也为R，所以微粒经圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场，轨迹如图甲所示
在磁场中运动时间为
进入电场后做类平抛运动，沿电场方向
解得
故所求时间为
（3）微粒从y轴上处射向磁场，入射点为P，轨迹圆心为O2，如图乙所示
在△APO′中∠AO′P = 30°，∠APO′ = 60°，连接O2O′，因O2P = O′P = R，∠O2PO′ = 120°，则∠PO′O2 = 30°，两圆相交，关于圆心连线对称，设出射点为Q，由对称知∠O2O′Q = 30°，出射点Q必位于O′点正上方。由于∠PO2Q = 60°，所以微粒从磁场中出射方向与x轴成θ = 60°；
在电场中微粒沿x轴正方向做初速为v0x = vcosθ的匀减速运行，加速度大小为
在电场中向右运动的最远距离
由以上三个方程及，可解得
运动过程中距y轴的最远距离为即
14．(1)d＝0.8m；(2)；(3)，。
【详解】(1)在磁场中有：解得R＝0.4m
所以磁场宽度为；
(2)磁场中有粒子经过的区域如图甲中阴影所示
其面积为解得；
(3)设粒子在磁感应强度为B0的磁场中做圆周运动的半径为r，则
若射出时的情形如图乙所示：
考虑周期性则（n＝0、1、2、3．．．．．．），
解得 （n＝0、1、2、3．．．．．．）；
若射出时的情形如图丙所示，
考虑周期性则（n＝0、1、2、3．．．．．．），
解得（n＝0、1、2、3．．．．．．）。
15．(1)(2)(3)
【详解】（1）由机械能守恒得解得
当金属棒a进入磁场时，感应电动势最大，即在水平轨道上的加速度最大，且
此时感应电流
由牛顿第二定律有解得金属棒a在水平轨道上的最大加速度
（2）b棒到达圆弧轨道底部后做减速运动，a棒做加速运动，设两棒速度相等时速度大小为v，取a、b两棒组成的整体为研究对象，根据动量守恒定律有
解得，方向水平向右
设整个运动过程中回路产生的总焦耳热为Q，b棒产生的焦耳热为，对a、b两棒由能量守恒定律得
联立解得整个运动过程中金属棒b上产生的焦耳热
（3）设经过时间，b棒到达圆弧轨道底部时，a棒水平位移为，对a棒，取水平向右为正方向，由动量定理有根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
联立可得
设b棒到达圆弧轨道底部后经过时间后两棒速度相同，b棒比a棒多运动的位移为，对b棒，取水平向右为正方向，由动量定理有
根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
联立可得
所以最终金属棒a与b之间的间距为

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