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湖南省张家界市民族中学2023-2024学年高二下学期第一次月考物理试题
一、选择题：（本题共10小题，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，每小题4分；第7～10题有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
1．关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是（　　）
A．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流
C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理
D．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作
2．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量变化率刚好为零
B．时刻通过线圈的磁通量绝对值最小
C．时刻通过线圈的磁通量绝对值最大
D．时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
3．如图所示，水平面内的平行导轨间距为d，导轨处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面的夹角为。一质量为m、长为l的金属杆ab垂直于导轨放置，ab中通过的电流为I，ab处于静止状态，则ab受到的摩擦力大小为（　　）
A．BId B． C．BIl D．
4．如图所示，两个完全相同的灯泡的电阻值与相等，线圈的自感系数很大，且直流电阻值忽略不计。闭合开关瞬间均发光，待电路稳定后再断开开关，则（　　）
A．闭合开关瞬间，、的亮度相同
B．闭合开关后，、都逐渐变暗
C．断开开关瞬间，中电流方向与断开前相同
D．断开开关后，由不亮突然闪亮后熄灭
5．如图所示，变压器为理想变压器，电流表内阻不可忽略，其余的均为理想的电流表和电压表。之间接有电压不变的交流电源，为定值电阻，为滑动变阻器。现将变阻器的滑片沿的方向滑动时，则下列说法正确的是（　　）
A．电流表的示数都减小
B．电流表的示数变小，的示数增大
C．电压表示数均变小
D．电压表示数变小，示数变大
6．如图1所示，100匝的线圈（图中只画了2匝）两端A、B与一个理想电压表相连。线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图2所示规律变化。下列说法正确的是（　　）
A．电压表的示数为150V，A端接电压表正接线柱
B．电压表的示数为50.0V，A端接电压表正接线柱
C．电压表的示数为150V，B端接电压表正接线柱
D．电压表的示数为50.0V，B端接电压表正接线柱
7．质谱仪工作原理如图所示，带电粒子从容器下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为0，经过S2从O点垂直磁场边界射入匀强磁场，a、b两粒子分别打到照相底片上的P1、P2点，P1到O点的距离小于P2到O点的距离。忽略粒子的重力，下列说法中正确的是（　　）
A．a的比荷大于b的比荷
B．在磁场中a的速率一定大于b的速率
C．在磁场中a的动能一定大于b的动能
D．a在磁场中的运动时间小于b在磁场中的运动时间
8．如图所示，导体棒a、b放置于足够长的水平光滑平行金属导轨上，导轨左右两部分的间距分别为L和3L，导体棒a、b的质量分别为m和3m，接入电路的电阻分别为R和3R，导轨电阻忽略不计。整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，a、b两导体棒均以相同的初速度开始向右运动，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，导体棒a始终在窄轨道上运动，导体棒b始终在宽轨道上运动，直到最后两导体棒达到稳定状态。下列正确的是（　　）
A．运动过程闭合回路中的最大电流为
B．稳定状态时导体棒a和b的速度都为
C．运动过程中导体棒a产生的焦耳热为
D．从开始运动直到稳定状态时流过导体棒a某一横截面的电荷量为
9．如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）
A．制动过程中，导体不会产生热量
B．制动力的大小与导体运动的速度有关
C．线圈中既可以通交流电，也可以通直流电
D．如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力
10．回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U。周期为T的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（　　）
A．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大
B．若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短
C．若磁感应强度B增大，交变电场周期T必须减小才能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交变电场周期T，该回旋加速器也能用于加速粒子
二、实验题（共2小题，共16分，把正确答案填写在答题卷上）
11．刘同学研究电磁感应现象的实验装置如图甲所示，该同学正确连接电路，闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
（1）闭合开关电路稳定后，该同学将滑动变阻器的滑片　 　（填“向左”或“向右”）移动时，灵敏电流计的指针向右偏转。
（2）该同学继续用如图乙所示的实验装置来探究影响感应电流方向的因素，实验中发现感应电流从“+”接线柱流入灵敏电流计（指针向右偏转），螺线管的绕线方向在图丙中已经画出。若将条形磁铁向下插入螺线管时，指针向右偏转，则条形磁铁　 　（填“上端”或“下端”）为N极。进一步实验发现，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向　 　（填“相同”或“相反”）。
12．实验“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”。
（1）实验室中有下列器林：
A.可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B.条形磁铁
C.直流电源
D.多用电表
E开关、导线若干
上述器材在本实验中无用的是　 　（填器材序号）本实验中还需用到的器材有　 　。
（2）该学生继续做实验，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）：然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压　 　（选填“增大”、“减小”或“不变）；上述“探究副线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是　 　（选填）
A控制变量法 B.等效替代法 C.描迹法
三、计算题（本题包括4小题，共40分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13．如图所示，N=100匝的矩形线圈abcd，ab边长，ad边长，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO'轴以n=6000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里，求：
（1）感应电动势的瞬时值表达式；
（2）如果矩形线圈两端接交流电压表，电压表的读数为多少；
（3）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。
14．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2kV高压输电，输电线上损失了0.5kW，最后用户得到220V的电压，求：
（1）升压变压器原、副线圈的匝数比；
（2）输电线的总电阻R；
（3）降压变压器原、副线圈的匝数比。
15．如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨M、N被固定在水平面上，导轨间距L=1m，其左端并联接入R1和R2的电阻，其中R1=R2=2Ω。整个装置处在垂直纸面向里，磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场中。一质量：m=4kg、电阻r=1Ω的导体棒ab在恒力F=5N的作用力下从静止开始沿导轨向右运动，运动了L0=4m时导体棒ab恰好匀速运动，导体棒垂直于导轨放置且与两导轨保持良好接触，导轨电阻不计。求：
（1）导体棒的最大速度；
（2）电阻R1上产生的焦耳热；
（3）此过程中通过R2的电荷量。
16．如图所示，在虚线边界上方区域有磁感应强度为B的匀强磁场，MN为磁场边界上的长度为2a的接收屏，与垂直，和的长度均为a。在O点的电子源可大量发射方向平行于边界向右、速度大小不同的电子。已知电子的质量为m，电荷量为-e，不计电子间的相互作用，电子打到接收屏上即被吸收。求：
（1）能打到接收屏上的电子速度大小的范围；
（2）打到接收屏上的电子在磁场中运动的最长时间。
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动
【解析】【解答】A. 磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框在摆动时能产生感应电流，起电磁阻尼的作用，A正确；
B. 真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流，B正确；
C. 金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理，C正确；
D. 电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音利用电流的磁效应工作，D错误。
故答案为：D。
【分析】本题利用涡流、电磁阻尼、电磁驱动的原理及实际应用场景求解，核心是区分三种电磁现象的本质：涡流是导体中感应的环形电流，电磁阻尼是安培力阻碍相对运动，电磁驱动是安培力带动导体运动，再结合具体设备的工作原理判断选项正误。
2．【答案】A
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A．每当e转换方向时，e=0，根据，则通过线圈的磁通量变化率刚好为零，A正确；
B．时刻，e=0，线圈平面与磁场垂直，通过线圈的磁通量绝对值最大，B错误；
C．时刻，感应电动势的绝对值最大，则线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量为0，通过线圈的磁通量绝对值最小，C错误；
D．时刻，e=0，根据，通过线圈的磁通量变化率的绝对值为0，D错误；
故答案为：A。
【分析】本题利用交变电流的产生规律，结合法拉第电磁感应定律求解，核心是明确感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，电动势为零时磁通量变化率为零、磁通量最大，电动势最大时磁通量变化率最大、磁通量为零。
3．【答案】B
【知识点】安培力的计算
【解析】【解答】磁场在竖直方向的分量为，根据左手定则，安培力的水平分量向左，又金属杆处于静止状态，所以水平向右的静摩擦力与安培力的水平分量满足二力平衡，即
故答案为：B。
【分析】本题考查安培力的计算与受力平衡。核心是准确找到有效切割长度与电流方向，并将安培力分解到水平方向，利用水平方向的二力平衡求解摩擦力。
4．【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】AB．接通时，由于线圈的自感作用，L中的电流由零逐渐增大的，所以与L并联的上的电流从大逐渐减小，所以逐渐变暗；电路稳定后被短路，因此与L串联的灯电流逐渐增大，逐渐变亮，AB错误；
CD．断开开关，灯立刻熄灭，而由于线圈的自感作用，线圈电流不能突变，因此与线圈构成回路的灯由不亮突然闪亮后熄灭，C错误，D正确。
故答案为：D。
【分析】本题考查自感现象的规律，核心是分析闭合、断开开关瞬间线圈的自感效应，以及自感对电路中电流、灯泡亮度的影响。
5．【答案】C
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】将变压器和整个副线圈电路一起等效为一个电阻，a、b之间接有电压不变的交流电源，变阻器的滑片沿c→d的方向滑动时，接入电路的等效电阻变小，故电流表A1示数增大，原副线圈匝数比不变，故电流表A2示数也增大；
因为电源电压不变，所以电压表示数变小，副线圈两端的电压减小，电压表示数减小，两端的电压增大，则滑动变阻器两端的电压减小，电压表示数减小。
故答案为：C。
【分析】本题考查理想变压器的动态电路分析，核心是结合等效电阻法分析副线圈负载变化对原副线圈电流、电压的影响，同时考虑原线圈电流表内阻的分压作用。
6．【答案】B
【知识点】法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】根据法拉第电磁感应定律
故电压表的示数为50.0V
根据楞次定律可知，感应电流为逆时针方向，则A端接电压表正接线柱。
故答案为：B。
【分析】本题考查法拉第电磁感应定律和楞次定律的应用，核心是通过磁通量的变化率计算感应电动势的大小，利用楞次定律判断感应电动势的方向，进而确定电压表的接线柱连接方式。
7．【答案】A,B,D
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】A．带电粒子在电场中加速，由动能定理可得
带电粒子在磁场中偏转，由洛伦兹力提供向心力，可得
联立解得
由上式可知带电粒子比荷越大半径越小，由图可知a粒子的半径小，b粒子的半径大，则有a的比荷大于b的比荷，A正确；
B．由，可得，粒子比荷越大，出加速电场时的速率越大，则在磁场中的速率也越大，在磁场中a的速率一定大于b的速率，B正确；
C．由可知，若两粒子带电荷量相同，质量不同时，则两粒子的动能一定相同，因a、b两粒子的电荷量关系未知，因此两粒子的动能关系不能确定，C错误；
D．带电粒子在磁场中的运动时间为，可知粒子的比荷越大，运动时间越小，因此a在磁场中的运动时间小于b在磁场中的运动时间，D正确。
故答案为：ABD。
【分析】本题考查质谱仪的工作原理，核心是结合动能定理和洛伦兹力提供向心力，推导粒子的比荷、速率、动能与运动时间的表达式，再根据粒子的轨道半径大小分析各物理量的关系。
8．【答案】A,D
【知识点】电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】A．开始时，回路感应电动势最大，最大感应电动势为
则感应电流的最大值为
解得，故A正确；
B．稳定状态时，回路的感应电动势为0，感应电流为0，导体棒a、b均向右做匀速直线运动，由于回路的感应电动势为0，
则有
对导体棒a，根据动量定理有
对导体棒b，根据动量定理有
解得，，故B错误；
D．从开始运动直到稳定状态时流过导体棒a某一横截面的电荷量
结合上述解得，故D正确；
C．根据能量守恒定律，回路产生的总的焦耳热为
运动过程中导体棒a产生的焦耳热为
解得，故C错误。
故答案为：AD。
【分析】本题考查电磁感应中的双导体棒问题，核心是利用法拉第电磁感应定律分析感应电动势与电流，结合动量定理和能量守恒定律求解稳定速度、焦耳热及电荷量。
9．【答案】B,C
【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动
【解析】【解答】A．电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，故A错误；
B．导体运动的速度越大磁通量变化越快，产生的感应电流越强，制动器对转盘的制动力越大，故制动力的大小与导体运动的速度有关，故B正确；
C．电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，产生涡流，故通电线圈可以通直流电，产生方向不变的磁场也是可以的，故C正确；
D．如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力，故D错误。
故答案为：BC。
【分析】结合电磁感应中的涡流现象、安培力的影响因素和楞次定律，分析电磁制动装置的工作原理，逐一判断选项正误。
10．【答案】B,C
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】A．设回旋加速器D形盒的半径为R，质子获得的最大速度为vm，根据牛顿第二定律有
解得
质子的最大动能为
可知Ekm与交流电压U无关，只增大交流电压U，质子获得的最大动能不变，A错误；
B．设质子在回旋加速器中加速的次数为n，根据动能定理有
解得
质子在回旋加速器中运行时间为
可知若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短，B正确。
CD．质子每个运动周期内被加速两次，交流电源每个周期方向改变两次，所以交流电源的周期等于质子的运动周期，
即，可知若磁感应强度B增大，交流电周期T必须适当减小才能正常工作，且由于α粒子和质子的比荷不同，所以不改变磁感应强度B和交流电频率T，该回旋加速器不能用于加速α粒子，D错误，C正确。
故答案为：BC。
【分析】本题考查回旋加速器的工作原理，核心是结合洛伦兹力提供向心力推导粒子的最大动能，分析交变电压、磁感应强度对粒子加速过程和设备工作条件的影响，同时对比不同粒子的运动周期。
11．【答案】向右；上端；相同
【知识点】右手定则；研究电磁感应现象
【解析】【解答】（1）闭合开关时通过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏，则要使灵敏电流计的指针向右偏转，应使通过线圈B的磁场变弱（即通过线圈B的磁通量减小），通过线圈A的电流应减小，则滑动变阻器的滑片应该向右滑动。
故答案为：向右
（2）根据题述电流方向可知，感应电流的磁场方向竖直向下，结合楞次定律可知，原磁场磁通量方向向上，即条形磁铁上端为N极。根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向总是阻碍引起感应电流的原磁场磁通量的变化，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
故答案为：上端；相同
【分析】(1) 滑动变阻器移动方向判断：闭合开关时磁通量增大，指针左偏；要指针右偏，需减小通过线圈B的磁通量（减小线圈A的电流），结合滑动变阻器接入电路的电阻变化规律分析。
(2) 磁铁极性与磁场方向判断：感应电流从“+”接线柱流入时，根据右手螺旋定则确定螺线管感应磁场方向；再由楞次定律确定原磁场方向与磁铁极性；最后根据楞次定律的 “增反减同” 结论判断感应磁场与原磁场的方向关系。
12．【答案】BC；低压交流电源；增大；减小；A
【知识点】探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【解析】【解答】（1）实验中用交流电源，不需要直流电源，且使用变压器不需要条形磁铁，故不需要BC；还需要低压交流电源供电。
故答案为：BC；低压交流电源
（2）保持原线圈的匝数不变，增加副线圈匝数，根据可知，增加副线圈的匝数，副线圈两端电压增大。再增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压减小；实验中采用的实验方法是控制变量法，A正确。
故答案为：增大；减小；A
【分析】(1) 器材选择与补充：变压器工作原理是电磁感应（互感现象），需交流电源产生变化磁通量；直流电源、条形磁铁无法产生持续变化的磁场，故无用。实验需低压交流电源提供输入电压，多用电表测量电压。
(2) 电压变化与实验方法：根据理想变压器电压比，控制原线圈匝数不变时，副线圈匝数增加则副电压增大；控制副线圈匝数不变时，原线圈匝数增加则原电压不变（输入电压固定）。实验通过控制变量法探究电压与匝数的关系。
13．【答案】（1）解：线圈转动的角速度为
感应电动势的最大值为
时线圈平面与磁感线平行，可知此时电动势最大，则感应电动势的瞬时值表达式为
（2）解：电动势有效值为
则电压表的读数为
（3）线圈由如图位置转过90°的过程中，有
通过R的电量为
【知识点】交变电流的图像与函数表达式；交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】(1) 瞬时值表达式：先由转速求角速度，再求感应电动势最大值，结合时线圈处于峰值位置，确定余弦表达式；
(2) 交流电压表示数：电压表读数为有效值，先求感应电动势有效值，再由闭合电路欧姆定律求路端电压；
(3) 流过电阻的电荷量：利用法拉第电磁感应定律求平均电动势，结合，推导得，代入磁通量变化量计算。
14．【答案】（1）解：升压变压器、副线圈匝数比为
（2）解：发电机输出功率等于升压变压器的输出功率，有
导线电阻R与输送电流和输电线上损失的电功率有关，有
输电线的总电阻
（3）解：设降压变压器原线圈上电压为
降压变压器原、副线圈匝数比为
【知识点】电能的输送
【解析】【分析】(1) 匝数比计算：升压变压器的匝数比与输入、输出电压成正比，根据理想变压器的电压比规律求解；
(2) 输电线电阻计算：先由功率公式求输电电流，再结合输电线的功率损失公式损，根据焦耳定律求解总电阻；
(3) 降压变压器匝数比计算：先求降压变压器的输入电压（升压输出电压减线路电压损失），再根据理想变压器的电压比规律求解。
15．【答案】（1）解：设导体棒的最大速度为，则有，，，
根据受力平衡可得
联立解得
（2）解：根据动能定理可得
又
联立解得回路产生的总焦耳热为
根据电路连接关系，可知电阻R1上产生的焦耳热为
（3） 解：此过程通过干路的电荷量为
则此过程中通过R2的电荷量为
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】(1) 最大速度计算：导体棒匀速运动时，拉力与安培力平衡，结合电磁感应定律、闭合电路欧姆定律推导速度表达式；
(2) 焦耳热计算：由动能定理求出电路总焦耳热，再按电阻并联的功率分配规律求的焦耳热；
(3) 电荷量计算：利用法拉第电磁感应定律求平均电动势，结合电流定义式推导电荷量公式，代入磁通量变化量求解。
16．【答案】（1）解：洛伦兹力提供向心力
电子打到M点时，在磁场中运动的圆周半径最小，几何关系
解得
电子打到N点时，在磁场中运动的圆周半径最大，几何关系
解得
电子的速度满足
（2）解：打到M点的电子在磁场中运动的时间最长
周期
解得
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】(1) 速度范围计算：电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，结合几何关系确定最小、最大轨道半径，由半径公式反推速度范围；
(2) 最长时间计算：运动时间与圆心角成正比，找到打在接收屏上的电子中圆心角最大的情况，结合周期公式求最长时间。
1 / 1湖南省张家界市民族中学2023-2024学年高二下学期第一次月考物理试题
一、选择题：（本题共10小题，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，每小题4分；第7～10题有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）
1．关于涡流、电磁阻尼、电磁驱动，下列说法不正确的是（　　）
A．磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框能起电磁阻尼的作用
B．真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流
C．金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理
D．电磁炉利用电磁阻尼工作，录音机在磁带上录制声音利用电磁驱动工作
【答案】D
【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动
【解析】【解答】A. 磁电式仪表中用来做线圈骨架的铝框在摆动时能产生感应电流，起电磁阻尼的作用，A正确；
B. 真空冶炼炉熔化金属是利用了涡流，B正确；
C. 金属探测器应用于安检场所，探测器利用了涡流的原理，C正确；
D. 电磁炉利用涡流工作，录音机在磁带上录制声音利用电流的磁效应工作，D错误。
故答案为：D。
【分析】本题利用涡流、电磁阻尼、电磁驱动的原理及实际应用场景求解，核心是区分三种电磁现象的本质：涡流是导体中感应的环形电流，电磁阻尼是安培力阻碍相对运动，电磁驱动是安培力带动导体运动，再结合具体设备的工作原理判断选项正误。
2．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．每当e转换方向时，通过线圈的磁通量变化率刚好为零
B．时刻通过线圈的磁通量绝对值最小
C．时刻通过线圈的磁通量绝对值最大
D．时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
【答案】A
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A．每当e转换方向时，e=0，根据，则通过线圈的磁通量变化率刚好为零，A正确；
B．时刻，e=0，线圈平面与磁场垂直，通过线圈的磁通量绝对值最大，B错误；
C．时刻，感应电动势的绝对值最大，则线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量为0，通过线圈的磁通量绝对值最小，C错误；
D．时刻，e=0，根据，通过线圈的磁通量变化率的绝对值为0，D错误；
故答案为：A。
【分析】本题利用交变电流的产生规律，结合法拉第电磁感应定律求解，核心是明确感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，电动势为零时磁通量变化率为零、磁通量最大，电动势最大时磁通量变化率最大、磁通量为零。
3．如图所示，水平面内的平行导轨间距为d，导轨处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面的夹角为。一质量为m、长为l的金属杆ab垂直于导轨放置，ab中通过的电流为I，ab处于静止状态，则ab受到的摩擦力大小为（　　）
A．BId B． C．BIl D．
【答案】B
【知识点】安培力的计算
【解析】【解答】磁场在竖直方向的分量为，根据左手定则，安培力的水平分量向左，又金属杆处于静止状态，所以水平向右的静摩擦力与安培力的水平分量满足二力平衡，即
故答案为：B。
【分析】本题考查安培力的计算与受力平衡。核心是准确找到有效切割长度与电流方向，并将安培力分解到水平方向，利用水平方向的二力平衡求解摩擦力。
4．如图所示，两个完全相同的灯泡的电阻值与相等，线圈的自感系数很大，且直流电阻值忽略不计。闭合开关瞬间均发光，待电路稳定后再断开开关，则（　　）
A．闭合开关瞬间，、的亮度相同
B．闭合开关后，、都逐渐变暗
C．断开开关瞬间，中电流方向与断开前相同
D．断开开关后，由不亮突然闪亮后熄灭
【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】AB．接通时，由于线圈的自感作用，L中的电流由零逐渐增大的，所以与L并联的上的电流从大逐渐减小，所以逐渐变暗；电路稳定后被短路，因此与L串联的灯电流逐渐增大，逐渐变亮，AB错误；
CD．断开开关，灯立刻熄灭，而由于线圈的自感作用，线圈电流不能突变，因此与线圈构成回路的灯由不亮突然闪亮后熄灭，C错误，D正确。
故答案为：D。
【分析】本题考查自感现象的规律，核心是分析闭合、断开开关瞬间线圈的自感效应，以及自感对电路中电流、灯泡亮度的影响。
5．如图所示，变压器为理想变压器，电流表内阻不可忽略，其余的均为理想的电流表和电压表。之间接有电压不变的交流电源，为定值电阻，为滑动变阻器。现将变阻器的滑片沿的方向滑动时，则下列说法正确的是（　　）
A．电流表的示数都减小
B．电流表的示数变小，的示数增大
C．电压表示数均变小
D．电压表示数变小，示数变大
【答案】C
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】将变压器和整个副线圈电路一起等效为一个电阻，a、b之间接有电压不变的交流电源，变阻器的滑片沿c→d的方向滑动时，接入电路的等效电阻变小，故电流表A1示数增大，原副线圈匝数比不变，故电流表A2示数也增大；
因为电源电压不变，所以电压表示数变小，副线圈两端的电压减小，电压表示数减小，两端的电压增大，则滑动变阻器两端的电压减小，电压表示数减小。
故答案为：C。
【分析】本题考查理想变压器的动态电路分析，核心是结合等效电阻法分析副线圈负载变化对原副线圈电流、电压的影响，同时考虑原线圈电流表内阻的分压作用。
6．如图1所示，100匝的线圈（图中只画了2匝）两端A、B与一个理想电压表相连。线圈内有指向纸内方向的磁场，线圈中的磁通量在按图2所示规律变化。下列说法正确的是（　　）
A．电压表的示数为150V，A端接电压表正接线柱
B．电压表的示数为50.0V，A端接电压表正接线柱
C．电压表的示数为150V，B端接电压表正接线柱
D．电压表的示数为50.0V，B端接电压表正接线柱
【答案】B
【知识点】法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】根据法拉第电磁感应定律
故电压表的示数为50.0V
根据楞次定律可知，感应电流为逆时针方向，则A端接电压表正接线柱。
故答案为：B。
【分析】本题考查法拉第电磁感应定律和楞次定律的应用，核心是通过磁通量的变化率计算感应电动势的大小，利用楞次定律判断感应电动势的方向，进而确定电压表的接线柱连接方式。
7．质谱仪工作原理如图所示，带电粒子从容器下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为0，经过S2从O点垂直磁场边界射入匀强磁场，a、b两粒子分别打到照相底片上的P1、P2点，P1到O点的距离小于P2到O点的距离。忽略粒子的重力，下列说法中正确的是（　　）
A．a的比荷大于b的比荷
B．在磁场中a的速率一定大于b的速率
C．在磁场中a的动能一定大于b的动能
D．a在磁场中的运动时间小于b在磁场中的运动时间
【答案】A,B,D
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】A．带电粒子在电场中加速，由动能定理可得
带电粒子在磁场中偏转，由洛伦兹力提供向心力，可得
联立解得
由上式可知带电粒子比荷越大半径越小，由图可知a粒子的半径小，b粒子的半径大，则有a的比荷大于b的比荷，A正确；
B．由，可得，粒子比荷越大，出加速电场时的速率越大，则在磁场中的速率也越大，在磁场中a的速率一定大于b的速率，B正确；
C．由可知，若两粒子带电荷量相同，质量不同时，则两粒子的动能一定相同，因a、b两粒子的电荷量关系未知，因此两粒子的动能关系不能确定，C错误；
D．带电粒子在磁场中的运动时间为，可知粒子的比荷越大，运动时间越小，因此a在磁场中的运动时间小于b在磁场中的运动时间，D正确。
故答案为：ABD。
【分析】本题考查质谱仪的工作原理，核心是结合动能定理和洛伦兹力提供向心力，推导粒子的比荷、速率、动能与运动时间的表达式，再根据粒子的轨道半径大小分析各物理量的关系。
8．如图所示，导体棒a、b放置于足够长的水平光滑平行金属导轨上，导轨左右两部分的间距分别为L和3L，导体棒a、b的质量分别为m和3m，接入电路的电阻分别为R和3R，导轨电阻忽略不计。整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，a、b两导体棒均以相同的初速度开始向右运动，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，导体棒a始终在窄轨道上运动，导体棒b始终在宽轨道上运动，直到最后两导体棒达到稳定状态。下列正确的是（　　）
A．运动过程闭合回路中的最大电流为
B．稳定状态时导体棒a和b的速度都为
C．运动过程中导体棒a产生的焦耳热为
D．从开始运动直到稳定状态时流过导体棒a某一横截面的电荷量为
【答案】A,D
【知识点】电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】A．开始时，回路感应电动势最大，最大感应电动势为
则感应电流的最大值为
解得，故A正确；
B．稳定状态时，回路的感应电动势为0，感应电流为0，导体棒a、b均向右做匀速直线运动，由于回路的感应电动势为0，
则有
对导体棒a，根据动量定理有
对导体棒b，根据动量定理有
解得，，故B错误；
D．从开始运动直到稳定状态时流过导体棒a某一横截面的电荷量
结合上述解得，故D正确；
C．根据能量守恒定律，回路产生的总的焦耳热为
运动过程中导体棒a产生的焦耳热为
解得，故C错误。
故答案为：AD。
【分析】本题考查电磁感应中的双导体棒问题，核心是利用法拉第电磁感应定律分析感应电动势与电流，结合动量定理和能量守恒定律求解稳定速度、焦耳热及电荷量。
9．如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。与传统的制动方式相比，电磁制动是一种非接触的制动方式，避免了因摩擦产生的磨损。电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（　　）
A．制动过程中，导体不会产生热量
B．制动力的大小与导体运动的速度有关
C．线圈中既可以通交流电，也可以通直流电
D．如果改变线圈中的电流方向，可以使导体获得促进它运动的动力
【答案】B,C
【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动
【解析】【解答】A．电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量，故A错误；
B．导体运动的速度越大磁通量变化越快，产生的感应电流越强，制动器对转盘的制动力越大，故制动力的大小与导体运动的速度有关，故B正确；
C．电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，产生涡流，故通电线圈可以通直流电，产生方向不变的磁场也是可以的，故C正确；
D．如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力，故D错误。
故答案为：BC。
【分析】结合电磁感应中的涡流现象、安培力的影响因素和楞次定律，分析电磁制动装置的工作原理，逐一判断选项正误。
10．回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U。周期为T的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（　　）
A．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大
B．若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短
C．若磁感应强度B增大，交变电场周期T必须减小才能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交变电场周期T，该回旋加速器也能用于加速粒子
【答案】B,C
【知识点】质谱仪和回旋加速器
【解析】【解答】A．设回旋加速器D形盒的半径为R，质子获得的最大速度为vm，根据牛顿第二定律有
解得
质子的最大动能为
可知Ekm与交流电压U无关，只增大交流电压U，质子获得的最大动能不变，A错误；
B．设质子在回旋加速器中加速的次数为n，根据动能定理有
解得
质子在回旋加速器中运行时间为
可知若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短，B正确。
CD．质子每个运动周期内被加速两次，交流电源每个周期方向改变两次，所以交流电源的周期等于质子的运动周期，
即，可知若磁感应强度B增大，交流电周期T必须适当减小才能正常工作，且由于α粒子和质子的比荷不同，所以不改变磁感应强度B和交流电频率T，该回旋加速器不能用于加速α粒子，D错误，C正确。
故答案为：BC。
【分析】本题考查回旋加速器的工作原理，核心是结合洛伦兹力提供向心力推导粒子的最大动能，分析交变电压、磁感应强度对粒子加速过程和设备工作条件的影响，同时对比不同粒子的运动周期。
二、实验题（共2小题，共16分，把正确答案填写在答题卷上）
11．刘同学研究电磁感应现象的实验装置如图甲所示，该同学正确连接电路，闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
（1）闭合开关电路稳定后，该同学将滑动变阻器的滑片　 　（填“向左”或“向右”）移动时，灵敏电流计的指针向右偏转。
（2）该同学继续用如图乙所示的实验装置来探究影响感应电流方向的因素，实验中发现感应电流从“+”接线柱流入灵敏电流计（指针向右偏转），螺线管的绕线方向在图丙中已经画出。若将条形磁铁向下插入螺线管时，指针向右偏转，则条形磁铁　 　（填“上端”或“下端”）为N极。进一步实验发现，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向　 　（填“相同”或“相反”）。
【答案】向右；上端；相同
【知识点】右手定则；研究电磁感应现象
【解析】【解答】（1）闭合开关时通过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏，则要使灵敏电流计的指针向右偏转，应使通过线圈B的磁场变弱（即通过线圈B的磁通量减小），通过线圈A的电流应减小，则滑动变阻器的滑片应该向右滑动。
故答案为：向右
（2）根据题述电流方向可知，感应电流的磁场方向竖直向下，结合楞次定律可知，原磁场磁通量方向向上，即条形磁铁上端为N极。根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向总是阻碍引起感应电流的原磁场磁通量的变化，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
故答案为：上端；相同
【分析】(1) 滑动变阻器移动方向判断：闭合开关时磁通量增大，指针左偏；要指针右偏，需减小通过线圈B的磁通量（减小线圈A的电流），结合滑动变阻器接入电路的电阻变化规律分析。
(2) 磁铁极性与磁场方向判断：感应电流从“+”接线柱流入时，根据右手螺旋定则确定螺线管感应磁场方向；再由楞次定律确定原磁场方向与磁铁极性；最后根据楞次定律的 “增反减同” 结论判断感应磁场与原磁场的方向关系。
12．实验“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”。
（1）实验室中有下列器林：
A.可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B.条形磁铁
C.直流电源
D.多用电表
E开关、导线若干
上述器材在本实验中无用的是　 　（填器材序号）本实验中还需用到的器材有　 　。
（2）该学生继续做实验，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压　 　（选填“增大”、“减小”或“不变”）：然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压　 　（选填“增大”、“减小”或“不变）；上述“探究副线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是　 　（选填）
A控制变量法 B.等效替代法 C.描迹法
【答案】BC；低压交流电源；增大；减小；A
【知识点】探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
【解析】【解答】（1）实验中用交流电源，不需要直流电源，且使用变压器不需要条形磁铁，故不需要BC；还需要低压交流电源供电。
故答案为：BC；低压交流电源
（2）保持原线圈的匝数不变，增加副线圈匝数，根据可知，增加副线圈的匝数，副线圈两端电压增大。再增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压减小；实验中采用的实验方法是控制变量法，A正确。
故答案为：增大；减小；A
【分析】(1) 器材选择与补充：变压器工作原理是电磁感应（互感现象），需交流电源产生变化磁通量；直流电源、条形磁铁无法产生持续变化的磁场，故无用。实验需低压交流电源提供输入电压，多用电表测量电压。
(2) 电压变化与实验方法：根据理想变压器电压比，控制原线圈匝数不变时，副线圈匝数增加则副电压增大；控制副线圈匝数不变时，原线圈匝数增加则原电压不变（输入电压固定）。实验通过控制变量法探究电压与匝数的关系。
三、计算题（本题包括4小题，共40分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
13．如图所示，N=100匝的矩形线圈abcd，ab边长，ad边长，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO'轴以n=6000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里，求：
（1）感应电动势的瞬时值表达式；
（2）如果矩形线圈两端接交流电压表，电压表的读数为多少；
（3）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。
【答案】（1）解：线圈转动的角速度为
感应电动势的最大值为
时线圈平面与磁感线平行，可知此时电动势最大，则感应电动势的瞬时值表达式为
（2）解：电动势有效值为
则电压表的读数为
（3）线圈由如图位置转过90°的过程中，有
通过R的电量为
【知识点】交变电流的图像与函数表达式；交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【分析】(1) 瞬时值表达式：先由转速求角速度，再求感应电动势最大值，结合时线圈处于峰值位置，确定余弦表达式；
(2) 交流电压表示数：电压表读数为有效值，先求感应电动势有效值，再由闭合电路欧姆定律求路端电压；
(3) 流过电阻的电荷量：利用法拉第电磁感应定律求平均电动势，结合，推导得，代入磁通量变化量计算。
14．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2kV高压输电，输电线上损失了0.5kW，最后用户得到220V的电压，求：
（1）升压变压器原、副线圈的匝数比；
（2）输电线的总电阻R；
（3）降压变压器原、副线圈的匝数比。
【答案】（1）解：升压变压器、副线圈匝数比为
（2）解：发电机输出功率等于升压变压器的输出功率，有
导线电阻R与输送电流和输电线上损失的电功率有关，有
输电线的总电阻
（3）解：设降压变压器原线圈上电压为
降压变压器原、副线圈匝数比为
【知识点】电能的输送
【解析】【分析】(1) 匝数比计算：升压变压器的匝数比与输入、输出电压成正比，根据理想变压器的电压比规律求解；
(2) 输电线电阻计算：先由功率公式求输电电流，再结合输电线的功率损失公式损，根据焦耳定律求解总电阻；
(3) 降压变压器匝数比计算：先求降压变压器的输入电压（升压输出电压减线路电压损失），再根据理想变压器的电压比规律求解。
15．如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨M、N被固定在水平面上，导轨间距L=1m，其左端并联接入R1和R2的电阻，其中R1=R2=2Ω。整个装置处在垂直纸面向里，磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场中。一质量：m=4kg、电阻r=1Ω的导体棒ab在恒力F=5N的作用力下从静止开始沿导轨向右运动，运动了L0=4m时导体棒ab恰好匀速运动，导体棒垂直于导轨放置且与两导轨保持良好接触，导轨电阻不计。求：
（1）导体棒的最大速度；
（2）电阻R1上产生的焦耳热；
（3）此过程中通过R2的电荷量。
【答案】（1）解：设导体棒的最大速度为，则有，，，
根据受力平衡可得
联立解得
（2）解：根据动能定理可得
又
联立解得回路产生的总焦耳热为
根据电路连接关系，可知电阻R1上产生的焦耳热为
（3） 解：此过程通过干路的电荷量为
则此过程中通过R2的电荷量为
【知识点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】(1) 最大速度计算：导体棒匀速运动时，拉力与安培力平衡，结合电磁感应定律、闭合电路欧姆定律推导速度表达式；
(2) 焦耳热计算：由动能定理求出电路总焦耳热，再按电阻并联的功率分配规律求的焦耳热；
(3) 电荷量计算：利用法拉第电磁感应定律求平均电动势，结合电流定义式推导电荷量公式，代入磁通量变化量求解。
16．如图所示，在虚线边界上方区域有磁感应强度为B的匀强磁场，MN为磁场边界上的长度为2a的接收屏，与垂直，和的长度均为a。在O点的电子源可大量发射方向平行于边界向右、速度大小不同的电子。已知电子的质量为m，电荷量为-e，不计电子间的相互作用，电子打到接收屏上即被吸收。求：
（1）能打到接收屏上的电子速度大小的范围；
（2）打到接收屏上的电子在磁场中运动的最长时间。
【答案】（1）解：洛伦兹力提供向心力
电子打到M点时，在磁场中运动的圆周半径最小，几何关系
解得
电子打到N点时，在磁场中运动的圆周半径最大，几何关系
解得
电子的速度满足
（2）解：打到M点的电子在磁场中运动的时间最长
周期
解得
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】(1) 速度范围计算：电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，结合几何关系确定最小、最大轨道半径，由半径公式反推速度范围；
(2) 最长时间计算：运动时间与圆心角成正比，找到打在接收屏上的电子中圆心角最大的情况，结合周期公式求最长时间。
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