北京重点大学附中2022—2023学年第二学期期中练习
高二物理
说明：本试卷共8页，共100分.考试时长90分钟.
一、选择题.本题共14小题，在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项符合题意.（每小题3分，共42分，漏选得2分，错选不得分）
1.下列说法正确的是（ ）
A.麦克斯韦预言了电磁波，并且首次用实验进行了验证
B.变化电场周围产生的磁场一定是变化的
C.恒定电流能够在周围空间产生稳定的磁场
D.电磁波的传播速度是
2.如图所示的电路中，a、b是两个完全相同的灯泡，L为自感线圈（自感系数足够大，直流电阻不计），E为电源，S为开关.下列说法正确的是（ ）
A.闭合开关，a、b同时亮
B.断开开关，a先熄灭，b闪亮后熄灭
C.闭合开关和断开开关瞬间，a中电流方向相同
D.闭合开关和断开开关瞬间，b中电流方向相同
3.如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有的负载电阻.原、副线圈匝数之比为.电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是（ ）
A.原线圈中电流表的读数为1 A
B.原线圈中的输入功率为
C.副线圈中电压表的读数为110 V
D.副线圈中输出交流电的周期为50 s
4.如图所示，边长为L的单匝均匀金属线框置于光滑水平桌面上，在拉力作用下以恒定速度通过宽度为D（）、方向竖直向下的有界匀强磁场.在整个过程中线框的ab边始终与磁场的边界平行，若以F表示拉力大小、以表示线框ab两点间的电势差、I表示通过线框的电流（规定逆时针为正）、P表示拉力的功率，则下列反映这些物理量随时间变化的图象中可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
5.如图甲所示电路中，电流i（以图甲中电流方向为正）随时间t的变化规律如图乙所示的正弦曲线，下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A.内，电容器C正在充电
B.内，电容器C上极板带负电
C.内，自感电动势逐渐增大
D.内，磁场能转化为电场能
6.如图所示，赤道附近地区的几位同学在做“摇绳发电”实验：把一条长约20 m的导线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上，形成闭合回路.甲、乙两位同学按某一方向摇动导线的AB段，另两位同学观察电流计的指针.下列说法正确的是（ ）
A.若摇绳同学沿南北方向站立，摇绳过程中观察到电流计指针偏转不明显，其主要原因是导线太短
B.若摇绳同学沿东西方向站立，观察到灵敏电流计指针在“0”刻度线左右摆动
C.若摇绳同学沿东西方向站立，绳上升的过程中绳中的电流方向从东到西
D.若摇绳同学沿东西方向站立，换用更细的导线会使电流计指针偏转更明显
7.下面的方框图表示远距离输电的示意图，已知发电机的输出电压保持恒定不变，而且输电线路及其设备均正常.那么由于负载变化而引起用户端获得的电压降低时，则对应着（ ）
A.升压变压器的输入电流减小
B.升压变压器的输出电流减小
C.降压变压器的输出电流增大
D.发电机输出的总功率减小
8.磁电式仪表的基本组成部分是磁铁和线圈.缠绕线圈的骨架常用铝框，铝框、指针固定在同一转轴上.线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时发生转动，指针随之偏转，由此就能确定电流的大小.如图所示，线圈通电时指针向右偏转，在此过程中，下列说法正确的是（ ）
A.俯视看，线圈中通入的是逆时针方向的电流
B.穿过铝框的磁通量少
C.俯视看铝框中产生逆时针方向的感应电流
D.使用铝框做线圈骨架能够尽快使表针停在某一刻度处
9.如图甲所示，空间存在方向垂直纸面的匀强磁场，虛线MN为其边界.一个用细金属丝绕成的半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上.已知细金属丝的电阻率为、横截面积为S.磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，时磁感应强度的方向如图甲中所示.则在0到时间间隔内（ ）
图甲 图乙
A.圆环所受安培力的方向始终不变
B.圆环中感应电流方向先沿逆时针后沿顺时针
C.圆环中的感应电流大小为
D.圆环中产生的焦耳热为
10.在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t的变化关系如图所示.已知线圈总电阻为，则（ ）
A. 时线圈中感应电流为0
B. 时线圈平面平行于磁感线
C. 时线圈中的感应电动势为
D.一个周期内线圈产生的热量为
11.如图是法拉第圆盘发电机的示意图，铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘位于两磁极之间，圆盘平面与磁感线垂直.两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触，使圆盘转动，电阻R就有电流通过.下列说法正确的是（ ）
A.仅改变圆盘转动的角速度，通过R的电流保持不变
B.仅改变磁场的磁感应强度，通过R的电流发生改变
C.仅断开电阻R，两铜片C、D间电势差为零
D.同时改变磁场方向和圆盘的转动方向，通过R的电流方向不变
12.如图1所示，地面上方高度为d的空间内有水平方向的匀强磁场，质量为m的正方形闭合导线框abcd的边长为l，从bc边距离地面高为h处将其由静止释放，已知.从导线框开始运动到bc边即将落地的过程中，导线框的v-t图像如图2所示.重力加速度为g，不计空气阻力，以下有关这一过程的判断正确的是（ ）
图1 图2
A. 时间内导线框受到的安培力逐渐增大
B.磁场的高度d可以用v-t图中阴影部分的面积表示
C.导线框重力势能的减少量等于其动能的增加量
D.导线框产生的焦耳热大于mgl
13.某同学根据查阅到的某种热敏电阻的R-t特性曲线（如图1），设计了图2所示的恒温箱温度控制电路.图2中，为热敏电阻，为可变电阻，控制系统可视作的电阻，电源的电动势，内阻不计.当通过控制系统的电流小于2 mA时，加热系统将开启，为恒温箱加热；当通过控制系统的电流等于2 mA时，加热系统将关闭.下列说法正确的是（ ）
图1 图2
A.若要使恒温箱内温度保持20℃，应将调为
B.若要使恒温箱内温度升高，应将增大
C.若恒温箱内温度降低，通过控制系统的电流将减小
D.保持不变，通过控制系统的电流大小随恒温箱内的温度均匀变化
14.将一段裸铜导线弯成如图甲所示形状的线框，将它置于一节5号干电池的正极上（线框上端的弯折位置与正极良好接触），一块圆柱形强磁铁吸附在电池的负极，使铜导线框下面的两端P、Q与磁铁表面保持良好接触，放手后线框就会发生转动，从而制成了一个“简易电动机”，如图乙所示.关于该“简易电动机”，下列说法中正确的是（ ）
甲 乙
A.线框会转动起来是因为线框中产生的感应电流受到了安培力的作用
B.如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，线框转动的方向不会改变
C.电池的输出功率一定大于线圈转动的机械功率
D.线框由静止开始转动的过程中，通过线框中的电流大小始终不变
二、填空题（15题12分，16题8分，共20分）
15.探究感应电流方向的实验所需器材包括：条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池（用来查明线圈中电流的流向与电流表中指计偏转方向的关系）.
（1）实验现象：如图1所示，在四种情况下，将实验结果填入下表.
甲 乙 丙 丁
图1
①线圈内磁通量增加时的情况
图号 原磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向
甲 竖直向下 逆时针（俯视） 竖直向上
乙 竖直向上 顺时针（俯视）
②线圈内磁通量减少时的情况
图号 原磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向
丙 竖直向下 顺时针（俯视） 竖直向下
丁 竖直向上 逆时针（俯视）
（2）实验结论：当穿过闭合线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向 （填写“相同”或“相反”）.
（3）总结提炼：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的 .
（4）拓展应用：如图2所示是一种延时继电器的示意图.铁芯上有两个线圈A和B.线圈A和电源连接，线圈B与直导线ab构成一个闭合回路.弹簧K上与衔铁D相连，D的右端触头C连接工作电路（未画出）.开关S闭合状态下，工作电路处于导通状态.S断开瞬间，延时功能启动，此时直导线ab中电流方向为 （填写“a到b”或“b到a”）.说明延吋继电器的“延时”工作原理： .
图2
16.某实验小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”，可拆变压器如图所示.
甲 可拆变压玉器零部件 乙 组裝后的变压器
（1）以下给出的器材中，本实验需要用到的是
A.干电池 B.学生电源 C.实验室用电压表 D.多用电表
（2）关于本实验，下列说法正确的是 ；
A.为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B.因为使用的电压较低，通电时可直接用手接触裸露的导线进行连接
C.实验时可以保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，探究副线圈匝数对副线圈电压的影响
D.变压器开始正常工作后，通过铁芯导电将电能从原线圈传递到副线圈
（3）某次实验中，用匝数匝和匝的线圈实验，测量的数据如下表所示，下列说法中正确的是
1.80 2.80 3.80 4.90
4.00 6.01 8.02 9.98
A.原线圈的匝数为，用较粗导线绕制
B.副线圈的匝数为，用较细导线绕制
C.原线圈的匝数为，用较细导线绕制
D.副线圈的匝数为，用较粗导线绕制
（4）为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的娃钢片平行叠成.作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计 .
A. B. C. D.
三、计算题（17题8分，18题9分，19题9分，20题12分，共38分）
17.（8分）如图所示为一交流发电机的原理示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，发电机的矩形线圈abcd在磁场中，图中abcd分别为矩形线圈的四个顶点，其中的c点被磁铁遮挡而未画出.线圈可绕过bc边和ad边中点且垂直于磁场方向的水平轴匀速转动.为了便于观察，图中发电机的线圈只画出了其中的1匝，用以说明线圈两端的连接情况.线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上；用导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接.已知矩形线圈ab边和cd边的长度，bc边和ad边的长度，匝数匝，线圈的总电阻，线圈转动的角速度，外电路的定值电阻，匀强磁场的磁感应强度.电流表和电压表均为理想电表，滑环与电刷之间的摩擦及空气阻力均可忽略不计，计算中取，.
（1）求电压表的示数U；
（2）线圈转动1圈的过程中电阻R上产生的焦耳热（结果保留1位有效数字）；
（3）从线圈经过图示位置开始计时，求线圈转过90°的过程中通过线圈导线某截面的电荷量q（结果保留1位有效数字）.
18.（9分）如图1所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，导轨间距为l，左端连接一阻值为R的电阻.导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.导体棒MN置于导轨上，其质量为m，电阻为r，长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好.不计导轨的电阻、导体棒与导轨间的摩擦.在水平拉力作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度大小为v.
图1 图2 图3
（1）请根据法拉第电磁感应定律，推导导体棒匀速运动时产生的感应电动势的大小.
（2）若在某时刻撤去拉力，导体棒开始做减速运动，并最终停在导轨上.
a.以向右为正方向，在图2和图3中定性画出撤去拉力后导体棒运动的速度—时间图像和位移—时间图像；
b.求导体棒减速运动过程中克服安培力做的功W，以及这一过程中电阻R消耗的总电能.
19.（9分）电磁炮是利用磁场对通电导体的作用使炮弹加速的，其原理示意图如图所示，假设图中直流电源电动势为，电容器的电容为.两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为，电阻不计.炮弹可视为一质量为、电阻为的金属棒MN垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触.首先开关S接1，使电容器完全充电：然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面向上、磁感应强度大小为的匀强磁场，MN开始向右加速运动，经过一段时间后回路中电流为零，MN达到最大速度，之后离开导轨.问：
（1）直流电源的a端为正极还是负极；
（2）MN离开导轨时的最大速度的大小；
（3）已知电容器储藏的电场能为，导体棒从开始运动到离开轨道的过程中，导体棒上产生的焦耳热的大小.（电磁辐射可以忽略）
20.（12分）在电磁感应现象中，感应电动势分为动生电动势和感生电动势两种.产生感应电动势的那部分导体就相当于“电源”，在“电源”内部非静电力做功将其它形式的能转化为电能.
（1）利用图甲所示的电路可以产生动生电动势.设匀强磁场的磁感应强度为B，金属棒ab的长度为L，在外力作用下以速度v水平向右匀速运动.此时金属棒中电子所受洛仑兹力f沿棒方向的分力即为“电源”内部的非静电力.设电子的电荷量为e，求电子从棒的一端运动到另一端的过程中做的功.
甲 乙 丙 丁
（1）均匀变化的磁场会在空间激发感生电场，该电场为涡旋电场，其电场线是一系列同心圆，单个圆上的电场强度大小处处相等，如图乙所示.在某均匀变化的磁场中，将一个半径为r的金属圆环置于相同半径的电场线位置处.从圆环的两端点a、b引出两根导线，与阻值为R的电阻和内阻不计的电流表串接起来，如图丙所示.金属圆环的电阻为，圆环两端点a、b间的距离可忽略不计，除金属圆环外其他部分均在磁场外.此时金属圆环中的自由电子受到的感生电场力F即为非静电力.若电路中电流表显示的示数为I，电子的电荷量为e，求：
a.金属环中感应电动势大小；
b.金属圆环中自由电子受到的感生电场力F的大小.
（3）直流电动机的工作原理可以简化为如图丁所示的情景.在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PO固定在水平面内，相距为L、电阻不计.电阻为R的金属杆ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好.轨道端点MP间接有内阻不计、电动势为E的直流电源.杆ab的中点O用水平绳系一个静置在地面上、质量为m的物块，最初细绳处于伸直状态（细绳足够长）.闭合电键S后，杆ab拉着物块由静止开始做加速运动.由于杆ab切割磁感线，因而产生感应电动势，且同电路中的电流方向相反，称为反电动势，这时电路中的总电动势等于直流电源电动势E和反电动势之差.
a.请分析杆ab在加速的过程中所受安培力如何变化，并求杆的最终速度；
b.当电路中的电流为I时，请证明电源的电能转化为机械能的功率为.
