高中河南省开封市五县联考高二上学期期末物理试题[答案解析]

河南省开封市五县联考【精品】高二上学期期末物理试题 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．有关带电粒子（不计重力）所受静电力和洛伦兹力的说法中，正确的是（ ） A ．粒子在磁场中一定受洛伦兹力的作用
B ．粒子在电场中可能不受静电力的作用
C ．粒子若仅受洛伦兹力，则其速度不变
D ．粒子若仅受洛伦兹力，则其动能不变
2．一匝数为10的线圈置于磁场中，穿过线圈的磁通量为Φ。

现将该线圈的匝数增为100，其他条件不变，则穿过该线圈的磁通量为（ ）
A ．10Φ
B ．Φ
C ．10Φ
D ．100Φ 3．如图所示，一均匀金属圆盘绕通过其圆心且与盘面垂直的轴顺时针匀速转动。

现施加一垂直圆盘向里的有界匀强磁场，圆盘开始减速。

不计金属圆盘与轴之间的摩擦，下列说法正确的是
A ．在圆盘减速过程中，处于磁场中的圆盘部分，靠近圆心处电势高
B ．在圆盘减速过程中，若使所加磁场反向，圆盘将加速转动
C ．若圆盘原来静止，加上图示的匀强磁场后，圆盘将加速转动
D ．若所加磁场穿过整个圆盘，圆盘将匀速转动
4．某线圈的匝数为n ，总电阻为R ，在时间△t 内，穿过线圈的磁通量的变化量为△Φ。

在这段时间内，通过线圈导线某横截面的电荷量为（ ）
A ．n R ∆Φ
B ．nR ∆Φ
C ．n R t ∆Φ∆
D ．R t n ∆∆Φ 5．如图所示，甲、乙两个电路中的电感线圈的自感系数足够大，且直流电阻不可忽略，闭合开关S ，待电路达到稳定后，灯泡均能发光，现将开关S 断开，这两个电路中灯泡亮度的变化情况不可能．．．
是（ ）
A．甲电路中灯泡将渐渐变暗
B．乙电路中灯泡将渐渐变暗
C．甲电路中灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗
D．乙电路中灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗
6．图为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力），则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这处电场场强大小和方向的说法中，正确的是（）
A．大小为B/v，粒子带正电时，方向向上
B．大小为B/v，粒子带负电时，方向向上
C．大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关
D．大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关
二、多选题
7．在某匀强磁场中的同一位置放置一条直导线，导线的方向与磁场方向垂直，先后在导线中通入不同的电流，在下列四幅图中，能正确反应导线受到的安培力F、通过导线的电流I和磁感应强度B各量间关系的是（）
A．B．
C．D．
8．闭合回路由电阻R与导线组成，其内部磁场大小按图乙变化，方向如图甲所示，则
回路中（ ）
A ．电流方向为顺时针方向
B ．电流越来越大
C ．磁通量的变化率恒定不变
D ．产生的感应电动势越来越大
9．空间存在一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场区域的横截面为等腰直角三角形，底边水平，其斜边长度为L ．一正方形导体框边长也为L ，开始正方形导体框的ab 边与磁场区域横截面的斜边刚好重合，如图所示．由图示的位置开始计时，正方形导体框以平行于bc 边的速度v 匀速穿越磁场．若导体框中的感应电流为i ，a b 、两点间的电压为ab U ，感应电流取逆时针方向为正，则导体框穿越磁场的过程中，i 、ab U 随时间的变化规律正确的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ． 10．两根足够长的光滑导轨竖直放置，两导轨间距为L ，底端接阻值为R 的电阻。

将一质量为m 的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度大小为B 的匀强磁场垂直，如图所示，除电阻R 外，其余电阻不计。

现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则（ ）
A．金属棒将做往复运动，金属棒的动能、重力势能和弹簧的弹性势能的总和保持不变
B．金属棒最后将静止，静止时弹簧的伸长量为mg k
C．金属棒最后将静止，整个过程中电阻R上产生的总热量小于mg·mg k
D．当金属棒第一次达到最大速度时，弹簧的伸长量为mg k
三、填空题
11．如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为l，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有电流I时(方向顺时针，如图)时，在天平左、右两边各加上质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡．当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡．由此可知：磁感应强度的方向为________，大小为________．
四、实验题
12．如图为某同学验证楞次定律的实验，在水平面固定一“U”形铝框架，框架上置一铝杆ab，不计摩擦，将条形磁铁放在框架正上方，当将磁铁做如下运动时，判断杆ab的运动方向：
(1)将磁铁竖直向上运动时，杆ab将向_________运动。

(2)将磁铁竖直向下运动时，杆ab将向_________运动。

(3)将磁铁水平向右运动时，杆ab将向_________运动。

（填“左”或“右”）
五、解答题
13．如图所示，两根相同的轻质弹簧的劲度系数为k，静止吊起一根长为L、质量为m 的匀质水平金属棒PQ，金属棒处于方向水平向外的匀强磁场中．当金属棒中通有由P 端流向Q端的电流I时，弹簧的伸长量为x．重力加速度为g．求：
（1）金属棒所受安培力的大小和方向；
（2）该匀强磁场的磁感应强度的大小．
14．如图所示，竖直平面内的xOy 直角坐标系范围内均匀分布有竖直向下的匀强电场，有界匀强磁场分布于y 轴的右侧，匀强磁场的磁感应强度大小为B ，方向与坐标平面垂直。

一带负电的粒子以速度v 进入匀强电场，且在第三象限刚好做匀速直线运动，后经坐标原点进入匀强磁场，粒子进入匀强磁场时与x 轴、y 轴夹角均为45 。

已知该粒子带电荷量为－q ，质量为m ，重力加速度为g ，求：
(1)匀强电场的电场强度的大小E ；
(2)该带电粒子从磁场中射出时通过y 轴的纵坐标。

15．如图甲所示，面积为S 的N 匝线圈A 处在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面。

磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，设垂直线圈平面向外为磁场的正方向。

电阻R 1、R 2，电容C ，线圈A 的电阻r ，B 0、t 0均为已知量。

t =0时刻，闭合开关S 。

(1)t =02
t 时，求通过R 2的电流大小及方向； (2)t =t 1时刻断开S ，求S 断开后通过R 2的电荷量。

16．如图所示，相距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ，导轨的上端接有定值电阻，匀强磁场垂直导轨平面向上，磁感应强度大小为B .将质量为m 、长度为L 的导体棒从导轨上端由静止释放，当下滑的速度为v 时导体棒开始匀速运动，此时对导体棒施加平行导轨向下的拉力并保持拉力的功率恒定，导体棒在拉力的作用下沿导轨下滑一段时间后，以2v 的速度匀速运动．导体棒下滑过程中始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g ．求：
(1)导体棒的速度为
2
v 时的加速度大小a ； (2)拉力的功率P ； (3)导体棒以速度2v 匀速下滑时，电阻R 上消耗的电功率P .
参考答案
1．D
【详解】
A ．电荷在磁场中受洛伦兹力时是有条件的，即运动电荷和磁场方向有夹角，故A 错误；
B ．电场的基本性质就是对其中的电荷有力的作用，粒子在电场中一定受静电力的作用，故B 错误；
CD ．若仅受洛伦兹力，则其动能不变，速度大小不变，而方向改变，故C 错误，D 正确。

故选D 。

2．B
【详解】
磁通量形象的说是穿过某个线圈的磁感线条数，与匝数无关，故线圈有10匝时磁通量为Φ，增加为100匝时磁通量依然是Φ，不变，故B 正确，ACD 错误。

故选B 。

3．D
【解析】
【详解】
将金属圆盘看成由无数金属幅条组成，根据右手定则判断可知：圆盘上的感应电流由圆心流向边缘，所以靠近圆心处电势低，故A 错误；若所加磁场反向，只是产生的电流反向，根据楞次定律可知，安培力还是阻碍圆盘的转动，所以圆盘还是减速转动，故B 错误；若圆盘原来静止，加上图示的匀强磁场后，由于穿过圆盘的磁通量不变，无感应电流产生，则不会产生安培力，则圆盘不会转动，选项C 错误；若所加磁场穿过整个圆盘时，圆盘在切割磁感线，产生感应电动势，相当于电路断开，则不会产生感应电流，不受安培力作用，所以圆盘将匀速转动，故D 正确.
4．A
【详解】 由法拉第电磁感应定律E n t ∆Φ=∆，再由欧姆定律E I R
=，而电量公式q It =，联立解得 Q n R
∆Φ= 故A 正确，BCD 错误。

故选A 。

5．C
【详解】
AC ．对甲图，灯泡和L 中的电流一样，断开开关时，L 相当于电源，甲电路中灯泡将渐渐变暗，灯泡不可能先变得更亮，然后渐渐变暗，故A 正确，C 错误；
B ．对乙图，开关断开时，L 相当于电源，若L 中的电流小于或等于灯泡中的电流，则乙电路中灯泡将渐渐变暗，故B 正确；
D ．若L 中的电流大于灯泡中的电流，则乙电路中灯泡将先变得更亮，然后渐渐变暗，故D 正确。

故选C 。

6．D
【解析】
当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时，粒子流匀速直线通过该区域，有qvB ＝qE ，所以E ＝Bv ．假设粒子带正电，则受向下的洛伦兹力，电场方向应该向上．粒子带负电时，电场方向仍应向上．故正确答案为D ．
7．AC
【详解】
AD ．匀强磁场的大小只与磁场本身有关，与导线受到的安培力大小无关，故A 正确，D 错误；
BC ．在匀强磁场中，当电流方向与磁场垂直时所受安培力为：F =BIL ，由于磁场强度B 和导线长度L 不变，因此F 与I 的关系图象为过原点的直线，故B 错误，C 正确。

故选AC 。

8．AC
【详解】
穿过闭合回路的磁通量垂直指向外增大，由楞次定律可知，感应磁场方向垂直纸面向里，故电流方向为顺时针，故A 正确；图象可知，磁感应随时间均匀增大，由BS Φ=可知，磁通量随时间均匀增加，故其变化率恒定不变，由法拉第电磁感应定律可知，BS E t t
∆Φ∆=
=∆∆，故感应电动势保持不变，电流强度不变，故BD 错误C 正确；
【点睛】
由B-t 图象可知磁感应强度的变化情况，则由磁通量的定义可知磁通量的变化率；再由楞次
定律可判断电流方向；由法拉第电磁感应定律可求得感应电动势．
9．AD
【详解】
在ab 边到e 点的过程中，ab 边切割磁感线的有效长度减小，则产生的感应电动势逐渐减小，
感应电流逐渐减小，且感应电流沿逆时针方向，为正．A ．b 两点的电压为ab U 为负值，大小为电动势的3 4且均匀减小； ab 边越过e 点后，在cd 边接触磁场之前，线框中磁通量不变，
则没有感应电动势和感应电流，之后，cd 边切割磁感线，产生顺时针方向的感应电流，并逐渐减小，ab U 仍为负值，大小为电动势的1 4
且均匀减小，故AD 正确，BC 错误． 10．BC
【详解】
A ．根据能量转化和守恒定律得知：金属棒的动能、重力势能与弹簧的弹性势能的总和不断减小，转化为电路中的内能，故A 错误；
B ．金属棒最后将静止，重力与弹簧的弹力二力平衡，由胡克定律得：弹簧伸长量为 mg x k
=
故B 正确； C ．据能量守恒知：最终金属棒的重力势能转化为弹簧的弹性势能和电路中的内能，棒的重力势能减小为
mg mgx mg k =⋅
故知电阻R 上产生的总热量小于mg mg k
⋅，故C 正确； D ．当金属棒速度第一次达到最大时，重力与弹簧弹力和安培力合力平衡，弹簧的伸长量小于mg k
，故D 错误。

故选BC 。

11．垂直纸面向里
2mg NIL
【详解】
因为B 的方向垂直纸面向里，开始线圈所受安培力的方向向下，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向上，相当于右边少了两倍的安培力大小，所以需要在右边加砝码．则
有mg=2NBIL ，所以B=2mg NIL
故答案为
12．右 左 右
【详解】
(1)[1]由“增缩减扩”可知，磁铁竖直向上运动时，回路磁通量变小时，杆ab 将向右移动；
(2)[2]由“增缩减扩”可知，将磁铁竖直向下运动时，回路磁通量变大时，杆ab 将向左移动；
(3)[3]由“增缩减扩”可知，将磁铁水平向右运动时，回路磁通量变小时，杆ab 将向右移动。

13．（1）2F mg kx =-安 ，方向竖直向上；（2）2mg kx B IL -=
【解析】
【分析】
根据左手定则判断出电流的方向，结合共点力的平衡即可求出金属棒受安培力的大小； 结合安培力的公式即可求出匀强磁场磁感应强度的大小；
【详解】
（1）由左手定则可知，安培力竖直向下，由题意导体棒受重力、安培力和弹簧的拉力处于平衡状态，由共点力的平衡得：2mg F kx +=
所以安培力大小为：2F kx mg =-，方向竖直向下；
（2）由安培力的公式：F BIL =，解得：2F kx mg B IL IL -=
=． 【点睛】
解决本题的关键掌握安培力的大小公式，以及掌握左手定则判断磁场方向、电流方向、安培力方向的关系．
14．(1) mg q E =
；(2)y qB
=- 【详解】
(1)带电粒子在匀强电场中沿斜向上方做匀速直线运动。

则： Eq mg =
所以
mg
q
E=
(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，其运动轨迹如图所示。

设带电粒子做圆周运动的轨迹半径为r
则有
2
v
qvB m
r
=
解得：
mv
r
qB
=
由几何关系可知，粒子通过y轴时的纵坐标
y==
15．(1) ()
012
NB S
I
t R R r
=
++，由a到b；(2) ()
02
012
CNB SR
q
t R R r
=
++【详解】
(1)根据法拉第电磁感应定律有
B S
E N
t
=
根据闭合电路欧姆定律，有
12
E
I
R R r
=
++
所以
()
012
NB S
I
t R R r
=
++
根据楞次定律知，通过2R 的电流方向为由a 到b ；
(2)S 断开后，则通过2R 的电荷量为S 断开前电容器C 所带的电荷量
2q CIR =
解得
()02012CNB SR q t R R r =
++ 16．（1）1sin 2
a g θ=
（2）2sin P mgv θ=（3）4sin P mgv θ'= 【解析】
【详解】 (1)当导体棒的速度为v 时，导体棒上产生的感应电动势为：E BLv =
设该定值电阻的阻值为R ，则导体棒上通过的电流为：E I R
=
导体棒所受安培力的大小为：F BIL = 解得：22B L v F R
= 同理可得，当导体棒的速度分别为2
v 和2v 时，导体棒所受安培力的大小分别为：2212
B L v F R =⋅， 2222B L v F R
⨯= 当导体棒的速度为v 时，由平衡条件有：sin 0mg F θ-= 当导体棒的速度为
2v 时，由牛顿第二定律有：1sin mg F ma θ-= 解得：1sin 2
a g θ=； (2)设导体棒的速度为2v 时所受的拉力大小为F '，由平衡条件有：2sin 0F mg F θ+-=' 此时拉力的功率为：2P F v ='⨯
解得：2sin P mgv θ=；
(3)在导体棒以2v 的速度匀速运动的过程中，由于导体棒的动能不变，结合能量守恒定律可
知，电阻R 上消耗的电功率等于拉力的功率与重力的功率之和
有：2sin 2sin 4sin P mgv mgv mgv θθθ'=+=．
【点睛】
解决本题的关键能够通过导体棒的受力，判断其运动规律，知道合力为零时，做匀速直线运动，综合牛顿第二定律、闭合电路欧姆定律以及能量守恒定律等知识综合求解．。