湖南省衡阳县第四中学2022-2023高二下学期第三次测试物理试题（含解析）

衡阳县第四中学2022-2023学年高二下学期第三次测试物理试题
一、选择题（每小题6分，共72分）
1.如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁。如果在磁铁的下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈，并使磁极上下振动。磁铁在向下运动的过程中，下列说法正确的是( )
A.线圈中的感应电流方向不变 B.线圈中的感应电流方向改变
C.线圈给它的磁场力先向下再向上 D.线圈给它的磁场力先向上再向下
2.如图是某同学记录的演示楞次定律的实验笔记，经检查，不符合实验事实的是( )
A.线圈与条形磁铁相互排斥
B.线圈与条形磁铁相互吸引
C.线圈与条形磁铁相互排斥
D.线圈与条形磁铁相互吸引
3.如图所示，均匀带负电的圆环a绕过圆心与圆环所在平面垂直的轴O顺时针旋转，闭合金属小圆环b与圆环a在同一平面内，且与a同心，则( )
A.若圆环a匀速转动，小圆环b内有顺时针方向的感应电流
B.圆环a匀速转动的角速度越大，穿过小圆环b的磁通量越大
C.圆环a做匀速转动的角速度越大，小圆环b内的感应电流越大
D.圆环a加速转动时，小圆环b内有逆时针方向的感应电流
4.如图所示，甲、乙、丙为三个相同的铝管，甲、乙两管的侧壁分别开有横槽和竖槽，丙管未开槽，现将三个铝管分别套在竖直圆柱形强磁铁上，由上端口静止释放，忽略管与磁铁间的摩擦以及开槽后管的质量变化.关于铝管穿过强磁铁的时间，下列判断正确的是( )
A.甲最短 B.乙最短 C.丙最短 D.甲、乙相同
5.如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外。一个矩形闭合导线框，沿纸面由位置1（左）匀速运动到位置2（右），则( )
A.导线框进入磁场时，感应电流方向为
B.导线框离开磁场时，感应电流方向为
C.导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右
D.导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左
6.电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( )。
A.从a到b，上极板带正电 B.从a到b，下极板带正电
C.从b到a，上极板带正电 D.从b到a，下极板带正电
7.由法拉第电磁感应定律可知，若穿过某回路的磁通量为，则产生的感应电动势为。如图所示，竖直面内有一个闭合导线框（由细软弹性电阻丝制成），端点固定。在以水平线段为直径的半圆形区域内，有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。设导线框的电阻恒为r，圆的半径为R，用两种方式使导线框上产生感应电流。方式一：将导线与圆周的接触点C以恒定角速度（相对圆心O）从A点沿圆弧移动至D点。方式二：以为轴，保持，将导线框以恒定的角速度转90°。则下列说法正确的是( )
A.方式一中，在C从A点沿圆弧移动到图中位置的过程中，通过导线横截面的电荷量
B.方式一中，在C沿圆弧移动到圆心O的正上方时，导线框中磁通量的变化率最大
C.两种方式回路中产生的电动势的有效值之比
D.若两种方式电阻丝上产生的热量相等，则
8.超导磁悬浮列车是利用超导磁体使列车车体向上浮起，通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具.其推进原理可以简化为如图所示的模型:在水平面上相距L的两根平行直导轨间，有等间距分布的垂直轨道平面的匀强磁场和，且，每个磁场的宽度都是L，相间排列，所有这些磁场都以速度v向右匀速运动.跨在两导轨间正方形金属框abcd(悬浮在导轨上方)在磁场力作用下也将会运动.设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f，则( )
A.金属框abcd在磁场力作用下会向左运动
B.金属框ad边和bc边受到磁场力大小相等，方向相反
C.金属框的最大速度
D.金属框的最大速度
9.如图所示，半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中，绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻R的电流的方向和大小是（金属圆盘的电阻不计）( )
A.由c到 B.由d到 C.由c到 D.由d到
10.如图甲所示,在绝缘的水平桌面上放置一金属圆环.在圆环的正上方放置一个螺线管,在螺线管中通入如图乙所示的电流,电流从螺线管a端流入为正.以下说法中正确的是( )
A.在第1 s末,圆环中的感应电流最大
B.在第2 s末,圆环对桌面的压力小于圆环的重力
C.在1~2 s内和2~3 s内,圆环中的感应电流的方向相反
D.从上往下看,在0~1 s内,圆环中的感应电流沿顺时针方向
11.为防止航天员在长期失重状态下肌肉萎缩，我国在空间站中安装了如图甲所示可用于锻炼上、下肢肌肉的“太空自行车”，其工作原理可简化成图乙所示模型，航天员锻炼时，半径为r的金属圆盘在磁感应强度大小为B、方向垂直盘面向里的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，电阻R连接在从圆盘中心和边缘处引出的两根导线上，不计圆盘电阻，若航天员消耗的能量约有50%转化为电能，则在t时间内航天员消耗的能量为( )
A. B. C. D.
12.在物理兴趣小组的活动中，某同学将轻质圆形铝板用细棉线悬挂在固定点O上，铝板可以绕O点自由摆动，如图所示。在平行于铝板的竖直面内将一竖放的条形磁铁在铝板附近左右来回拉动（与铝板始终不相碰），若空气流动对铝板的影响可忽略不计，则下列对这个实验结果的判断正确的是( )
A.铝板内不会产生感应电动势 B.铝板内能产生感应电动势但不会产生感应电流
C.铝板可以在安培力的作用下摆动起来 D.铝板始终保持静止不动
二、计算题（本题共2小题，共28分）
13.（12分）如图甲所示，利用粗糙绝缘的水平传送带输送一正方形单匝金属线圈abcd，传送带以恒定速度运动.传送带的某正方形区域内有一竖直向上的匀强磁场，该磁场相对地面静止，且磁感应强度大小为B，当金属线圈的bc边进入磁场时开始计时，直到bc边离开磁场，其速度与时间的关系如图乙所示，且在传送带上始终保持ad边、bc边平行于磁场边界.已知金属线圈质量为m，电阻为R，边长为L，线圈与传送带间的动摩擦因数为μ，且ad边刚进入磁场时线圈的速度大小为，重力加速度为g.求:
(1)正方形磁场区域的边长d；
(2)线圈完全进入磁场的时间t；
14.（16分）舰载机电磁弹射是现在航母最先进的弹射技术，我国在这一领域已达到世界先进水平。某兴趣小组开展电磁弹射系统的设计研究，如图1所示，用于推动模型飞机的动子（图中未画出）与线圈绝缘并固定，线圈带动动子，可在水平导轨上无摩擦滑动。线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为B。开关S与1接通，恒流源与线圈连按，动子从静止开始推动飞机加速，飞机达到起飞速度时与动子脱离；此时S掷向2接通定值电阻，同时施加回撤力F，在F和磁场力作用下，动子恰好返回初始位置停下。若动子从静止开始至返回过程的图如图2所示，在至时间内，时撤去F。已知起飞速度，线圈匝数匝，每匝周长，飞机的质量，动子和线圈的总质量，，不计空气阻力和飞机起飞对动子运动速度的影响，求：
（1）恒流源的电流I；
（2）线圈电阻R；
（3）时刻。
答案以及解析
1.答案：A
解析：根据楞次定律可知，当磁铁向下靠近金属线圈过程中，线圈中产生了逆时针的感应电流（俯视），从而阻碍磁铁的向下运动，则线圈给它的磁场力始终向上，故A正确，BCD错误。
2.答案：C
解析：A.条形磁铁N极向下插入线圈，原磁场方向向下，导致线圈中磁通量增加，由楞次定律可知感应电流的磁场方向应该向上，根据安培定则即可以确定电流的流向，故A符合实验事实，不符合题意；
B.条形磁铁N极向下离开线圈，原磁场方向向下，导致线圈中磁通量减少，由楞次定律可知感应电流的磁场方向应该向下，根据安培定则即可以确定电流的流向，故B符合实验事实，不符合题意；
C.条形磁铁S极向下插入线圈，原磁场方向向上，导致线圈中磁通量增加，由楞次定律可知感应电流的磁场方向应该向下，根据安培定则即可以确定电流的流向，故C不符合实验事实，符合题意；
D.条形磁铁S极向下离开线圈，原磁场方向向上，导致线圈中磁通量减少，由楞次定律可知感应电流的磁场方向应该向上，根据安培定则即可以确定电流的流向，故D符合实验事实，不符合题意。
故选C。
3.答案：B
解析：AC.圆环a匀速转动，激发稳定磁场，b内磁通量没有变化，不会产生感应电流。故AC错误；
B.根据电流定义式，有可知，圆环a匀速转动的角速度越大，圆环a中电流越大，则穿过小圆环b的磁通量越大。故B正确；
D.圆环a加速转动时，激发的磁场变强，小圆环b内磁通量增加，根据楞次定律可知，有顺时针方向的感应电流。故D错误。
故选B。
4.答案：B
解析：下落过程中，铝管中磁通量变化会产生感应电流，根据楞次定律“阻碍”含义可知，铝管受到向上的安培力作用阻碍其运动，由于感应电流是水平环形电流，所以开槽部分相当于断路，乙管开有竖槽，产生的感应电流最小，因此受到的安培力最小，运动最快，乙向下运动的时间最短，B正确.
5.答案：D
解析：导线框进入磁场时，穿过导线框的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流沿顺时针方向，即方向为，导线框离开磁场时，穿过导线框的磁通量减小，感应电流方向为逆时针方向，即，A、B错误；根据楞次定律的“来拒去留”规律可知导线框进入磁场时，受到的安培力向左，离开磁场时受到的安培力向左，C错误，D正确。
6.答案：D
解析：由题图知，穿过线圈的磁场方向向下，在磁铁向下运动的过程中，线圈的磁通量在增大，故感应电流的磁场方向向上，再根据右手螺旋定则可判断，流过R的电流从b到a，电容器下极板带正电，所以A、B、C三项错误，D项正确。
7.答案：D
解析：方式一中，在C从A点沿圆弧移动到题图中位置的过程中，穿过回路的磁通量的变化量为，由法拉第电磁感应定律得，联立解得，故A错误；方式一中穿过回路的磁通量，所产生的电动势为，在C沿圆弧移动到圆心O的正上方时，感应电动势为零，由法拉第电磁感应定律可知，B错误；方式二中穿过回路的磁通量，所产生的电动势为，则两种方式所产生的电动势的有效值之比为，时间满足，产生的焦耳热，若，则，放C错误，D正确。
8.答案：C
解析：磁场以速度v向右匀速运动时，金属框相对磁场向左运动，当金属框在图示位置1时，根据右手定则可知，电流方向为顺时针方向，根据左手定则可知，金属框ad边和bc边受到的安培力方向都是向右的；当金属框在图示位置2时，根据右手定则可知，电流方向为逆时针方向，根据左手定则可知，金属框ad边和bc边受到的安培力方向都是向右的，所以金属框abcd在磁场力作用下会向右运动，金属框ad边和bc边受到的磁场力大小相等，方向相同，故A、B错误；金属框达到最大速度时，ad边和bc边均以相对磁场的速度做切割磁感线运动，回路中产生的电动势为，回路中电流为，由于ad边和bc边均受到安培力作用，则安培力的合力为，由平衡条件可知，金属框达到最大速度时受到的阻力与安培力的合力相等，则有，联立解得金属框的最大速度为，故C正确，D错误.
9.答案：D
解析：由右手定则判定通过电阻R的电流的方向是由d到c；而金属圆盘产生的感应电动势，所以通过电阻R的电流的大小是，D正确。
10.答案：D
解析：在0~1 s内螺线管中电流增大得越来越慢,到1 s末电流最大,但是变化率为零,所以在第1 s末圆环中的感应电流最小,故A错误;在第2 s末金属圆环中感应电流最大,但螺线管中电流为零,没有磁场,与圆环间无相互作用,所以第2 s末圆环对桌面的压力等于圆环的重力,故B错误;1～2 s内正向电流减小,2~3 s内反向电流增大,根据楞次定律可知,圆环中感应电流的磁场方向不变,感应电流方向不变,故C错误;在0~1 s内螺线管中的电流增大,产生的磁场增大,金属圆环中磁通量增大,根据楞次定律可知,从上往下看,在0~1 s内,圆环中的感应电流沿顺时针方向,故D正确.
11.答案：B
解析：圆盘转动时产生的感应电动势为，通过电阻R的感应电流为，电阻R消耗的电功率为，由于航天员锻炼时消耗的能量只有50%转化为电能，故在锻炼的t时间内航天员消耗的能量为，联立解得，B正确。
12.答案：C
解析：当条形磁铁靠近和远离铝板的过程中，铝板切割磁感线，产生感应电动势，故A错误；因铝板各部分切割磁感线的密集程度不同，局部磁通量的改变量不同，故各部分产生的感应电动势不同，由此在铝板内能产生感应电流，B错误；铝板产生感应电流后，可以在安培力的作用下摆动起来，故C正确，D错误。
13.答案：(1)
(2)
解析：(1)线圈从完全进入磁场至bc边到达磁场右边缘的过程中，
由动能定理得，
解得.
(2)由法拉第电磁感应定律得，
由欧姆定律得，
设线圈完全进入磁场的时间为t，
由动量定理得，
联立得.
14.答案：（1）80 A
（2）
（3）
解析：本题考查牛顿第二定律、动量定理、电磁感应定律的综合应用。
（1）由题意可知，接通恒流源时安培力为①
在时间段内，运动的加速度为②
根据牛顿第二定律有③
联立①②③解得④
（2）在时间段内，当动子速度为v时，感应电流为⑤
安培力⑥
根据牛顿第二定律有⑦
在至期间加速度恒定，则⑧
解得⑨
（3）由匀变速运动知识有⑩
在时间段内运动的位移为
在时间段内，根据动量定理有
其中
解得

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