高中试卷答案网钦州市第六中学2022-2023学年高二下学期第六次考试物理试卷
一、单选题（本大题共8小题，共24分）
1.如图，两根相互平行的光滑长直金属导轨固定在水平绝缘桌面上，在导轨的左端接入电容为的电容器和阻值为的电阻。质量为、长度为、阻值也为的导体棒静止于导轨上，与导轨垂直，且接触良好，导轨电阻忽略不计，整个系统处于方向竖直向下的匀强磁场中。磁感应强度为。开始时，电容器所带的电荷量为，合上开关后，( )
A. 导体棒受到的安培力的最大值为B. 导体棒向右先加速、后匀速运动
C. 导体棒速度最大时所受的安培力也最大
D. 电阻上产生的焦耳热等于导体棒上产生的焦耳热
2.如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，匀强磁场与导轨平面垂直。阻值为的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好。时，将开关由掷到。、、和分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。图中正确的是( )
A. B. C. D.
3.如图所示，是长直密绕通电螺线管。小线圈与电流表连接，并沿的轴线从点自左向右匀速穿过螺线管。能反映通过电流表中电流随变化规律的是( )
A. B. C. D.
4.如图所示，一长为、宽为的矩形导线框在水平外力作用下，从紧靠磁感应强度为的匀强磁场边缘处以速度向右匀速运动，规定水平向左为力的正方向图中关于线圈中的电流强度、导线框、两点间的电势差、通过导线框的电荷量及导线框所受安培力随其运动的位移变化的图像正确的是( )
A. B. C. D.
5.如图甲，光滑的金属导轨足够长，宽为，其上放置有质量均为的、两个导体棒，与导轨接触良好，导体棒处于静止状态。现给棒一初速度，之后棒运动的速度差值，经过时间，经过时间，其图像如图乙所示，已知导轨电阻不计，两导体棒接入电路总电阻为，垂直于导轨平面向内匀强磁场磁感应强度为，则下列说法不正确的是( )
甲 乙
A. 时间内，、回路中产生了俯视逆时针的感应电流
B. 时刻棒速度为C. 时刻棒加速度为D. 时间，、棒的距离变化了
6.如图甲所示，边长为、质量为的正方形绝缘金属线框平放在光滑的水平桌面上，磁感应强度的匀强磁场方向竖直向上，金属线框的一边与磁场的边界重合。在力作用下金属线框由静止开始向左运动，在时从磁场中拉出，力做功，并测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图乙所示。已知金属线框的总电阻为，则下列说法中正确的是( )
A. 金属线框从磁场中拉出的过程中，线框中的感应电流方向为
B. 时，金属线框的速度为C. 金属框从磁场拉出过程线框中产生的焦耳热是
D. 金属框从磁场拉出过程线框中产生的焦耳热是
7.如图，边长、材料相同，粗细不同的单匝正方形金属线框甲、乙。乙线框导线的横截面积是甲的倍。在竖直平面内距磁场相同高度由静止开始同时下落，一段时间后进入方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，则在甲、乙线框进入磁场的过程中( )
A. 感应电流的方向均一定为顺时针方向 B. 甲、乙线框的加速度时时相同
C. 甲线框的焦耳热是乙线框的倍 D. 通过甲线框的电荷量是乙线框的倍
8.如图所示，边长为的正方形金属线框从某一高处由静止释放，在下落过程中经过一个有水平边界、宽度为的匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，已知边进入磁场时线框刚好以速度做匀速直线运动整个下落过程中、始终水平，线框质量为，电阻为，重力加速度为，忽略空气阻力，则下列说法中正确的是( )
A. 边进入磁场时，线框中感应电流的方向为顺时针方向
B. 边进入磁场时，两端的电压为
C. 线框进入磁场时的速度大小D. 线框穿越磁场的过程中，产生的焦耳热为
二、多选题（本大题共4小题，共16分）
9.如图，有上下放置的两个宽度均为的水平金属导轨，左端连接阻值均为的电阻、，右端与竖直放置的两个相同的半圆形金属轨道连接在一起，半圆形轨道半径为。整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为。初始时金属棒放置在上面的水平导轨上，金属棒的长刚好为，质量，电阻不计。某时刻金属棒获得了水平向右的速度，之后恰好水平抛出。已知金属棒与导轨接触良好，重力加速度，不计所有摩擦和导轨的电阻，则下列正确的是( )
A. 金属棒抛出时的速率为B. 整个过程中，流过电阻的电荷量为
C. 整个过程中，电阻上产生的焦耳热为 D. 最初金属棒距离水平导轨右端
10.如图所示，水平面内有一光滑金属导轨，边接电阻，其他电阻均不计，与夹角为，与垂直。将质量为的长直导体棒搁在导轨上，并与平行。棒与、交点、间的距离为，空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为。在外力作用下，棒由处以初速度向右做直线运动，其速度的倒数随位移变化的关系如图所示，在棒运动到处的过程中( )
A. 导体棒做匀变速直线运动 B. 导体棒运动的时间为
C. 流过导体棒的电流不变 D. 外力做功为
11.如下图所示，光滑且足够长的金属导轨、平行地固定在同一水平面上，两导轨间距，两导轨的左端接入电阻的定值电阻，导轨上停放一质量的金属杆，位于两导轨之间的金属杆的电阻，导轨的电阻可忽略不计。整个装置处于磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。现用一水平外力水平向右拉金属杆，使之由静止开始运动，在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好，若理想电压表的示数随时间变化的关系图象如下图乙所示。金属杆开始运动经时，下列说法正确的是( )
A. 通过金属杆的感应电流的大小为，方向由指向B. 金属杆的速率为
C. 外力的瞬时功率为D. 内通过电阻的电荷量为
12.如图所示，一质量为、边长为的均匀正方形导线框放在光滑绝缘的水平面上。现以速度水平向右进入边界为的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为，方向垂直于纸面向外，，最终线框静止在桌面上，则下列说法正确的是( )
A. 线框刚进入磁场时，间的电势差为B. 线框刚进入磁场时，间的电势差为
C. 整个过程中通过点的电荷量为D. 整个过程线框中产生的热量为
三、实验题（本大题共2小题，共18分）
13.如图所示，有两根足够长的平行光滑导轨水平固定放置，右侧用一小段光滑圆弧和另一对足够长的竖直光滑导轨平滑连接，导轨间距。细金属棒和垂直于导轨静止放置，它们的质量均为，电阻均为。棒右侧处有一垂直于导轨平面向下的矩形匀强磁场区域，磁感应强度，磁场区域长为。以棒的初始位置为原点，向右为正方向建立坐标系。现用向右的水平恒力作用于棒上，作用后撤去，撤去之后经一段时间棒与棒发生弹性碰撞，碰后棒向右运动。金属棒与导轨始终接触良好，导轨电阻及空气阻力不计。求：
棒与棒碰撞后瞬间的速度大小分别为多少；
若，求棒滑上右侧竖直导轨，距离水平导轨的最大高度及从最初到最终稳定状态的全过程中棒产生的焦耳热；
若可以通过调节磁场右边界的位置来改变的大小，写出棒最后静止时与磁场左边界的距离的关系。该问可不写计算过程
14.某同学为了探究感应电流的方向具有的规律，做了如下实验：
如图甲、乙、丙、丁所示的电路中，为灵敏电流计，没有电流通过时其指针指向中间刻度，这种实验方案采用了________填“归纳总结”或“假设推理”的物理思想方法。
当条形磁铁从图戊中的虚线位置迅速向左靠近线圈时，电流计的指针________填“向左偏转”、“向右偏转”或“不偏转”。
四、计算题（本大题共4小题，共42分）
15.旋转磁极式发电机通过磁极的旋转使不动的线圈切割磁感线而产生感应电流，其原理示意图可简化为：如图所示，固定不动的单匝矩形线圈的电阻为，外电阻为，磁场绕转轴匀速转动，角速度为。图中的电压表为理想电表，示数为。求：
发电机线圈内阻消耗的功率；
从图示位置开始计时，时，通过外电阻的电流及方向；
从图示位置开始计时，时，穿过矩形线圈的磁通量。
16.电磁弹射在电磁炮、航天器、舰载机等需要超高速的领域中有着广泛的应用，图所示为电磁弹射的示意图。为了研究问题方便，将其简化为如图所示的模型俯视图。发射轨道被简化为两个固定在水平面上、间距为且相互平行的金属导轨，整个装置处在竖直向下、磁感应强度为的匀强磁场中。发射轨道的左端为充电电路，已知电源的电动势为，电容器的电容为。子弹载体被简化为一根质量为、长度也为的金属导体棒，其电阻为。金属导体棒垂直放置于平行金属导轨上。忽略一切摩擦阻力以及导轨和导线的电阻。
发射前，将开关接，先对电容器进行充电。
求电容器充电结束时所带的电荷量
充电过程中电容器两极板间的电压随电容器所带电荷量发生变化。请在图中画出图像并借助图像求出稳定后电容器储存的能量。
电容器充电结束后，将开关接，电容器通过导体棒放电，导体棒由静止开始运动，导体棒离开导轨时发射结束。电容器所释放的能量不能完全转化为金属导体棒的动能，将导体棒离开导轨时的动能与电容器所释放能量的比值定义为能量转化效率。若某次发射结束时，电容器的带电荷量减小为充电结束时的一半，不计放电电流带来的磁场影响，求这次发射过程中的能量转化效率。
17.如图所示，间距的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小。一根长度为、电阻的导体棒放在导轨上，导轨的电阻可忽略不计。现用一垂直于导体棒的水平拉力拉动导体棒使其沿导轨以的速度向右匀速运动，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直且接触良好。空气阻力可忽略不计。求：
导体棒产生的感应电动势
通过导体棒的电流，并说明通过导体棒的电流方向
导体棒两端的电压大小，并指出哪端电势高。
18.如图所示，匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上，大小为，电阻为的边长为的正方形线框水平放置，为过、两边中点的直线，线框全部位于磁场中．现将线框右半部固定不动，而将线框左半部以角速度绕为轴向上匀速转动，如图中虚线所示：
求线框向上转动的过程中通过导线横截面的电荷量；
若线框左半部分以角速度绕向上转动，求此过程中线框中产生的焦耳热；
若线框左半部分也固定不动，此时磁感应强度随时间按，求磁场对线框边的作用力随时间变化的关系式．
参考答案
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.
13.解：设撤去力的瞬间，棒的速度大小为。
在作用的内，对棒，由动量定理得
解得：
设碰撞后棒的速度为，棒的速度为取向右为正方向，根据动量守恒定律得
根据机械能守恒定律得
联立解得
设棒离开磁场时的速度为。
由动量定理得：
又：
解得
在棒滑上竖直轨道的过程中，根据动能定理可得：
解得上升的高度为：；
由于导轨光滑，金属棒到达最高点后反方向运动，由机械能守恒可知金属棒再次进入磁场速度大小为，棒离开磁场时的速度为，
所以
金属棒出磁场后和金属棒弹性碰撞后速度变为，故金属棒最后静止在导轨上，
回路中产生焦耳热
所以棒产生的焦耳热
分三种情况：如果足够大，棒在磁场内运动的距离为。
由第二题的过程可知，解得
讨论：棒最后静止时与磁场左边界的距离的关系为：
当时，；
当时，
当时，。
14.归纳总结；向左偏转
15.根据热功率公式可知，；
旋转磁极式发电机产生正弦式交变电流，根据正弦式交变电流的最大值与有效值的关系可知，，所以电流，根据“楞次定律”可知，电流方向为自左向右；
从图示位置开始计时经过，线圈转到中性面位置，所以有，磁通量，由以上各式可解得：。
16.求电容器充电结束时所带的电荷量为；
如图所示；稳定后电容器储存的能量为。
这次发射过程中的能量转化效率为。
17.导体棒产生的感应电动势为；
通过导体棒的电流为，通过导体棒的电流方向从向；
导体棒两端的电压大小为，端电势高。
18.线框在转动过程中产生的平均感应电动势； 在线框中产生的平均感应电流， 转动过程中通过导线某截面的电荷量，联立解得；
，在转过过程中产生的正弦式交流电，电动势有效值；在转过过程中产生的焦耳热；
若转动后磁感应强度随时间按变化， 在线框中产生的感应电动势大小，解得， 在线框中产生的感应电流； 线框边所受安培力的大小为，解得；