2023-2024学年湖北省黄冈市黄州中学（黄冈外校）高二（上）阶段性考试物理试卷
一、单选题（本大题共7小题，共28分）
1.变压器是远距离输电线路中的重要设备，在有关输电线路的计算时常将变压器视作为理想变压器，这样的考虑是基于以下因素( )
A. 变压器无论对交流电还是直流电能按需要升压或降压
B. 变压器原、副线圈的端电压之比等于它们的匝数比
C. 变压器原、副线圈中的磁通量都发生变化，它们产生相同的感应电动势
D. 忽略变压器铁心和线圈的能量损耗，输出功率等于输入功率
2.如图所示，将一铝环放在表面绝缘的台秤上，半径为。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度大小均匀磁场中。则从时刻开始，下列说法正确的是
( )
A. 从上向下看，铝环中的感应电流为顺时针方向
B. 铝环中的感应电动势大小为
C. 台秤的读数会随时间推移而增大
D. 铝环有缩小的趋势
3.在如图所示电路中，线圈的自感系数很大，其电阻可忽略，、是完全相同的灯泡，则当开关闭合时
( )
A. 比先亮，然后熄灭 B. 比先亮，然后逐渐变亮
C. A、一起亮，然后熄灭 D. A、一起亮，然后熄灭
4.如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示．下列说法正确的是
( )
A. 时，通过线框的磁通量为零
B. 时，线框平面与中性面重合
C. 线框匀速转动时的角速度大小为
D. 线框产生的交变电动势的有效值为
5.如图所示为某一线圈交流电的电流时间图象前半周期为正弦波形的，则一周期内该电流的有效值为( )
A. B. C. D.
6.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。下列说法不正确的是( )
A. 原线圈的输入功率为 B. 电流表的读数为
C. 电压表的读数为 D. 副线圈输出交流电的频率为
7.如图所示，两条足够长的光滑平行金属导轨固定在水平面内，处于磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场中，两导轨间距为，左端接一电阻，质量为的金属杆静置于导轨上。现给金属杆一个水平向右的冲量，金属杆运动一段距离后停止，运动过程中金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好。不计杆和导轨的电阻，重力加速度为。则金属杆在运动过程中( )
A. 刚开始运动时加速度大小为
B. 杆中的电流大小逐渐减小，方向从流向
C. 金属杆运动的位移为
D. 电阻上消耗的电能为
二、多选题（本大题共3小题，共18分）
8.手摇式交流发电机结构如图所示，灯泡与交流电流表串联后通过电刷、滑环与矩形线圈相连，摇动手柄，使线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴逆时针匀速转动。某时刻线圈平面与磁感线垂直，则
A. 此时线圈的磁通量最大 B. 此时电流表示数为零
C. 此时线圈中的电流最大 D. 经过该位置灯泡中电流方向改变
9.在如图甲所示的电路中，变压器为理想变压器，电表为理想电表，定值电阻，在，两端接入如图所示的电压为正弦曲线的一部分，电流表的示数为，电压表的示数为，则( )
A. 变压器原、副线圈的匝数比为： B. 变压器原、副线圈的匝数比为
C. 定值电阻消耗的功率为 D. 定值电阻消耗的功率为
10.如图所示，水平放置的金属导轨由和两部分组成，是以点为圆心、为半径的半圆导轨，为半圆中点，扇形内存在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场，金属杆的 端与圆弧接触良好，点与点有导线相连，金属杆绕点以角速度在之间做往复运动导体棒在点换向时间可忽略。已知导轨左侧接有阻值为的定值电阻，其余部分电阻均不计。下列说法正确的是
( )
A. 金属杆在磁场区域内沿顺时针方向转动时，点电势低于点电势
B. 金属杆在磁场区域内转动时，其产生的感应电动势大小为
C. 金属杆在磁场区域内转动时，回路中电流的大小为
D. 回路中电流的有效值为
三、实验题（本大题共1小题，共8分）
11.某同学用如甲图所示的实验装置探究电磁感应现象的规律。其中为原线圈，为副线圈，为灵敏电流计，且经检查发现灵敏电流计的指针偏转方向与电流流入方向相同。
按甲图所示连接好电路后进行实验；
在实验过程中观察到，闭合开关时灵敏电流计的指针向右偏转了一下，则在电路稳定后，再将滑动变阻器迅速向右滑动，电流计的指针将向__________偏转填“左”或“右”；
经多次探究发现，产生电磁感应现象的原因是穿过线圈___________填“”或“”发生了__________变化；
现将甲图中的线圈换为条形磁铁，将条形磁铁极迅速插入线圈时，观察到电流表指针向左偏转，则可以判断出线圈的绕制方向如乙图中的__________填“”或“”所示。
四、简答题（本大题共1小题，共8分）
12.某班物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”。
变压器铁芯的结构和材料应选用______；
A.整块的硅钢铁芯
B.绝缘的铜片叠成
C.绝缘的硅钢片叠成
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.变压器原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时用多用电表的“直流电压挡”
C.变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
D.可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
若变压器原、副线圈的匝数分别为和，测得变压器两端线圈的电压为和。可知变压器的原线圈两端电压是______选填“”或“”；变压器的电压比与匝数比不相等，可能的原因是______。
五、计算题（本大题共3小题，共38分）
13.如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单线图逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为，外接灯泡的电阻为。求：
写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；
求出图甲中电压表的示数；
线圈匀速转动一周的过程中，回路中产生的焦耳热。
14.如图所示，两足够长的平行光滑金属导轨倾斜放置，与水平面间的夹角为，两导轨之间距离为，导轨上端之间通过导线连接，有理想边界的匀强磁场垂直于导轨平面向上，虚线为磁场边界，磁感应强度为，一质量为的光滑金属棒从距离磁场边界处由静止释放，金属棒两轨道间的电阻，其余部分的电阻忽略不计，、均垂直导轨，求：
棒刚进入磁场时流过导线的电流；
棒最终在磁场中匀速运动时的速度；
棒从开始运动到匀速运动的过程中流过导体的电荷量，求此过程电路中产生的焦耳热结果保留一位有效数字。
15.如图所示，间距为的“
”形光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，垂直于导轨的虚线和间有垂直于水平面向上的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为，、两虚线间的距离也为，质量为、电阻为、长为的金属棒静止在导轨上，到的距离为。现给金属棒一个水平向右的恒力大小未知，金属棒刚要进入磁场时撤去，当刚要离开磁场时速度恰好为零，金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨电阻，求：
金属棒通过磁场的过程中，通过金属棒截面的电量；
金属棒通过磁场的过程中，金属棒中产生的焦耳热；
拉力的大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.变压器是根据电磁感应原理制作的，只能够对交流电变压，故A错误；
B.变压器原、副线圈的端电压之比等于它们的匝数比，是在没有能量损失的前提下，不符合题意，故B错误；
C.变压器原、副线圈中的磁通量都发生变化，磁通量变化率相同，但匝数不同，感应电动势不同，故C错误；
D.理想变压器是忽略变压器铁心和线圈的能量损耗，输出功率等于输入功率，故D正确。
故选D。
2.【答案】
【解析】A.根据楞次定律可知，从上向下看，铝环中的感应电流为逆时针方向，故A错误；
B.根据法拉第电磁感应定律可知，铝环中的感应电动势大小为，故B错误；
C.根据对称性以及左手定则可知，圆管所受合安培力为零，台秤的读数始终不变，故C错误；
D.根据楞次定律可知，铝环中磁通量在增大，感应电流的磁场要阻碍磁通量的变化，所以铝环有缩小的趋势。故D正确。
故选D。
根据楞次定律判断感应电流方向；根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势大小表达式；由左手定则可知安培力方向，则可知圆管所受安培力的合力为零。
本题考查了法拉第电磁感应定律、楞次定律，解题的关键是判断出安培力的方向，安培力指向圆心，合力为零。
3.【答案】
【解析】【分析】
对于线圈要抓住双重特性：当电流不变时，它是电阻不计的导线；当电流变化时，产生自感电动势，相当于电源。
当开关接通和断开的瞬间，流过线圈的电流发生变化，产生自感电动势，阻碍原来电流的变化，根据自感现象的规律来分析。
【解答】
闭合开关的瞬间，灯先亮，由于线圈中自感电动势的阻碍，灯后亮，中的电流逐渐增大，逐渐变亮。
故选：。
4.【答案】
【解析】【分析】
由图乙可知特殊时刻的电动势，根据电动势的特点，可判断处于哪个面上，由图象还可知电动势的峰值和周期，根据有效值和峰值的关系便可求电动势的有效值。
本题考查的是有关交变电流的产生和特征的基本知识，要具备从图象中获得有用信息的能力．并明确有效值和频率等物理量的计算。
【解答】
A.由图乙可知，当时，感应电动势为，则此时穿过线框回路的磁通量最大，故A错误；
B.由图乙可知，当时，感应电动势为零，则此时穿过线框回路的磁通量最大，处于中性面位置，故B正确；
C.由图可知，交流电的周期为，则转速为：，线框匀速转动时的角速度大小为，故 C错误。
D.线框产生的变电动势的有效值，故D错误；
故选B。
5.【答案】
【解析】【分析】
求交流电的有效值，往往根据电流的热效应，由有效值的定义求解。
根据有效值的定义求解，取一个周期时间，将交流与恒定电流分别通过相同的电阻，若产生的热量相同，恒定电流的电流值，即为此交流的有效值。
【解答】
设交流电电流的有效值为，周期为，电阻为，则有：，解得：，故ACD错误，B正确。
故选B。
6.【答案】
【解析】C.原线圈的电压的有效值为，根据原、副线圈电压与匝数的关系
解得
故C正确，不符合题意；
B.变压器的副线圈的电流为
根据原副线圈电流与匝数的关系 ，解得原线圈的电流，即电流表的读数为
故B正确，不符合题意；
A.理想变压器原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即
故A正确，不符合题意；
D.根据变压器的工作原理可知，变压器原副线圈的电流变化的频率相等，即
故D错误，符合题意。
故选D。
7.【答案】
【解析】B.给金属杆一个水平向右的冲量后，获得向右的速度，切割磁感线，产生感应电动势
杆中的电流大小
对金属杆由右手定则分析可得电流方向是到，所受安培力方向向左，杆做减速运动。随着速度减小，杆中的电流大小逐渐减小，选项B错误；
A.安培力
根据牛顿第二定律有
刚开始运动时，有
则
选项A错误；
C.对金属棒应用动量定理有
即
解得金属杆运动的位移为
选项C正确；
D.根据能量守恒得电阻上消耗的电能为
选项D错误。
故选C。
8.【答案】
【解析】【分析】
要解决此题，需要掌握发电机的制作原理，知道发电机是根据电磁感应原理制成的，知道中性面的特性。电流表测量的为有效值。
本题考查中性面的特征及有效值的应用，要明确电流表测量的为交流电的有效值。
【解答】
A. 此时线圈位于中性面，线圈的磁通量最大，故 A正确；
B. 电流表示数为有效值，并不为零，故B错误；
C. 此时线圈位于中性面，线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，电流最小，故 C错误；
D. 此时线圈位于中性面，线圈中的电流为零，经过该位置灯泡中电流方向改变，故D正确。
故选：。
9.【答案】
【解析】由题图乙，根据电流的热效应有
解得变压器原线圈输入电压
则原、副线圈的匝数比
故A正确，B错误；
电阻 中的电流
因此原线圈中的电流为，根据变流比可知，副线圈中的电流
则定值电阻 消耗的功率
故C正确，D错误。
故选AC。
10.【答案】
【解析】A.金属杆在磁场区域内沿顺时针方向转动时，由右手定则可知，点电势高于点电势，故 A错误；
B.金属杆位于磁场区域时，其产生的电动势，故B正确；
C.金属杆位于磁场区域时，回路中电流的大小，故C错误；
D.金属杆运动一个周期时，只有一半时间在切割磁感线产生感应电流，根据有效值的定义有，
解得回路中电流，故D正确。
故选BD。
11.【答案】左； ； 磁通量； 。
【解析】【分析】
本题考查了探究电磁感应现象这个实验；
根据电流表偏转方向与磁通量变化情况及楞次定律即可分析答题；
穿过回路的磁通量发生变化，该回路会产生感应电流；
根据电流表指针的偏转方向与电流流向的关系及安培定则分析答题即可。
【解答】
闭合开关时，电流从无到有，电流增大，穿过线圈的磁通量增加；在电路稳定后，再将滑动变阻器迅速向右滑动，变阻器电阻增大，电流减小，穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律，电流反向，故电流计的指针将向左偏转；
线圈连接电流计，产生了感应电流，说明线圈的磁通量发生了变化；
根据图乙中线圈与电流计的接法，指针左偏，说明线圈的电流是出进，根据安培定则可以判断出线圈的绕制方向如乙图中的。
故答案为：左； ； 磁通量； 。
12.【答案】 漏磁，铁芯或导线发热
【解析】解：变压器铁芯的结构和材料是由绝缘的硅钢片叠成，故AB错误，C正确；
故选：。
为确保实验安全，实验中应使用降压变压器，即原线圈匝数应大于副线圈匝数，故A错误；
B.变压器原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时用多用电表的“交流电压挡”，故B错误；
C.变压器开始正常工作后，由于互感，把电能由原线圈输送到副线圈，故C错误；
D.可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故D正确。
故选：。
因为原副线圈电压之比为匝数之比
所以原线圈两端电压应为；
变压器的电压比与匝数比不相等，可能的原因是变压器漏磁，铁芯或导线发热导致的。
故答案为：；；，漏磁，铁芯或导线发热
根据实验原理分析正确的实验操作方法；
理解变压器中硅钢片的作用，从而得出其摆放的位置；变压器铁芯是利用由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，目的是减小涡流；
根据变压器中电压的比例关系完成分析。
本题主要考查了变压器的相关应用，根据实验原理掌握正确的实验操作，解题的关键点是根据变压器中电压和电流的比例关系结合电路的知识完成分析。
13.【答案】 ； ；
【解析】由图乙可知，感应电动势的最大值为
周期为
则
则电动势的瞬时值表达式为
则由图甲，根据闭合电路欧姆定律得瞬时电流的表达式为
电流的有效值为
根据电压公式，可得电压表的示数为
电电势的有效值为
回路中产生的焦耳热
14.【答案】解：根据机械能守恒：，则，
电动势为，
电路中电流为：，
解得：；
棒最终在磁场中匀速运动时，分析受力有：，
所受安培力为：，
感应电流为：，
解得棒最终在磁场中匀速运动时的速度；
根据，
解得：，
根据能量守恒有：，
。
【解析】根据动能定理求棒刚进入磁场的速度，根据求感应电动势，根据欧姆定律求电流；
匀速运动时，安培力等于重力沿斜面向下的分力，列等式求解；
记住电磁感应中电量的经验公式，据此求出前进位移，然后根据动能定理列等式可求焦耳热。
15.【答案】对金属棒研究，产生的感生电动势为
电流为
又有
联立可得通过金属棒截面的电量
根据动量定理
联立解得
根据能量守恒
对金属棒在磁场外运动研究，根据动能定理
解得
【解析】本题考查导体切割磁感线时的感应电动势，在求通过电阻的电量时要注意动量定理的应用并结合电量和电流的关系式。
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