新教材2023年高考物理总复习考案25阶段验收评价电磁学综合卷

考案(二十五)阶段验收评价电磁学综合卷本试卷满分100分，考试时间90分钟。一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。1．(2023·江西金溪高三阶段练习)关于物理概念或规律的理解，下列说法正确的是(C)A．加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，其方向不可能跟速度方向垂直B．根据动能定理可知，在外力作用下物体的动能一定发生变化C．根据动量定理可知，物体受到的合外力越大，物体动量变化得一定越快D．根据法拉第电磁感应定律可知，穿过闭合电路的磁通量变化越大，闭合电路中的感应电动势就越大[解析]加速度可以跟速度方向垂直，比如做匀速圆周运动的物体，故A项错误；根据动能定理可知，合外力对物体做的功是使物体动能变化的原因，外力作用下物体的动能不一定发生变化，如匀速圆周运动，故B项错误；根据动量定理可知，合外力的冲量等于物体动量的变化，即F合t＝Δp，解得F合＝eq\f(Δp,t)，可知物体受到的合外力等于动量的变化率，故物体受到的合外力越大，动量变化就越快，故C项正确；根据法拉第电磁感应定律可知，穿过闭合电路的磁通量变化率越大，即磁通量变化越快，闭合电路中的感应电动势就越大，故D项错误。2．某电场的电场线分布如图所示，一带电粒子仅在电场力作用下沿虚线运动，则(D)A．电场强度EA>EBB．电势φA>φBC．带点粒子一定从A向B运动D．带电粒子在A点时的动能EkA一定小于在B点时的动能EkB[解析]电场线分布的疏密程度表示电场的强弱，由图可知，A位置电场分布稀疏一些，则EA<EB，A错误；根据电场线与等势线垂直，定性作出过B点的等势线如图所示，由于沿电场线电势降低，由图可知φA<φB，B错误；根据电场力沿电场线切线方向，由于仅受电场力，结合合力方向指向轨迹凹测，可知若粒子从A运动到B，粒子做加速运动，若粒子从B运动到A，粒子做减速运动，即带电粒子不一定从A向B运动，C错误；若粒子从A运动到B，粒子做加速运动，电场力做正功，动能增大，电势能减小，同理可知带电粒子从B运动到A时，电场力做负功，动能减小，即带电粒子在A点时的动能EkA一定小于在B点时的动能EkB，D正确。3．(2023·山东省实验中学模拟预测)如图所示，M、N两根通电长直导线垂直放置，通有大小相同的电流，方向已标出。O点距两直导线的距离相等，此时测得O点的磁感应强度大小为B0，现将通电长直导线M逆时针转动90°(从上往下看)，则此时O点的磁感应强度大小为(C)A．2B0 B．eq\f(\r(2),2)B0C．eq\r(2)B0 D．eq\r(3)B0[解析]设M、N两通电导线在O点产生的磁场的磁感应强度分别为B1、B2，由安培定则知B1平行于N导线向左，B2平行于M导线向外，由于O点到两根导线的距离相等，且两根导线中的电流大小相等，则两根导线中的电流在O点产生的磁感应强度大小相等，则有B1＝B2＝eq\f(\r(2),2)B0，将通电长直导线M逆时针转动90°，两根通电直导线平行，电流方向相反，此时两根导线中的电流在O点产生的磁感应强度大小相等，方向相同且都垂直于导线向外，则有B＝2B1＝eq\r(2)B0，故选C。4．(2022·湖南高三月考)一个长直密绕螺线管N放在一个金属圆环M的中心，圆环轴线与螺线管轴线重合，如图甲所示。螺线管N通有如图乙所示的电流，下列说法正确的是(A)A．t＝eq\f(T,8)时刻，圆环有扩张的趋势B．t＝eq\f(T,8)时刻，圆环有收缩的趋势C．t＝eq\f(T,8)和t＝eq\f(3T,8)时刻，圆环内有相同的感应电流D．t＝eq\f(3T,8)和t＝eq\f(5T,8)时刻，圆环内有不同的感应电流[解析]由图可知在t＝eq\f(T,8)时刻，通过线圈的电流增大，则线圈产生的磁场增大，所以穿过金属小圆环的磁通量增大，根据楞次定律可知，圆环有扩张的趋势，选项A正确，B错误；由图可知在t＝eq\f(T,8)时刻通过线圈的电流增大，而在t＝eq\f(3T,8)时刻通过线圈的电流减小，根据楞次定律可知两时刻圆环感应电流方向不同，选项C错误；由图可知在t＝eq\f(3T,8)和t＝eq\f(5T,8)时刻，线圈内电流的变化率是大小相等的，则线圈产生的磁场的变化率也相等，根据法拉第电磁感应定律可知，圆环内的感应电动势大小是相等的，所以感应电流大小也相等，根据楞次定律可知两时刻圆环感应电流方向也相同，选项D错误。5．(2023·河南高三月考)如图所示，一个理想变压器原线圈的匝数为50，副线圈的匝数为100，原线圈两端接在光滑的水平平行导轨上，导轨间距为0.4m。导轨上有一长度略大于导轨间距且垂直于导轨的导体棒，导轨与导体棒的电阻忽略不计，副线圈回路中电阻R1＝5Ω，R2＝15Ω，图中交流电压表为理想电压表。导轨所在空间有垂直于导轨平面、磁感应强度大小为1T的匀强磁场。导体棒在水平外力的作用下运动，其速度随时间变化的关系式为v＝5sin10πt(m/s)，则下列说法正确的是(D)A．R1的功率为0.2WB．电压表的示数为5eq\r(2)VC．水平外力为恒力D．变压器铁芯中磁通量变化率的最大值为0.04Wb/s[解析]根据题意，由公式E＝BLv可得，感应电动势的最大值为Em＝BLvm＝2V，则原线圈输入电压的有效值为U1＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\r(2)V，由匝数与电压的关系有eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)、解得，副线圈的电压为U2＝2eq\r(2)V，即电压表读数为2eq\r(2)V，故B错误；根据题意，由欧姆定律可得副线圈回路中的电流为I2＝eq\f(U2,R1＋R2)＝eq\f(\r(2),10)A，由公式P＝I2R可得，R1的功率为P1＝0.1W，故A错误；由导体棒的速度公式可知，导体棒的运动为往复运动，则外力不可能为恒力，故C错误；由上述分析可知，感应电动势的最大值为Em＝2V，由法拉第电磁感应定律E＝Neq\f(ΔΦ,Δt)可得，磁通量变化率最大值为eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(Em,n1)＝0.04Wb/s。故D正确。6．(2023·河北高三阶段练习)如图所示，倾角为θ的固定粗糙斜面下方紧贴底面处放一根水平长直导线。斜面最高点距底面高度为2h，直导线中通以向左的电流I。将一质量为m，电荷量为＋q的小球从斜面顶端静止释放时，恰好在斜面中点处脱离斜面，此过程中小球克服摩擦力做功为eq\f(1,2)mgh。已知通电直导线在距离其r处产生的磁感应强度大小为B＝eq\f(kI,r)(k为常数)，重力加速度为g，小球中的涡流忽略不计。小球和导线始终在同一竖直面内，则此导线中电流的大小为(B)A.eq\f(mcosθ,qk)eq\r(3gh) B．eq\f(mcosθ,qk)eq\r(gh)C.eq\f(qk,mcosθ)eq\r(3gh) D．eq\f(qk,mcosθ)eq\r(gh)[解析]小球脱离斜面瞬间qvB＝mgcosθ，由动能定理得mgh－eq\f(1,2)mgh＝eq\f(1,2)mv2，且B＝eq\f(kI,h)，联立解得I＝eq\f(mcosθ,qk)eq\r(gh)，故A、C、D错误，B正确。7．(2023·河南模拟预测)在如图所示的电路中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为21，定值电阻R1＝R2，R3＝R4，在a、b两端输入一有效值恒定的正弦式交流电，结果理想电流表A1、A2的示数之比为41，则R2R3为(C)A．12 B．13C．23 D．25[解析]根据题意，设理想电流表A2的示数为I2，则副线圈中电流为2I2，根据电流比公式可知，原线圈中电流大小为I2，则R2中电流为3I2，根据电压比公式有eq\f(3I2R2,I2R3)＝eq\f(2,1)，解得eq\f(R2,R3)＝eq\f(2,3)，故选C。8．(2022·四川遂宁模拟预测)我国已投产运行的1100kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程，输电容量可达1200万千瓦。输电的简化流程可用下图展示。若直流输电的线路电阻为10Ω；变压、整流过程中的电能损失忽略不计；直流和交流逆变时有效值不发生改变。当直流线路输电的电流为5×103A时，下列说法正确的是(B)A．输电功率为1.2×1010WB．输电导线上损失的功率为2.5×108W，损失的电压为50kVC．降压变压器匝数比应等于21D．若保持输送功率不变，用550kV输电，用户得到的功率比1100kV输电时减少1×109W[解析]依题意，可得输电功率为P＝UI＝1100×103×5×103W＝5.5×109W，故A错误；输电导线上损失的功率为ΔP＝I2R＝2.5×108W，损失的压为ΔU＝IR＝50000V＝50kV，故B正确；逆变成交流电的有效值为U1＝U－ΔU＝1050kV，受端换流站的电压为550kV，则降压变压器匝数比n1n2＝2111<21，故C错误；若保持输送功率不变，用550kV输电，则输送电流为I′＝eq\f(P,U′)＝104A，用户得到的功率P′＝P－I′2R＝4.5×109W，比1100kV输电时减少ΔP′＝(P－ΔP)－P′＝7.5×108W，故D错误。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9．(2022·浙江高三阶段练习)图甲为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时，传感器显示电压如图乙所示，则(BC)A．磁铁的转速为2r/sB．线圈两端电压的有效值为6eq\r(2)VC．交变电流的电压表达式为u＝12sin5πt(V)D．该交变电流可以直接加在击穿电压为9V的电容器上[解析]根据题意，由图乙可知，交流电的周期为0.4s，由公式T＝eq\f(1,n)可知，磁铁的转速为n＝2.5r/s，故A错误；由图乙可知，交流电电压的最大值为Um＝12V，则有效值为U＝eq\f(Um,\r(2))＝6eq\r(2)V，故B正确；由公式ω＝eq\f(2π,T)可得，线圈转动的角速度为ω＝5π，由图乙可知，交变电流的电压表达式为u＝12sin5πt(V)，故C正确；交流电的最大值大于电容器的击穿电压，故D错误。10．(2023·广东茂名模拟预测)云室是借助过饱和水蒸气在离子上凝结来显示带电粒子径迹的装置。云室中加了垂直于纸面向里的磁场，在一张云室中拍摄的照片中a、b、c、d、e是从O点发出的一些正电子或负电子的径迹。关于a、b、c三条径迹判断正确的是(AC)A．a、b、c都是负电子的径迹B．a径迹对应的粒子动量最大C．c径迹对应的粒子动能最大D．c径迹对应的粒子运动时间最长[解析]带电粒子在垂直于纸面向里的磁场中运动，根据左手定则可知a、b、c都是负电子的径迹，A正确；带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)，由图可知Ra<Rb<Rc，所以va<vb<vc，根据p＝mv，可知pa<pb<pc，B错误；根据Ek＝eq\f(1,2)mv2，可知Eka<Ekb<Ekc，C正确；带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB＝meq\f(v2,R)，T＝eq\f(2πR,v)，则T＝eq\f(2πm,qB)，所以Ta＝Tb＝Tc，粒子在磁场中的运动时间t＝eq\f(α,2π)T。其中α为粒子在磁场中的偏转角度，由图可知a径迹对应的偏转角度最大，则a径迹对应的粒子运动时间最长，D错误。故选AC。11．(2023·山东烟台高三模拟)如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里。现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则(BC)A．两导线框中均会产生正弦交流电B．两导线框中感应电流的周期都等于TC．在t＝eq\f(T,8)时，两导线框中产生的感应电动势相等D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等[解析]本题中导线框的半径匀速旋转切割磁感线时产生大小不变的感应电流，故A错误；两导线框产生的感应电流的周期与线框转动周期相同，故B正确；在t＝eq\f(T,8)时，两导线框切割磁感线的导线长度相同，且切割速度大小相等，故产生的感应电动势相等，均为E＝eq\f(1,2)BR2ω，故C正确；两导线框中感应电流随时间变化的图像如下图所示，故两导线框中感应电流的有效值不相等，故D错误。12．(2023·河北模拟预测)带电粒子在电场中会受到电场力的作用而进行加速或偏转，从而可以检验带电粒子的性质，某平行板两极间存在一匀强电场，其电压与时间关系如图所示，当t＝0时，在平行板中间由静止释放一个带负电粒子，设带电粒子只受电场力的作用，粒子在运动过程不会碰撞极板，则下列说法中正确的是(CD)A．带电粒子做单向的匀变速直线运动B．4s末带电粒子回到原出发点C．0～3s内，电场力的冲量为零D．0～3s内，电场力做的总功为零[解析]作出带电粒子在交变电场中的v-t图像如图所示，不难发现，3s末粒子回到了出发点，3s后重复这样运动，一直做往复运动，并非单向的匀变速直线运动，A、B错误；0～3s内，对粒子由动量定理得I电场力＝0－0，故0～3s内电场力的冲量为零，C正确；0～3s内，对粒子由动能定理得W电场力＝0－0，故0～3s内电场力做的总功为零，D正确。故选CD。三、非选择题：本题共5小题，共60分。13．(8分)(2023·广东模拟预测)某实验小组为尝试用“附加电阻法”测量一未知电阻Rx，其电路设计如图所示。(1)其实验步骤为：a．按电路图将器材连接好，其中R1为附加的定值电阻，Rx为待测电阻；b．S2断开，闭合S1，调节变阻器R，使电流表、电压表都有一个适当读数，记下两表读数I1、U1；c．保持变阻器R不变，再闭合S2，记下_两表的读数I2、U2__；d．待测电阻Rx＝eq\f(U1,I1)－eq\f(U2,I2)。(2)实验小组中一同学认为若最终结果中减去电流表内阻RA可使结果更精确，这种说法对吗？试分析一下_见解析所示__。(3)实验中，尝试更换几个不同阻值的R1进行实验，发现若R1过大，其实验结果与前几次有明显不同，试简述其误差成因_见解析所示__。[解析](1)闭合S1，记下两表读数I1、U1，根据部分电路的欧姆定律可得eq\f(U1,I1)＝R1＋RA＋Rx，闭合S1、S2，Rx被短路，记下两表读数I2、U2，根据部分电路的欧姆定律可得eq\f(U2,I2)＝R1＋RA，两式联立解得Rx＝eq\f(U1,I1)－eq\f(U2,I2)。(2)根据eq\f(U1,I1)＝R1＋RA＋Rx,eq\f(U2,I2)＝R1＋RA，分析可知，当两式做差时已经将电流表内阻的影响消去，故无需再减去电流表内电阻；(3)若R1过大，则闭合S2后电压表读数基本不变，而电流表将维持一个极小的数值，测量读数误差明显。14．(9分)(2022·陕西西北工业大学附属中学模拟预测)一同学想要测定某电源的电动势和内电阻，所使用的器材有：待测干电池一节、电流表A(量程0.6A，内阻RA小于1Ω)、电流表A1(量程0.6A，内阻未知)，电阻箱R1(0～999.99Ω)、滑动变阻器R2(0～10Ω)、单刀双掷开关S、单刀单掷开关K各一个，导线若干。该同学设计了如图甲所示电路进行实验操作。(1)利用该电路测电流表A的内阻；闭合开关K，将开关S与D接通，通过调节电阻箱R1和滑动变阻器R2，读取电表A的示数为0.20A、电流表A1的示数为0.60A，电阻箱R1的示数为0.15Ω，则电流表A的内阻RA＝_0.30__Ω。(保留两位有效数字)(2)测电源的电动势和内阻：断开开关K，调节电阻箱R1，将开关S接C，记录电阻箱R1的阻值和电流表A的示数；多次调节电阻箱R1重新实验，并记录多组电阻箱R1的阻值R和电流表A的示数I。如图乙所示是由实验数据绘出的eq\f(1,I)－R图像，获得图像的斜率为k，纵轴的截距为b，由此求出干电池的电动势E＝eq\f(1,k)、内阻r＝eq\f(b,k)－RA(均用字母k，b、RA表示)。[解析](1)根据欧姆定律可得电流表A的内阻为RA＝eq\f(UA,IA)＝eq\f(IA1－IAR1,IA)＝eq\f(0.60－0.20×0.15,0.20)Ω＝0.30Ω。(2)断开开关K，将开关S接C，记录电阻箱R1的阻值R和电流表A的示数I，多次重复实验得到多组数据。由欧姆定律有I＝eq\f(E,R＋RA＋r)，变形得eq\f(1,I)＝eq\f(R,E)＋eq\f(RA＋r,E)，可得斜率k＝eq\f(1,E)，截距为b＝eq\f(RA＋r,E)，联立解得E＝eq\f(1,k)，r＝eq\f(b,k)－RA。15．(11分)如图所示，在绝缘水平面的O点固定一正点电荷Q，另一电荷量为＋q、质量为m的滑块(可看作点电荷)从距O点为L的b点由静止释放，向右运动了x1到达c点(图中未画出)达到最大速度，又运动了x2到达a点时滑块的速度恰好为零。已知滑块与水平面间的动摩擦因数为μ。(重力加速度为g，静电力常量为k)求：(1)a、b两点电势差Uab；(2)若动摩擦因数μ未知，求滑块在a点时的加速度。[答案](1)－eq\f(μmgx1＋x2,q)(2)eq\f(kQq,mL＋x12)－eq\f(kQq,mL＋x1＋x22)，水平向左[解析](1)根据动能定理得qUba－μmg(x1＋x2)＝0又由于Uab＝－Uba解得Uab＝－eq\f(μmgx1＋x2,q)(2)滑块减速到a点时有μmg－eq\f(kQq,L＋x1＋x22)＝mac点速度最大，加速度为零，所以μmg－eq\f(kQq,L＋x12)＝0解得a＝eq\f(kQq,mL＋x12)－eq\f(kQq,mL＋x1＋x22)方向水平向左。16．(14分)(2022·江苏扬州高三阶段练习)如图甲所示，空间分布着方向平行于纸面、宽度为d的水平匀强电场。在紧靠电场右侧半径为R的圆形区域内，分布着垂直于纸面向里的匀强磁场。一个质量为m、电荷量为－q的粒子从左极板上A点由静止释放后，在M点离开加速电场，并以速度v0沿半径方向射入匀强磁场区域，然后从N点射出。MN两点间的圆心角∠MON＝120°，粒子重力可忽略不计。(1)求加速电场场强E0的大小；(2)求匀强磁场磁感应强度B的大小；(3)若仅将该圆形区域的磁场改为平行于纸面的匀强电场，如图乙所示，带电粒子垂直射入该电场后仍然从N点射出。求粒子从M点运动到N点过程中，动能的增加量ΔEk的大小。[答案](1)E0＝eq\f(mv\o\al(2,0),2qd)(2)B＝eq\f(\r(3)mv0,3Rq)(3)eq\f(2,3)mveq\o\al(2,0)[解析](1)根据动能定理有qE0d＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)解得E0＝eq\f(mv\o\al(2,0),2qd)(2)粒子运动轨迹如图所示粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有qv0B＝meq\f(v\o\al(2,0),r)由几何关系可得tan30°＝eq\f(R,r)解得B＝eq\f(\r(3)mv0,3Rq)(3)粒子在偏转电场中做匀加速曲线运动，运动轨迹如图所示，根据运动的合成分解及几何关系，在x方向有R＋Rcos60°＝v0t在y方向有Rsin60°＝eq\f(1,2)at2根据牛顿第二定律有Eq＝ma联立解得E＝eq\f(4\r(3)mv\o\al(2,0),9Rq)则粒子从M点运动到N点过程中，动能的增加量ΔEk＝EqRsin60°＝eq\f(2,3)mveq\o\al(2,0)17．(18分)(2023·重庆模拟预测)如图所示，在水平面上有两条足够长的平行导电导轨MN、PQ，导轨间距离L＝1.0m，匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面)向里，磁感应强度的大小为B＝1.0T，两根导体棒a、b放置在导轨上，并与导轨垂直，它们的质量均为m＝