辽宁省部分重点高中强基协作体2022-2023学年高二上学期期末质量检测（物理方向）物理试卷(含答案)

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2022-2023学年度第一学期第三阶段月测 高二物理科试卷

命题人、校对人：燕柯宇

一、选择题（第1-7题为单项选择题，每小题4分；第8-10题为多项选择题，每小题全部正确得6分，部分正确得3分，有选错的不得分，共46分）

1．甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、质谱仪的结构示意图，下列说法中正确的是（　　）

A．图甲中增大交变电场的电压可增大粒子的最大动能

B．图乙中可以判断出通过R的电流方向为从a到b

C．图丙中粒子沿PQ向右或沿QP向左直线运动的条件都是

D．图丁中在分析同位素时，磁场中半径最小的粒子对应质量也一定最小

2．如图，两根倾斜金属导轨与水平面的夹角，两导轨间距为d =0.6m，金属棒的质量为，g=10，放在导轨上且与导轨垂直。磁场的磁感应强度大小为B =1T，方向垂直导轨平面向下，电源的电动势为E =5V，R为滑动变阻器，其他电阻不计，金属棒与导轨间的动摩擦因数为 μ=0.5，调节滑动变阻器，使金属棒在导轨上静止。关于滑动变阻器R的阻值的取值范围，下列说法正确的是（　　）

A．

B．

C．

D．

3．如图所示，垂直水平面的正方形匀强磁场区域内，有一位于光滑水平桌面内的、电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中（    ）

A．导体框中产生的感应电流方向相反 B．导体框中产生的焦耳热相同

C．导体框边ab两端电势差相同 D．通过导体框截面的电量相同

4．如图所示，LC电路中，电容C为0.4μF，电感L为1mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时，极板间有一带电灰尘恰好处于静止状态。当开关S闭合时，灰尘开始在电容器内运动（设灰尘未与极板相碰），此时开始计时，在一个振荡周期内，下列说法正确的是（　　）

A．时，回路中电流变化最快        B．时，灰尘的速度最大

C．时，灰尘的加速度最大         D．时，线圈中磁场能最大

5．如图，两条间距为L的平行金属导轨位于同一水平面（纸面）内，其左端接一阻值为R的电阻；一金属棒垂直放置在两导轨上；在MN左侧面积为S的圆形区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B随时间t的变化关系为B=kt，式中k为常量，且k>0；在MN右侧区域存在一与导轨垂直、磁感应强度大小为B0、方向垂直纸面向里的匀强磁场。t=0时刻，金属棒从MN处开始，在水平拉力F作用下以速度v0向右匀速运动。金属棒与导轨的电阻及摩擦均可忽略。则（　　）

A．在t时刻穿过回路的总磁通量为B0Lv0t

B．电阻R上的电流随时间均匀增大

C．在时间Δt内流过电阻的电荷量为Δt

D．金属棒所受的水平拉力F随时间均匀增大

6．如图所示为模拟远距离输电的部分测试电路。a、b端接电压稳定的正弦交流电源，理想变压器的原、副线圈匝数比为k且，定值电阻，电流表、电压表均为理想电表，其示数分别用I和U表示。当向上调节滑动变阻器的滑片P时，电流表、电压表示数变化量分别用和表示。则以下说法正确的是（　　）

A． B．

C．电阻消耗的功率 D．电源的输出功率一定增大

7．如图所示，轻质弹簧下端固定在水平地面上，上端连接一轻质薄板。时刻，一物块从其正上方某处由静止下落，落至薄板上后和薄板始终粘连，粘接时间可忽略，其位置随时间变化的图像（）如图乙所示，其中时物块刚接触薄板。弹簧形变始终在弹性限度内，空气阻力不计，重力加速度，则（　　）

A．时物块的加速度等于重力加速度

B．时物块的加速度小于重力加速度

C．该物块与薄板粘连后振动的周期为

D．后物块坐标位置随时间变化关系为

8．如图所示，由N匝导线组成的矩形导线框，从图示位置开始。以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕对称轴OO'匀速转动。线框面积为S，线框总电阻为r，外电路接有电阻R和二极管D．二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零。反向电阻无穷大。下列说法正确的是（　　）

A．线框中交变电流的电动势

B．电阻R的发热功率为

C．R两端电压的最大值

D．一个周期内通过R的电荷量为

9．如图所示，一粒子发射源P位于足够大绝缘板AB的上方处，能够在纸面内向各个方向发射速率为v、电荷量为q、质量为m的带正电的粒子。空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，不考虑粒子间的相互作用和粒子重力，已知粒子做圆周运动的半径大小恰好为d，则 （　　）

A．粒子能打在板上的区域长度是

B．粒子能打在板上的区域长度是

C．粒子从出发至打到板上的最短时间为

D．粒子从出发至打到板上的最长时间为

10．“日”字型硬质导线框如图所示，线框的ac，bd边长为2L（电阻不计），三条短边ab、ef、cd长均为L、电阻均为R，ef位于线框正中间。线框下方有一宽度为L的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场的上、下边界水平，且cd边与磁场边界平行。当cd距磁场上边界一定高度时无初速释放线框，线框cd边进入磁场时线框恰好匀速运动，下落过程中线框始终在竖直面内。已知线框质量为m，重力加速度为g，不计空气阻力，则下列判断正确的是（　　）

A．释放时cd边到磁场上边界高度为

B．线框通过磁场过程中，e、f两点间电势差始终为

C．线框通过磁场过程中流过ab边的电流大小不变

D．cd边通过磁场过程中，ab边产生的焦耳热为

二、实验题（本题共2小题，共14分）

11．利用图甲电路测量某电池的内阻，其中AB 为一段粗细均匀的铅笔芯，笔芯上套有一金属滑环（宽度和电阻不计，与笔芯良好接触并可自由移动）。实验器材还有：标准电池（电动势为，内阻不计），电阻箱（最大阻值为），灵敏电流计G（量程为），待测电池（电动势 小于，内阻未知），开关3个，刻度尺、导线若干等。

主要实验步骤如下：

a.测量出铅笔芯A、B两端点间的距离 ；

b.将电阻箱调至某一阻值R，闭合开关、、，移动滑环P使电流计G示数为零，测量出此时的AP长度L；

c.改变电阻箱的阻值R，重复步骤b，记录下多组R及对应的L值。

回答以下问题：

（1）步骤b中，移动滑环P使G的示数为零。此时电阻箱两端电压 _______（用 、 、 表示）。

（2）利用记录的多组R、L数据，作出图像如图乙，则 随变化的关系式为

___________（用、、、、表示），根据图像可得待测电池的内阻_________（保留两位有效数字）。

（3）在步骤的操作过程中，若无论怎样移动滑环，也无法使G的示数为零，经检查发现，有一个开关未闭合，你认为未闭合的开关是___________（填“”“”或“”）。

（4）本实验中若标准电池的内阻不可忽略，则待测电池内阻的测量结果将___________（填“偏大”“不变”或“偏小”）。

12．某同学在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，

（1）用游标卡尺测小球的直径如图a所示，其值为________；用秒表记录了单摆全振动次所用的时间如图b所示，秒表读数为________s；

（2）若测得的重力加速度数值大于当地的重力加速度的实际值，造成这一情况的原因可能是________（选填下列选项前的序号）

A．测量摆长时，把摆线的长度当成了摆长

B．摆线上端未牢固地固定于点，振动中出现松动，使摆线越摆越长

C．测量周期时，误将摆球次全振动的时间记为了次全振动的时间，并由计算式求得周期

D．摆球的质量过大

（3）在与其他同学交流实验方案并纠正了错误后，为了减小实验误差，他决定用图像法处理数据，并通过改变摆线长，测得了多组摆线长和对应的周期，并用这些数据作出图像如图甲所示，并根据图线拟合得到方程。由此可以得出当地的重力加速度________（取，计算结果保留3位有效数字）。

（4）这位同学查阅资料得知，单摆在最大摆角较大时周期公式可近似表述为。为了用图像法验证单摆周期和最大摆角的关系，他测出摆长为的同一单摆在不同最大摆角时的周期，并根据实验数据描绘出如图乙所示的图线。设图线延长后与横轴交点的横坐标为，则重力加速度的测量值________________（用题中所给字母、、表示）。

三、解答题（本题共3小题，共40分）

13．（16分）如图所示，在平面直角坐标系xOy的y轴和虚线之间有垂直于坐标平面向里的匀强磁场区Ⅰ，在虚线右侧有垂直于坐标平面向外的匀强磁场区Ⅱ，在y轴左侧有沿x轴正方向的匀强电场，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子从点以初速度沿y轴负方向射出，该粒子恰好从原点O射出电场进入磁场区Ⅰ，第一次在磁场区Ⅰ中的运动轨迹与相切，不计粒子重力。求：

（1）匀强电场的电场强度大小；

（2）粒子第4次经过y轴的位置坐标；

（3）仅改变磁场区Ⅰ的磁感应强度大小，使粒子第一次在磁场区Ⅰ中运动时，从O点进入磁场区Ⅰ，从点离开磁场区Ⅰ，要使粒子能经过点（图中未标出），磁场区Ⅱ的磁感应强度大小。

14．（15分）如图，一倾角为的光滑固定斜面的顶端放有质量的U型导体框，导体框的电阻忽略不计；一电阻的金属棒的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路；与斜面底边平行，长度。初始时与相距，金属棒与导体框同时由静止开始下滑，金属棒下滑距离后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行；金属棒在磁场中做匀速运动，直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小，重力加速度大小取g=10m/s2，sinα=0.6。求：

（1）金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；

（2）金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数；

（3）导体框匀速运动的距离。

15．（9分）长度为L的轻杆和固定在杆自由端上的小铅球组成一个单摆，小铅球的质量为m。现在杆上再套一颗同质量的珍珠，它可以沿着过距轻杆上端处的水平线自由地滑动，如图所示，求这种异型摆微小振动时的周期。忽略空气阻力和一切摩擦。

2022-2023学年度第一学期第三阶段月测

高二物理科参考答案及评分标准

命题人、校对人：燕柯宇

1．D

【详解】A.根据洛伦兹力充当向心力，可知

故

可知

故最大动能与电压无关，A错误。

B.根据左手定则可知，等离子体中的正电荷向下偏，负电荷向上偏，故电流的方向为从b到a，B错误。

C.根据洛伦兹力和电场力相互平衡，可知

故

当粒子速度方向改变的时候，电场力方向不变，但是洛伦兹力方向反向，无法与电场力相平衡，则无法匀速直线运动，C错误。

D.在加速电场中，则有

在磁场中，则有

可得

同位素电荷量相同，质量越大，半径越大，D正确。

故选D。

2．B

【详解】由左手定则可知，导体棒受安培力沿斜面向上，当R阻值较小时，电路中电流较大，导体棒受的安培力较大，此时导体棒有向上运动的趋势，摩擦力沿斜面向下，则由平衡知识可知

解得

Rmin=3Ω

当R阻值较大时，电路中电流较小，导体棒受的安培力较小，此时导体棒有向下运动的趋势，摩擦力沿斜面向上，则由平衡知识可知

解得

Rmax=15Ω

则使金属棒在导轨上静止，滑动变阻器R的阻值的取值范围。

故选B。

3．D

【详解】A．将导体框从两个方向移出磁场的过程中，磁通量均减小，而磁场方向都垂直纸面向外，根据楞次定律判断可知，导体框中产生的感应电流方向均沿逆时针方向，故A错误；

B．导体框以速度v匀速拉出磁场时，导体框中产生的感应电流大小为

产生的焦耳热为

导体棒以速度3v匀速拉出磁场时，导体框中产生的感应电流大小为

产生的焦耳热为

导体框中产生的焦耳热不同，故B错误；

C．导体框以速度v匀速拉出磁场时，导体框ab边两端电势差

导体框以速度3v匀速拉出磁场时，导体框ab边两端电势差

导体框ab边两端电势差不同，故C错误；

D．通过导体框截面的电量

两个过程中磁通量的变化量相同，根据

可知通过导体框截面的电量相同，故D正确。

故选D。

4．C

【详解】A. 开关S断开时，极板间带电灰尘处于静止状态，则有

式中m为灰尘质量，Q为电容器所带的电荷量，d为板间距离，由，得

s＝4π×10－5s

开关S闭合时t＝0，则当t=时，即时，电容器放电完毕，回路中电流最大，回路中电流变化最慢，故A错误；

B. 当t=时，即时，电容器放电完毕，此时灰尘仅受重力；之后电容器反方向充电，带电灰尘受电场力方向向下，带电灰尘会继续加速，故B错误；

C. 当t＝2π×10－5s时，即t＝时，振荡电路中电流为零，电容器极板间场强方向跟t＝0时刻方向相反，则此时灰尘所受的合外力为

F合＝mg＋＝2mg

又因为F合＝ma，此时灰尘的加速度a＝2g，方向竖直向下；之后电容器再次反向充电，极板间场强方向又跟t＝0时刻方向相同，带电灰尘受电场力方向向上，所以2π×10－5s时，灰尘的加速度最大为2g，故C正确；

D. 当t＝2π×10－5s时，即t＝时，振荡电路中电流为零，线圈中磁场能最小，故D错误。

故选C。

5．C

【详解】A．根据题图可知，MN左边的磁场方向与右边的磁场方向相同，则穿过回路的总磁通量即为两边磁通量之和，在t(t＞0)时刻穿过回路的总磁通量为

故A错误；

B．根据法拉第电磁感应定律得，回路中产生总的感应电动势为

由闭合电路欧姆定律有

则电阻R上的电流为恒定电流，故B错误；

C．在时间Δt内流过电阻的电荷量为

故C正确；

D．金属棒受到的安培力大小为

保持不变，金属棒匀速运动，水平拉力大小等于安培力大小，所以水平拉力F保持不变，故D错误。

故选C。

6．D

【详解】AB．根据变压器的原理可得

，

则有

，

在原线圈电路中有

即

整理可得

则有

所以AB错误；

C．副线圈消耗的功率为

所以C错误；

D．当向上调节滑动变阻器的滑片P时，副线圈的总电阻减小，所以回路中的电流增大，电源的电压不变，所以电源的输出功率一定增大，则D正确；

故选D。

7．D

【详解】AB．薄板为轻质薄板，质量可忽略不计。由图乙可知，B点对应的速度为零，物块处于最低点位置；C点对应的速度为零，物块处于与薄板粘连后的最高点；根据简谐运动的对称性可知，最高点的加速度和最低点的加速度大小相等，即

由于C点对应物块处于最高点，此时弹簧处于伸长状态，根据牛顿第二定律可得

故AB错误；

C．由图乙可知，物块从最低点B到最高点C所用时间为

该物块与薄板粘连后振动的周期为

故C错误；

D．因为

由图乙可知，振幅为

后物块坐标位置随时间变化关系为

当时，，代入上式得

所以

故D正确。

故选D。

8．BD

【详解】A．矩形闭合导线框在磁场中转动，产生的交流电的电动势最大值为

Em＝NBSω

从图示位置开始计时，则线框中交变电流的电动势瞬时值表达式

e＝NBSωcosωt

故A错误；

B．根据正弦式交变电流的最大值和有效值的关系可知，有效值

E

二极管具有单向导电性，一个周期中只有一半时间电路中有电流，根据电流的热效应得

解得电路中的总电压

E'

则电阻R的发热功率

PR

故B正确；

C．线框产生交变电流的电动势最大值为

Em＝NBSω

根据闭合电路欧姆定律可知，R两端电压的最大值

Um

故C错误；

D．根据二极管的单向导电性可知，一个周期内，只有半个周期通过电流，穿过线框的磁通量由零到最大值，再由最大值到零，则通过R的电荷量

q

故D正确。

故选BD。

9．BD

【详解】A B．如图所示

粒子能打在板上的最左端和最右端假设为C点和D点。PC为轨迹圆的直径，C点为轨迹圆与板相切的点。过P点向板做垂线， 垂足为O点。由几何关系得

粒子能打在板上的区域长度

A错误；B正确；

C．设此时粒子出射速度的大小为v，在磁场中运动时间最长（优弧）和最短（劣弧）的粒子运动轨迹如图所示。劣弧对应的轨迹圆的圆心为，优弧对应的轨迹圆的圆心为，劣弧对应的弦长最短为PO的长度，劣弧对应的圆心角设为优弧。优弧恰好与板相切，对应的圆心角为。

由数学知识可知

得

粒子在磁场中运动的周期

粒子从出发至打到板上的最短时间为

C错误；

D．又根据几何关系

得

粒子从出发至打到板上的最长时间为

D正确。

故选BD。

10．AB

【详解】A．设释放时cd边到磁场上边界高度为h，cd边进入磁场时的速度大小为

cd边产生的感应电动势大小为

回路中总电阻为

通过cd的电流为

cd所受的安培力大小为

由题意，根据平衡条件有

联立解得

故A正确；

B．根据线框构成等效电路的特点可知线框在通过磁场的过程中将始终做匀速运动，e、f两点间电势差始终等于对应等效电路的路端电压的相反数，即

联立解得

故B正确；

C．当cd和ef通过磁场的过程中，流过ab的电流大小均为

方向均为b→a，当ab通过磁场的过程中，流过ab的电流大小为I，方向为a→b，故C错误；

D．根据焦耳定律可得cd边通过磁场过程中ab边产生的焦耳热为

联立解得

故D错误。

故选AB。

11．                         不变

【详解】（1）[1]由于电流计示数为零，则标准电池与铅笔芯、待测电池与电阻箱分别组成两个相对独立的电路，且

对标准电池与铅笔芯组成的回路，由闭合电路欧姆定律可知

即

（2）[2][3]对待测电池与电阻箱组成的回路，由闭合电路欧姆定律可知

则有

变形可得

则 图像的纵截距为

斜率为

解得

（3）[4]如果 断开，调节滑环，电流计G示数有可能为零；如果 没有闭合，则电流计示数一定为零；只有 没有闭合时，调节滑环，电流计G示数无法为零。

（4）[5]若标准电池的内阻不可忽略，设为 ，通过铅笔芯的电流恒定，设为 ，对铅笔芯与标准电池组成的回路，有

又

联立可得

与（2）中 的表达式对比，可知待测电池内阻的测量结果将不变。

12．     12.5     100.2     C     9.76    

【详解】（1）[1]游标卡尺读数为

[2]秒表读数为

（2）[3]根据，整理得

A．测量摆长时，把摆线的长度当成了摆长，则摆长的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏小，故A错误；

B．摆线上端未牢固地固定于O点，振动中出现松动，使摆线越摆越长，知摆长的测量值偏小，导致重力加速度测量值偏小，故B错误；

C．测量周期时，误将摆球次全振动的时间t记为了n次全振动的时间，则周期的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏大，故C正确；

D．摆球的质量过大，不影响重力加速度的测量，故D错误；

（3）[4]根据整理得

可知图线的斜率

解得

（5）[5]由整理得

当时

解得

13．（1）；（2）；（3）####

【详解】（1）由题意知，粒子在电场中做类平抛运动，则

根据牛顿第二定律

解得

（2）设粒子从O点进入磁场区Ⅰ时速度大小为v，

根据动能定理

解得

可知，粒子进磁场区Ⅰ时速度方向与x轴正方向夹角为45°。运动轨迹如图甲所示

设粒子在磁场区Ⅰ中做圆周运动的半径为r，根据几何关系

解得

甲粒子第二次经过y轴的位置A点离O点的距离

粒子第二次进入电场从A到过程是P到O的逆运动过程，从到B与从P到O运动相同。所以，位置B离O点的距离

则粒子第4次经过y轴C点的纵坐标为

所以，C点的坐标为

（3）经过分析，粒子能到达N点有三种情况：第一种运动轨迹如图乙所示

粒子从M点进入磁场区Ⅱ，若偏转后直接到达N点，设粒子在磁场区Ⅱ中做圆周运动的半径，根据几何关系

解得

设磁场区Ⅱ的磁感应强度大小为，据牛顿第二定律有

解得

第二种运动轨迹如图丙所示

粒子经磁场区Ⅱ偏转后再进入磁场区Ⅰ、电场，再回到磁场区Ⅰ到达N点，根据运动对称性知AN间距离为2L，则MA间距离为L，设粒子在磁场区Ⅱ中做圆周运动的半径，根据几何关系

解得

设磁场区Ⅱ的磁感应强度大小为，据牛顿第二定律有

解得

第三种运动轨迹如图丁所示

粒子经磁场区Ⅱ偏转后再进入磁场区Ⅰ，电场、再回到磁场区Ⅰ，再进入磁场区Ⅱ偏转后到达N点，根据运动对称性知AD间距离为2L，则MA间距离等于DN间距离为，设粒子在磁场区Ⅱ中做圆周运动的半径，根据几何关系

解得

设磁场区Ⅱ的磁感应强度大小为，据牛顿第二定律有

解得

14．（1）；（2），；（3）

【详解】（1）根据题意可得金属棒和导体框在没有进入磁场时一起做匀加速直线运动，由动能定理可得

代入数据解得

金属棒在磁场中切割磁场产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律可得

由闭合回路的欧姆定律可得

则导体棒刚进入磁场时受到的安培力为

（2）金属棒进入磁场以后因为瞬间受到安培力的作用，根据楞次定律可知金属棒的安培力沿斜面向上，之后金属棒相对导体框向上运动，因此金属棒受到导体框给的沿斜面向下的滑动摩擦力，因匀速运动，可有

此时导体框向下做匀加速运动，根据牛顿第二定律可得

设磁场区域的宽度为x，则金属棒在磁场中运动的时间为

则此时导体框的速度为

则导体框的位移

因此导体框和金属棒的相对位移为

由题意当金属棒离开磁场时金属框的上端EF刚好进入磁场，则有位移关系

金属框进入磁场时匀速运动，此时的电动势为

，

导体框受到向上的安培力和滑动摩擦力，因此可得

联立以上可得

，，，

（3）金属棒出磁场以后，速度小于导体框的速度，因此受到向下的摩擦力，做加速运动，则有

金属棒向下加速，导体框匀速，当共速时导体框不再匀速，则有

导体框匀速运动的距离为

代入数据解得

15．

【详解】先将摆拉至与竖直方向成 角的位置，放手后摆到平衡位置时的角速度为 ，由机械能守恒定律，有

设想有一单摆与之等效，振动时有相同的角速度 ，摆球质量为，摆长为，也从最大偏角为 的位置释放，同理有

得等效摆长

所以此摆的振动周期