2022-2023学年北京市大兴区高二上学期期末物理试题含解析

这是一份2022-2023学年北京市大兴区高二上学期期末物理试题含解析，共33页。试卷主要包含了单选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1. 比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法，下列表达式中不属于比值定义的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．电流强度与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比，所以该式不属于用比值法定义，故A错误；
B．电场强度与F、q无关，由电场本身性质决定，所以该式属于用比值法定义，故B正确；
C．电容与Q、U无关，由电容器本身决定，所以该式属于用比值法定义，故C正确；
D．电场中某位置的电势由场源和该位置到场源的距离，以及零电势点的选择决定，与试探电荷间没有决定关系，所以该式属于用比值法定义，故D正确。
本题选不属于的，故选A。
2. 类比是一种有效的学习方法，通过比较和归类，有助于掌握新知识，提高学习效率。某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中正确的是（ ）
A. 机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波并不适用
B. 机械波的传播依赖于介质，而电磁波只能在真空中传播
C. 机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波
D. 机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象
【答案】D
【解析】
【详解】A．机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波同样适用，故A错误；
B．机械波的传播依赖于介质，而电磁波传播不需要介质，可在真空中传播，但并不是只能在真空中传播，故B错误；
C．机械波既有横波又有纵波，但是电磁波只能是横波，其证据就是电磁波能够发生偏振现象，而偏振现象是横波才有的，故C错误；
D．机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象，故D正确。
故选D。
3. 如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为匝，副线圈匝数为匝，电阻，原线圈接入电压的交流电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则下列说法正确的是（ ）
A. 通过原线圈和副线圈的交流电的频率之比
B. 电流表的示数为0.1A
C. 电压表的示数为1100V
D. 电阻R的电功率为44W
【答案】B
【解析】
【详解】A．变压器并不会改变交流电的频率，故A错误；
BC．根据变压器原副线圈电压之间的关系
对电阻R，由欧姆定律可得
根据变压器原副线圈电流之间的关系
解得
故电流表的示数为0.1A，电压表的示数为44V，故B正确，C错误；
D．电阻R的功率为
故D错误。
故选B。
4. A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦交变电流，则两电热器的电功率之比等于（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】通过电热器A的电流有效值为IA，则有
解得
则电热器A电功率为
通过电热器B的电流有效值为
则电热器B的电功率为
则有
故选C。
5. 如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，下列说法正确的是（ ）
A. 两次t＝0时刻线圈的磁通量均为零
B. 曲线a、b对应的交流电周期之比为
C. 旋转过程中两种情况的最大磁通量均相同
D. 在相同的时间两种情况在线圈中产生的焦耳热均相同
【答案】C
【解析】
【详解】A．两次t＝0时刻感应电动势为零，磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，线圈的磁通量最大，选项A错误；
B．由图乙可知曲线a对应的交流电周期
曲线b对应的交流电周期
所以
选项B错误；
C．最大磁通量
可知旋转过程中两种情况的最大磁通量均相同，选项C正确；
D．由图乙可知两种情况电动势的最大值不同，则有效值不同，而电阻相同，则两种情况电流的有效值不同，又
可见在相同的时间两种情况在线圈中产生的焦耳热不同，选项D错误。
故选C。
6. 如图所示，A、B为相互接触的用绝缘支架支撑的金属导体，在它们的下部贴有金属箔片，起初它们不带电，C是用绝缘棒连接的带正电的小球，A、B、C均可自由移动，实验中把C移近导体A，关于实验现象和分析下列说法正确的是（ ）
A. A上的金属箔片张开且带正电，B上的金属箔片不张开
B. A上的金属箔片张开且带负电，B上的金属箔片不张开
C. A上的金属箔片张开且带正电，B上的金属箔片张开且带负电
D. A上的金属箔片张开且带负电，B上的金属箔片张开且带正电
【答案】D
【解析】
【详解】当带正电的小球C靠近A、B时，由静电感应A带负电B带正电，A、B上的金属箔片由于同种电荷相斥都张开。
故选D。
7. 如图所示是汽车蓄电池供电简化电路图。当汽车启动时，启动开关S闭合，电动机工作。测得车灯、电阻均为，电源的电动势E＝12V，内电阻。若开关S闭合时，测得电动机两端的电压为10V，在此状态下以下计算正确的是（ ）
A. 车灯电流为2.0AB. 电动机的电流为2.0A
C. 电动机的输出功率为18WD. 电动机的内阻为
【答案】B
【解析】
【详解】A．由电动机两端的电压为10V可知路端电压为10V，则车灯 L1 的电流为
故A错误；
B．由闭合欧姆定律可知，电路总电流满足
解得
所以流过电动机的电流为
故B正确；
CD．电动机的输入功率为
由于电动机内阻未知，且由题设条件无法求出，因此电动机的输出功率无法计算。故CD错误。
故选B。
8. 如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，闭合开关S，当滑动变阻器R的滑片P向下移动时，下列判断中正确的是（ ）
A. 电流表示数变小B. 电压表示数变大
C. 电源的总功率变大D. 电源的损耗功率变小
【答案】C
【解析】
【详解】AB．滑片P向下移动，滑动变阻器接入电阻减小，则外电阻变小，由欧姆定律
可知，电路总电流增大；根据
知路端电压变小，电压表示数变小。此外根据欧姆定律可知
则流过R0的电流变小，由并联特性可知流过滑动变阻器的电流变大，即电流表的示数变大，故AB错误；
C．电源的总功率为
可知电源的总功率变大，故C正确；
D．电源损耗功率为
由于电路总电流增大，可知电源的损耗功率变大，故D错误。
故选C。
9. 一个电子仅在静电力作用下从a点运动到b点的轨迹如图中虚线所示，图中一组平行实线可能是电场线也可能是等势面，下列判断中正确的是（ ）
A. 如果实线是电场线，则a点的电势比b点的电势低
B. 如果实线是电场线，则电子在a点的电势能比在b点的电势能小
C. 如果实线是等势面，则a点的电势比b点的电势高
D. 如果实线是等势面，则电子在a点的动能比在b点的动能大
【答案】B
【解析】
【详解】AB．粒子做曲线运动时，受力方向为运动轨迹内侧，如果实线是电场线，则电场力竖直向上，电场方向竖直向下，因此b点电势低，电子在b点的电势能比在a点的电势能大，故A错误，B正确；
CD．粒子做曲线运动时，受力方向为运动轨迹内侧，如果实线是等势面线，则电场力水平向右，电场方向为水平向左，则b点电势高，电子在b点的电势能比在a点的电势能小，由a到b，电场力做正功，动能增加，即电子在b点的动能比在a点的动能大，故CD错误。
故选B。
10. 如图所示为一个质量为m、电荷量为q的带正电的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙绝缘细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中（不计空气阻力）。现给圆环水平向右初速度，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图像可能是下图中的（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．若满足
则杆对环无压力，无摩擦力，环做匀速直线运动，选项A正确；
BC．若满足
则有
滑动过程中，摩擦力阻碍环的运动，环做减速运动，速度越小，洛伦兹力越小，则压力增大，由
可知，加速度增大，即做加速度增大的减速运动，直到停止，选项BC错误；
D．若满足
则有：
滑动过程中，摩擦力阻碍环的运动，环做减速运动，速度越小，洛伦兹力越小，则减小，由
可知，加速度减小，即做加速度减小的减速运动，当速度减小到某个值使得
时，有
无摩擦力，不再减速，接下来做匀速直线运动，选项D错误。
故选A。
11. 图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮，而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是（ ）
A. 断开，闪亮瞬间电流方向和断开前相反
B. 断开之前中的电流大于中的电流
C. 闭合瞬间中电流与中电流相等
D. 变阻器R的电阻大于线圈的直流电阻
【答案】A
【解析】
【详解】AB．断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗，说明闭合时，电路稳定后，通过的电流大于的电流；断开，原来通过的电流流经构成闭合回路，所以闪亮瞬间电流方向和断开前相反，选项A正确，B错误；
C．闭合瞬间，对电流有阻碍作用，所以中电流与中电流不相等，选项C错误；
D．闭合开关，灯逐渐变亮，而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同，说明两支路的电流相同，两支路的电阻相同，由于两灯泡电阻相同，所以变阻器与的电阻值相同，选项D错误。
故选A。
12. 如图所示直角坐标系xOy，在x轴上固定着关于O点对称的等量异号点电荷＋Q和－Q，两电荷之间的距离为4a，C、D、E三点的坐标分别为，和。将一个正电荷从O移动到D，静电力对它做功为，将这个正电荷从C移动到E，静电力对它做功为。下列判断正确的是（ ）
A. C点的场强比O点的场强大
B. O点的场强比D点的场强大
C. C点的电势比E点的电势高，并且
D. E点的电势比D点的电势高，并且
【答案】D
【解析】
【详解】AB．等量异种电荷的电场线分布如图：
结合场强的叠加法则可知
，
选项AB错误；
C．根据沿着电场线电势降低可知
由电场线分布可知OD间的平均场强大小大于CE间的平均场强大小，则电荷在OD间的平均受力大小大于CE间的平均受力大小，移动相同的距离，则有
选项C错误；
D．因为，根据可知
即
又
所以
选项D正确。
故选D。
13. 如图所示，有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B。一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下。经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度，不计金属杆和轨道的电阻，则以下分析正确的是（ ）
A. 金属杆先做匀加速直线运动然后做匀速直线运动
B. 金属杆由静止到最大速度过程中机械能守恒
C. 如果只增大B，将变小
D. 如果只增大R，将变小
【答案】C
【解析】
【详解】A．金属杆下滑过程中，受重力、导轨的支持力和安培力，开始时重力沿斜面的分力大于安培力，金属杆做加速运动，满足
随着速度的增加，安培力在增大，所以金属杆加速度逐渐减小，当加速度减小到零，速度最大。当加速度为零时，金属杆做匀速运动，故金属杆先做加速度逐渐减小的加速运动然后做匀速直线运动，故A错误；
B．金属杆由静止到最大速度过程中，安培力做负功，金属杆机械能并不守恒，故B错误；
CD．当速度最大，则有
解得
所以只增大B， vm 将变小，只增大R， vm 将变大，故C正确，D错误。
故选C。
14. 如图所示，长方体发电导管的前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，两极间距为d，矩形极板长和宽分别为a、b，这两个电极与可变电阻R相连。在垂直前后侧面的方向上，有一匀强磁场，磁感应强度大小为B。发电导管内有电阻率为的高温等离子体以速度v向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的等离子体受到磁场的作用，将产生大小不变的电动势。若不计粒子运动时的阻力，由以上条件可推导出可变电阻消耗的电功率P；调节可变电阻的阻值，可求得可变电阻R消耗最大电功率，关于和P的表达式正确的是（ ）
A B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】电源内阻为
电源产生的感应电动势为
则可变电阻消耗的电功率为
而根据恒定电流结论，当外电阻等于内电阻时，电源输出功率最大，则
此时
故选B。
二、实验题
15. 多用电表是物理实验室常用的仪表之一，在练习使用多用电表的实验中实验小组的同学用多用电表的欧姆挡粗略测量一定值电阻的阻值，先把选择开关旋到“×100”挡位，测量时发现指针偏转过小，接下来的操作顺序是______。（选择必要的实验步骤按操作顺序填写字母）
a.将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度，然后断开两表笔
b.旋转选择开关至交流电压最大量程处（或“OFF”挡），并拔出两表笔
c.将选择开关旋到“×10”挡
d.将选择开关旋到“×1k”挡
e.将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值，断开两表笔
【答案】daeb
【解析】
【详解】[1]指针偏转过小，即流过欧姆表表头的电流太小，说明外接电阻阻值过大，此时应选用更大倍率的挡位进行测量。具体操作顺序为：选择更大的挡位，将选择开关旋到“×1k”挡；然后将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针对准刻度盘上欧姆挡的零刻度，然后断开两表笔；将两表笔分别连接到被测电阻的两端，读出阻值，断开两表笔；最后转选择开关至交流电压最大量程处（或“OFF”挡），并拔出两表笔，所以操作顺序是daeb。
16. 如图所示的电路可以用来研究电磁感应现象。干电池、开关、线圈A、滑动变阻器串联成一个电路，电流计、线圈B串联成另一个电路。线圈A、B套在同一个闭合铁芯上，两线圈的匝数合理能保证电流计正常工作，描述闭合开关后电流计指针的偏转情况______。
【答案】闭合开关后，电流计指针先发生较大偏转而后慢慢回到初始位置
【解析】
【详解】[1]干电池、开关、线圈A、滑动变阻器串联成一个电路，当开关闭合时磁通量变大，导致电流计、线圈B串联成的电路中产生电动势，进而产生电流流过电流计，但由于感应出的电动势是短暂的，因此流过电流计的电流也会慢慢变小。所以闭合开关后，电流计指针先发生较大偏转而后慢慢回到初始位置。
17. 如图所示是探究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置，让圆形平行板电容器带电后，静电计的指针偏转一定角度。不改变M，N两板所带的电荷量，且保持两板在竖直平面内。开始时两板正对，现要使静电计指针偏角变小，下列做法中可行的是______。（选填选项前面的字母）
A.保持N板不动，M板向上平移
B.保持N板不动，M板向右平移
C.保持N板不动，M板向左平移
D.保持M、N两板不动，在M、N之间插入一块绝缘介质板
【答案】BD
【解析】
【详解】静电计指针的偏转角度和电容器电压有关，电压越小，偏转角度越小。根据
可知
所以在Q不变的情况下，减小间距d，增大正对面积S，增大板间介电常数均可使静电计指针偏角变小；
故选BD。
18. “测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准。用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图甲所示，其读数应为______mm；在图乙所示的实物图中，字母B所指区域叫固定刻度，字母所指部件的名称是______，字母G所指部件的功能是______。
【答案】 ①. 0.399##0.400##0.401 ②. 微调旋钮 ③. 制动测微螺杆的移动，使测微螺杆固定后方便读数
【解析】
【详解】[1]螺旋测微器的读数为0mm＋0.400mm＝0.400mm；
[2]字母所指部件的名称是微调旋钮；
[3]字母G所指部件是止动旋钮，它的功能是制动测微螺杆的移动，使测微螺杆固定后方便读数。
19. 某同学欲采用下列器材准确测定一个约20Ω的电阻的阻值。
A.直流电源（12V，内阻不计）；
B.开关、导线等；
C.电流表（0~3A，内阻约0.03Ω）：
D.电流表（0~0.6A，内阻约0.10Ω）；
E.电压表（0~3V，内阻约3kΩ）；
F.电压表（0~15V，内阻约15kΩ）；
G.滑动变阻器（0~5Ω，额定电流3A）：
（1）为了测量准确，电流表应选用______，电压表应选用______（选填器材前的字母）
（2）为了获得尽可能多的数据，该同学设计了测量电路图，依据所设计的测量电路图将图1中的元件连成实验电路______；
（3）闭合开关，逐次改变滑动变阻器滑动头的位置，记录与之对应的电流表的示数I、电压表的示数U。某次电流表、电压表的示数如图2所示。处理实验数据时，制作如图3所示的I—U坐标图，图中已标注出了几个与测量对应的坐标点。请将与图2读数对应的坐标点也标在图3中，并在图3中把坐标点连成图线______；
（4）根据图3描绘出的图线可得出这个电阻的阻值为R=______Ω。
【答案】 ①. D ②. F ③. ④. ⑤. 18
【解析】
【详解】（1）[1][2]实验中提供的直流电源为12V，为了确保电压表的安全与精度，电压表选择0~15V，即电压表选择F，通过电阻的电流的最大值约为
故为测量准确，确保电流表的安全与精度，电流表应选用D。
（2）[3]为了获得尽可能多的数据，控制电路采用滑动变阻器分压接法，根据上述器材，有
可知电流表的分压影响大，实验时应该排除电流表的分压影响，测量电路采用电流表外接法，测量电路图如图所示
依据所设计的测量电路图将图1中的元件连成实验电路如图所示
（3）[4]将与图2读数对应的坐标点标在图3中，连成图线如图所示
（4）[5]根据图3描绘出的图线可得出这个电阻的阻值为
三、解答题
20. 如图所示，一小型发电机内有n＝100匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻可忽略不计。在外力作用下矩形线圈在B＝0.10T匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴逆时针转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。（取3）
（1）判断如图所示位置线圈中的电流方向；
（2）写出从中性面开始计时电动势的瞬时值表达式；
（3）线圈匀速转动10s，求电流通过电阻R产生的焦耳热。
【答案】（1）电流方向为DCBAD；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据右手定则可判断如图所示位置线圈中的电流方向为DCBAD。
（2）线圈中感应电动势的最大值

从中性面开始计时电动势的瞬时值表达式为
（3）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流，电阻两端电压的有效值
经过电流通过电阻产生的焦耳热
解得
21. 做功与路径无关的场叫做势场，在这类场中可以引入“势”和“势能”的概念，场力做功可以量度势能的变化。例如静电场，如图所示，真空中静止正点电荷Q产生的电场中，取无穷远处的电势能为零，在距该电荷为r的位置放置电量为+q的电荷所具有的电势能为（式中k为静电力常量）。A、B为同一条电场线上的两点，A、B两点与电荷Q间的距离分别为r1和r2。
（1）求A点的电势；
（2）现将电荷量为+2q的检验电荷，由A点移至B点，求在此过程中，静电力所做的功W；
（3）如图所示，正电荷Q均匀分布在半径为R的金属球面上。以球心O为原点建立x轴，沿x轴上各点的电势用φ表示。选取无穷远处电势为零，在下列关于x轴上各点电势φ随位置x的变化关系图中选出正确的一项并说明理由。
【答案】（1）；（2）；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）A点的电势为
根据题意
解得
（2）根据功和能的关系得
根据题意得
解得
（3）金属球是一个等势体，等势体内部的电势处处相等；选取无穷远处电势为零，金属球外部电势随着x增大而减小。
故选A。
22. 如图所示，在电子枪右侧依次存在加速电场，两水平放置的平行金属板和竖直放置的荧光屏。加速电场的电压为，两平行金属板的板长为、板间距离为d，荧光屏到两平行金属板右侧距离为。电子枪发射的电子从两平行金属板的中央穿过，沿直线运动可打在荧光屏的中点O，电子质量为m、电荷量为e。不计电子进入加速电场前的速度及电子重力。
（1）求电子刚进入两金属板间时的速度大小；
（2）若两金属板间只存在竖直方向的匀强电场，两板间的偏转电压为，电子会打在荧光屏上某点，求该点距O点的距离Y；
（3）若只在两金属板间加垂直纸面向外的匀强磁场，，，使电子到达荧光屏的位置与O点距离最大，求此最大值和此时磁感应强度B的大小。
【答案】（1）；（2）；（3），
【解析】
【详解】（1）由动能定理可知
解得
（2）电子进入偏转区做类平抛运动，轨迹如图所示
沿初速度方向，有
在垂直初速度方向，有
其中
设电子离开偏转电场时，它速度偏向角为θ，则根据速度偏转角和位移之间的关系可知
解得
（3）偏转场区中只有匀强磁场时，电子进入磁场区受洛仑兹力作用做匀速圆周运动，经磁场偏转后，沿直线运动到荧光屏。磁场的磁感应强度越大，偏转越大，电子偏转的临界状态是恰好从上板的右端射出，做直线运动到达荧光屏。它的位置与O点距离即为最大值ym，如图所示
电子做圆周运动，由牛顿第二定律得
根据图示，由几何知识得
解得
进一步得
23. 电磁感应现象中产生的感应电动势，由于产生原因不同可分为感生电动势和动生电动势。如果感应电动势是由于导体运动而产生的，叫动生电动势；如果感应电动势是由感生电场产生的，叫感生电动势。以下是关于两类电动势的相关问题：
（1）如图1所示，固定于水平面上的金属框架abcd，处在竖直向下的匀强磁场中。金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。框架的ab与dc平行，MN的长度为l，在运动过程中MN始终与bc平行，且与框架保持良好接触，磁场的磁感应强度为B。在上述情景中，金属棒MN相当于一个电源，这时的非静电力与棒中自由电子所受洛伦兹力有关。请分别根据电动势的定义及法拉第电磁感应定律，从不同角度用两种方法证明金属棒MN中的感应电动势。
（2）空间存在有一圆柱形的匀强磁场区域，其横截面如图2所示，磁感应强度随时间按照图3所示的规律均匀变化。图中和为已知量。
a．用电阻为R的细导线做成半径为r的圆环（图中未画出），圆环平面垂直于该磁场，圆环的中心与磁场中心重合。圆环半径小于该磁场的横截面半径。求时圆环中的电流。
b．上述导体圆环中产生的电流，实际是导体中的自由电荷在感生电场力的作用下做定向运动形成的，而且自由电荷受到感生电场力的大小可以根据电动势的定义和法拉第电磁感应定律推导出来。现将导体圆环替换成一个用绝缘细管做成的半径为r的封闭圆形管道，且圆形管道的中心与磁场区域的中心重合（如图4所示）。管道内有一小球，小球质量为m，带电量为＋q。忽略小球的重力和一切阻力。t＝0时小球静止。求时感生电场的电场强度及管道对小球的弹力大小。
【答案】（1）见解析；（2）a．；b．；
【解析】
【详解】（1）方法一：电动势的定义
电动势定义为非静电力把单位电荷量的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功，对应着其他形式的能转化为电势能的大小。这里的非静电力为洛伦兹力（沿MN棒上的分力)，洛伦兹力（沿MN棒上的分力）做正功，针对电荷量为e的正电荷，静电力做功为
电动势大小为
方法二：法拉第电磁感应定律
穿过闭合回路的磁通量的变化量为
根据法拉第电磁感应定律
（2）a．磁感应强度变化率
根据法拉第电磁感应定律，有
根据闭合电路的欧姆定律
b．根据法拉第电磁感应定律有
根据电动势的定义有
解得感生电场的电场强度大小为
小球所受感生电场作用力为
在感生电场力的作用下。小球速度不断增加，将其转化为沿直线运动。小球做匀加速运动，加速度大小
根据运动学公式得
根据牛顿第二定律，得