2022-2023学年天津市第一中学高二上学期期末物理试题含解析

天津一中2022-2023-1高二年级物理学科期末质量调查试卷本试卷分为第Ⅰ卷（选择题）、第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共100分，考试用时60分钟。考生务必将答案涂写规定的位置上，答在试卷上的无效。祝各位考生考试顺利！一、单项选择题1. 以下物理课本上的图例，没有用到控制变量法的实验是（　　）A. 研究影响平行板电容器的影响因素B. 通过图分析电容器放电量C. 探究导体电阻与其影响因素的定量关系D. 研究磁场对通电导线作用力影响因素【答案】B【解析】【详解】A．平行板电容器可知电容影响因素有多个，故需要控制变量法，故A正确，不符合题意；B．电容器放电时满足可知不需要控制变量，故B错误，符合题意；C．探究导体电阻与其影响因素的定量关系可知需要控制变量，故C正确，不符合题意；D．研究磁场对通电导线作用力影响因素可知需要控制变量，故D正确，不符合题意。故选B。2. 如图小磁针在地磁场作用下静止时N极指向北方，现有一束电子由北向南匀速通过小磁针正上方，小磁针转动后再次静止时N极指向（　　）A. 北方 B. 西方 C. 西偏北方向 D. 北偏东方向【答案】C【解析】【详解】根据题意可知，小磁针在地磁场作用下静止时N极指向北方，此处磁场方向由南向北，现有一束电子由北向南匀速通过小磁针正上方，由右手螺旋定则可知，在小磁针处产生由东向西的磁场，则磁针转动后再次静止时N极指向西偏北方向。故选C。3. 法拉第圆盘发电机的示意图如图所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别于圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（　　）A. 若圆盘转动的角速度均匀增加，则电流大小恒定B. 若从上往下看，圆盘顺时针转动，则电流沿b到a的方向流过RC 若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D. 若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的4倍【答案】D【解析】【详解】A、铜盘转动产生的感应电动势为：，若ω增大，E增大，电流大小增大，故A错误；
B、由右手定则可知，回路中电流方向不变，若从上往下看，圆盘顺时针转动，由右手定则知，电流沿a到b的方向流过R，故B错误；
C、若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向不变，大小变化，故C错误；
D、若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，根据，可知回路电流变为原来2倍，根据可知电流在R上的热功率也变为原来的4倍，故D正确．4. 如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到（　　）A. 拨至M端或N端，圆环都向左运动B. 拨至M端或N端，圆环都向右运动C. 拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D. 拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动【答案】B【解析】【详解】无论开关S拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律（增反减同），右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。故选B。5. 如图一所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能随时间的变化规律如图二所示忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是（    ）A. 在图像中应有B. 加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大C. 粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D. 要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的面积【答案】D【解析】【详解】A．根据，粒子回旋周期不变，在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1，故A错误；BC．根据公式有故最大动能与加速电压无关，与加速次数无关，故BC错误；D．根据最大动能，与半径有关；面积增加，则半径增加，故D正确；故选D。6. 如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN．第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面积的电荷量为q1；第二次bc边平行于MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则（　　）A. Q1＞Q2，q1=q2 B. Q1＞Q2，q1＞q2 C. Q1=Q2，q1=q2 D. Q1=Q2，q1＞q2【答案】A【解析】【详解】设ab和bc边长分别为L1，L2，若假设穿过磁场区域的速度为v，， ；
同理可以求得：，；
L1＞L2，由于两次“穿越”过程均为相同速率穿过，因此：Q1＞Q2，q1=q2，故A正确，BCD错误．故选A．在电磁感应题目中，公式，常考，要牢记，选择题中可直接应用，计算题中要写出推导过程；对于电磁感应能量问题一般有三种方法求解：①利用电路中产生的热量等于克服安培力做得功；②利用动能定理；③利用能量守恒；具体哪种方法，要看题目中的已知条件. 7. 地面附近空间中存在着纸面内水平方向的匀强电场（图中未画出）和垂直于纸面向里的匀强磁场（如图所示）．一个带电油滴沿着一条与竖直方向成角的直线MN运动以下说法中不正确的是（    ）A. 油滴一定做匀速直线运动B. 油滴一定从M到N运动C. 油滴一定受水平向左的电场力D. 油滴一定受垂直MN斜向右上的洛伦兹力【答案】B【解析】【详解】根据做直线运动的条件和受力情况（如图所示）可知，油滴一定受垂直 MN 斜向右上的洛伦兹力，如果油滴带正电，由左手定则判断可知，油滴的速度从M点到N点，此时电场力向左；如果油滴带负电，由左手定则判断可知，油滴的速度从N点到M点，此时电场力向左；故B错误，CD正确．
油滴做直线运动，则所受的电场力、重力以及洛伦兹力都应该是恒定不变的，则油滴做匀速直线运动，选项A正确；此题选择不正确的选项，故选B．8. 如图所示，在半径为R的圆形匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于圆平面向里，PQ为磁场圆的一直径。比荷相同不计重力的负离子a和b以相同速率，由P点在纸平面内分别与PQ夹角和沿PQ射入磁场中发生偏转后，又飞出磁场，则下列说法正确的是（　　）A. a和b离子射出磁场时动能一定相等B. a和b离子在磁场中所受洛伦兹力大小相等C. 如果离子a从Q点射出磁场，则离子b在磁场中的运动半径为RD. 如果离子b射出磁场时偏转角为90°，则离子a和b在磁场中的运动时间比为【答案】D【解析】【详解】A．洛伦兹力不做功，离子比荷相同但质量不一定相同，由于离子的速率相同，根据动能公式可知，离子的动能不一定相等，故A错误；B．离子在磁场中受到的洛伦兹力为由于离子速率相同，比荷相同，但电荷量不一定相同，故在磁场中所受洛伦兹力大小不一定相等，故B错误；C．如果离子a从Q点射出磁场，则离子a在磁场中做圆周运动轨道半径为离子在磁场中做圆周运动洛伦兹力提供向心力，则解得离子速率相同，比荷相同，故离子在磁场中做圆周运动的轨道半径相同，则离子b在磁场中的运动半径为，故C错误；D．如果离子b射出磁场时偏转角为90°，则离子b做圆周运动的轨道半径为由于离子在磁场中做圆周运动的轨道半径相同，则离子a的运动轨迹如图所示由几何知识可知，离子a转过的圆心角为由于离子速率相同，比荷相同，则离子在磁场中做圆周运动的周期也相同，离子在磁场中做圆周运动的时间为故离子a和b在磁场中的运动时间比为故D正确。故选D。二、多项选择题9. 如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界，为其对称轴。一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd，回路在纸面内以恒定速度向右运动，当运动到关于对称的位置时（　　）A. 穿过回路的磁通量为零 B. 回路中感应电动势大小为0C. 回路中感应电流的方向为顺时针方向 D. 回路中ab边与cd边所受安培力方向相同【答案】AD【解析】【详解】A．两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反，当运动到关于对称的位置，穿过回路的磁通量为零，故A正确；BC．ab边与cd边均切割磁感线，相当于两个电源，根据右手定则可知，路中感应电流的方向为逆时针方向，两电源串联，感应电动势为，故BC错误；D．根据左手定则可知，回路中ab边与cd边所受安培力方向相同，均向左，故D正确。故选AD。10. 如图所示，左右边界分别为PP′、QQ′的匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。一个质量为m、电荷量为q的粒子，沿图示方向以速度v0垂直射入磁场。欲使粒子不能从边界QQ′射出，粒子入射速度v0的最大值可能是（　　）A.  B.  C.  D. 【答案】BC【解析】【分析】【详解】粒子射入磁场后做匀速圆周运动，由R=知，粒子的入射速度v0越大，R越大，当粒子的径迹和边界QQ′相切时，粒子刚好不从QQ′射出，此时其入射速度v0应为最大。若粒子带正电，其运动轨迹如图a所示（此时圆心为O点），根据几何关系有R1cos45°＋d=R1且R1=联立解得v0=若粒子带负电，其运动轨迹如图b所示（此时圆心为O′点），根据几何关系有R2＋R2cos45°=d且R2=联立解得v0=故选BC。11. “天问一号”环绕器携带的磁强计用于测定磁场的磁感应强度，原理如图所示。电路有一段金属导体，它的横截面是宽a、高b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流。已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动。两电极M、N分别与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U。则关于磁感应强度的大小和电极M、N的正负说法正确的是（　　）A. M为正、N为负 B. M为负、N为正C. 磁感应强度的大小为 D. 磁感应强度的大小为【答案】BD【解析】【详解】AB．电流方向为沿x轴正方向，则自由电子沿x轴负方向移动，根据左手定则可判断自由电子在移动过程中受到沿z轴正方向的洛伦兹力，则电子向M极偏转，M极聚集负电荷，则M为负、N为正，A错误，B正确；CD．当M、N两级间的电场使电子运动时受力平衡的时候，电子不在偏转，则 解得自由电子运动速度大小为 根据电流的定义式有 联立以上公式有 C错误，D正确。故选BD。12. 如图所示，导体棒MN和正方形线框abcd是由粗细均匀的同种裸导体材料制成，MN可在ad边与bc边上无摩擦滑动，且接触良好，线框处于垂直纸面向里的匀强磁场中。当MN棒由靠ab边处向cd边匀速移动的过程中，下列说法中正确的是（　　）A. MN棒中电流先减小后增大 B. MN棒两端电压先增大后减小C. MN棒上拉力的功率先增大后减小 D. 矩形线框中消耗的电功率先增大后减小【答案】ABD【解析】【详解】A．导体棒匀速运动过程中可得产生的感应电动势不变；根据电路知识可得导体棒MN向右运动的过程中，外电阻先增大后减小，电源内阻不变，当导体棒运动到线框中间位置时，外电阻的电阻最大；MN棒中电流为可得MN棒中电流先减小后增大，A正确；B．MN棒两端电压为路端电压，外电阻先增大后减小可得MN棒两端电压先增大后减小，B正确；C．导体棒匀速运动，拉力的功率等于电路中的总功率，根据可得拉力的功率先减小后增大，C错误；D．设正方形线框每条边的电阻阻值为，根据前面分析可得当导体棒运动到线框中间位置时，此时外电路电阻为同时有当导体棒在最左边和最右边时，外电阻为可得MN棒由靠ab边处向cd边匀速移动的过程中，外电路电阻从增大到再减小到；根据电路知识可得当外电阻等于电源的内阻时，电源的输出功率最大，所以可得线框中消耗的电功率先增大后减小，D正确。故选ABD。第Ⅱ卷三、填空题13. 如图所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感强度为B。一根长度大于2r的导线MN以速率v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电阻为R，其余电阻不计，求MN从圆环的左端切线滑到右端切线的过程中，流过电阻R上的电量为________，该过程中电流的最大值为________。【答案】    ①.     ②. 【解析】【详解】[1]导线MN切割磁感线，产生感应电动势，电路有感应电流，导线MN从圆环的左端切线滑到右端切线的过程中，流过电阻R上的电量为 [2]当MN经过圆心，和直径重合时，有效切割长度最大，此时感应电流最大，为14. 回答一下关于欧姆表的相关问题（1）虚线框内是欧姆表的内部电路，红、黑表笔分别插入正、负插孔。以下欧姆表的电路结构图正确的是____________（2）如果上图中电流表的满偏电流，内阻，可变电阻R的最大阻值为，电池的电动势，内阻，按正确使用方法测量电阻的阻值，指针指在刻度盘的正中央，则________，可变电阻的接入阻值________，若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述，其测量结果与原结果相比将_________（填“变大”、“变小”或“不变”）。（3）使用多用电表的欧姆挡测电阻时，下列说法正确的是____________A.测量前应检查指针是否指在“”刻度线的“”处B.测每一个电阻都要重新进行一次欧姆调零C.在外电路，电流从红表笔流经被测电阻到黑表笔D.测量时若指针偏转很小应换倍率更大的挡进行测量【答案】    ①. A    ②. 0.5    ③. 299    ④. 变大    ⑤. AD#DA【解析】【详解】（1）[1]由于要保证电流在表头中由红进黑出，故红表笔应接电源的负极，黑表笔接电源的正极，并且在测量电阻时要进行欧姆调零，故应串接滑动变阻器。故选A。（2）[2] 当两表笔短接时，电流表应调至满偏电流，设此时欧姆表的内阻为，则有解得当指针指在刻度盘的正中央时，有可得代入数据可得[3]可变电阻的接入阻值为[4] 当电池电动势变小，内阻变大时，欧姆表需要重新调零，由于满偏电流不变，由公式可知欧姆表内阻得调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由可知当变小时，I变小，指针跟原来的位置相比偏左了，故欧姆表的示数变大了。（3）[5] A．测量前应检查指针是否指在“”刻度线的“”处。故A正确；B．每换一次挡位，都要进行一次欧姆调零故B错误；C．在测量电阻时，电流从黑表笔流出，经被测电阻到红表笔，再流入多用电表。故C错误；D．测量时若发现表针偏转的角度较小，应该更换倍率较大的挡来测量。故D正确。故选 AD15. 为测定干电池的电动势和内阻，实验室提供的实验器材如下：A．完全相同的干电池2节，每节干电池的电动势为1.5V左右，内阻较小B．电流表A1（量程为0.6A，内阻约0.5Ω）C．滑动变阻器R3（0—10Ω，10A）D．滑动变阻器R4（0—100Ω，1A）E．电流表G（量程为3.0mA，Rg= 10Ω）F．定值电阻R1= 990ΩG．定值电阻R2= 90ΩH．定值电阻R0= 3.0ΩI．开关S和导线若干（1）实验电路的原理图甲，在进行实验时，滑动变阻器应选用________，与电流表G串联的定值电阻应选用_________。（填写实验器材前的字母）（2）根据实验测得数据作出I2—I1图线，如图乙所示，其中I2为通过电流表G的电流，I1为通过电流表A1的电流。根据该图线可知每节干电池的电动势为________V，内阻为________Ω。（均保留两位有效数字）【答案】    ①. C    ②. F    ③. 1.5    ④. 1.0【解析】【详解】（1）[1][2]滑动变阻器的阻值应与电路中其它电阻比较接近方便控制电路，所以选最大阻值较小的滑动变阻器C；将电流表G与定值电阻串联，改装成量程约为3V的电压表，所以应串联的电阻为所以定值电阻选择F。（2）[3][4]根据闭合电路欧姆定律可得整理可得结合图像可得，解得，四、计算题16. 如图甲所示，水平面上固定一个10匝的边长为、总电阻为的正方形线圈，线圈端点a、b通过导线与间距为的足够长平行倾斜金属导轨相连，导轨与水平方向的夹角，金属杆MN质量为，电阻为，放在导轨足够高处与导轨垂直且接触良好。已知整个线圈处于竖直向下的磁场中，磁感应强度随时间的变化如图乙所示，从时刻起该磁场不再变化；倾斜导轨处于垂直于轨道平面向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为，忽略其余电阻，重力加速度为，已知时间内金属杆MN刚好不下滑，设最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，求：（1）时间内，ab两点之间的电势差；（2）MN从开始下滑到速度过程中，沿导轨下滑的距离为，求该过程MN上产生的焦耳热【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）根据题意，由法拉第电磁感应定律可得，感应电动势为代入数据解得感应电流为由楞次定律可知，点电势高于点电势，则ab两点之间的电势差为（2）根据题意，设金属杆MN与导轨间的滑动摩擦力为，由平衡条件有解得从开始下滑到速度过程中，沿导轨下滑的距离为，设此过程中导体棒克服安培力做的功为，由动能定理有解得根据功能关系可知产生的总焦耳热为该过程MN上产生的焦耳热17. 如图所示，管长为L的竖直光滑绝缘管固定在水平地面上的小车上，管内底部有一小球，直径比管的内径略小，小球质量，电荷量，在管口所在水平面ab的下方存在着垂直纸面向里、磁感应强度的匀强磁场，ab面上方存在着垂直纸面向外、磁感应强度的匀强磁场，ab上下的整个区域还存在着竖直向上、场强的匀强电场。现让小车始终保持的速度匀速向右运动，一段时间后，小球运动到管口，此时测得小球对管侧壁的弹力。取，不计空气阻力。求：（1）小球刚进入磁场时的加速度大小a；（2）绝缘管的长度L（保留三位有效数字）；（3）小球离开管口后每次经过水平面ab时小球距管口的距离。【答案】（1）；（2）0.167m；（3） （n=1，2，3…）【解析】【详解】（1）小球刚进入磁场时，重力和电场力二力平衡 所以洛伦兹力就是小球的合力，根据牛顿第二定律得 解得 （方向竖直向上）（2）小球在水平方向做匀速直线运动，所以竖直向上的洛伦兹力不变，小球在竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动，设运动到管口时的竖直速度大小为，此时水平方向受力平衡，有解得 根据运动学公式有 解得 （3）小球刚离开管口时，速度为 （与水平面夹角为45°，斜向右上方）因为重力和电场力二力平衡，所以小球在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，设轨迹半径为R，运动周期为T，其轨迹见下图，M点为刚离开管开口的位置，N点为第一次返回ab面的位置，由几何关系得，对小球有 解得 M点到N点的距离为 小球由M点到N点的时间为 在这段时间内，管口水平向右走过的距离为 则小球离开管口后第一次经过水平面ab时小球距管口的距离为 同理得小球每经过一次水平面ab，小球和管口的距离就增加，则小球离开管口后第n次经过水平面ab时小球距管口的距离为 （n=1，2，3…）