2022-2023河北省石家庄市高二上学期期末教学质量检测物理试题含解析

  石家庄市2022~2023学年度第一学期期末教学质量检测

高二物理

一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。

1. 2021年9月3日，聂海胜示范了太空踩单车，如图甲所示。太空单车是利用电磁阻尼的一种体育锻炼器材，其原理如图乙所示。在铜质轮子的外侧有一些磁铁（与轮子不接触），在健身时带动轮子转动，磁铁会对轮子产生阻碍，磁铁与轮子间的距离可以改变。下列说法正确的是（   ）

A. 轮子受到的阻力大小与其材料电阻率无关

B. 若轮子用绝缘材料替换，也能保证相同的效果

C. 磁铁与轮子间距离不变时，轮子转速越大，受到的阻力越小

D. 轮子转速不变时，磁铁与轮子间距离越小，受到的阻力越大

【答案】D

【解析】

【详解】A．轮子（导体）在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，根据楞次定律可知，磁场会对运动的轮子产生阻力，以阻碍轮子与磁场之间的相对运动，所以轮子受到的阻力主要来源于磁铁对它的安培力，安培力大小与电阻率有关，A错误；

B．轮子（导体）在磁场中做切割磁感线的运动，会产生感应电动势和感应电流，因此不能用绝缘材料替换，B错误；

C．磁铁与轮子间的距离不变时，轮子转速越大，产生的感应电流越大，轮子受到的阻力越大，C错误；

D．磁铁越靠近飞轮，飞轮处于的磁感应强度越强，所以在飞轮转速一定时，磁铁越靠近飞轮，飞轮上产生的感应电动势和感应电流越大，飞轮受到的阻力越大，D正确。

故选D。

2. 国庆阅兵时，我国的JH-7型歼击轰炸机在天安门上空沿水平方向自东向西呼啸而过。该机的翼展为12.7m，机长为22.3m，北京地区地磁场的竖直分量为，该机水平飞过天安门时的速度为238m/s。下列说法正确的是（　　）

A. 该机两翼端的电势差约为0.25V，南面机翼端（飞行员左侧）电势较高

B. 该机两翼端的电势差约为0.25V，北面机翼端（飞行员右侧）电势较高

C. 该机两翼端的电势差约为0.14V，南面机翼端（飞行员左侧）电势较高

D. 该机两翼端的电势差约为0.14V，北面机翼端（飞行员右侧）电势较高

【答案】C

【解析】

【详解】歼击轰炸机在天安门上空沿水平方向自东向西飞行时，只有机翼切割地磁场的竖直分量，故感应电动势大小为

根据右手定则可知南面机翼端（飞行员左侧）电势较高。

故选C。

3. 在LC振荡电路中，某时刻电流i的方向如图所示，下列说法正确的是（　　）

A. 若电流i正减小，则电容器正在放电

B. 若电流i正在增大，此时电容器上极板带负电

C. 若仅增大线圈的自感系数，振荡频率增大

D. 若仅增大电容器的电容，振荡频率增大

【答案】B

【解析】

【详解】A．若电流i正在减小，则电容器正在充电。A错误；

B．若电流i正在增大，此时电容器上极板带负电，B正确；

CD．由，可知若仅增大线圈的自感系数，振荡频率减小，若仅增大电容器的电容，振荡频率减小，CD错误。

故选B。

4. 如图所示，材料相同、粗细均匀的金属丝构成的正方形线框ABCD固定在垂直纸面向里的匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，A、B两点连接在直流电源两端，已知AB边受到的安培力大小为F，则整个线框受到的安培力的合力大小为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】由图可知，ADCB边与AB边并联接在整个电路中，电阻之比3:1，电流之比1:3，且ADCB边在磁场中的等效长度也为AB边长度，因为AB边受到的安培力大小为F，即

所以ADCB边受到的安培力大小为

则整个线框受到的安培力的合力大小为

故选A。

5. 在如图所示的平行金属板中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一质量为m、电荷量为的带电粒子，以一定的速度从左侧沿虚线方向匀速通过此场区，不计带电粒子的重力，下列说法正确的是（　　）

A. 该粒子的速度大小为

B. 若该粒子保持速度大小不变从右侧沿虚线方向射入，粒子仍能匀速通过场区

C. 若仅将该粒子带电荷量改为，仍从左侧沿虚线射入，则粒子仍能匀速通过场区

D. 若仅将该粒子带电荷量改为，仍从左侧沿虚线射入，则粒子不能匀速通过场区

【答案】C

【解析】

【详解】A．粒子匀速通过此场区，则有

解得该粒子的速度大小

选项A错误；

B．若该粒子保持速度大小不变从右侧沿虚线方向射入，粒子受电场力和洛伦兹力均向下，受力不平衡，粒子不能匀速通过场区，选项B错误；

C．若仅将该粒子带电荷量改为，仍从左侧沿虚线射入，粒子受的电场力和洛伦兹力均反向，受力平衡，粒子仍能匀速通过场区，选项C正确；

D．由可知，粒子匀速穿过场区与电荷量大小无关，因此若仅将该粒子带电荷量改为，仍从左侧沿虚线射入，则粒子仍能匀速通过场区，选项D错误。

故选C。

6. 如图所示，在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条垂直纸面方向的长直导线，导线中通有大小相等的恒定电流，a、b中电流垂直纸面向外，c中电流垂直纸面向里。已知O为三角形中心，a中的电流在O处产生的磁感应强度大小为，则O处的合磁感应强度的大小和方向是（　　）

A. ，垂直于cO向左

B. ，垂直于cO向右

C. ，垂直于cO向左

D. ，垂直于cO向右

【答案】B

【解析】

【详解】a中的电流在O处产生的磁感应强度大小为，方向与水平方向成向右上，b在O处产生的磁感应强度方向与水平方向成向右下，c在O处产生的磁感应强度方向水平向右，所以O处的合磁感应强度

方向垂直于cO向右。

故选B。

7. 在如图所示的电路中，电源的电动势、内阻，电动机M的内阻为，滑动变阻器的总阻值为。闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片置于正中间时，电动机恰好正常工作，理想电压表的示数为3V。下列说法正确的是（　　）

A. 电动机正常工作时，通过它的电流为1.5A

B. 电动机正常工作时，它的输出功率为4.5W

C. 如果电动机突然被卡住，电压表的示数将增大

D. 如果电动机突然被卡住，灵敏电流表中会有从B到A的电流

【答案】D

【解析】

【详解】A．依题意，根据闭合电路欧姆定律，可得电动机正常工作时，通过它的电流为

故A错误；

B．电动机正常工作时，它的输出功率为

故B错误；

C．如果电动机突然被卡住，根据闭合电路欧姆定律可得此时电路中的电流为

此时电压表的示数为

故电压表示数将减小，故C错误；

D．电容器两端的电压为电源的路端电压，由选项C分析可知，如果电动机突然被卡住，干路电流增大，路端电压将将减小，根据可知，电容器极板上的电荷量将减小，电容器放电，则灵敏电流表中会有从B到A的电流，故D正确。

故选D。

二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。

8. 真空区域有宽度为、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向如图所示，MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为的粒子（不计重力）沿着与MN夹角的方向射入磁场中，刚好没能从PQ边界射出磁场。下列说法正确的是（　　）

A. 粒子射入磁场的速度大小为

B. 粒子射入磁场的速度大小为

C. 粒子在磁场中运动的时间为

D. 粒子在磁场中运动的时间为

【答案】AD

【解析】

【详解】AB．根据题意可以分析粒子到达PQ边界时速度方向与边界线相切，如图所示

则根据几何关系可知

在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力

解得

故A正确，B错误；

CD．由粒子运动轨迹可知粒子转过的圆心角为，粒子在磁场中运动的周期为

则粒子在磁场中运动的时间为

故C错误，D正确。

故选AD。

9. 如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。下列说法正确的是（　　）

A. 在图示位置，线圈中的电流瞬时值为

B. 从图示位置开始计时，电阻R两端电压瞬时值表达式为

C. 当线圈由图示位置转过90°的过程中，电阻R上所产生的热量为

D. 当线圈由图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量为

【答案】AC

【解析】

【详解】A．在图示位置，线圈中感应电动势有最大值

在图示位置，线圈中的电流瞬时值为

B．从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值

从图示位置开始计时，电阻R两端电压瞬时值表达式为

B错误；

C．电流的有效值为

由图示位置转过所用的时间

电阻R产生的焦耳热

C正确；

D．由

、、

由图示位置转过所用的时间

得电荷量为

D错误。

故选AC。

10. 如图所示，在垂直于纸面向外、磁感应大小为B的匀强磁场中，有一圆心为O、半径为r、电阻为2R的金属圆环，圆环置于纸面内。长为r、电阻为的金属杆OM，可绕过圆心O的转轴以恒定的角速度逆时针转动，M端与环接触良好。圆心O和圆环边缘上的K点通过电刷与阻值为R的电阻连接。忽略电流表和导线的电阻，下列说法正确的是（  ）

A. 通过电流表的电流的大小和方向做周期性变化

B. 通过电阻R的电流方向不变，且从a到b

C. 电流表示数的最大值为

D. 电流表示数的最小值为

【答案】BCD

【解析】

【详解】AB．金属杆OM匀速转动切割磁感线产生感应电动势为

可知感应电动势恒定，故通过电流表的电流的大小和方向不变，根据右手定则知，金属杆的电流从O到M，则通过电阻R的电流从a到b，故A错误，B正确；

C．当M端与K点重合时，圆环接入电路中电阻最小为0，回路中电阻最小，则电流最大，有

故C正确；

D．当M端距K点最远时，圆环被分为相等的两半并联接入电路，此时圆环接入电路的电阻最大为

回路中总电阻最大，则电流最小，有

故D正确。

故选BCD。

三、非选择题：共54分。

11. 某同学在做“利用传感器制作简单的自动控制装置”的实验中，所用热敏电阻的阻值随温度升高而减小，由该热敏电阻作为传感器制作的自动报警器原理图如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路。

（1）为了使温度过高时报警器响铃，c应接在______（选填“a”或“b”）处。

（2）若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P向______（选填“上”或“下”）移动。

（3）如果报警器达到报警温度时，无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器响铃，检查后发现电路连接完好，各电路元件完好，则造成电路不能正常工作的原因可能是______。

A．控制电路中电源的电动势过小

B．继电器中线圈匝数过多

C．继电器中弹簧劲度系数过大

【答案】    ①. b    ②. 上    ③. AC##CA

【解析】

【详解】（1）[1]温度升高时热敏电阻阻值减小，控制电路中的电流增大，则电磁铁的磁性增强，将衔铁吸引下来与下方b处接通，故c应接在b处。

（2）[2] 若要使启动报警的温度降低些，相当于增大临界状态的热敏电阻阻值，为了仍等于电磁铁将衔铁吸引下来的电流临界值，则需要减小滑动变阻器的阻值，即滑片P向上移动。

（3）[3]A．警器响铃的条件是控制电路中的电流大于等于临界值，控制电路中电源的电动势过小，即使无论如何调节滑动变阻器的滑片P都无法使电路中的电流升高到临界值。故A正确；

B．继电器中线圈匝数过多，使电磁铁磁性更强，更容易使报警器报警，故B错误；

C．继电器中弹簧劲度系数过大时，电磁铁在到达临界条件的电流时，引力无法将衔铁吸引下来。故C正确。

故选AC。

12. 某小组要测定一蓄电池的电动势E和内阻r，实验器材如下：

电流表（量程为，内阻为）；

电流表（量程为，内阻约为）；

定值电阻（阻值为）；

定值电阻（阻值为）

滑动变阻器R（最大阻值为）；

待测蓄电池（电动势约为）；

开关S一个，导线若干。

（1）该小组连接了部分实物电路，如图甲所示，请补画完整_________。

（2）甲图中，虚线框内电表应选______（选填“”或“”），虚线框内的定值电阻应选______（选填“”或“”）。

（3）电流表示数用表示，电流表示数用表示，该小组多次改变滑动变阻器滑片位置，得到了多组、数据，并作出图像如图乙所示。根据图像可知该蓄电池电动势______V，内阻______。（结果均保留两位有效数字）

【答案】    ①.     ②.     ③.     ④. 2.1    ⑤. 1.4

【解析】

【详解】（1）[1]该实验是测定一蓄电池的电动势和内阻，需要使用电压表，因此需要将电流表改装成电压表，故实验电路连接图如下

（2）[2]图中虚线框内电流表通过的电流比较大，应选择量程大的电流表的A2，A1用来改装成电压表；

[3]蓄电池的电动势为2V，改装后电压表量程为2V，所以串联电阻大小为

故选R2；

（3）[4][5]根据闭合回路欧姆定律可得

整理得

如图所示

由图可得

解得

13. 某水电站发电机的输出功率，发电机的输出电压，通过理想升压变压器升压后向远处输电，输电示意图如图所示。输电线的总电阻，在用户端用理想降压变压器把电压降为。若输电线上损失的功率为5kW，求：

（1）输电线上通过的电流；

（2）两个变压器原、副线圈的匝数比。

【答案】（1）；（2），

【解析】

【详解】（1）输电线上损失的功率为，根据

得输电线通过的电流

（2）升压变压器为理想变压器，有

又

得

输电线上损失的电压

升压变压器原、副线圈的匝数比

得

降压变压器原线圈两端电压

降压变压器原、副线圈的匝数比

得

14. 如图甲所示，极板、PQ间存在加速电场，环形磁场区域由两圆心都在O点、半径分别为2a和4a的半圆盒和围成，该匀强磁场垂直于纸面向外，磁感应强度大小为B。质量为m、电荷量为的粒子不断从粒子源S飘入（初速度为0）加速电场，经电场加速后沿的中垂线从极板上小孔射入磁场后打到荧光屏上。不计粒子的重力和粒子间相互作用，打到荧光屏上的粒子均被吸收。

（1）为使粒子能够打到荧光屏上，求加速电压的最大值；

（2）已知加速电压为某一恒定值时，粒子刚好打在荧光屏的中央，保持加速电压不变，由于粒子进入磁场时速度方向在纸面内向左偏离方向一定角度，且，粒子打到了荧光屏上的D点，如图乙所示，求、D两点间的距离。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）当粒子在磁场中运动的轨迹与半径为4a的半圆盒在点相切时，粒子在磁场中运动的半径有最大值，设半径为，如图甲所示

由几何关系可知

根据牛顿第二定律有

根据动能定理有

解得

（2）设荧光屏的中点为C，加速电压为时粒子在磁场中的运动轨迹如图乙所示

由题意可知该粒子的运动半径为

设粒子进入磁场速度方向向左偏离方向的夹角为，粒子打在荧光屏上的D点，轨迹圆心为，如图丙所示

其运动半径仍为，设、D两点间距离为d，根据几何关系有

且

解得

15. 如图甲所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正方向建立x轴，仅在区域内存在方向竖直向上的磁场，在内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图乙所示。边长=、电阻的正方形线框abcd放在桌面上，且cd边平行于磁场边界。时刻，线框在沿x轴方向的外力F作用下开始进入磁场，直到ab边进入磁场时撤去外力，若在内线框始终以的速度做匀速运动。求：

（1）外力F的大小；

（2）在内流过线框横截面的电荷量q；

（3）在内，磁感应强度B的大小与时间t的关系。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）由图可知，在时，磁感强度为大小为

感应电动势为

感应电流

线框所受安培力

线框匀速运动有

代入数据解得

（2）根据法拉第电磁感应定律有

根据闭合电路欧姆定律有

则在流过线框横截面的电荷量为

在内，电荷量为

在时间内，电荷量为

两段时间通过线圈的感应电流方向相同，故总电荷量为

（3）在内，线框匀速离开磁场，线框中的感应电流为0，磁通量不变，有

在时，磁感强度大小为，此时的磁通量为

因此在t时刻，磁通量为

解得