2022-2023学年河北省石家庄市高二（上）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年河北省石家庄市高二（上）期末物理试卷

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1.  年月日，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

2.  国庆阅兵时，我国的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，机长为，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。下列说法正确的是(    )

A. 该机两翼端的电势差约为，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，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，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，北面机翼端飞行员右侧电势较高

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

A. 若电流正在减小，则电容器正在放电
B. 若电流正在增大，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
 

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，、两点连接在直流电源两端，已知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(    )

A.
B.
C.
D.

5.  在如图所示的平行金属板中，电场强度和磁感应强度相互垂直。一质量为、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

6.  如图所示，在等边三角形的三个顶点、、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，、中电流垂直纸面向外，中电流垂直纸面向里。已知为三角形中心，中的电流在处产生的磁感应强度大小为，则处的合磁感应强度的大小和方向是(    )

A. ，垂直于向左 B. ，垂直于向右
C. ，垂直于向左 D. ，垂直于向右

7.  在如图所示的电路中，电源的电动势、内阻，电动机的内阻为，滑动变阻器的总阻值为。闭合开关后，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。下列说法正确的是(    )

A. 电动机正常工作时，通过它的电流为
B. 电动机正常工作时，它的输出功率为
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到的电流
 

二、多选题（本大题共3小题，共18.0分）

8.  真空区域有宽度为、磁感应强度为的匀强磁场，磁场方向如图所示，、是磁场的边界。质量为、电荷量为的粒子不计重力沿着与夹角的方向射入磁场中，刚好没能从边界射出磁场。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
 

9.  如图所示，矩形线圈面积为，匝数为，线圈总电阻为，在磁感应强度为的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为。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，电阻两端电压瞬时值表达式为
C. 当线圈由图示位置转过的过程中，电阻上所产生的热量为
D. 当线圈由图示位置转过的过程中，通过电阻的电荷量为
 

10.  如图所示，在垂直于纸面向外、磁感应大小为的匀强磁场中，有一圆心为、半径为、电阻为的金属圆环，圆环置于纸面内。长为、电阻为的金属杆，可绕过圆心的转轴以恒定的角速度逆时针转动，端与环接触良好。圆心和圆环边缘上的点通过电刷与阻值为的电阻连接。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. 通过电阻的电流方向不变，且从到
C. 电流表示数的最大值为
D. 电流表示数的最小值为

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共18.0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。
为了使温度过高时报警器响铃，应接在        选填“”或“”处。
若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片向        选填“上”或“下”移动。
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

12.  某小组要测定一蓄电池的电动势和内阻，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
滑动变阻器最大阻值为；
待测蓄电池电动势约为；
开关一个，导线若干。
该小组连接了部分实物电路，如图甲所示，请补画完整。
甲图中，虚线框内的电表应选        选填“”或“”，虚线框内的定值电阻应选        选填“”或“”。
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的电动势        ，内阻        。结果均保留两位有效数字
 

四、简答题（本大题共2小题，共6.0分）

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，求：
输电线上通过的电流；
两个变压器原、副线圈的匝数比。
 

14.  如图甲所示，极板、间存在加速电场，环形磁场区域由两圆心都在点、半径分别为和的半圆盒和围成，该匀强磁场垂直于纸面向外，磁感应强度大小为。质量为、电荷量为的粒子不断从粒子源飘入初速度为加速电场，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。
为使粒子能够打到荧光屏上，求加速电压的最大值；
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点，如图乙所示，求、两点间的距离。

五、计算题（本大题共1小题，共10.0分）

15.  如图甲所示，在绝缘光滑水平桌面上，以为原点、水平向右为正方向建立轴，仅在区域内存在方向竖直向上的磁场，在内磁感应强度的大小与时间的关系如图乙所示。边长、电阻的正方形线框放在桌面上，且边平行于磁场边界。时刻，线框在沿轴方向的外力作用下开始进入磁场，直到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：
外力的大小；
在内流过线框横截面的电荷量；
在内，磁感应强度的大小与时间的关系。

答案和解析

1.【答案】 

【解析】解：太空单车的轮子应为导体，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，材料的电阻率会影响感应电流的大小，就是影响安培力的大小，故A错误；
B.轮子在磁场中做切割磁感线的运动，必须是导体材料才会产生感应电动势和感应电流，因此不能用绝缘材料替换，故B错误；
C.磁铁与轮子间的距离不变时，轮子转速越大，由可知，产生的感应电动势和感应电流越大，轮子受到的阻力安培力越大，故C错误；
D.磁铁与轮子间距离越小时磁铁越靠近飞轮，飞轮所在位置的磁感应强度越强，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，故D正确。
故选：。
明确太空单车原理，知道金属飞轮在磁场中运动的过程中产生感应电流，与磁场之间产生相互作用的电磁阻力，明确感应电流大小与速度大小的关系中，从而分析阻力大小。
研究电磁感应问题，常常有两条思路，一条是力的角度，一条是能量的角度，本题关键是弄清楚健身车的磁控阻力原理，知道阻力大小的决定因素。
 

2.【答案】 

【解析】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C正确，ABD错误；
故选：。
飞机在飞行时机翼切割磁感线，由可求得两翼间的电势差，由右手定则可判断两翼电势的高低。
本题主要是考查导体棒切割磁感应线产生的感应电动势的计算公式，掌握由右手定则判断电势的高低的方法，注意右手定则和左手定则的区别。
 

3.【答案】 

【解析】解：若电流正在减小，那么电容器正处在充电过程，故A错误；
B.若电流正在增大，电容器正处在放电过程，此时电容器上极板带负电，故B正确；
由振荡电路的频率公式：，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，故CD错误。
故选：。
图为振荡电路，当电容器充电后与线圈相连，电容器要放电，线圈对电流有阻碍作用，使得电量渐渐减少，而磁场慢慢增加，所以电场能转化为磁场能。根据振荡电路的频率公式即可解题。
本题考查了振荡电路充放电的特点以及在充放电过程中能量转化的特点，掌握了基本知识即可顺利解决此类问题。
 

4.【答案】 

【解析】解：由图，边与边并联在电路中，电阻之比：，电压相等，电流之比：，且边在磁场中等效长度为边长度，边受到安培力大小为，即
所以边受到安培力大小
则整个线框受到的安培力合力大小，故A正确，BCD错误。
故选：。
确定电路连接方式，确定边和边电流，根据安培力公式求安培力，再求整个线框受到的安培力合力。
本题解题关键是正确分析出电路的连接方式，判断出边在磁场中等效长度为边长度。
 

5.【答案】 

【解析】解：粒子匀速通过场区，根据平衡条件：
该粒子速度大小
故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，粒子受的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，故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，故C正确；
D.根据平衡条件，粒子匀速穿过场区与电荷量大小无关，若仅将该粒子带电荷量改为，仍从左侧沿虚线射入，粒子仍能匀速通过场区，故D错误。
故选：。
粒子匀速通过场区，根据平衡条件，求粒子速度大小；
从右侧沿虚线方向射入，粒子受的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；
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；
粒子匀速穿过场区与电荷量大小无关，粒子仍能匀速通过场区。
本题解题关键是通过受力情况、平衡条件，去解答问题，难度不高，是一道基础题。
 

6.【答案】 

【解析】解：中的电流在处产生的磁感应强度大小为，方向与水平方向成向右上，在处产生的磁感应强度方向与水平方向成向右下，在处产生的磁感应强度方向水平向右。
所以处的合磁感应强度：，方向垂直于向右。故ACD错误，B正确。
故选：。
先利用分别表示出、在点产生的磁感应强度，再通过右手定则分别判断出、在点产生的磁感应强度的方向，并对其进行合成，代换出的表达式，再分别求出、、三点在点产生的磁感应强度大小和方向，并进行合成即可。
本题考查磁感应强度的矢量合成，注意通过右手定则先判断产生的磁感应强度大小和方向，再对其进行矢量合成。
 

7.【答案】 

【解析】解：依题意，电源电动势等于电动机两端电压、滑动变阻器两端电压以及内电路两端电压之和。电动机是非纯电阻，欧姆定律不适用，电动机中的电流是根据与它串联的纯电阻元件计算。以滑动变阻器和电源内阻之和为研究对象，其电压为电动势减去电压表示数，电阻之和为，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，在输出机械能的同时线圈会发热，其输入功率为它的输出功率和内线圈发热功率之和。因此它的输出功率为，故B错误；
C.如果电动机突然被卡住，电动机不再输出机械能，电动机成为纯电阻，满足欧姆定律。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，内电路两端电压增大，路端电压将将减小，根据可知，电容器极板上的带电荷量将减小，电容器放电，则灵敏电流表中会有从到的电流，故D正确。
故选：。
电动机为非纯电阻，欧姆定律对电动机不适用，计算电路中的电流时利用除电动机外的纯电阻元件的电压和电流关系满足欧姆定律进行计算。电动机与纯电阻的区别就是它可以向外输出机械能，当电动机被卡住后，不能向外输出机械能只能发热，电动机也就成为纯电阻，这时欧姆定律对它才适用。
本题考查含有非纯电阻元件的电路问题的分析和计算。注意分析方法：利用除电动机外的纯电阻元件的电压和电流关系进行计算。
 

8.【答案】 

【解析】解：根据题意可以分析粒子到达边界时速度方向与边界线相切，画出运动的轨迹如图：

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；
粒子在磁场中运动的周期为：
由几何关系可知粒子转过的圆心角为，则粒子在磁场中运动的时间为：，故C错误，D正确。
故选：。
由题意画出正粒子的运动轨迹，由几何关系求出粒子的轨道半径，由洛伦兹力提供向心力求出速度，根据偏转角的大小求出运动时间。
带电粒子与矩形边成一定的角度射入磁场，本题考查的是当带电粒子恰好与另一边界相切时，先几何关系求出半径，再由洛伦兹力提供向心力求得粒子的速度，从偏转角的大小能求出时间。
 

9.【答案】 

【解析】解：、在图示位置，线圈中感应电动势有最大值
线圈中的电流瞬时值为
故A正确；
B、从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值
电阻两端电压瞬时值表达式为
故B错误；
C、电流的有效值为
由图示位置转过所用的时间
由焦耳定律得，电阻产生的焦耳热
故C正确；
D、由法拉第电磁感应定律得：
由闭合电路欧姆定律得：
由电流强度的定义式得：
由图示位置转过所用的时间
则通过电阻的电荷量为
故D错误。
故选：。
在图示位置，线圈中感应电动势有最大值，根据求解感应电动势的最大值，根据闭合电路欧姆定律求解电流的瞬时值；从图示位置开始计时，求解感应电动势的瞬时值，根据欧姆定律得到两端电压的瞬时值；根据正弦式交变电流规律求解电流的有效值，根据焦耳定律求解电阻上产生的热量；根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律求解电流的平均值，根据电流的定义式求解通过电阻的电荷量。
本题考查正弦式交变电流，解题关键是掌握正弦式交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值的计算方法，知道求解焦耳热时用有效值，求解通过电阻的电荷量时用平均值。
 

10.【答案】 

【解析】解：、金属杆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。
根据右手定则知道，金属杆的电流从到，则通过电阻的电流从到，故A错误，B正确；
D、当金属杆的端距点最远时，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。
C、当金属杆的端与点重合时，圆环接入电路中电阻最小为，回路中电阻最小，则电流最大，有：，故C正确；
故选：。
导体棒切割磁钢线，有右手定则确定电流方向，当位于最上端时圆环被接入的电阻为，整个电路的总电阻最小，通过的电流最大。当左右两部分电阻的阻值相等时，并联后有最大电阻，通过的电流有最小值；转动切割磁感线产生的电动势为，根据欧姆定律研究电流的大小。
本题是法拉第电磁感应定律应用的延伸情况，对于转动切割磁感线时感应电动势公式要在理解的基础记住，并要明确电路中电阻的变化情况，运用欧姆定律求解电流。
 

11.【答案】  上   

【解析】解：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处接通，故应接在处。
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，即滑片向上移动。
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：。
故答案为：；上；。
根据动态电路的分析方法分析判断；
根据电磁继电器的工作原理分析判断。
本题考查传感器的应用，要求掌传感器的特点，会根据闭合电路欧姆定律分析电路中物理量的变化。
 

12.【答案】       

【解析】解：线框外的电流表为，因为题中是将两电流表测量的电流作为干路电流，题中未给出电压表，需要将电流表与定值电阻串联，改装成电压表使用，线框内的电流表为，阻值较小，可作为限流电阻与电源串联，所以线框外定值电阻为，实物图连接如图所示

蓄电池的电动势为，电流表内阻已知，可与定值电阻串联，改装成量程为电压表，所以串联的定值电阻为；
故图中虚线框内的电表应选A，定值电阻选；
根据
整理得：
将图线延长与坐标轴交点情况如图所示

由图像可知


解得：；
故答案为：见解析；；；；。
根据实验原理连接实物图；
选择电流表和定值电阻改装成电压表；
根据闭合电路欧姆定律、结合图像分析计算。
本题考查测定电源电动势和内阻实验，要求掌握实验原理、电路设计和器材选择、数据处理。
 

13.【答案】解：输电线上损失的功率为
根据功率公式得：
代入数据解得，输电线通过的电流
升压变压器为理想变压器，有
代入数据解得：
升压变压器原、副线圈的匝数比
代入数据解得：
输电线上损失的电压
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
代入数据解得：
答：输电线上通过的电流为；
正压变压器原、副线圈的匝数比为：，降压变压器原副线圈匝数比为：。 

【解析】根据功率公式求解输电线上通过的电流；
根据求解升压变压器副线圈电压，根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比求解升压变压器的匝数比；根据欧姆定律求解输电线上损失的电压，根据串并联规律求解降压变压器原线圈两端电压，根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比求解降压变压器的匝数比。
本题考查远距离输电问题，解题关键是掌握变压器的变压规律和车串并联规律。
 

14.【答案】解：粒子在磁场中做匀速圆周运动，当粒子在磁场中运动的轨迹与半径为的半圆盒在点相切时，粒子在磁场中运动的半径最大设为，在磁场中运动的线速度最大设为，那么加速电压最大，粒子运动轨迹如图甲所示：

由几何关系得：
粒子在磁场中做匀速圆周运动所需向心力由洛伦兹力提供，根据牛顿第二定律得：

在电场加速过程，根据动能定理得：

联立解得：
设加速电压为时，粒子刚好打在荧光屏的中央点，粒子在磁场中的运动轨迹如图乙所示：

由几何关系可知粒子在磁场中的运动半径为：
当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点，轨迹圆心为，轨迹图如图丙所示：

其运动半径仍为，设、两点间距离为，根据几何关系有：
，已知：
解得：。
答：加速电压的最大值为；
、两点间的距离为。 

【解析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，当粒子在磁场中运动的轨迹与半径为的半圆盒在点相切时，粒子在磁场中运动的半径最大，在磁场中运动的线速度最大，那么加速电压最大，由几何关系求得运动半径，粒子在磁场中做匀速圆周运动所需向心力由洛伦兹力提供，根据牛顿第二定律求得粒子在磁场在运动的线速度，在电场加速过程，根据动能定理求解；
由几何关系求得粒子刚好打在荧光屏的中央的运动半径，当粒子进入磁场速度方向向左偏离方向的夹角为，其运动半径不变，根据几何关系求解。
本题考查了带电粒子在组合的磁场中的运动问题，理清粒子的运动规律，画出粒子运动轨迹图是解决本题的关键，处理粒子在磁场中运动问题，要会确定粒子做圆周运动的圆心、半径和圆心角。
 

15.【答案】解：由图可知，在时，磁感强度为大小为
感应电动势为
感应电流为
线框所受安培力
线框匀速运动有
代入数据解得
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
解得
在时间内，电荷量为
解得
两段时间通过线圈的感应电流方向相同，故总电荷量为
在内，线框匀速离开磁场，线框中的感应电流为，磁通量不变，有
在时，磁感强度大小为，此时的磁通量为
因此在时刻，磁通量为
解得
答：外力的大小；
在内流过线框横截面的电荷量；
在内，磁感应强度的大小与时间的关系。 

【解析】根据切割电动势、安培力公式以及欧姆定律，联立，结合图像，求力；
根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、电量计算式，联立，求电量；
根据磁通量定义式，结合题意，求磁通量，线框匀速离开磁场，线框中的感应电流为，磁通量不变，求磁感应强度。
本题考查学生对切割电动势、安培力公式、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律的掌握，解题关键是分析出在内，线框匀速离开磁场，线框中的感应电流为，磁通量不变。