甘肃省兰州第一中学2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试卷(含答案)

这是一份甘肃省兰州第一中学2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试卷(含答案)，共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。


一、单选题
1．下列有关物理学史的说法，其中正确的是( )
A.法拉第发现了电流的磁效应
B.安培提出了著名的分子电流假说
C.奥斯特首先发现了电磁感应现象
D.洛伦兹发现磁场对通电导线有作用力
2．图示为长度相同的通电直导线放在磁感应强度大小相等的匀强磁场中，已知通电直导线中的电流均为I，长度均为L，磁感应强度均为B，则通电导线受到的安培力的是( )
A.B.C.D.
3．如图所示，在水平桌面上有一金属圆环，在它圆心正上方有一条形磁铁（极性如图所示），当条形磁铁下落时，可以判定( )
A.环中将产生俯视顺时针的感应电流B.环对桌面的压力将减小
C.环有面积减少的趋势D.磁铁将受到竖直向下的电磁作用力
4．如图所示，虚线框MNPQ内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。a、b、c是三个质量和电荷量都相等的带电粒子，它们从PQ边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。若不计粒子所受重力，则( )
A.粒子a带负电，粒子b、c带正电B.粒子c在磁场中的速度最大
C.粒子c在磁场中的加速度最大D.粒子c在磁场中运动的时间最长
5．某眼动仪可以根据其微型线圈在磁场中随眼球运动时所产生的电流来追踪眼球的运动。若该眼动仪线圈面积为S，匝数为N，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面最初平行于磁场，经过时间t后线圈平面逆时针转动至与磁场夹角为θ处，则在这段时间内，线圈中产生的平均感应电动势的大小和感应电流的方向（从左往右看）为( )
A.，逆时针B.，逆时针
C.，顺时针D.，顺时针
6．某国产直升机在我国某地上空悬停，长度为L的导体螺旋桨叶片在水平面内顺时针匀速转动（俯视），转动角速度为ω。该处地磁场的水平分量为，竖直分量为。叶片的近轴端为a，远轴端为b。忽略转轴的尺寸，则叶片中感应电动势为( )
A.，a端电势高于b端电势B.，a端电势低于b端电势
C.，a端电势高于b端电势D.，a端电势低于b端电势
7．中国环流器二号M装置 QUOTE （HL-2M）在成都建成并实现首次放电，该装置通过磁场将粒子约束在小范围内实现核聚变。其简化模型如图所示，半径为R和两个同心圆之间的环形区域存在与环面垂直的匀强磁场，核聚变原料氕核 和氘核均以相同的速度从圆心O沿半径方向射出，全部被约束在大圆形区域内。则氕核在磁场中运动的最大半径为( )
A.B.C. QUOTE D. QUOTE
二、多选题
8．利用电场、磁场控制电荷的运动，在现代科技领域有着广泛应用，如图所示，下列四种器件中（均不计粒子重力），关于带电粒子运动的说法正确的是( )
A.甲图中从左侧射入的粒子，无论正、负均有可能沿直线射出
B.乙图中等离子体进入上、下极板之间后上极板A带正电
C.丙图中通过励磁线圈的电流越小，电子的运动径迹半径越大
D.丁图中只要回旋加速器的D形盒足够大，加速粒子就能获得任意大的速度
9．如图所示电路中，电源内阻不计，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈，A和B是两个相同的小灯泡。则( )
A.闭合开关S时，A、B灯同时亮
B.闭合开关S时，B灯立即亮，A灯逐渐亮，最后一样亮
C.断开开关S时，A灯逐渐熄灭，B灯闪亮一下再熄灭
D.断开开关S时，通过B灯的电流方向发生改变
10．如图甲所示，一正方形单匝金属线框abcd放在光滑水平面上，水平面内两条平行直线MN、OP间存在垂直水平面的匀强磁场，时，线框在水平向右的外力F作用下紧贴MN从静止开始做匀加速运动，外力F随时间t变化的图线如图乙实线所示，已知线框质量、电阻，则( )
A.磁场宽度为4m
B.匀强磁场的磁感应强度为4T
C.线框右边即将穿出磁场瞬间，其两端的电势差
D.线框穿过整个磁场的过程中通过导线内某一横截面的电荷量为零
三、实验题
11．某中学实验小组利用如图所示电路探究“电磁感应现象”。
（1）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下，那么合上开关后进行下述操作时可能出现的情况是：
①将通电线圈A迅速插入感应线圈B时，灵敏电流计指针将________（选填“左偏”“不偏”“右偏”）。
②将通电线圈A插入感应线圈B后，将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，灵敏电流计指针将__________（选填“左偏”“不偏”“右偏”）。
（2）在上述实验中，如果感应线圈B两端不接任何元件，则感应线圈B中将________。
A.因电路不闭合，无电磁感应现象
B.有电磁感应现象，有感应电动势，但无感应电流
C.不能用楞次定律和安培定则判断感应电动势方向
12．用如图所示电路测量电源的电动势和内阻.实验器材：待测电源（电动势约3V，内阻约2Ω），保护电阻（阻值10Ω）和（阻值5Ω），滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。
实验主要步骤：
①将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；
②逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；
③以U为纵坐标，I为横坐标，做图线（U、I都用国际单位）；
④求出图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。
回答下列问题：
（1）电压表最好选用_______；电流表最好选用_______。
A.电压表（0~3V，内阻约15kΩ）B.电压表（0~3V，内阻约3kΩ）
C.电流表（0~200mA，内阻约2Ω）D.电流表（0~30mA，内阻约2Ω）
（2）选用k、a、和表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式________，_______，代入数值可得E和r的测量值。
四、填空题
13．（1）如图所示的游标卡尺，读数为_______mm；
（2）使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝的直径为_______mm；
（3）图中用3V量程时，表针的示数是______V；当使用15V量程时，图中表针示数为_______V。
五、计算题
14．如图所示，边长，宽，匝数匝的矩形线圈处在匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面向里，磁感应强度按的规律均匀减小，开始时开关S未闭合。已知定值电阻，线圈内阻。求：
（1）线圈产生的感应电动势E的大小；
（2）闭合开关S后，通过电阻R的电流大小和方向。
15．在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，，有一水平放置的光滑框架，宽度为L=0.4m，如图所示，框架上放置一质量为0.05kg、电阻为1Ω的金属杆cd，框架电阻不计。若杆cd在向右的水平外力作用下以恒定加速度由静止开始做匀变速运动，求：
（1）金属杆cd在5s末的速度大小；
（2）5s末的瞬时感应电动势E和瞬时感应电流I的大小；
（3）第5s末作用在杆cd上的水平外力的功率。
16．在如图所示的平面直角坐标系xOy中，第一象限有竖直向下的匀强电场，第三、四象限有垂直于纸面向外、磁感应强度大小不同的匀强磁场。一质量为m、电量为的带电粒子沿x轴正向以初速度从A（0，1.5l）点射入第一象限，偏转后打到x轴上的点，之后直接运动到点。已知第四象限匀强磁场的磁感应强度大小为不计粒子重力。
（1）求第一象限匀强电场的电场强度大小；
（2）求该粒子从A点运动到P点所用的时间；
（3）为使该粒子从P点经过第三象限磁场偏转后直接回到A点，求第三象限磁场的磁感应强度大小。
参考答案
1．答案：B
解析：AC.发现电流的磁效应即电生磁的是奥斯特，而法拉第的贡献是发现了电磁感应现象，AC错误；
B.安培认为在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流—分子电流，使每个微粒成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极，通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性，当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，两端显示较强的磁体作用，形成磁极，就被磁化了，当磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性，是因为激烈的热运动或振动使分子电流的取向又变的杂乱无章了，即分子电流假说，B正确；
D.首先提出磁场对通电导线有作用力的观点是安培，而洛伦兹首先提出磁场对运动电荷有作用力的观点，D错误。
故选B。
2．答案：A
解析：通电导线受到的安培力大小公式是
只有当B与I垂直时，F才等于，四个图中只有A图满足此条件，故BCD错误，A正确。
故选A。
3．答案：C
解析：A.根据楞次定律可知，由于条形磁铁下部极性为N极，可以确定环中感应电流的方向是逆时针的，故A错误；
BC.磁铁向下移动，穿过环中的磁通量增大，根据楞次定律可知，环有面积减少的趋势和向后退的趋势，则环对桌面的压力将增大，故B错误，C正确；
D.根据力的作用是相互的可知，磁铁将受到竖直向上的电磁作用力，故D错误。
故选C。
4．答案：D
解析：A.根据左手定则可知，粒子a带正电，粒子b、c带负电，故A错误；
BC.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有
得
粒子c的轨迹半径最小，速度最小，所以粒子c的加速度最小，故BC错误；
D.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有
且
解得
三个带电粒子的质量和电荷量都相等，故三个粒子在同一磁场中运动的周期相等，粒子c的轨迹对应的圆心角最大，所以粒子c在磁场中运动的时间最长，故D正确。
故选D。
5．答案：A
解析：经过时间t，线圈平面由最初平行于磁场处逆时针转动至与磁场夹角为θ处，磁通量的变化量的大小，由法拉第电磁感应定律可知线圈中产生的平均感应电动势的大小，由楞次定律和安培定则可判断出感应电流的方向为逆时针（从左往右看）。故选A。
6．答案：D
解析：我国某地上空地磁场方向有向下的分量，大小为，当螺旋桨叶片在水平面内顺时针匀速转动（俯视）时，根据右手定则可知，a端电势低于b端电势；大小为
故选D。
7．答案：A
解析：依题意，氕核、氘核全部被约束在大圆形区域内，根据，得，由于二者速度相同，根据半径与比荷的关系，可知气核，氘核在磁场中的轨迹半径之比为1:2。当氘核在磁场中运动轨迹刚好与磁场外边界相切时，氘核运动轨迹半径最大，由几何知识得，求得氘核的最大半径为，所以，氕核在磁场中运动的最大半径为，故选A。
8．答案：AC
解析：A.甲图中带正电的粒子从左侧射入复合场中时，受向下的电场力和向上的洛伦兹力，当两个力平衡时，带电粒子有可能沿直线射出；当带负电的粒子从左侧射入复合场中时，受向下的洛伦兹力和向上的电场力，当两个力平衡时，带电粒子有可能沿直线射出，A正确；
B.乙图中等离子体进入上下极板之间后，受到洛伦兹力作用，由左手定则可知，正粒子向B极板偏转，负粒子向A极板偏转，因此极板A带负电，极板B带正电，B错误；
C.丙图中通过励磁线圈的电流越小，线圈产生的磁场越弱，电子的运动由洛伦兹力提供向心力，则有
由上式可知，当电子的速度一定时，磁感应强度越小，电子的运动径迹半径越大，C正确；
D.丁图中只要回旋加速器的D形盒足够大，加速粒子就能获得较大的能量，具有较大的速度，可当能量达到25MeV~30MeV后就很难再加速了，原因是按照狭义相对论，粒子的质量随速度的增大而增大，而质量的变化会导致其回旋周期的变化，从而破坏了与电场变化周期的同步，因此加速粒子就不能获得任意速度，D错误。
故选AC。
9．答案：BD
解析：AB.闭合开关S时，电路中的电流从无到有，L发生自感B灯立即亮，A灯逐渐亮，最后一样亮，故A错误，B正确；
CD.L电阻可忽略，A和B是两个相同的小灯泡，在断开开关前，电路稳定之后，流过A和B两个小灯泡的电流大小相等；断开开关S时，L发生自感，A灯和B灯电路形成闭合回路，L给两灯供电；因此，B灯不会闪亮一下，A灯和B灯逐渐熄灭；且通过B灯的电流方向发生改变，故C错误，D正确；
故选BD。
10．答案：ACD
解析：A.第1s末后直到第2s末这段时间内，拉力F恒定为，此时线框在磁场中不受安培力，线框的加速度
由图知，线框右边在2s时刻刚好到达磁场右边界，则磁场宽度
故A正确；
B.当线框全部进入磁场的瞬间（时刻）有
根据法拉第电磁感应定律结合安培力公式有
代入数据解得
故B错误；
C.线圈全程做匀加速直线运动，线框右边即将穿出磁场瞬间，线框速度
其两端电势差为
故C正确；
D.线框穿过整个磁场的过程中，穿过线圈磁通量改变量为零，通过导线内某一横截面的电荷量

故D正确。
故选ACD。
11．答案：（1）①右偏②左偏（2）B
解析：（1）①在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下，说明当通过感应线圈B的磁通量增加时，产生的感应电流将使灵敏电流计的指针向右偏转；将通电线圈A迅速插入感应线圈B时，通过感应线圈B的磁通量增加，灵敏电流计指针将右偏。
②将通电线圈A插入感应线圈B后，将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值将增大，电路电流减小，电流产生的磁感应强度减小，通过感应线圈B的磁通量减小，灵敏电流计指针将左偏。
（2）在上述实验中，如果感应线圈B两端不接任何元件，通过感应线圈B的磁通量发生变化，感应线圈中将有感应电动势，能用楞次定律和安培定则判断感应电动势方向；但因电路不是闭合的，所以无感应电流。
故选B。
12．答案：（1）A；C（2）ka；
解析：（1）由图示电路图可知，电压表有分流作用，流过电源的电流大于电流表示数，电压表分流是造成实验误差的原因，为减小实验误差，应减小电压表分流对实验的影响，应选择内阻较大的电压表，因此电压表应选择A；通过电路的最大电流约为：
则电流表应选择C；
（2）由图示电路图可知，电源电动势：
则：
图象的斜率：
在横轴上的截距：
则电源电动势：
电源内阻
；
13．答案：（1）23.85（2）0.045（0.043~0.047）（3）1.70；8.5
解析：（1）游标卡尺的读数为主尺的读数+游标尺的读数，故图示读数为
（2）螺旋测微器的读数为固定刻度读数+可动刻度读数，故金属丝的直径为
（3）当电压表量程为3V时，每一小格为0.1V，故指针所指读数为1.70V；
当使用15V量程时，每一小格为0.5V，故指针所指读数为8.5V。
14．答案：（1）（2）电流方向由e到f，
解析：（1）根据法拉第电磁感应定律可知线圈上产生的感应电动势为
其中
解得
（2）根据楞次定律可知回路中电流方向为顺时针电流，即通过电阻R的电流方向由e到f。根据闭合回路欧姆定律可知
解得
15．答案：（1）10m/s（2）0.8V，0.8A（3）1.64W
解析：（1）第5s末的速度为
（2）此时感应电动势为
回路中的电流为
（3）杆cd匀加速运动，由牛顿第二定律得
解得
5s末水平外力的功率为
16．答案：（1）（2）（3）
解析：（1）粒子在第一象限内做类平抛运动，则根据牛顿第二定律有
联立可得
（2）粒子y方向末速度为
则合速度为
可知速度方向与x轴正向成60°角，斜向右下，进入第四象限内粒子做匀速圆周运动，运动半径为，则有
解得
由此可得，粒子运动轨迹如下图
所示则粒子在第四象限运动的周期为
根据几何知识可得
则粒子从C点直接运动到P点所用的时间为
则粒子从C点直接运动到P点所用的时间为
则粒子从A点直接运动到P点所用的时间为
（3）粒子在第三象限和第二象限运动的轨迹如图
设粒子在第三象限运动的轨道半径为，粒子在第四象限运动的轨迹与x轴正方向的夹角为θ，则有
解得
则在第三象限运动时，根据洛伦兹力提供向心力有
解得
所以第三象限磁场的磁感应强度大小为。