湖北省武汉外国语学校2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题（Word版附答案）

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考试时间: 2024年1月 26 日 考试时长：75 分钟 满分: 100 分

一. 选择题(本题共 10 小题，其中1-7为单选，每小题4分； 7-10为多选，每小题4分，全选对的得 4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共计40分。)
1. 对于下列教材中所列的实验和生活用品，说法正确的是( )
A. 甲图中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过电场实现的
B. 乙图中，若在 ab的两端接上大小和方向发生周期性变化的电流，则接在 cd 端的电流表会有偏转
C. 丙图中，电磁炉利用其线圈产生的涡流来加热食物
D. 奥斯特利用丁图实验装置发现了电磁感应现象
2. 如图所示，图甲和图乙是教材中演示自感现象的两个电路图，L₁和L₂为电感线圈. 实验时，断开开关S₁瞬间，灯 A₁突然闪亮，随后逐渐变暗； 闭合开关S₂，灯 A₂逐渐变亮. 而另一个相同的灯 A₃立即变亮，最终 A₂与A₃的亮度相同. 下列说法正确的是( )
A. 图甲中，A₁与L₁的直流电阻值相同
B. 图甲中, 闭合 S₁, 电路稳定时, A₁中电流大于, L₁中电流
C. 图乙中，变阻器R 与L₂的直流电阻阻值相同
D. 图乙中，闭合S₂瞬间，L₂中电流与变阻器R 中电流相等
3. 如图所示，直角三角形ABC区域中存在一匀强磁场，磁感应强度为B，已知AB边长为L ∠C=30°,比荷均为m的带正电粒子以不同的速率从A点沿AB方向射入磁场(不计粒子重力) ，则( )
A. 粒子速度越大，在磁场中运动的时间越短
B. 粒子速度越大，在磁场中运动的路程越大
C. 粒子在磁场中运动的最短时间为 2πm3qB
D. 粒子在磁场中运动的最长路程为 23πL
4. 如图所示，两固定在绝缘水平面上的同心金属圆环P、Q水平放置，圆环P中通有如图所示的电流，以图示方向为电流正方向，下列说法正确的是( )
A.T4时刻，两圆环相互排斥
B. T2时刻，圆环Q 中感应电流最大，受到的安培力最大
C.T4∼3T4时间内，圆环Q中感应电流始终沿逆时针方向
D.3T4∼T时间内，圆环Q 有收缩的趋势
5. 1831年 10月 28日，法拉第展示人类历史上第一台发电机---圆盘发电机，如图为法拉第圆盘发电机的示意图，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片 P、Q分别与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，圆盘以角速度ω顺时针旋转(从上往下看)，则( )
A. 圆盘转动过程中电流沿 b到a的方向流过电阻R
B. 圆盘转动过程中 Q点电势比P 点电势低
C. 若圆盘转动的角速度变为原来的3倍，则转动一周，R 上产生的焦耳热也变为原来的 3倍
D. 圆盘转动过程中产生的电动势大小与圆盘半径成正比
6. 如图甲所示，光滑平行金属导轨 MN、PQ所在平面与水平面成θ角，M、P 两端接一电阻为R的定值电阻，电阻为r的金属棒ab 垂直导轨放置，其他部分电阻不计. 整个装置处在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t=0时对金属棒施加一平行于导轨向上的外力F，使金属棒由静止开始沿导轨向上运动，通过定值电阻 R的电荷量q随时间的平方t²变化的关系如图乙所示. 下列关于穿过回路 abPMa的磁通量φ、金属棒的加速度 a、外力F、通过电阻 R的电流I随时间t变化的图象中正确的是( )
7. 如图所示，ACD、EFG 为两根相距L 的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，CDGF 面与水平面成θ角. 两导轨所在空间存在垂直于 CDGF 平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为 B. 两根质量均为 m、长度均为 L 的金属细杆ab、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，两金属细杆的电阻均为 R，导轨电阻不计. 当ab以速度 v₁沿导轨向下匀速运动时，cd杆正好以速度 v₂向下匀速运动，重力加速度为g. 以下说法正确的是
A. 回路中的电流强度为 BLv1+v22R
B. ab杆所受摩擦力为mgsinθ
C. cd杆所受摩擦力为 μmgsinθ-B2L2v12R
D. 由cd棒的运动可知，μ与 v₁ 大小关系满足 1μ=tanθ+B2L2v12Rmgcsθ
8. 笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件，当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作； 当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件， 电脑进入休眠状态。休眠状态时、简化原理如图所示，宽为a、厚为b、长为c的矩形半导体霍尔元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，其载流子是电荷量为e的自由电子， 当通入方向向右、大小为Ⅰ的电流时， 元件前、后表面间电压为U，则此时元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的高 B. 自由电子受到的洛伦兹力大小为 eUc
C. 前、后表面间的电压U 与I成反比 D. 前、后表面间的电压 U与b成反比
9. 如图所示，两根平行光滑金属导轨间距为L，导轨电阻不计，下端 PQ接有阻值为 R 的电阻，导轨平面与水平面的夹角为θ，且处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中. 一质量为m、接入电路的电阻也为R 的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上，静止时导体棒处于导轨的 MN处. 已知弹簧的劲度系数为 k，弹簧的中心轴线与导轨平行. 现将导体棒从弹簧处于自然长度时由静止释放，整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触. 重力加速度为 g，则下列说法中正确的是 ( )
A. 当导体棒沿导轨向下运动时流过电阻R的电流方向为由P 到Q
B. 当导体棒的速度最大时，弹簧的伸长量为 mgsinθk
C. 导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为Ep，则导体棒从开始运动到停止运动的过程中，回路中产生的焦耳热为 m2g2sin2θk-Ep
D. 若导体棒第一次运动到MN处时速度为v，则此时导体棒的加速度大小为 B2L2vmR
10.如图(甲) 所示，平行光滑金属导轨水平放置，两轨相距L=0.4m，导轨一端与阻值 R=0.3Ω的电阻相连，导轨电阻不计，导轨x>0一侧存在沿x方向均匀增大的恒定磁场，其方向与导轨平面垂直向下，磁感应强度B 随位置x 变化如图(乙) 所示，一根质量 m=0.2kg、电阻 r=0.1Ω的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直，棒在外力 F 作用下从： x=0处以初速度 v₀=2m/s沿导轨向右运动，且金属棒在运动过程中受到的安培力大小不变. 下列说法中正确的是( )
A. 金属棒向右做匀速直线运动
B. 金属棒在 x=1m处的速度大小为0.5m/s
C. 金属棒从 x=0运动到 x=1m过程中, 外力 F 所做的功为0.175J
D. 金属棒从x=0运动到 x=2m过程中，流过金属棒的电量为2C
二. 实验题(本题共2小题，共 16分，把答案填写在题中横线上或按题目要求作答)
11. (6分) 某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素
(1) 图a中，将条形磁铁从图示位置先向上后向下移动一小段距离，出现的现象是 ( )
A. 灯泡 A、 B均不发光 B. 灯泡A、 B交替短暂发光
C. 灯泡A 短暂发光、灯泡B 不发光 D. 灯泡A 不发光、灯泡B短暂发光
(2) 通过实验得知：当电流从图b中电流计的正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体 (选填“向上”或“向下”) 运动时，电流计指针向右偏转。
(3) 为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图c 的电路如图； 开关闭合瞬间，指针向左偏转，则将铁芯从线圈P 中快速抽出时，观察到电流计指针 ( )
A. 不偏转 B. 向左偏转 C. 向右偏转
12.(10分) 某实验小组用如图所示的电路来测量一个阻值约为20Ω的电阻Rₓ的阻值，已知电流表 A₁的量程为50mA , 内阻 RA₁约为40Ω, 定值电阻. R₀=20Ω。
(1) 现有下列四种量程的电流表，则电流表 A₂选用的量程最合适的是 ( )。
A. 0~ 400mA B. 0~ 300mA C. 0~ 200mAD. 0~ 100mA
(2) 实验时，将滑动变阻器的滑片移到最 (填“左”或“右”)端，将开关 S₂合向 1, S₃合向3，再闭合开关S₁，调节滑动变阻器的滑片，使两电流表的指针偏转较大，记录电流表 A₁、A₂的示数I₁、
I₂, 多次测量得到 I2I1=k1,用k₁表示各电阻的关系 (用题目中的字母表示)；断开S₁，将开关
S₂合向2，S₃合向4，再闭合开关S₁，记录电流表 A₁、A₂的示数. I₁'、I₂',求出 I2'I1'=k2;则被测电阻的阻值 Rₓ =(用 k₁、k₂、R₀表示) 。
(3) 该实验方法 (填“能”或“不能”) 测出电流表 A₁内阻的准确值。
三、计算题. ( 本题共3 小题，共 44分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)
13. (12分)如图甲所示，水平面内固定两根间距L=1m 的长直平行光滑金属导轨 PQ、MN，其Q、N端接有阻值. R=2Ω的电阻，一质量. m=0.1kg、电阻不计的导体棒ab垂直于导轨放置于距QN端d=2m处，且与两导轨保持良好接触。整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示。在0~1s内，施加外力使 ab 棒保持静止，1s后改用F =0.5N的水平向左的恒力拉动ab棒，ab棒从静止开始沿导轨运动距离. x=4.8m时速度恰好达到最大值. ab棒运动过程中始终与导轨保持垂直，导轨电阻不计. 求：
(1) ab 棒的最大速度大小 vm;
(2) 从t=0到ab棒运动距离x=4.8m的过程, 电阻R上产生的焦耳热Q
14. (14分)如图，在y>0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场，在 y<0的区域存在方向垂直于 xOy平面向外的匀强磁场。 一个氕核 11H和一个氘核 12H先后从y轴上 y=h点射出，速度方向沿x轴正方向，大小之比为 2:1。已知 12H进入磁场时，速度方向与x轴正方向的夹角为 60°,并从坐标原点 O 处第一次射出磁场，不计粒子重力。求：
111H第一次进入磁场的位置到原点O 的距离；
211H第一次离开磁场的位置到原点O的距离。
15. (18分) 如图所示，在匀强磁场中水平放置两条足够长的光滑平行导轨，磁场方向与导轨所在平面垂直，以虚线为界，左边和右边的磁感强度大小为 B₁=1T,B₂=2T,导轨间距 L=1m。导轨左端连接一内阻不计、 电动势 E=20V的电源，单刀双掷开关K和电容 C=2.0×10⁻²F的电容器相连。两根金属棒ab和cd分别放置于虚线左侧和右侧，它们与虚线的距离足够大，与导轨接触良好，质量均为 m=0.08kg,， 电阻相同。金属棒ab和cd之间有一开关S(断开)，导轨电阻不计。
(1) 将单刀双掷开关K置于1为电容器充电，求稳定时电容器带的电荷量q；
(2)充电结束后，将单刀双掷开关K置于 2，求金属棒 ab 运动的最大速度v；
(3) 棒ab的速度达到最大后，断开单刀双掷开关，同时闭合开关S，求金属棒cd产生的最大焦耳热Q。