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安徽省合肥市第一中学2022-2023学年高二下学期期末考试物理试卷（Word版附解析）
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这是一份安徽省合肥市第一中学2022-2023学年高二下学期期末考试物理试卷（Word版附解析），文件包含安徽省合肥市第一中学2022-2023学年高二下学期期末考试物理试题Word版含解析docx、安徽省合肥市第一中学2022-2023学年高二下学期期末考试物理试题Word版无答案docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共30页， 欢迎下载使用。
（考试时间：75分钟 满分：100分）
注意事项：
1.答题前，务必在答题卡和答题卷规定的地方填写自己的姓名、准考证号和座位号后两位。
2.答题时，每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上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。
3.答题时，必须使用0.5毫米的黑色墨水签字笔在答题卷上书写，要求字体工整、笔迹清晰。作图题可先用铅笔在答题卷规定的位置绘出，确认后再用0.5毫米的黑色墨水签字笔描清楚。必须在题号所指示的答题区域作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上答题无效。
4.考试结束，务必将答题卡和答题卷一并上交。
一、单项选择题（本大题共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. 物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法正确的是（ ）
A. 查德威克用α粒子轰击获得反冲核，发现了质子
B. 汤姆孙通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
C. 爱因斯坦的光电效应理论认为“光子”不仅具有能量，而且还具有动量
D. 核聚变反应式：中、结合能之和小于、的结合能之和
【答案】D
【解析】
【详解】A．查德威克用粒子轰击铍核，发现了中子，故A错误；
B．汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，从而揭示了原子是有复杂结构的，卢瑟福通过粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，故B错误；
C．爱因斯坦的光电效应理论认为“光子”具有能量，但没有认为“光子”具有动量，故C错误；
D．核聚变反应为放热反应，所以生成物的结合能之和大于反应物结合能之和，故D正确。
故选D。
2. 如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
B. 这些氢原子跃迁时共发出3种频率的光
C. 光电管阴极K金属材料的逸出功为5.75eV
D. 氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，氢原子能量减小，核外电子动能减小
【答案】C
【解析】
【详解】A．若调节滑片使光电流为零，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故A错误；
B．这些氢原子跃迁时最多发出
种频率的光，故B错误；
C．由题图甲可知光子的能量为
由题图丙可知遏止电压为7V，所以光电子的初动能为
根据爱因斯坦光电效应，所以金属材料的逸出功为
故C正确；
D．氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，氢原子能量减小，库仑力做正功，核外电子动能增加，故D错误。
故选C。
3. 如图，合肥一中某教室墙上有一朝南的钢窗，将钢窗右侧向外打开45°，在这一过程中，以推窗人的视角来看，下列说法正确的是（ ）
A. AB边切割地磁场过程中可以等效成一个左负右正的电源
B. 钢窗中有顺时针电流
C. 钢窗有收缩趋势
D. B点电势高于C点
【答案】D
【解析】
【详解】A．合肥所在处地磁场的水平分量由南指向北，竖直分量竖直向下；将朝南的钢窗右侧向外打开45°，根据右手定则可知AB边切割地磁场过程中可以等效成一个左正右负的电源，故A错误；
BCD．钢窗右侧向外打开过程，向北穿过窗户的磁通量减少，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向由南指向北，以推窗人的视角来看，感应电流为逆时针电流，同时根据“增缩减扩”推论可知，钢窗有扩张趋势；由于流过BC边的电流方向由B到C，所以B点电势高于C点，故BC错误，D正确。
故选D。
4. 一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab，bc，cd，da四个过程又回到状态a，其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，cd的延长线经过坐标原点O，ab、bc分别与横轴、纵轴平行，e是Ob与da的交点，下列说法正确的是（ ）
A. 气体从状态c到状态d分子平均动能变大
B. 气体从状态a向状态b变化的过程中压强一直不小于状态e的压强
C. 状态b到状态c过程中单位时间内单位面积上器壁碰撞的分子数变少
D. 气体从状态d到状态a过程中吸热
【答案】D
【解析】
【详解】A．气体从状态c到状态d，气体温度降低，则分子平均动能变小，故A错误；
B．根据
可得
可知图像上点与原点连线的斜率为，由图可知气体从状态a向状态b变化的过程中压强一直不大于状态e的压强，故B错误；
C．气体从状态b到状态c过程中，气体温度不变，则分子平均动能不变，由于气体体积变小，单位体积内分子数变多，根据压强微观意义可知，单位时间内单位面积上器壁碰撞的分子数变多，故C错误；
D．气体从状态d到状态a过程，气体温度升高，气体内能增大，气体体积变大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故D正确。
故选D。
5. 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两端接一阻值为R的定值电阻，阻值为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为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。t＝0时对棒施一平行于导轨的外力F，棒由静止开始沿导轨向上运动，通过R的感应电流I随时间t的变化关系如图乙所示。下列关于穿过回路abPM的磁通量、金属棒ab的加速度a、金属棒受到的外力F、通过棒的电荷量q随时间变化的图象中，可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图看出，通过R的感应电流随时间t增大，根据法拉第电磁感应定律得知，穿过回路的磁通量是非均匀变化的，应是曲线，故A错误；
B．由
知v与时间t成正比，知加速度不变，故B错误；
C．根据牛顿第二定律
其中
可知
v随时间t均匀增大，其他量保持不变，故F随时间均匀增大，故C正确；
D．通过导体棒的电量为
故图象为开口向上的抛物线，故D错误。
故选C。
6. 磁敏元件在越来越多的电子产品中被使用，市场上看到的带皮套的智能手机就是使用磁性物质和霍尔元件等起到开关控制的，当打开皮套，磁体远离霍尔元件，手机屏幕亮；当合上皮套，磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，手机进入省电模式。如图所示，一块宽度为、长为、厚度为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为的自由电子，通入水平向右大小为的电流时，当手机套合上时元件处于垂直于上表面、方向向上且磁感应强度大小为的匀强磁场中，于是元件的前、后表面产生稳定电势差；以此来控制屏幕熄灭，则下列说法正确的是（ ）
A. 前表面的电势比后表面的电势高
B. 自由电子所受洛伦兹力的大小为
C. 用这种霍尔元件探测某空间的磁场时，霍尔元件的摆放方向对无影响
D. 若该元件单位体积内的自由电子个数为，则发生霍尔效应时，元件前后表面的电势差为
【答案】D
【解析】
【详解】A．元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入水平向右大小为I的电流时，电子向左运动，由左手定律可得电子受洛伦兹力的作用往前表面偏转，故前表面的电势比后表面的电势低，故A错误；
BC．元件的前、后表面产生稳定电势差时，电子受到的洛伦兹力与电场力平衡
整理得
为垂直于上表面的磁感应强度的大小，故霍尔元件的摆放方向对有影响，故BC错误；
D．元件单位体积内的自由电子个数为n，根据电流的微观表达式
整理得
电子受到的洛伦兹力与电场力平衡
联立得元件前后表面的电势差为
D正确。
故选D。
二、多项选择题（本题共3小题，每小题4分，共12分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
7. 如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道半径为r、间距为L，轨道的电阻不计。在轨道的顶端连接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B。现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻也是R的金属棒从轨道的最低位置cd开始，在拉力作用下以速率沿轨道向上做匀速圆周运动至ab处，则该过程中（ ）
A. 通过电阻的电流方向为f→R→eB. 通过电阻的电荷量为
C. cd棒上产生的热量为D. 拉力做功为
【答案】C
【解析】
【详解】A．由右手定则可知，通过电阻的电流方向为，故A错误；
B．金属棒从cd运动到ab过程，由法拉第电磁感应定律可知，平均感应电动势
平均感应电流
通过电阻R的电荷量
故B错误；
C．金属棒做圆周运动转过的圆心角为θ时导体棒切割磁感线产生的感应电动势
回路产生正弦式感应电流，感应电动势的最大值
感应电动势的有效值
通过R的电流大小
金属棒从cd到ab过程R上产生的热量
故C正确；
D．由功能关系可知
故D错误。
故选C。
8. 间距为L的平行光滑金属导轨MN、PQ水平段处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，导轨的弯曲段处在磁场之外，如图甲所示。导体棒a与b接入电路的有效电阻分别为R、2R。导体棒a的质量为m，b棒放置在水平导轨上足够远处，a棒在弯曲段导轨上距水平段某一高度处由静止释放，刚进入磁场时导体棒a受到的安培力的大小为F，它的速度为（未知），经过足够长时间导体棒a稳定运动时它的速度为。运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重力加速度大小为g，以下说法中正确的是（ ）
A. 导体棒a释放时距导轨水平段的高度
B. 导体棒b的质量为3m
C. 从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中通过a、b棒的电荷量之比为
D. 从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中导体棒b产生的内能
【答案】AD
【解析】
【详解】A．刚进入磁场时，对导体棒a分析，根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
导体棒a受到的安培力为
根据动能定理有
联立可得，导体棒a释放时距导轨水平段的高度为
故A正确；
B．导体棒a进入磁场后，稳定后a、b最终共速，组成的系统动量守恒，根据动量守恒有
解得，导体棒b的质量为
故B错误；
C．从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中，a、b棒是串联关系，流过的电流相等，则通过的电荷量也相等，故C错误；
D．系统根据能量守恒有
根据焦耳定律可得
联立可得，从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中导体棒b产生的内能为
故D正确。
故选AD。
9. 如图所示，间距、足够长的平行金属导轨固定在绝缘水平面上，其左端接一阻值的定值电阻。直线垂直于导轨，在其左侧面积的圆形区域内存在垂直于导轨所在平面向里的磁场，磁感应强度随时间的变化关系为，在其右侧（含边界）存在磁感应强度大小、方向垂直导轨所在平面向外的匀强磁场。时，某金属棒从处以的初速度开始水平向右运动，已知金属棒质量，与导轨之间的动摩擦因数，导轨、金属棒电阻不计且金属棒与导轨始终垂直且接触良好，重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A. 时，闭合回路中有大小为的逆时针方向的电流
B. 闭合回路中一直存在顺时针方向的电流
C. 金属棒在运动过程中受到的安培力方向向左
D. 金属棒最终将以的速度匀速运动
【答案】D
【解析】
【详解】A．时，金属棒产生的感应电动势为
由右手定则可知，方向由，圆形区域内磁感应强度随时间均匀变化，在闭合回路中产生感生电动势大小为
由楞次定律可知，方向由，由于
则闭合回路中感应电流为顺时针，大小为
故A错误；
BCD．根据题意可知，开始时，金属棒向右运动，受向左的摩擦力，回路中有顺时针电流，由左手定则可知，安培力向左，金属棒做减速运动，当
时，电流为0，安培力为零，金属棒仍向右运动，受向左摩擦力，继续减速，则有
闭合回路中感应电流变为逆时针，安培力向右，继续减速，当
时，金属棒速度不变，做匀速运动，又有
联立解得
故BC错误，D正确。
故选D。
10. 如图所示，直角三角形ABC区域内有垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，AC边长为L，∠A＝30°．带正电的粒子流（其重力忽略不计）以相同速度在CD范围内垂直AC边射入（不计粒子间的相互作用力），从D点射入的粒子恰好不能从AB边射出．已知从BC边垂直射出的粒子在磁场中运动的时间为3t，在磁场中运动时间最长的粒子所用时间为4t，则（ ）
A. 粒子的比荷为B. 粒子运动的轨道半径为
C. 粒子射入磁场的速度大小为D. 粒子流在磁场中扫过的面积为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．粒子在磁场中做匀速圆周运动，已知从BC边垂直射出的粒子在磁场中运动的时间为3t,则有
根据周期公式可得
解得粒子的比荷为
故A错误；
B．设运动时间最长的粒子在磁场中运动轨迹所对应的圆心角为θ，根据题意有：
解得
粒子运动轨迹如图所示：
设粒子轨迹半径为R，根据几何关系可得
解得
故B正确；
C．粒子在磁场中运动时，根据洛伦兹力提供向心力可得
可得粒子射入磁场的速度大小为
故C错误；
D．从D点射入的粒子恰好不从AB边界射出，根据上图结合几何知识可得粒子在磁场中扫过的面积为
故D正确。
故选BD。
三．实验题（第11、12题，每空2分，共16分）
11. 如图所示的装置中，在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，那么合上电键后可能出现的情况有：
（1）将线圈A迅速插入线圈B时，灵敏电流计指针将向______（“左”或“右”）偏转。
（2）线圈A插入线圈B后，闭合开关，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针将向______（“左”或“右”）偏转。
（3）线圈A插入线圈B后，闭合开关，将滑动变阻器触头从最左端拉到最右端，第一次快拉，第二次较慢拉，两情况下线圈中产生的感应电动势的大小关系是______（填、或）
【答案】（1）左 （2）左
（3）
【解析】
【小问1详解】
闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下,说明线圈B中磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针右偏，现将A线圈迅速插入B线圈时，线圈B中磁通量增加，故产生的感应电流也使灵敏电流计的指针左偏。
【小问2详解】
同理可知，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，滑动变阻器电阻减小，线圈A中电流增大，磁场增强，线圈B中磁通量增加，灵敏电流计指针将向左。
【小问3详解】
由法拉第电磁感应定律可知
滑动变阻器触头从最左端拉到最右端滑动的越快，线圈A中的电流变化越快，线圈B中的磁通量变化越快，产生的感应电动势越大，故两情况下线圈中产生的感应电动势的大小关系是
12. 做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。
（1）以下给出器材中，本实验需要用到的有______。（填选项字母）
A.
B.
C.
D.
E.
（2）在此实验中下列说法正确的有______；
A. 变压器的原线圈接低压交流电，测量线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
B. 可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
C. 测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D. 变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
E. 变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
（3）组装变压器时，某同学没有将铁芯完全闭合，原线圈接10.0V学生电源，原、副线圈的匝数比为8：1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是______
A. 10VB. 96.0VC. 0.8VD. 1.65V
（4）交变电流的电压是不断变化的，实验中测量的是电压的______值（选填“平均”、“有效”或“最大”）；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关是交流电压10V档，则此时电表读数为______V。
【答案】（1）CDE （2）BCD
（3）C （4） ①. 有效 ②. 4.8
【解析】
【小问1详解】
做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验需要交流电源，交流电压表即多用电表，变压器。
故选CDE。
【小问2详解】
A．变压器原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，故A错误；
B．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故B正确；
C．为确保安全，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；
D．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，故D正确；
E．变压器开始正常工作后，铁芯是不导电的，把电能是由原副线圈的电磁感应原理将电能输送到副线圈，故E错误。
故选BCD。
【小问3详解】
若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系
其中
解得
考虑到变压器不是理想变压器，由磁通量损失等因素，则次级电压表示数应该小于1.25V。
故选C。
【小问4详解】
[1]由于交流电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值；
[2]由图乙可知，所选择为交流电压10V挡，由图甲可知，分度值为0.2V，则此时电表读数为4.8V。
四.解答题（第13题14分，第14题14分，第15题16分）
13. 一个竖直放置的上细下粗的封闭容器，水银柱将理想气体分隔为甲、乙两部分，两部分的初始温度均为，体积分别为、，压强分别为、。现把乙部分气体温度降低，甲部分气体温度升高到，在此过程中甲部分气体的压强始终不变，稳定后乙部分气体的压强为。求
（1）在整个过程中，甲气体对水银柱做的功；
（2）稳定后，乙部分气体的温度。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）对于甲部分气体，在气体温度由变为的过程中，气体压强不变，由盖吕萨克定律得
由题意可知
解得
由功的定义可得甲部分气体对水银柱做的功
（2）因为容器的体积不变，所以乙体积的减少量为
稳定后乙的体积
由理想气体状态方程得
稳定后乙的气体压强
解得
14. 下图所示的光滑绝缘的水平面上放置一个质量为m、带电荷量为＋q的小球（可视为点电荷）。在竖直平面内存在匀强磁场和匀强电场，y轴左侧电场方向水平向右，无磁场，y轴右侧电场方向竖直向上，磁感应强度大小为B，磁场方向垂直纸面向里。两侧电场强度大小相等，均为、现将小球从左侧距O点为2L的A点由静止释放，若小球第一次落回地面时落到A点附近。
（1）小球第一次经过y轴时的速度大小；
（2）小球第二次经过y轴时到O点的距离；
（3）小球第二次经过y轴后，到落地前，经过P点（图中未标出）的速度最小，求：小球从开始运动到P点所用的时间t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据动能定理
解得
（2）在磁场中，由于
合力为洛伦兹力，做圆周运动，根据牛顿第二定律
解得
小球第二次经过y轴时到O点的距离为圆周运动的直径
（3）运动轨迹如图所示
由A到O物体做匀加速，根据牛顿第二定律
解得
根据运动学规律
解得
在磁场中做匀速圆周运动，周期为
所用时间为
回到y轴左侧后，物体做类斜抛运动，速度与合力方向垂直时，即速度方向斜向左下时，速度最小，从回到y轴左侧起至速度最小所需时间t3
解得
总时间
15. 如图所示，间距为且足够长的光滑平行金属导轨与，由倾斜与水平两部分平滑连接组成。倾角的倾斜导轨间区域Ⅰ有垂直导轨平面斜向上的匀强磁场，磁感应强度。水平导轨间区域Ⅱ有一个长度、竖直向上的匀强磁场，磁感应强度。质量、阻值的金属棒a从倾斜导轨某位置由静止开始释放，穿过前已做匀速直线运动，以大小不变的速度进入水平导轨，穿出水平磁场区域Ⅱ与另一根质量、阻值的静止金属棒b发生弹性碰撞，两金属棒始终与导轨垂直且接触良好，金属导轨电阻不计，两金属棒长度均与导轨间距相等，，求：
（1）金属棒a到达斜面底端时的速度的大小；
（2）金属棒a第一次穿过区域Ⅱ的过程中，电路中金属棒a上产生的焦耳热；
（3）金属棒a最终停在距区域Ⅱ右边界距离x。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）导体棒匀速穿过，由受力平衡得
又
，
联立可得金属棒a到达斜面底端时的速度大小为
（2）规定向右为正方向，对金属棒，根据动量定理得
又
联立解得金属棒a第一次穿过区域Ⅱ时的速度大小为
金属棒第一次穿过磁场区域的过程中，根据能量守恒可知，电路中产生的总焦耳热为
则金属棒a上产生的焦耳热为
（3）规定向右为正方向，两金属棒碰撞过程满足动量守恒和机械能守恒，则有
，
联立解得碰撞后金属棒的速度为
可知碰撞后金属棒以速度向左再次进入磁场中，设金属棒最终停距磁场右边界处，对金属棒，根据动量定理得
又
联立解得
（考试时间：75分钟 满分：100分）
注意事项：
1.答题前，务必在答题卡和答题卷规定的地方填写自己的姓名、准考证号和座位号后两位。
2.答题时，每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上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。
3.答题时，必须使用0.5毫米的黑色墨水签字笔在答题卷上书写，要求字体工整、笔迹清晰。作图题可先用铅笔在答题卷规定的位置绘出，确认后再用0.5毫米的黑色墨水签字笔描清楚。必须在题号所指示的答题区域作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上答题无效。
4.考试结束，务必将答题卡和答题卷一并上交。
一、单项选择题（本大题共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. 物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法正确的是（ ）
A. 查德威克用α粒子轰击获得反冲核，发现了质子
B. 汤姆孙通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
C. 爱因斯坦的光电效应理论认为“光子”不仅具有能量，而且还具有动量
D. 核聚变反应式：中、结合能之和小于、的结合能之和
【答案】D
【解析】
【详解】A．查德威克用粒子轰击铍核，发现了中子，故A错误；
B．汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现了电子，从而揭示了原子是有复杂结构的，卢瑟福通过粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，故B错误；
C．爱因斯坦的光电效应理论认为“光子”具有能量，但没有认为“光子”具有动量，故C错误；
D．核聚变反应为放热反应，所以生成物的结合能之和大于反应物结合能之和，故D正确。
故选D。
2. 如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
B. 这些氢原子跃迁时共发出3种频率的光
C. 光电管阴极K金属材料的逸出功为5.75eV
D. 氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，氢原子能量减小，核外电子动能减小
【答案】C
【解析】
【详解】A．若调节滑片使光电流为零，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故A错误；
B．这些氢原子跃迁时最多发出
种频率的光，故B错误；
C．由题图甲可知光子的能量为
由题图丙可知遏止电压为7V，所以光电子的初动能为
根据爱因斯坦光电效应，所以金属材料的逸出功为
故C正确；
D．氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，氢原子能量减小，库仑力做正功，核外电子动能增加，故D错误。
故选C。
3. 如图，合肥一中某教室墙上有一朝南的钢窗，将钢窗右侧向外打开45°，在这一过程中，以推窗人的视角来看，下列说法正确的是（ ）
A. AB边切割地磁场过程中可以等效成一个左负右正的电源
B. 钢窗中有顺时针电流
C. 钢窗有收缩趋势
D. B点电势高于C点
【答案】D
【解析】
【详解】A．合肥所在处地磁场的水平分量由南指向北，竖直分量竖直向下；将朝南的钢窗右侧向外打开45°，根据右手定则可知AB边切割地磁场过程中可以等效成一个左正右负的电源，故A错误；
BCD．钢窗右侧向外打开过程，向北穿过窗户的磁通量减少，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向由南指向北，以推窗人的视角来看，感应电流为逆时针电流，同时根据“增缩减扩”推论可知，钢窗有扩张趋势；由于流过BC边的电流方向由B到C，所以B点电势高于C点，故BC错误，D正确。
故选D。
4. 一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab，bc，cd，da四个过程又回到状态a，其体积V与热力学温度T的关系图像如图所示，cd的延长线经过坐标原点O，ab、bc分别与横轴、纵轴平行，e是Ob与da的交点，下列说法正确的是（ ）
A. 气体从状态c到状态d分子平均动能变大
B. 气体从状态a向状态b变化的过程中压强一直不小于状态e的压强
C. 状态b到状态c过程中单位时间内单位面积上器壁碰撞的分子数变少
D. 气体从状态d到状态a过程中吸热
【答案】D
【解析】
【详解】A．气体从状态c到状态d，气体温度降低，则分子平均动能变小，故A错误；
B．根据
可得
可知图像上点与原点连线的斜率为，由图可知气体从状态a向状态b变化的过程中压强一直不大于状态e的压强，故B错误；
C．气体从状态b到状态c过程中，气体温度不变，则分子平均动能不变，由于气体体积变小，单位体积内分子数变多，根据压强微观意义可知，单位时间内单位面积上器壁碰撞的分子数变多，故C错误；
D．气体从状态d到状态a过程，气体温度升高，气体内能增大，气体体积变大，外界对气体做负功，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸热，故D正确。
故选D。
5. 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两端接一阻值为R的定值电阻，阻值为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为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。t＝0时对棒施一平行于导轨的外力F，棒由静止开始沿导轨向上运动，通过R的感应电流I随时间t的变化关系如图乙所示。下列关于穿过回路abPM的磁通量、金属棒ab的加速度a、金属棒受到的外力F、通过棒的电荷量q随时间变化的图象中，可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图看出，通过R的感应电流随时间t增大，根据法拉第电磁感应定律得知，穿过回路的磁通量是非均匀变化的，应是曲线，故A错误；
B．由
知v与时间t成正比，知加速度不变，故B错误；
C．根据牛顿第二定律
其中
可知
v随时间t均匀增大，其他量保持不变，故F随时间均匀增大，故C正确；
D．通过导体棒的电量为
故图象为开口向上的抛物线，故D错误。
故选C。
6. 磁敏元件在越来越多的电子产品中被使用，市场上看到的带皮套的智能手机就是使用磁性物质和霍尔元件等起到开关控制的，当打开皮套，磁体远离霍尔元件，手机屏幕亮；当合上皮套，磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，手机进入省电模式。如图所示，一块宽度为、长为、厚度为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为的自由电子，通入水平向右大小为的电流时，当手机套合上时元件处于垂直于上表面、方向向上且磁感应强度大小为的匀强磁场中，于是元件的前、后表面产生稳定电势差；以此来控制屏幕熄灭，则下列说法正确的是（ ）
A. 前表面的电势比后表面的电势高
B. 自由电子所受洛伦兹力的大小为
C. 用这种霍尔元件探测某空间的磁场时，霍尔元件的摆放方向对无影响
D. 若该元件单位体积内的自由电子个数为，则发生霍尔效应时，元件前后表面的电势差为
【答案】D
【解析】
【详解】A．元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入水平向右大小为I的电流时，电子向左运动，由左手定律可得电子受洛伦兹力的作用往前表面偏转，故前表面的电势比后表面的电势低，故A错误；
BC．元件的前、后表面产生稳定电势差时，电子受到的洛伦兹力与电场力平衡
整理得
为垂直于上表面的磁感应强度的大小，故霍尔元件的摆放方向对有影响，故BC错误；
D．元件单位体积内的自由电子个数为n，根据电流的微观表达式
整理得
电子受到的洛伦兹力与电场力平衡
联立得元件前后表面的电势差为
D正确。
故选D。
二、多项选择题（本题共3小题，每小题4分，共12分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
7. 如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道半径为r、间距为L，轨道的电阻不计。在轨道的顶端连接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B。现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻也是R的金属棒从轨道的最低位置cd开始，在拉力作用下以速率沿轨道向上做匀速圆周运动至ab处，则该过程中（ ）
A. 通过电阻的电流方向为f→R→eB. 通过电阻的电荷量为
C. cd棒上产生的热量为D. 拉力做功为
【答案】C
【解析】
【详解】A．由右手定则可知，通过电阻的电流方向为，故A错误；
B．金属棒从cd运动到ab过程，由法拉第电磁感应定律可知，平均感应电动势
平均感应电流
通过电阻R的电荷量
故B错误；
C．金属棒做圆周运动转过的圆心角为θ时导体棒切割磁感线产生的感应电动势
回路产生正弦式感应电流，感应电动势的最大值
感应电动势的有效值
通过R的电流大小
金属棒从cd到ab过程R上产生的热量
故C正确；
D．由功能关系可知
故D错误。
故选C。
8. 间距为L的平行光滑金属导轨MN、PQ水平段处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，导轨的弯曲段处在磁场之外，如图甲所示。导体棒a与b接入电路的有效电阻分别为R、2R。导体棒a的质量为m，b棒放置在水平导轨上足够远处，a棒在弯曲段导轨上距水平段某一高度处由静止释放，刚进入磁场时导体棒a受到的安培力的大小为F，它的速度为（未知），经过足够长时间导体棒a稳定运动时它的速度为。运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重力加速度大小为g，以下说法中正确的是（ ）
A. 导体棒a释放时距导轨水平段的高度
B. 导体棒b的质量为3m
C. 从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中通过a、b棒的电荷量之比为
D. 从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中导体棒b产生的内能
【答案】AD
【解析】
【详解】A．刚进入磁场时，对导体棒a分析，根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
导体棒a受到的安培力为
根据动能定理有
联立可得，导体棒a释放时距导轨水平段的高度为
故A正确；
B．导体棒a进入磁场后，稳定后a、b最终共速，组成的系统动量守恒，根据动量守恒有
解得，导体棒b的质量为
故B错误；
C．从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中，a、b棒是串联关系，流过的电流相等，则通过的电荷量也相等，故C错误；
D．系统根据能量守恒有
根据焦耳定律可得
联立可得，从导体棒a进入磁场到a稳定运动过程中导体棒b产生的内能为
故D正确。
故选AD。
9. 如图所示，间距、足够长的平行金属导轨固定在绝缘水平面上，其左端接一阻值的定值电阻。直线垂直于导轨，在其左侧面积的圆形区域内存在垂直于导轨所在平面向里的磁场，磁感应强度随时间的变化关系为，在其右侧（含边界）存在磁感应强度大小、方向垂直导轨所在平面向外的匀强磁场。时，某金属棒从处以的初速度开始水平向右运动，已知金属棒质量，与导轨之间的动摩擦因数，导轨、金属棒电阻不计且金属棒与导轨始终垂直且接触良好，重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A. 时，闭合回路中有大小为的逆时针方向的电流
B. 闭合回路中一直存在顺时针方向的电流
C. 金属棒在运动过程中受到的安培力方向向左
D. 金属棒最终将以的速度匀速运动
【答案】D
【解析】
【详解】A．时，金属棒产生的感应电动势为
由右手定则可知，方向由，圆形区域内磁感应强度随时间均匀变化，在闭合回路中产生感生电动势大小为
由楞次定律可知，方向由，由于
则闭合回路中感应电流为顺时针，大小为
故A错误；
BCD．根据题意可知，开始时，金属棒向右运动，受向左的摩擦力，回路中有顺时针电流，由左手定则可知，安培力向左，金属棒做减速运动，当
时，电流为0，安培力为零，金属棒仍向右运动，受向左摩擦力，继续减速，则有
闭合回路中感应电流变为逆时针，安培力向右，继续减速，当
时，金属棒速度不变，做匀速运动，又有
联立解得
故BC错误，D正确。
故选D。
10. 如图所示，直角三角形ABC区域内有垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，AC边长为L，∠A＝30°．带正电的粒子流（其重力忽略不计）以相同速度在CD范围内垂直AC边射入（不计粒子间的相互作用力），从D点射入的粒子恰好不能从AB边射出．已知从BC边垂直射出的粒子在磁场中运动的时间为3t，在磁场中运动时间最长的粒子所用时间为4t，则（ ）
A. 粒子的比荷为B. 粒子运动的轨道半径为
C. 粒子射入磁场的速度大小为D. 粒子流在磁场中扫过的面积为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．粒子在磁场中做匀速圆周运动，已知从BC边垂直射出的粒子在磁场中运动的时间为3t,则有
根据周期公式可得
解得粒子的比荷为
故A错误；
B．设运动时间最长的粒子在磁场中运动轨迹所对应的圆心角为θ，根据题意有：
解得
粒子运动轨迹如图所示：
设粒子轨迹半径为R，根据几何关系可得
解得
故B正确；
C．粒子在磁场中运动时，根据洛伦兹力提供向心力可得
可得粒子射入磁场的速度大小为
故C错误；
D．从D点射入的粒子恰好不从AB边界射出，根据上图结合几何知识可得粒子在磁场中扫过的面积为
故D正确。
故选BD。
三．实验题（第11、12题，每空2分，共16分）
11. 如图所示的装置中，在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，那么合上电键后可能出现的情况有：
（1）将线圈A迅速插入线圈B时，灵敏电流计指针将向______（“左”或“右”）偏转。
（2）线圈A插入线圈B后，闭合开关，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针将向______（“左”或“右”）偏转。
（3）线圈A插入线圈B后，闭合开关，将滑动变阻器触头从最左端拉到最右端，第一次快拉，第二次较慢拉，两情况下线圈中产生的感应电动势的大小关系是______（填、或）
【答案】（1）左 （2）左
（3）
【解析】
【小问1详解】
闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下,说明线圈B中磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针右偏，现将A线圈迅速插入B线圈时，线圈B中磁通量增加，故产生的感应电流也使灵敏电流计的指针左偏。
【小问2详解】
同理可知，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，滑动变阻器电阻减小，线圈A中电流增大，磁场增强，线圈B中磁通量增加，灵敏电流计指针将向左。
【小问3详解】
由法拉第电磁感应定律可知
滑动变阻器触头从最左端拉到最右端滑动的越快，线圈A中的电流变化越快，线圈B中的磁通量变化越快，产生的感应电动势越大，故两情况下线圈中产生的感应电动势的大小关系是
12. 做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验。
（1）以下给出器材中，本实验需要用到的有______。（填选项字母）
A.
B.
C.
D.
E.
（2）在此实验中下列说法正确的有______；
A. 变压器的原线圈接低压交流电，测量线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
B. 可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响
C. 测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D. 变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用
E. 变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
（3）组装变压器时，某同学没有将铁芯完全闭合，原线圈接10.0V学生电源，原、副线圈的匝数比为8：1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是______
A. 10VB. 96.0VC. 0.8VD. 1.65V
（4）交变电流的电压是不断变化的，实验中测量的是电压的______值（选填“平均”、“有效”或“最大”）；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图甲所示，其对应的选择开关是交流电压10V档，则此时电表读数为______V。
【答案】（1）CDE （2）BCD
（3）C （4） ①. 有效 ②. 4.8
【解析】
【小问1详解】
做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验需要交流电源，交流电压表即多用电表，变压器。
故选CDE。
【小问2详解】
A．变压器原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，故A错误；
B．可以先保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，故B正确；
C．为确保安全，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；
D．变压器开始正常工作后，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”磁场能的作用，故D正确；
E．变压器开始正常工作后，铁芯是不导电的，把电能是由原副线圈的电磁感应原理将电能输送到副线圈，故E错误。
故选BCD。
【小问3详解】
若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数的关系
其中
解得
考虑到变压器不是理想变压器，由磁通量损失等因素，则次级电压表示数应该小于1.25V。
故选C。
【小问4详解】
[1]由于交流电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值；
[2]由图乙可知，所选择为交流电压10V挡，由图甲可知，分度值为0.2V，则此时电表读数为4.8V。
四.解答题（第13题14分，第14题14分，第15题16分）
13. 一个竖直放置的上细下粗的封闭容器，水银柱将理想气体分隔为甲、乙两部分，两部分的初始温度均为，体积分别为、，压强分别为、。现把乙部分气体温度降低，甲部分气体温度升高到，在此过程中甲部分气体的压强始终不变，稳定后乙部分气体的压强为。求
（1）在整个过程中，甲气体对水银柱做的功；
（2）稳定后，乙部分气体的温度。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）对于甲部分气体，在气体温度由变为的过程中，气体压强不变，由盖吕萨克定律得
由题意可知
解得
由功的定义可得甲部分气体对水银柱做的功
（2）因为容器的体积不变，所以乙体积的减少量为
稳定后乙的体积
由理想气体状态方程得
稳定后乙的气体压强
解得
14. 下图所示的光滑绝缘的水平面上放置一个质量为m、带电荷量为＋q的小球（可视为点电荷）。在竖直平面内存在匀强磁场和匀强电场，y轴左侧电场方向水平向右，无磁场，y轴右侧电场方向竖直向上，磁感应强度大小为B，磁场方向垂直纸面向里。两侧电场强度大小相等，均为、现将小球从左侧距O点为2L的A点由静止释放，若小球第一次落回地面时落到A点附近。
（1）小球第一次经过y轴时的速度大小；
（2）小球第二次经过y轴时到O点的距离；
（3）小球第二次经过y轴后，到落地前，经过P点（图中未标出）的速度最小，求：小球从开始运动到P点所用的时间t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据动能定理
解得
（2）在磁场中，由于
合力为洛伦兹力，做圆周运动，根据牛顿第二定律
解得
小球第二次经过y轴时到O点的距离为圆周运动的直径
（3）运动轨迹如图所示
由A到O物体做匀加速，根据牛顿第二定律
解得
根据运动学规律
解得
在磁场中做匀速圆周运动，周期为
所用时间为
回到y轴左侧后，物体做类斜抛运动，速度与合力方向垂直时，即速度方向斜向左下时，速度最小，从回到y轴左侧起至速度最小所需时间t3
解得
总时间
15. 如图所示，间距为且足够长的光滑平行金属导轨与，由倾斜与水平两部分平滑连接组成。倾角的倾斜导轨间区域Ⅰ有垂直导轨平面斜向上的匀强磁场，磁感应强度。水平导轨间区域Ⅱ有一个长度、竖直向上的匀强磁场，磁感应强度。质量、阻值的金属棒a从倾斜导轨某位置由静止开始释放，穿过前已做匀速直线运动，以大小不变的速度进入水平导轨，穿出水平磁场区域Ⅱ与另一根质量、阻值的静止金属棒b发生弹性碰撞，两金属棒始终与导轨垂直且接触良好，金属导轨电阻不计，两金属棒长度均与导轨间距相等，，求：
（1）金属棒a到达斜面底端时的速度的大小；
（2）金属棒a第一次穿过区域Ⅱ的过程中，电路中金属棒a上产生的焦耳热；
（3）金属棒a最终停在距区域Ⅱ右边界距离x。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）导体棒匀速穿过，由受力平衡得
又
，
联立可得金属棒a到达斜面底端时的速度大小为
（2）规定向右为正方向，对金属棒，根据动量定理得
又
联立解得金属棒a第一次穿过区域Ⅱ时的速度大小为
金属棒第一次穿过磁场区域的过程中，根据能量守恒可知，电路中产生的总焦耳热为
则金属棒a上产生的焦耳热为
（3）规定向右为正方向，两金属棒碰撞过程满足动量守恒和机械能守恒，则有
，
联立解得碰撞后金属棒的速度为
可知碰撞后金属棒以速度向左再次进入磁场中，设金属棒最终停距磁场右边界处，对金属棒，根据动量定理得
又
联立解得
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