[物理][期末]四川省绵阳市2023-2024学年高二下学期期末考试试题(解析版)

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一、本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1. 现代生活中人类与电磁波结下了不解之缘。下列关于电磁波的说法，正确的是（ ）
A. 虽然可见光与非可见光都是电磁波，但它们在真空中的传播速度不同
B. 遥控器发出红外线的波长与医院CT中X射线的波长相同
C. 变化的电场周围一定产生变化的磁场
D. 用实验可以证实电磁波的存在
【答案】D
【解析】A．电磁波在真空中的传播速度都是，与频率无关，故A错误；
B．遥控器发出的红外线波长大于医院“CT”中的X射线的波长，故B错误；
C．均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，故C错误；
D．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，故D正确。
故选D。
2. 如图所示，用同种规格的铜丝做成的a、b两个单匝正方形线圈同轴，边长之比为2∶3。仅在a线圈所围区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，当匀强磁场的磁感应强度均匀减小的过程中，a、b线圈内的感应电动势大小之比和感应电流大小之比分别为（ ）
A. 1∶1，3∶2B. 1∶1，2∶3
C. 4∶9，2∶3D. 4∶9，9∶4
【答案】A
【解析】当匀强磁场的磁感应强度均匀减小的过程中，由电磁感应定律可得线圈内的感应电动势大小
由于穿过a、b两线圈的磁通量的变化率相同，线圈的匝数相同，因此a、b线圈内的感应电动势大小相等，则有
设a、b两线圈的边长分别为、，由电阻定律可得
又有
则通过a、b两线圈感应电流大小之比为
故选A。
3. 在一个标准大气压下，1g的水吸收的热量变为同质量的的水蒸气，在这个过程中，以下四个关系中正确的是（ ）
A. 水蒸气的内能与水的内能之差等于
B. 水蒸气的内能与水的内能之和等于
C. 水蒸气的内能与水的内能之差小于
D. 水蒸气的内能与水的内能之差大于
【答案】C
【解析】液体汽化时吸收的热量一部分用来克服分子引力做功，增加内能，一部分用来膨胀对外界做功，即等于水蒸气的内能减去水的内能加上水变成气体体积膨胀对外做的功，所以，水蒸气的内能与水的内能之差小于2264J。
故选C。
4. 如图所示的交变电流，每个周期内的前三分之一个周期电压按正弦规律变化。则该交变电流电压的有效值为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】由交流电的有效值的定义可知，在时间内
在时间内
则有
解得
故选A。
5. 如图所示，闭合矩形线圈abcd以速度v从无磁场区域垂直磁场匀速穿过匀强磁场区域。以顺时针方向为电流的正方向，能正确反映bc两点间的电势差、线圈中电流I随时间t变化关系的图像是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】CD．根据楞次定律判断可知，线圈进入磁场时，感应电流方向为顺时针方向，为正值；线圈穿出磁场时，感应电流方向为逆时针方向，为负值；由知线圈进入和穿出磁场时感应电流的大小不变；线圈完全在磁场中运动时，磁通量不变，没有感应电流产生，故C正确，D错误；
AB．线圈进入磁场时，bc边切割磁感线相当于电源，感应电流方向为顺时针方向，则c点为高电势
线圈进入磁场时，ad边切割磁感线相当于电源，感应电流方向为逆时针方向，则c点为高电势
线圈完全在磁场中运动时，磁通量不变，没有感应电流产生，此时bc两点间的电势差为零，故AB错误。
故选C。
6. 中高考等国家考试使用“考试专用”的金属探测仪检查考生是否携带金属物体进入考场。如图所示，金属探测仪内部有线圈与电容器，构成了LC振荡电路。当探测仪检测到金属物体时探测仪线圈的自感系数发生变化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。已知某时刻，电流的方向由b流向a，且电流强度正在增强，则（ ）
A. 该时刻电容器下极板带正电荷B. 线圈的磁场能在减小
C. 电容器两极板间的电场强度正在加强D. 线圈的自感电动势在减小
【答案】D
【解析】A．某时刻，电流的方向由b流向a，且电流强度正在增强，说明电容器正处于放电的过程，可知该时刻电容器上极板带正电荷，下极板带负电荷，A错误；
B．电流的方向由b流向a，且电流强度正在增强，可知电容器所带的电荷量在减小，则电容器的电场能在减小，线圈的磁场能在增加，B错误；
C．电容器正处于放电的过程，电容器两端电压在降低，由可知，电容器两极板间的电场强度正在减弱，C错误；
D．电流的方向由b流向a，且电流强度正在增强，由电容器放电特点可知，可电流强度增大的越来越慢，由自感电动势公式可知，线圈的自感电动势在减小，D正确。
故选D。
7. 如图所示，电阻为r的单匝金属直角线框abcd放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，a、d两点连线与磁场垂直，ab、cd长均为l，bc长为2l，定值电阻阻值为R。线框绕ad连线以角速度匀速转动，则（ ）
A. 图示时刻前后，电流方向相同
B. 图示时刻，穿过线框磁通量的变化率最大
C. 从图示时刻开始计时，a、d两点间电压变化规律为
D. 从图示时刻开始转动的过程中，线圈中流过的电荷量为
【答案】C
【解析】A．图示为中性面，线框每经过中性面，电流方向变化一次，故图示时刻前后，电流方向相反，故A错误；
B．图示时刻，穿过线框磁通量最大，磁通量的变化率最小，故B错误；
C．从图示时刻开始计时，产生的感应电动势为
感应电流为
从图示时刻开始计时，a、d两点间电压变化规律为
故C正确；
D．从图示时刻开始转动的过程中，线圈中流过的电荷量为
故D错误。
故选C。
8. 如图所示，是一种由加速电场，静电分析器，磁分析器构成的质谱仪的原理图。静电分析器通道内有均匀的、大小方向可调节的辐向电场，通道圆弧中心线半径为R，中心线处的电场强度大小都为E；半圆形磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度为B的匀强磁场。要让质量为m、电荷量为的带正电粒子（不计重力），由静止开始从M板经加速电场加速后，沿圆弧中心线通过静电分析器，再由P点垂直磁场边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点，则（ ）
A. 磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里
B. 在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力为零
C. 加速电场的电压
D. P点与Q点间距离
【答案】D
【解析】A．粒子带正电，在磁分析器中由洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动且打在Q点，由左手定则可知，磁分析器中磁场方向垂直于纸面向外，A错误；
B．带电粒子在静电分析器中做匀速圆周运动，由粒子受辐向电场的电场力提供向心力，因此在静电分析器中粒子受辐向电场的电场力不是零，B错误；
C．设粒子在静电分析器中的速度大小为，由粒子受辐向电场的电场力提供向心力，由牛顿第二定律可得
解得
粒子在加速电场中，设加速电压为，由动能定理可得
解得
C错误；
D．粒子在磁分析器中，由洛伦兹力提供向心力，设运动的半径为，可得
解得
可知P点与Q点间距离
D正确。
故选D。
二、本题共4小题，每小题4分，共16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。
9. 把少量的碳素墨水用水稀释，悬浮在水中的小碳粒不停地做无规则运动。下列说法正确的是（ ）
A. 小碳粒的无规则运动是布朗运动
B. 水分子的无规则运动是布朗运动
C. 小碳粒不停地做无规则是由于水分子间既有引力也有斥力
D. 水分子间有分子势能是由于水分子间有相互作用的引力和斥力
【答案】AD
【解析】AB．小碳粒的无规则运动是布朗运动，水分子的无规则运动不是布朗运动。故A正确；B错误；
C．小碳粒不停地做无规则是由于水分子的频繁撞击造成的。故C错误；
D．水分子间有分子势能是由于水分子间有相互作用的引力和斥力。故D正确。
故选AD。
10. 粒子物理研究中使用的一种球状探测装置的横截面简化模型如图所示。横截面内有圆形区域，区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，横截面外圆是探测器；圆形区域内切于外圆。粒子1、2先后沿径向从切点P射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测器上的M点；粒子2经磁场偏转后打在探测器上的N点。装置内部为真空状态，忽略粒子重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A. 粒子1可能为电子
B. 粒子2带正电
C. 增大入射速度，粒子1可能打在探测器上Q点
D. 增大入射速度，粒子2在磁场内的运动时间变短
【答案】BD
【解析】AB．根据题意，由图可知，粒子1在磁场中不偏转，粒子1不带电，粒子2在磁场中受向上的洛伦兹力，由左手定则可知，粒子2带正电，故A错误，B正确；
C．由以上分析可知粒子1不带电，则无论如何增大磁感应强度，粒子1都不会偏转，故C错误；
D．粒子2在磁场中洛伦兹力提供向心力，有
可得
可知，若增大粒子入射速度，粒子2偏转半径变大，根据题意，设粒子的偏转角为，由公式
可得，粒子在磁场中的运动时间为
由题图可知，粒子2偏转半径变大，则在磁场中的偏转角变小，故粒子2在磁场中运动的时间变短，故D正确。
故选BD。
11. 如图所示，间距为L的竖直平行金属导轨MN、PQ上端接有电阻R，质量为m、接入电路的电阻为r的金属棒ab垂直于平行导轨放置，垂直导轨平面向里的水平匀强磁场的磁感应强度大小为B，不计导轨电阻及一切摩擦，且ab与导轨接触良好。若金属棒ab在竖直向上的外力F作用下以速度v匀速上升，则下列说法正确的是（ ）
A. a、b两端的电势差小于BLv
B. a、b两端的电势差大于BLv
C. 拉力F所做的功等于重力势能的增加量和电路中产生的热量之和
D. 拉力F所做的功与重力做功的代数和等于电阻R上产生的热量
【答案】AC
【解析】AB．ab棒切割磁感线产生的电动势为，ab棒相当于电源，由于电源有内阻，所以ab棒两端电压小于，故A正确，B错误；
CD．根据功能关系可知，拉力F做的功等于重力势能的增加量和电路中产生的热量之和，故C正确，D错误。
故选AC。
12. 如图为高铁供电流程的简化图。牵引变电所的理想变压器将高压降压；动力车厢内的理想变压器再将较高的电压降至后为动力车厢内的动力系统供电；某段时间，发电厂输出电流为，动力系统电流为。已知两个理想变压器的匝数，则（ ）
A B.
C. D.
【答案】BD
【解析】AB．由理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比，两变压器则有
可得
可得
由题意可知，由于输电线上有电压降，因此则有，又有，可得
A错误，B正确；
CD．由理想变压器原、副线圈的电流比等于匝数的反比，两变压器则有
可得
可得
由于，
可得
C错误，D正确。
故选BD。
三、本大题2小题，每空2分。共16分。
13. “探究气体等温变化的规律”实验方案如下：在带刻度的注射器内密封一段空气、并接入压强传感器。空气压强p由传感器测量，空气体积V等于注射器读数与连接管的容积之和。
（1）在实验过程中．为保持温度不变，采取的下列措施合理的是__________。（填序号）
A. 推动活塞运动时尽可能慢些
B. 在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性
C. 不要用手握住注射器封闭气体部分
D. 实验时尽量在注射器中封入较多的空气
（2）下表是采集的一组数据。根据表中数据，在坐标系中描点，作出图线。
（3）由表知第9组数据中pV值明显减小。造成这一结果的可能原因是实验时__________。（填序号）
A. 外界大气压强降低
B. 注射器内柱塞与筒壁间摩擦力越来越大
C. 环境温度升高了
D. 注射器内的气体向外发生了泄漏
【答案】（1）AC （2） （3）D
【解析】（1）A．推动活塞运动时尽可能慢些，便于减少做功对气体温度的影响，故A正确；
B．在活塞上涂上润滑油，保持良好的密封性，当活塞运动时，并不能保证温度不变，故B错误；
C．实验时手不要握注射器筒，其目的是减小热传递对气体温度的影响；故C正确；
D．实验时尽量在注射器中封入适当的空气，封入较多的空气反而不利于实验的进行，故D错误。
故选AC。
（2）描点如图所示
（3）ABCD．由图像可知，前个数据点说明压强与体积成反比，第个数据点显著偏离上述规律，可能是在测量第个数据点时注射器内的气体向外发生了泄漏，故ABC错误，D正确。
故选D。
14. 在探究电磁感应有关现象及规律的实验中，某同学选择的灵敏电流计G，在没有电流通过的情况下，指针恰好指在刻度盘中央。请根据该同学的实验操作，回答问题：
（1）首先，将灵敏电流计G连接在图甲所示电路中，电流计的指针如图甲中所示。
（2）然后，将灵敏电流计G与一螺线管串联，当条形磁铁运动时，灵敏电流计G指针偏转情况如图乙所示。则条形磁铁的运动情况是__________。（选填“向上拔出”或“向下插入”）
（3）接着，将灵敏电流计G接入图丙所示的电路。闭合开关后，灵敏电流计的指针向右偏了一下。请问：灵敏电流计指针向右偏与螺线管B中导线的绕向__________（选填“有”或“没有”）关系：若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是__________（填序号）。
A.断开开关
B.在A线圈中插入铁芯
C.变阻器的滑片向右滑动
D.变阻器的滑片向左滑动
（4）最后，该同学用电流传感器研究自感现象，电路如图丁所示。电源内阻不可忽略，线圈的自感系数较大，其直流电阻小于电阻R的阻值。
①在时刻，闭合开关S，电路稳定后，在时刻断开S，电流传感器连接计算机描绘了整个过程线圈中的电流随时间t变化的图像。图丁中的A、B图像，可能正确的是__________。（选填“A”或“B”）
②在“闭合开关—稳定一小段时间—断开开关”这个过程中，通过电流传感器得到图像如图戊所示。比较与的大小关系，有__________。（选填“>”“<”或“=”）
【答案】（2）向下插入 （3）有 AC##CA （4）A
【解析】（2）[1]由图甲可知，电流从灵敏电流计的左接线柱流入，指针往左偏；由图乙可知，螺线管中的电流方向为逆时针方向（从下往上看），根据安培定则，螺线管中感应电流的磁场方向竖直向下；条形磁铁在螺线管中的磁场方向（原磁场方向）竖直向上，可见感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，根据楞次定律可知穿过线圈的原磁通量增加，所以条形磁铁向下插入线圈。
（3）[2]由右手螺旋定则可知，用右手握住螺线管，四指的方向和电流方向相同，大拇指指的方向为N极方向，螺线管B中导线的绕向不同，则灵敏电流计中电流方向不同，故灵敏电流计中电流方向与螺线管B中导线的绕向有关。
[3]A．合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了，说明B线圈中磁通量增加时，电流计指针右偏：现在要使灵敏电流计的指针向左偏转，因此穿过B线圈的磁通量应该减小；断开开关，则穿过B线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间，B线圈中的感应电流方向相反，灵敏电流计左偏，故A项正确；
B．在A线圈中插入铁芯，穿过B线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，线圈中产生的电流方向与开关合上瞬间，B线圈中的电流方向相同，灵敏电流计指针右偏，故B项错误；
C．由图丙可知，变阻器的滑片向右滑动，电路中的电流减小，线圈A的磁感应强度减小，穿过B线圈的磁通量减小，根据楞次定律，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间，B线圈中的感应电流方向相反，灵敏电流计左偏，故C项正确；
D．由图丙可知，变阻器的滑片向左滑动，电路中的电流增大，线圈A的磁感应强度增大，穿过B线圈的磁通量增大，根据楞次定律，线圈B中产生的感应电流方向与开关合上瞬间，B线圈中的感应电流方向相同，灵敏电流计右偏，故D项错误。
故选AC。
（4）[4]当时刻闭合开关S的瞬间，电路中的电流突然增大，在线圈L中要产生自感电动势阻碍电流的增加，所以线圈L中的电流会逐渐增加到稳定值，当时刻断开开关S时，线圈L中由于自感电动势阻碍电流的减小，所以磁电流会在线圈L和电阻R中形成回路，然后逐渐减到零。所以其A图像符合题意。
[5]刚闭合开关时，由于线圈L中自感电动势很大，所以线圈L所在支路相当于断路，由闭合电路欧姆定律有
当电路稳定时，由闭合电路欧姆定律有
由于
所以有
四、本大题3小题，共36分，要求写出必要的文字说明、主要的计算步骤和明确的答案。
15. 如图所示，是一种气压保温瓶及结构示意图。使用气压式保温瓶时，用力压保温瓶顶端的“压盖”，就可以将水压出。每次按压“压盖”，可将贮气室中气体全部压入瓶胆内，松开“压盖”，瓶胆内气体不能回到贮气室、外界空气通过进气孔重新充满贮气室。为了测量贮气室的体积，某同学先将保温瓶打开，测量了当瓶内只有半瓶水时，导水管口到瓶中水面的高度为，然后把保温瓶盖旋紧，该同学按压“压盖”两次后，导水口开始出水。已知保温瓶瓶胆的容积为，水的密度为，大气压强为。忽略按压过程中气体温度的变化及水管体积，保温瓶气密性良好。求贮气室的体积。
【答案】
【解析】设保温瓶的容积为，贮气室的体积为，瓶内只有半瓶水时导水管口到瓶中水面的高度差为h，大气压强为。压“压盖”前，保温瓶和两次贮气室内气体总体积为，压强为，则有
，
压“压盖”后，气体总体积为，压强为，则
，
按压过程中气体温度不变，由玻意耳定律则的
解得
16. 如图所示，两条足够长、粗糙、间距的平行金属导轨PQ、MN固定在水平面上，M、P两端间连接横截面积、匝线、总电阻的线圈。在两导轨之间、边界ef左侧区域有垂直导轨平面向上、磁感应强度的匀强磁场。导体棒ab的质量、电阻、长度也为L，垂直静置在导轨上，导体棒与导轨间的动摩擦因数。闭合开关，从某时刻起，在线圈内加图示方向、以（k未知）均匀增强的磁场，棒ab刚好要滑动而未动；当增大到后保持不变，之后用水平向右的外力拉棒ab，使它由静止开始运动：棒ab到达边界ef前已做匀速直线运动。棒ab始终与导轨接触良好，导轨电阻不计，忽略空气阻力，棒ab受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求：
（1）k值；
（2）棒ab离开边界ef时速度v的大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）在线圈内磁场均匀增强的过程中，设线圈中感应电动势大小为，棒ab中电流为，
棒ab刚好要滑动而未动，对线圈由电磁感应定律则有
由闭合电路欧姆定律可得
对棒ab，由平衡条件则有
代入数据联立解得
（2）在棒ab做匀速直线运动的过程中，外力为，设棒ab中感应电动势大小为，电流为，则有
由平衡条件可得
代入数据联立解得
，
17. 如图直角坐标系xOy中，在第二象限内有沿y轴负方向的匀强电场，第三象限有方向垂直于坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有方向垂直于坐标平面向外的匀强磁场，第三、四象限的磁场下边界MN（图中未画出）在（d未知）处且平行于x轴。一质量为m、电荷量为的粒子从y轴上P点初速度垂直于y轴射入电场，经x轴上的Q点进入第三象限磁场，并垂直于y轴进入第四象限。粒子重力不计。
（1）求第二象限内电场强度的大小E；
（2）求第三象限内磁感应强度大小B；
（3）若将第三象限内磁感应强度大小调为，已知第四象限磁场磁感应强度大小为，粒子将在第四象限垂直边界MN飞出磁场。求d取值的最小值。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）粒子在电场中做类平拋运动，设运动加速度大小为a，运动时间为t，则
解得
（2）设粒子到达Q点时的竖直方向速度为，进入第三象限的速度为v，速度为v与x轴负方向夹角为，则
设粒子在第三象限做匀速圆周运动的半径为R，则
解得
解得
（3）设粒子在第三象限做匀速圆周运动的半径为，在第四象限做匀速圆周运动的半径为，则
由于，粒子在第三象限运动半个周期后进入第四象限，在第四象限半径是，所以运动轨迹如图所示。粒子在第四象限第一次垂直边界MN飞出磁场，d取值最小，最小为
解得
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
99.0
110.0
120.9
135.4
154.7
181.2
223.3
291.1
330.0
21.0
19.0
17.0
15.0
13.0
11.0
9.0
7.0
5.0
0.048
0.053
0.059
0.067
0.077
0.091
0.111
0.143
0.200
2079.0
2090.0
2055.3
2031.0
2011.1
1993.2
2009.7
2037.7
1650.0