江西省鹰潭市2023-2024学年高二上学期1月期末物理试卷(解析版)

这是一份江西省鹰潭市2023-2024学年高二上学期1月期末物理试卷(解析版)，共25页。试卷主要包含了考试结束后，将答题卡交回等内容，欢迎下载使用。
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
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。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将答题卡交回。
一、单项选择题：本题共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. 以下关于物理学史说法正确的是（ ）
A. 库仑通过扭秤实验直接测出了静电力常量的数值
B. 奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电和磁之间的联系
C. 法拉第在对理论和实验资料进行严格分析后，得出了法拉第电磁感应定律
D. 麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
【答案】B
【解析】A．库仑通过扭秤实验得到了库仑定律，没有测出了静电力常量的数值，故A错误；
B．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭示了电和磁之间的联系，故B正确；
C．法拉第发现了磁生电的条件，纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后，提出了法拉第电磁感应定律，故C错误；
D．麦克斯韦建立了电磁场理论，赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在，故D错误。
2. 如图所示，正立方体，上下底面的中心为O和，现将电量相等的四个点电荷分别固定在A、、C、处，其中，A和处为正电荷，C和处为负电荷，下列说法正确的是（ ）
A. 平面是一个等势面
B. O点与点的电场强度大小相等、方向相同
C. B点与点的电场强度大小相等、方向相同
D. 将正试探电荷＋q由O点沿直线移动到点，其电势能一直减小
【答案】A
【解析】A．等量异种点电荷的中垂面是等势面，可知平面是一个等势面，故A正确；
BC．作出各点电荷在O点与点、B点与点的电场强度如图：
电场强度是矢量，其叠加遵循平行四边形定则，可见在O点与点的电场强度方向相反、B点与点的电场强度方向也相反，故BC错误；
D．平面是一个等势面，将正试探电荷＋q由O点沿直线移动到点，其电势能不变，故D错误。
故选A。
3. 如图所示为一种获得高能粒子的装置原理图，环形管内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场（环形管的宽度非常小），质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔且小孔距离很近的平行极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板刚进入A、B之间时，A板电势升高到，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场中通过一次次加速使得动能不断增大，而在环形区域内，通过调节磁感应强度大小可使粒子运行半径R不变。已知极板间距远小于R，则下列说法正确的是（ ）
A. 环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里
B. 粒子在绕行的整个过程中，A板电势变化的频率越来越大
C. 粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行N圈后回到A板时的速度大小为
D. 粒子绕行第5圈时，环形区域内匀强磁场的磁感应强度为
【答案】B
【解析】A．正电荷在A、B之间是加速，故电荷顺时针转动；在磁场中洛伦兹力提供向心力，由左手定则知，磁场方向垂直于纸面向外，故A错误；
B．A板电势变化的周期与粒子在磁场中圆周运动的周期相同，由于粒子在加速，速度增大，根据可知周期要递减，即A板电势变化的频率越来越大，故B正确；
C．粒子在电场中加速，根据动能定理有
可得
故C错误；
D．粒子在磁场中由牛顿第二定律有
解得
粒子绕行第5圈时，环形区域内匀强磁场的磁感应强度为
故D错误。
故选B。
4. 如图甲所示，连接电流传感器的线圈套在竖直放置的长玻璃管上。将强磁铁从离玻璃管上端高为h处由静止释放，磁铁在玻璃管内下落并穿过线圈。如图乙所示是实验中观察到的线圈中电流随时间变化的图像，则（ ）
A. 过程中线圈对磁铁作用力方向先向上后向下
B. 过程中线圈对磁铁作用力方向先向上后向下
C. 强磁铁上下翻转后，仍从离玻璃管上端高h处释放，图像不改变
D. 用粗细均匀的同种材料绕制的线圈匝数加倍后再重复实验，电流峰值将不变
【答案】D
【解析】AB．由楞次定律的“来拒去留”可知，过程中线圈对磁铁作用力方向一直向上，故AB错误；
C．磁铁上下翻转后重复实验，穿过圆环过程中，磁通量方向相反，根据楞次定律可知，将会产生负向电流后产生正向电流，故C错误；
D．若将线圈匝数加倍后，根据法拉第电磁感应定律
可知，线圈中感应电动势也加倍，由电阻定律
可知，线圈匝数加倍，长度也加倍，电阻加倍。由欧姆定律可知线圈中感应电流的峰值不会加倍，故D正确。
故选D。
5. 如图所示，电路中定值电阻的阻值等于电源内阻r的阻值，定值电阻的阻值等于2r，开关S闭合，平行板电容器中带电质点P原来处于静止状态，将滑动变阻器滑片向上滑动，理想电压表、、的示数变化量的绝对值分别为、、，理想电流表A示数变化量的绝对值为，下列说法正确的是（ ）
A. 理想电压表示数增大，理想电压表示数减小，理想电流表A示数增大
B. 质点将向下运动，定值电阻中有从a流向b的瞬间电流
C.
D. 电源的输出功率减小
【答案】D
【解析】A．分析电路可知，当开关S闭合，滑动变阻器与定值电阻R1串联后接在电源两端；将滑动变阻器的滑片向上滑动，滑动变阻器接入电路的电阻变大，电路总电阻变大，电路电流减小，理想电流表A示数减小；
理想电压表V1测量定值电阻R1两端的电压，据欧姆定律可得
电路电流减小，则变小，即理想电压表示数减小；
而理想电压表V2测量电源的路端电压，据闭合电路欧姆定律可得
电路电流减小，电源内阻上分得的电压变小，电源路端电压增大，理想电压表V2的示数增大。
故A错误；
B．理想电压表V3测量滑动变阻器两端的电压，据闭合电路欧姆定律可得
电路电流减小，则增大；
根据
可知电容器的电荷量增大，电容器充电，所以定值电阻中有从b流向a的瞬间电流；
又
和
可得
电荷量增大，E增大，向上的电场力增大，则质点将向上运动，B错误；
C．理想电压表V1测量定值电阻R1两端电压，据欧姆定律可得
理想电压表V2测量电源的路端电压，据闭合电路欧姆定律可得
理想电压表V3测量滑动变阻器两端的电压，据闭合电路欧姆定律可得
电路中定值电阻R1的阻值等于电源内阻r的阻值，当电路中电流增大，电阻R1的阻值不变，故
故C错误；
D．电源的输出功率与外电阻变化的图像如下
定值电阻R1的阻值等于电源内阻r的阻值，将滑动变阻器的滑片向上滑动，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路的外电阻阻值从大于内阻r继续增大，则电源的输出功率减小，故D正确。
故选D。
6. 如图所示，水平放置的平行板电容器上极板a与下极板b带等量的异种电荷，上极板a与另一平行板电容器上极板c相连，P是两极板间的一个点。现将极板b和极板d接地，此时一质量为m的带电小球在P点正好处于静止状态。已知极板a和c带正电，规定大地的电势为零，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 小球带正电
B. 若将极板a上移一小段距离，带电小球仍保持静止
C. 若将极板a上移一小段距离，带电小球将向下运动
D. 若将极板b上移一小段距离，c、d两极板间电势差将增大
【答案】B
【解析】A．两极板间匀强电场的方向向下，由二力平衡可得小球受到的电场力竖直向上，则小球带负电，A错误；
BC．由公式
，，
可得
当把极板a向上移动一小段距离，两极板间的距离d增大，但对E无影响，则带电小球仍保持静止，B正确，C错误；
D．若将极板b上移一小段距离，a、b两极板间的距离d减小，E不变，则a、b两极板间电势差将减小，a板电势减小，c板电势减小，而极板b和极板d接地电势为0，则c、d两极板间电势差将减小，故D错误。
故选B。
7. 理想变压器原、副线圈a、b的匝数之比为，原线圈接在的交流电源上，副线圈中“20V 20W”的灯泡L恰好正常发光，电阻，电压表V为理想电表。则下列推断正确的是（ ）
A. 原线圈的输入电压为150VB. 交变电流的频率为100Hz
C. 电压表V的示数为D. 消耗的功率小于消耗的功率
【答案】A
【解析】B．由可知，电源的输入电压为
角速度为
频率为
故B错误；
C．灯泡正常发光，则电流为
电压表V的示数为
故C错误；
A．根据原副线圈电压与匝数成正比，有
解得原线圈的输入电压为
故A正确；
D．电源根据原副线圈电流与匝数成反比，有
解得
电源输入电压的有效值为
根据欧姆定律和功率公式可得R1消耗的功率为
R2消耗的功率为
可知消耗的功率大于消耗的功率，故D错误。
故选A。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正方向运动，其电势能随位移x变化的关系如图所示，其中段是关于直线对称的曲线，段是直线，则下列说法正确的是（ ）
A. 段的电场强度在逐渐减小
B. 段的电场强度大小不变，方向沿着x轴负方向
C. 段，粒子运动过程中的动能先增大后减小
D. 若O、、、处电势为、、、，则
【答案】AC
【解析】A．根据
，
可知
可知图像斜率的绝对值等于粒子受到的电场力大小，段图像斜率的绝对值逐渐减小，粒子受到的电场力逐渐减小，电场强度在逐渐减小，故A正确；
B．段图像斜率的绝对值不变，电场强度大小不变，负电荷在高电势处电势能反而小，可知段电势逐渐减小，根据沿电场线电势降低，方向沿着x轴正方向，故B错误；
C．段，粒子运动过程中电势能先减小后增大，电场力先做正功后做负功，动能先增大后减小，故C正确；
D．粒子的电势能为
则
故D错误。
故选AC。
9. 如图甲所示，有一个电阻不计的“匚”形导轨放置在绝缘水平桌面上，两横轨间的距离为，整个空间内有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为。电阻为、质量为的光滑金属棒置于导轨上，受到水平向右的外力的作用由静止开始运动，外力与金属棒速度的关系如图乙所示。金属棒与导轨始终垂直且接触良好，金属棒受到的安培力大小为，感应电流的功率为。下列图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】AD
【解析】设某时刻金属棒的速度为，对金属棒由牛顿第二定律
由图像可知
其中
即
化简可得
如果，则加速度与速度成线性关系，且随着速度增大，加速度越来越大，即金属棒运动的图像的切线斜率越来越大，由于，所以图像的切线斜率也越来越大，感应电流的功率也会随着时间变化的越来越快；
如果，则
即金属棒做匀加速直线运动，电动势随时间均匀增大，安培力随时间均匀增大，但感应电流的功率
与时间的二次方成正比；
如果，则金属棒做加速度越来越小加速运动，安培力和感应电流的功率的变化率随时间先增大后减小，最后恒定。
故选AD。
10. 一匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，其边界如图中虚线所示，半圆弧bc的半径为R，ab、cd与直径bc共线，ab间的距离等于圆的半径。一束质量为m、电荷量为的粒子，在纸面内从a点以大小不同的速率垂直于ab射入磁场。不计粒子重力及粒子之间的相互作用，，，下列说法正确的是（ ）
A. 粒子在磁场中运动的最短时间应为
B. 若粒子在磁场中的运动时间最长，则粒子在磁场中的运动时间为
C. 若粒子运动轨迹经过圆心O，则粒子射入磁场时的运动轨道半径为
D. 若粒子运动轨迹经过圆心O，则粒子在磁场中的运动时间为
【答案】ABD
【解析】A．当轨迹圆弧所对应的弦与bc半圆形边界相切时，轨迹圆弧所对应的弦与ab的夹角最大，那么轨迹的圆心角θ最小，运动时间最短，其轨迹如图所示
圆心恰好位于b点，此时轨迹对应的圆心角为，粒子在磁场中的运动时间为
故A正确；
B．若粒子在磁场中的运动时间最长，则粒子在磁场中偏转对应的圆心角为，粒子在磁场中的运动时间为
故B正确；
CD．若粒子运动轨迹经过圆心O，则粒子运动的轨迹如图所示
由几何关系可得
解得粒子轨道半径为
设粒子在磁场中转过的角度为
则有
可得
则粒子在磁场中的运动时间为
故C错误，D正确。
故选ABD
三、非选择题，本题共5小题，共54分。
11. 某实验小组在学校实验室进行了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验。
（1）下列对实验的分析说法正确的是___________。
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，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，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
（2）甲、乙两位同学在实验过程中，分别选用了如图A、B两种装置的一种进行实验。其中，甲同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压，通过数据可以判断甲同学所用的实验装置是___________（填“A”或“B”）。甲同学通过对实验数据的分析，得出在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于其匝数之比。
（3）乙同学采用另一种装置进行实验。在实验中，原、副线圈匝数之比，原线圈两端与的交流电源相连。将副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的示数可能是___________。
A．44.0VB．62.2VC．19.1VD．220.0V
【答案】（1）BC或CB （2）A （3）C
【解析】（1）[1]A．为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；
C．为了保护电表，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．变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，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，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。
（2）[2]由表中数据可知
可见变压器工作时有能量损失，可以判断甲同学所用的实验装置是A。
（3）[3]原线圈两端与的交流电源相连，则
根据
可得
由于变压器工作时有能量损失，实际电压将小于44V。
12. 某实验小组测量一段由新材料制成的粗细均匀电阻丝的电导G，电导与其电阻R是倒数关系。
（1）若用多用电表粗测某电阻的阻值。当用电阻“”挡时，发现指针向右偏转角度过大，接着在“”或“”挡位中进行换挡操作，通过一系列正确操作后，指针静止时位置如图甲所示，其读数为___________。
（2）在测量电阻丝的电导G过程中，发现实验室中除电源（电动势3.0V，内阻约）、开关、导线外还有下列器材：
A.电流表（量程5mA，内阻）；
B.电流表（量程3A，内阻约）；
C.滑动变阻器（，额定电流1.0A）；
D.电阻箱R（阻值范围为）；
①实验小组设计了如图乙所示的实验电路图。由于没有电压表，需要把电流表串联电阻箱R改装成量程为3V的电压表，则电阻箱的阻值应调至___________。
②正确连接电路后，闭合开关，调节滑动变阻器测得5组电流表、的值、，数据见下表。现建立坐标后将测得的数据在坐标纸上描点如图丙所示，请在丙图中绘出图像：______
则根据图像可求出电阻丝的电导___________。（结果保留2位有效数字）
【答案】（1）60 （2）500.0 1.5
【解析】（1）[1]若用多用电表粗测某电阻的阻值，发现指针向右偏转角度过大，说明电阻较小，换用挡重新测量，由图甲可得
（2）①[2]
把电流表串联电阻箱R改装成量程为3V的电压表，则电阻箱的阻值应调至
②[3]在丙图中绘出图像，如图所示
[4]根据题意，由欧姆定律有
因为远大于，整理可得
结合图像有
解得
13. 如图所示，一个质量为、电荷量的带电粒子（重力忽略不计），从静止开始经电压为的加速电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中。金属板长，两板间距。求：
（1）微粒进入偏转电场时的速度是多大？
（2）若微粒射出电场时的偏转角度为，求两金属板间的电压是多大？粒子从电场中出射时的侧位移y是多少cm？
【答案】（1）；（2）200V，
【解析】（1）带电微粒经电场加速后速度为，根据动能定理
解得
（2）带电微粒在偏转电场中只受静电力作用，做类平抛运动。水平方向有
设电子在偏转电场中运动的加速度为a，射出电场时竖直方向的速度为，则有
解得
侧位移为y，则有
解得
14. 如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小为，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小。有一带电微粒，质量，电荷量，从时刻由O点开始以速度v在第一象限的竖直面内做匀速直线运动，取，求：
（1）微粒做匀速直线运动的速度v的大小和方向；
（2）若在时，将电场方向逆时针旋转90°，在微粒继续运动的过程中，求微粒第一次经过y轴时的坐标；
（3）若在某一时刻撤掉磁场（不考虑磁场消失引起的电磁感应现象），在微粒继续运动的过程中，求微粒速度方向恰好平行于x轴正方向时微粒的动能。
【答案】（1），速度方向斜向右上与x轴正方向成45°角；（2）（0，1.6m）；（3）
【解析】（1）微粒做匀速直线运动时，受力如图所示：
其所受的三个力在同一平面内，合力为零，则有
代入数据解得：
速度v的方向与x轴的正方向之间的夹角满足
解得
即速度方向斜向右上与x轴正方向成45°角
（2）经过t=0.4s后，微粒运动到A点，运动位移OA为
即A点坐标为，此时将电场逆时针旋转90°后，有
分析可知，运动到A点后微粒做匀速圆周运动，设圆周运动的半径为r，有
解得
分析可得微粒运动轨迹如图：
设微粒经过y轴的交点为Q，则由几何关系可知
则
即微粒第一次经过y轴时的坐标为（0，1.6m）。
（3）设微粒处于P点时速度恰平行于x轴正方向，P点速度大小为，刚撤去磁场时，沿y轴正方向速度为
运动到P点所用的时间为，则
刚撤去磁场时，沿x轴正方向速度为
x轴方向加速度为
微粒到达P点的速度为
微粒在P点处的动能为
15. 如图所示，和为在同一水平面内足够长的金属导轨，处在磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。导轨的段与段相互平行，距离为；段与段也是平行的，距离。质量均为的金属杆a、b垂直于导轨放置，一根不可伸长的绝缘轻绳一端固定在金属杆a上，一端系着重物c放置在地面上，重物c质量，绝缘轻绳的水平部分与平行且足够长（重物c始终不与滑轮相撞），对b杆施加一水平向右的恒力，使其从静止开始运动。已知两杆在运动过程中始终垂直于导轨并与导轨保持光滑接触，轨道足够长，使a杆始终在宽度为的轨道部分运动，两杆与导轨构成的回路的总电阻始终为，重力加速度g取。（感应电流产生的磁场忽略不计）
（1）若将重物c锁定在地面上，求b杆的最终速度的大小；
（2）若将重物c解除锁定，从b杆开始运动到重物c刚要离开地面时，共经历时间05s，求此过程中回路产生的总焦耳热；
（3）若将重物c解除锁定，求b杆由静止开始运动的全过程中回路的最大电流。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）若将重物c锁定在地面上，则a杆静止不动。b杆产生感应电动势
感应电流
安培力
b杆加速运动，由牛顿第二定律
当加速度减小到零时，b杆做匀速直线运动，即
可得b杆稳定速度
（2）重物c刚要离开地面时，则有
则a杆所受安培力
ab两杆串联，电流相等，所以b杆安培力是a杆的0.5倍
由可知电路中电流
电动势
由可知此时b杆的速度
从b杆开始运动到重物c刚要离开地面过程，对b杆利用动量定理有
设b杆运动的位移为x，则
代入上式，可得
对b杆利用动能定理有
可得克服安培力做的功
此过程回路产生的总焦耳热
（3）重物c解除锁定后，设某时刻a、b两杆的速度分别为、，回路中产生的感应电动势
回路中总电流
b杆的加速度
a杆和重物c看作一个整体，则加速度
a、b两杆均加速运动，分析可知，当
时，回路中电流达到最大值，则有
代入数据，可得
实验次数
/匝
/匝
1
800
400
8.00
3.68
2
800
100
8.00
0.90
3
200
100
8.00
3.61
4
1400
100
8.00
0.50
108
1.65
2.17
2.58
3.06
1.00
1.50
1.90
2.30
2.80