2023~2024学年吉林省高二(上)1月期末物理试卷(解析版)

这是一份2023~2024学年吉林省高二(上)1月期末物理试卷(解析版)，共15页。试卷主要包含了选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
本试卷分选择题和非选择题两部分，共15题，满分100分，共3页。考试时间为75分钟。考试结束后，只交答题卡。
第Ⅰ卷（选择题共10题，共46分）
一、选择题（本题共10小题，共46分。第1-7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8-10题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。）
1. 准确理解物理概念的内涵和外延是学好物理的关键。下列与静电场有关的概念的说法正确的是（ ）
A. 体积小的带电体均可视为点电荷
B. 电荷的电势能的变化仅与电荷所受的电场力做功有关
C. 电场强度的方向指向电势降低的方向
D. 某点电势为零，其电场强度大小也一定为零
【答案】B
【解析】A．带电体的形状和大小对库仑力的计算影响可以忽略不计时，带电体可视为点电荷，而不是体积小的带电体均可视为点电荷，故A错误；
B．在静电场中，电势能的变化只与电场力的做功有关，故B正确；
C．电场强度的方向指向电势降低最快的方向，故C错误；
D．电势的高低与电场强度的大小无关，故D错误。
故选B。
2. 以下说法正确的是（ ）
A. 磁场和磁感线都是客观存在的
B. 磁感应强度（）是用比值法定义的物理量
C. 运动的电荷在磁场中一定受洛伦兹力的作用
D. 磁场中某点磁感应强度的方向跟放在该处通电导线所到的安培力的方向一致
【答案】B
【解析】A．磁场是客观存在的一种物质，磁感线是人引入的虚拟线，故A错误；
B．磁感应强度（）是用比值法定义的物理量，B的大小与F和IL无磁，故B正确；
C．运动的电荷在磁场中当运动方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力的作用，故C错误；
D．根据左手定则可知，垂直于磁场方向放置的通电导线受力方向与磁感应强度方向垂直，故D错误。
故选B。
3. 室内装修常用的板材、油漆、地毯、壁纸等多含有甲醛，甲醛对人体的身体健康有较大伤害。为了检测家里甲醛含量的变化，某同学查阅资料并购买了一个甲醛敏感电阻Rx（其阻值随甲醛含量的增加而增大），设计了如图所示的电路来粗略检测家里甲醛气体含量。电源电动势为E、内阻为r，R0为定值电阻，R为电阻箱，电压表和电流表均视为理想电表，则下列说法正确的是（ ）
A. R一定时，当室内甲醛含量升高时，电流表示数增大
B. R一定时，当室内甲醛含量降低时，电压表示数减小
C. 仅调节电阻箱，电压表、电流表的示数变化量的比值不变
D. R一定时，甲醛的含量越高，电压表的示数越大
【答案】C
【解析】AB．根据“串反并同”法，R一定时，当室内甲醛含量升高时，Rx增大，电流表示数减小，电压表示数减小；当室内甲醛含量降低时，Rx减小，电压表示数增大，ABD错误；
C．电压表、电流表的示数变化量的比值等于定值电阻的阻值，保持不变，C正确。
故选C。
4. 法拉第发明了世界上第一台发电机—法拉第圆盘发电机，原理图如图所示。半径为的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场中，绕轴以角速度沿逆时针方向匀速转动，则通过电阻的电流的方向和大小是（金属圆盘的电阻不计）（ ）
A. 由到，B. 由到，
C. 由到，D. 由到，
【答案】A
【解析】根据法拉第电磁感应定律，切割产生的感应电动势为
根据欧姆定律，通过电阻的电流为
由右手定则，圆盘相当于电源，其方向为从边缘指向圆心，所以电阻中的电流方向为从d到c。
故选A。
5. 可控硅元件可以实现对调速风扇进行调节，若经过元件调节后，加在风扇上的电压U与时间t的关系由正弦交流电的每半个周期中都截去了前面的四分之一而得到，如图所示。则该交变电压的有效值为（ ）

A. B. C. D.
【答案】C
【解析】据电流的有效值定义，可有
解得
故选C。
6. 1888年尼古拉·特斯拉发明了世界上第一台交流电发电机，成为电机工程学的先驱。甲图是一台交流发电机的示意图，线圈以为轴匀速转动，产生的正弦式交变电流的波形如图乙所示，下列说法正确的是（ ）

A. 该正弦式交流电的频率为50Hz
B. 1s内，电流的方向发生10次变化
C. 电流的峰值为
D. 时，线圈平面转到中性面，穿过线圈的磁通量最小
【答案】B
【解析】A．该正弦式交流电的频率为
故A错误；
B．一个周期内，电流的方向发生2次变化，故1s内，电流的方向发生10次变化，故B正确；
C．由乙图可知，电流的峰值为，故C错误；
D．时，线圈平面转到中性面，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，故D错误。
故选B。
7. 雷雨天带有负电的乌云飘过一栋建筑物上空时在避雷针周围形成电场，电场的等差等势面a、b、c、d分布情况如图所示。关于等势面上A、B、C三点的电势和电场强度说法中正确的是（ ）

A B.
C. D.
【答案】A
【解析】AB．由于乌云带负电，可知电场线由避雷针指向乌云，根据电场线与等势线垂直，由高电势点指向低电势点可知
故A正确，B错误；
CD．等差等势面的分布的疏密程度能够反映电场的强弱，根据A、B、C三点等势面分布的疏密程度可知，A点最密集，B点次之，C点最稀疏，则有
故CD错误。
8. 结合相应图片，下列表述正确得是（ ）
A. 图甲小磁针的极指向正确的是
B. 图乙是奥斯特的经典实验，它的价值在于直接证实电流周围有磁场
C. 图丙中处于蹄形磁铁中的导体棒通电后来回摆动
D. 图丁中下端刚好与水银液面接触金属软弹簧通电后将上下振动
【答案】ABD
【解析】A．根据右手螺旋定则可知，螺线管内部的磁场方向向左，所以内部静止时磁针N极指向左，故d正确，外部磁场由左侧N极出发指向右侧S极，所以a、b、c均错误，故A正确；
B．图乙是奥斯特的经典实验电流的磁效应，它的价值在于直接证实电流周围有磁场，故B正确；
C．图丙中处于蹄形磁铁中的导体棒通电后向右摆动，不会来回摆动，故C错误；
D．图丁中下端刚好与水银液面接触的软弹簧通电后，根据同向电流相互吸引可知，软弹簧收缩，离开水银面、电路断开，由于重力的作用再次与水银面接触，再次通电跳起，如此反复，故弹簧将上下振动，故D正确。
故选ABD。
9. 随着对磁场研究的深入和技术的掌握，磁场在现代科技中获得广泛的应用。如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是磁电式电流表，下列说法正确的是（ ）
A. 甲图可通过增加回旋加速器的半径来增大粒子的最大动能
B. 乙图可通过增加A、B两板间的距离来增大电源电动势
C. 丙图可以判断出带电粒子的电性，且带电粒子能够从右侧沿水平直线匀速通过速度选择器
D. 丁图中磁电式电流表在线圈转动的范围内的磁场都是匀强磁场
【答案】AB
【解析】A．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有洛伦兹力提供向心力得
解得
粒子的最大动能为
则可通过增加回旋加速器半径来增大粒子的最大动能，故A正确；
B．当磁流体发电机稳定工作时，带电粒子在A、B两板间受到的洛伦兹力和电场力刚好平衡，有
得
则可通过增加A、B两板间的距离来增大电源电动势，故B正确；
C．粒子恰好匀速直线运动的时候，洛伦兹力和电场力刚好平衡，有
如果改变电性，则洛伦兹力和电场力都改变了方向，却仍然是平衡状态，故无法判断粒子的电性；当带电粒子从右侧进入选择器时，此时电场力和洛伦兹力同向，故此时粒子不能从右侧沿水平直线匀速通过速度选择器，故C错误；
D．磁电式电流表在线圈转动的范围内的磁场是辐射状的磁场，不是匀强磁场，故D错误。
故选AB。
10. 如图所示，空间中存在着正交的匀强磁场和匀强电场，已知电场强度大小为，方向竖直向下，磁感应强度大小为，方向垂直纸面。一个电子由点以一定初速度水平向右飞入其中，运动轨迹如图所示，其中、和分别为轨迹在一个周期内的最高点和最低点，不计电子的重力。下列说法正确的是（ ）
A. 磁感应强度方向垂直纸面向外
B. 由点至点的运动过程中，电子的速度增大
C. 电子的初速度小于
D. 无论怎样调整电子的初速度大小与方向都不可以使其做匀加速直线运动
【答案】BD
【解析】A．电子由O点以一定初速度水平向右飞入正交的匀强磁场和匀强电场中，电子先向下偏转，电子所受的电场力向上，则电子所受的洛伦兹力向下，根据左手定则，则磁感应强度方向垂直纸面向里，故A错误；
B．电子由点至点的运动过程中，电场力做正功，洛伦兹力不做功，电子的速度增大，故B正确；
C．电子在O点处向下偏转，则此时合力方向向下，即洛伦兹力大于电场力，则有
可得
故C错误；
D．调整电子的初速度大小与方向，当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做匀速直线运动；当初速度方向与磁场平行，电子做类平抛运动；但电子不可能做匀加速直线运动，因为随着电子速度的增加，洛伦兹力发生变化，电子所受合力方向发生变化，不可能与速度方向在同一直线上，故D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷（非选择题共5题，共54分）
二、实验题（本题共2小题，共16分。11题6分，每空2分；12题10分，每空2分）
11. 刘同学研究电磁感应现象的实验装置如图甲所示，该同学正确连接电路，闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。

（1）闭合开关电路稳定后，该同学将滑动变阻器的滑片___________（填“向左”或“向右”）移动时，灵敏电流计的指针向右偏转。
（2）该同学继续用如图乙所示的实验装置来探究影响感应电流方向的因素，实验中发现感应电流从“+”接线柱流入灵敏电流计（指针向右偏转），螺线管的绕线方向在图丙中已经画出。若将条形磁铁向下插入螺线管时，指针向右偏转，则条形磁铁___________（填“上端”或“下端”）为N极。进一步实验发现，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向___________（填“相同”或“相反”）。
【答案】（1）向右 （2）上端 相同
【解析】（1）[1]闭合开关时通过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏，则要使灵敏电流计的指针向右偏转，应使通过线圈B的磁场变弱（即通过线圈B的磁通量减小），通过线圈A的电流应减小，则滑动变阻器的滑片应该向右滑动。
（2）[2][3]根据题述电流方向可知，感应电流的磁场方向竖直向下，结合楞次定律可知，原磁场磁通量方向向上，即条形磁铁上端为N极。根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向总是阻碍引起感应电流的原磁场磁通量的变化，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
12. 某学习小组进行“充电宝不同电量时的电动势和内阻研究”，设计实验电路图如图1所示。
（1）滑动变阻器用于改变电路中的电流，是定值电阻，的主要作用是______。
（2）两只数字多用表分别作为电压表和电流表，电路中的电源为充电宝，通过充电宝的连接线接入电路，剥开充电宝连接线的外绝缘层，里面有四根导线，红导线为充电宝的正极，黑导线为负极，其余两根导线空置不用。若用多用电表直流电压档粗测其电动势，多用电表的红表笔应与充电宝的______（“红导线”或“黑导线”）连接。
（3）图2为实物图，请用笔代替导线根据实验电路图将实物图补充完整______。
（4）记录被测充电宝实验时电量百分比（开始时的电量百分比为100%）。将滑动变阻器电阻调至最大。闭合开关，依次减小滑动变阻器的阻值，记录每次操作的电流表和电压表的示数，根据数据作出图像如图3，由图像可得充电宝的电动势______V（保留两位小数），内阻______Ω（保留两位小数）。
【答案】（1）作为保护电阻，以防止滑动变阻器调节过度导致短路 （2）红导线 （3） （4）5.06##5.07##5.08 0.10##0.11##0.12
【解析】（1）[1] R0为定值电阻，在电路中作为保护电阻，以防止滑动变阻器调节过度导致电流过大或者短路。
（2）[2]根据多用电表电流“红表笔进黑表笔出”，可知多用电表的红表笔应与充电宝的正极，即红导线连接。
（3）[3]根据实验电路图可得实物图如下

（4）[4] 根据闭合回路欧姆定律可得
E=U+Ir
可得
U=E-Ir
根据图像在纵轴上的截距可得
E=5.07V
其内阻等于图像倾斜直线的斜率的绝对值
三、解答题（本题共3小题，共38分。其中13题10分；14题12分；15题16分。解答应写出必要的文字说明、原始公式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题答案中必须明确写出数值和单位。）
13. 杭州第19届亚运会第一次使用机器狗运送铁饼，提高了安全性的同时也增加了趣味性。机器狗简化电路如图所示，假设电动机正常工作时两端电压为74V，电流为2.5A，线圈电阻为4Ω，每两小时更换一次电源。当内阻未知电动势为80V的直流电源接入电路时，电动机恰能正常工作。求：电源的内电阻和电动机的输出功率是多少？
【答案】；160W
【解析】由
得
电动机的输入功率
电动机线圈消耗的热功率
电动机输出功率
=160W
14. 2023年10月26日，中国神舟十七号航天员乘组顺利进入中国空间站，进行为期6个月的驻留并进行大量的科学实验。由于高能宇宙射线对航天员的辐射具有非常大的危害。下图为某种磁防护方案截面图。在航天器内建立同心圆柱体形屏蔽磁场。设同心圆小圆半径为，大圆半径为，轴向足够长。设定区内为匀强磁场，磁场方向与轴平行，设定区外和防护区内无磁场。若一个质量为，带电荷量为的粒子在平行于圆柱横截面的平面内，以速度沿指向圆心方向入射，恰好打不到防护区内部。（不计粒子重力）求：
（1）磁感应强度的大小是多少？
（2）粒子在设定区内的运动时间是多少？
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）设带电粒子的轨迹半径为，由几何关系得
解得
根据牛顿第二定律
解得
（2）带电粒子在磁场中的轨迹对应的圆心角为
，
周期
所求时间为
15. 如图所示，倾角为、足够长的光滑绝缘斜面固定不动，斜面上有一系列间距均为的水平虚线（图中仅画出部分），虚线1、2间存在垂直斜面向下的匀强磁场（包括虚线），从虚线2向下每间隔在两虚线间存在垂直斜面向下的与虚线1、2间相同的匀强磁场，磁感应强度大小为。一质量为、电阻值为、边长为的正方形线框从虚线1上方某位置由静止释放，边始终与虚线平行，当线框的边刚好到达虚线1时，线框的加速度大小为，方向沿斜面向下，重力加速度取。整个过程中线框始终没有发生转动。求：
（1）从释放线框到线框的边刚好到达虚线1时的速度；
（2）线框的最大速度；
（3）若从边刚好到达虚线1到线框的速度达到最大，所用的时间为，则此过程中线框中产生的焦耳热为多少？
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）设线框的边到虚线1时的速度为，则由法拉第电磁感应定律得
由闭合电路欧姆定律得
由牛顿第二定律得
代入数据解得
（2）线框的速度最大时，线框的合力为零，由力的平衡条件得
又由
代入数据解得
（3）由题意可知，线框在沿斜面下滑的过程中，始终受到安培力的作用，设线框从刚进入磁场开始经时间达到最大速度，线框的平均速度为，此时有
又有
代入数据解得
由能量守恒定律得
解得