上海市复旦大学附属中学2023-2024学年高二上学期期末等级性考试物理试卷（解析版）

这是一份上海市复旦大学附属中学2023-2024学年高二上学期期末等级性考试物理试卷（解析版），共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，综合题等内容，欢迎下载使用。
（满分100分，时间60分钟）
一、单选题（共24分）
1. 空间有一个沿x轴分布的电场，其场强E随x变化的关系如图所示。其“阴影面积”的单位是（ ）
A. NB. JC. VD.
【答案】C
【解析】
【详解】结合匀强电场中电势差与场强的关系式
可知，图线与x轴所围的面积表示电势差，单位为V。
故选C。
2. 用电动势为E、内阻为r的电源对外电路供电，则（ ）
A. 电源短路时，路端电压为最大值
B. 外电路断开时，路端电压为零
C. 路端电压增大时，流过电源的电流一定减小
D. 路端电压增大时，外电路消耗的功率一定增大
【答案】C
【解析】
【详解】A．电源短路时，外电路无电阻，故分压为0，即路端电压为0，故A错误；
B．外电路断开时，电路电流为0，由于此时的外电路电阻被视为无限大，故外电路分压就等于电动势，即路端电压等于电动势，故B错误；
C．路端电压增大时，说明外电路分压增大，则外电路电阻增大，由于
则流过电源的电流一定减小，故C正确；
D．路端电压增大时，说明外电路分压增大，则外电路电阻增大，根据闭合电路功率的有关规律可知，当且仅当外电阻R等于内阻r时，外电路功率有最大值，因此随着外电阻增大，外电路功率可能增大，也可能减小，故D错误。
故选C。
3. 关于家庭电路和安全用电，下列说法中正确的是（ ）
A. 家庭电路中接通的用电器越多，电路的总电流反而越大
B. 用验电笔辨别火线与零线时，手不能接触验电笔上的任何金属部分
C. 家庭电路中空气开关跳闸，一定是发生了短路
D. 洗衣机、电冰箱等家用电器使用三孔插座，是为了节约用电
【答案】A
【解析】
【详解】A．家庭电路中的各用电器之间是并联状态，用电器越多，支路越多则总电流越大。故A正确；
B．使用测电笔辨别火线时一定要用手触及笔尾的金属部分（金属笔卡或者金属帽）这样才能正确辨别火线和零线，不能用手触及测电笔前端的金属探头，否则会造成触电事故。故B错误；
C．家庭电路中空气开关跳闸，原因还可能为家庭电路中用电器的总功率过大，故C错误；
D．洗衣机、电冰箱等家用电器使用三孔插座，是为了防止用电器的金属外壳因漏电而使人造成触电事故。故D错误。
故选A。
4. 下列关于金属导电的说法正确的是（ ）
A. 金属导电是因为金属中的原子核和自由电子向相反方向运动导致
B. 金属中的电子做无规则热运动，从宏观上看形成电流
C. 金属导体中自由电子的漂移速度比其热运动的速度小很多，但漂移速度的存在才形成了电流
D. 金属导体中自由电子的漂移速度比其热运动的速度小很多，因此漂移速度不能形成电流
【答案】C
【解析】
【详解】A．金属导电是由于自由电子不受原子核束缚，它们能够在金属中自由传导电荷，从而使金属具有导电性，而原子核不做定向移动，故A错误；
B．金属中的电子做定向运动，从宏观上看形成电流，故B错误；
CD．金属导体中自由电子的漂移速度比其热运动的速度小很多，但漂移速度的存在才形成了电流，故C正确，D错误。
故选C。
5. 如图所示，当架空线路的一根带电导线断落在地上时，电流就会从导线的落地点向大地流散，在地面上形成一个以导线落地点为中心的电势分布区域。其电势分布在地表区域可等效为以落点为中心的点电荷形成的电场。如果人或牲畜行走时就可能发生触电事故，这种触电叫做跨步电压触电。下列说法正确的是（ ）

A. 人向中心行走过程中，如果每步步长一致，每步两脚间电压相同
B. 下落的导线输电电压高低不影响每步之间的电压
C. 做立定跳姿势两脚并拢跳离导线触地点中心是防跨步触电的一种有效方法
D. 跨大步跑开远离导线触地点中心触电风险较小
【答案】C
【解析】
【详解】A．类比点电荷电场，靠近点电荷的电场强度越大，相等距离电势差越大，则人向中心行走过程中，如果每步步长一致，每步两脚间电压不相同，故A错误；
B．下落的导线输电电压越高，等效的点电荷形成的电场强度越大，每步的电压越高，故B错误；
C．做立定跳姿势两脚并拢跳离导线触地点中心时，两脚之间的距离小，根据
两脚之间电压很小，是防跨步触电的一种有效方法，故C正确；
D．跨大步跑开远离导线触地点中心，两脚之间的距离增大，两脚之间电压增大，触电风险较大，故D错误。
故选C。
6. 如图所示电路的三根导线中，有一根是断的，电源、电阻和以及另外两根导线都是好的。为了查出断导线，某同学想先将多用电表的红表笔连接电源的正极a，再将黑表笔分别连接电阻器的b端和的c端，并观察多用电表的示数。在下列选挡中，最恰当并符合操作规程的是（ ）
A. 直流6V挡B. 直流6mA挡C. 直流0.6V挡D. 欧姆挡600欧
【答案】A
【解析】
【详解】直流6mA挡接入电路时，如果电路ac两点之间存在断路，则电流表和串联接入电路，则此时电路的电流为
电流会烧毁电流表，同理可得直流0.6V挡接入电路，如果在ac之间存在断路，则电压表测量电源电压，烧毁电压表，损坏电表，欧姆挡不能接外电源，故多用电表选应择直流6V挡。
故选A。
7. 如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计．匀强磁场与导轨平面垂直．阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触．T=0时，将开关S由1掷到2．q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．下列图像正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】
【详解】本题考查安培定律和电磁感应定律的问题，将形状S由1掷到2，是电容器放电的过程，棒中有了电流就会受到向右的安培力的作用，光滑导轨上安培力提供加速度a，，所以D图正确，
8. 水平地面上方有水平向右、范围足够大的匀强电场，从地面上的A点竖直向上抛出一个带电的小球，运动轨迹如图所示，B点为轨迹的最高点，空气阻力可忽略。则小球在从A到B过程中（ ）
A. 电势能增大
B. 机械能先增大后减小
C. 速度先减小后增大
D. 相同时间内速度变化量不同
【答案】C
【解析】
【详解】AB．由运动轨迹可知，小球带正电，则小球在从A到B过程中电场力做正功，电势能减小，机械能增大，故AB错误；
C．运动过程中，开始过程中，小球所受合力与速度夹角为钝角，合外力做负功，故小球动能减小，后小球所受合力与速度夹角为锐角，合外力做正功，小球动能增大，故C正确；
D．小球的合外力固定不变，则加速度固定不变，则相同时间内小球的速度变化量相同，故D错误。
故选C。
二、多选题（2-3个正确选项，共16分）
9. 动圈式扬声器的结构如图所示，线圈圆筒安放在永磁体磁极间的空隙中，能够自由运动。音频电流通过线圈，纸盆与线圈连接，随着线圈振动而发声。下列描述正确的是（ ）
A. 扬声器是利用安培力作用工作B. 扬声器是利用电磁感应原理工作
C. 音频电流是变化的，扬声器能发声D. 音频电流是恒定的，扬声器能发声
【答案】AC
【解析】
【详解】AB．当线圈通电时，通电线圈会在磁场中受到力的作用，则扬声器是利用安培力作用工作，故A正确，B错误；
CD．当线圈通电时，通电线圈会在磁场中受到力的作用，力的方向跟电流的方向有关，当电流方向改变时，线圈的受力方向改变，音频电流是变化的，则线圈的受力是变化的，线圈不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。因此只有变化的电流通过时，扬声器才能发声，故C正确，D错误。
故选AC。
10. 如图甲所示，在竖直向上的磁场中，水平放置一个10匝金属圆线圈，线圈所围的面积为，线圈电阻为1Ω，磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示，规定从上往下看顺时针方向为线圈中感应电流i的正方向，则（ ）
A. 0~5s内i的最大值为0.15AB. 第4s末i的方向为正方向
C. 第3s内线圈的发热功率最大D. 3~4s内线圈有扩张的趋势
【答案】AD
【解析】
【详解】A．时刻，磁感应强度的变化率最大，线圈中的磁通量变化率最大，线圈中感应电流最大，感应电动势的最大值为
感应电流最大值为
故A正确；
BD．3~4s内，磁感应强度减小，线圈中向上的磁通量减小，线圈有扩张的趋势，根据楞次定律可知感应电流为逆时针方向，即负方向，故B错误，D正确；
C．第3s内，磁感应强度不变，线圈中的磁通量不变，线圈中无感应电流，线圈的发热功率最小，故C错误。
故选AD。
11. 如图所示为法拉第圆盘发电机的示意图，半径为L的铜质圆盘安装在竖直的铜轴上，两电刷P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触，空间施加竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。圆盘随转轴沿如图所示的方向以角速度ω匀速转动，下列说法正确的是（ ）

A. 穿过圆盘的磁通量不变，回路中无感应电流
B. 电阻R中电流方向由b到a
C 圆盘中心电势比边缘电势高
D. 电路中感应电动势大小为
【答案】CD
【解析】
【详解】A．圆盘可以看作是由无数条金属棒组成的，金属棒切割磁感线产生感应电动势，回路中产生感应电流，故A错误；
BC．根据右手定则可知，圆盘中电流方向指向内部，则电阻R中电流方向由a到b；在电源内部，电流是从低电势流向高电势，所以圆盘中心电势比边缘电势高，故B错误，C正确；
D．根据法拉第电磁感应定律，可得电路中感应电动势大小为
故D正确
故选CD。
12. 甲、乙分别是空心铝管、有孔洞的空心铝管，如图所示，两根管子与水平面成θ，现把一枚质量为m的小磁块从上端管口无初速度放入管中后，小磁块最终从下端管口落出，已知两根管子长度为l，小磁块和管子间的动摩擦因数为μ，小磁块从甲管下端口落出的速度为v，则（ ）
A. 小磁块在乙管运动时间比在甲管运动时间长
B. 小磁块在甲管中运动，甲管产生焦耳热小于
C. 小磁块从乙管下端落出的速度一定为
D. 小磁块在甲管中运动，小磁块受合外力的总冲量大小为mv
【答案】BD
【解析】
【详解】A．由于甲管构成闭合回路，乙管有孔洞构成部分闭合回路，故小磁块从甲管中落下时，由于空心铝管会产生更大的感应电流，从而受较大的安培阻力导致加速运动稍慢，则小磁块在甲管中运动的时间会比在乙管中运动的时间更长，故A错误；
B．小磁块在甲管中运动过程中，根据动能定理可得
解得
根据功能关系可知产生的热量为
故B正确；
C．若小磁块在乙管中运动不受安培阻力时，根据动能定理可得
解得
考虑有安培力做负功，则小磁块从乙管下端落出的速度小于，故C错误；
D．对甲管中的小磁块，由动量定理可知
由于F代表合外力，则小磁块受合外力的总冲量大小为mv，故D正确。
故选BD。
三、填空题（共20分）
13. 如图所示，一阴极射线管左侧不断有________射出，若在管的正下方放一通电直导线AB时，发现粒子的运动轨迹向下弯曲，则导线中的电流方向为________。（填“从A到B”或“从B到A”）
【答案】 ①. 电子 ②. 从B到A
【解析】
【详解】[1]阴极射线管从阴极即电源的负极不断有电子射出，取名阴极射线；
[2]电子受洛伦兹力向下而向下偏转，由左手定则可知磁场垂直纸面向里，由安培定则可知电流从B到A。
14. 某电场的等势面如图所示，图中a、b、c、d、e为电场中的5个点，a、b、c点中电场强度最小的点是________。若一质子从a点运动到d点，则电场力做功为________eV（，质子的电荷量为）。
【答案】 ①. ②.
【解析】
【详解】[1]根据等势面与电场线的关系可知，等势面密集的位置电场线也密集，电场强度大。a、b、c点中点处等势面最稀疏，则电场强度最小的点是。
[2]一质子从a点运动到d点，质子带正电，由电场力做功与电势差的关系公式，可得电场力做功为
15. 为了研究某种化学电源的性能，设计如图所示电路，闭合所有开关，并改变滑动变阻器阻值，观察电压表V1、V2示数的变化，得到如下数据：某一次的测量电压表的读数分别为，。改变滑动变阻器的滑动头，向右滑动一段距离，发现电流表读数变为0.50A，电压表V1读数变化了0.4V，由上面数据可求：该电源电动势E=_________V；电源的内阻为r=__________Ω。
【答案】 ①. 1.5 ②. 1
【解析】
【详解】[1]根据闭合电路欧姆定律
[2]改变滑动变阻器滑动头，向右滑动一段距离，外电阻减小，干路电流增大，路端电压减小，第二次的路端电压为
根据闭合电路欧姆定律
解得
16. 在电场中放置一光滑绝缘水平桌面，沿桌面上x轴方向电势分布如图中实线所示。一质量m＝4×10-2kg、电量q＝-2×10-6C的带负电小球，以v0＝2m/s的初速度在x0＝-1m处沿x轴正方向运动，则小球从开始运动到动能最大时电场力所做的功为___________J；当小球速度为零时其位置坐标为___________m。
【答案】 ①. 0.04 ②. 2或-2
【解析】
【详解】[1]x轴上从-3m到0电势升高，则电场方向沿x轴负方向，x轴上从0到3m电势降低，则电场方向沿x轴正方向，带负电小球在x0＝-1m处沿x轴正方向运动，受到向右的电场力，电场力做正功，动能增加，从0点向右运动过程中电场力向左，电场力做负功，小球动能减小，所以小球在0点动能最大，则小球从开始运动到动能最大时电场力所做的功为
[2]设小球速度为0时，其坐标为x，从初位置到速度为零的过程，根据动能定理可得
解得
由图像可知，小球速度为0时，另一个位置坐标为
2m或-2m
17. 方形导线框水平放置在桌面上，条形磁铁在其正上方，N极向下且移近线框的过程中（从上向下看），线框中的感应电流方向是________（选填“顺时针”、“逆时针”）。A同学说：“根据楞次定律的推论，“效果”总是要阻碍“原因”，所以线圈有收缩趋势”，B同学说：“但是线框中平行两边电流流向都是相反的所以线框各边受到斥力，线圈有扩张趋势”。你认为谁正确，请给出解释________（字数小于30字）

【答案】 ①. 逆时针 ②. 见解析
【解析】
【详解】[1] N极向下移近线框，磁感线向下而磁通量增大，由楞次定律可知感应电流的磁场向上，则感应电流为逆时针；
[2] A同学说法正确；根据楞次定律的推论，“效果”总是要阻碍“原因”，线圈的收缩趋势阻碍磁通量的增多。
四、综合题（共40分）
18. 如图（a）所示是“研究磁通量变化时感应电流的方向”所用的实验器材。
（1）实验中使用图（b）的目的是________。线路中电阻R的目的是________。
（2）本实验须记录：引起感应电流的磁场方向、磁通量的变化、感应电流的方向、________；这种实验方案采用了________（选填“假设推理”或“归纳总结”）物理思想方法。
（3）根据图（c）中所示的信息，从上往下看写出图（c）中感应线圈的绕线方向________。（选填“顺时针”、“逆时针”）
（4）有位同学实验中出现判断错误，得到实验结论是感应电流的磁场方向总是要促进引起感应电流的磁通量变化，请问这样的“楞次定律”违背了什么物理定律：________。
【答案】 ①. 查明灵敏电流计指针偏转方向与流入电流方向的关系 ②. 保护电阻，防止通过灵敏电流计的电流过大而损坏灵敏电流计 ③. 感应电流的磁场方向 ④. 归纳总结 ⑤. 逆时针 ⑥. 能量守恒定律
【解析】
【详解】（1）[1]使用改电路目的是查明灵敏电流计指针偏转方向与流入电流方向的关系。
[2]线路中电阻R的目的是保护电阻，防止通过灵敏电流计的电流过大而损坏灵敏电流计。
（2）[3][4]本实验须记录：引起感应电流的磁场方向、磁通量的变化、感应电流的方向、感应电流的磁场方向，这种实验方案采用了归纳总结的物理思想方法。
（3）[5]由图可知穿过线圈的磁场向上，在磁铁向上运动过程中磁感应强度在减小，则穿过线圈的磁通量逐渐减小，根据楞次定律可知导线的绕法从上往下看为逆时针。
（4）[6]能量不会凭空产生，也不会凭空消失。有位同学实验中出现判断错误，得到实验结论是感应电流的磁场方向总是要促进引起感应电流的磁通量变化，这样的“楞次定律”违背了能量守恒定律。
19. 质谱仪的结构可简化为如图所示，半圆柱形通道水平放置，其上下表面内半径均为R、外半径均为3R，该通道内存在竖直向上的匀强磁场，正对着通道出口处放置一张照相底片，记录粒子从出口射出时的位置。粒子源释放出的和，加速后垂直通过装置A的正交电磁场，磁感应强度大小为、电场强度大小为，接着垂直于通道入口从中缝MN进入磁场区，其中恰能击中照相底片的正中间位置。已知质量为，质量为，带电量均为q（q＞0），不计粒子重力，求：
（1）质谱仪用途：测量带电粒子的________和分析同位素的重要工具，装置A是________。
（2）粒子通过装置A的速度v的大小；
（3）通道中匀强磁场的磁感应强度的大小；
（4）调节装置A的电场强度大小，可改变粒子击中照相底片的位置，为了保证两种粒子都能击中照相底片，电场强度可调节最大值的大小。
【答案】（1）质量，速度选择器；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）质谱仪用途：测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，装置A是速度选择器。
（2）在速度选择器中，粒子受到的洛伦兹力等于电场力，有
粒子通过装置A的速度大小为
（3）恰能击中照相底片的正中间位置，则
通道中，根据洛伦兹力提供向心力
解得通道中匀强磁场的磁感应强度的大小
（4）由（3）可得
可知和以相同速度进入磁场区时，质量大的轨道半径大，在保证两种粒子都能击中照相底片的情况下，当恰好能够击中照相底片时，其速度最大，速度选择器的电场强度最大，则
最大的运动半径为
通道中，根据洛伦兹力提供向心力
电场强度可调节最大值为
20. 如图（a），竖直放置足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距L=1m，上端用阻值为R=10Ω的电阻相连。整个装置处于磁感应强度B=1T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向内。质量为m=0.5kg，电阻不计的金属棒ab从轨道底部以v0=10m/s开始竖直向上运动，然后又向下返回直至匀速运动。运动过程中ab始终与导轨垂直且良好接触，空气阻力不计。求：
（1）ab刚开始运动时R中的电流大小和方向；
（2）ab刚开始运动时的加速度a0和匀速下滑时的速度v1；
（3）比较ab上升过程的时间t上与下落返回至出发点的时间t下的长短；
（4）以ab的出发点为原点，竖直向上建立x轴，若ab在上升过程中的v-x图像如图（b）所示，求图像与坐标轴所包围的面积S。
【答案】（1），方向由左向右；（2），方向竖直向下，；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）棒在磁场中运动产生的动生电动势为
流过电阻的电流强度为：
电流方向由左向右
（2）对初始时刻进行受力分析：
根据牛顿第二定律得
其中
代入数据解得
方向竖直向下；
对匀速下滑时的进行受力分析，如图所示
由受力平衡的条件得
电动势为
电流为
代入数据解得
（3）由于在上升和下降过程中安培力一直做负功，所以上升和下降经过同一位置时，上升的速度大于下降的速度，可知上升过程的平均速度大于下降过程的平均速度，而上升和下降的位移大小相同，根据
可得
（4）由能量守恒知道，的初动能在上升过程中转化为重力势能的增量和电阻产生的焦耳热，即
代入数据解得
由功能关系知，物体克服安培力做功等于电能的增加量，也就是全电路的焦耳热，即
克服安培力做功大小即为图中曲线和坐标轴所围成的面积，而安培力大小为
每时每刻都是速度的倍，因此图中曲线和坐标轴所围成的面积是图与坐标轴所包围的面积S的倍，那么
可得