精品解析：福建省莆田第一中学2022-2023学年高二上学期期末物理试题（解析版）

这是一份精品解析：福建省莆田第一中学2022-2023学年高二上学期期末物理试题（解析版），共16页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，填空题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
（满分100分，考试时间75分钟）
一、单项选择题：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，只有一项是符合题目要求的。
1. 2022年3月23日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行了第三次太空授课。“天宫课堂”主要依靠中继卫星系统通过电磁波进行天地互动。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A. 电磁波传播需要介质
B. 交替变化的电磁场传播出去形成电磁波
C. 麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在
D. 不同频率的电磁波在真空中传播的速度是不同的
【答案】B
【解析】
【详解】A．电磁波传播不需要介质，可以在真空中传播，故A错误；
B．周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，从而形成电磁波，所以电磁波是交替变化的电磁场传播形成的，故B正确；
C．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，故C错误；
D．不同频率的电磁波在真空中均以光速传播，故D错误。
故选B。
2. 如图所示abcd为边长为L的正方形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向里，半径为r的匝数为n的线圈如图所示放置。当磁场以的变化率变化时，线圈中感应电动势为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】穿过线圈的磁通量
由法拉第电磁感应定律可得
故选C。
3. 如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律。下列说法正确的是（ ）
A. 此交流电的频率为100Hz
B. 此交流电动势的有效值为311V
C. 当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大
D. 当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率为零
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．此交流电频率，故A错误；
B．此交流电动势的最大值为311V，有效值为，故B错误；
C．当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，产生的电动势为零，故C错误；
D．当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，故D正确。
故选D。
4. 带电粒子流的磁聚焦是薄膜材料制备的关键技术之一、磁聚焦原理如图，真空中一半径为r的圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场，一束宽度为2r、沿x轴正方向运动的带电粒子流射入该磁场后汇聚于坐标原点O。已知粒子的质量均为m、电荷量均为q、进入磁场的速度均为v，不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用力。则磁感应强度的大小应为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】利用圆形区域匀强磁场实现对带电粒子流的磁聚焦，需要满足：粒子匀速圆周运动半径与圆形磁场区域的半径相等，设粒子做匀速圆周运动的半径为R，则有
粒子匀速圆周运动所需向心力等于洛伦兹力，则有
解得
故选C
二、多项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。每小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。
5. 在一阻值为R=10Ω的定值电阻中通入如图所示的电流，则（ ）
A. 此电流为交流电
B. 此电流的周期为2s
C. 此电流的有效值为2.5A
D. 在0～2s内电阻产生的焦耳热为25J
【答案】AB
【解析】
【详解】A．根据交流电的定义可知，此电流为交流电，故A正确；
B．由图可知该交流电的周期为2s，故B正确；
C．根据交流电有效值的定义有
代入数据解得此电流的有效值为
故C错误；
D．根据焦耳定律，在0~2s内电阻产生的焦耳热为
故D错误。
故选AB。
6. 如图所示，光滑固定导轨m、n水平放置，两根导体棒p、q平行放于导轨上，形成一个闭合回路。当一条形磁体从高处下落接近回路时（重力加速度为g）（ ）
A. p、q将互相靠拢B. p、q将互相远离
C. 磁体的加速度仍为gD. 磁体的加速度小于g
【答案】AD
【解析】
【详解】当一条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，可知，p、q将互相靠拢，回路的面积减小一点，使穿过回路的磁场减小一点，起到阻碍原磁通量增加的作用，由于磁铁受到向上的安培力作用，所以合力小于重力，磁铁的加速度一定小于g，故AD正确，BC错误。
故选AD。
7. 如图所示电路中，L为直流电阻不计且自感系数很大的电感线圈，A、B为两规格相同的灯泡，则（ ）
A. 闭合S时，A先亮，B后亮
B. 闭合S时，A、B同时亮，然后B熄灭
C. 断开S时，A、B都逐渐变暗并同时熄灭
D. 断开S时，A立即熄灭，B闪亮后再逐渐变暗直至熄灭
【答案】BD
【解析】
【详解】A．闭合S时，自感系数很大的电感线圈阻碍电流增大，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，故A错误；
B．闭合S时，A、B同时亮，电感线圈只能阻碍电流增大，无法阻止，电流稳定后电感线圈相当于导线，B灯被短路，B熄灭，故B正确
CD．断开S，A灯立即熄灭，线圈L中电流逐渐减小，产生自感电动势，感应电流流过B灯，刚开始时电流比原来通过B灯的电流大，B闪亮一下后熄灭，故C错误；D正确。
故选BD。
8. 如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片，平板S下方有强度为的匀强磁场，不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用力，下列表述正确的是（ ）
A. 质谱仪是分析同位素的重要工具
B. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
C. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小
【答案】AC
【解析】
【详解】A．质谱仪是分析同位素的重要工具，A正确；
B．根据带电粒子在磁场中偏转可知，粒子带正电，速度选择器中电场强度方向向右，带正电的粒子所受电场力向右，根据平衡条件，粒子所受磁场力向左，根据左手定则，磁场方向垂直纸面向外，B错误；
C．能通过的狭缝P的带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动，根据平衡条件得
解得
所以能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于，C正确；
D．根据
解得
粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，d越小，粒子的荷质比 越大，D错误。
故选AC。
三、填空题：本题共2小题，每个空格2分，共8分。
9. 如图所示，100匝的矩形线圈ABCD，AB=CD=0.5m，AD=BC=0.2m，将线圈置于B=2T的匀强磁场中，以OO′为轴转动，转速为ω=5rad/s，则线圈转动一周电流方向改变_______次，产生的感应电动势的最大值为___________。
【答案】 ①. 2 ②. 100V
【解析】
【详解】[1]当线圈经过中性面时，电流方向改变，线圈转动一周两次经过中性面，所以电流方向改变2次；
[2]感应电动势的最大值为
所以
10. 回旋加速器工作原理如图所示。已知两个D形金属扁盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，磁场的磁感应强度为B，离子源置于D形盒的中心附近，若离子源射出粒子的电量为q，质量为m，最大回转半径为R，其运动轨道如图所示。若为已知量，则两盒所加交流电的频率为_______________，粒子离开回旋加速器时的动能为____________。
【答案】 ①. ②.
【解析】
【详解】[1]由回旋加速器知识可知，所加交流电的周期与粒子在磁场中运动周期相同，则
则两盒所加交流电的频率为
[2]当粒子达到最大回转半径R时，根据
即
所以粒子离开回旋加速器时的动能为
四、实验题（本题共2小题，共16分）
11. 在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图1所示。
上表数据表示变压器线圈两端的电压和匝数
（1）为实现探究目的，保持原线圈的输入电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是________。
A．归纳总结法 B．控制变量法
C．理想实验法 D．等效替代法
（2）用学生电源给原线圈供电，用多用表测量副线圈两端电压，下列操作正确的是________。
A．原线圈接直流电压，电表用直流电压挡
B．原线圈接直流电压，电表用交流电压挡
C．原线圈接交流电压，电表用直流电压挡
D．原线圈接交流电压，电表用交流电压挡
（3）通过实验得到3组实验数据如上表1所示，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析，你的结论是___________。
【答案】 ①. B ②. D ③. 在误差允许范围内，原副线圈的电压比等于原副线圈的匝数比
【解析】
【详解】（1）[1]为实现探究目，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。这个探究过程采用的科学探究方法是控制变量法。
故选B。
（2）[2]变压器的工作原理是电磁感应，用学生电源给原线圈供电应接交流电压，用多用表测量副线圈两端电压，应是交流电压挡。故选D。
（3）[3]由实验数据可知：第1次有
第2次有
第3次有
由以上计算可知，在误差允许的范围内，变压器原副线圈的电压比等于匝数比，即
12. 某同学为了测电流表A1的内阻精确值，有如下器材：
A．电流表A1（量程300mA，内阻约为）；
B．电流表A2（量程600mA，内阻约为）；
C．电压表V（量程15V，内阻约为）；
D．定值电阻（）；
E．滑动变阻器（，额定电流为1A）；
F．滑动变阻器（，额定电流为0.3A）；
G．电源E（电动势3V，内阻较小）；
H．导线、开关若干．
（1）实验要求电流表A1的示数从零开始变化，且多测几组数据，尽可能的减少误差，以上给定的器材中滑动变阻器应选__________；测量电表应选__________、_________。（填器材前序号）
（2）在如图所示线框内画出测量用的电路图，并在图中标出所用仪器的代号_____。
（3）若选测量数据中的一组来计算：电流表A1的示数为，电流表A2的示数为，则待测电流表A1的内阻表达式为__________（用、、表示）。
【答案】 ①. E ②. A ③. B ④. ⑤.
【解析】
【详解】（1）[1][2][3]变阻器采用分压式接法，为保证电路安全方便实验操作，滑动变阻器应选，且电压表V量程过大，所以电表选择电流表A1和A2。
（2）[4]要求待测电流表A1的示数从零开始变化，则滑动变阻器采用分压式接法，由于电压表的量程较大，测量电流表A1的电压测量误差较大，选择电流表A1与定值电阻并联，再与A2串联，结合欧姆定律得出A1两端的电压。如图所示
(3)[5]根据串并联电路的特点，通过定值电阻的电流
则电流表A1的内阻
五、计算题（本题共3小题，共36分分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分；有数值计算题，答案中必须明确写出数值和单位。）
13. 如图所示，一束电子（电子电荷量为e）以与上边界夹角为60°的速度v由A点射入磁感应强度为B、宽度为d的平行边界的匀强磁场中，在C点穿出磁场时的速度方向与磁场下边界垂直。则电子的质量是多少？电子穿过磁场的时间是多少？
【答案】；
【解析】
【分析】
【详解】过A点和C点分别作速度的垂线，两者相交于O点，即为电子做圆周运动的圆心，则有θ=30°，如图所示
由几何知识知
所以
根据
所以
由于 所对圆心角是30°，因此电子在磁场区域运动时间
又由于
故
14. 如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器。升压变压器的原、副线圈匝数之比为，在的原线圈两端接入一正弦交流电，输电线的总电阻为，降压变压器的原、副线圈匝数之比为，若的“用电设备”两端的电压为，且“用电设备”消耗的电功率为，不考虑其它因素的影响，则
（1）的原线圈两端的电压为多少；
（2）流过的电流是多少；
（3）的原线圈输入的电功率为多少。
【答案】（1）；（2）；（3）。
【解析】
【详解】（1）由变压器电压比等于匝数比可得
解得的原线圈两端的电压为
（2）由变压器的输入功率等于输出功率可得
解得
（3）输电线的总电阻消耗的功率为
的原线圈输入的电功率为
15. 如图所示，光滑导轨MN和PQ固定在同一水平面上，两导轨距离为L，N、Q两端接有阻值为R的定值电阻，两导轨间有一边长为的正方形区域abcd，该区域内有方向竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。一粗细均匀、质量为m的金属杆与导轨接触良好并静止于ab处，金属杆接在两导轨间的电阻为R。现用一恒力F沿水平方向拉杆，使之由静止向右运动，若杆拉出磁场前已做匀速运动，不计导轨的电阻，忽略空气阻力，求：
（1）金属杆做匀速运动时的速率；
（2）金属杆出磁场前的瞬间金属杆在磁场中的那部分两端的电压；
（3）金属杆穿过整个磁场过程中金属杆上产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律得
根据欧姆定律得
杆所受安培力得
由于杆匀速运动，由平衡条件得
联立解得，杆匀速运动的速率
（2）由
可得
故金属杆出磁场前的瞬间金属杆在磁场中的那部分两端的电压为
联立解得
（3）设整个过程中产生的总电热为Q，根据能量守恒得
由串联电路特点，杆上产生的电热
联立解得
实验次数
1
800
200
10.0
2.47
2
300
100
10.0
3.10
3
120
60
10.0
4.96