吉林省吉林市2023-2024学年高二（上）期末物理试卷（解析版）

这是一份吉林省吉林市2023-2024学年高二（上）期末物理试卷（解析版），共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是( )
A. 库仑发现了点电荷的相互作用规律，测定了元电荷的数值
B. 法拉第在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系
C. 开普勒发现了行星运动的规律，提出了万有引力定律
D. 法拉第发现了电磁感应现象
2.如图是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，B、D中电流垂直纸面向里，C中电流垂直纸面向外.如果AB=AC=AD，则A点的磁感应强度的方向( )
A. 垂直纸面向外
B. 垂直纸面向里
C. 由A指向B
D. 由A指向D
3.如图所示，一条形磁铁N极朝下，向下靠近闭合线圈时( )
A. 磁铁与线圈相互排斥，通过R的感应电流方向从a到b
B. 磁铁与线圈相互吸引，通过R的感应电流方向从a到b
C. 磁铁与线圈相互排斥，通过R的感应电流方向从b到a
D. 磁铁与线圈相互吸引，通过R的感应电流方向从b到a
4.如图甲所示，在虚线所示的区域有垂直纸面向里的磁场，磁场变化规律如图乙所示，面积为S的n匝金属线框处在磁场中。线框与电阻R相连，若金属框的电阻为R2，下列说法正确的是( )
A. 线框面积将有扩大趋势B. 流过电阻R的感应电流方向由b到a
C. 线框cd边受到的安培力方向向上D. a、b间的电压为2nB0S3t0
5.矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示。若规定顺时针方向为感应电流i的正方向，下列各图中正确的是( )
A. B.
C. D.
6.空间中有沿x轴方向的静电场，x轴上各点电势φ分布如图所示，图线关于纵轴对称，则( )
A. 该电势分布可能是放置在O点的正点电荷形成的
B. 某点电荷在x1处和-x1处受到的电场力相同
C. 某点电荷从-x2沿x轴移动到x2处，其电势能先减小后增大
D. 某点电荷在x2处的电势能可能小于在-x1处的电势能
7.如图所示，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P为磁场边界上的一点。大量相同的带电粒子以相同的速率经过P点，在纸面内沿不同方向射入磁场。若粒子射入速率为v1，这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上；若粒子射入速率为v2，相应的出射点分布在四分之一圆周上。不计重力及带电粒子之间的相互作用，则v1：v2为( )
A. 2：1B. 2： 3C. 1： 2D. 3： 2
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图是一小型交流发电机供电原理图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和灯泡连接，灯泡上标有“6V，3W”字样且正常发光(除灯泡外不计其余电阻)从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变发电机化图像如图乙，下列说法正确的是( )
A. 当t=0.04s时发电机内线圈平面与磁场方向平行
B. 发电机输出电流的瞬时值i= 2sin(50πt)A
C. 变压器原、副线圈匝数之比为 2：4
D. 发电机1分钟内产生的电能为180J
9.如图所示，在磁感应强度大小为0.2T、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN在宽度为0.2m的平行金属导轨上以5m/s的速度沿导轨向右匀速滑动，电阻R的阻值为2Ω，其他电阻不计。金属杆始终与导轨垂直且接触良好，下列说法正确的是( )
A. 通过电阻R的电流方向为a→c
B. 通过电阻R的电流为0.2A
C. M端电势高于N端电势
D. 若磁感应强度为0.4T，其他条件不变，MN中产生的感应电动势变为0.4V
10.如图所示，匀强磁场的边界为直角三角形，∠EGF=30°，已知磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。F处有一粒子源，沿FG方向发射出大量带正电荷+q的同种粒子，粒子质量为m，粒子的初速度v0大小可调，粒子重力不计，则下列说法正确的是( )
A. v0取合适值，粒子可以到达E点
B. 能到达EF边界的所有粒子所用的时间均相等
C. 粒子从F运动到EG边所用的最长时间为5πm6qB
D. 若粒子能到达EG边界，则粒子速度越大，从F运动到EG边的时间最长
三、实验题：本大题共2小题，共13分。
11.在“测定金属的电阻率”的实验中：
(1)用螺旋测微器测量金属丝直径时，其示数如图甲所示，则金属丝的直径为d= ______mm。
(2)某同学设计了如图乙所示的电路测量该金属丝的电阻(阻值约3Ω)。

可选用的器材规格如下：
电源E(电源电压为3V，内阻不计)；
电流表A(0～0.6A，内阻约0.5Ω)；
电流表G(0～10mA，内阻为50Ω)；
滑动变阻器R1(阻值0～5Ω，额定电流2A)；
滑动变阻器R2(阻值0～1kΩ，额定电流1A)；
定值电阻R3=250Ω；
定值电阻R4=2500Ω；
开关S和导线若干。
①为了便于操作，并使测量尽量精确，定值电阻应选______。
②某次测量时电流表G的读数为5.0mA，电流表A示数为0.50A，计算Rx的准确值为Rx= ______Ω(计算结果保留3位有效数字)。
12.某同学利用如图甲所示的电路测量未知电阻R0的阻值、电源电动势E和内阻r，备有下列器材：

A.电流表A1(量程150mA，内阻rA1=1Ω)
B.电流表A2(量程500mA，内阻rA2=0.5Ω)
C.电源(电动势约3V，内阻约为3Ω)
D.电阻箱(最大电阻99.9Ω)
E.未知电阻R0(阻值约为20Ω)
F.开关两个，导线若干
操作步骤如下：
(1)为使测量结果较准确，电流表应选______(选填“A1”或“A2”)；
(2)测R0的阻值时先闭合开关S1和S2，调节电阻箱，当电阻箱的阻值为25.0Ω时，电流表示数为I1；接着断开S2，调节电阻箱，当电阻箱的阻值为5.0Ω时，电流表示数仍为I1，则R0的阻值为______Ω，该测量原理______(选填“有”或“没有”)系统误差；
(3)保持S1闭合、S2断开，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后电阻箱的阻值R及电流表的示数I。为了直观地得到I与R的关系，该同学以1I为纵轴、R为横轴，作出如图乙所示的一条直线，根据图乙可求得电源的电动势E= ______V，r= ______Ω。(计算结果均保留两位有效数字)
四、计算题：本大题共3小题，共41分。
13.如图所示，一对间距d=0.2m、竖直放置的平行金属板M、N分别接于电路中的B、P两点间，P为滑动变阻器R2的中点，平行金属板间产生的电场可视为匀强电场。现将一质量为m=4×10-3kg带电小球c，用质量不计的绝缘细线悬挂于电场中某点，小球静止时悬线与竖直方向的夹角α=37°，滑动变阻器R2的总阻值为25Ω，定值电阻R1=23Ω，电源内阻r=2Ω，闭合S，电流表示数为0.12A，取sin37°=0.6，g=10m/s2。求：
(1)求电源电动势E的大小；
(2)小球的电性以及带电量；
(3)剪断细线瞬间小球的加速度。
14.如图所示，有一对平行金属板，两板相距为0.05m.电压为10V；两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为B0=0.1T，方向与金属板面平行并垂直于纸面向里．图中右边有一半径R为0.1m、圆心为O的圆形区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为B= 33T，方向垂直于纸面向里．一正离子沿平行于金属板面，从A点垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿直线射出平行金属板之间的区域，并沿直径CD方向射入圆形磁场区域，最后从圆形区域边界上的F点射出．已知OF与OD夹角θ=60°，不计离子重力．求：
(1)离子速度v的大小；
(2)离子的比荷qm；
(3)离子在圆形磁场区域中运动时间t．
15.如图所示，PQ、MN为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值R=4Ω的电阻，导轨间距为L=1m；有一质量m=0.5kg，电阻r=1Ω，长L=1m的金属杆ab水平放置在导轨上，它与导轨间的动摩擦因数μ= 35，导轨平面与水平面间的倾角为θ=30°，在垂直导轨平面的方向上有匀强磁场，且磁感应强度的大小B=1T，若现让金属杆ab由静止开始下滑，已知当杆ab由静止开始到恰好做匀速运动的过程中，通过杆ab的电量q=1.5C，试求：
(1)杆ab下滑速度大小为2m/s时，其加速度的大小；
(2)杆ab下滑的最大速率；
(3)杆ab从静止开始到恰好做匀速运动的过程中R上产生的热量。
答案和解析
1.D
【解析】A.库仑发现了点电荷的相互作用规律，密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值，故A错误；
B.奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系，故B错误；
C.开普勒发现了行星运动的规律，牛顿提出了万有引力定律，故C错误；
D.法拉第发现了电磁感应现象，故D正确；
故选：D。
2.C
【解析】用右手螺旋定则判断通电直导线在A点上所产生的磁场方向，如图所示：

直导线B在A点产生磁场与直导线D在A点产生磁场方向相反，大小相等，两者叠加合磁感应强度为零；而直导线C在A点产生磁场，方向从D指向B，即为沿纸面由A指向B，即A点磁感应强度的方向由A指向B。
故选C。
3.A
【解析】由“来拒去留”可知，磁铁靠近线圈，则磁铁与线圈相互排斥；
由题目中图可知，当磁铁竖直向下运动时，穿过线圈的磁场强度向下增大，由楞次定律可知感应电流的磁场向上，则由右手螺旋定则可知电流方向从a经过R到b。故A正确，BCD错误、
故选：A。
4.D
【解析】A.由图可知，磁场变强，线圈内的磁通量增大，根据楞次定律的推论“增缩减扩”原理可知，线框面积将有缩小的趋势，故A错误；
B.由图可知，线圈内的磁通量增大，方向垂直纸面向里，根据楞次定律可知，流过线圈的感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，即通过R的电流方向由a到b，故B错误；
C.由B选项可知感应电流的方向，根据左手定则可知，线框cd边受到的安培力方向向下，故C错误；
D.根据法拉第电磁感应定律，可知回路产生的感应电动势E=nΔφΔt=n2B0-B0t0S=nB0St0，回路的电流I=ER+R2=2nB0S3t0R，
而a、b间的电压U=IR，得：U=2nB0S3t0，故D正确。
故选：D。
5.D
【解析】由图可知，0～1s内，线圈中磁通量的变化率相同，故0～1s内电流的方向相同，由楞次定律可知，电路中电流方向为逆时针，即电流为负方向；同理可知，1～2s内电路中的电流为顺时针，2～3s内，电路中的电流为顺时针，3～4s内，电路中的电流为逆时针，由E=ΔΦΔt=ΔB⋅SΔt可知，电路中电流大小恒定不变。故ABC错误，D正确。
故选：D。
6.D
【解析】A、正点电荷形成的电场的电场线从正点电荷出发到无穷远终止，从O点到无穷远电势不断降低，所以该电势分布不可能是放置在O点的正点电荷形成的，故A错误；
B、φ-x图像的斜率等于电场强度，可知x1处和-x1处场强大小相等，方向相反，根据F=qE知某点电荷在x1处和-x1处受到的电场力大小相等，方向相反，故B错误；
C、点电荷从-x2沿x轴移动到x2处，电势先降低后升高，由于该点电荷的电性未知，所以不能判断电势能的变化情况，故C错误；
D、由图可以看出，x2处的电势大于-x1处的电势，根据Ep=φq，对于负电荷来说，电势越低，电势能越大，所以负点电荷在x2处的电势能小于在-x1处的电势能，故D正确。
故选：D。
7.C
【解析】当粒子的速度为v1时，粒子出射点分布在六分之一圆周，则粒子能达到的最远的位置为如图所示的A点，设粒子的轨道半径为r1，磁场的半径为R
根据图中的几何关系满足
2r1=PA-=R
当粒子的速度为v2时，粒子能到达的最远的位置为B点，设粒子的轨道半径为r2，同理可得
根据几何关系可得
2r2=PB-= 2R
即
r1r2=1 2
而由于
r=mvqB
可得
v1v2=1 2
故选：C。
8.BD
【解析】A.由图乙可知，当t=0.04s时，发电机输出端电流的瞬时值为零，则线圈恰好处于中性面上，则线圈平面与磁场方向垂直，故A错误；
B.由图乙可知，Im= 2A，交流电的周期为：T=0.04s，
则角频率为：ω=2πT=2π0.04s=50πrad/s，
因此发电机输出端电流的瞬时值表达式为：i= 2sin(50πt)A，故B正确；
C.由题可知，流过副线圈的电流的有效值为：I2=PU=3W6V=0.5A，
原线圈电流的有效值为：I1=IM 2= 2A 2=1A，
因此变压器原、副线圈匝数之比为：n1n2=I2I1=0.5A1A=12，故C错误；
D.整个电路只有灯泡消耗能量，因此发电机1分钟内产生的电能为：E=Pt=3×60J=180J，故D正确；
故选：BD。
9.ACD
【解析】AC.金属杆切割磁感线产生感应电动势，在闭合回路中产生感应电流，MN相当于电源，根据右手定则判断知，通过MN的电流从N→M，在电源内部电流从低电势流向高电势，所以M端电势高于N端电势，通过电阻R的电流方向为a→c，故AC正确；
B.由法拉第电磁感应定律，可知金属杆产生的电动势为E=BLv=0.2×0.2×5V=0.2V，由闭合电路欧姆定律，可知通过电阻R的电流为I=ER=0.22A=0.1A，故B错误；
D.若磁感应强度为0.4T，其他条件不变，则MN中产生的感应电动势变为E'=B'Lv=0.4×0.2×5V=0.4V，故D正确。
故选：ACD。
10.BC
【解析】A、当粒子与EG边相切时，设粒子速度为v0，若粒子速度大于v0，粒子会从EG边出界，若粒子速度小于v0，粒子会从EF边出界，无法到达E点，故A错误。
B、能从EF边出射的粒子都做半圆周运动，时间均为12T=πmqB，所以能到达EF边界的所有粒子所用的时间均相等，故B正确；
C、当粒子轨迹与EG相切，此时对应的圆心角最大为θ=180°-30°=150°，时间最长为
t=150°360∘×2πmqB=5πm6qB，故C正确；
D、当粒子运动的轨迹与EG边相切时，粒子从EG边射出的速度最小，随着半径越大，偏向角越小(因为弦与EF夹角越大)，时间越短(周期与速度无关)，故D错误。
故选：BC。
R3 3.03
【解析】(1)螺旋测微器的精确值为0.01mm，由图可知金属丝的直径为：d=0.5mm+30.0×0.01mm=0.800mm；
(2)①根据闭合电路欧姆定律电路和电流表最小读数，可求出电路中需要的最大电阻为：R=EI=313×0.6Ω=15Ω，由于待测电阻电阻为3Ω，所以滑动变阻器应R1；根据串联分压的原理可得，R'=EI'=30.01Ω=300Ω，故定值电阻选R3，
由欧姆定律可得：Rx=UI=Ω=3.03Ω。
故答案为：(1)0.800；(2)①R3；①3.03
12.A1 20.0 没有 3.0 3.0
【解析】(1)闭合回路中理论中最大电流约为Imax=Er+R0=33+20A≈0.13A=130mA，则电流表应选择A1。
(2)闭合开关S1和S2时，由闭合电路的欧姆定律得：I1=ER1+rA1+r
闭合开关S1、断开S2时，由闭合电路的欧姆定律得：I1=ER0+R2+rA1+r
代入数据解得：R0=20.0Ω，该测量原理没有系统误差
(3)由闭合电路的欧姆定律得：E=I(R+R0+rA1+r)
整理得：1I=RE+R0+rA1+rE
由图乙所示1I-R图像可知，图像的斜率k=1E=9-83V-1=13V-1，纵截距b=R0+rA1+rE=8A-1
代入数据解得：E=3.0V，r=3.0Ω
故答案为：(1)A1；(2)20.0；没有；(3)3.0；3.0。
13.(1)外电路电阻为R=R1+R2，根琚闭合电路欧姆定律，电路中总电流I=ER+r，由以上两式解得E=6V
(2)BP之间的电压UBP=I×R22，两板间的电场强度E=UBPd，没小球电量为q，由共点力平衡，可知小球带负电．结合mgtanθ=Eq解得q=4×10-3C。
(3)剪断细线的瞬间小球的合力方向与竖直方向成37°斜向右下，大小为：F=mgcsθ，由牛顿第二定律可知：F=ma
代入数值求得：a=12.5m/s2，故剪断细线瞬间小球的加速度为12.5m/s2，方向与竖直方向成37°斜向右下。
答：(1)电源电动势E的大小为6V；
(2)小球带负电，且小球带电量为4×10-3C；
(3)剪断细线瞬间小球的加速度为12.5m/s2，方向与竖直方向成37°斜向右下。
14.(1)离子在平行金属板之间做匀速直线运动，洛仑兹力与电场力相等，即：
B0qv=qE0，
E0=Ud
解得：v=2000m/s
(2)在圆形磁场区域，离子做匀速圆周运动，由洛仑兹力公式和牛顿第二定律有：
Bqv=mv2r
由几何关系有：tanθ2=Rr
离子的比荷为：qm=2×104C/kg
(3)弧CF对应圆心角为θ，离子在圆形磁场区域中运动时间t，
t=θ2π⋅TT=2πmqB
解得：t=θB0RdUtanθ2= 3π6×10-4s≈9×10-5s
答：(1)离子速度v的大小为2000m/s；
(2)离子的比荷qm为2×104C/kg；
(3)离子在圆形磁场区域中运动时间t为9×10-5s.
15.(1)ab杆受力如图所示

由牛顿第二定律得：mgsinθ-BIL-f=ma
滑动摩擦力f=μmgcsθ
感应电流I=ER+r=BLvR+r
整理得：a=gsinθ-μgcsθ-B2L2vm(R+r)
当v=2m/s时代入数据解得：a=1.2m/s2
(2)ab杆做匀速直线运动时速度最大，由平衡条件得：mgsinθ=μmgcsθ+B2L2vmaxR+r
代入数据解得：vmax=5m/s
(3)从静止开始到匀速运动过程中q=E-R+rΔt=ΔΦR+r=BLxR+r
代入数据解得：x=7.5m
设两电阻发热和为Q，由能量守恒定律得：mgxsinθ=12mvm2+μmgcsθ⋅x+Q
R上产生的焦耳热QR=RR+rQ
代入数据解得：QR=1J
答：(1)杆ab下滑速度大小为2m/s时，其加速度的大小是1.2m/s2；
(2)杆ab下滑的最大速率是5m/s；
(3)杆ab从静止开始到恰好做匀速运动的过程中R上产生的热量是1J。