甘肃省兰州一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷

这是一份甘肃省兰州一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷，共12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.关于如图四位杰出物理学家所做的贡献，表述正确的是( )
A. 赫兹预言了电磁波的存在B. 法拉第发现了电流周围存在磁场
C. 麦克斯韦提出电磁场理论D. 奥斯特发现了电磁感应现象
2.如图所示，A、B是两个完全相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻忽略不计的自感线圈。下列说法正确的是( )
A. 闭合开关S瞬间，A、B灯同时亮
B. 闭合开关S瞬间，B灯立即发光，A灯逐渐亮起来
C. 电路稳定后，断开开关S瞬间，B灯闪亮一下再熄灭
D. 电路稳定后，断开开关S瞬间，流过B灯的电流方向向右
3.心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压会随着心跳频率发生变化。如图所示，心电图仪与一理想变压器的原线圈相连接，扬声器(等效为一个定值电阻)与一滑动变阻器连接在副线圈两端。下列说法正确的是( )
A. 保持电压U1不变，向左滑动滑片P，副线圈两端的电压减小
B. 保持电压U1不变，向左滑动滑片P，变压器的输入功率变小
C. 保持滑片P不动，当U1变大时，扬声器两端的电压变小
D. 保持滑片P不动，当U1变大时，扬声器的功率变大
4.通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示(前半个周期为正弦波形的12)，则该交变电流的有效值为( )
A. 22I0
B. 52I0
C. I0
D. 34I0
5.如图所示，宽为L的平行金属导轨与水平面成α角，质量为m、长为L的金属杆ab水平放置在导轨上。空间存在着垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，当回路中电流大小为I时，金属杆恰好能静止，重力加速度大小为g。如果最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则金属杆与导轨之间的动摩擦因数为( )
A. tanαB. tanα+BILmgcsαC. BILmgcsα-tanαD. BILmgcsα
6.2022年12月28日我国中核集团全面完成了230MeV超导回旋加速器自主研制的任务，标志着我国己全面掌握小型化超导回旋加速器的核心技术进入国际先进行列。置于真空中的D形金属盒半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，交流加速电压大小恒为U。若用此装置对氘核(12H)加速，所加交变电流的频率为f。加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，下列说法正确的是( )
A. 带电粒子从磁场中获得能量
B. 加速电压越大，粒子离开时的速度越大
C. 仅增大加速电压U，则氘核( 12H)从D型盒出口射出的动能增大
D. 仅增大加速电压U，则氘核( 12H)被加速次数减少
7.如图甲所示，单匝矩形线框在匀强磁场B中，绕与磁场B垂直的轴OO'匀速转动。已知线框电阻为R，转动周期为T，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系如图乙所示。则下列说法不正确的是( )
A. T2时刻，线框平面与中性面垂直
B. 感应电流的有效值为 2πΦmRT
C. T4到34T过程中，线框中平均感应电动势为2ΦmT
D. 线框转动一周，线框中产生的热量为2π2Φm2RT
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
8.图中的四个图都与涡流有关，下列说法正确的是( )
A. 真空冶炼炉是利用通电导线的发热来熔化金属的装置
B. 金属探测器是利用被测金属中产生的涡流来进行探测的
C. 电磁炉工作时在它的面板上产生涡流加热食物
D. 变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠合而成是为了减小涡流
9.如图，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者直径相同、轴线重合，螺线管与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列说法正确的是( )
A. 线圈a中将产生俯视逆时针方向的感应电流
B. 穿过线圈a的磁通量变小
C. 线圈a有扩张的趋势
D. 线圈a对水平桌面的压力大于自身重力
10.如图所示，边长为l、电阻为R的正方形导线框沿x轴正方向运动。在外力F作用下以速度v匀速穿过三个宽度均为l的匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，已知三个区域中磁场的磁感应强度大小均为B，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域中的磁场方向分别为垂直纸面向里、向外和向里。若以磁感线垂直纸面向里时穿过线框的磁通量Φ为正，产生的电流沿顺时针方向的电动势E为正，外力F向右为正，从线框刚进入磁场时开始计时，则下列反映线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和线框的电功率P随时间变化的图象正确的是( )
A. B.
C. D.
三、实验题：本大题共2小题，共15分。
11.某同学探究“影响感应电流方向的因素”，实验如下。

(1)首先按图1所示方式连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向左偏转；再按图2所示方式连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转。进行上述实验最主要的目的是______。(选填选项前的字母)
A.检查各仪器及导线是否完好
B.检查电流计量程是否合适
C.检查电流计测量电路的电流是否准确
D.推断电流从不同接线柱流入时电流计指针偏转方向
(2)某实验小组将电池、线圈A、线圈B、滑动变阻器、灵敏电流计、开关按照如图3所示的方式连接。当闭合开关时发现灵敏电流计的指针左偏。由此可知：
①当滑动变阻器的滑片P向左移动时，灵敏电流计的指针______(填“左偏”、“不动”、“右偏”)；
②将线圈A拔出时，灵敏电流计的指针______(填“左偏”、“不动”、“右偏”)。
12.某同学需要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，实验步骤如下：

(1)某学生用螺旋测微器测定该圆柱体的直径时，测得的结果如图甲所示，则该金属丝的直径D= ______mm。紧接着用游标尺上标有20等分刻度的游标卡尺测该金属丝的长度，测得的结果如图乙所示，则该圆柱体的长度L= ______cm。
(2)该同学先用多用电表粗测其电阻。用已经调零且选择开关指向欧姆挡“×10”挡位的多用电表测量，发现指针的偏转角度太大，这时他应将选择开关换成欧姆挡的“______”挡位(选填“×100”或“×1”)，然后进行欧姆调零，再次测量电阻丝的阻值，其表盘及指针所指位置如图丙所示，则粗测其电阻值为______Ω。
(3)采用如图丁的电路图进一步精确测量该圆柱体的电阻值。
测量结果：如图戊所示，当使用0～0.6A量程的电流表时，其示数为______A；如图己所示，当使用0～15V量程的电压表时，其示数为______V。
(4)根据上面测量数据，则该圆柱体的电阻率ρ= ______Ω⋅m(保留三位有效数字)。
四、计算题：本大题共3小题，共42分。
13.某校用一台不计内阻的发电机来提供照明用电，输电过程如图所示，升压变压器原、副线圈匝数比为1：5，降压变压器原、副线圈匝数比为5：1，输电线的总电阻为r=25Ω。全校共有33个班，每班有6盏“220V；40W”的灯，若要保证全部电灯正常发光，求：
(1)降压变压器副线圈中的电流的大小？
(2)输电线上损失的功率的大小？
(3)升压变压器的输入电压的大小？
14.如图所示，足够长的光滑平行金属导轨竖直放置，电阻不计，导轨间距为L，顶端接一阻值为R的电阻。矩形匀强磁场Ⅰ的高为d，匀强磁场Ⅱ足够高，两磁场的间距也为d，磁感应强度大小均为B、方向均垂直纸面向里。一质量为m、电阻为2R的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好。将金属棒由静止释放，运动距离为s时进入匀强磁场Ⅰ。已知金属棒进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，重力加速度为g。试求：
(1)金属棒刚进入磁场Ⅰ时其两端的电压？
(2)金属棒穿过磁场Ⅰ的过程中，流过回路中的电荷量？
(3)金属棒穿过磁场Ⅰ的过程中，电阻R产生的热量？
(4)金属棒进入磁场Ⅱ后，最终运动的速度？
15.如图所示，竖直平面内半径为R、圆心为O的圆形区域内充满磁感应强度为B的匀强磁场，MN是一竖直放置的收集板，M点与圆形磁场最高点P点等高，三角形MON为边长为2R的等边三角形。在P点有一粒子发射源，可以发出质量为m，电荷量为+q的同种粒子。不计粒子之间的相互作用力及粒子的重力。
(1)如果从发射源P点沿PO方向向圆形区域内射入大量速率不同的同种粒子，试求：为使粒子能打在收集板MN区域上，则射入粒子的速率范围？
(2)如果从发射源P点向纸面内向下0～180°范围内发射速率均为v=qBRm的同种粒子，试求：打在收集板MN上的粒子运动的时间范围？
答案和解析
1.C
【解析】A.赫兹在实验中证实了电磁波的存在，故A错误；
B.法拉第发现了电磁感应现象，使人类社会进入电的时代，故B错误；
C.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予证实，故C正确；
D.奥斯特发现了电流的磁效应，故D错误。
故选：C。
2.B
【解析】AB、开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，B灯立即发光。由于线圈的自感阻碍，A灯后发光；由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐变亮，最后一样亮，故A错误，B正确；
CD、流过灯泡完全相同，线圈的电阻可以忽略不计，所以电路中的电流稳定时流过支路的电流相等；断开开关S的瞬间，线圈与两灯一起构成一个自感回路，通过线圈的电流要减小，线圈产生自感电动势，相当电源，两灯逐渐同时逐渐熄灭，B灯不会闪亮一下，且此时流过B灯的电流方向向左，故CD错误。
故选：B。
3.D
【解析】A.保持电压不变，根据U2=n2n1U1可知，副线圈两端的电压不变，故A错误；
B.保持电压不变，次级电压不变，向左滑动滑片P，R阻值减小，次级电阻减小，则次级消耗的功率变大，则变压器的输入功率变大，故B错误；
C.保持滑片P不动，当U1变大时，变压器次级电压变大，扬声器两端的电压变大，故C错误；
D.保持滑片P不动，当U1变大时，根据U2=n2n1U1可知，变压器次级电压变大，次级电流变大，则扬声器的功率变大，故D正确；
故选：D。
4.C
【解析】设该交变电流的有效值为I，根据有效值定义以及焦耳定律可得
I2RT=(I0 2)2R⋅T2+( 3I0)2R⋅T4
根据上式解得
I=I0
故ABD错误，C正确。
故选：C。
5.B
【解析】根据左手定则可知，金属杆ab受到的安培力沿斜面向下。金属杆恰好能静止，受到的静摩擦力沿导轨向上达到最大值，以金属杆ab为研究对象，根据平衡条件可得
mgsinα+BIL=f
又
f=μN=μmgcsα
联立解得
μ=tanα+BILmgcsα，故ACD错误，B正确。
故选：B。
6.D
【解析】A.洛伦兹力对带电粒子不做功，则带电粒子从电场中获得能量，故A错误；
BC.粒子从加速器中离开时满足qvB=mvm2R，解得vm=qBRm，则粒子离开时的速度与加速电压无关，粒子的最大动能Ekm=q2B2R22m，与加速电压和加速次数无关，故BC错误；
D.粒子在电场中加速nqU=q2B2R22m，解得n=qB2R22mU，仅减小加速电压U，氘核(12H)加速次数减少，故D正确。
故选：D。
7.C
【解析】A、由图可知在T2时刻，回路的磁通量为零，所以线圈平面与中性面垂直，故A正确；
B、线圈转动的角速度大小为ω=2πT，感应电动势的最大值为Em=BSω=Φmω，则感应电流的最大值为Im=EmR，感应电流的有效值为I=Im 2，整理可得I= 2πΦmRT，故B正确；
C、T4到34T过程中，磁通量变化量的绝对值为ΔΦ=2Φm，所以这段时间内感应电动势的平均值为E-=ΔΦΔt=2ΦmT2=4ΦmT，故C错误；
D、线框转动一周产生的热量为Q=I2RT，解得Q=2π2Φm2RT，故D正确。
本题是选不正确的，故选：C。
8.BD
【解析】A.真空冷炼炉是线圈中的电流做周期性变化，在金属中产生涡流，从而产生大量的热量，熔化金属的，故A错误；
B.金属探测器中变化电流遇到金属物体，在被测金属中上产生涡流来进行探测，故B正确；
C.家用电磁炉工作时，在锅体中产生涡流，加热食物，不是在面板上产生的涡流，故C错误；
D.当变压器中的电流变化时，在其铁芯将产生涡流，使用相互绝缘的硅钢片叠合做成的铁芯可以尽可能减小涡流，故D正确。
故选：BD。
9.AD
【解析】AB、当滑动触头P向下移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，通过线圈b的电流增大，产生的磁场增强，则穿过线圈a的磁通量增加，由安培定则可知，线圈b产生的磁场方向向下，根据楞次定律可知，线圈a中感应电流方向应为俯视逆时针方向，故A正确，B错误；
C、滑动触头向下滑动时导致穿过线圈a的磁通量增加，根据楞次定律：感应电流阻碍磁通量的变化，可知线圈面积减少会阻碍磁通量的增加，则线圈a应有收缩的趋势，故C错误；
D、开始时，线圈a对桌面的压力等于线圈a的重力，当滑动触头向下滑动时，可以用“等效法”，即将线圈a和b看作两个条形磁铁，不难判断此时两磁铁的N极相对，互相排斥，线圈a对水平桌面的压力将增大，故D正确。
故选：AD。
10.BC
【解析】在线框进入磁场区域Ⅰ的过程中，穿过线框的磁通量为Φ=Blvt，所以在0～lv时间内，磁通量Φ随时间t均匀增加；
由E=Blv，可知在0～lv时间内电动势为定值，电流方向为逆时针，所以电动势为负值，
因感应电流I=ER，故F=F安=BIl=B2l2Rv，在此段时间内也为定值，且方向向右，故为正，
功率P=I2R，同样为定值。
在lv～2lv时间内，Φ先逐渐减小到零再反向增大，电动势E、电流I为正值且均变成原来的两倍，外力F、功率P变为原来的四倍。
在2lv～3lv时间内，Φ从负的最大逐渐减小到零再变为正的最大，电动势E为负值且是0～lv时间内电动势的两倍，外力和功率仍与lv～2lv时间内大小相同。
在3lv～4lv时间内，磁通量Φ逐渐减小，外力F、功率P与0～lv时间内大小相同，电动势与0～lv时间内大小相同但方向相反。
故BC正确，AD错误。
故选：BC。
11.D 左偏 右偏
【解析】(1)进行上述实验最主要的目的是推断电流从不同接线柱流入时电流计指针偏转方向，故D正确，ABC错误。
故选：D。
(2)闭合开关时灵敏电流计的指针左偏，即线圈内磁通量增加时，灵敏电流计的指针左偏。滑动变阻器的滑片P向左移动时，接入的有效电阻变小，回路中电流变大，线圈内的磁场变强，磁通量增加，所以灵敏电流计的指针左偏；将线圈A拔出时，线圈内磁通量减小，灵敏电流计的指针右偏。
故答案为：(1)D；(2)左偏，右偏。
5.015 ×1 12.0 0.40 5.5 2.96×10-3
【解析】(1)螺旋测微器的精确度为0.01mm，其读数为D=3.5mm+20.5×0.01mm=3.705mm，游标卡尺的精确度为0.05mm，长度L=50mm+3×0.05mm=50.15mm=5.015cm；
(2)用已经调零且选择开关指向欧姆挡“×10”挡位的多用电表测量，发现指针的偏转角度太大，知该电阻较小，换用“×1”挡位。读数为12.0×1Ω=12.0Ω。
(3)当使用0～0.6A量程的电流表时，最小刻度为0.02A，则其示数为0.40A，当使用0～15V量程的电压表时，最小刻度为0.5V，则其示数为5.5V。
(4)根据Rx=ρLS=ρLπ(D2)2，得ρ=πRxD24L，代入数据解得ρ≈2.96×10-3Ω⋅m。
故答案为：(1)3.705，5.015；(2)×1，12.0；(3)0.40，5.5；(4)2.96×10-3。
13.【解析】(1)降压变压器副线圈中的电流为
I4=PLUL×6×33
解得I4=36A
(2)降压变压器原线圈的电流为
I3=n4n3I4
所以输电线上损失的功率为
ΔP=I32r
代入数据解得
ΔP=1296W
(3)降压变压器原线圈的电压为
U3=n3n4UL
输电线上损失的电压为
ΔU=I3r
升压变压器的输出电压为
U2=U3+ΔU
则升压变压器的输入电压为
U1=n1n2U2
解得
U2=256V
答：(1)降压变压器副线圈中的电流的大小为36A；
(2)输电线上损失的功率的大小为1296W；
(3)升压变压器的输入电压的大小为256V。
14.【解析】(1)金属棒进入磁场Ⅰ前做自由落体运动，设进入磁场Ⅰ时速度为v1，v12=2gs，v1= 2gs
刚进入磁场Ⅰ时电动势为E1=BLv1，导体棒两端的电压为外电压，即U=E1RR+r=13BL 2gs
(2)通过磁场Ⅰ穿过回路的电荷量：q=ΔφR+r=BLd3R
(3)由于金属棒进入磁场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等，从刚进入磁场Ⅰ到刚进入磁场Ⅱ列能量守恒方程，2mgd=Q总热+(12mv12-12mv12)，则电阻R上产生的焦耳热Q'=13Q总热=23mgd；
(4)由题意可知，金属棒进入磁场Ⅲ时，先做加速度减小的减速运动，再做匀速运动，最终金属棒速度mg=F安=B2L2R+rv=B2L23Rv，解得v=3mgRB2L2
答：(1)金属棒刚进入磁场Ⅰ时其两端的电压等于13BL 2gs；
(2)金属棒穿过磁场Ⅰ的过程中，流过回路中的电荷量等于23mgd；
(3)金属棒穿过磁场Ⅰ的过程中，电阻R产生的热量3mgRB2L2；
(4)金属棒进入磁场Ⅱ后，最终运动的速度等于3mgRB2L2。
15. 【解析】根据洛伦兹力提供向心力：qvB=mv2r
变形有：v=qBrm
可知轨迹半径r越大的粒子，速度v越大，故射到N点的粒子速度最大由几何关系有：rmax=Rtan60°= 3R
解得最大速度：vm= 3qBRm
P点、M点在同一高度上，整个过程中粒子位移最小的粒子打在M点，轨迹半径为：r1= 33R
位移最小的粒子速率为：v1= 3qBR3m
打在收集板MN区域的粒子运动速率范围是： 3qBR3m≤v≤= 3qBRm

(2)由于v=qBrm，根据发射源知识，可知：在0～180°范围内发射的粒子会在圆形磁场中做圆周运动，后将水平向右平行的打在收集板MN区域上。
则最短时间为水平向右射出的粒子，tmin= 3Rv= 3RqBRm= 3mBq
最长时间为水平向左射出的粒子，tmax=πR+ 3Rv=πR+ 3RqBRm=(π+ 3)mBq
打在收集板MN区域的粒子运动时间范围为： 3mBq≤t≤(π+ 3)mBq
答：(1)为使粒子能打在收集板MN区域上，则射入粒子的速率范围是： 3qBR3m≤v≤= 3qBRm；
(2)打在收集板MN上的粒子运动的时间范围是： 3mBq≤t≤(π+ 3)mBq。