河北省邯郸市2024-2025学年高二上学期12月联考物理试卷（解析版）

这是一份河北省邯郸市2024-2025学年高二上学期12月联考物理试卷（解析版），共17页。试卷主要包含了本卷主要考查内容等内容，欢迎下载使用。
全卷满分100分，考试时间75分钟。
注意事项：
1.答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.请按题号顺序在答题卡上各题目的答题区域内作答，写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.选择题用2B铅笔在答题卡上把所选答案的标号涂黑；非选择题用黑色签字笔在答题卡上作答；字体工整，笔迹清楚。
4.考试结束后，请将试卷和答题卡一并上交。
5.本卷主要考查内容：选择性必修第一册第四章，选择性必修第二册的第一章~第三章第2节。
一、选择题：本题共7小题，每小题4分，共28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. 将一根直杆的一半插入水中后，人看到的杆变成了两段，这是因为（ ）
A. 光的直线传播B. 光的反射
C. 光的折射D. 光的全反射
【答案】C
【解析】将一根直杆的一半插入水中后，人看到的杆变成了两段，这是因为水的折射率高于空气，光线从水中射到空气中时发生了折射。我们看到的直杆的位置实际上是光线经过折射后形成的影像，而并非直杆的真实位置。
故选C。
2. 电磁感应研究的是其他形式能转化为电能的特点和规律，其核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律，关于涡流、互感和自感、电磁阻尼和电磁驱动，下列说法正确的是（ ）
A. 真空冶炼炉锅体中的涡流是由恒定磁场产生的
B. 自感现象是特殊的电磁感应现象，同一线圈加铁芯后线圈自感系数减小
C. 互感现象是变压器工作的基础，互感现象说明了磁场具有能量
D. 阻尼摆摆动时产生的涡流不一定总是阻碍其运动
【答案】C
【解析】A．高频感应炉是用涡流来熔化金属对其进行冶炼的，炉内放入被冶炼的金属，线圈内通入高频交变电流，这时被冶炼的金属中产生涡流就能被熔化，选项A错误；
B．自感现象是特殊的电磁感应现象，加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大，选项B错误；
C．变压器工作原理是互感，互感现象产生时，电能与磁场能发生了转化，说明磁场具有能量，选项C正确；
D．根据楞次定律，阻尼摆摆动时产生的涡流总是阻碍其运动，当金属球从磁场中穿过时，金属球内感应出的涡流会对金属板的运动产生阻碍作用，选项D错误。
故选C。
3. 如图所示，a、b两束相同的平行细光束以垂直底面的方向射到正三棱镜的两个侧面，且a、b两束光间的距离为d，两束光的入射点A、B到底面的距离相等，经折射后两束光射到三棱镜的底面上。已知三棱镜截面的边长为2d，三棱镜的折射率为，则底面上两光点间的距离为（ ）
A. 0B. C. D. d
【答案】A
【解析】光线a射到A点发生折射现象，入射角，根据折射定律
可得折射角
故光线恰好射到底边的中点，如图乙所示，同理光线b射到B点发生折射现象，也恰好射到底边的中点，即两光点重合。
故选A。
4. 如图甲为一台南北美洲的小发电机的结构示意图，内阻为0.5Ω的线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示。外接电表均为理想交流电表，用电器的电阻R恒定为9.5Ω，则（ ）
A. 发电机产生电动势的最大值为220V，电动势的有效值是110V
B. 电流表的示数为11A，电压表的示数为110V
C. 发电机的输出功率为1100W
D. 在时，穿过线圈的磁通量变化率为零
【答案】D
【解析】A．由题图乙可知，发电机产生电动势的最大值为
电动势的有效值是
故A错误；
B．电流表的示数为
电压表测量的是用电器两端的电压，示数为
故B错误；
C．发电机的输出功率
故C错误；
D．在时刻，由题图乙可知此时电动势为零，感应电动势与磁通量的变化率成正比，该时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，故D正确。
故选D。
5. 如图所示，空间存在着垂直于纸面向外匀强磁场和水平向右的匀强电场，一质子从A点由静止释放，沿图示轨迹依次经过C、D两点。已知A、D两点在同一等势面上，不计质子重力，下列说法正确的是（ ）
A. 质子从C到D，电场力做的是正功
B. D点的电势低于C点的电势
C. 质子从A到C，洛伦兹力不做功
D. 质子在A点所受的合力大于在D点所受的合力
【答案】C
【解析】A．由题可知质子所受电场力水平向右，质子从C到D的过程中电场力做负功，故A错误；
B．根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知D点电势高于C点，故B错误；
C．由于洛伦兹力一直都与速度方向垂直，故质子从A到C洛伦兹力不做功，故C正确；
D．由于A点和D点在同一等势面上，故从A到D电场力做功为0，而洛伦兹力不做功，A点速度为0，根据动能定理可知质子在D点速度也为0，则质子在A点和D点都只受电场力作用，在匀强电场中质子在这两点电场力相等，即合力相等，故D错误。
故选C。
6. 调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的，若经过元件调节后，加在调速电风扇上的电压U与时间t的关系图像如图所示为部分正弦曲线，已知调速电风扇线圈电阻为R，此时调速电风扇正常工作，下列说法正确的是（ ）
A. 调速电风扇的额定电压为，通过调速电风扇的电流小于
B. 调速电风扇的额定电压为，通过调速电风扇的电流大于
C. 调速电风扇的额定电压为，通过调速电风扇的电流小于
D. 调速电风扇的额定电压为，通过调速电风扇的电流大于
【答案】A
【解析】据有效值定义，可由
解得
因调速电风扇正常工作，调速电风扇的额定电压为；由于调速电风扇为非纯电阻用电器，故通过调速电风扇的电流小于。
故选A。
7. 如图所示，虚线框中存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，正方形金属框MNQP边长为d、总电阻为R。若金属框以恒定速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的宽度为3d的匀强磁场区域。设当MN边刚进入磁场时，金属框受到的安培力的大小为F；金属框穿过磁场区域的全过程产生的电能为，则（ ）
A. ；B. ；
C. ；D. ；
【答案】B
【解析】MN边刚进入磁场时，金属框中产生的电动势
金属框中的电流
金属框受到的安培力
金属框穿过磁场区域的全过程产生的电能
其中
得
故选B。
二、选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，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。
8. 光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。如今，随着4G和5G网络无线接入点的不断拓展，需要越来越多的光纤来满足网络日益增长的需求。下列说法正确的是（ ）
A. 光纤通信是利用光作为载体来传播信息
B. 光导纤维传递光信号利用了光的衍射原理
C. 光导纤维传递光信号利用了光的全反射原理
D. 光导纤维必须呈直线状态，不能发生弯曲
【答案】AC
【解析】光纤通信利用光作为载体来传播信息，光在光导纤维中不断发生全反射，光沿着锯齿路径从一地传到另一地，从而达到传输的目的，光导纤维可以发生弯曲。
故选AC。
9. 回旋加速器是一种粒子加速器，大小从数英寸到数米都有，它是由欧内斯特•劳伦斯于1929年在柏克莱加州大学发明的。现简化如图，回旋加速器D形盒上加有垂直于表面的匀强磁场，狭缝间接有交流电压。若A处粒子源产生的带电粒子在加速器中被加速，下列说法中正确的是（ ）
A. 洛伦兹力对带电粒子不做功，出射粒子的动能与磁场的磁感应强度无关
B. 若仅增大电荷量和质量的比值需将交流电源的周期变小
C. 电场的作用是使带电粒子做圆周运动，获得多次被加速的机会
D. 若仅增大加速电场的电压，带电粒子在加速器D形盒中运动的总时间变短
【答案】BD
【解析】A．出射粒子运动半径等于D形盒半径R时，由洛伦兹力提供向心力可得
解得
粒子的最大动能为
可知出射粒子的动能与磁场的磁感应强度有关，故A错误；
B．交流电源的周期等于粒子在磁场中的周期，则有
若仅增大电荷量和质量的比值，则粒子在磁场中的周期变小，需将交流电源的周期变小，故B正确；
C．磁场的作用是使带电粒子做圆周运动，获得多次被加速的机会，故C错误；
D．若仅增大加速电场的电压，根据
可知粒子的最大动能保持不变，设粒子在电场中加速的次数为，根据动能定理可得
可知仅增大加速电场的电压，粒子在电场中加速的次数减小，即粒子在磁场中偏转的次数减小，而粒子在磁场中的运动周期不变，所以带电粒子在加速器D形盒中运动的总时间变短，故D正确。
10. 如图所示，两条足够长的光滑平行金属导轨水平放置，导轨上静止地放置两根完全相同的导体棒MN和PQ，两导体棒平行且垂直导轨，整个空间存在磁感应强度大小为B、竖直向下的匀强磁场，导轨间距为L，电阻不计，导体棒与导轨接触良好，两根导体棒质量均为m，有效电阻均为R。某时刻给MN施加一个水平向右的恒力F，关于两导体棒最终的状态，下列说法正确的是（ ）

A. MN棒和PQ棒最终处于相对静止的状态
B. MN棒受到的安培力与F是一对平衡力
C. PQ棒的加速度大小为
D. 回路中的电功率为
【答案】CD
【解析】A．开始时MN棒在拉力和安培力作用下加速运动，此时速度较小，安培力较小，加速度较大，PQ棒在安培力作用下做加速运动，此时安培力较小，加速度较小，MN速度增加得比PQ快，则根据
回路电动势增加，安培力增加，则MN加速度减小，PQ加速度增加，最终稳定时，两棒的速度差恒定即加速度相同，安培力不再变化，故MN相对于PQ向右运动，选项A错误；
B．由以上分析可知，拉力F大于MN受到的安培力，选项B错误；
C．最终稳定时，两棒受到的安培力等大反向，对整体根据牛顿第二定律
解得
选项C正确；
D．对MN，根据牛顿第二定律
对PQ，根据牛顿第二定律
解得
回路中的电功率
选项D正确。
故选CD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分.
11. 如图所示，某同学用电流天平测量匀强磁场的磁感应强度。
（1）电流天平的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁场方向与线圈平面垂直.当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡，然后使电流反向，大小不变这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。已知重力加速度为g，则匀强磁场的磁感应强度B＝__________（用题中所给物理量的符号表示）；
（2）当n＝9，l＝10.0cm，I＝0.10A，m＝8.78g时，g取10m/s2，则磁感应强度大小等于__________T（保留2位有效数字）
【答案】（1） （2）0.49
【解析】（1）设原来左盘内砝码质量为m1，右盘内砝码及线圈的总质量为m2，平衡时有
电流方向改变后，有
两式相减得
（2）根据
代入数据得
12. 用双缝干涉测光波长的实验装置如图甲所示。已知单缝与双缝间的距离，双缝到屏的距离，双缝间的距离。用测量头来测量亮纹中心间的距离，测量头由分划板、目镜、手轮等构成。现用激光替代白炽灯作为光源，请完成该实验。
（1）用激光替代白炽灯作为光源，则除白炽灯外，光具座上还可以撤除的元件是________。
（2）实验得到明暗相间的条纹，转动手轮，使分划板的中心刻度线对准第1条亮条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，则对准第1条时示数________mm；分划板的中心刻度线对准第6条亮条纹的中心时，手轮上的示数，则相邻亮条纹间的距离________mm。
（3）计算波长的表达式为________（用符号表示），代入数据可算得________nm。
【答案】（1）滤光片、单缝 （2）0.25 6.20 （3） 620
【解析】（1）用激光替代白炽灯作为光源，由于激光是频率单一的单色光，并具有良好的平行度，故不需要滤光片和单缝。
（2）[1][2]手轮的读数方法与游标卡尺的读数方法相同，
故题图乙中示数
第1、6两亮条纹之间是5个条纹间距的宽度，
则相邻条纹间的距离
（3）[1][2]根据公式
可得
代入数据求得
13. 如图所示，一束平行光以的入射角从玻璃射向空气中，折射角。已知光在真空中的传播速度，，。求：
（1）玻璃的折射率；
（2）光在玻璃中的传播速度。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）根据光路的可逆性知，光从空气射向玻璃时，入射角为，折射角为，根据折射定律，
可得玻璃的折射率
（2）由折射率与光速的关系有
可得光在玻璃中的传播速度
14. 如图所示，两根互相平行的粗糙金属导轨与水平方向的夹角为，导轨上端与定值电阻R相接、下端开口，导轨置于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为。一长度为L、质量为m的导体棒垂直导轨静止在导轨上，且与导轨保持良好接触，此时形成回路的面积为S，导轨与导体棒的电阻忽略不计。从某时刻开始，磁场以的规律随时间发生变化，在0至t时间内导体棒一直保持静止状态。求：
（1）t时刻导体棒受到的安培力；
（2）t时刻导体棒受到摩擦力的大小。
【答案】（1） （2）见解析；
【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律
可知，通过导体棒的感应电流
根据楞次定律可知，通过闭合回路的电流方向从上往下看为顺时针，所以导体棒受到的安培力方向沿导轨向上；
导体棒受到的安培力大小
（2）磁场变化前无感应电流，沿导轨斜向下的重力的分力与静摩擦力大小相等，由于无法确定磁场变化后产生的沿导轨向上的安培力与导体棒沿导轨向下的重力的分力的大小关系，时间为t时导体棒受到的摩擦力的大小有以下三种可能：
a.若
导体棒受到的摩擦力的大小为
方向沿斜面向上；
b．若
导体棒受到的摩擦力的大小为0；
c．若
导体棒受到的摩擦力的大小为
方向沿斜面向下。
15. 如图所示，在坐标系xOy中存在两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ，两区域的边界均为矩形且磁场方向均垂直于坐标平面（图中未画出），一质量为m、电荷量为的带电粒子以大小为、方向与y轴正方向成30°角的速度从P（0，6d）点垂直磁场射入匀强磁场Ⅰ中，经偏转后恰好能沿x轴负方向运动并经过坐标原点O，经第二象限内的匀强磁场Ⅱ偏转后恰好沿着与y轴正方向成30°角的速度经过P点。不计粒子重力，求：

（1）磁场Ⅰ的磁感应强度大小及磁场Ⅰ的最小面积；
（2）磁场Ⅱ的磁感应强度最小值；
（3）磁场Ⅱ的磁感应强度取最小值时，该粒子从P点射出到第一次回到P点所需的时间。
【答案】（1），；（2）；（3）
【解析】（1）根据题意，画出粒子在匀强磁场Ⅰ中的运动轨迹，如图所示

由几何关系可得
解得
又有
解得
根据题意结合上述分析可知，磁场Ⅰ的面积最小时的矩形如图所示

由几何关系可得，矩形的长为
宽为
则磁场Ⅰ的最小面积为
（2）由题意可知，当该粒子离开点就进入磁场Ⅱ时,粒子在磁场中运动的半径最大，此时对应的磁场Ⅱ的磁感应强度最小，运动轨迹如图所示

设最小磁感应强度为，半径为，由牛顿第二定律有
解得
由几何关系有
解得
可得
（3）粒子在磁场中运动的周期为
又有
解得
则粒子在磁场Ⅰ中的周期为
粒子在磁场Ⅱ中的周期为
结合几何关系可得，粒子从P点射出到第一次回到P点所需的时间为