广东省深圳市罗湖区2024-2025学年高二（上）期末物理试卷

这是一份广东省深圳市罗湖区2024-2025学年高二（上）期末物理试卷，共15页。试卷主要包含了6J的太阳能转化为电能，2JD等内容，欢迎下载使用。
考试时间：75分钟；命题人：
注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.如图所示的元器件对应的符号是( )
A. B.
C. D.
2.有一种太阳帽，它的前面有一个小风扇，一个小型的太阳能电池板与它相接，对其供电。经测量该电池能产生的电动势E=0.6V，关于该电池的描述正确的是( )
A. 把该电池接入闭合电路后，电动势减小
B. 单位时间内可把0.6J的太阳能转化为电能
C. 该电池每通过1C电荷量能把0.6J的太阳能转化为电能
D. 该电池把其他形式能转化为电能的本领比一节7号电池的本领大
3.科学家研究发现，蜘蛛在没有风的情况下也能向上“起飞”。如图，当地球表面带有负电荷，空气中有正电荷时，蜘蛛在其尾部吐出带电的蛛丝，在电场力的作用下实现向上“起飞”。下列说法正确的是( )
A. 蜘蛛往电势高处运动B. 电场力对蛛丝做负功
C. 蛛丝的电势能增大D. 蛛丝带的是正电荷
4.图甲为某“自发电”无线门铃按钮，其“发电”原理如图乙所示。按下门铃按钮过程，磁铁靠近螺线管；松开门铃按钮过程，磁铁远离螺线管回归原位。下列说法正确的有( )
A. 按下按钮过程，螺线管P端电势较高
B. 若更快按下按钮，则P、Q两端的电势差更大
C. 按住按钮不动，螺线管中产生恒定的感应电动势
D. 按下和松开按钮过程，螺线管对磁铁的力方向相同
5.如图甲所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图乙所示。在充电开始后的一段时间内，充电宝的输出电压U=5.0V、输出电流I=0.6A，可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻r=0.5Ω，则1min内( )
A. 充电宝输出的电功率小于3WB. 充电宝产生的热功率为0.18W
C. 手机电池储存的化学能为169.2JD. 手机电池产生的焦耳热为18J
6.如图所示是法拉第圆盘发电机的示意图。铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘全部处在两磁极之间，圆盘平面与磁感线垂直。金属圆盘与电阻R组成闭合回路，现在顺时针(从左往右看)转动圆盘( )
A. 只有圆盘加速转动，回路中才有感应电流
B. 由于圆盘转动过程中的磁通量不变化，所有电路中没有电流
C. 圆盘转动过程中，回路中的感应电流从e经电阻R到f
D. 圆盘转动过程中，回路中的感应电流从f经电阻R到e
7.通电长直导线周围存在磁场，其磁感应强度与导线中的电流强度成正比，与距导线的距离成反比。如图所示为三根相互平行的长直导线的截面图，若它们的电流大小都为I，方向垂直纸面向里，AB=AC=AD=r，B导线在A点产生的磁感应强度为B0，关于A点的磁感应强度，说法正确的是( )
A. 大小为B0，方向由A指向D
B. 大小为B0，方向由D指向A
C. 大小为 5B0，方向与AD的夹角为θ斜向右下方，且tanθ=2
D. 大小为 5B0，方向与AD的夹角为θ斜向右下方，且tanθ=12
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.图甲所示粗糙U形导线框固定在水平面上，右端放有一金属棒PQ，整个装置处于竖直方向的磁场中，磁感应强度B按图乙规律变化，规定竖直向上为正方向，整个过程金属棒保持静止。则( )
A. t0时刻回路没有感应电流
B. 在t0：2t0时间，流过金属棒的感应电流方向是从Q到P
C. 在0：t0时间，金属棒PQ所受安培力方向水平向右
D. 2t0时刻金属棒PQ所受摩擦力方向水平向右
9.图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平面b上的电势为2V。一电子经过a时的动能为10eV，从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV。下列说法正确的是( )
A. 平面c上的电势为零
B. 该电子一定可以到达平面f
C. 该电子经过平面d时，其电势能为2eV
D. 该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
10.据报道，图甲是我国空间站安装的现代最先进的霍尔推进器，用以维持空间站的轨道。如图乙，在很窄的圆环空间内有沿半径向外的磁场1，其磁感应强度大小可近似认为处处相等；垂直于圆环平面同时加有匀强磁场2和匀强电场(图中没画出)，磁场1与磁场2的磁感应强度大小相等，已知电子电量为e、质量为m，若电子恰好可以在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速圆周运动，下列说法正确的是( )
A. 匀强磁场2垂直于环平面向里B. 电场方向垂直于环平面向外
C. 电子运动周期为2πRvD. 电场强度大小为mv2eR
三、实验题：本大题共3小题，共16分。
11.①如图甲所示的游标卡尺，图中读数为______mm；
②某同学用螺旋测微器测量某物件的直径，结果如图乙，则螺旋测微器读数为______mm。
12.某同学想用一个多用表中的欧姆挡直接去测量一个电压表的内阻。

①实验时，正确操作后，该同学应选用图1中______(填“A”或者“B”)方式将多用表与电压表连接。
②如图2所示为多用电表的刻度盘，若该同学选择欧姆挡“×10”挡，发现指针在位置①，应重新将选择开关置于______(选填“×1”或“×100”)挡。在再次测电压表内阻前，应先将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向表盘______(选填“左”或“右”)端零刻度线。正确操作后，指针指在位置②，则被测电压表的内阻为______Ω。
13.某实验小组尝试测量电动车上蓄电池的电动势和内阻。用电流表、电压表、滑动变阻器、待测蓄电池等器材设计了如图甲所示实验电路。

(1)某同学选择合适的仪器按照图甲规范操作，实验时发现，大范围移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数变化都不明显，该同学在思考后将R0=15Ω的定值电阻串入电路中，如图______(选填“乙”或“丙”)，解决了这一问题；
(2)多次调节滑动变阻器R的阻值，读出相应的电压表和电流表示数U和I，用测得的数据描绘出如图丁所示的U-I图像，则该电池的电动势E= ______V，内阻r0= ______Ω(结果均保留两位有效数字)；
(3)该同学反思发现上述实验方案存在系统误差。若考虑电表内阻的影响，对测得的实验数据进行修正，在图丁中重新绘制U-I图线，与原图线比较，新绘制的图线与横坐标轴交点的数值将______，与纵坐标轴交点的数值将______(两空均选填“变大”“变小”“不变”)。
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
14.电喷漆技术具有效率高、浪费少、质量好等优点，其装置如图所示。A、B为两块平行金属板，间距d=0.40m，两板间有方向由B指向A，大小为E=1.0×103N/C的匀强电场。在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P，油漆喷枪的喷嘴可向各个方向均匀地喷出带电油漆微粒，油漆微粒的初速度大小均为v0=2.0m/s，质量m=5.0×10-15kg、带电量为q=-2.0×10-16C。空气阻力、微粒的重力及微粒间的相互作用力均不计，油漆微粒最后都落在金属板B上。求：
(1)微粒打在B板上的动能；
(2)微粒到达B板所需的最短时间；
(3)描述微粒最后落在B板上所形成的图形，并简述理由。
15.某兴趣小组在看到电梯坠落事故的新闻报道后，想利用所学知识设计一个电磁缓冲装置减缓电梯和地面间的冲击力。该小组设计了一个如图所示的模拟装置，重物系统模拟轿厢系统。在导轨MN、PQ内侧安装了电磁铁(图中未画出)，电磁铁在重物系统的NMPQ区域能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，其磁感应强度B=2T。系统正下方的水平地面上固定有一个闭合的矩形金属线框，线框与外界绝缘，线框的总阻值R=1Ω，顶部ab边的长度L=1m，侧边bc比PQ长。某次测试过程中，当重物系统底部NQ与ab重合时，重物系统的速度为v0=10m/s，之后减速下降h=0.5m的距离时速度达到最小值，此时MP未碰到弹簧。已知重物系统的总质量m=2kg，重力加速度g=10m/s2，不计空气阻力和一切摩擦力。求：

(1)重物系统速度为v0时，线框中的感应电流I的大小；
(2)从NQ与ab重合开始，重物系统下落h的过程中线框中产生的焦耳热Q。
16.在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入简化工作原理的示意图，一粒子源在A处不断释放质量为m，带电量为+q的离子，其初速度视为零，经电压为U的加速电场加速后，沿图中半径为R1的圆弧形虚线通过14圆弧形静电分析器(内有均匀辐向分布的电场)后，从P点沿直径PQ方向进入半径为R2的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向外。经磁场偏转，离子最后垂直打在与PQ等高且平行放置的硅片上，硅片到PQ的距离为 3R2，不计离子重力。求：
(1)静电分析器通道内虚线处电场强度的大小E；
(2)圆形匀强磁场磁感应强度大小B；
(3)若加速电压和静电分析器中电场的大小可以调节，离子在静电分析器中仍沿虚线圆弧运动，要让从P点沿直径PQ方向进入圆形匀强磁场区域的离子全部打在硅片上，求加速电压的变化范围。(结果用U表示)
答案和解析
1.A
【解析】图示的元器件是一个电阻，A中对应的是电阻，B中对应的是灯泡，C中对应的是电容，D中对应的是二极管，故A正确，BCD错误。
故选：A。
2.C
【解析】AD.电源的电动势反映了其他形式的能量转化为电能本领的大小，一节干电池的电动势更大，转化为电能的本领更大；电源的电动势决定于电源本身，不会因为电池接入闭合电路后，电动势发生变化，故AD错误；
BC.根据电动势的定义式E=W排q，得非静电力做功W非=qE，通过1C电荷量，该电池能把0.6J的太阳能转化为电能，而不是单位时间内把0.6J的太阳能转化为电能，故B错误，C正确。
故选：C。
3.A
【解析】A.电场线方向向下，根据沿电场线方向电势降低可知，蜘蛛往电势高处运动，故A正确；
BC.电场力方向与运动方向相同，电场力做正功，电势能减小，故BC错误；
D.电场线方向向下，正电荷受到的电场力方向向上，而蛛丝受到的电场力方向竖直向上，所以蛛丝带负电，故D错误。
故选：A。
4.B
【解析】A、在按下按钮的过程，磁铁靠近螺线管，穿过螺线管的磁通量是向左的增加，螺线管发生电磁感应现象，根据楞次定律可以知道螺线管中产生的感应电流方向为由P到Q，在电源内部，电流从低电势流向高电势，所以Q点的电势高于P点的电势，故A错误；
B、根据法拉第电磁感应定律可知，产生的电动势的大小与穿过线圈的磁通量的变化率成正比，若更快按下按钮，穿过线圈的磁通量的变化率变大，感应电动势变大，则定值电阻两端的电压变大，故B正确；
C、按住按钮不动，线圈内磁通量不发生变化，无感应电动势，故C错误；
D、根据来拒去留，按下按钮的过程，螺线管对磁铁有排斥力，磁铁所受排斥力的方向和位移方向相反；松开按钮的过程，螺线管电流减小，螺线管对磁铁有吸引力，磁铁所受吸引力的方向和位移方向相反，故D错误。
故选：B。
5.C
【解析】A、充电宝的输出电压U=5.0V、输出电流I=0.6A，所以充电宝输出的电功率为P出=UI=5.0×0.6W=3W，故A错误；
B、充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，所以产生的热功率无法计算，故B错误；
C、由题意及能量守恒定律，可得手机电池储存的化学能为：E化学能=UIt-I2rt，其中t=1min=60s，代入数据解得：E化学能=169.2J，故C正确；
D、根据焦耳定律，可知手机电池产生的焦耳热为Q=I2rt=0.62×0.5×60J=10.8J，故D错误。
故选：C。
6.D
【解析】
AB.圆盘处于磁场中的任意一根半径都在切割磁感线，因此可以看成一个电源，故不需加速转动，圆盘转动过程中的磁通量不变化，但切割产生了电势差，故也能有感应电流，故AB错误；
CD.根据右手定则判断，D点电势比C点高，回路中的感应电流从f经电阻R到e，故D正确，C错误；
故选：D。
7.A
【解析】由题意可知，每根导线在A点的磁感应强度大小相等，BB=BC=BD=B0，根据右手螺旋定则，可做出每根导线在A点的磁感应强度的示意图
BA=B0，方向由A指向D，故BCD错误，A正确。
故选：A。
8.CD
【解析】A.t0时刻回路的磁通量为零，但是磁通量的变化率不为零，则回路有感应电流，故A错误；
B.在t0～2t0时间，回路的磁通量向下增加，根据楞次定律可知，流过金属棒的感应电流方向是从P到Q，故B错误；
C.在0～t0时间，回路的磁通向上减小，则有金属棒中有从P到Q的感应电流，由左手定则可知，PQ所受安培力方向水平向右，故C正确；
D.根据楞次定律可知，2t0时刻金属棒PQ中的感应电流从P到Q，则安培力水平向左，由平衡可知，所受摩擦力方向水平向右，故D正确。
故选：CD。
9.AC
【解析】A.因为图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，所以这是几个等差等势面，因为一电子从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV，所以该电子动能减小了6eV，电势能增加了6eV，则a到d电势减小6V，因此两相邻等势面间的电势差为2V，又因为平面b上的电势为2V，所以平面a、b、c、d、f的电势分别为：4V、2V、0V、-2V、-4V，故A正确；
B.结合前面分析可知，若电子由a向f做直线运动，则电子可以到达平面f，且到达平面f的动能为2eV，但是题目中没有说明电子如何运动，因此电子可能会到达平面f，也可能不会到达平面f，故B错误；
C.结合前面分析可知，平面d上的电势为-2V，则该电子经过平面d时，其电势能为：EPd=-e×(-2V)=2eV，故C正确；
D.结合前面分析可知，一电子经过a时的电势能为：EPa=-e×(4V)=-4eV，且一电子经过a时的动能为：Eka=10eV，
则由能量守恒可知：Eka+EPa=Ekb+EPb=Ekd+EPd，
其中：EPb=-e×2V=-2eV，EPd=2eV，
联立可得：Ekb=8eV，Ekd=4eV，
则：Ekb：Ekd=2：1，
又因为：Ekb=12mvb2，Ekd=12mvd2，
可得：vb：vd= 2：1，故D错误；
故选：AC。
10.ACD
【解析】AB、根据左手定则可知电子在圆环内受到沿半径向外的磁场l的洛伦兹力方向垂直环平面向里，电场力需要与该兹力平衡，电场力方向应垂直环平面向外，由于电子带负电，故电场方向垂直环平面向里，电子在圆环内受到磁场2的洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力，根据左手定则可知匀强磁场2垂直于环平面向里，故A正确，B错误；
C、电子做半径为R、速率为v的匀速圆周运动，所以由运动学公式得，电子运动的周期为：T=2πRv，故C正确；
D、电子在圆环内受到磁场2的洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力，则有：evB=mv2R，解得：B=mveR，电子在垂直环平面方向受力平衡，则有：eE=evB，解得：E=mv2eR，故D正确。
故选：ACD。
11.17.7 4.600
【解析】①游标卡尺的精确度为0.1mm，其读数为17mm+7×0.1mm=17.7mm；
②螺旋测微器的精确度为0.01mm，其读数为4.5mm+10.0×0.01mm=4.600mm。
故答案为：①17.7；②4.600。
12.A ×100 右 1100
【解析】①实验时，正确操作后，该同学应选用图1中A方式将多用表与电压表连接，因为欧姆表测电阻时启用内部电源，而黑表白接内部电源的正极。
②如图2所示为多用电表的刻度盘，若该同学选择欧姆挡“×10”挡，发现指针在位置①，指针偏角太小，说明电压表内阻较大，应重新将选择开关置于×100挡。在再次测电压表内阻前，应先将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指向表盘右端零刻度线。正确操作后，指针指在位置②，则被测电压表的内阻为11.0×100Ω=1100Ω。
故答案为：①A；②×100，右，1100。
13.乙 12 1.0 不变 变大
【解析】(1)实验时发现，大范围移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数变化都不明显，则可能是电源内阻太小造成的，则可以在电源上串联一个定值电阻，则图乙可以解决这一问题。
(2)根据闭合电路的欧姆定律可知
U=E-I(R0+r)
则由图像可知该电池的电动势
E=12V
内阻
r0=120.75Ω-15Ω=1.0Ω
(3)如图所示
图像与横轴交点表示短路电流，当电源短路时，电表的内阻不影响短路电流，与横坐标轴交点的数值不变；电压表和电源并联，测量的内阻是电压表和电源并联后的电阻，比电源内阻的真实值小，图像斜率偏小，修正后图像斜率变大，与纵坐标轴交点的数值将变大。
故答案为：(1)乙；(2)12；1.0；(3)不变；变大
14.解：(1)根据动能定理可得：|q|Ed=EkB-Ek0，
其中：Ek0=12mv02，
联立可得，微粒打在B板上的动能为：EkB=9.0×10-14J；
(2)微粒初速度方向垂直于极板时，到达B板时间最短，
则：EkB=12mvB2，
解得：vB=6.0m/s，
根据匀变速直线运动的运动规律可得：v0+vB2=dt，
解得，微粒到达B板所需的最短时间为：t=0.1s；
(3)微粒最后落在B板上所形成的图形是圆形；理由如下：
因为最后落在B板上最远的粒子所做的运动是类平抛运动，运动时间相同，初速相等，水平分位移大小也相等，则结合对称性可知，微粒最后落在B板上所形成的图形是圆形。
答：(1)微粒打在B板上的动能为9.0×10-14J；
(2)微粒到达B板所需的最短时间为0.1s；
(3)微粒最后落在B板上所形成的图形是圆形，理由见解析。
15.解：(1)重物系统速度为v0时，线框产生的感应电动势为
E=BLv0=2×1×10V=20V
线圈中的感应电流大小为
I=ER=201A=20A
(2)当重物系统的速度达到最小值时，加速度为零，可得
F=mg
又F=BIL
I=ER
E=BLv
解得重物系统的最小速度为
v=5m/s
线圈中产生的焦耳热为
Q=12mv02-12mv2+mgh
解得
Q=85J
答：(1)重物系统速度为v0时，线框中的感应电流I的大小为20A；
(2)从NQ与ab重合开始，重物系统下落h的过程中线框中产生的焦耳热Q为85J。
16.(1)离子通过加速电场，由动能定理
qU=12mv2
离子经过静电分析器，由电场力提供向心力
qE=mv2R1
联立解得
E=2UR1
(2)根据题意作出粒子运动轨迹

根据几何知识
r=R2
由洛伦兹力提供向心力
qvB=mv2r
其中
v= 2qUm
解得
B=1R2 2mUq
(3)要让离子全部打在硅片上，其临界状态的轨迹如图所示

设圆心分别为O3、O4，半径分别为r1、r2，根据几何关系可知，O4恰为硅片的最低点，
r2= 3R2
设圆心为O3的离子在磁场中做圆周运动的圆心角为θ，有
tan(π-θ)= 3R2R2
代入数据解得
θ=120°
根据
tanθ2=R2r1
解得
r1= 33R2
qU'=12mv2
根据
qvB=mv2r
将“r”用“r1”和“r2”替换得
U3≤U'≤3U
答：(1)静电分析器通道内虚线处电场强度的大小E为2UR1；
(2)圆形匀强磁场磁感应强度大小B为1R2 2mUq；
(3)若加速电压和静电分析器中电场的大小可以调节，离子在静电分析器中仍沿虚线圆弧运动，要让从P点沿直径PQ方向进入圆形匀强磁场区域的离子全部打在硅片上，加速电压的变化范围为U3≤U'≤3U。