福建省福州第一中学2024-2025学年高二上学期期末考试物理试卷

这是一份福建省福州第一中学2024-2025学年高二上学期期末考试物理试卷，共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题（本大题共4小题）
1．科学家通过发现物理规律，总结研究方法，推动了生产力的发展和人类文明的进步，下列陈述符合历史事实的是（ ）
A．赫兹提出电磁场理论，并通过实验证实了电磁波的存在
B．安培发现了电流的磁效应
C．法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场
D．奥斯特通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量
2．关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（ ）
A．图a速度选择器中筛选出的粒子沿着PQ做匀加速直线运动
B．图b回旋加速器接入的工作电源是直流电
C．图c是质谱仪的主要原理图，其中H、H、H在磁场中偏转半径最大的是
D．图d是磁流体发电机，将一束等离子体喷入磁场，A、B两板间会产生电压，且A板电势高
3．四个相同的带负电小球（均视为质点）分别从同一高度处以相同的初速度水平向右抛出，最终落到同一水平地面上。图甲中既没有电场，也没有磁场；图乙中有水平向里的匀强磁场；图丙中有方向竖直向下的匀强电场；图丁中有方向竖直向上的匀强电场。不计空气阻力。若小球在图甲、图乙、图丙、图丁四种情形中落在水平地面前瞬间的速度大小分别为，则（ ）
A．B．
C．D．
4．物理观念主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素，下列物理规律能正确反应能量观念中能量守恒思想的是（ ）
A．牛顿第二定律B．闭合电路欧姆定律C．动量守恒定律D．电阻定律
二、多选题（本大题共4小题）
5．如图所示，为边长为的正方形，在四分之一圆区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为。一个质量为、电荷量为的带正电粒子从点沿方向以初速度大小（未知）射入磁场，粒子仅能从正方形边（含、两点）射出正方形区域，该粒子在磁场中运动时间为，不计粒子的重力，则（ ）
A．B．
C．D．
6．如图所示，长直导线与心形金属线框放在光滑绝缘的水平面上，且长直导线与心形线框的对称轴MN垂直。当长直导线中通以图示方向的电流I，且电流增大时，下列关于心形线框的说法正确的是（ ）
A．线框有面积缩小的趋势B．线框中产生顺时针方向的感应电流
C．线框在水平面内沿逆时针方向旋转D．线框沿垂直于直导线方向向右平动
7．如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r。闭合开关S，电压表示数为U，电流表示数为I，电表均为理想电表，在滑动变阻器的滑片P由b端滑到a端的过程中，下列说法正确的是（ ）

A．U先变大后变小B．I先变小后变大
C．U与I比值先变大后变小D．电源内部消耗的功率先减小后增大
8．、为水平放置、间距为的平行导轨，左端接有如图所示的电路。电源的电动势为，内阻为，小灯泡的电阻为。将导体棒静置于导轨上，整个装置处在匀强磁场中，磁感应强度大小为，方向与导体棒垂直且与两水平导轨所在平面的夹角，匀质导体棒质量为，阻值为。闭合开关后，导体棒恰好未滑动。已知导体棒和导轨间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且不计导轨的电阻，取，。则（ ）
A．此时滑动变阻器接入电路中的电阻为B．流过灯泡的电流大小为
C．导体棒受到的安培力大小为D．若将滑动变阻器的滑片向左移动，则导体棒向右移动
三、填空题（本大题共3小题）
9．如图所示，两等量异种电荷M、N固定，O为两电荷连线的中点，c为MO的中点，以M为圆心、Mc为半径画圆，圆与直线MN分别交于a、c两点，直径bd垂直于MN。若b、d两点的电场强度大小分别为、，b、d两点的电势分别为、，电子在a、c两点的电势能分别为、，则 ， ， 。（均填“＞”“=”或“＜”）

10．如图（a）所示，阻值为2Ω、匝数为100的圆形金属线圈与一个阻值为3Ω的电阻连接成闭合电路。线圈的半径为10cm，在线圈中有一个边长为10cm的正方形匀强磁场区域，该磁场方向垂直于线圈平面。磁感应强度B（向里为正）随时间t变化的关系如图（b）所示，导线电阻不计。则10s时通过电阻的电流方向为 （选填“ab”或“ba”），其大小为 A。
11．当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应是电磁基本现象之一，由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将尔元件与放大器电路、温度补偿电路以及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称为霍尔传感器，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展。图甲为使用霍尔元件来探测检测电流I0是否发生变化的装置示意图，铁芯竖直放置，霍尔元件放在铁芯右侧，该检测电流在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与检测电流成正比，霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场，测量原理如乙图所示，霍尔元件长为a，宽为b，厚度为h，前，后，左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔铁芯元件接入电路。
（1）霍尔元件所处位置的磁场方向为 （选填“竖直向下”“竖直向上”“水平向左”或“水平向右”；）
（2）霍尔元件的前后两表面间形成电势差，电势的高低如图乙所示，则材料中的载流子带 电（选填“正”或“负”）；
（3）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，流过霍尔元件左右表面的电流为I，霍尔电势差为U，则自由电荷定向移动的速率为 ；霍尔元件所处区域的磁感应强度B的表达式为B= ；
（4）当霍尔元件尺寸一定时，霍尔电势差增大，说明检测电流 （选填“增大”“减小”）。
四、实验题（本大题共2小题）
12．某同学想利用多用电表欧姆挡测量电压表内阻，所选用电压表有3V和15V两个量程。
(1)测量电压表3V量程的内阻
①先对多用电表进行机械调零，再将选择开关旋至欧姆挡“×100Ω”倍率处，短接两表笔，进行欧姆调零；测量时，电压表的“”极连接多用表的 （填“红表笔”或“黑表笔”）；
②测量时欧姆表的指针如图甲，则电压表3V量程的内阻为3000Ω。
(2)电压表15V量程和3V量程由同一个表头改装的，则可推算出15V量程的内阻等于 Ω。
(3)若该多用电表欧姆挡可选用电动势为“1.5V”或“9V”两个规格的干电池，根据图甲、乙中欧姆表盘及电压表示数，可以推断选择“×100Ω”倍率时所用干电池电动势为 V。
13．(1)某同学测量某电池的电动势和内电阻。
①请根据图1电路图在图2中用笔画线代替导线，将实验电路连接完整 ；
②先闭合，再将分别接1、2两处进行试触，发现电流表的示数几乎不变，电压表的示数变化比较明显，为了减小实验误差，应将接在 （选填“1”或“2”）进行实验。
(2)为了更精确的测得此电池的电动势和内阻，该同学合上；后，将先后接在1和2处，调节滑动变阻器，分别记录多组电压表和电流表的示数。并将两次实验数据分别描绘在同一坐标系中，得到的U-I图像如图4所示。
①某次测量时，电流表和电压表的示数如图3所示，则电流表的示数为 A，电压表的示数为 V；
②请结合两条图像得出此电池电动势的准确值 V（结果保留三位有效数字），内阻的准确值 （结果保留两位有效数字）。
五、解答题（本大题共3小题）
14．如图所示，两平行金属板MN、PQ之间电势差为U，金属板PQ的右方直角坐标系的第一象限内有一磁感应强度为B的匀强磁场。一带电量为+q、质量为m的粒子，从金属板MN的入口处由静止释放，经电场加速垂直于y轴进入磁场后做匀速圆周运动，恰好从K点射出，速度方向与x轴负方向夹角为60°，忽略重力的影响，求：
(1)粒子从电场射出时速度的大小v；
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R和运动时间t；
15．如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，金属杆的电阻为r，导轨的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，下滑高度h已达到稳定速度，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦：
（1）由b向a方向看到的装置如图乙所示，在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；
（2）当ab杆的速度大小为v时（未到达最大速度），求此时ab杆两端的电压及其加速度的大小；
（3）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值；
（4）求ab杆下滑高度2h所产生的热量。
16．电子对湮灭是正电子发射计算机断层扫描（PET）及正电子湮灭能谱学（PAS）的物理基础，是指电子和正电子以等大反向的速度碰撞后湮灭的过程，如图所示，平面直角坐标系xOy内的P点在x轴上，且，Q点在负y轴上某处。在第Ⅰ象限内有平行于y轴向下的匀强电场，在第Ⅱ象限内有一半径为L的圆形磁场区域，与x、y轴分别相切于A、C两点，在第Ⅳ象限内有一未知的矩形区域（图中未画出），未知矩形区域和圆形区域内有完全相同的匀强磁场。一速度大小为的正电子从A点沿y轴正方向射入磁场，经C点射入电场，最后从P点射出电场区域；另一速度大小为（未知）的电子从Q点沿与y轴正向成45°角的方向射入第Ⅳ象限，而后进入未知矩形磁场区域，离开磁场时正好到达P点，且恰好与从P点射出的正电子正碰发生湮灭。已知正、负电子质量均为m、电荷量大小均为e，重力不计。求：
(1)圆形区域内匀强磁场磁感应强度B的大小和正电子到达P点时的速度大小；
(2)为确保两电子发生湮灭，两电子分别从A点、Q点释放的时间差；
(3)未知矩形磁场区域的最小面积S。
参考答案
1．【答案】C
【详解】A．麦克斯韦提出电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；
B．奥斯特发现了电流的磁效应，故B错误；
C．法拉第最早引入了电场概念，并提出用电场线表示电场，故C正确；
D．密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e的电荷量，故D错误。
故选C。
2．【答案】C
【详解】A．题图a速度选择器中筛选出的粒子运动时受到静电力和洛伦兹力，二力平衡，粒子沿着PQ做匀速直线运动，故A错误；
B．回旋加速器接入的工作电源是交流电，故B错误；
C．题图c是质谱仪的主要原理图，由
得
可知在磁场中偏转半径最大的是比荷（）最小的粒子，故C正确；
D．将一束等离子体喷入磁场，根据左手定则可知，正离子向下偏转，负离子向上偏转，所以B板电势高，故D错误。
故选C。
3．【答案】C
【详解】小球抛出时的速度大小为，对题图甲情形中的小球，根据动能定理有，题图乙情形中的小球受到的洛伦兹力不做功，根据动能定理有，题图丙情形中的小球受到的电场力方向竖直向上，电场力做的功，根据动能定理有，题图丁情形中的小球受到的电场力方向竖直向下，电场力做的功0，根据动能定理有，比较以上各式可知。选C。
4．【答案】B
【详解】电源把其它形式的能量转化为电能的功率等于电源的输出功率与电源内电路的热功率之和，即有
可得
可知闭合电路欧姆定律实质上是能量守恒定律在闭合电路中的具体体现。
故选B。
5．【答案】AD
【详解】AB．粒子在磁场中圆周运动周期
洛伦兹力提供向心力
得
如果粒子从c点射出，画出粒子在磁场中运动的轨迹示意图，可知粒子圆周运动的圆周角为
所用时间为
如果粒子从d点射出，画出粒子在磁场中运动的轨迹示意图，可知粒子圆周运动的圆周角为，所用时间为
所以粒子运动时间t，有
故A正确，B错误；
CD．如果粒子从c点射出，画出粒子在磁场中运动的轨迹示意图，根据几何关系，射出磁场时的速度反向延长线通过a点，磁场的边长为L，设粒子的轨道半径为r，由几何关系得
由洛伦兹力提供向心力得
联立解得
如果粒子从d点射出，画出粒子在磁场中运动的轨迹示意图，根据几何关系
由洛伦兹力提供向心力得
联立解得
粒子仅能从正方形cd边（含c、d两点）射出正方形区域，所以
C错误，D正确。
故选AD。

6．【答案】AD
【详解】AB．直导线中的电流增大，导线框中向里的磁通量增大，由楞次定律知，线框有面积缩小的趋势，线框中产生逆时针方向的感应电流。A正确；B错误；
CD．由对称性知，线框对称轴MN上、下两部分受到平行于直导线方向上安培力的合力为零，导线框受到安培力沿对称轴向右，线框沿垂直于直导线方向向右平动。C错误；D正确。选AD。
7．【答案】AD
【详解】ABC．当滑动变阻器在正中间位置时，并联部分电阻最大，外电阻最大，故滑动变阻器的滑片P由b端滑到a端的过程中，外电阻先增大后减小，总电流先变小后变大
U先变大后变小，为定值电阻，I先变大后变小，不变，选项A正确、选项BC错误；
D．外电压先增大后减小，故内电压先减小后增大，电源内部消耗的功率先减小后增大，选项D正确。
故选AD。
8．【答案】AD
【详解】ABC．根据题意，对导体棒受力分析，如图所示
导体棒恰好未滑动，则有，，，解得，又有，解得流过导体棒的电流为，灯泡与导体棒并联，且电阻相等，则流过灯泡的电流也为，灯泡两端的电压为，流过滑动变阻器的电流为，滑动变阻器两端的电压为，则滑动变阻器接入电路中的电阻为，BC错误，A正确；
D．若将滑动变阻器的滑片向左移动，接入电路的总电阻减小，总电流增大，则安培力增大，减小，则减小，则有，导体棒向右移动，D正确。选AD。
9．【答案】 = =