2024-2025学年河北省石家庄市高二上学期期末物理试卷（解析版）

这是一份2024-2025学年河北省石家庄市高二上学期期末物理试卷（解析版），共16页。
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，用铅笔把答题卡上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，写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：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，只有一项符合题目要求。
1. 物理实验中，常用亥姆霍兹线圈制造匀强磁场。如图所示，亥姆霍兹线圈由两个平行放置的通电线圈构成，线圈中电流大小相同，方向如箭头所示，线圈关于O点对称，两线圈中间区域可视为匀强磁场。以为原点，建立直角坐标系，轴过两线圈的圆心，两个通电线圈在点产生的磁场方向为（ ）
A. 沿轴负方向B. 沿轴正方向
C. 沿轴负方向D. 沿轴正方向
【答案】C
【解析】由右手螺旋定则可知，两个通电线圈在点产生的磁场方向沿x轴负向。
故选C。
2. 如图所示电路中，A、B为两个相同灯泡，为自感系数较大、电阻可忽略不计的电感线圈，下列说法正确的是（ ）
A. 接通开关S，A立即变亮，最后A比B亮
B. 接通开关S，B即变亮，最后、B一样亮
C. 断开开关，A、B都立刻熄灭
D. 断开开关，A、B都逐渐熄灭
【答案】D
【解析】AB．接通开关S，A立即变亮，由于线圈L产生自感电动势阻碍电流的增加，则B逐渐亮起来，最后、B一样亮，选项AB错误；
CD．断开开关，通过A原来的电流立即消失，但是由于线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，则L相当电源在L、B、A中重新形成回路，则使得A、B都逐渐熄灭，选项C错误，D正确。
故选D。
3. 如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表。闭合开关，电路达到稳定状态后，向右缓慢滑动变阻器滑片的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 电流表示数减小B. 电压表示数减小
C. 电容器所带电荷量增加D. 电阻消耗的功率变大
【答案】D
【解析】AB．将滑动变阻器R2的滑片向右移动，R2有效电阻减小，则外电路总电阻减小，总电流增大，的电压增大，即电流表的示数增大，电压表的示数增大，AB错误；
C．总电流增大，电源内电压增大，路端电压减小，而电压表的示数增大，则电容器板间电压减小，由
Q=CU
可知电容器C所带的电荷量减小，C错误；
D．电路中总电流增大，根据
可知电阻消耗功率变大，D正确；
故选D。
4. 两根材料相同、横截面半径之比为3：1的均匀直导线P、Q按如图所示的方式接入电路。当电路中通入恒定电流时，流过P、Q的自由电子定向移动的平均速率之比为（ ）
A. 1：9B. 1：3C. 3：1D. 9：1
【答案】A
【解析】根据
可得
可知流过P、Q的自由电子定向移动的平均速率之比为1:9。
故选A。
5. 如图所示，真空中有两个等量带正电的点电荷放在M、N两点，O点为两电荷连线的中点，图中的OA为过O点且与MN垂直的线，B点为OA上的点，且。一试探电荷在A点所受的静电力为，则该试探电荷在B点所受的静电力大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】设电荷带电量Q，三角形边长为L，则两电荷在A点场强
试探电荷在A点的电场力
由几何关系
则两电荷在B点场强
试探电荷在B点的电场力
故选B。
6. 如图所示，在一直线边界上方存在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里匀强磁场。直线边界上有一粒子源位于点，零时刻粒子源同时向纸面内沿两个不同的方向发射速度大小均为、质量均为m、电荷量均为的粒子，且两个粒子先后经过该边界上另外一点，点到点的距离为。若不计粒子重力和粒子间的相互作用，则这两个粒子到达点的时间差为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】零时刻粒子源同时向纸面内各个方向发射速率均为v、质量均为m、电荷量均为的粒子，根据洛伦兹力提供向心力有
解得
根据题意可知
根据几何关系可知，两粒子入射与边界OP方向夹角分别为60°和120°，两个粒子到达P点的时间差为
又两粒子运动周期
解得
故选C。
7. 如图，真空中的匀强电场平行于纸面，半径为R的圆形区域处于匀强电场中，圆周上的A点有一粒子源，能向纸面内各个方向陆续发射初动能相等、带电量均为q的同种粒子，圆周上各处均有粒子到达，不计粒子重力和粒子间的相互作用，AC、BD是圆的两条相互垂直的直径，测得粒子到达圆周时的最小动能比初动能小，最大动能比初动能大，则（ ）
A. 电场强度的大小为B. 电场强度的大小为
C. 电场方向与AC的夹角为D. 电场方向与AC的夹角为
【答案】B
【解析】由动能定理可知，最大动能与最小动能出现在平行于电场方向的直径的两端，设该直径（电场方向）与AC夹角为，过A点作直径的垂线，即为A点所在的等势线。如图
根据动能定理有
解得
故选B。
二、多项选择题：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，有两个或两个以上选项符合题目要求。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. 类比法是物理学习中的重要思想方法，在研究磁场时我们引入了“磁通量密度”描述磁感线的疏密。磁通量密度，Φ为磁通量、S为垂直磁场的面积。类比于此，我们可以提出“电通量密度”去描述电场线的疏密。电通量密度，ΦE为电通量，S为垂直电场的面积。k为静电力常量。下列说法正确的是（ ）
A. 磁通量和电通量都是矢量
B. 磁通量与电通量的正负表示通量的大小
C. 当电场强度不为0时，电通量有可能为0
D. 若以一电荷量为+q的点电荷为球心，半径为r的球面上的电通量为4πkq
【答案】CD
【解析】A．磁通量为，电通量为，二者均为标量，故A错误；
B．磁通量与电通量的正负表示场线从平面的哪一面穿过，故B错误；
C．当电场强度不为0，但电场强度与平面平行时，电通量为0，故C正确；
D．电场线与球面处处垂直，故D正确。
故选CD。
9. 如图，两金属板平行放置，质量相等的粒子和分别静止在上下极板处。现在两极板间加恒定电压，两粒子仅在电场力作用下同时从静止开始运动，且同时经过图中水平虚线，虚线到上下极板的距离之比为1：3，忽略粒子间的相互作用。下列说法正确的是（ ）

A. 两粒子所带电荷量大小之比为1：3
B. 两粒子所带电荷量大小之比为1：9
C. 两粒子从开始运动到经过虚线的过程电场力做功之比1：3
D. 两粒子从开始运动到经过虚线的过程电场力做功之比1：9
【答案】AD
【解析】AB．两粒子均做初速度为零的匀加速直线运动，在相等时间内的位移之比为，由可知，两粒子的加速度大小之比为，由可知，两粒子所带电荷量大小之比为，故A正确，B错误；
CD．两粒子从开始运动到经过虚线的过程电场力做功之比为，故C错误，D正确。
10. 在图甲电路中，电流表和电压表均为理想电表，移动滑动变阻器的滑片以改变滑动变阻器（最大阻值为）的阻值，测得电阻和电源的伏安特性曲线分别如图乙中图线A、所示。若改变滑动变阻器的阻值，电压表、和电流表的示数变化分别表示为、和，下列说法正确的是（ ）
A. 电流表的示数最大值为
B.
C.
D. 滑动变阻器消耗的最大功率为
【答案】ABD
【解析】B．根据闭合电路欧姆定律有
即
结合图线B可知
得电源的内阻
即
B正确；
D．由题图乙中图线A知，电阻
由题图乙中图线B知，电源的电动势
当
时，滑动变阻器R2消耗最大功率为
D正确；
A．电流表的最大值
A正确；
C．根据欧姆定律有
C错误。
故选ABD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某同学要测量一圆柱状合金的电阻率，用多用电表粗测合金的电阻约为5Ω，减少精确测量合金的电阻，根据实验室提供的器材，设计电路并连接成如图中所示的电路。
（1）该电路图中，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到_____（填“”或“”）端。
（2）移动滑动变阻器滑片，测量多组、，作图像，由图像可知=_____（结果保留两位有效数字），发现测量电阻值小于其真实值，原因是_____。
（3）若圆柱状合金长度为，直径为，合金电阻值为，则其电阻率_____（用、、表示）。
【答案】（1） （2）4.4##4.3##4.5 电流表外接，电流测量值偏大，电阻测量值偏小 （3）
【解析】（1）该电路图中，为防止损坏电表，粗测合金两端电压应从零开始，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到端。
（2）[1]根据欧姆定律
可知
[2]发现测量电阻值小于其真实值，原因是电流表外接，电流测量值偏大，电阻测量值偏小。
（3）根据电阻定律
圆柱状合金的横截面积为
联立解得其电阻率为
12. 某实验小组利用已有器材组装成简易多用电表，电路如图所示。实验室提供的器材有：

A.微安表G（，）
B.定值电阻
C.定值电阻
D.滑动变阻器（最大阻值为）
E干电池一节（电动势，内阻）
F.转向开关一个，红、黑表笔各一支
（1）电路图中红表笔应和_____（选填“”或“”）端相连，黑表笔应和_____（选填“”或“”）端相连。
（2）转向开关接1时，改装成的电表为_____（选填“电压表”、“电流表”和“欧姆表”），正中间刻度值为_____。
（3）转向开关接3时，改装成的电表为_____（选填“电压表”、“电流表”和“欧姆表”），正中间刻度值为_____。
【答案】（1） ②. （2）电流表 （3）欧姆表 150Ω
【解析】（1）[1][2]根据“红入黑出”可知红表笔应接a端，黑表笔应接b端。
（2）[1][2]当转向开关b接1时，微安表G与电阻并联，此时改装成的电表为电流表，此时的量程为
所以，正中间刻度值为
（3）[1][2]转向开关b接3时，微安表先与并联后与电源、和串联，改装成的电表为欧姆表，欧姆调零时欧姆表的内阻为
设当指针指向正中间刻度值时，外接电阻为，则
解得
13. 如图甲所示，多级直线加速器由8个横截面积相同且共轴的金属圆筒依次水平排列组成，各金属圆筒依序接在交变电源的两极A、B上，交变电源两极间电势差的变化规律如图乙所示。时刻，序号为0的金属圆板中央的点状电子源无初速度释放一电子，该电子进入圆筒间隙被加速，经过8个圆筒后水平飞出。已知电子质量为、电荷量大小为，交变电压的绝对值为，周期为。电子通过圆筒间隙的时间不计，不计电子重力及电子间的相互作用力，忽略相对论效应、极板边缘效应等其他因素的影响。
（1）求电子在第一次被加速后的速度；
（2）求第8个圆筒的长度。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）电子加速过程由动能定理有
解得
（2）电子在圆筒中做匀速直线运动，有
电子经过8次加速后，有
解得
14. 如图所示，速度选择器上下板间电压大小为、距离为d，板间存在垂直于纸面向里的匀强磁场。一质量为m、电荷量为的粒子以速度水平穿过选择器并从右侧小孔沿着圆心的方向射入半径为的圆形匀强磁场，粒子射出圆形磁场时，速度方向改变了，忽略粒子重力。求：
（1）速度选择器中的磁场磁感应强度大小；
（2）圆形磁场的磁感应强度大小；
（3）粒子在圆形匀强磁场中运动的时间。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）粒子在速度选择器内做匀速直线运动，有
解得
（2）粒子射入圆形磁场后离开磁场时，速度方向改变，轨迹如图。设轨迹半径为，由几何关系可得
洛伦兹力提供向心力
解得
（3）粒子射入在圆形磁场运动轨迹圆弧对应的圆心角
粒子在圆形磁场中运动时间
联立可得
15. 如图所示，在竖直面内固定两根足够长的光滑平行金属导轨、，导轨间距为，空间分布着磁感应强度大小为，方向垂直导轨平面向里的匀强磁场。将两根始终与导轨垂直且接触良好的金属棒a、b放置在导轨上。将金属棒a锁定，金属棒b在方向竖直向上、大小为的恒力作用下，由静止竖直向上运动，金属棒b速度达到最大时撤掉恒力，同时解除a的锁定，经时间后金属棒b到达最高点，此时金属棒a下滑的位移为。已知两棒的长度均为，电阻均为，质量均为，不考虑其他电阻，重力加速度为。求
（1）解除金属棒a的锁定时，金属棒b的速度；
（2）解除金属棒a的锁定时，金属棒a所受的安培力大小；
（3）从撤掉恒力到金属棒b上升到最高点的过程中，金属棒b沿导轨向上滑动的最大距离。
【答案】（1），方向沿导轨向上 （2） （3）
【解析】（1）设金属棒b运动的加速度大小为，速度大小为，由牛顿第二定律得
又有，
当加速度时，金属棒b的速度达到最大值，即
解得
方向沿导轨向上。
（2）解除金属棒a锁定时，金属棒b速度为，则金属棒a所受到安培力
可知
（3）在时间内，对金属棒b应用动量定理得
其中
根据法拉第电磁感应定律可得
联立解得