2024~2025学年河南省信阳市高二上学期1月期末物理试卷（解析版）

这是一份2024~2025学年河南省信阳市高二上学期1月期末物理试卷（解析版），共21页。试卷主要包含了选择题的作答，非选择题的作答等内容，欢迎下载使用。
本试卷共6页，15题，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、考场号、座位号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置．
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑．写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效．
3．非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内．写在试卷、草稿纸和答题卡的非答题区域均无效．
4．考试结束后，请将本试卷和答题卡一并上交．
一、选择题：本题共10小题，共46分．在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求．每小题4分，第8～10题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，有选错或不答的得0分．
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 根据电势差的定义式可知，带电荷量为1C的负电荷，从a点移动到b点的过程中电场力做功为1J，则a、b两点间的电势差
B. 由公式可知，通过导体横截面的电荷量越多，导体中的电流越大
C. 根据电场强度的定义式可知，电场中某试探电荷所受的电场力为零，则该处电场强度一定为零
D. 根据磁感应强度的定义式可知，电流元在某处不受力，则该处磁感应强度一定为零
【答案】C
【解析】A．根据电势差定义式
可知
A错误；
B．通过导体的电流等于通过横截面的电荷量与时间的比值，通过导体横截面的电量多，若时间也很长，电流不见得大，选项B错误；
C．根据电场强度的定义式可知，电场中某试探电荷所受的电场力为零，则该处电场强度一定为零，选项C正确；
D．磁感应强度的定义式中，F为时的受力，若电流元在某处不受力，则可能是电流方向与磁场方向平行，而该处磁感应强度不一定为零，D错误。
故选C。
2. 如图所示，实线为方向未知的三条电场线，虚线1、2、3分别为三条等势线，三条等势线与其中一条电场线的交点依次为M、N、Q点，已知，电荷量相等的a、b两带电粒子从等势线2上的O点以相同的初速度飞出，仅在静电力作用下，两粒子的运动轨迹如图中虚线、所示，则（ ）
A. a粒子一定带正电，b粒子一定带负电
B. MN两点电势差大小大于NQ两点电势差大小
C. a粒子的加速度逐渐增大，b粒子的加速度逐渐减小
D. a粒子电势能减小，b粒子的电势能增大
【答案】B
【解析】A．由题图可知，a粒子轨迹方向向右弯曲，a粒子所受静电力方向向右，b粒子的轨迹向左弯曲，b粒子所受静电力方向向左，由于电场线方向未知，无法判断粒子的电性，故A错误；
B．已知，由于MN段场强大于NQ段场强，所以MN两点电势差大小大于NQ两点电势差大小|，故B正确；
C．由题可知，a粒子所受静电力逐渐减小，加速度逐渐减小，b粒子所受静电力逐渐增大，加速度逐渐增大，故C错误；
D．电场力对a、b粒子都做正功，a、b粒子电势能都减小，D错误。
故选B。
3. 如图所示，匀强磁场中有两个相同的弹簧测力计，测力计下方竖直悬挂一副边长为L，粗细均匀的均质金属等边三角形，将三条边分别记为a、b、c。在a的左右端点M、N连上导线，并通入由M到N的恒定电流，此时a边中电流大小为I，两弹簧测力计的示数均为。仅将电流反向，两弹簧测力计的示数均为。电流产生的磁场忽略不计，下列说法正确的是（ ）
A. 三条边a、b、c中电流大小相等
B. 两次弹簧测力计示数
C. 金属等边三角形的总质量
D. 匀强磁场的磁感应强度
【答案】C
【解析】A．根据题意可知，b与c串联后再与a并联，电压相等，bc的电阻为a的电阻的两倍，此时a边中电流大小为I，则bc中的电流为，故A错误；
BCD．电流反向前，根据左手定则，可知a边的安培力方向竖直向上，bc边的安培力方向也竖直向上，a边的安培力大小为
bc边的安培力大小为
对金属等边三角形受力分析，可得
解得
电流反向后，根据左手定则，可知a边的安培力方向竖直向下，bc边的安培力方向竖直向下，a边的安培力大小仍然为
bc边的安培力大小仍然为
对金属等边三角形受力分析，可得
解得
由上分析可得
，，
解得
，
故BD错误，C正确。
4. 如图甲所示为某小区进口处的智能道闸系统，其简化示意图如图乙所示，两个车辆检测器的电感线圈分别铺设在自动栏杆前、后的地面下，检测器内部的电容器与电感线圈构成LC振荡电路，振荡电流如图丙所示，当汽车接近或离开线圈时，使线圈的自感系数发生变化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，车辆检测器检测到这个变化就发出电信号，“通知”车牌识别器对车辆身份进行鉴别，然后控制自动栏杆抬起或落下，在图丙中，下列说法正确的是（ ）
A. 时刻电容器两端电压为最小值
B. 时间内，电场能转化为磁场能
C. 若汽车靠近线圈时线圈自感系数增大，则振荡电流的频率升高
D. 时间内，电容器上的电荷量增加
【答案】B
【解析】A．时间内电流在减小，说明电容器在充电，时刻充电结束，电容器两端电压为最大值，故A错误；
B．时间内，电流逐渐增大，电容器放电，电场能转化为磁场能，故B正确．
C．汽车靠近线圈；相当于给线圈加铁芯，自感系数增大，由
知频率减小，选项C错误；
D．时间内电流在增大，说明电容器在放电，电荷量减少，选项D错误。
故选B。
5. 在如图所示的电路中，电源电动势和内阻均为定值，电流表和电压表均为理想电表，带电油滴P恰好静止于平行板电容器中。当滑动变阻器的滑片向a端移动时，下列说法不正确的是（ ）
A. 通过的电流变化量大于电流表示数的变化量
B. 油滴带负电，将向上加速运动
C. 电压表示数增大，电流表示数减小
D. 若电压表示数的变化量为，电流表示数的变化量为，则不变
【答案】A
【解析】A．当滑动变阻器的滑片向a端移动时电阻变大，总电阻变大，总电流减小，因
中电流减小，根据“串反并同”可知，中电流增大，电流表的示数减小，则通过的电流变化量小于电流表示数的变化量，故A错误；
B．根据油滴P恰好静止于平行板电容器可知该油滴带负电，滑动变阻器的滑片向a端移动时电容器两端的电压增大，电场强度增大，所以该油滴向上加速运动，B正确；
C．当滑动变阻器的滑片向a端移动时，接入电路的电阻增大，电路中的总电阻增大，根据欧姆定律可知电路中的总电流减小，内阻和所消耗的电压减小，因此电压表的示数为
由上式可知电压表的示数增大。所以两端的电压增大，电流增大，因此电流表的示数减小，故C正确；
D．将r、R1和R3等效为电源内阻，则
因为
可知
不变，故D正确。
本题选错误的选项，故选A。
6. 如图所示为宽度为3L的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。磁场左侧有一个边长为L的正方形导体线框，其总电阻为R，线框所在平面与磁场方向垂直。线框以速度v向右匀速穿过磁场区域，以线框cd边刚进入磁场的时刻为计时起点，规定电流沿逆时针方向为正，安培力F向左为正。则以下关于线框中的感应电流I、ab两点间的电势差、安培力F和线框的发热功率P随时间变化的图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】根据题意，线框进入磁场的过程，根据楞次定律可判断电流沿逆时针方向，为正，由法拉第电磁感应定律和闭合回路欧姆定律有
ab两点间的电势差
（a点电势高）
cd边受到的安培力大小为
方向向左，线框的发热功率
线框全部进入磁场后，没有感应电流，所以线框不受安培力的作用，线框的发热功率为零，ab两点间的电势差
（a点电势高）
线框离开磁场的过程，电流沿顺时针方向
电流大小为
线框受安培力大小为
方向向左，ab两点间的电势差
（a点电势高）
线框的发热功率
综上所述可知
A．时间内，电流，时间内，电流为0，时间内，电流为，故A错误；
B．时间内，ab两点间的电势差，时间内，ab两点间的电势差，时间内，ab两点间的电势差，故B错误；
C．时间内，cd边受到的安培力，时间内，cd边受到的安培力0，时间内，cd边受到的安培力，故C正确；
D．时间内，线框的发热功率，时间内，线框的发热功率0，时间内，线框的发热功率，故D错误。
故选C。
7. 如图所示，在竖直平面内有一个绝缘圆环，O点为圆心，A、B为圆环上两点，OA、OB都与水平方向成。在A点固定一个带电量为Q的正点电荷，在圆环内侧B点放置一个光滑的小球，带电量为，质量为m。整个装置处在水平向右的电场强度的匀强电场中，此时小球恰好静止。由于Q的绝缘措施出了问题，Q的带电量缓慢减少，则此后（ ）
A. 圆环对小球的弹力大小保持不变
B. 正电荷Q与小球q之间的库仑力不断增大
C. 小球q有可能脱离圆环
D. 正电荷Q所受静电力的合力不断增大
【答案】A
【解析】ABC．电场力
因为电场力与重力恒定不变，所以将这两个力的合力看成一个力，该力的大小为
方向与竖直方向成角斜向下，与图中OA方向平行，则小球受到三个力，圆环对它的弹力N，库仑力和F，构成一个矢量三角形如下图，其中图中C点表示小球所处位置：
Q的带电量缓慢减少，则小球会沿圆环轨道向下移动，始终满足
所以
保持不变，AC在减小，所以减小，小球处在一种动态平衡中，不会脱离圆环，故A正确，BC错误；
D．小球在B点时，Q受到的库仑力和匀强电场的电场力互相垂直，之后库仑力减小，匀强电场的电场力
也变小了（在漏电），并且这两个力的夹角由直角变成了钝角，根据力的合成规律，这两个力的合力与初始值相比变小了，故D错误。
故选A。
8. 如图所示，空间中存在着正交的匀强磁场和匀强电场，已知电场强度大小为E，方向竖直向下，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面。一电子从O点以一定初速度水平向右飞入其中，运动轨迹如图所示，其中O、Q和P分别为轨迹在一个周期内的最高点和最低点，不计电子的重力。下列说法正确的是（ ）
A. 磁感应强度方向垂直纸面向外
B. 磁感应强度方向垂直纸面向里
C. 电子的初速度大于
D. 由O点至P点的运动过程中，电子的速率在增大
【答案】BC
【解析】AB．电子进入正交场时，受向上的电场力，电子向下偏转，则洛伦兹力向下，根据左手定则可知，磁感应强度方向垂直纸面向里，选项A错误，B正确；
C．进入正交场时电子受向下的洛伦兹力大于向上的电场力，可知
即电子的初速度
选项C正确；
D．由O点至P点的运动过程中，电场力做负功，洛伦兹力不做功，则电子的速率在减小，选项D错误。
故选BC。
9. 如图所示，一个正电荷由静止开始经加速电场加速后，沿平行于板面的方向射入偏转电场，并从另一侧射出。已知电荷质量为m，电荷量为q，加速电场电压为。偏转电场可看做匀强电场，极板间电压为U，极板长度为L，板间距为d。不计正电荷所受重力，下列说法正确的是（ ）
A. 正电荷从加速电场射出时具有速度
B. 正电荷从偏转电场射出时具有的动能
C. 正电荷从偏转电场射出时速度与水平方向夹角的正切值
D. 正电荷从偏转电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离
【答案】C
【解析】A．在加速电场中，根据动能定理知
代入得
A错误；
B．根据动能定理知
代入得
B错误；
C．正电荷从偏转电场射出时速度与水平方向夹角的正切值为
沿垂直板面方向速度为
代入得
C正确；
D．由类平抛运动知，正电荷从偏转电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离
水平方向
代入得
D错误；
10. 如图所示，两条相同的半圆弧形光滑金属导轨固定在绝缘水平桌面上，半圆弧的直径为d，间距为L，两半圆弧面竖直且平行，导轨最高点到水平桌面的距离等于半径，最低点O、的连线与导轨所在竖直面垂直，整个空间存在着磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场，导轨左端连接一阻值为R的电阻，现使一电阻为2R的金属棒MN从导轨左端最高点，以恒定的速率沿导轨运动到右端最高点，运动过程中金属棒始终与平行且与两导轨接触良好，则在金属棒MN从左端最高点运动到右端最高点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 金属棒MN中电流方向始终由N到M
B. 整个过程中金属棒两端电压不变
C. 整个过程中通过电阻R的电荷量为
D. 回路中产生的焦耳热为
【答案】ACD
【解析】AC．在金属棒MN从左端最高点运动到右端最高点的过程中，根据右手定则可知，金属棒MN中电流方向始终由N到M；整个过程中通过电阻R的电荷量为
故AC正确；
BD．经过t时间，金属棒MN在圆弧上转过的角度为
此时金属棒MN产生的电动势为
回路中电流为：
可知金属棒MN中电流大小发生变化，整个过程中金属棒两端电压不断变化；
根据正弦式交流电可知，电流的有效值为：
则在金属棒MN从左端最高点运动到右端最高点的过程中，回路中产生的焦耳热为
B错误，D正确．
故选ACD。
二、实验题：本题共2小题．每空2分，共14分。
11. 某同学利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．实验电路如图甲所示，现有开关和导线若干，以及如下器材：
A．电流表A：量程0～0.6A，内阻约0.125Ω
B．电压表V：量程0～3V，内阻约3kΩ
C．滑动变阻器0~10Ω
D．滑动变阻器0～100Ω
（1）为了操作方便，减小实验误差，滑动变阻器应选用______（选填相应器材前的字母）。
（2）图乙是该同学根据实验数据绘制的图线，根据图线求得被测干电池的电动势______V，内阻______Ω（结果保留到小数点后两位）。
【答案】（1）C （2）1.48 0.90##0.91##0.92
【解析】（1）一节干电池的内电阻较小，约为几欧，因此为了操作方便，减小实验误差，滑动变阻器应选用阻值较小的C；
（2）[1][2]根据闭合电路欧姆定律有
整理得：
对照图像中的数据得，
12. 为研究某金属导线材料的电阻率，实验小组用如图甲所示电路进行实验，调节金属导线上可动接线柱Q的位置（如图乙所示），可以改变导线接入电路的长度．实验器材如下：待测金属导线一根；
电压表一个，量程0～3V，内阻约为3kΩ；
电流表一个，量程0~0.6A，内阻约为0.1Ω；
滑动变阻器（阻值范围0~10Ω，允许通过的最大电流为0.1A）；
滑动变阻器（阻值范围0～20Ω，允许通过的最大电流为1A）；
干电池两节，开关一个，导线若干，螺旋测微器一只．
（1）请以笔画线代替导线，将图乙中末连接的导线补完整。
（2）图甲中开关S闭合之前，应将滑动变阻器的滑片P置于______端（选填“A”或“B”）。
（3）用螺旋测微器测量金属导线的直径如图丙所示，则导线的直径______mm。
（4）多次改变导线接入电路的长度L，测量不同长度时的电阻，作图像如图丁所示，测得图像中直线的斜率为k，则该金属材料的电阻率为______（用k和d表示）。
【答案】（1） （2）A （3）1.849##1.850##1.851 （4）
【解析】（1）待测电阻阻值较小，则采用电流表外接，滑动变阻器用分压电路，则电路如图
（2）图甲中开关S闭合之前，应将滑动变阻器的滑片P置于A端。
（3）用螺旋测微器测量金属导线的直径1.5mm+0.01mm×35.0=1.850mm
（4）根据
由题意可知
解得
三、计算题：本题共3小题，共40分．解答应写出必要的文字说明、方程式，只写出答案的不得分．
13. 如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框匝数匝，面积为，总电阻，绕垂直于磁场的轴以50r/s的转速匀速转动，已知匀强磁场磁感应强度，矩形线圈通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接，外电路的定值电阻，从图示位置开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）线圈转动90°时电压表的示数；
（3）求线圈转动1圈的过程中电阻R上产生的焦耳热。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）因为
根据题已知可得感应电动势的最大值
图示中线圈处于垂直中性面的位置，可得感应电动势瞬时值表达式为
（2）根据最大值与有效值之间的关系可得发电机产生感应电动势的有效值：
定值电阻R两端电压电压
即电压表读数为150V。
（3）由闭合电路欧姆定律可知
所以
14. 如图所示，空间有垂直于纸面的匀强磁场和，磁感应强度大小均为0.1T，分布在半径的圆形区域内，MN为过其圆心O的竖直线，分布在MN左侧的半圆形区域外．磁场中有粒子源S，S与O的距离，且，某时刻粒子源S沿着纸面一次性向各个方向均匀射出一群相同的带正电粒子，每个粒子的质量、电量．不计粒子的重力以及粒子之间的相互作用，求：
（1）若有粒子能到达区域，求发射速度的最小值；
（2）若所有粒子的发射速率均为，求能进入圆形区域的粒子所占的比率；
（3）若从S点发射速率为的某粒子最终平行SO方向射出圆形区域，求粒子在磁场中运动的总时间．
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）根据洛伦兹力提供向心力
解得
可得粒子做匀速圆周运动的轨迹半径越小则它的速度就越小，粒子源到区域最近的点为SO与区域的交点，则当粒子竖直向下发射，其轨迹刚好与区域相切时，满足能到达区域的最小发射速度，如图由几何得
则该粒子的发射速度为：
（2）根据洛伦兹力提供向心力有
解得
当粒子的运动轨迹恰好与圆相切时区域的临界情况，如图，根据几何关系可知
故当粒子恰好向左或向右射出时．能够刚好进入区域，因此能够进入区域的粒子数与发射的粒子总数之比为。
（3）利用反向思维可知，若离子能平行于SO射出．其必然经过圆形轨道最低点，轨迹如图，则其在区域运动的时间为
在区域运动的时间为
故总时间为
15. 如图所示，一足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨MNPQ固定在倾角为30°斜面上，导轨间距为L=1m，导轨上端接有R=2.0Ω的电阻、电容为C=0.1F的电容器、开关S，整个装置处于垂直于斜面向上、磁感应强度为B=1.0T的匀强磁场中。一质量为m=0.4kg、阻值不计的金属棒ab放置在导轨上，现断开S，用沿斜面向上的恒力F0=3.0N拉金属棒，使其由静止开始沿斜面向上运动，金属棒始终垂直于导轨，g取10m/s2。
（1）求金属棒沿斜面向上运动的最大速度；
（2）如果金属棒由静止开始沿斜面向上运动的过程中，电阻R产生的焦耳热QR=3J（此时金属棒已达到最大速度），求金属棒在此过程中运动的距离x；
（3）若闭合开关S，撤去恒力F0，换用另一沿斜面向上的力F拉金属棒，使金属棒由静止开始以a=2m/s2的加速度沿斜面向上做匀加速直线运动，求此过程中力F与时间t的关系式。
【答案】（1）；（2）；（3）（N）
【解析】（1）设金属棒沿斜面向上运动时的最大速度为v，金属棒产生的电动势
又
对金属棒受力分析可得
联立得
代入题中已知数据求得
（2）克服安培力做功等于电阻产生的焦耳热
金属棒由静止开始沿斜面向上运动的过程，根据动能定理有
解得
（3）金属棒从静止开始经过t时间的速度
通过电阻的电流
电容器电量
电容器电压
电容器的充电电流
联立得
故通过金属棒的电流
（A）
对金属棒有
解得
（N）