北京市八一学校2024-2025学年高二上学期期末物理试卷（原卷版+解析版）

这是一份北京市八一学校2024-2025学年高二上学期期末物理试卷（原卷版+解析版），共33页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题（10小题，每题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确。）
1. 在一条沿水平方向放置的导线下方，放一个可以自由转动的小磁针。实验中观察到，当导线中没有通电流时，小磁针的指向如图所示；当导线中通恒定电流时，小磁针极向纸内转动，则（ ）
A. 导线中的电流方向向右
B. 导线中的电流方向向左
C. 若将小磁针放置在导线的上方，小磁针肯定不发生转动
D. 若将小磁针放置在导线的上方，也能观察到小磁针极向纸内转动
2. 如图所示，将带铁芯的线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两个接线柱连接到灵敏电流计上，把线圈A静置于线圈B的内部。下列判断正确的是（ ）
A. 开关闭合，向右移动滑动变阻器滑片的过程中，电流计指针不偏转
B. 开关闭合，向上拔出线圈A的过程中，线圈B将排斥线圈A
C. 开关闭合瞬间，电流计指针不偏转
D. 开关闭合瞬间，电流计指针会偏转
3. 在恒定的匀强磁场中固定一根通电直导线，导线的方向与磁场方向垂直，如图反映的是这根导线受到的磁场力大小F与通过导线的电流I之间的关系，M、N两点各对应一组F、I的数据，其中可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
4. 将、的电阻串联接在正弦交流电路中，通过电阻的电流i随时间变化的情况如图所示。则（ ）
A. 通过的电流有效值是1.2A
B. 两端的电压有效值是6V
C. 通过电流有效值是
D. 两端的电压有效值是
5. 如图所示，下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有一带电小球，玻璃管的右侧存在有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。从某时刻开始，玻璃管在外力作用下，始终保持不变的速度，沿垂直于磁场方向进入磁场中运动，最终小球从上端管口飞出。在这一过程中，小球所带电荷量保持不变，下列说法正确的是（ ）
A. 带电小球受到的洛伦兹力做正功
B. 玻璃管对带电小球的弹力不做功
C. 带电小球在竖直方向做匀加速直线运动
D. 带电小球的机械能保持不变
6. 如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一电荷量为+q的粒子以速度v从该装置的左端沿水平方向向右做直线运动。忽略粒子重力的影响，则（ ）

A. 该粒子的速度
B. 若只将粒子的电荷量改为，其将往上偏
C. 若只将粒子的电荷量改为+2q，其将往下偏
D. 若只将粒子的速度变为2v，其将往上偏
7. 如图所示，有质子()、氘核()、氚核()和氦核()四种带电粒子，先后从加速电压是U1的加速电场中的P点由静止释放，被加速后从B板的小孔射出沿CD间的中线进入偏转电压为U2的偏转电场，都能够从偏转电场的另一端射出。如果不计重力的影响，以下判断中正确的是（ ）
A. 质子()的偏转位移y最大
B. 氘核()的偏向角最小
C. 氦核()射出偏转电场时的动能最大
D. 氚核()的射出偏转电场时的速度最大
8. 某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的图像，等电路稳定后，断开开关（断开开关的实验数据未画出）。下列关于该实验的说法正确的是（ ）
A. 闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零
B. 乙图中的曲线表示电流传感器A2测得的数据
C. 断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭
D. 时刻小灯泡与线圈的电阻相等
9. 如图所示，用洛伦兹力演示仪研究带电粒子在匀强磁场中的运动，以虚线表示电极K释放出来的电子束的径迹。在施加磁场之前，电子经加速后沿直线运动，如图甲所示；施加磁场后电子束的径迹，如图乙所示；再调节演示仪可得到图丙所示的电子束径迹。下列说法正确的是（ ）
A. 在图乙基础上仅增大磁感应强度，可得到图丙所示电子束径迹
B. 在图乙基础上仅提高电子的加速电压，可得到图丙所示电子束径迹
C. 施加的磁场方向为垂直纸面向外
D. 图乙与图丙中电子运动一周的时间一定相等
10. 某种滴水起电机装置如图1所示，滴水装置左右相同的两管口形成的水滴分别穿过距管口较近的铝环A、B 后滴进铝筒C、D， 铝环A 用导线与铝筒D相连，铝环B用导线与铝筒C相连，导线之间彼此绝缘，整个装置与外界绝缘。由于某种偶然的原因，C筒带上微量的负电荷，则与之相连的B环也带有负电荷，由于静电感应，B环上方即将滴落的水滴下端会带正电荷，上端带负电荷，如图2所示。水滴在落下瞬间，正负电荷分离，如图3所示，带正电荷的水滴落下穿过B环滴入D筒 ，C、D两筒之间产生电势差。为了研究问题方便，假设滴水装置中水足够多，每滴水的质量相同，忽略筒内液面高度的变化，下列说法正确的是（ ）
A. 滴水装置中会产生从左向右的电流
B. 水滴下落到筒内的时间越来越短
C. C 、D两筒之间电势差会一直增大
D. 在起电的过程中，水的重力势能完全转化为电能
二、多项选择题（共4小题。每题3分，共12分。在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项是正确的，全部选对的得3分，选错或不答得0分，选对但不全的得2分。）
11. 下图中标出了匀强磁场的磁感应强度B、通电直导线中的电流I和它受到的安培力F的方向，其中正确的是（ ）
A. B.
C. D.
12. 如图所示，电源与电动机连接成闭合回路。已知，电源电动势为E、内阻为r，电动机的额定电压为U、额定电流为I、线圈电阻为R。开关闭合后，电动机恰好正常工作，则（ ）
A. 电动机的额定电流
B. 电动机的额定电流
C. 电动机输出的机械功率
D. 电动机输出的机械功率
13. 如图所示，置于水平面上的两根金属导轨间距为L，分别与电源正、负极相连，导体棒放在导轨上且与导轨垂直，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒，且与导轨平面夹角为，已知回路中电流为I，导体棒始处于静止状态，关于导体棒的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A. 安培力大小为0B. 安培力大小为
C. 静摩擦力大小为D. 静摩擦力大小为
14. 如图所示，将非磁性材料制成的圆管置于匀强磁场中，当含有大量正负离子的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，测得管两侧M、N两点之间有电势差U。忽略离子重力影响，则（ ）
A. M点的电势高于N点
B. N点的电势高于M点
C. 管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电势差U越大
D. 管中导电液体的离子浓度越大，M、N两点之间的电势差U越大
三、实验题（本大题共2小题，共18分）
15. 某同学通过实验测量一个定值电阻的阻值。
（1）他先用多用电表对该电阻进行了初步测量。他用电阻挡进行测量，指针位置如图所示，则该电阻的阻值约为_____。
（2）在（1）基础上，他想用电压表和电流表更精确地测量这个电阻的阻值。
他在实验室找到如下器材：
电流表：量程，内阻约；
电压表：量程，内阻约；
滑动变阻器：最大阻值，额定电流；
电源：电动势，内阻约：
开关一个，导线若干。
为了减小实验误差，电流表和电压表的连接方法应该选用如图中的_____（选填“甲”或“乙”），不考虑偶然误差，采用这种方式测量的结果与真实值相比偏_____（选填“大”或“小”）。
16. 实验课中同学们要完成“测量一节干电池的电动势和内阻”的任务，被测电池的电动势约为，内阻约为。某小组计划利用图示的电路进行测量，已知实验室除待测电池、开关、导线外，还有下列器材可供选用：
电流表：量程，内阻约
电流表：量程，内阻约
电压表：量程，内阻约
滑动变阻器：，额定电流
（1）为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_____（填写仪器的字母代号）。
（2）请根据所示电路图，在如图中完成实物的连接________。
（3）上图是该组同学根据所获得的6组实验数据，在坐标纸上绘制的反映路端电压随电流变化的图线，请据此图线判断被测干电池的电动势_____，内阻_____。（结果保留到小数点后两位）
（4）若仅考虑电表内阻的影响，上图中描绘的点迹与“电池两端电压的真实值”和“流过电池的电流真实值”所对应点迹存在一定的偏差，请根据实验中该同学测得的数据，以及电表的参数估算这一偏差的数量级约为_____。
A B.
C. D.
四、解答题：（本题共4小题，共40分。解答题应写出必要的文字说明、方程和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
17. 如图所示，两平行金属板间距为d，电势差为U，板间电场可视为匀强电场；金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。电荷量为、质量为m的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动。忽略重力的影响，求：
（1）粒子从电场射出时速度v的大小；
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R；
（3）粒子在磁场中运动的时间t。
18. 加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大作用，回旋加速器是其中的一种。如图所示为回旋加速器的工作原理图。和是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面。位于盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为、电荷量为的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。
（1）求所加交流电源的周期；
（2）若已知半圆金属盒的半径为，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能。
19. 如图1所示，在竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中，两根足够长的平行光滑金属轨道固定在水平面内，相距为。一质量为的导体棒垂直于放在轨道上，与轨道接触良好。轨道和导体棒的电阻均不计。
（1）如图2所示，若轨道左端间接一阻值为的电阻，导体棒在水平向右的恒力的作用下由静止开始运动。
a．比较a、b两点电势大小的关系；
b．求导体棒最终的稳定速度的大小。
（2）如图3甲所示，若轨道左端间接一电动势为、内阻为的电源。闭合开关S，导体棒从静止开始运动。
a．推导导体棒的速度和加速度满足的关系表达式；
b．若在轨道左端间再接一阻值为的电阻，如图3乙所示。闭合开关，导体棒从静止开始运动。求导体棒最终的稳定速度的大小。
（3）如图4所示，若轨道左端间接一电容器，电容器的电容为，现给导体棒一个向右的初速度。
a．在图5中画出导体棒速度随时间变化的图像；
b．求导体棒最终的稳定速度的大小。
20. 半导体内导电粒子—“载流子”有两种：电子和空穴（空穴可视为能移动的带正电的粒子），每个载流子所带电量的绝对值均为e。如图1所示，将一块长为a、宽为b、厚为c的长方体半导体样品板静止放置，沿x轴方向施加一匀强电场，使得半导体中产生沿x轴正方向的恒定电流，之后沿y轴正方向施加磁感应强度大小为B的匀强磁场，很快会形成一个沿z轴负方向的稳定电场，称其为霍尔电场。
（1）若样品板中只存在一种载流子，测得与z轴垂直的两个侧面（图1中“上表面”和“下表面”）之间电势差为，求霍尔电场的电场强度大小。
（2）现发现一种新型材料制成的样品板中同时存在电子与空穴两种载流子，单位体积内电子和空穴的数目之比为。电子和空穴在半导体中定向移动时受到材料的作用可以等效为一个阻力，假定所有载流子所受阻力大小正比于其定向移动的速率，且比例系数相同。
a．请在图2（图1的样品板局部侧视图）中分别画出刚刚施加磁场瞬间，电子和空穴所受洛伦兹力的示意图。
b．在霍尔电场稳定后（即图1中“上表面”和“下表面”积累的电荷量不再改变），电子和空穴沿x方向定向移动的速率分别为和。关于电子和空穴沿z轴方向的运动情况，某同学假设了两种模型：模型①：电子和空穴都不沿z轴方向做定向移动；模型②：电子和空穴仍沿z轴方向做定向移动。请依据受力情况和电荷守恒等基本规律，判断该样品中电子和空穴沿z轴方向的运动情况符合哪种模型。若认为模型① 正确，请计算电子受到的霍尔电场的电场力大小；若认为模型② 正确，请计算电子与空穴沿z方向定向移动的速率和之比。
c．在（2）b基础上，求霍尔电场稳定后电场强度大小。

北京市八一学校2024~2025学年度第一学期期末试卷
高二物理
一、单项选择题（10小题，每题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确。）
1. 在一条沿水平方向放置的导线下方，放一个可以自由转动的小磁针。实验中观察到，当导线中没有通电流时，小磁针的指向如图所示；当导线中通恒定电流时，小磁针极向纸内转动，则（ ）
A. 导线中的电流方向向右
B. 导线中的电流方向向左
C. 若将小磁针放置在导线的上方，小磁针肯定不发生转动
D. 若将小磁针放置在导线的上方，也能观察到小磁针极向纸内转动
【答案】A
【解析】
【详解】AB．小磁针极的偏转方向表示磁场的方向，将小磁针放在导线的下方，根据安培定则，可以判断出导线中的电流方向向右，A正确，B错误；
CD．根据安培定则可知，导线下方和导线上方磁场方向相反，所以若将小磁针放置在导线的上方，小磁针极会向纸外转动，CD错误。
故选A。
2. 如图所示，将带铁芯的线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两个接线柱连接到灵敏电流计上，把线圈A静置于线圈B的内部。下列判断正确的是（ ）
A. 开关闭合，向右移动滑动变阻器滑片的过程中，电流计指针不偏转
B. 开关闭合，向上拔出线圈A的过程中，线圈B将排斥线圈A
C 开关闭合瞬间，电流计指针不偏转
D. 开关闭合瞬间，电流计指针会偏转
【答案】D
【解析】
【详解】A．开关闭合，向右移动滑动变阻器滑片的过程中，线圈A中的电流发生变化，则穿过线圈B的磁通量发生变化，则会产生感应电流，即电流计指针偏转，选项A错误；
B．开关闭合，向上拔出线圈A的过程中，根据楞次定律“来拒去留”，可知，线圈B将吸引线圈A，选项B错误；
CD．开关闭合瞬间，线圈A中的电流发生变化，则穿过线圈B的磁通量发生变化，则会产生感应电流，电流计指针偏转，选项C错误，D正确。
故选D。
3. 在恒定的匀强磁场中固定一根通电直导线，导线的方向与磁场方向垂直，如图反映的是这根导线受到的磁场力大小F与通过导线的电流I之间的关系，M、N两点各对应一组F、I的数据，其中可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据
F=BLI
可知F-I图像为过原点的直线。
故选C。
4. 将、的电阻串联接在正弦交流电路中，通过电阻的电流i随时间变化的情况如图所示。则（ ）
A. 通过的电流有效值是1.2A
B. 两端的电压有效值是6V
C. 通过的电流有效值是
D. 两端的电压有效值是
【答案】B
【解析】
【详解】AC．两电阻串联，电流相等，则通过和的电流有效值都是
选项AC错误；
B．两端的电压有效值是
U1=IR1=6V
选项B正确；
D．两端的电压有效值是
U2=IR2=12V
选项D错误。
故选B。
5. 如图所示，下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有一带电小球，玻璃管的右侧存在有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。从某时刻开始，玻璃管在外力作用下，始终保持不变的速度，沿垂直于磁场方向进入磁场中运动，最终小球从上端管口飞出。在这一过程中，小球所带电荷量保持不变，下列说法正确的是（ ）
A. 带电小球受到的洛伦兹力做正功
B. 玻璃管对带电小球的弹力不做功
C. 带电小球在竖直方向做匀加速直线运动
D. 带电小球的机械能保持不变
【答案】C
【解析】
【详解】A．洛伦兹力始终与速度垂直不做功，故A错误；
B．带电小球在磁场中运动时，有水平向右的速度分量和竖直向上的速度分量，由左手定则知洛伦兹力斜向左上方，因此玻璃管对带电小球有向右的弹力，该弹力对小球做正功，故B错误；
C．玻璃管在外力作用下始终保持不变的速度，则小球向右的速度分量保持不变，竖直向上的洛伦兹力分量保持不变，因此在竖直方向小球做匀加速直线运动，故C正确；
D．小球在磁场中运动过程中，受重力，洛伦兹力和玻璃管对其向右的弹力，洛伦兹力不做功，弹力对其做正功，因此小球的机械能不守恒，故D错误。
故选C。
6. 如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一电荷量为+q的粒子以速度v从该装置的左端沿水平方向向右做直线运动。忽略粒子重力的影响，则（ ）

A. 该粒子的速度
B. 若只将粒子的电荷量改为，其将往上偏
C. 若只将粒子的电荷量改为+2q，其将往下偏
D. 若只将粒子的速度变为2v，其将往上偏
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据题意可知，粒子做直线运动，则有
解得
故A错误；
B．若只将粒子改为带负电，洛伦兹力和电场力的方向均反向，则粒子仍沿直线通过，故B错误；
C．若只将粒子的电荷量改为+2q，洛伦兹力和电场力的大小均变为原来的2倍，则粒子仍沿直线通过，故C错误；
D．若只将粒子的速度变为2v，洛伦兹力大小变为原来的2倍，电场力大小不变，洛伦兹力大于电场力，由左手定则可知，洛伦兹力向上，则粒子将往上偏，故D正确。
故选D。
7. 如图所示，有质子()、氘核()、氚核()和氦核()四种带电粒子，先后从加速电压是U1的加速电场中的P点由静止释放，被加速后从B板的小孔射出沿CD间的中线进入偏转电压为U2的偏转电场，都能够从偏转电场的另一端射出。如果不计重力的影响，以下判断中正确的是（ ）
A. 质子()的偏转位移y最大
B. 氘核()的偏向角最小
C. 氦核()射出偏转电场时的动能最大
D. 氚核()的射出偏转电场时的速度最大
【答案】C
【解析】
【详解】A．在加速电场中，根据动能定理有
在偏转电场中，带电粒子做类平抛运动，则有
联立可得
所以四种带电粒子的偏转位移相同，故A错误；
B．带电粒子偏向角为
所以四种带电粒子的偏向角相等，故B错误；
C．根据动能定理可得
带电粒子射出偏转电场时的动能为
由于氦核()的电荷量最大，所以氦核()射出偏转电场时的动能最大，故C正确；
D．带电粒子射出偏转电场时的速度为
由于质子()的比荷最大，所以质子()的射出偏转电场时的速度最大，故D错误；
故选C。
8. 某同学想对比电感线圈和小灯泡对电路的影响，他设计了如图甲所示的电路，电路两端电压恒定，A1、A2为完全相同的电流传感器。先闭合开关K得到如图乙所示的图像，等电路稳定后，断开开关（断开开关的实验数据未画出）。下列关于该实验的说法正确的是（ ）
A. 闭合开关时，自感线圈中电流为零，其自感电动势也为零
B. 乙图中的曲线表示电流传感器A2测得的数据
C. 断开开关时，小灯泡会明显闪亮后逐渐熄灭
D. 时刻小灯泡与线圈的电阻相等
【答案】D
【解析】
【详解】A．闭合开关时，其线圈自感电动势等于电源电动势，则自感线圈中电流为零，故A错误；
B．中电流等于自感线圈中电流，自感线圈中电流从零开始逐渐增大，最后趋于稳定，故中数据应为乙图中b曲线，故B错误；
C．断开开关前，两支路中电流相等，刚断开开关时，通电线圈的电流不变，故灯泡不会发生明显闪亮，而是逐渐熄灭，故C错误；
D．时刻，两支路中电压相等，电流相等，则电阻相等，即小灯泡与线圈的电阻相等，故D正确。
故选D。
9. 如图所示，用洛伦兹力演示仪研究带电粒子在匀强磁场中的运动，以虚线表示电极K释放出来的电子束的径迹。在施加磁场之前，电子经加速后沿直线运动，如图甲所示；施加磁场后电子束的径迹，如图乙所示；再调节演示仪可得到图丙所示的电子束径迹。下列说法正确的是（ ）
A. 在图乙基础上仅增大磁感应强度，可得到图丙所示电子束径迹
B. 在图乙基础上仅提高电子的加速电压，可得到图丙所示电子束径迹
C. 施加的磁场方向为垂直纸面向外
D. 图乙与图丙中电子运动一周的时间一定相等
【答案】A
【解析】
【详解】AB．根据
解得
提高电子的加速电压，变大，不能得到图丙轨迹；仅增大磁感应强度，变小，可以得到图丙所示电子束径迹，故B错误，A正确：
C．根据左手定则，施加的磁场方向为垂直纸面向里，故C错误；
D．电子在匀强磁场中的周期为
因B不一定相等，可见图乙与图丙中电子运动一周时间不一定相等，故D错误。
故选A。
10. 某种滴水起电机装置如图1所示，滴水装置左右相同的两管口形成的水滴分别穿过距管口较近的铝环A、B 后滴进铝筒C、D， 铝环A 用导线与铝筒D相连，铝环B用导线与铝筒C相连，导线之间彼此绝缘，整个装置与外界绝缘。由于某种偶然的原因，C筒带上微量的负电荷，则与之相连的B环也带有负电荷，由于静电感应，B环上方即将滴落的水滴下端会带正电荷，上端带负电荷，如图2所示。水滴在落下瞬间，正负电荷分离，如图3所示，带正电荷的水滴落下穿过B环滴入D筒 ，C、D两筒之间产生电势差。为了研究问题方便，假设滴水装置中水足够多，每滴水的质量相同，忽略筒内液面高度的变化，下列说法正确的是（ ）
A. 滴水装置中会产生从左向右的电流
B. 水滴下落到筒内的时间越来越短
C. C 、D两筒之间的电势差会一直增大
D. 在起电的过程中，水的重力势能完全转化为电能
【答案】A
【解析】
【详解】C．根据题意知，水滴在落下过程，先加速后减速运动，随着滴落到铝筒的带点水滴在增加，排斥力先增大，直到水滴到达桶底恰好速度减为零时，不再滴落到铝筒，之后C 、D两筒之间的电势差不变，故C错误；
B．滴落到铝筒带点水滴在逐渐增加，电荷量先增加，后C、D两筒之间产生的电势差增大到一定时会放电，电荷量又减小，故排斥力先增大后减小，下落时间会先增大，后减小，故B错误；
A．水滴在落下瞬间，正负电荷分离，带负电荷的水滴留在B环上方的滴水装置，同理，带正电荷的水滴留在A环上方的滴水装置，左右形成电势差，会产生从左向右的电流，故A正确；
D．在起电的过程中，水的重力势能转化为电能和水的动能，故D错误。
故选A。
二、多项选择题（共4小题。每题3分，共12分。在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项是正确的，全部选对的得3分，选错或不答得0分，选对但不全的得2分。）
11. 下图中标出了匀强磁场的磁感应强度B、通电直导线中的电流I和它受到的安培力F的方向，其中正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】
【详解】A．由左手定则可知，图中导体棒受到的安培力水平向左，故A错误；
B．由左手定则可知，图中导体棒受到的安培力水平向左，故B正确；
C．由左手定则可知，图中导体棒受到的安培力垂直纸面向里，故C错误；
D．由左手定则可知，图中导体棒受到的安培力垂直导体棒向左上，故D正确。
故选BD。
12. 如图所示，电源与电动机连接成闭合回路。已知，电源电动势为E、内阻为r，电动机的额定电压为U、额定电流为I、线圈电阻为R。开关闭合后，电动机恰好正常工作，则（ ）
A. 电动机的额定电流
B. 电动机的额定电流
C. 电动机输出的机械功率
D. 电动机输出的机械功率
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．电动机不是纯电阻电路，不满足欧姆定律，则电动机的额定电流
由闭合回路欧姆定律有
可得，电动机的额定电流为
故A错误，B正确；
CD．电动机的输入功率为
电动机的热功率为
则电动机输出的机械功率
故C错误，D正确。
故选BD。
13. 如图所示，置于水平面上的两根金属导轨间距为L，分别与电源正、负极相连，导体棒放在导轨上且与导轨垂直，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒，且与导轨平面夹角为，已知回路中电流为I，导体棒始处于静止状态，关于导体棒的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A. 安培力大小为0B. 安培力大小为
C. 静摩擦力大小为D. 静摩擦力大小为
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．因为B与IL的关系为始终垂直，故安培力为
A错误，B正确；
CD．导体棒受力如下图所示
因B与水平方向夹角为，而根据左手定则B与垂直，由几何关系易知与竖直方向夹角为，可得
C错误，D正确。
故选BD。
14. 如图所示，将非磁性材料制成的圆管置于匀强磁场中，当含有大量正负离子的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，测得管两侧M、N两点之间有电势差U。忽略离子重力影响，则（ ）
A. M点的电势高于N点
B. N点的电势高于M点
C. 管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电势差U越大
D. 管中导电液体的离子浓度越大，M、N两点之间的电势差U越大
【答案】AC
【解析】
【详解】A B．管中的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，由左手定则带电液体在洛伦兹力的作用下，带正电的液体向上偏，带负电的液体向下偏，使管上壁带正电、下壁带负电，所以M点的电势高于N点，A正确，B错误；
C D．两管壁最后电压稳定时，则有电场力与洛伦兹力平衡
管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电势差U越大，C正确，与液体离子浓度无关，D错误。
故选AC。
三、实验题（本大题共2小题，共18分）
15. 某同学通过实验测量一个定值电阻的阻值。
（1）他先用多用电表对该电阻进行了初步测量。他用电阻挡进行测量，指针位置如图所示，则该电阻的阻值约为_____。
（2）在（1）基础上，他想用电压表和电流表更精确地测量这个电阻的阻值。
他在实验室找到如下器材：
电流表：量程，内阻约；
电压表：量程，内阻约；
滑动变阻器：最大阻值，额定电流；
电源：电动势，内阻约：
开关一个，导线若干。
为了减小实验误差，电流表和电压表的连接方法应该选用如图中的_____（选填“甲”或“乙”），不考虑偶然误差，采用这种方式测量的结果与真实值相比偏_____（选填“大”或“小”）。
【答案】（1）5 （2） ① 甲 ②. 小
【解析】
【小问1详解】
电阻的阻值为
【小问2详解】
[1]由于
所以选择电流表外接法，电路图选择甲图。
[2]由于电压表的分流作用，使得电流表的测量值偏大，根据
可知，电阻的测量值偏小。
16. 实验课中同学们要完成“测量一节干电池的电动势和内阻”的任务，被测电池的电动势约为，内阻约为。某小组计划利用图示的电路进行测量，已知实验室除待测电池、开关、导线外，还有下列器材可供选用：
电流表：量程，内阻约
电流表：量程，内阻约
电压表：量程，内阻约
滑动变阻器：，额定电流
（1）为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_____（填写仪器的字母代号）。
（2）请根据所示电路图，在如图中完成实物的连接________。
（3）上图是该组同学根据所获得的6组实验数据，在坐标纸上绘制的反映路端电压随电流变化的图线，请据此图线判断被测干电池的电动势_____，内阻_____。（结果保留到小数点后两位）
（4）若仅考虑电表内阻的影响，上图中描绘的点迹与“电池两端电压的真实值”和“流过电池的电流真实值”所对应点迹存在一定的偏差，请根据实验中该同学测得的数据，以及电表的参数估算这一偏差的数量级约为_____。
A. B.
C. D.
【答案】（1）
（2） （3） ①. 1.48 ②. 0.81##0.82##0.83##0.84##0.85
（4）B
【解析】
【小问1详解】
由于被测电池的电动势约为，内阻约为，流过电流表的最大电流不超过
若选电流表则最大电流为1.46A，小于量程的一半，误差较大；若选电流表则最大电流为1.33A，由于滑动变阻器的存在，可以控制电流表中的电流不超量程，所以选择电流表 。
【小问2详解】
根据电路图，连接的实物图如图
【小问3详解】
[1][2]根据闭合电路欧姆定律有
结合图像，可知纵轴截距为
斜率的绝对值为
由于读数的误差，答案在均可。
【小问4详解】
根据电路图可知，电压表测量值等于电源两端电压，而由于电压表的分流作用，电流表的测量值小于流过电源的电流，存在这误差，有
故选B。
四、解答题：（本题共4小题，共40分。解答题应写出必要的文字说明、方程和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
17. 如图所示，两平行金属板间距为d，电势差为U，板间电场可视为匀强电场；金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。电荷量为、质量为m的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动。忽略重力的影响，求：
（1）粒子从电场射出时速度v的大小；
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R；
（3）粒子在磁场中运动的时间t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）在电场中，粒子做匀加速直线运动，由动能定理有
解得
（2）由题意可知，粒子进入磁场中的速度为v，其在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有
解得
（3）粒子在磁场中的周期为T，有
由题意及几何关系可知，其粒子在磁场中运动了半个周期，所以设运动时间为t，有
解得
18. 加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回旋加速器是其中的一种。如图所示为回旋加速器的工作原理图。和是两个中空的半圆金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面。位于盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为、电荷量为的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中不考虑相对论效应。
（1）求所加交流电源的周期；
（2）若已知半圆金属盒的半径为，请估算粒子离开加速器时获得的最大动能。
【答案】（1）
（2）
【解析】
【小问1详解】
根据牛顿第二定律
得
带电粒子在磁场中做圆周运动的周期
回旋加速度器所加交流电源的周期应与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期相等，因此交流电源的周期
【小问2详解】
当带电粒子运动半径接近半圆金属盒的半径时，粒子的速度达到最大值
根据牛顿第二定律有
粒子离开加速器时获得的最大动能
19. 如图1所示，在竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场中，两根足够长的平行光滑金属轨道固定在水平面内，相距为。一质量为的导体棒垂直于放在轨道上，与轨道接触良好。轨道和导体棒的电阻均不计。
（1）如图2所示，若轨道左端间接一阻值为的电阻，导体棒在水平向右的恒力的作用下由静止开始运动。
a．比较a、b两点电势大小的关系；
b．求导体棒最终的稳定速度的大小。
（2）如图3甲所示，若轨道左端间接一电动势为、内阻为的电源。闭合开关S，导体棒从静止开始运动。
a．推导导体棒的速度和加速度满足的关系表达式；
b．若在轨道左端间再接一阻值为的电阻，如图3乙所示。闭合开关，导体棒从静止开始运动。求导体棒最终的稳定速度的大小。
（3）如图4所示，若轨道左端间接一电容器，电容器的电容为，现给导体棒一个向右的初速度。
a．在图5中画出导体棒速度随时间变化的图像；
b．求导体棒最终的稳定速度的大小。
【答案】（1）a．a点电势大于b点电势；b．
（2）a．；b．
（3）a．；b．
【解析】
【小问1详解】
a．根据右手定则，可判断电流方向由到，所以a点电势大于b点电势。
b．导体棒向右做加速度减小的加速运动，当安培力与外力平衡时，导体棒达到最大速度，有，，
解得
【小问2详解】
a．当导体棒速度大小为时，其切割磁感线产生的感应电动势大小为
感应电动势与电源电动势方向相反，所以此时通过导体棒的电流为
导体棒所受安培力大小为
对导体棒,根据牛顿第二定律有
联立可得表达式为
b．当导体棒产生的感应电动势等于电阻两端的电压时，导体棒稳定，有,
可得
【小问3详解】
a．导体棒向右运动，切割磁感线，产生感应电动势，从而使电容器充电，随着电容器板间电压的增大，电路中电流减小，导体棒受到的安培力减小，加速度减小，导体棒先做加速度减小的减速运动，当电容器极板间电压等于导体棒产生的感应电动势时，电路中没有电流，导体棒不受安培力，向右做匀速运动，所以图为：
b．以导体棒为研究对象，根据动量定理有，
可得
根据电容的定义可知
导体棒稳定运动时，电容器两段电压
三式联立可得
20. 半导体内导电的粒子—“载流子”有两种：电子和空穴（空穴可视为能移动的带正电的粒子），每个载流子所带电量的绝对值均为e。如图1所示，将一块长为a、宽为b、厚为c的长方体半导体样品板静止放置，沿x轴方向施加一匀强电场，使得半导体中产生沿x轴正方向的恒定电流，之后沿y轴正方向施加磁感应强度大小为B的匀强磁场，很快会形成一个沿z轴负方向的稳定电场，称其为霍尔电场。
（1）若样品板中只存在一种载流子，测得与z轴垂直的两个侧面（图1中“上表面”和“下表面”）之间电势差为，求霍尔电场的电场强度大小。
（2）现发现一种新型材料制成的样品板中同时存在电子与空穴两种载流子，单位体积内电子和空穴的数目之比为。电子和空穴在半导体中定向移动时受到材料的作用可以等效为一个阻力，假定所有载流子所受阻力大小正比于其定向移动的速率，且比例系数相同。
a．请在图2（图1的样品板局部侧视图）中分别画出刚刚施加磁场瞬间，电子和空穴所受洛伦兹力的示意图。
b．在霍尔电场稳定后（即图1中“上表面”和“下表面”积累的电荷量不再改变），电子和空穴沿x方向定向移动的速率分别为和。关于电子和空穴沿z轴方向的运动情况，某同学假设了两种模型：模型①：电子和空穴都不沿z轴方向做定向移动；模型②：电子和空穴仍沿z轴方向做定向移动。请依据受力情况和电荷守恒等基本规律，判断该样品中电子和空穴沿z轴方向的运动情况符合哪种模型。若认为模型① 正确，请计算电子受到的霍尔电场的电场力大小；若认为模型② 正确，请计算电子与空穴沿z方向定向移动的速率和之比。
c．在（2）b基础上，求霍尔电场稳定后电场强度大小。

【答案】（1）；（2）a．见解析； b．模型② 正确，；c．
【解析】
【详解】（1）“上表面”和“下表面”之间的距离为b，则霍尔电场的电场强度为
（2）a．见下图
b．模型②正确。
设单位体积内电子的数目为n1，单位体积内空穴的数目为n2，由题意可知
当霍尔电场稳定时，在一段时间Δt内，到达上表面的所有电子的总电荷量与空穴的总电荷量必须相等，即
得
c．电子和空穴沿z方向受力为
电子沿z方向受力
空穴沿z方向受力
联立结合（2）b结果可得