福建省南平市2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试题 （解析版）

这是一份福建省南平市2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试题 （解析版），共19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2B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，写在本试卷上无效。
一、单项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 下列各图中，电流I与其产生的磁场的磁感应强度B的方向关系正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】A．图A中，由安培定则可知，导线右侧磁场垂直纸面向里，导线左侧磁场垂直纸面向外，故A错误；
B．图B中，由安培定则可知，导线产生的磁场为逆时针方向，故B错误；
C．图C中，由安培定则可知，环形电流内部磁场由右向左，故C正确；
D．图D中，由安培定则可知，通电螺线管右端为极，螺线管内部磁场由S到N，故D错误。
故选C。
2. 如图所示是甲、乙两个点电荷电场的电场线，P、Q为同一电场线上的两点，下列说法正确的是（ ）
A. P点的电场强度小于Q点
B. P点的电势高于Q点
C. 电子在P点时的电势能大于在Q点时的电势能
D. 若电子从Q点由静止释放，只受电场力作用，则电子会沿电场线运动到P点
【答案】B
【解析】
【详解】A．电场先分布的疏密程度表示电场的强弱，根据图像，P点的电场线分布比Q点的电场线分布密集一些，则P点的电场强度大于Q点，故A错误；
B．沿电场线，电势降低，根据图像可知，P点的电势高于Q点，故B正确；
C．电子带负电，电子在电场中的
由于
而电势能的正负表示大小，可知，电子在P点时的电势能小于在Q点时的电势能，故C错误；
D．电子在电场中仅仅受到电场力，静止释放，若电子沿电场线运动，则电场线必定为一条直线，由于图中Q点位置的电场线为曲线，可知，若电子从Q点由静止释放，只受电场力作用，则电子不会沿电场线运动到P点，故D错误。
故选B。
3. 如图所示，电源电动势，内阻，电阻箱的最大阻值为99Ω，定值电阻。合开关S，调节电阻箱的阻值，则（ ）
A. 电源总功率最大值为6WB. R1的最大电功率为
C. 的最大电功率为18WD. r的最大电功率为9W
【答案】A
【解析】
【详解】A．当时，回路电阻最小，电流最大，此时电源总功率最大，最大值为
选项A正确；
B．将R2等效为电源的内阻则
当时R1的功率最大，最大电功率为
选项B错误；
CD．当R1=0时，电路总电阻最小，此时电流最大，此时和r的功率都是最大，则此时
的最大电功率为
r的最大电功率为
选项CD错误。
故选A。
4. 如图所示，一充电后与电源断开的平行板电容器的两极板水平放置，板长为L，板间距离为d，距板右端L处有一竖直屏M。一带电荷量为q、质量为m的质点以初速度沿中线射入两板间，最后垂直打在M上，则下列说法中正确的是（已知重力加速度为g）（ ）

A. 两极板间电压为
B. 板间电场强度大小为
C. 整个过程中质点的重力势能增加
D. 若仅增大两极板间距，则该质点不可能垂直打在M上
【答案】C
【解析】
【详解】AB．据题分析可知，质点在平行板间轨迹应向上偏转，做类平抛运动，飞出电场后，质点的轨迹向下偏转，才能最后垂直打在M屏上，前后过程质点的运动轨迹有对称性，可见两次偏转的加速度大小相等，根据牛顿第二定律得
解得
由
得板间电势差
故AB错误；
C．质点在电场中向上偏转的距离
，，
解得
故质点打在屏上的位置与P点的距离为
重力势能的增加量
故C正确；
D．仅增大两极板间的距离，因两板上电荷量不变，根据
可知，板间场强不变，质点在电场中受力情况不变，则运动情况不变，故仍垂直打在屏上，故D错误。
故选C。
二、双项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有两项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
5. 如图是回旋加速器结构示意图，主要由两个半圆形的中空铜D形盒构成，两盒间留有一狭缝，置于真空中。匀强磁场B垂直穿过盒面，由高频振荡器产生的交变电压加在两盒间的狭缝处。关于回旋加速器，下列说法正确的是（ ）
A. 图中两D形盒内所加磁场使粒子发生偏转
B. 图中两D形盒间所加电场使粒子发生偏转
C. 粒子在磁场中的运动周期随粒子速度的增大而减小
D. 图中D形盒的半径越大，同一粒子最终获得的动能越大
【答案】AD
【解析】
【详解】AB．回旋加速度器的原理是利用电场加速带电粒子，利用磁场改变带电粒子的运动方向，故A正确，B错误；
C．带电粒子在磁场中运动周期
周期与粒子运动的速度大小无关，所以带电粒子运动的周期不变，故B错误；
D．根据
带电粒子的最大动能为
可知，带电粒子的最大动能与磁场和加速器半径有关，与交变电压无关，半径越大，最大动能越大，故D正确。
故选AD。
6. 如图所示，自感线圈L的自感系数很大，电阻可忽略不计，定值电阻的阻值为，小灯泡的电阻为，已知，则（ ）
A. 开关闭合瞬间，小灯泡立即变亮
B. 开关闭合瞬间，小灯泡逐渐变亮
C. 开关断开瞬间，小灯泡逐渐变暗
D. 开关断开瞬间，小灯泡先闪一下，而后逐渐变暗
【答案】AC
【解析】
【详解】AB．开关S闭合后，通过线圈L电流逐渐增大，线圈产生感应电动势，阻碍电流的增大，灯泡与线圈L并联，不影响通过灯泡的电流，故灯泡会立刻变亮，故A正确，B错误；
CD．开关S闭合，待稳定后，由于，流过的电流小于流过的电流，开关S断开瞬间，线圈由于自感，阻碍电流的减小，线圈、灯泡组成闭合回路，故小灯泡逐渐变暗，故C正确，D错误。
故选AC。
7. 如图甲所示，连接电流传感器的线圈套在长玻璃管上。将强磁铁从长玻璃管上端由静止释放，磁铁下落过程中穿过线圈，并不与玻璃管接触。实验观察到的感应电流I随时间t变化的图像如图乙所示，则（ ）
A. 磁铁下落过程机械能守恒
B. 过程中磁铁对线圈的作用力方向始终向下
C. 时刻穿过线圈磁通量的变化率不为零
D. 若将强磁铁两极翻转后重复实验，则感应电流先沿负方向后沿正方向
【答案】BD
【解析】
【详解】A．磁铁下落过程，磁场力对磁铁做了功，磁铁机械能不守恒，故A错误；
B．根据楞次定律的来拒去留，可知t1~t3时间内，磁铁受到线圈的作用力方向始终向上，所以磁铁对线圈的作用力方向始终向下。故B正确；
C．由乙图中感应电流的变化可知，t2时刻强磁铁恰好运动到线圈处，此时穿过线圈的磁通量最大，电流为0，穿过线圈磁通量的变化率为零。故C错误；
D．根据楞次定律，感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。可知若将磁铁两极翻转后重复实验，磁场方向相反，则磁场的变化也随之相反，产生的感应电流的方向也相反，即先产生负向感应电流，后产生正向感应电流，故D正确。
故选BD。
8. 如图所示，在平面等腰直角三角形区域内存在一垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为B。大量带正电的粒子先后以速度垂直边从不同位置射入磁场，有些粒子能在边界上相遇。已知。粒子质量为m、电荷量为q，不计粒子重力，不考虑各粒子之间的相互作用。下列判断正确的是（ ）
A. 磁场方向垂直纸面向外
B. 磁场方向垂直纸面向里
C. 相遇粒子的入射时间差的最大值为
D. 相遇且入射时间差最大的两粒子入射点之间的距离为
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．由题知，有些粒子能在边界上相遇。说明带正电的粒子向偏转，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向里，A错误、B正确；
C．如图所示
设粒子在点相遇，半径为，当粒子轨迹在处相切时间差有最大值，由洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力，则
则周期为
代入得
由几何关系知，时运动时间为，时运动时间为，则时间差最大值为
C正确；
D．如图所示
由几何关系知，，则相遇且入射时间差最大的两粒子入射点之间的距离为
代入得
D错误。
故选BC。
三、非选择题：共60分。其中9、10、11题为填空题，12、13题为实验题，14~16为计算题。考生根据要求作答。
9. 如图为某匀强电场的等势面分布图，已知每两个相邻等势面相距2，则该匀强电场的电场强度___________；将一电荷量的试探电荷从a点移到d点，则试探电荷的电势能___________（选填“增加”或“减少”）___________J。
【答案】 ①. 100 ②. 减少 ③. 1.2×10-7
【解析】
【详解】[1]两个相邻等势面的电势差为
则电场强度为
[2][3]由图可知，a点电势为
d点电势为
则，两点的电势差为
试探电荷从a点移动到d点，电场力做功为
则电势能变化为
所以，试探电荷在移动过程中，电荷的电势能减小，减小了。
10. 在如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，为定值电阻（），为滑动变阻器，定值电阻大于电源内阻r。将滑动变阻器滑动端向右滑动，则电压表的示数___________（选填“变大”“变小”或“不变”）；在此过程中理想电流表、、的示数变化量的绝对值分别为、和，理想电压表示数变化量的绝对值为，则_________（选填“小于”“等于”或“大于”），_______（选填“小于”“等于”或“大于”）。
【答案】 ①. 变大 ②. 大于 ③. 小于
【解析】
【详解】[1][2][3]现将的滑动触点向右端移动，则阻值增大，总电阻增大，总电流变小，变小。内阻上的电压变小，则路端电压增大，即电压表的示数变大。根据并联电路分流规律可得
因为I3减小，而I1增大，所以I2一定减小，且I2减小量比I3的减小量大，即一定大于。由欧姆定律有
由闭合回路欧姆定律有
所以
因为
所以
11. 2023年9月17日，全球单机容量最大的福建平潭海上风电场全容量并网发电，其电能输送示意图如图所示。若将输送电压由220升级为1100，保持输送的总电功率、发电机输出电压、用户得到的电压和输电线的电阻不变，则升压变压器匝数比变为升级前的_______倍，输电线上电流变为升级前的_________倍；输电线损失的功率变为升级前的_________倍。
【答案】 ①. 5 ②. ③.
【解析】
【详解】[1][2][3]由理想变压器基本关系
知不变，变为原来的5倍，所以变为升级前的5倍。因为输送功率不变，由公式
可知输电电流变为升级前的倍。损失功率为
所以输电线损失的功率变为升级前的倍 。
12. 如图所示的器材可用来研究电磁感应现象，其中、为两个线圈，G为灵敏电流计。
（1）在答题卡上将图中所缺导线补接完整______；
（2）用导线将器材连接好，闭合开关瞬间，产生电磁感应现象，其原因是穿过线圈______（选填“”或“”）的______发生了变化；
（3）如果闭合开关瞬间发现灵敏电流计的指针向右偏，电路稳定后，将迅速从中抽出时，电流计的指针将偏______（选填“向右”“向左”或“不会”）；
（4）将插入中，闭合开关后，下列操作可使中感应电流与中电流绕行方向相反的是______
A.在中插入软铁棒 B.拔出
C.将变阻器滑片向右移动 D.断开开关
【答案】 ①. 见解析 ②. L2 ③. 磁通量 ④. 向左 ⑤. A
【解析】
【详解】（1）[1]将与灵敏电流计G连接构成闭合回路，将与滑动变阻器、电源 合开关连接，产生磁场，电路图如图所示
（2）[2][3]用导线将器材连接好，根据上述可知，线圈与灵敏电流计形成闭合回路，闭合开关瞬间，产生电磁感应现象，其原因是穿过线圈的磁通量发生了变化。
（3）[4]如果闭合开关瞬间发现灵敏电流计的指针向右偏，表明磁场方向一定，穿过线圈的磁通量增大时，灵敏电流计的指针向右偏，可知，电路稳定后，将迅速从中抽出时，穿过线圈的磁通量减小，电流计的指针将偏向左。
（4）[5]A．在中插入软铁棒，穿过线圈的磁通量增大 ，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向一定相反，根据安培定则可知，中感应电流与中电流的绕行方向相反，故A正确；
B．拔出，穿过线圈的磁通量减小 ，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向一定相同，根据安培定则可知，中感应电流与中电流的绕行方向相同，故B错误；
C．将变阻器滑片向右移动，滑动变阻器接入电阻增大，电路中电流减小，线圈产生磁场减弱，穿过线圈的磁通量减小 ，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向一定相同，根据安培定则可知，中感应电流与中电流的绕行方向相同，故C错误；
D．断开开关，穿过线圈的磁通量减小 ，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向一定相同，根据安培定则可知，中感应电流与中电流的绕行方向相同，故D错误。
故选A。
13. 某同学在实验室用如图甲的电路测量一新材料的电阻率。其中为该新材料制成的圆柱体电阻丝，其横截面积为S，是阻值为0.6Ω的定值电阻。正确接线后，闭合开关，读出电压表示数U、电流表示数I以及对应的长度L。调节滑片P的位置，记录多组U、I、L的值。

（1）某次实验过程中，电流表的指针位置如图乙所示，该示数为___________A；
（2）根据实验数据绘出图像如图丙所示，则图甲中电源的电动势__________V，内阻_________Ω。
（3）根据实验数据可进一步绘出，如图丁所示，则电阻丝的电阻率的表达式__________（用a、b、S表示）
【答案】 ①. 0.34 ②. 1.5 ③. 0.4 ④.
【解析】
【详解】（1）[1]电流表选用0.6A挡，其最小分度为0.02A，由图可知，此时电流大小为0.34A；
（2）[2]由闭合电路欧姆定律可知
由图乙所示可知，图像与纵坐标间的交点表示电动势，故有
[3]图像的斜率
其中
解得
（3）[4]由欧姆定律和电阻定律有
得
所以图线斜率
得
14. 半导体有着广泛的应用，人们通过离子注入的方式优化半导体以满足不同的需求。其原理简化如图所示，Ⅰ区域为速度选择器，存在着互相垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小为E，磁感应强度大小为；Ⅱ域为磁感应强度大小可调的匀强磁场，其边界是边长为2L的正方形。一长度为L的半导体材料放在边上，下端与C点重合，上端为F点。一束正离子流从狭缝射入速度选择器，沿着直线通过速度选择器，并从边的中点垂直边射入Ⅱ区域。已知每个离子的电量均为q，质量均为m，不考虑离子重力以及离子间的相互作用。
（1）求离子从射入的速度大小v；
（2）若离子打在F点，求Ⅱ区域的磁感应强度大小。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）要使粒子沿直线通过速度选择器，需满足
得
（2）由几何关系，粒子做圆周运动的半径
由牛顿第二定律有
得
15. 如图所示，长的轻质细绳上端固定，下端连接一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向右的匀强电场中的A点，此时绳与竖直方向的夹角。已知小球所带电荷量，匀强电场的场强大小，重力加速度，，。求：
（1）小球所受电场力F的大小；
（2）小球的质量m；
（3）将小球从最低点O静止释放，小球回到A点时轻绳对小球拉力大小，
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意，由公式可得，小球所受电场力F的大小为
（2）根据题意，对小球受力分析，由平衡条件得
解得
（3）根据题意，从到过程中，由动能定理有
在A点，由牛顿第二定律有
联立解得
16. 如图所示，沿水平固定的平行导轨之间的距离，导轨的左侧接有定值电阻R，图中虚线的右侧存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小。质量、阻值的导体棒垂直导轨放置，在导体棒上施加水平外力F，进入磁场前导体棒向右做匀加速运动，进入磁场后保持水平外力F的功率不变，经过一段时间导体棒做匀速直线运动，整个过程导体棒的速度v随时间t的变化规律如图乙所示。已知导体棒与导轨之间的动摩擦因数，导体棒始终与导轨垂直且保持良好接触，重力加速度。求：
（1）导体棒匀加速运动时水平外力F的大小；
（2）导体棒匀速运动时产生的感应电动势；
（3）定值电阻R的阻值；
（4）若0-8s内定值电阻R上产生的热量，求该过程中通过定值电阻R的电荷量。
【答案】（1）4N；（2）8V；（3）7Ω；（4）3.175C
【解析】
【详解】（1）匀加速阶段由牛顿第二定律有

由v-t图像得

由式得

（2）根据

由上式及v-t图像得

（3）由闭合电路欧姆定律有


匀速运动时有


联立得
（4）令电阻R和导体棒上产生的总热量为、因摩擦产生的热为，则

由能量守恒定律有


由v-t图像得

得



联立得