河北省保定市四县一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷-普通用卷

这是一份河北省保定市四县一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷-普通用卷，共15页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.下列关于电磁波的叙述中，正确的是( )
A. 电磁波的频率都相同
B. 电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108m/s
C. 麦克斯韦证实了电磁波的存在
D. 电磁波具有波的一切特征
2.如图甲所示的电路，理想变压器原、副线圈的匝数分别为1200和600，定值电阻R1=R2=20Ω，电源两端电压随时间变化的关系图像如图乙所示，已知电压表和电流表为理想电表，则( )
A. 副线圈中电流频率为50HzB. 电压表示数为50V
C. 电流表示数为1AD. 电阻R2的功率为70W
3.光照传感器在辽宁大棚种植中得到了广泛的应用，技术人员通过光敏电阻设计了如图所示的光控电路，增加植物光照时间，有效地提高了作物的产量。电阻箱阻值调整为R1，闭合开关后，秋天傍晚6点时，灯泡L两端的电压达到一定值，恰好能发光。已知光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，电流表、电压表均为理想电表，灯泡的光对光敏电阻的影响不计，不考虑灯泡电阻的变化。下列说法正确的是( )
A. 光照减弱的过程中电流表示数增大
B. 光照减弱的过程中电压表和电流表示数比值不变
C. 光照减弱的过程中电压表和电流表变化量绝对值的比值变大
D. 若电阻箱阻值大于R1，则秋天傍晚6点之后L才可能发光
4.有研究发现，动物与植物的细胞膜两侧存在电位差，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为1×10-8F的电容器，在2ms内细胞膜两侧的电势差从-20mV变为30mV，则该过程中跨膜电流的平均值为( )
A. 1.5×10-7AB. 2.5×10-7AC. 2×10-7AD. 5×10-8A
5.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。则元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的低B. 前、后表面间的电压U与v无关
C. 前、后表面间的电压U与c成正比D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为eUa
6.在如图所示的电路中，灵敏电流计G的内阻Rg=100Ω，满偏电流Ig=1mA，R1=2900Ω，R2=1009Ω。下列说法正确的是( )
A. 此电路改装成的电压表可测量2V的电压
B. 此电路可改装成量程为9mA的电流表
C. 此电路改装成的电流表可测量0.6A的电流
D. 当此电路改装为电流表时，仅闭合开关S1时的量程比开关S1和S2均闭合时的小
7.如图所示，一充电后与电源断开的平行板的两极板水平放置，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v0沿中线射入两板间，最后垂直打在M上，重力加速度大小为g，下列说法正确的是( )
A. 两极板间电压为mgd2q
B. 质点通过电场过程中电势能减少mg2L2v02
C. 若仅增大初速度v0，则该质点不可能垂直打在M上
D. 若仅增大两极板间距，则该质点不可能垂直打在M上
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.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. 线框有面积扩大的趋势B. 线框中产生逆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
9.如图所示，匀强磁场中位于P处的粒子源可以沿垂直于磁场向纸面内的各个方向发射质量为m、电荷量为q，速率为v的带正电粒子，P到荧光屏MN的距离为d，设荧光屏足够大，不计粒子重力及粒子间的相互作用。下列判断正确的是( )
A. 若磁感应强度B=mvqd，则发射出的粒子到达荧光屏的最短时间πd3v
B. 若磁感应强度B=mvqd，则同一时刻发射出的粒子到达荧光屏的最大时间差为7πd6v
C. 若磁感应强度B=mv2qd，则荧光屏上形成的亮线长度为( 15+ 3)d
D. 若磁感应强度B=mv2qd，则荧光屏上形成的亮线长度为( 15+2 3)d
10.在x轴上关于原点对称的a、b两点处固定两个电荷量相等的点电荷，如图所示的E-x图像描绘了x轴上部分区域的电场强度(以x轴正方向为电场强度的正方向)。在电场中c、d为x轴上关于原点对称的两点，O为坐标原点，下列结论正确的是( )
A. a，b处为同种点电荷
B. c，d两点的电场强度相同
C. 若将一电子从c点移到d点，其电场力做负功
D. O点的电场强度等于零
三、实验题：本大题共2小题，共21分。
11.(1)实验小组决定使用伏安法测量圆柱体的电阻，已知其电阻约为100Ω，实验所用直流电源的电动势约为4V、内阻可忽略，电流表A的量程为0～30mA、内阻约为30Ω，电压表V的量程为0～3V、内阻约为10kΩ，滑动变阻器R1阻值的变化范围为0～15Ω，允许通过的最大电流为2.0A，为减小测量误差，实验中实验电路应采用图中的______。(R代表圆柱体的电阻)
(2)若电流表的示数为I，电压表的示数为U；圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为______。
12.实验小组测量某一电源的电动势和内阻。
(1)小李同学先用多用电表粗测该电源的电动势。他先把选择开关旋转到直流电压5V挡，正确操作测量时表盘指针如图所示，其读数为______V。

(2)为了更准确地测量电动势和内阻，他在实验室中找到了电阻箱、电压表、定值电阻等相关器材，组成如图甲所示电路，并进行实验。已知该电源允许通过的最大电流为25mA，图中电阻箱R的阻值范围为0-9999Ω。
①电路中R0为保护电阻，实验室中备有以下几种规格的定值电阻，本实验中应选用(______)
A.30Ω，125mA
Β.180Ω，40mA
C.240Ω，15mA
D.450Ω，10mA
②实验中通过调节电阻箱的阻值，记录电阻箱的阻值R及相应的电压表示数U，根据测得的多组数据，作出1U-1R+R0图线，如图乙所示，图线的纵轴截距为a，图线的斜率为k，则电源的电动势Ε= ______，内阻r= ______。
③若考虑到电压表内阻对实验的影响，则电源电动势的测量值比真实值______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
四、计算题：本大题共3小题，共33分。
13.某小组拆下一个小电风扇的电动机(电动机线圈电阻r0=1Ω)，设计了如图所示的实验电路，电源的电动势E=20V、内阻r=2Ω，小灯泡的额定电压U=2V、额定功率P=2W，闭合开关S，调节电阻箱的阻值，当R=4Ω时，灯泡恰好正常发光，电动机正常工作，根据以上信息，求：
(1)电动机正常工作时的输出功率；
(2)电源的效率。
14.制造芯片，要用电磁场精准控制粒子的轨迹，其部分电磁场简化如图所示。在三维坐标系O-xyz中，平面xOy位于纸面，z轴垂直纸面向外(图中未画出)。在平面xOy第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场，一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子从y轴上P点(0,h,0)以初速度v0垂直于y轴射入电场，再经x轴上的Q点沿与x轴正方向成45°角进入第四象限。在第四象限内有沿z轴正方向的匀强磁场，磁感应强度大小为mv0qh；第三象限有沿z轴负方向的匀强磁场，磁感应强度大小为2mv0qh。粒子重力不计，求：
(1)匀强电场的场强大小E；
(2)粒子从进入磁场到第四次经过y轴所用时间t。
15.如图所示，在竖直面内有一宽b=2m、长a=4.2m、垂直纸面向里的有界匀强磁场区域，在磁场正上方H=1.8m处有一边长L为1m的正方形导线框，导线框的质量M=2kg，电阻R=0.3Ω，当导线框做自由落体运动，其下边刚接触磁场区域时恰好可做匀速直线运动，取重力加速度大小g=10m/s2，求：
(1)磁感应强度B的大小；
(2)导线框下边刚离开磁场区域时的加速度a'；
(3)导线框下边刚接触磁场至下边刚要离开磁场的过程中产生的焦耳热Q。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解：A、电磁波的频率可以非常广泛，从无线电波到伽马射线，频率范围极大，不同频率的电磁波具有不同的性质和用途，故A错误；
B、电磁波只有在真空中传播时，其速度才为3×108m/s，故B错误；
C、麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误；
D、因为电磁波也是一种波，故电磁波具有波的一切特征，故D正确。
故选：D。
2.【答案】C
【解析】解：A、副线圈中电流频率与原线圈中电流频率相同为
f=1T=14×0.01Hz=25Hz
故A错误；
B、根据
U1U2=n1n2=1200600=2，I1I2=n2n1=6001200=12
根据闭合电路得欧姆定律
E=U1+I1R1=U1+U22R2R1
解得电压表的示数
U2=40V
故B错误；
C、电流表示数为
I1=E-U1R1=1A
故C正确；
D、电阻R2的功率为
P=I22R2
代入数值得电阻R2的功率P=80W
故D错误。
故选：C。
3.【答案】D
【解析】解：A、闭合开关后，在光照减弱的过程中，光敏电阻的阻值增大，整个回路的电阻增大，则干路电流减小，电流表示数减小，故A错误；
B、电压表和电流表示数的比值等于灯泡与光敏电阻并联的总电阻，在光照减弱的过程中，光敏电阻的阻值增大，并联部分的电阻增大，则电压表和电流表示数的比值增大，故B错误；
C、根据闭合电路欧姆定律可知U=E-I(R1+r)，则|ΔUΔI|=R1+r，恒定不变，故C错误；
D、电阻箱阻值调整为R1，闭合开关后，秋天傍晚6点时，灯泡L恰好能发光。若电阻箱阻值大于R1，灯泡与光敏电阻并联部分分担的电压减小，当秋天傍晚6点之后，光敏电阻的阻值增大，灯泡与光敏电阻并联部分分担的电压增大，灯泡才可能发光，故D正确。
故选：D。
4.【答案】B
【解析】解：细胞膜两侧电荷量的变化量为
ΔQ=CΔU
平均电流为
I-=ΔQt
代入数据得
I-=2.5×10-7A，故B正确，ACD错误；
故选：B。
5.【答案】D
【解析】解：A、电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则判断可知，电子所受的洛伦兹力方向向里，则后表面积累了电子，前表面的电势比后表面的电势高，故A错误；
BC、由电子受力平衡可得eUa=evB，解得U=Bva，所以前、后表面间的电压U与v成正比，前、后表面间的电压U与c无关，故BC错误；
D、稳定时自由电子受力平衡，受到的洛伦兹力等于电场力，即evB=eUa，故D正确。
故选：D。
6.【答案】A
【解析】A.当S1和S2均断开时，电流计与R1=2900Ω串联，改装为电压表，量程为：U=Ig(Rg+R1)=10-3×(2900+100)V=3V，故此电路改装成的电压表可测量2V的电压，故A正确；
BCD.当S1和S2均闭合时，R1被短路，电流计与R2=1009Ω并联改装为电流表，量程为I=Ig+IgRgR2=10-3A+10-3×1001009A=10-2A；
仅闭合开关S1时，电流表的量程为I'=Ig+Ig(Rg+R1)R2=271mA>10mA，故BCD错误。
故选：A。
7.【答案】B
【解析】解：A、由题意可知，质点飞出平行板后只受重力作用且垂直打在M上，可知质点在平行板间竖直方向受力不平衡，质点在平行板间向上偏转做类平抛运动，如图所示，
则有质点在平行板间竖直方向的加速度与飞出平行板后竖直方向的加速度大小相等，方向相反，在平行板间由牛顿第二定律可得：qE-mg=ma
飞出平行板后则有：mg=ma
联立解得两极板间的电场强度为：E=2mgq
由匀强电场的电场强度与电势差的关系式U=Ed可得：U=2mgdq，故A错误；
B、质点在电场中向上偏移的距离为：y=12at2
其中加速度：a=qE-mgm
在水平方向：L=v0t
联立解得：y=gL22v02
此时质点在竖直方向的分速度为：vy=at=gLv0
则有质点在电场中运动增加的机械能为：ΔE=mgy+12mvy2=mg2L22v02+12mg2L2v02=mg2L2v02
由能量守恒定律可知，质点通过电场过程中电势能减少等于质点机械能的增加mg2L2v02，故B正确；
C、若仅增大初速度v0，质点在两个偏转过程中具有对称性，即两个过程的受力情况分别不变，竖直方向加速度大小相等，方向相反，运动的时间相等，则该质点仍能垂直打在M上，C错误；
D、若仅增大两极板间距，因两板上所带电荷量不变，则根据相关静电场知识有：E=Ud，C=QU，而电容的大小C=εrS4πkd
联立可得：E=QCd=4πkQϵrS与板间无关
由上式可知两板间的电场强度不变，质点在电场中受力不变，则运动情况不变，则该质点仍能垂直打在M上，故D错误。
故选：B。
8.【答案】BD
【解析】解：AB.直导线中向上的电流增大，根据安培定则可知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，故A错误，B正确；
CD.由对称性结合左手定则可知，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；由于离导线越近，磁感应强度越大，则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，故C错误，D正确。
故选：BD。
9.【答案】ABC
【解析】解：根据洛伦兹力提供向心力得：qvB=mv2r
代入磁感应强度的值得到运动的轨道半径：R=d
A、要求最短时间，则恰好弦长最短，打到P点的正左方，如图所示，
根据几何关系，偏转的圆心角为π3，因此运动时间为：t=Rθv=πd3v，故A正确；
B、由几何关系可知，打到荧光屏MN上最长时间恰好运动了34个周期，轨迹如下图所示，
结合上一选项的结论，那么最大的时间差：Δt=(3π2-π3)dv=7πd6v，故B正确；
CD、若磁感应强度B=mv2qd，则轨道半径：R=2d
到达荧光屏最下端的粒子的轨迹是与MN相切的，设下半部分的亮线长度为x1，根据几何关系有：x12+(R-d)2=R2
整理解得：x1= 3d
到达荧光屏最上端的粒子与屏的交点与P点连线为轨迹的直径，设上半部分亮线的长度为x2，根据几何关系有：x22+d2=(2R)2
整理解得：x2= 15d
所以亮线的总长度为( 15+ 3)d，故C正确，D 错误。
故选：ABC。
10.【答案】BC
【解析】解：设电荷带电量为Q，ab间距离为2r。
A、根据题目中给出的图像可知，在a处为正电荷，在b处为负电荷。故A错误；
B、根据点电荷产生的场
E=kQr2
及电场强度的叠加原理可知，cd两处电场强度相同，电场方向由c指向d，故B正确；
C、根据题意可知，c点电势高于d点电势，故将电子从c点移到d点电场力做负功，故C正确；
D、等量异种电荷中间点电势为0，但场强不为0，故D错误
故选：BC。
11.【答案】A ρ=πUD24IL
【解析】解：(1)由于RVRx=10000100>RxRA=10030
可知电流表应采用外接法；待测电阻阻值远大于滑动变阻器最大阻值，为了方便调节，滑动变阻器应采用分压接法，因此实验中实验电路应采用图中的A。
(2)由电阻定律可得R=ρLS
又R=UI，S=πD24
联立解得电阻率为ρ=πUD24IL。
故答案为：(1)A；(2)ρ=πUD24IL
12.【答案】4.42 B 1a ka 小
【解析】解：(1)直流电压表最小刻度为0.1V，则读数为4.42V；
(2)①为保护电源电路中电流不超过25mA，则电路中最小电阻为：R=EIm=4.4125×10-3Ω=176Ω，故ACD错误，B正确；
故选：B。
由电路可知：U=ER+R0+r(R+R0)
可得：1U=1E+rE⋅1R+R0
结合图像的纵截距和斜率可得：a=1E，k=rE
解得：E=1a，r=ka
②可用“等效电源法”分析误差大小：可以把电源与电压表看作一等效电源，则电动势测量值等于外电路断开时“等效电源”两极间的电压，由于电压表不是理想电表，所以有电流通过“电源”，因而路端电压要小于电动势，所以电动势测量值小于真实值，即电源电动势的测量值比真实值偏小。
故答案为：(1)4.42(4.40～4.45均正确)；(2)①B；②1a、ka；③偏小。
13.【答案】(1)根据题意可得，小灯泡恰好正常发光时回路中的电流为
I=PU=22A=1A
此时电动机也正常工作，可得其正常工作时的输出功率
PM出=UMI-I2r0
而
UM=E-U-I(r+R)
联立解得
PM出=11W
(2)电源的效率
η=EI-I2rEI×100%=90%
答：(1)电动机正常工作时的输出功率等于11W；
(2)电源的效率等于90%。
14.【答案】解：(1)带电粒子在第一象限中做类平抛运动，设粒子到达Q点，则有
vy2=2ah
tan45°=vyv0
由牛顿第二定律得：
qE=ma
联立解得：
E=mv022qh
(2)粒子进入第四象限做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：
qvB1=mv2r1
v=v0cs45∘
联立解得：r1= 2h
粒子进入第三象限做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：
qvB2=mv2r2
解得：r2= 22h
粒子的运动轨迹如图所示

故粒子从进入磁场到第四次经过y轴所用时间为：
t=12T1+2⋅34T2+34T1
其中T1=2πmqB1，T2=2πmqB2
联立解得：t=4πhv0
答：(1)匀强电场的场强E大小为mv022qh；
(2)粒子从进入磁场到第四次经过y轴所用时间t为4πhv0。
15.【答案】解：(1)线框从静止释放到下边缘刚进入磁场，根据机械能守恒定律有
MgH=12Mv12
解得线框下边刚进入磁场时的速度大小为
v1=6m/s
线框下边切割磁感线，产生的感应电动势为
E=BLv1
根据闭合电路欧姆定律
I=ER=BLv1R
其下边刚接触磁场区域时恰好可做匀速直线运动，由平衡条件得
Mg=F安=BIL=B2L2v1R
解得磁感应强度B的大小为
B=1T
(2)导线框下边刚离开磁场区域时速度为v2，导线框完全在磁场中只受重力，则
v22-v12=2g(a-L)
解得
v2=10m/s
当导线框下边刚离开磁场区域时，对导线框受力分析，由牛顿第二定律得
F安'-Mg=Ma'
其中
F安'=BI'L=BBLv2RL
代入数据解得
a'=203m/s2
方向竖直向上。
(3)当导线框进入磁场的过程中，产生感应电流，在该过程中导线框做匀速直线运动，根据
E=BLv1
I=ER=BLv1R
L=v1t
Q1=I2Rt
联立可得
Q1=20J
因为导线框完全在磁场中只受重力，没有感应电流，产生的焦耳热为
Q2=0
故导线框下边刚接触磁场至下边刚要离开磁场的过程中产生的焦耳热为
Q=Q1+Q2=20J+0=20J
答：(1)磁感应强度B的大小为1T；
(2)导线框下边刚离开磁场区域时的加速度a'为203m/s2，方向竖直向上；
(3)导线框下边刚接触磁场至下边刚要离开磁场的过程中产生的焦耳热Q为20J。