河北省张家口市尚义县第一中学等校2024-2025学年高二下学期2月开学考试物理试题（解析版）

这是一份河北省张家口市尚义县第一中学等校2024-2025学年高二下学期2月开学考试物理试题（解析版），共16页。
1.本试卷考试时间为75分钟，满分100分。
2.答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡相应的位置。
一、单选题：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的。
1. 当今社会，人工智能迅猛发展，而形形色色的科技材料是人工智能的基础。如图为某同学用平行板电容器探究某材料在竖直方向的尺度随温度变化关系的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动。若保持电容器所带电荷量不变，发现材料温度降低时，两极板间电压升高。则下列说法正确的是（ ）
A. 极板间距离增大
B. 被测材料竖直方向尺度增大
C. 极板间电场强度变大
D. 电容器电容变大
【答案】A
【解析】
【详解】D．若保持电容器所带电荷量不变，发现材料温度降低时，两极板间电压升高，根据可知，电容器的电容变小，故D错误；
AB．根据可知，C变小，则d增大，即极板间距离增大，可知材料竖直方向尺度减小，故A正确，B错误；
C．极板间电场强度为
可知，Q不变，则极板间电场强度不变，故C错误。
故选A。
2. 如图所示是一组沿水平方向的等势面，每两个相邻等势面相距，由此可以确定电场强度的方向和大小是（ ）
A. 竖直向下，B. 水平向左，
C. 水平向左，D. 竖直向下，
【答案】A
【解析】
【详解】根据电场强度的方向应与等势面垂直，且由较高的等势面指向较低的等势面，可知该电场强度的方向竖直向下。由场强与电势差的关系得
故选A。
3. 如图所示电路中，电源的电动势和内阻分别为E和r，L1和L2为两个阻值不变的小灯泡，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻，当滑动变阻器的滑片向上滑动时，两灯泡的亮度变化情况为（ ）
A. L1和L2都变亮B. L1和L2都变暗
C. L1变亮，L2变暗D. L1变暗，L2变亮
【答案】C
【解析】
【详解】当滑动变阻器的滑片向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，回路总电阻变大，干路电流变小，内电压变小，路端电压变大，L2两端电压变小，流过L2的电流变小，L2变暗，L1两端电压变大，流过L1的电流变大，L1变亮。
故选C。
4. 如图所示，半圆形导线abc通以恒定电流I，将其放置在竖直向上匀强磁场中，导线所在平面与磁场平行。已知磁感应强度大小为B，导线长为πL，直径ac与磁场方向夹角θ=45°，则该导线所受到的安培力大小为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】该导线受到的安培力为
故选B。
5. 如图所示为某一电流的i-t图像，曲线部分为正弦函数的一部分，则电流的有效值为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据电流的热效应可得
所以
故选C。
6. 如图所示，粒子源不断地产生氢的三种同位素原子核（、和），三种粒子飘入（初速度可忽略不计）电压为的加速电场，经加速后从小孔沿平行金属板、的中心线射入偏转电场。cd两板间的电压为，在偏转电场的右侧存在范围足够大的有界匀强磁场，磁场左边界与板右端重合，磁场方向垂直纸面向里。三种粒子通过偏转电场后从进入磁场，之后又从边界射出磁场，平行金属板、的中轴线与边界交于点。整个装置处于真空中，加速电场与偏转电场均视为匀强电场，不计粒子重力及粒子间的相互作用力。下列说法错误的是（ ）
A. 、和三种粒子从同一位置射入磁场
B. 、和三种粒子从同一位置射出磁场
C. 、和三种粒子射出磁场时速度方向相同
D. 仅增大，则射入磁场的位置和射出磁场的位置之间的距离不变
【答案】B
【解析】
【详解】A．粒子在加速电压中有
在偏转电场中，设板长为L，间距为d，有，
其中
解得
则、和三种粒子从同一位置射入磁场，故A正确，不符合题意；
BCD．设速度偏转角为，位移的偏转角为，则满足
可知粒子进入磁场的速度方向相同，则三种粒子射入磁场时速度方向相同；
假设射入磁场的速度大小为
进入磁场后有
入射与出射点的距离为
解得
三种粒子带比荷不同，则、和三种粒子不会从同一位置射出磁场，仅增大，则射入磁场的位置和射出磁场的位置之间的距离不变，故B错误，符合题意，CD正确，不符合题意。
本题选择错误选项；
故选B。
7. 如图所示是一个圆心在点、半径为R的圆形匀强磁场区域，磁感应强度大小为，磁感应强度方向垂直纸面向里。大量同种带电粒子从圆上A点以不同的方向沿纸面射入磁场，速度大小均为，带电粒子的质量均为，所带电荷量均为，粒子重力均忽略不计，下列说法错误的是（ ）
A. 若，则粒子在磁场中运动的最长时间为
B. 若且粒子在磁场中运动时间最长，则粒子的入射速度方向与之间的夹角为
C. 若，则粒子射出磁场时的速度方向均垂直于方向
D. 若，粒子能打在圆形磁场边界上的范围是三分之一个圆周长
【答案】D
【解析】
【详解】AB．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力可得
解得
若
则
粒子在磁场中运动时间最长时，磁场区域的直径是轨迹的一条弦，轨迹如图
由几何关系可知
解得
则粒子的入射速度方向与之间的夹角为
又
粒子在磁场中运动的最长时间为
故AB正确，与题意不符；
C．由AB选项分析可知，若，则
即粒子的轨迹半径等于圆形磁场的半径，根据轨迹“磁聚焦”原理逆向分析可知，沿不同方向射入磁场的粒子，出磁场时的速度方向相同，均垂直于OA方向，如图所示
故C正确，与题意不符；
D．由AB选项分析可知，若，则
粒子打到圆周上的最远位置距离入射点为
轨迹如图
由几何关系可知，最大距离所对应的磁场圆的圆心角为60°，即粒子能打在圆形磁场边界上的范围是六分之一个圆周长，故D错误，与题意相符。
本题选错误的，故选D。
二、多选题：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，有两个或两个以上正确答案，全部选对得6分，漏选得3分，错选0分。
8. 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。当输入电压U=9V时，三个完全相同的灯泡L1、L2、L3均正常发光，灯泡电阻恒定。下列说法正确的是（ ）
A.
B.
C. 灯泡的额定电压是3V
D. 如果L3突然烧断，L1将变暗，L2将变亮
【答案】ACD
【解析】
【详解】ABC．根据原副线圈电流与匝数的关系可得
根据欧姆定律可得
所以
故AC正确，B错误；
D．如果L3突然烧断，则副线圈回路中电阻变大，则原线圈回路中电流减小，L1将变暗，L1两端电压减小，副线圈两端电压变大，L2将变亮，故D正确。
故选ACD。
9. 我国建造的第一台回旋加速器的工作原理如图所示，其核心部分是两个D形盒（图甲），两盒中间接入交变电压（图乙）。粒子源置于D形盒的圆心附近，现粒子源产生质子，在时刻质子进入“D”型盒的间隙，质子获得的最大动能为，已知粒子的初速度不计，忽略粒子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中引起的粒子质量变化。下列说法正确的是（ ）
A. 质子第二次加速前后在磁场中运动的轨道半径之比为
B. 仅增大交变电压，质子在加速器中获得的最大动能将增大
C. 仅增大交变电压，质子在加速器中运动的时间将减小
D. 若仅将交流电源周期变为原来的两倍，则可使用该加速器对粒子加速，且粒子获得的最大动能等于
【答案】CD
【解析】
【详解】A．质子第二次加速前，有
又
联立，解得
同理，可得质子第二次加速后在磁场中运动的轨道
质子第二次加速前后在磁场中运动的轨道半径之比为，故A错误；
B．质子在加速器中获得的最大速率满足
解得
可得质子在加速器中获得的最大动能
则仅增大交变电压，质子在加速器中获得的最大动能不变，故B错误；
C．设质子加速的次数为n，则有
则质子运动的时间
又
联立，解得
可知仅增大交变电压，质子在加速器中运动的时间将减小，故C正确；
D．根据
可知粒子与质子在磁场中运动的周期关系为
根据回旋加速器的工作原理可知，若仅将交流电源周期变为原来的两倍，则可使用该加速器对粒子加速，根据
可知粒子和质子获得的最大动能分别表示为，
则有
故D正确。
故选CD。
10. 如图所示，水平方向的匀强磁场的上下边界分别是MN、PQ，磁场宽度为L。一个边长为a的正方形导线框（L>2a），从磁场上方下落，运动过程中上下两边始终与磁场边界平行。若不计空气阻力，则线框从cd边刚进入磁场到ab边离开磁场过程中线框所受安培力F的大小随时间t变化的图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】
【详解】A．当线框进入磁场时，若安培力等于重力，即，
则安培力保持不变，当线框完全进入磁场时，穿过线框的磁通量不变，线框中没有感应电流，线框将不受安培力，线框向下做匀加速直线运动，所以当线框出磁场时，安培力大于重力，根据牛顿第二定律可得
线框做减速运动，安培力减小，加速度减小，则安培力减小的越来越慢，故A错误；
B．当线框进入磁场时，若安培力小于重力，则线框向下加速，安培力增大，加速度减小，安培力增大的越来越慢，线框出磁场时，若安培力等于重力，则线框做匀速运动，安培力不变，故B正确；
CD．当线框进入磁场时，安培力大于重力，则线框做减速运动，安培力减小，加速度减小，则安培力减小的越来越慢，出磁场时，安培力大于重力，线框做减速运动，安培力减小，加速度减小，安培力减小的越来越慢，故C错误，D正确。
故选BD。
三、非选择题：本题共5道小题，共54分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分；有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 为探究影响感应电流方向的因素，“荀子实验小组”的同学们做了如下的实验。
（1）同学们首先用如图甲的实验装置进行探究，所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从“+”接线柱流入电流表时，指针向右偏转。将条形磁铁按如图甲方式S极向下插入螺线管时，发现电流表的指针向右偏转。说明螺线管中感应电流在螺线管内部产生的磁场方向与条形磁铁在螺线管内部产生磁场方向________（填“相同”或“相反”）
（2）同学们又用如图乙所示的器材进行探究。发现为了使小灯泡能短暂发光，应将如图所示的N极向下的条形磁铁快速________（选填“向下插入”或“向上拔出”）。同学们还发现条形磁铁运动越快，小灯泡发光的亮度就越大，这说明感应电动势随________（选填“磁通量”、“磁通量的变化量”或“磁通量的变化率”）的增大而增大。
（3）实验结束后，实验小组的同学们又结合教材中自感实验做了如下实验。如图丙所示，将两条支路分别接上电流传感器（可以测出电流大小，且内阻忽略不计），已知灯泡电阻不变且阻值为。闭合开关S后，流过两个电流传感器的图像如图丁所示。由图可知：
①流过灯泡的电流是________（选填“”或“”）；
②线圈的直流电阻________（选填“大于”“等于”或“小于”）灯泡电阻。
【答案】（1）相反 （2） ①. 向下插入 ②. 磁通量的变化率
（3） ①. a ②. 大于
【解析】
小问1详解】
电流表的指针向右偏转，说明螺线管中感应电流沿顺时针方向（俯视），根据安培定则可知螺线管内部产生的磁场方向竖直向下，由图可知条形磁铁在螺线管内部产生磁场方向竖直向上，故二者方向相反。
【小问2详解】
[1]将如图所示的N极向下的条形磁铁快速向下插入时，根据楞次定律可知螺线管中电流方向可以使二极管处于导通状态，小灯泡能短暂发光。
[2]条形磁铁运动越快，小灯泡发光的亮度就越大，这说明感应电动势随磁通量的变化率的增大而增大。
【小问3详解】
①[1]由图丙可知，闭合开关S后，自感线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，会导致流过灯泡的电流由大到小变化，最后趋于某一稳定值，所以流过灯泡的电流是图丁中的a。
②[2]由图丁可知电流稳定后，流过灯泡的电流稍大一些，根据并联电路的分流原理可知，线圈的直流电阻大于灯泡电阻。
12. 柠檬果肉质多细嫩，具有促进消化，生津止渴，补充维生素C的功效。某兴趣小组想要探究柠檬电池的电动势E和内阻r的大小。同学们用铜片和锌片相隔一定距离平行插入柠檬内，制成一个如图甲所示的简易柠檬电池（该电池电动势约为1V，内阻约为300Ω）。
（1）现利用毫安表、电压表较精确地测定该“柠檬电池”的电动势和内阻，小组成员设计了如图乙所示的实验电路图。若滑动变阻器有R1（0~1500Ω）和R2（0~15Ω）两种规格，为使电路中电压、电流调节范围大一些，则应该选用________（选填“R1”或“R2”）；
（2）按图乙实验，得到的U-I图像如图丙所示，则该水果电池的电动势E=________V，内阻r=________Ω；（结果保留一位小数）
（3）同学们保持其他实验条件不变，仅增加铜片和锌片插入的深度，重复上述实验，测得的电源内阻与原来相比变小了，产生这种情况的原因可能是________（请从电阻决定式的角度进行解释）。
【答案】（1）R1 （2） ① 1.0 ②. 333.3
（3）内阻的横截面积增大
【解析】
【小问1详解】
由于水果电池内阻约为300Ω，阻值较大，所以为了使电路中电压、电流调节范围大一些，滑动变阻器应该选用阻值较大的R1；
【小问2详解】
[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得
结合图线可得，
【小问3详解】
根据电阻定律
可知，增加铜片和锌片插入的深度，电源内阻的横截面积增大，则电阻变小。
13. 如图所示，有一连接电源且水平放置的金属导轨处在磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面为角斜向上。将金属杆垂直导轨放置，结果静止在导轨上，已知：金属棒质量为，接入导轨的长度为，通过的电流为，重力加速度。求：
（1）金属杆受到的摩擦力。
（2）金属杆对导轨的压力大小。
【答案】（1），方向水平向右 （2）9N
【解析】
【小问1详解】
对导体棒作受力分析，如图所示
有
根据共点力的平衡有
方向水平向右。
【小问2详解】
对导体棒，竖直方向的受力平衡，有
整理得
根据牛顿第三定律，知金属杆对导轨的压力大小为9N。
14. 如图甲所示，两根完全相同光滑导轨固定，导轨所在平面与水平面成θ=53°，下端连接定值电阻R，导轨间距L=0.5m。导轨所在斜面的矩形区域M1P1P2M2内分布有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小随时间的变化规律如图乙所示，上下边界M1P1、P2M2的距离d=0.4m。t=0时刻，导轨斜面上与M1P1距离s处，一根质量为m=2kg，阻值r=1.25Ω的金属棒ab垂直于导轨由静止释放，经过0.2s进入磁场且恰好匀速通过整个磁场区域。已知重力加速度g=10m/s2，sin53°=0.8，导轨电阻不计。求：
（1）t=0时，ab与M1P1的距离s；
（2）定值电阻R的阻值；
（3）从t=0到ab棒离开磁场的整个过程中电阻R产生的热量。
【答案】（1）0.16m
（2）1.25Ω （3）7.2J
【解析】
【小问1详解】
根据题意，导体棒进入磁场前做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可得
根据位移时间关系可得
联立可得
【小问2详解】
导体棒进入磁场时速度大小为
导体棒进入磁场后做匀速直线运动，则，
解得，
小问3详解】
0~0.2s内，根据法拉第电磁感应定律可得
所以
导体棒在磁场中运动的时间为
所以从t=0到ab棒离开磁场的整个过程中电阻R产生的热量为
15. 某质谱仪原理如图所示，为粒子加速器，加速电压为；为速度选择器，磁场与电场正交，匀强电场水平向左，匀强磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为，两板间距离为；为偏转分离器，匀强磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为。现有一质量为、电荷为、初速度为0的粒子，经加速后，该粒子进入恰好做匀速直线运动，粒子从点进入后做匀速圆周运动，打在底片上的点，不计重力。
（1）求速度选择器两板间的电压大小；
（2）求的距离；
（3）其他条件不变，仅使中的加速电压减小至（略小于），粒子恰好垂直打在速度选择器下挡板的点上，求粒子打在P点的速度大小。
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
粒子在加速电场中运动时
在速度选择器中运动时
解得
【小问2详解】
粒子在磁场中做圆周运动，则
则L=2r
联立解得
【小问3详解】
使中的加速电压减小至，则
解得
采用配速法，在将粒子进入选择器的速度v＇分解为大小为v1、v2的两个分速度，则有v＇=v1-v2
令v1对应的洛伦兹力等于电场力，即
可得：
粒子的运动可分解为线速度大小为v2的匀速圆周运动和速度大小为v1的匀速直线运动，粒子恰好垂直打在下挡板的点上的速度大小为，则有：