高二上学期物理期末模拟卷13（教科版2019，必修第三册+选择性必修第二册）（含答案）

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注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上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。
3．测试范围：教科版2019必修第三册、选择性必修第二册。
4．难度系数：0.7。
一、单选题(共13小题，每小题3分，共39分，每小题列出四个备选项中只有一个符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分)
1．关于静电的知识，下列说法正确的是（ ）
A．雷电天气时，云层所带的电荷量大小不一定是元电荷的整数倍
B．高层建筑上装避雷针是应用了尖端放电的原理
C．调节空气湿度无法防治静电危害
D．两个不带电物体相互摩擦带电后，可能带等量的同种电荷
【答案】B
【解析】物体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍，A错误；避雷针是应用了尖端放电的原理，B正确；调节空气湿度是防止静电危害的有效方法之一，C错误；两个不带电的物体相互摩擦带电后，所带电荷量一定等量异号，D错误。
2．我国古人最早发现了尖端放电现象，并将其用于生产生活中，避雷针就利用了尖端放电现象。避雷针上方有雷雨云时，避雷针附近的电场线分布如图所示，图中央的竖直黑线AB表示避雷针，CD为水平地面。在M、N、P、Q四点中，电势最高的是（ ）
A．Q点B．P点C．N点D．M点
【答案】A
【解析】根据沿着电场线方向电势逐渐降低，结合等势面与电场线垂直可知电势最高的是Q点。
3．如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间t变化的图像如图乙所示，线圈电阻，电阻，则（ ）
A．时，线圈与中性面垂直B．内，电流的方向改变50次
C．电阻R两端电压为D．电阻R在内产生的热量为
【答案】D
【解析】时，电动势为零，线圈平面处于中性面处，A错误；根据图乙可知周期为，一个周期内电流的方向改变两次，则对应个周期，电流方向变化100次，B错误；交流电电动势的有效值，根据串联电路分压原理可知电阻R两端电压，C错误；电阻R在内产生的热量，D正确。
4．两根固定平行直导线M、N，通入大小相同的电流，方向均垂直纸面向里，截面如图所示。P为截面内的一点，O为MN的中点。已知M、N、P恰位于等边三角形的三个顶点，导线M在P点产生的磁感应强度的大小为B，则P点的磁感应强度（ ）
A．大小为，方向沿OP向上
B．大小为，方向垂直于OP向右
C．大小为B，方向沿OP向上
D．大小为B，方向垂直于OP向右
【答案】B
【解析】通电导体在P点的磁感应强度如图，根据矢量的合成可知，方向水平向右。
5．如图甲所示，用金属裸导线制作大小两个圆环，已知大圆半径为，小圆半径为，两圆环接触相切于点。大圆环上端、和切点处留有一非常小缺口。空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场，从时刻起磁感应强度按图乙规律变化，设磁场垂直纸面向里为正方向，则以下说法中正确的是（ ）
A．在过程中，大圆环上a、b两点电势
B．若将小缺口闭合，在过程中小圆环上有如箭头所示方向的电流
C．若将小缺口闭合，在前后瞬间回路中的电流不同
D．在过程中，将理想电压表正确接在大圆环上的、两点之间，电压表读数为
【答案】A
【解析】根据楞次定律，在0~1s过程中，磁感应强度不断增大，在两环之间区域有逆时针方向的感应电动势，点相当于是电源正极，点相当于是电源负极，，A正确；在0~1s过程中小圆环上的电流方向与箭头所示方向相反，B错误；在1s~3s内，磁感应强度的变化率不变，可知在前后瞬间回路中感应电动势不变，则电流也不变，C错误；由法拉第电磁感应定律，即理想电压表读数为，D错误。
6．如图，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。时，磁感应强度为，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从开始，磁感应强度B应该怎样随时间t变化（ ）
A．磁感应强度B应该随时间t均匀减小
B．磁感应强度B应该随时间t成反比
C．磁感应强度B随时间t不可能成反比
D．磁感应强度B应该随时间t的倒数成线性
【答案】C
【解析】时刻的磁通量，在之后某时刻t时的磁通量的表达式，要使回路不产生感应电流，穿过回路的磁通量不变即可，即，解得，只有C正确。
7．1932年，美国物理学家安德森在宇宙射线实验中发现了正电子。如照片所示，在垂直于照片平面的匀强磁场（照片中未标出）中，这是一个正电子穿过铅板时的轨迹。关于照片中的信息，下列说法正确的是（ ）
A．粒子的运动轨迹是抛物线
B．粒子在铅板上方运动的速度小于在铅板下方运动的速度
C．粒子从上向下穿过铅板
D．匀强磁场的方向垂直照片平面向外
【答案】B
【解析】粒子在磁场中的运动轨迹是圆弧，A错误；由图可知粒子在铅板上方运动的轨道半径小于在铅板下方运动的轨道半径，根据，即可知，粒子在铅板上方运动的速度小于在铅板下方运动的速度，粒子从下向上穿过铅板，B正确，C错误；根据左手定则可知，匀强磁场的方向垂直照片平面向里，D错误。
8．离子陷阱是一种利用电场或磁场将离子俘获并囚禁在一定范围内的装置。如图所示为最常见的“四极离子陷阱”的俯视示意图，四根平行细杆与电源相连，相当于四个电极，相对的电极带等量同种电荷，相邻的电极带等量异种电荷。在垂直于四根杆的平面内四根杆的连线是一个正方形abcd，A、C是a、c连线上的两点，B、D是b、d连线上的两点，A、C、B、D到正方形中心O的距离相等，则下列判断正确的是（ ）
A．D点的电场强度为零
B．A、B、C、D四点电场强度相同
C．B点电势比A点电势高
D．O点的电场强度为零
【答案】D
【解析】两负电极在D点形成的电场水平向右，两正电荷在D点形成的电场也水平向右，所以D点电场强度不为0，A错误；A、B、C、D对称分布，电场线密集程度一样，所以这四点电场强度大小相等，但方向不同，B错误；A到B的电场线，是由A指向B，且电场线是曲线，沿着电场线的方向，电势降低，所以A点电势比B点电势高，C错误；根据电场的叠加原理，a、c两个电极带等量正电荷，其中点O的合场强为零，b、d两个电极带等量负电荷，其中点O的合场强为零，则O点总体的合场强为零，D正确。
9．电磁炮是利用电磁发射技术制成的新型武器，如图所示为电磁炮的原理结构示意图。若某水平发射轨道长，宽，发射的炮弹质量为，炮弹被发射时从轨道左端由静止开始加速。当电路中的电流恒为，轨道间匀强磁场时，不计空气及摩擦阻力。下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向为竖直向下
B．炮弹的加速度大小为
C．炮弹在轨道中加速的时间为
D．炮弹发射过程中安培力的最大功率为
【答案】C
【解析】根据左手定则可知，磁场方向为竖直向上，A错误；根据牛顿第二定律有，解得，B错误；根据位移公式有，结合上述解得，C正确；炮弹发射过程中的最大速度，炮弹发射过程中安培力的最大功率，结合上述解得，D错误。
10．如图所示，虚线ad左侧有面积足够大的磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，ad右侧为无磁场区域。使边长为L的正方形单匝导线框绕其一顶点a，在纸面内顺时针转动，线框电阻为R，经时间t匀速转到图中虚线位置，则（ ）
A．导线框abcd中感应电流方向为逆时针方向
B．该过程中流过线框任意横截面的电荷量为
C．导线ab、ac所受安培力的大小之比为
D．导线abc受到的安培力的合力方向垂直于ac向上
【答案】C
【解析】通过线框的磁通量减少，根据楞次定律增反减同可知，线圈中的电流为顺时针方向，A错误；线框在磁场中运动的时磁通量的变化量为，线框中的平均电动势为，线框中平均感应电流为，所以流过线框横截面积的电荷量为，B错误；设线框中电流大小为I，导线ab所受安培力的大小为，导线ac所受安培力的大小之比为，则，C正确；由左手定则可知导线abc受到的安培力的合力方向垂直于ac向下，D错误。
11．如图所示的磁流体发电机由彼此正对的两水平且彼此平行的金属板M、N构成，M、N间存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B1，两金属板与两平行且在水平面内放置的金属导轨相连，金属板M、N及两平行金属导轨间的距离均为d，平行金属导轨间存在磁感应强度为B2的匀强磁场，磁场的方向与竖直方向成θ角斜向左上方，在两平行金属导轨上放有一长为d的直导体棒PQ，直导体棒PQ与两平行金属导轨垂直，其电阻为R，其余电阻不计。在两平行金属板M、N间垂直于磁场方向喷入一束速度大小为v0的等离子体（不计重力），PQ仍静止在导轨上，已知导体棒的质量为m，它与金属导轨间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．通过导体棒的电流方向为P→Q
B．导体棒受到的安培力大小为
C．导体棒受到金属导轨的摩擦力大小为
D．金属导轨对导体棒的支持力大小为
【答案】D
【解析】根据左手定则，等离子体射入磁场后，正离子受向下的洛伦兹力打在N板，负离子受到向上的洛伦兹力，打在M板上，所以N板带正电，M板带负电，通过导体棒的电流方向为Q→P，A错误；设MN板间的电压为，有，可得，通过导体棒的电流为，导体棒受到的安培力大小为，方向垂直方向斜向上，B错误；导体棒受力分析如图，，导体棒受到金属导轨的摩擦力大小为，C错误；金属导轨对导体棒的支持力大小为，D正确。
12．如图所示的电路中，光敏电阻R2的阻值随光照强度增大而减小，电表均为理想电表。闭合开关S，电路达到稳定状态后，若增大照射光强度，电流表的示数变化为，电压表的示数变化为，下列说法正确的是（ ）
A．电流表示数减小B．电压表示数减小
C．电容器所带电荷量增加D．保持不变
【答案】D
【解析】当增大照射光强度时，光敏电阻R2减小，电路的总电阻减小，总电流I增大，电流表示数增大，电压表的示数增大，AB错误；由闭合电流欧姆定律可知，，由于I增大，则UC减小，电容器上的电荷量减少，C错误；根据欧姆定律，保持不变，D正确。
13．已知一个均匀带电球体在其内部产生的电场强度处处为零，在球体外部产生的电场与一个位于球心的、电荷量相等的点电荷产生的电场相同。有一个半径为R的球体上均匀分布着正电荷+Q，在过球心O的直线上有A、B、C、D、E五个点，OA = AB = BC = CD = DE = R，若以OA为直径在球内挖一小球，把挖出的小球移到CD之间固定，带电球体剩余部分和固定小球对于B点和E点的电场强度和电势说法正确的是（球的体积公式为），静电力常量为k（ ）
A．由于E点左侧总电荷量没有变化，所以E点电场强度不变
B．带电球体剩余部分在B点的电场强度
C．带电球体剩余部分和带电小球固定后的在B点电场强度
D．B点和E点在挖出小球之后相比挖出小球之前电势减少
【答案】C
【解析】把挖出的小球移到CD之间，小球距离E点比原来近，所以E点电场强度增大，A错误；若以OA为直径挖一个带电小球，则该小球原本带的电荷量为，若以OA为半径的球为完整的球，则其在B的电场强度大小为，方向向右，被挖小球原来在B点的场强大小，方向向右，带电球体剩余部分在B点的电场强度大小，方向向右，B错误；带电小球固定后，在B点的电场强度大小为，方向向左，带电球体剩余部分和带电小球固定后，在B点电场强度合成后的大小，方向向右，C正确；由正点电荷周围的电势分布规律以及电势是标量，各点的电势是标量和；B点在挖出小球之后相比挖出小球之前电势相等，E点在挖出小球之后相比挖出小球之前电势增大，D错误。
二、多选题(本题共2小题，每小题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
14．下列设备中工作原理相同的是（ ）
A．发电机B．质谱仪
C．变压器D．无线充电
【答案】ACD
【解析】发电机的工作原理是电磁感应现象，质谱仪是利用带电粒子在磁场中运动工作的，变压器的工作原理是电磁感应现象，手机中的线圈，能将底座产生的变化的磁场转化为电流给手机电池充电，是利用电磁感应原理工作的；所以工作原理相同的是发电机、变压器、无线充电。
15．如图所示是两个等量异种点电荷，周围有1、2、3、4、5、6各点，其中1、2之间距离与2、3之间距离相等，2、5之间距离与2、6之间距离相等。两条虚线互相垂直且平分，那么关于各点电场强度和电势的叙述正确的是（ ）
A．1、3两点电场强度大小相等方向相同
B．5、6两点电势可能不同
C．4、5两点电场强度可能相同
D．在1处由静止释放一电子，在向右运动过程中加速度一定是先减小后增大
【答案】AD
【解析】根据等量异种电荷的电场分布可知，1、3两点电场强度大小相等方向相同，A正确；两个等量异种点电荷的中垂线是一条等势线，所以5、6两点电势相等，B错误；4、5两点电场强度方向相同，但是大小不同，C错误；在两电荷的连线上从左到右场强先减小后增加，则在1处由静止释放一电子，在向右运动过程中受电场力先减小后增加，则加速度一定是先减小后增大，D正确。
三、实验题(本题共3小题，共14分)
16．（3分）如图甲为一种电容式角度传感器的原理图，动片与定片为金属材质，动片可以绕转轴转动，动片与定片间为空气，该传感器可以通过测量电容的变化来测量角度（）的变化。
(1)图甲中转动动片可以改变电容器的______（填标号）。
A．两片正对面积B．两片间距C．电介质
(2)类比平行板电容器可知，随着角度变大，电容式角度传感器的电容将______（填“变大”或“变小”）。
(3)如图乙，将该电容式角度传感器充电后与静电计连接，可认为电容器的电荷量基本不变，已知静电计两端电势差越大，指针张角越大，在转动动片的过程中，发现静电计指针张角变大，则电容式角度传感器的角度______（填“变大”或“变小”）。
【答案】(1)A（1分） (2)变小（1分） (3)变大（1分）
【解析】（1）转动动片可以改变电容器的正对面积。
（2）根据平行板电容器的电容表达式有，随着角度变大，正对面积减小，则电容式角度传感器的电容将变小。
（3）根据，，解得，静电计指针张角变大，电势差 ，则正对面积变小，即电容式角度传感器的角度变大。
17．（5分）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用可拆式变压器如图所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。
(1)下列说法正确的是______。
A．实验中，必须在副线圈上接上用电器以形成闭合回路
B．变压器正常工作时，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
C．变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠压而成是为了减小涡流
D．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量
(2)用原线圈匝的变压器实验，测得的实验数据如表所示：
根据实验数据可知，该次实验时副线圈的匝数为______（填“200”或“800”或“1600”）。
(3)多次实验后发现原线圈与副线圈的电压之比总是稍大于原线圈与副线圈的匝数之比，可能的原因是______。（写出一条即可）
【答案】(1)CD（2分） (2)200（2分） (3) 实际用的变压器会有铜损和铁损等原因（1分）
【解析】（1）实验中，不需要在副线圈上接上用电器以形成闭合回路，副线圈也能产生感应电动势，A错误；变压器正常工作时，铁芯导磁，利用互感现象把电能由原线圈输送到副线圈，B错误；变压器的铁芯用相互绝缘的硅钢片叠压而成是为了减小涡流，C正确；使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量，D正确。
（2）由于铁芯发热、漏磁、铜损铁损等原因，副线圈交流电压表的读数应小于理想电压表的读数，而忽略误差后总是的一半，所以可判断出原线圈匝数为200匝。
（3）由于铁芯在交变磁场的作用下会发热，交变电流产生的磁场不可能完全限制在铁芯内，存在着漏磁现象，理想变压器是一个理想模型，实际用的变压器会有铜损和铁损等原因，所以原线圈与副线圈的电压之比总是稍大于原线圈与副线圈的匝数之比。
18．（6分）“阳光”学习小组正在测定某种合金制成的金属丝的电阻率。
(1)同学们用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图甲所示，则该金属丝的直径______。
(2)接着用多用电表粗测金属丝的阻值。在进行正确的机械调零后，将欧姆挡的选择开关拨至“”挡，再将红、黑表笔短接，进行欧姆调零，再将金属丝接入两表笔间，表盘示数如图乙所示，则金属丝的阻值为________。
(3)为了更准确地测量金属丝的电阻，同学们经过讨论设计的实验电路图如图丙所示（表示待测金属丝）。同学们选择合适的实验器材正确操作。实验中测得接入电路的金属丝长度为，直径为，电压表的示数为，电流表的示数为，则金属丝的电阻率________（用本题所给的物理量符号表示）。
【答案】(1)0.384（0.382~0.386均可）（2分） (2)180（2分） (3) （2分）
【解析】（1）金属丝的直径
（2）金属丝的阻值为
（3）根据欧姆定律可知，待测金属丝的电阻，根据电阻定律，且，解得金属丝的电阻率.
四、计算题（本题共4小题，第19题各7分，第20题各9分，第21题11分，第22题14分，共41分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写最后答案的不给分，有数值计算的，答案中有单位的必须明确写出数值的单位）
19．（7分）如图所示，负电荷q在恒力F作用下在匀强电场中做匀速运动，某段时间内由A运动到B，已知：AB距离为l＝0.5m，恒力，F与AB的夹角为，电荷量为，A点的电势，不计电荷的重力，。求：
(1)匀强电场的电场强度E的大小；
(2)B点的电势；
(3)q由A到B的过程中电势能的变化量。
（7分）【答案】(1) (2) (3)
【解析】（1）由电荷做匀速运动可得（1分）
解得：（1分）
（2）A、B两点电势差（1分）
而（1分）
解得：（1分）
（3）（1分）
解得：（1分）
20．（9分）在研究微型电动机的性能时，应用如图的实验电路，当调节变阻器R使电动机停止转动时，电流表和电压表测得的数据是0.5A，2.0V，重新调节R使电动机恢复正常运转，此时电流表和电压表的读数分别是2.0A，30.0V，则：
(1)这台电动机的内阻为多少？
(2)电动机正常运转时的输出功率是多少？
(3)电动机的效率是多少？
（9分）【答案】(1)4Ω (2)44W (3)73.3%
【解析】（1）当电动机停止转动时，由题得电动机的电阻（1分）
解得：（1分）
（2）当电动机正常转动时，电动机的总功率P=U1I1（1分）
电动机的发热功率（1分）
电动机正常运转时的输出功率（1分）
解得：（2分）
（3）因此电动机的效率为（1分）
解得：（1分）
21．（11分）芯片是现代科技的核心，芯片的制造过程中有一个重要步骤就是离子注入。离子注入是指用高能量的电场把离子加速，打入半导体材料的过程，是芯片制造中重要的掺杂技术。如图所示，在一个边长为的正方形真空空间，沿对角线将它分成Ⅰ、Ⅱ两个区域，其中I区域（包括边界有垂直于纸面的匀强磁场，在II区域内有平行于且由指向的匀强电场。一正离子生成器不断有正离子生成，所有正离子从点沿方向以速度射入I区域，然后这些正离子从对角线中点进入II区域，最后这些正离子恰好从点射出。已知离子流的正离子带电量均为，质量均为，不考虑离子的重力以及离子间的相互作用力，求：
(1)I区域磁感应强度的大小和方向；
(2)Ⅱ区域电场强度的大小；
(3)为了调整离子注入的深度，现将磁感应强度增强为原来的2倍，同时调整电场强度，使正离子仍可以从点注入半导体。求调整前后正离子从点飞出的动能大小之比。
（11分）【答案】(1)，垂直纸面向里 (2) (3)
【解析】（1）根据左手定则，可以判断磁场方向垂直纸面向里；设正离子在磁场中运动的半径为r，则（1分）
又（1分）
解得，（1分）
（2）设离子恰好从D点离开电场时对应的电场强度为E，则有（1分）
（1分）
（1分）
解得（1分）
（3）原来离子在磁场中转过的圆心角，磁感应强度加倍后，根据运动的半径为
（1分）
离子在磁场中转过的圆心角仍为，离子将从中点F经过分界线，即
（1分）
结合类平抛的知识可知，D点速度的反向延长线交于对应匀速方向位移的中点，
再根据三角形相似可得，调整前
调整后
又（1分）
解得：（1分）
22．（14分）如图所示，倾角为、绝缘、光滑、无限长的斜面上相距为的水平虚线MN、PQ间有垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，“日”字形闭合导体线框沿斜面放置，ab边平行于PQ边，线框宽ab为L，cd到MN的距离为，将金属框由静止释放，cd边和ef边都恰好匀速通过磁场。已知ab、cd、ef边的电阻分别为R、R、3R，其它部分电阻不计，运动中线框平面始终与磁场垂直，ab边始终平行PQ，不计空气阻力，重力加速度大小为g。求：
(1)cd边和ef边通过磁场的速度大小之比；
(2)cd边刚进入磁场到ef边刚离开磁场的过程，重力的冲量大小；
(3)整个线框穿过磁场过程中，ab段电阻中产生的焦耳热。
（14分）【答案】(1) (2) (3)
【解析】（1）设cd边进入磁场时速度大小为，cd边中电流大小为，则
（1分）
设线框质量为m，对线框有（1分）
联立解得
设ef边进入磁场时速度大小为，ef边中电流大小为，则有（1分）
对线框有（1分）
联立解得
则cd边和ef边通过磁场的速度大小之比为（1分）
（2）对线框，从静止下滑至cd边刚进入磁场过程，线框加速度大小a，则
（1分）
（1分）
解得
设cd边和ef边通过磁场时间分别为和，则（1分）
（1分）
解得
设cd边刚出磁场到ef边刚进入磁场过程时间为，则有（1分）
解得
则整个线框穿过磁场过程中，重力的冲量大小为（1分）
（3）cd边、ef边穿过磁场过程中，回路中产生的焦耳热相同设为Q，则有（1分）
cd边穿过磁场和ef边穿过磁场过程，ab边产生的焦耳热分别为和，则有（1分）
（1分）
整个线框穿过磁场过程中，ab中产生的焦耳热为（1分）
次数
1
2
3
4
/V
4.90
6.00
7.50
10.06
/V
2.40
2.92
3.70
4.97