安徽省合肥市庐江县2023_2024学年高二物理下学期期中试题含解析

这是一份安徽省合肥市庐江县2023_2024学年高二物理下学期期中试题含解析，共20页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题（每题4分，8小题，共计32分）
1. 如图所示质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔垂直进入匀强磁场，带电粒子仅受洛伦兹力的作用，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是（ ）
A. M带负电，N带正电
B. M的速率小于N的速率
C. 洛伦兹力对M、N做正功
D. M在磁场中运动时间比N长
【答案】A
【解析】
【详解】A．根据左手定则可知M带负电，N带正电，故A正确；
B．根据
可得
由图可知M的速率大于N的速率，故B错误；
C．洛伦兹力对M、N做不做功，故C错误；
D．根据
可知M在磁场中的运动时间与N相同，故D错误。
故选A。
2. 如图所示，条形磁铁放在水平桌面上，其正上方略偏右处固定一根直导线，导线和磁铁垂直，并通以垂直纸面向外的电流，则（ ）
A. 磁铁对桌面的压力减小B. 磁铁对桌面的压力不变
C. 桌面受向左的摩擦力D. 桌面受向右的摩擦力
【答案】C
【解析】
【详解】在磁铁外部，磁感线从N极指向S极，导线所在处磁场向右斜向下，导线电流垂直于纸面向外，由左手定则可知，导线受到的安培力向右斜向上，由牛顿第三定律可知，导线对磁铁的作用力向左斜向下，磁铁保持静止，故磁铁对桌面的压力增大，有向左的运动趋势，磁铁受到向右摩擦力。根据牛顿第三定律可知，桌面受向左的摩擦力。
故选C。
3. 如图所示为直流电动机物理模型， 电源电动势为E、 内阻为r，均匀导线制成的正方形线框边长为L、匝数为 N，总电阻为R。两固定磁极提供磁感应强度为B的匀强磁场，闭合开关，下列说法正确的是（ ）
A. 要使线框顺时针转动起来，左磁极就为 N极
B. 滑动变阻器电阻调为0，则闭合开关瞬间， 线圈刚要转动时， 与转轴平行的一根导线受到的安培力大小为
C. 要提高线框转速，滑动变阻器的触片从左向右滑动
D. 若将电源和磁极同时改变方向，线框仍做顺时针转动
【答案】D
【解析】
【详解】A．要使线圈顺时针转动起来，则线圈左端受到向上的安培力，线圈左端电流流向里面，则根据左手定则，磁场方向应为从右往左，则左磁极就为 S极，A错误；
B．电流大小为
与转轴平行的一根导线受到的安培力大小为
B错误；
C．要提高线框转速，则要增大电流，减小电阻，则要滑动变阻器的触片从右向左滑动，C错误；
D．若将电源和磁极同时改变方向，则磁场方向与电流方向都改变了，线框受力方向不变，仍做顺时针转动，D正确；
故选D。
4. 水平桌面上固定一根绝缘长直导线，矩形导线框abcd靠近长直导线固定桌面上，如图甲所示。当长直导线中的电流按图乙的规律变化时（图甲所示电流方向为其正方向），则（ ）
A. ，线框内电流的方向为abcdaB. ，线框内电流的方向为abcda
C. ，线框所受安培力方向一直向左D. ，线框所受安培力方向一直向右
【答案】B
【解析】
【详解】A．，穿过线圈的磁通量向里增加，根据楞次定律可知，线框内电流的方向为adcba，选项A错误；
B．，穿过线圈的磁通量向里减小，根据楞次定律可知，线框内电流的方向为abcda，选项B正确；
C．，穿过线圈的磁通量向外增加，根据楞次定律可知，线框内电流的方向为abcda，根据左手定则，ad受安培力向右，bc受安培力向左，因ad边受安培力大于bc边受的安培力，可知线框所受安培力方向一直向右，选项C错误；
D．，线框内电流的方向为abcda，根据左手定则，ad受安培力向左，bc受安培力向右，因ad边受安培力大于bc边受的安培力，可知线框所受安培力方向向左，可知，线框所受安培力方向先向左后向右，选项D错误。
故选B。
5. 在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环，导体环面积为，导体环的总电阻为。磁场向上为正，磁感应强度B随时间t的变化如乙图所示，。下列说法正确的是（ ）
A. 时，导体环中电流为零
B. 第2s内，导体环中电流俯视顺时针方向
C. 第3s内，导体环中电流的大小为0.1A
D. 第4s内，通过导体环中某一截面的电荷量为零
【答案】B
【解析】
【详解】A．时，穿过导体环的磁通量变化率不为零，则导体环中感应电流不为零，A错误；
B．第2s内，向上穿过导体环的磁通量增大，根据楞次定律感应磁场方向向下，由安培定则可知，导体环中电流为俯视顺时针方向，B正确；
C．第3s内，导体环中电流大小为
C错误；
D．第3s内与第4s内产生的感应电流相同，则第4s内，通过导体环中某一截面的电荷量为
D错误；
故选B。
6. 一位游客在千岛湖边欲乘坐游船，当日风浪较大，游船上下浮动。可把游船浮动简化成竖直方向简谐运动，振幅为，周期为。当船位于最高点时，甲板刚好与码头地面平齐。地面与甲板的高度差不超过时，游客能舒服地登船。在一个周期内，游客能舒服登船的时间是（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】把游船浮动简化成竖直方向的简谐运动，从船上升到最高点时计时，其振动方程为
代入得
当时，可解得
故在一个周期内，游客能舒服登船的时间是s或共2s的时间。
故选A。
7. 如图甲所示，以O点为平衡位置，弹簧振子在A、B两点间做简谐运动，图乙为这个弹簧振子的振动图像，下列说法中错误的是（ ）
A. 在t=0.2s时，小球的加速度为正向最大
B. 在t=0.1s与t=0.3s两个时刻，小球在同一位置
C. 从t=0到t=0.2s时间内，小球做加速度增大的减速运动
D. 在t=0.6s时，弹簧振子有最大的弹性势能
【答案】A
【解析】
【详解】A．在t=0.2s时，小球的位移为正向最大值，由
小球的加速度为负向最大，A错误；
B．在t=0.1s与t=0.3s两个时刻，小球的位移相同，说明小球在同一位置，B正确；
C．从t=0到t=0.2s时间内，小球从平衡位置向最大位移处运动，位移逐渐增大，加速度逐渐增大，加速度方向与速度方向相反，小球做加速度增大的减速运动，C正确；
D．在t=0.6s时，小球的位移为负最大值，即弹簧的形变量最大，弹簧振子的弹性势能最大，D正确。
故选A。
8. 如图所示，先后以恒定的速度和把一个正方形金属线框水平拉出有界匀强磁场区域，且，则在先后两种情况（ ）
A. 线框中电功率之比B. 线框中的感应电流之比
C. 线框中产生的热量之比D. 通过线框某截面的电荷量之比
【答案】C
【解析】
【详解】C．因为正方形金属线框被匀速拉出匀强磁场区域，则有
根据可得
以及可知
故A错误；
B．因为所以
故B错误；
C．线框中产生的热量
所以
故C正确；
D．根据
可得
故D错误。
故选C。
二、多选题（每题5分，有多项符合题意，全部选对得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分，共10分）
9. 如图为交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按图示方向匀速转动，转动角速度，线圈的匝数、总电阻，线圈围成的面积。线圈两端与阻值的电阻相连，交流电压表可视为理想电表。已知磁场的磁感应强度，图示位置矩形线圈与磁感线平行。则（ ）
A. 图示位置，线圈中的电流最大，电流方向为
B. 从图示位置开始计时，通过线圈的磁通量随时间t变化的关系式为
C. 电路中交流电压表的示数为
D. 线圈由图示位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量为
【答案】ACD
【解析】
【详解】A．图示位置磁通量为零，电动势最大，电流最大，根据右手定则可知，线圈中电流方向为，A正确；
B．从图示位置开始计时，通过矩形线圈的磁通量随时间t变化的关系式为
B错误；
C．电动势的最大值
则电动势的有效值
由闭合电路欧姆定律，可得电路中交流电压表的示数
C正确；
D．线圈由图示位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量
D正确。
故选ACD。
10. 如图所示为一款近期火爆的玩具“弹簧小人”，由头部、弹簧和底部组成，头部的质量为m，底部质量为M，弹簧质量不计。初始时，“弹簧小人”静止于水平桌面上。现用手缓慢轻压头部至适当位置后由静止释放，头部不停上下振动，已知弹簧的劲度系数为k，不计一切摩擦力和空气阻力，重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内。则下列说法正确的是（ ）
A. 若刚释放头部时，头部的加速度大小为，则头部振动的振幅为
B. 若刚释放头部时，头部的加速度大小为，则用手缓慢轻压头部过程中，手对头部做的功为
C. 若头部在振动至最高点时底部恰好不离开桌面，则头部在最高点的加速度为
D. 若头部在振动至最高点时底部恰好不离开桌面，则刚释放头部时弹簧的压缩量为
【答案】BC
【解析】
【详解】将弹簧小人简化如图所示模型
A．如图a对应弹簧小人静止时，如图b对应刚释放头部时，如图c对应头部到达最高点时。对图b中的头部
其中
解得振幅
故A错误；
B．将头部从平衡位置按压至最低点过程中，手对头部的压力与头部的回复力大小相等，此过程中，手对头部压力的平均值为
则手对头部做功为
故B正确；
C．图c状态时底部恰不离开桌面，则其他状态时底部也不离开桌面。设此时弹簧的伸长量为，头部的加速度为，对M
对m
解得
由简谐运动的对称性可知，头部在最低点和最高点的加速度大小相等、方向相反，故C正确；
D．图b中m的加速度大小也为
设此时弹簧的压缩量为，对m
解得
故D错误。
故选BC。
三、实验题（两小题，共计14分）
11. 用图示装置完成“探究单摆周期与摆长的关系”：
（1）用游标尺上有10个小格的游标卡尺测量摆球的直径，结果如图甲所示，可读出摆球的直径为______cm；
（2）实验时，摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动的最低点的左、右两侧分别放置激光光源与光敏电阻，如图乙所示，光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R随时间t的变化图线如图丙所示，则该单摆的周期为______。
（3）若把该装置放到正在匀加速上升的电梯中，用完全相同的操作重新完成实验，图像中将______（选填“变大”“不变”或“变小”），图像中将______（选填“变大”“不变”或“变小”）。
【答案】 ①. 1.87 ②. 2t0 ③. 变小 ④. 变小
【解析】
【详解】（1）[1]摆球的直径为
d=1.8×10mm+0.1mm×7=18.7mm=1.87cm
（2）[2]由图可知，该单摆的周期为
T=2t0
（3）[3]若把该装置放到正在匀加速上升的电梯中，则等效重力加速度变为
g＇=g+a>g
则用完全相同的操作重新完成实验，则摆球经过最低点时的速度变大，则遮光时间变短，即图像中将变小，单摆的周期
变小，可知图像中将变小。
12. 有一台内阻为1Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4，降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4Ω。全校共有22个班，每班有“220V 40W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则降压变压器的输出功率为___________，输电线损失的功率为_____________ 。

【答案】 ①. 5280W ②. 144W
【解析】
【详解】[1]要保证全部电灯正常发光，则降压变压器的输出功率为
[2]全部电灯正常发光，则降压变压器输出电压为
根据匝数比可知降压变压器输入电压为
输入功率
所以输电线上的电流为
输电线上损失的电压为
输电线上损失的功率为
四、解答题（3小题，共计44分）
13. 如图甲，O点为单摆的固定悬点，将力传感器接在摆球与O点之间。现将摆球拉到A点，释放摆球，摆球将在竖直面内的A、C之间来回摆动，其中B点为运动中的最低位置。图乙表示细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线，图中t=0为摆球从A点开始运动的时刻，g取10m/s2。
（1）求单摆的振动周期和摆长；
（2）求摆球运动过程中的最大速度。
【答案】（1）s，0.4m；（2）0.283m/s
【解析】
【详解】（1）小球在一个周期内两次经过最低点，由图乙可知该单摆的周期
由单摆的周期公式
解得
（2）在最高点A，沿着摆线的方向根据平衡条件有
在最低点B，由牛顿第二定律有
从A到B，机械能守恒，由机械能守恒定律得
联立三式解得
14. 如图所示，倾角为的足够长的光滑斜面固定在水平面上，斜面底端有一挡板，质量为m的木块甲紧靠挡板放置，轻质弹簧一端与木块甲相连，另一端与质量为m的木块乙相连，弹簧劲度系数为k。开始时两木块均静止，用沿斜面向下的力缓慢推物体乙，到某一位置后撤去该力，将该时刻记为。此后木块乙在斜面上做简谐运动，时刻第一次运动到最高点，此时木块甲恰要离开挡板。已知重力加速度为g．求：
（1）木块乙做简谐运动的周期T；
（2）时刻木块甲对挡板压力F的大小；
（3）木块乙与最高点距离为的时刻t。
【答案】（1）；（2）；（3）或，其中
【解析】
【详解】（1）木块乙从最低点第一次运动到最高点的时间为半个周期，因此可知乙做简谐运动的周期为
（2）设木块乙原来静止时，弹簧的压缩量为，对乙根据平衡条件有
运动到最高点时，弹簧的伸长量为，对甲根据平衡条件有
简谐运动振幅
时刻，挡板对甲的支持力
解得
根据牛顿第三定律，甲对挡板的压力大小
（3）以平衡位置为坐标原点，以沿斜面向下为轴的正方向，则简谐振动的方程为
当第一次时，；当第二次时，，考虑到简谐振动的周期性，则有
或，其中
15. 如图所示，有一对平行金属板，两板相距d，电压为U，两板之间匀强磁场的磁感应强度大小为，方向与金属板面平行并垂直于纸面向里。平行金属板右侧圆形区域内也存在匀强磁场，圆心为O，半径为R，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。一正离子沿平行于金属板面，从A点垂直于磁场的方向射入平行金属板间，沿直线射出平行金属板之间的区域，并沿直径方向射入圆形磁场区域，最后从圆形区域边界上的F点射出。已知与夹角，不计离子重力。求：
（1）离子速度v的大小；
（2）离子的比荷；
（3）离子在圆形磁场区域中运动时间t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意可知离子在平行金属板间做直线运动，则有
可得离子的速度大小为
（2）离子进入磁场的运动轨迹如图所示
由几何关系可得
解得离子的轨道半径为
由洛伦兹力提供向心力可得
联立解得离子的比荷为
（3）离子在圆形磁场区域中运动时间为
联立解得