河北省石家庄唐山地区NT20名校联合体2024-2025学年高二下学期开学考试物理试卷（解析版）

这是一份河北省石家庄唐山地区NT20名校联合体2024-2025学年高二下学期开学考试物理试卷（解析版），共19页。
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. 磁电式电流表是实验室中常用的电学实验器材，图为其结构示意图，其线圈绕在一个与指针、转轴相连的铝框骨架上，并处在极靴和铁质圆柱间的磁场中。线圈未通电时，指针竖直指在表盘中央；线圈通电时指针随之偏转，由此就能确定电流的大小。下列说法正确的是（ ）
A. 线圈通电时指针随之偏转，这是利用电磁感应原理
B. 运输时要把电流表的正、负接线柱用导线连在一起从而保护电表指针，这是利用电磁阻尼原理
C. 为了节约成本，可以将铝框骨架换成轻质的塑料框
D. 磁电式电流表允许通过的电流很弱，如果要扩大它的量程，可将它与一个大电阻串联改装成一个大量程电流表
【答案】B
【解析】A．磁电式电流表的工作原理是安培力作用使通电线圈转动，故A错误；
B．在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，电流表短路，指针摆动时产生感应电流，感应电流受安培力作用，利用了电磁阻尼原理从而可减缓指针的晃动，故B正确；
C．用金属铝做线圈框架，主要原因有：铝不导磁，用铝做框架可以减小对磁场的影响，保证仪表的准确性更高；铝材料较轻，电阻率较小，能更好地利用电磁阻尼现象，使指针迅速停下来，所以不能用塑料框，C错误；
D．应并联一个电阻才能扩大电流表量程，故D错误。
故选B。
2. 如图所示的水平匀强电场中有A、两点，且A、两点间的距离为，已知连线与电场线夹角为，现把一电荷量的检验电荷从A点移到点，电势能减小了，下列说法正确的是（ ）
A. 电场强度的方向水平向左
B. 电场强度的大小是
C. A、两点电势差
D. 若规定点电势0，则点电势为
【答案】B
【解析】A．因为电势能减小，所以电场力做正功，又因为电荷带正电，所以电场方向水平向右，故A错误；
B．检验电荷从A点移到点电场力做的功为，
根据功能关系可知
联立解得
故B正确；
CD．若点为零电势点，由
得
且
解得
故CD错误。
故选B。
3. 在如图所示的电路中，电源电动势为，内阻不计，电容器的电容为，，，，，先将开关闭合，待电路稳定后，电容器所带电量为，下列说法正确的是（ ）
A. 电容器上极板带正电，
B. 电容器下极板带正电，
C. 电容器上极板带正电，
D. 电容器下极板带正电，
【答案】A
【解析】开关闭合时与串联，与串联，然后组成并联电路，则两端电压
两端电压
可知电容器两端电压
则待电路稳定后电容器带电量
且上极板电势更高，上极板带正电。
故选A。
4. 如图所示，边长为的等边三角形线框由三根相同的导体棒连接而成，线框平面与磁感应强度方向垂直，当流入点的电流为时，整个线框受到的安培力的大小为，则（ ）
A. 导体棒受到的安培力大小为
B. 导体棒受到的安培力大小为
C. 匀强磁场的磁感应强度大小为
D. 匀强磁场的磁感应强度大小为
【答案】C
【解析】AB．和组成并联电路，电阻比为1：2，所以中电流为，中电流为，这两部分有效长度相同，都是，所受安培力大小
所受安培力大小
故AB错误；
CD．与受到安培力方向相同，根据受力分析有
解得
故C正确，D错误，
故选C。
5. 如图所示，正方形线圈与定值电阻、理想电压表组成闭合电路。线圈的中心轴线垂直于磁场且与磁场右边界重合。线圈绕匀速转动，转动角速度。线圈匝数匝，边长，电阻，定值电阻，磁感应强度大小。下列说法正确的是（ ）
A. 线圈在图示位置时，电压表示数为0
B. 的时间内，通过的电流方向变化50次
C. 线圈从图示位置转过的过程中，有一半时间内没有电流流经
D. 线圈从图示位置转过的过程中，电阻上产生的焦耳热为
【答案】D
【解析】A．电压表显示的是有效值而不是瞬时值，线圈在图示位置时，电压表示数不为0，故A错误；
B．线圈每次通过中性面时电流方向变化一次，故每个周期电流方向变化2次，因为
时间内有50个周期，电流方向变化100次，故B错误；
C．线圈转动过程中边出磁场时就进入磁场，始终有导体棒在切割磁感线，所以一直有感应电流，故C错误；
D．因为始终只有一个边在切割磁感线，所以感应电动势的最大值为
感应电动势的有效值为
根据串联电路电压与电阻的关系可知两端电压有效值为
所以一个周期内上产生的焦耳热为
故D正确。
故选D。
6. 如图所示，粒子源不断地产生氢的三种同位素原子核（、、），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。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】A．粒子经过加速电场，根据动能定理可得
解得
粒子进入偏转电场后做类平抛运动，则有，，
联立解得粒子离开偏转电场的侧向位移为，
可知粒子离开偏转电场的侧向位移与粒子的比荷无关，则三种离子都从同一点离开偏转电场，进入磁场且进入磁场时速度方向相同，故A正确；
B．粒子离开电场后，进入磁场，由洛伦兹力提供向心力可得
又入射点和出射点之间的距离，
所以
由于三种离子的比荷不同，则三种离子分别从三个点离开偏转磁场，故B错误；
C．因为
所以进入磁场时速度方向相同，由几何关系可知粒子射入磁场和射出磁场时的速度与磁场边界的夹角相同，所以，粒子射出磁场时速度方向相同，故C正确；
D．因为
该值与无关，故D正确；
故选B。
7. 如图所示是一个圆心在点、半径为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】AB．由洛伦兹力提供向心力可得，得
代入题中数据得
当带电粒子在圆形磁场中运动的圆弧的弦长等于圆形磁场的直径时，粒子在磁场中运动的时间最长。设带电粒子带正电，设粒子入射的速度方向与方向的夹角为，粒子轨迹如图
几何关系可知，
故AB正确；
C．若，则，即粒子的轨迹半径等于圆形磁场的半径，轨迹“磁聚焦”原理逆向分析可知，沿着不同方向射入磁场的粒子，出磁场时的速度方向相同，均垂直于方向，如图所示
故C正确；
D．若，则，粒子打到圆周上的最远位置距离入射点为
该段圆弧所对的圆心角为，即能打在圆形磁场圆周上的范围是六分之一个圆周长，故D错误。
由于本题选择错误的，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、。当输入电压时，三个完全相同的灯泡、、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
D. 如果突然烧断，将变暗，将变亮
【答案】ACD
【解析】AB．灯泡均正常发光，设原线圈电流为，则副线圈电流为，有
A正确，B错误；
C．设灯泡额定电压为，则
代入题中数据，解得
C正确；
D．设原线圈电流为，则副线圈电流为，设灯泡电阻为，副线圈电阻为，则有
突然烧断，则副线圈电阻增大，根据上式可得原线圈电流减小，所以将变暗，原线圈电压增大，副线圈电压增大，将变亮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】A．粒子第一次加速后
第二次加速后
根据
可得
粒子第一次与第二次在磁场中运动的轨道半径之比为
故A错误；
B．粒子在磁场中的最大轨道半径为形盒的半径，对应速度也最大，则有
最大动能为
所以粒子能获得的最大动能跟所加交变电压的大小无关，故B错误；
C．设粒子加速的次数为，则有
则粒子运动的时间
由
解得
所以仅增大交变电压，质子在加速其中偏转的次数减小，质子在加速器中运动的时间将减小，故C正确；
D．粒子离开出口处的动能最大，为
由粒子的质量数为1，电荷数为1；粒子的质量数为4，电荷数为2，可知粒子的出口处的动能与相等，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、，磁场宽度为。一个边长为的正方形导线框，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，则线框从边刚进入磁场到边离开磁场过程中线框所受安培力的大小随时间变化的图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】A．线框所受安培力，进出磁场过程速度的变化趋势，即为安培力的变化趋势。若边刚进入磁场时，线框受到的安培力与重力等大反向，则此时线框做匀速直线运动。线框受到的安培力保持不变。当线框完全进入磁场后，线框不受安培力作用，线框做匀加速直线运动，直到边刚出磁场瞬间，边受到更大的安培力作用，线框做减速运动，线框受到的安培力将变小，故A错误；
B．若边刚进入磁场时，线框受到的安培力小于重力，线框作加速运动，线框受到的安培力逐渐变大，线框完全进入磁场后，做匀加速直线运动，直到边刚出磁场。若边出磁场过程中线框受安培力与重力等大反向，线框将做匀速直线运动，线框所受安培力不变。故B正确；
CD．若边刚进入磁场时，线框受到的安培力大于重力，则线框将做减速运动，线框受到的安培力逐渐减小。当线框完全进入磁场时，线框做匀加速直线运动，直至边刚出磁场，此时边受到安培力作用。线框进入磁场过程一直减速，安培力始终比重力大，完全进入磁场后又加速，则边刚出磁场时，边受安培力比重力大，所以出磁场过程，线框有可能一直减速运动；若边刚出磁场时的速度，比边刚到磁场时速度要小。但边所受安培力还是大于重力，就可能是先减速后匀速。综上导线框出磁场时可能一直减速运动也可能先减速后匀速，但不可能一直匀速，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“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）向下插入 磁通量的变化率 （3）a 大于
【解析】（1）将条形磁铁极向下插入螺线管时，发现电流计的指针向右偏转。说明感应电流方向为从经螺线管到，由安培定则可知，螺线管中感应电流产生的磁场方向向下，与条形磁铁在螺线管内部产生磁场方向相反。
（2）[1]将条形磁铁极向下插入螺线管，则穿过螺线管的磁通量向下增大，感应电流磁场方向向上，根据安培定则，可知感应电流方向从下向上流经二极管，电路导通，灯泡发光。
[2]条形磁铁从初始位置到完全插入，磁通量的变化量相同，磁体运动的越快，则穿过线圈的磁通量就变化的越快，二极管发光的亮度就越大，说明回路中产生的感应电流越大，线圈两端产生的感应电动势越大，因此该实验说明感应电动势随磁通量变化率的增大而增大。
（3）[1] 开关闭合瞬间，灯泡电流瞬间增大，线圈对电流阻碍作用逐渐减小，通过线圈电流逐渐增大，灯泡分流逐渐减小，所以流经灯泡电流是图像。
[2] 电路稳定后通过灯泡电流大于通过线圈电流，所以线圈电阻大于灯泡电阻。
12. 柠檬果肉质多细嫩，具有促进消化，生津止渴，补充维生素的功效。某兴趣小组想要探究柠檬电池的电动势和内阻的大小。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，内阻约为）。
（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。若滑动变阻器有和两种规格，为使电路中电压、电流调节范围大一些，则应该选用________（选填“”或“”）；
（2）按图乙实验，得到的图像如图丙所示，则该水果电池的电动势________V，内电阻________；（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） （2）1.0 333.3 （3）根据电阻定律，当铜片和锌片插入深度增加，相当于增大，电源内阻减小
【解析】（1）实验电路图为滑动变阻器限流式接法，为使回路中电流、电压值变化范围大一些，电源内阻约为几百欧姆，应该选阻值大的滑动变阻器，故选。
（2）[1][2]由图像知，当电流为零时，电源相当于断路，路端电压等于电源电动势，即
由图像的斜率表示电源内阻，知
（3）根据电阻定律，当铜片和锌片插入深度增加，相当于增大，电源内阻减小。
13. 利用如图所示的装置可以测量匀强磁场的磁感应强度。在竖直平面内固定有足够长的两根竖直平行光滑金属导轨，导轨电阻不计，导轨间距为，下端接有电源、开关，理想电流表和滑动变阻器。导体棒垂直导轨放置且与导轨接触良好，劲度系数的轻质弹簧上端固定，下端与导体棒中点相连，弹簧始终保持竖直且与导体棒垂直，整个装置处于垂直于纸面的匀强磁场中。现闭合开关接通电源，调节滑动变阻器，当电流时，导体棒保持静止且弹簧处于原长状态。将电源正负极对调，保持滑动变阻器阻值不变，导体棒静止时弹簧的伸长量，已知重力加速度，弹簧始终在弹性限度内，求：
（1）导体棒的质量；
（2）磁感应强度的大小并判断磁场的方向。
【答案】（1） （2），垂直纸面向外
【解析】（1）当电流方向从到时，弹簧处于原长状态，安培力竖直向上，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外
电源对调后则安培力变向下
两式联立解得，
（2）由上述计算可知磁感应强度的大小，方向垂直纸面向外。
14. 如图甲所示，两根完全相同的光滑导轨固定，导轨所在平面与水平面成，下端连接定值电阻，导轨间距。导轨所在斜面的矩形区域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、的距离。时刻，导轨斜面上与距离处，一根质量为，阻值的金属棒垂直于导轨由静止释放，经过进入磁场且恰好匀速通过整个磁场区域。已知重力加速度，，导轨电阻不计。求：
（1）时，与的距离；
（2）定值电阻的阻值；
（3）从到棒离开磁场的整个过程中电阻产生的热量。
【答案】（1）0.16m （2）1.25Ω （3）7.2J
【解析】（1）对ab受力分析,根据牛顿第二定律有
得
导体棒做初速度为0的匀加速直线运动，由
得
（2）导体棒进入磁场时的速度，得
安培力，
得
解得
（3）金属棒进入磁场前，根据法拉第电磁感应定律得
根据闭合电路欧姆定律得
电阻产生的热量为
金属棒进入磁场后，根据能量守恒定律，产生的热量为
总热量为
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，求粒子打在点的速度大小。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）粒子在中加速过程，根据动能定理有
解得
粒子在中做匀速直线运动，根据受力平衡有
解得
（2）粒子在中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有
解得
（3）粒子经过加速有
解得
粒子进入后，可将粒子的运动分解为以速度大小为、方向竖直向下的匀速直线运动和以速度大小为、方向竖直向上的匀速圆周运动
当匀速圆周的速度转到竖直向下时，垂直打到挡板上的点。故此时粒子打在点的速度大小为，即