山西省名校联考2024-2025学年高二上学期1月期末物理试卷（解析版）

这是一份山西省名校联考2024-2025学年高二上学期1月期末物理试卷（解析版），共16页。
1．答题前，考生务必将自己的姓名，考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
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．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1. 有源相控阵雷达的辐射器如图所示，每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每个组件都能自己产生、接收微波。关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A. X射线的波长比微波的波长更长
B. 遥控器都是利用紫外线工作的
C. 红外线的频率比紫外线的频率小
D. 电磁波中，紫外线的热效应最显著
【答案】C
【解析】A．微波的波长比X射线的波长长，故A错误；
B．遥控器都是利用红外线工作的，故B错误；
C．红外线的频率比紫外线的频率小，故C正确；
D．电磁波中，红外线比紫外线热效应显著，故D错误；
2. 如图所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的直流电阻可以忽略不计，A和B是两个相同的小灯泡，下列说法正确的是（ ）
A. 当闭合开关S后，灯泡A比灯泡B先亮
B. 当闭合开关S后，灯泡B比灯泡A先亮
C. 开关S闭合，电路稳定后再断开开关S，灯泡A逐渐变暗直到熄灭
D. 开关S闭合，电路稳定后再断开开关S，灯泡B闪亮一下再逐渐熄灭
【答案】D
【解析】AB．闭合开关，灯泡A、B立即变亮，但灯泡B由于线圈L自感现象逐渐消失，通过L的电流逐渐增大，B上电流逐渐减小到零，B会慢慢变暗最后熄灭，此时A灯变得更亮，故AB错误；
CD．断开开关，灯泡A立即熄灭，灯泡B与线圈L形成回路，由于线圈L产生自感电动势，灯泡B会闪亮一下再逐渐熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
3. 电子透镜两极间的电场线分布如图所示，中间的一条电场线为直线，其他电场线对称分布，a、b、c、d为电场中的四个点，其中b、d点和b、c点分别关于x、y轴对称。下列说法正确的是（ ）
A. a点的电场强度大于b点的电场强度
B. b点的电场强度大于c点的电场强度
C. d点的电势比c点的电势高
D. 将带正电的试探电荷由b点移动到c点，试探电荷的电势能增大
【答案】C
【解析】AB．电场线分布的疏密表示电场的强弱，故a点的电场强度小于b点的电场强度；根据对称性可知b点的电场强度与c点的电场强度大小相等，故AB错误；
C．沿着电场线方向电势降低，根据对称性可知d点的电势比在该电场线上c点关于x轴对处的电势高，故d点的电势比c点的电势高，故C正确；
D．沿着电场线方向电势降低，b点电势比c点高，故将带正电的试探电荷由b点移动到c点，试探电荷的电势能减小，故D错误。
故选C。
4. 电磁弹射装置的原理图如图甲所示，驱动线圈通过开关S与电源连接，发射线圈放在绝缘且内壁光滑的发射导管内。闭合开关S后，在时间内驱动线圈中的电流随时间的变化关系如图乙所示。在这段时间内，下列说法正确的是（ ）
A. 发射线圈中感应电流产生的磁场水平向左
B. 时驱动线圈产生的自感电动势最大
C. 时发射线圈中的感应电动势最小
D. 时发射线圈中的感应电流最大
【答案】A
【解析】A．根据安培定则可知，驱动线圈内的磁场方向水平向右，结合题图乙可知，驱动线圈的电流增大，通过发射线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，发射线圈内部的感应磁场方向水平向左，选项A正确；
BD．由题图乙可知，时驱动线圈的电流变化率最小，此时通过发射线圈的磁通量变化率最小，驱动线圈产生的自感电动势最小，发射线圈中的感应电流最小，选项BD错误；
C．时驱动线圈的电流变化率最大，则此时通过发射线圈的磁通量变化得最快，发射线圈中的感应电动势最大，选项C错误。
5. 如图甲所示，在某电场中建立x轴，一个带正电试探电荷在x轴上各处的电势能随坐标x变化的关系如图乙所示，A、B两点间的距离和B、C两点间的距离相等。下列说法正确的是（ ）
甲 乙
A. A点的电势低于B点的电势
B. A点的电场强度小于B点的电场强度
C. 试探电荷在A点和C点的电势能之和为在B点电势能的2倍
D. A、B两点的电势差大于B、C两点的电势差
【答案】D
【解析】A．试探电荷在A点的电势能大于在B点的电势能，试探电荷带正电，所以A点的电势高于B点的电势，故A错误；
B．根据图像的切线斜率绝对值体现电场力的大小，间接反映电场强度的大小，可知A点的电场强度大于B点的电场强度，故B错误；
C．由于，结合图像可知，
可得
故C错误；
D．根据，由于，结合图像可知，，故D正确。
故选D。
6. 一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有良好的导电性能，该新材料通过材料内部的自由电子导电，自由电子的电荷量为，每平方米自由电子数为。如图所示，长为、宽为的新材料两端的电压为，流过导体中的电流为，则该新材料内自由电子定向移动的速率为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】由电流定义式可得
又
联立可得
故选B。
7. 如图所示，A、B、C是正三角形的三个顶点，O是AB的中点，两根互相平行的通电长直导线垂直纸面固定在A、B两处，导线中通入的电流大小相等、方向相反。已知通电长直导线产生的磁场的磁感应强度，I为通电长直导线的电流大小，r距通电长直导线的垂直距离，k为常量，C点处的磁感应强度大小为，则O点处的磁感应强度大小为（ ）

A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
设A、B导线电流在C点产生的磁感应强度为方向如图所示，根据题意
可知，两导线在C点产生的磁场的磁感应强度B大小相等，根据安培定则可知，两者夹角为，根据平行四边形定则，C点的合磁场大小为
同理可知A、B导线在O点的磁感应强度方向均向下，因为
所以
则O点的磁感应强度
故选B。
8. 电容器是一种常用的电学元件，电容式油位传感器可以用来监测油箱内液面高度的变化，工作原理如图所示。传感器由金属圆筒和圆柱形金属芯组成，可看作电容器的两极，油箱内的汽油可看作电介质，电容器两极的两端电压保持不变。计算机可根据电容器原理，探测出汽油浸入圆筒和圆柱间空隙的深度。给汽车加油，在油箱内油面上升的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 电容器的电容减小
B. 电容器储存的电荷量增加
C. 电路中有电流沿方向通过G
D. 电容器两极间的电场强度变大
【答案】BC
【解析】A．根据电容器的决定式
当液面上升的过程中，两极间填充电介质增加，即电容器的电容增加。故A错误；
B．由电容器电容的定义式
依题意，传感器两端电压保持不变，可知电容器的带电量增加。故B正确；
C．电容器的带电量增加，电容器充电，电路中有方向的电流。故C正确；
D．根据
易知电容器两极间电场强度不变。故D错误。
故选BC。
9. 如图甲所示，面积为S，电阻为r的单匝金属线框处在垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，线框与电阻为R的定值电阻相连形成闭合回路。下列说法正确的是（ ）
A. 线框有扩张的趋势
B. a点的电势高于b点的电势
C. 时间内通过定值电阻的电流为
D. 时间内通过定值电阻的电荷量为
【答案】BD
【解析】AB．穿过线框的磁通量在增大，根据楞次定律可知线框有缩小的趋势；结合安培定则可得感应电流沿逆时针方向，故流过电阻R的感应电流由a到b，电阻R为外电路，故a点的电势高于b点的电势，故A错误，B正确；
C．穿过线圈的感应电动势为
时间内通过定值电阻的电流为
故C错误；
D．时间内通过定值电阻的电荷量为
故D正确。
故选BD。
10. 如图甲所示的电路中，电源的电动势和内阻均恒定，定值电阻R1 = 1.5 Ω，将滑动变阻器的滑片由a端向b端移动的过程中，根据理想电压表和理想电流表的示数绘制的部分U − I关系图像如图乙所示（电压表的最大示数为5 V），下列说法正确的是（ ）
A. 滑动变阻器的总阻值为20 Ω
B. 电源的电动势E = 8 V
C. 电源的内阻r = 2 Ω
D. 移动滑片的过程中，滑动变阻器消耗的最大电功率为
【答案】AD
【解析】A．设滑动变阻器的滑片P左侧部分电阻为Ra，右侧部分电阻为Rb，两部分为并联关系，滑片P由a端向b端移动的过程中，当
时，并联部分的电阻最大，电压表示数最大，根据题图乙可知此时电压表示数
干路中的电流为电流表示数的2倍，即此时
根据闭合电路欧姆定律有
此时
滑动变阻器的总阻值为20 Ω，A正确；
BC．当电压表示数
时，电流表示数
此时
通过Rb的电流
根据闭合电路欧姆定律有
结合前式可以解得
BC错误；
D．根据题意可知移动滑片的过程中，滑动变阻器消耗的最大电功率
D正确。
故选AD。
二、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 刘同学研究电磁感应现象的实验装置如图甲所示，该同学正确连接电路，闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。

（1）闭合开关电路稳定后，该同学将滑动变阻器的滑片___________（填“向左”或“向右”）移动时，灵敏电流计的指针向右偏转。
（2）该同学继续用如图乙所示的实验装置来探究影响感应电流方向的因素，实验中发现感应电流从“+”接线柱流入灵敏电流计（指针向右偏转），螺线管的绕线方向在图丙中已经画出。若将条形磁铁向下插入螺线管时，指针向右偏转，则条形磁铁___________（填“上端”或“下端”）为N极。进一步实验发现，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向___________（填“相同”或“相反”）。
【答案】（1）向右 （2）上端 相同
【解析】（1）[1]闭合开关时通过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏，则要使灵敏电流计的指针向右偏转，应使通过线圈B的磁场变弱（即通过线圈B的磁通量减小），通过线圈A的电流应减小，则滑动变阻器的滑片应该向右滑动。
（2）[2][3]根据题述电流方向可知，感应电流的磁场方向竖直向下，结合楞次定律可知，原磁场磁通量方向向上，即条形磁铁上端为N极。根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向总是阻碍引起感应电流的原磁场磁通量的变化，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
12. “问天”学习小组在测量一未知电阻的阻值，设计的实验电路如图甲所示，图中为标准电阻（阻值为800Ω），、均为非理想电压表。
（1）根据图甲正确连接电路，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片应置于______（填“左”或“右”）端。
（2）闭合开关S后，改变滑动变阻器滑片P的位置，记录下对应的电压表、的示数、，则待测电阻______（用、和表示），该实验方法______（填“存在”或“不存在”）理论上的实验误差。
（3）为减小实验误差，实验小组的同学们多次改变滑动变阻器滑片P的位置，记录多组、，利用测得的数据作出的图像如图乙所示，根据图乙可知，待测电阻______。
【答案】（1）左 （2） 存在 （3）
【解析】（1）根据图甲正确连接电路，闭合开关S前，确保实验仪器的安全，滑动变阻器的滑片应置于左端。
（2）[1]闭合开关S后，由串联电路的特点和欧姆定律可知，通过待测电阻的电流为
则待测电阻为
[2]由于电压表的分流作用，由计算得出待测电阻的电流与实际值偏小，因此计算得出待测电阻的值比实际值偏大，因此该实验方法，存在理论上的实验误差。
（3）由串联电路的特点和欧姆定律可得
由图乙可知图像的斜率为
解得
13. 如图所示，光滑绝缘直杆与水平面夹角，直杆的底端固定一电荷量为Q的正点电荷，现将套在绝缘杆上有孔的带电物块（可视为点电荷）从直杆上的A点由静止释放，带电物块上滑到B点时速度达到最大，带电物块上滑到C点时速度恰好变为零（C点为物块运动过程中到达的最高点）。已知带电物块的质量为m、电荷量为q，A、C两点间的距离为x，静电力常量为k，不计空气阻力，重力加速度大小为g。求：
（1）B点到直杆底端的距离r；
（2）A、C两点间的电势差。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）带电物块上滑到点时，受到库仑力大小
带电物块上滑到点时速度最大，此时带电物块所受合外力等于零，根据受力平衡有
解得
（2）带电物块从A点到C点，根据动能定理有
A、C两点间的电势差
解得
14. 如图所示，水平面上固定着两根间距的光滑平行金属导轨MN、PQ，M、P两点间连接一个阻值的电阻，一根与平行导轨间距等长、电阻的金属棒ab垂直于导轨静止放置。在金属棒右侧两条虚线与导轨之间的矩形区域内有磁感应强度大小、方向竖直向上的匀强磁场。现对金属棒施加一个大小、方向平行导轨向右的恒力，金属棒进入磁场后恰好匀速通过磁场，金属棒通过磁场的过程中通过金属棒任一横截面的电荷量，金属棒运动过程中与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，求：
（1）金属棒通过磁场区域时的速度大小v；
（2）磁场的长度d。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）金属棒在磁场切割磁感线产生的感应电动势
电路中的感应电流
金属棒进入磁场后受到的安培力大小
金属棒在磁场中匀速运动，根据受力平衡有
解得
（2）设金属棒通过磁场的时间为t，则金属棒通过磁场过程中通过金属棒横截面的电荷量
磁场的长度
解得
15. 如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在x>0的区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场I，第二象限内存在沿x轴正方向的匀强电场，第三象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场Ⅱ。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从x轴上的A点（坐标未知）沿y轴正方向以一定的初速度射入第二象限，经电场偏转后从y轴上的M点进入第一象限，经匀强磁场I偏转后从y轴上的N点进入第三象限，经匀强磁场Ⅱ偏转后，最后粒子返回A点时的速度方向与初速度方向相同。已知粒子经过M点时速度方向与y轴正方向的夹角θ=37°、大小为v，M点到原点O的距离为8L，N点到原点O的距离为9L，取，，不计粒子重力。求：
（1）匀强磁场I的磁感应强度大小；
（2）粒子通过第三象限所用的时间；
（3）第二象限内匀强电场的电场强度大小。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）粒子在匀强磁场内做匀速圆周运动，设粒子的半径为，根据几何关系有
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
（2）设粒子在第三象限内做匀速圆周运动的半径为，根据几何关系有
粒子在第三象限内通过的弧长
粒子通过第三象限所用的时间
解得
（3）设粒子在点射出的初速度大小为，将粒子在点的速度沿轴方向和轴方向分解，根据几何关系有
，
粒子在第二象限内做类平抛运动，设粒子运动的时间为，根据运动规律有
，
根据牛顿第二定律有
解得