山东省聊城市2023-2024学年高二下学期4月期中物理试题（解析版）

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一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 传感器已广泛应用于日常生活，下列关于传感器的说法正确的是（ ）
A. 电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦，应用的是红外传感器
B. 干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的，在电路中能起到开关的作用
C. 全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置应用的是压力传感器
D. 热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，但是金属热电阻不能
【答案】C
【解析】A．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦，应用的是温度传感器，选项A错误；
B．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，两簧片又分开，在电路中能起到开关的作用，选项B错误；
C．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，由于不同段位受的压力不同，所以该装置是利用压力传感器制成，故C正确；
D．热敏电阻或金属热电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，选项D错误。
故选C。
2. 蓝牙（BT）是一种支持短距离通信（一般内）的无线电射频技术，能在智能家居、无线耳机、笔记本电脑等众多设备之间进行无线信息交换。使用蓝牙传递信息，信号传输示意图如图所示。则蓝牙通信的电磁波（ ）
A. 是蓝光
B. 能量高，能用于灭菌
C. 波长比手机通信的电磁波短
D. 在真空中的传播速度比手机通信的电磁波速度小
【答案】C
【解析】A．蓝牙通信的电磁波属于无线电波，故A错误；
B．无线电波的波长较长，能量较小，不能用来灭菌，故B错误；
C．由图可知，蓝牙通信的电磁波比手机通信的电磁波频率大，根据
可知，蓝牙通信的电磁波的波长比手机通信的电磁波的波长短，故C正确；
D．蓝牙通信和手机通信使用的都是电磁波，在真空中传播速度相同，故D错误。
故选C。
3. 近年来，无线门铃逐渐在各大城市流行。图甲为某款无线门铃按钮，这款门铃可以自己发电，不需要连接外电源。其“自发电”部分电路如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是（ ）
A 按住按钮不动，门铃会一直响
B. 按下按钮过程，螺线管上有从P到Q方向的电流
C. 松开按钮过程，螺线管与磁铁之间有排斥力
D. 按下和松开按钮过程，螺线管产生的感应电动势大小一定相等
【答案】B
【解析】A．按住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变，不会产生感应电流，则门铃不会响，选项A错误；
B．按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左增加，根据楞次定律可知，螺线管上有从P到Q方向的电流，选项B正确；
C．松开按钮过程，根据“来拒去留”可知，螺线管与磁铁之间有吸引力，选项C错误；
D．按下和松开按钮过程所用时间不一定相同，则螺线管中磁通量变化率不一定相同，则螺线管产生的感应电动势大小不一定相等，选项D错误。
4. 2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲所示。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（ ）
A. 海浪频率的变化对输出电流没有影响
B. 在图乙所示位置时，线圈b端电势高于a端电势
C. 在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最大
D. 在图乙所示位置时，线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向下
【答案】C
【解析】A．线圈转动过程中产生的电动势的最大值为
其中
则输出电流的最大值为
则海浪频率的变化对输出电流有影响，故A错误；
B．根据右手定则可知此时线圈内部电流从b到a，则线圈转动到如图所示位置时a端电势高于b端电势，故B错误；
C．图乙中线圈所处位置与磁感线平行，穿过线圈的磁通量最小，与中性面垂直，磁通量的变化率最大，故C正确；
D．线圈内部电流从b到a，根据左手定则可知线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向上，故D错误。
故选C。
5. 如图，纵轴表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，曲线I和II为一定质量某种理想气体在两种温度下的与分子速率的关系图像。比较曲线I和II，下列说法正确的是（ ）
A. 曲线I对应的气体温度更高
B. 曲线I和II对应的气体内能相等
C. 曲线I与横轴所围的面积更大
D. 曲线I对应的气体分子平均速率更小
【答案】D
【解析】ABD．气体的分子的运动的统计规律：中间多，两头少；温度高，最大峰值向速度较大的方向移动；故曲线I对应的气体温度更低；对应气体内能小，分子的平均速率也较小，故AB错误，D正确；
C．在两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1，即两条曲线下面积相等，故C错误；
故选D。
6. 某电热器接在的交流电源上，其内部电路示意图如图甲所示，当电热丝被加热到一定温度后，装置P（不计P的电阻）使电热丝两端的电压变为如图乙所示的波形，此时理想交流电压表的示数为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根据有效值的定义有
解得
装置P的电阻不计，此时理想交流电压表的示数为110V。
故选A。
7. “天宫课堂”中，王亚平将分别挤有水球的两块板慢慢靠近，直到两个水球融合在一起，再把两板慢慢拉开，水在两块板间形成了一座“水桥”，这一实验展示了水分子间存在作用力。将一个分子P固定在O点，另一个分子Q从图中的A点由静止释放，两分子之间的作用力与间距关系的图像如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 分子Q由A到C先加速再减速运动
B. 分子Q在C点时分子势能最大
C. 分子Q由A到C，分子力对Q先做正功再做负功
D. 分子Q由A点释放后运动到C点左侧的过程中，加速度先增大后减小再增大
【答案】D
【解析】A．分子Q由A到C一直受到吸引力作用，则一直加速运动，选项A错误；
BC．分子Q由A到C分子力一直做正功，分子势能一直减小，则在C点时分子势能最小，选项BC错误；
D．分子Q由A点释放后运动到C点的过程中，分子引力先增加后减小，则加速度先增大后减小；越过C点后分力为斥力且逐渐变大，可知加速度逐渐变大，选项D正确。
故选D。
8. 如图甲所示，在水平桌面上有一个面积、电阻都确定圆形金属框置于磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度随时间t的变化关系如图乙所示，在内磁场方向垂直线框平面向下，圆形金属框与一个电阻不计的水平平行金属导轨相连接，水平导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L，电阻为R，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，其磁感应强度大小为，方向垂直导轨平面向下。若导体棒在安培力和摩擦力的作用下始终保持静止，则其感应电流i和所受的安培力F随时间变化的图像（设逆时针方向为电流正方向，水平向左为安培力的正方向）正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】内，磁感应强度B1随时间均匀增加，根据楞次定律和右手定则可知，线圈中的电流恒定，方向逆时针方向，即在图像中平行于t轴，为正值，B2不变，根据左手定则可知导体棒受到的安培力恒定，方向向左，即在图像中为平行于t轴，为正值；内，磁感应强度不变，线圈中的电流为零，导体棒受到的安培力为零；内，磁感应强度B1随时间均匀减小，根据楞次定律和右手定则可知，线圈中的电流恒定，方向顺时针方向，即在图像中平行于t轴，为负值，B2不变，根据左手定则可知导体棒受到的安培力恒定，方向向右，即在图像中为平行于t轴，为负值。
故选B。
二、多项选择题（本题共4个小题，每小题4分，共16分；全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分）
9. 据工信部2024年3月25日发布的数据显示，截至今年2月末，中国5G基站总数达350.9万个，5G移动电话用户达8.51亿户，占移动电话用户的48.8%。5G无线信号是由LC振荡电路产生的，该电路某时刻的工作状态如图甲所示，其电流变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A. 线圈中磁场的方向向下
B. 电容器两极板间电场强度正在变小
C. 电容器正在充电，线圈储存的磁场能正在减小
D. 甲图的时刻应该对应乙图中的0至0.5s时间段内
【答案】AC
【解析】A．由甲图的电流方向可知该过程为充电过程，线圈中的电流越来越小，根据楞次定律可知感应电流与原电流方向相同，感应电流的磁场方向为向下，故A正确；
B．电容器正在充电，两极板电荷量在增多，极板间电场强度正在变大，故B错误；
C．电容器正在充电，线圈储存的磁场能正在减小，电容器的电场能在增大，故C正确；
D．甲图的时刻应该对应乙图中的0.5s至1s时间段内，故D错误。
故选AC。
10. 某同学利用电压传感器来研究电感线圈工作时的特点。图甲中三个灯泡完全相同，不考虑温度对灯泡电阻的影响。在闭合开关S的同时开始采集数据，当电路达到稳定状态后断开开关。图乙是由传感器得到的电压u随时间t变化的图像。电感线圈自感系数较大，不计线圈的电阻及电源内阻。下列说法正确的是（ ）
A. 开关S闭合后，灯亮度不变
B. 开关S闭合后，流经灯的电流大小不变
C. 开关S断开后，灯、逐渐熄灭
D. 根据题中信息，可以推算出图乙中
【答案】CD
【解析】AB．开关S闭合瞬间，由于电感线圈自感系数较大，电感线圈的阻碍作用比较大，电路电流流经D2和D1，之后灯D3逐渐变亮，灯D2逐渐变暗，待稳定后，流经灯D2和D3的电流相等，总电阻比闭合瞬间的总电阻小，则流经灯D1的电流也是逐渐增加，故A错误，B错误；
C．开关S断开瞬间，灯所在回路为断路，故灯D1马上熄灭。而灯D2和D3和电感线圈形成闭合回路，由于电感线圈阻碍电流的减小，电感线圈充当电源，产生的感应电动势与流过D3原电流的方向相同，继续为灯D2和D3提供电流，所以D2和D3逐渐熄灭。故C正确；
D．开关S闭合瞬间，灯D1和D2串联，电压传感器两端的电压为D2两端电压，由欧姆定律得
电路稳定后，根据欧姆定律，则流过D3的电流为
开关S断开瞬间，电感线圈充当电源，则其两端电压为
分析可知
故D正确。
故选CD。
11. 如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源。为定值电阻，为滑动变阻器，滑片初始位置在最左端。理想电压表V的示数为U，理想电流表A的示数为I。下列说法正确的是（ ）
A. 保持在最左端，向下缓慢滑动的过程中，I减小
B. 保持在最左端，向下缓慢滑动的过程中，消耗的功率增大
C. 移动到图示的中间位置后保持不变，向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大
D. 移动到图示的中间位置后保持不变，向下缓慢滑动的过程中，消耗的功率减小
【答案】AD
【解析】AB．保持在最左端，向下缓慢滑动的过程中，次级匝数减小，则次级电压减小，消耗的功率减小，初级输入功率减小，则输入电流减小，即I减小，选项A正确，B错误；
CD．移动到图示的中间位置后保持不变，等效电阻
向下缓慢滑动过程中，n2减小，则等效电阻变大，则初级电流减小，即I减小，R2两端电压减小，即U减小，消耗的功率减小，选项C错误，D正确。
故选AD。
12. 如图，空间等距分布无数个垂直纸面向里的匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度大小，每一条形磁场区域宽度及相邻条形磁场区域间距均为。现有一个边长，质量，电阻的单匝正方形线框甲，以的初速度从左侧磁场边缘水平进入磁场。另外在右边很远处（不会和线框甲相遇）有一个线框乙（边长小于d）。线框乙的上边框被替换成一个电容器（电容C足够大），在匀强磁场中由静止开始下落。下列说法正确的是（ ）
A. 线框甲刚进入第一个磁场区域时，加速度大小为
B. 线框甲从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热为6.4J
C. 线框甲从开始进入场到竖直下落过程中能穿过6个完整磁场区域
D. 线框乙做匀加速直线运动，其加速度大小一定小于线框甲的加速度大小
【答案】BCD
【解析】A．根据题意可得
E=Blv0
F=BIl
联立解得线框刚进入第一个磁场区域时受到的安培力为
F=2N
则线框的加速度大小为
故A错误；
B．当线框水平速度减为零时竖直下落，线框受到安培力的合力水平向左，安培力对线框做的负功等于电路中产生的焦耳热，由功能关系可得
故B正确；
C．水平方向安培力大小为
设水平向右为正，由水平方向动量定理可得
解得
x=6.4m
线框穿过1个完整磁场区域，有安培力作用的水平距离为2l，则有
则线框从开始进入磁场到竖直下落过程中能穿过6个完整磁场区域，故C正确；
D．乙线圈下落时
解得
则线框乙做匀加速直线运动，其加速度大小一定小于线框甲的加速度大小，选项D正确。
故选BCD。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 2023年11月，第二十五届高交会上展示的我国首台高分辨场发射枪扫描电子显微镜，被誉为“科学之眼”，作为高端通用大型科学仪器，这款显微镜最佳分辨率已经达到可以分辨一个分子的水平。用油膜法也能粗略测出分子直径，在“油膜法测分子直径”的实验中，某同学进行了四步操作（步骤已经打乱）：
a.待油膜形状稳定后，将绘有方格的玻璃板放在浅盘上，绘出油酸膜的轮廓（如图所示），每个方格的边长为。
b.在边长约的正方形浅盘内注入适量的水，将痱子粉均匀地撒在水面上，用滴管滴入一滴溶液；
c.用滴管吸取油酸酒精溶液逐滴滴入量筒，全部滴完共滴了50滴；
d.取油酸配成油酸酒精溶液；
（1）以上四个步骤，按正确的先后顺序排列应是______（用符号表示）
（2）该实验中一滴油酸酒精溶液含______ml油酸；
（3）由上述数据估算得到油酸分子直径约为______。
A. B.
C. D.
【答案】（1）dcba （2）2×10-5 （3）C
【解析】（1）以上四个步骤，先配制油酸酒精溶液，然后测量一滴油酸酒精溶液的体积，然后在水槽上撒上痱子粉，将一滴油酸酒精溶液滴到水面测量油膜面积，则按正确的先后顺序排列应是dcba。
（2）该实验中一滴油酸酒精溶液含纯油酸体积为
（3）油膜面积约为S=55×1cm2
则油分子直径为
故选C。
14. 改革开放40年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，多种传感器产量居世界前列。力传感器是把“待测力”这一物理量转化为相应的电信号来进行测量的传感器，用它可以做成地磅。地磅是设置在地面上的大磅秤，是厂矿、商家等用于大宗货物计量的主要称质量设备。如图甲、乙所示是某地磅结构图和电路图，其中R是压敏电阻，质量的秤台平放在压敏电阻上，被称货物放在秤台上，已知电路中电源电动势为、内电阻，电流表量程为、内阻，滑动变阻器的最大阻值为。如图丙是压敏电阻的阻值R随压力F变化的曲线。某设计人员对电流表上刻度重新赋值，使之能够从表盘上直接读出秤台上货物的质量，他先后进行了以下操作。重力加速度。
（1）由图乙和图丙可知，货物的质量越大，电流表的读数越______。（选填“大”或“小”）
（2）断开开关S，撤去秤台上的货物，用欧姆表测得此时压敏电阻的阻值是。闭合开关S，设计人员通过调节滑动变阻器，使电流表读数为，并在此处标注为，则此时滑动变阻器接入电路的电阻值为______；应标注在______A处（计算结果保留2位有效数字）。
（3）设计人员按上述操作逐个刻度赋值后，正常使用了一段时间。某天气温升高，发现电池的内电阻有所增大，但电动势没有变，其他元件也没有变化。他重新调节滑动变阻器；使秤台空载时电流表读数仍为0.10A，然后再去测量货物的质量。你认为现在的测量值相比货物真实质量______.（选填“偏大”“偏小”或“不变”）
【答案】（1）大 （2） （3）不变
【解析】（1）由于压敏电阻的阻值随压力的增大而减小，故货物的质量增大时，电流表的示数增大。
（2）[1]由欧姆定律可知
代入数据解得
；
[2]当物体的质量为时，由丙图可知
故此时电流表的示数
代入数据解得
（3）由于空载时的电流没变，电源的电动势也没变，当电源的内阻变大时，重新调零改变的是滑动变阻器的接入电路中的电阻，重新测量时压敏电阻的阻值未变，故所测货物的质量不变。
15. 轿车中的防撞安全气囊能有效保障驾乘人员的安全。轿车在发生一定强度的碰撞时，储存的三氮化钠（）爆炸产生的气体（假设都是氮气）充入安全气囊。若安全气囊充入氮气后的容积为，密度为，已知氮气的摩尔质量，阿伏加德罗常数。请估算：（结果均保留2位有效数字，已知）
（1）气囊中氮气分子的总个数N；
（2）气囊中氮气分子间的平均距离r。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）气体的物质的量为
气体分子的总个数为
解得
（2）把每个气体分子看成立方体，则每个立方体的体积为
立方体的边长作为气体分子间的距离
解得
16. 如图所示，正方形线圈绕对称轴在匀强磁场中匀速转动，转速。已知，匝数匝，磁感应强度，图示位置线圈平面与磁感线平行。线圈总电阻，外接电阻，交流电压表为理想电表。
（1）从如图位置开始计时，写出感应电动势的瞬时值表达式。
（2）求从如图位置开始，转过30°时交流电压表的示数。
（3）求从如图位置开始，转过60°的过程中通过线圈某横截面的电荷量。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）由题意可得
则感应电动势的最大值为
感应电动势的瞬时值表达式为
（2）感应电动势的有效值为
电压表测量路端电压，则电压表的示数为
（3）从图示位置开始，转过60°的过程中通过线圈某横截面的电量为
其中
解得
17. 小型水电站因其建造简单，运行寿命长，绿色环保等特点一直受到人们的青睐。有一条河流，水的流量为，落差为，水的密度为.现利用其发电，若发电机的总效率为，输出电压为，先利用升压变压器升压，其原副线圈匝数比为，远距离输电线的总电阻为，再利用降压变压器把电压降为，满足用户的用电需求，若所使用变压器均视为理想变压器，取重力加速度，求，
（1）发电机的输出电流；
（2）降压变压器的原、副线圈的匝数比；
（3）用户获得的功率。
【答案】（1）250A；（2）470:11；（3）56400W
【解析】（1）根据题意由能量守恒可知，发电机的输出功率为
则发电机的输出电流为
（2）升压变压器副线圈两端的电压为
输电线路中的电流为
降压变压器原线圈两端的电压为
降压变压器的原、副线圈的匝数比为
（3）根据能量守恒可知用户获得的功率为
18. 如图所示，间距为的光滑平行等长金属导轨、固定在倾角为37°的绝缘斜面上，、为固定在绝缘水平面上的平行粗糙金属导轨，间距为，导轨、在最低点用绝缘光滑材料与导轨、平滑连接（图中未画出），a、c两点用导线连接，与倾斜导轨垂直的虚线与a、c两点间的距离为，其左侧存在方向垂直于斜面向下的匀强磁场（范围足够大），其磁感应强度大小B随时间变化的关系式。水平导轨内存在磁感应强度大小为、方向竖直向下的匀强磁场（范围足够大），质量为的导体棒乙垂直于水平导轨水平静止放置。现让质量也为的导体棒甲在虚线的右下方垂直倾斜导轨由静止释放，沿导轨下滑距离为到达倾斜导轨的最低点，然后滑上水平导轨，导体棒甲在水平导轨上滑行一段距离后停在乙的左侧。已知导体棒甲刚滑上水平导轨时，导体棒乙受到的静摩擦力恰好达到最大值，此时导体棒甲（电阻随长度均匀分布）接入电路的电阻为，其他电阻均忽略不计。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导体棒甲、乙与水平导轨之间的动摩擦因数相等，取重力加速度，，。求：
（1）导体棒甲到达倾斜轨道的最低点时的速度大小；
（2）导体棒乙与水平导轨间的动摩擦因数；
（3）导体棒甲在水平导轨上滑行的时间；
（4）导体棒甲由静止释放到停止运动产生的焦耳热。
【答案】（1）6m/s；（2）0.06；（3）；（4）2.26J
【解析】（1）导体棒甲在下滑的过程中做匀加速直线运动，则有
对甲受力分析，由牛顿第二定律可得
解得
,
（2）当导体棒甲刚滑上水平导轨时，由法拉第电磁感应定律可得
由欧姆定律可得
导体棒乙受到的安培力
对乙受力分析，由力的平衡可得
解得
（3）导体棒甲水平导轨上滑行，由动量定理可得
由欧姆定律可得
由法拉第电磁感应定律可得
由题意可得
解得
（4）导体棒甲在下滑的过程中，由法拉第电磁感应定律可得
由题意可得
导体棒甲下滑的时间
生成的焦耳热
甲在水平导轨上滑动，由能量守恒定律可得
甲由静止释放到停止运动产生的焦耳热
解得