北京市丰台区2023_2024学年高二物理上学期期末试题含解析

这是一份北京市丰台区2023_2024学年高二物理上学期期末试题含解析，共25页。
1．答题前，考生务必先将答题卡上的学校、班级、姓名、教育ID号用黑色字迹签字笔填写清楚，并认真核对条形码上的教育ID号、姓名，在答题卡的“条形码粘贴区”贴好条形码．
2．本次练习所有答题均在答题卡上完成．选择题必须使用2B铅笔以正确填涂方式将各小题对应选项涂黑，如需改动，用橡皮擦除干净后再选涂其它选项．非选择题必须使用标准黑色字迹签字笔书写，要求字体工整、字迹清楚．
3．请严格按照答题卡上题号在相应答题区内作答，超出答题区域书写的答案无效，在练习卷、草稿纸上答题无效．
4．本练习卷满分共100分，作答时长90分钟．
第Ⅰ部分（选择题共42分）
一、选择题（共14小题，每小题3分．在每小题给出的四个选项中，只有一个正确选项，请选出符合题目要求的一项．）
1. 关于试探电荷q与电场、电流元与磁场的关系，下列说法正确的是（）
A. 试探电荷q的受力方向，决定了电场强度的方向
B. 电流元的受力方向，决定了磁感应强度的方向
C. 试探电荷q置于电场中某处，所受电场力为零，该处的电场强度有可能不为零
D. 电流元置于磁场中某处，所受安培力为零，该处磁感应强度有可能不为零
【答案】D
【解析】
【详解】A．电场强度只与电场本身的性质有关，与是否放入试探电荷无关，故A错误；
B．磁感应强度只与磁场本身的性质有关，与电流元的受力方向无关，故B错误；
C．试探电荷q置于电场中某处，所受电场力为零，根据
可知，该处的电场强度一定为零，故C错误；
D．电流元置于磁场中某处，所受安培力为零，该处的磁感应强度有可能不为零，电流元在磁场中的受力方向可由左手定则判断，当磁场不为零，且电流元与磁场平行时，电流元将不受磁场力的作用，故D正确。
故选D。
2. 如图所示，A、B为匀强电场中同一条电场线上的两点，一个负电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点。以下图像中能正确描述位移x、静电力F、速度v和加速度a各物理量随时间变化的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】A．从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，则粒子受电场力恒定做初速度为零的匀加速直线运动，则
位移随时间变化图像为抛物线，故A错误；
B．在匀强电场中，受电场力恒定，故B错误；
C．粒子受电场力恒定做初速度为零的匀加速直线运动，速度随时间均匀增加，故C错误；
D．粒子受力恒定，加速度不变，故D正确
故选D。
3. 如图所示，将带正电的导体球C靠近不带电的导体。沿虚线将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量为，下面判断正确的是（ ）
A. ，A带负电B. ，A带正电
C. ，A带负电D. ，A带正电
【答案】B
【解析】
【详解】根据电荷守恒可知
根据静电感应原理可知，A带正电。
故选B。
4. 甲、乙两个质量和电荷量都相同的带正电的粒子（重力及粒子之间的相互作用力不计），分别以速度和垂直磁场方向射入匀强磁场中，且（下列各图中的v表示粒子射入磁场的方向），则甲乙两个粒子的运动轨迹正确的是（ ）
A. B.
C.
D.
【答案】A
【解析】
【详解】CD．根据左手定则可判断带正电的粒子在磁场中向上偏转，选项CD错误；
AB．根据洛伦兹力提供向心力有
解得
由于，则
选项A正确，B错误。
故选A。
5. 利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表。下列说法正确的是（ ）
A. 充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定
B. 充电过程中，电压表的示数逐渐增大后趋于稳定
C. 放电过程中，电流表的示数均匀减小至零
D. 放电过程中，电压表的示数均匀减小至零
【答案】B
【解析】
【详解】A．充电过程中，随着电容器两极板电荷量的积累，电路中的电流逐渐减小，电容器充电结束后，电流表示数为零，A错误；
B．充电过程中，随着电容器两极板电荷量的积累，电压表测量电容器两端的电压，电容器两端的电压迅速增大，电容器充电结束后，最后趋于稳定，B正确；
CD．电容器放电的图像如图所示
可知电流表和电压表的示数不是均匀减小至0的，CD错误。
故选B。
6. 夏天，受强对流天气影响，经常有雷电发生。为避免雷电造成的损害，某建筑顶部装有避雷针。如图所示为某次闪电前瞬间避雷针周围电场的等势面分布情况。在等势面中有A、B、C三点，其中A、B两点位置关于避雷针对称。下列说法正确的是（ ）
A. A、B两点的场强相同
B. 此次闪电前瞬间避雷针尖端一定带负电
C. 从云层沿直线向避雷针尖端运动的电荷受到的电场力可能越来越小
D. 某正电荷从点移动到点，电场力对该电荷做负功
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据图中数据可知，相邻等势线之间的电势差相等，均为1kV，由于等差等势线分布的密集程度能够间接表示电场的强弱，A、B两点位置关于避雷针对称，但这两点位置的等势线分别密集程度不同，可知这两点的电场强度大小不等，由于电场线垂直于等势线，由高电势点指向低电势点，而电场强度的方向沿电场线的切线方向，可知A、B两点的电场强度的方向不同，即A、B两点的场强不相同，故A错误；
B．根据上述可知，电场线整体方向由下指向上，即起源于避雷针，而电场线起源于正电荷或无穷远，可知此次闪电前瞬间避雷针尖端一定带正电，故B错误；
C．根据上述，结合图形可知，从云层沿直线向避雷针尖端运动的电荷所在位置的等势线分布逐渐变密集，即电场强度逐渐变大，电荷受到的电场力也越来越大，故C错误；
D．根据图像可知
某正电荷从点移动到点，电场力对该电荷做功为
可知，某正电荷从点移动到点，电场力对该电荷做负功，故D正确。
故选D。
7. 如图所示，将一个电动机M接在电路中，正常工作时测得电动机两端的电压为，流过电动机的电流为；将电动机短时间卡住时，测得电动机两端的电压为，流过电动机的电流为。下列说法正确的是（ ）
A. 电动机线圈电阻为
B. 正常工作时，电动机消耗的电功率为
C. 正常工作时，电动机产生的热功率为
D. 正常工作时，电动机对外做功功率为
【答案】B
【解析】
【详解】A．当将电动机短时间卡住时，电动机不转、为纯电阻电路，根据欧姆定律
故A错误；
B．正常工作时，电动机消耗的电功率
故B正确；
C．正常工作时，电动机发热的功率
故C错误；
D．正常工作时，电动机对外做功的功率
故D错误。
故选B。
8. 充电宝内部的主要部件是锂电池，电池充满电后能放出的总电荷量叫作电池容量，通常以“安时”或“毫安时”作单位．按照民航局乘机规定：严禁携带额定能量超过的充电宝搭乘飞机。某同学查看了自己的充电宝铭牌，上面写着“”和“”。根据上面信息能够判断出（）
A. 是能量的单位B. 是功率的单位
C. 该充电宝的电池容量为D. 该充电宝可以带上飞机
【答案】D
【解析】
【详解】A．在量纲上表示电流与时间的乘积，而电流与时间的乘积表示电荷量，因此是电荷量的单位，故A错误；
B．在量纲上表示功率与时间的乘积，而功率与时间的乘积表示能量，因此是能量的单位，故B错误；
C．该充电宝的电池容量为
故C错误；
D．该充电宝的能量
因此该充电宝可以带上飞机，故D正确。
故选D。
9. 物理兴趣小组想利用光敏电阻设计一款智能路灯，实现当环境光照强度减弱，路灯可自动变亮．已知光敏电阻随环境光照强度增加，电阻值减小；电源电动势E、内阻r、电阻、路灯的阻值均不变．下列设计方案合理的是（）
A. B.
CD.
【答案】A
【解析】
【详解】当环境光照强度减弱时，光敏电阻的电阻值变大，而路灯可自动变亮，根据“串反并同”关系，则光敏电阻和路灯之间为并联关系，则图A是正确的。
故选A。
10. 如图所示，金属杆的质量为m，长为l，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成角斜向上，结果静止于水平导轨上。已知重力加速度为g。关于金属杆所受力的大小，下列说法正确的是（ ）
A. 安培力大小为B. 安培力大小为
C. 摩擦力大小为D. 支持力大小为
【答案】B
【解析】
【详解】AB．金属杆电流方向与磁场方向垂直，安培力大小为
根据左手定则可判断，安培力与竖直方向夹角为斜向左上，故A错误，B正确；
C．根据水平方向平衡条件得
故C错误；
D．竖直方向，由平衡条件得
故D错误。
故选B。
11. 如图所示，一个正电荷由静止开始经加速电场加速后，沿平行于板面的方向射入偏转电场，并从另一侧射出。已知电荷质量为m，电荷量为q，加速电场电压为。偏转电场可看做匀强电场，极板间电压为U，极板长度为L，板间距为d。不计正电荷所受重力，下列说法正确的是（ ）
A. 正电荷从加速电场射出时具有的速度
B. 正电荷从偏转电场射出时具有的动能
C. 正电荷从偏转电场射出时速度与水平方向夹角的正切值
D. 正电荷从偏转电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离
【答案】C
【解析】
【详解】A．在加速电场中，根据动能定理知
代入得
A错误；
B．根据动能定理知
代入得
B错误；
C．正电荷从偏转电场射出时速度与水平方向夹角的正切值为
沿垂直板面方向速度为
代入得
C正确；
D．由类平抛运动知，正电荷从偏转电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离
水平方向
代入得
D错误；
故选C。
12. 有一块满偏电流为、内阻为的小量程电流表，现要将它改装成、两个量程的电流表，某同学设计了如图甲、乙所示的两个电路．下列说法正确的是（）
A. 的阻值大于的阻值
B. 与的阻值之和大于
C. 用甲图电路测量时，更换量程过程中容易导致电流表损坏
D. 用乙图电路测量时，选量程,应将开关接到M
【答案】C
【解析】
【详解】A．在甲电路中，因电阻越小，则分流越大，则量程越大，则的阻值小于的阻值，选项A错误；
B．乙图中当S接N时应该是小量程，即0.6A量程，此时通过与的电流应该为550mA大于通过电流计的电流，则与阻值之和小于，选项B错误；
C．用甲图电路测量时，更换量程过程中电流都要通过表头，则容易导致电流表损坏，选项C正确；
D．用乙图电路测量时，选量程时，并联的电阻应该较大，则应将开关接到N，选项D错误。
故选C。
13. 如图所示，一块长方体半导体材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。当通以从左到右的恒定电流I时，半导体材料上、下表面电势分别为。该半导体材料垂直电流方向的截面为长方形，其与磁场垂直的边长为a、与磁场平行的边长为b,半导体材料单位体积内自由移动的带电粒子数为n,每个粒子的带电量大小为q。那么（ ）
A. 若，则半导体中自由移动的粒子带负电
B. 若,则半导体中自由移动粒子带正电
C.
D.
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据左手定则知粒子受到的洛伦兹向上，若，判断知半导体中自由移动的粒子带正电，故A错误；
B．根据左手定则知粒子受到的洛伦兹向上，若，判断知半导体中自由移动的粒子带负电，故B错误；
CD．取上表面与比下表面的电势差为，粒子平衡时不再向极板移动，
解得
因为电流
解得
故C正确，D错误。
故选C。
14. 在中国科学技术馆有“雅各布天梯”的实验装置如图所示，展示了电弧的产生和消失过程．两根呈羊角形的电极，底部之间接高压电．当电压升高到一定值时，羊角形电极底部间隙最小处空气先被击穿产生电弧，随后电弧向上爬升，在电极间隙较宽处消失，羊角电极底部将再次产生电弧，如此周而复始．下列说法中可能正确的是（）
A. 电弧未产生时，间隙最小处电场强度最小
B. 两羊角形电极中的电流产生的磁场对电弧作用力始终向上
C. 对调底部AB正负极，电弧不会爬升
D. 将该装置放入真空中，实验现象会更加明显
【答案】B
【解析】
【详解】A．电弧未产生时，两根呈羊角形的电极相当于电容器，根据匀强电场的场强公式
可定性分析，间隙最小处电场强度应最大，故A错误；
B．两羊角形电极中的电流产生的磁场对电弧作用力始终向上，电弧是在磁场力作用以及空气对流的作用下向上爬升的，故B正确；
C．对调底部AB正负极，电弧仍会在磁场对电弧的作用力以及空气对流的作用下爬升，故C错误；
D．将该装置放入真空中，实验现象将不会出现，因为真空中没有可被电离的物质，而高压可将空气电离，从而导电形成电流，故D错误。
故选B。
第Ⅱ部分（非选择题共58分）
二、填空题（本题共2小题，共18分）
15. 某同学练习使用多用电表。
（1）该同学使用多用电表测量某电阻时，他将选择开关置于“”位置，指针位置如图所示。若他的操作是正确的，则所测电阻阻值为____________。
（2）该同学没有改变选择开关位置，继续测量另一个电阻，发现指针偏转角度过大。为减小误差，他再次进行测量前应该进行的正确操作是____________（从①②③④中挑选出合理的步骤，并按顺序排列）．
①将红表笔和黑表笔接触
②把选择开关旋转到“”位置
③把选择开关旋转到“”位置
④调节欧姆调零旋钮，使指针指向欧姆零点
（3）该同学发现多用电表刻度盘上电阻值的刻度是不均匀的，而直流电流值、直流电压值的刻度是均匀的．通过查阅课本，他找到多用电表欧姆表的电路示意图，如图所示。请根据欧姆表的电路示意图，结合所学知识分析说明电阻刻度值不均匀的原因____________。
【答案】 ①. 1900 ②. ②①④ ③. 通过表头的电流与待测电阻之间的关系为非线性关系，因此电阻的刻度线是不均匀的
【解析】
【详解】（1）[1]由图可知指针大约指在盘中间位置，操作正确，则读数为
（2）[2] 如果发现指针的偏角过大，说明选择的挡位过大，应先换小挡位，把选择开关旋转到“”位置；
然后再把两表笔短接，进行欧姆调零。
故顺序是：②①④
（3）[3]根据闭合电路欧姆定律可知通过表头的电流
可见通过表头的电流与待测电阻之间的关系为非线性关系，因此电阻的刻度线是不均匀的。
16. 某同学测定两节干电池串联后的电动势和内阻。
（1）该同学设计的电路图如图甲所示，图乙已将实验器材进行了部分连接，请你根据实验电路图将图乙中的实物电路补充完整___________。
（2）若实验时发现电流表损坏，于是移去电流表，同时用电阻箱替换滑动变阻器。调节电阻箱R的阻值，读出相应的电压表示数U，获得多组数据，如表格所示。
①请在方框中画出相应的电路图________；
②若不考虑电压表内阻的影响，电源电动势与内阻分别用E与r表示，请写出测量电压U与电阻箱电阻R的关系式__________________________；
③该同学想通过图像处理实验数据，获得所测电动势和内阻的值，他以为横坐标，为纵坐标，并根据实验数据描点做图，如图丙所示，其中有一组数据没有描出，请你在图丙中描出，并做出图像________；根据图像计算电动势____________V。（保留三位有效数字）
（3）为了较准确测量电动势，实验中也经常采用如图所示的名为波根多夫对消法的电路。图中是一根均匀的电阻丝，工作电池电动势为，与构成通路。现闭合开关S后，将和合向（是标准电池的电动势，电动势恒定）一侧，即标准电池负极与工作电池负极相连，正极通过检流计G接到滑动头。移动滑动头位置到一点D，调节滑动变阻器R，使得检流计中没有电流通过。再将开关和合向（是待测电池的电动势）一侧，保持滑动变阻器R接入电路的阻值不变，移动滑动头的位置，找到一点X，也使得检流计中没有电流通过。测得段距离为，AX段距离为，可得待测电池电动势____________。
【答案】 ①. ②. ③. ④. ⑤. 2.94 ⑥.
【解析】
【详解】（1）[1]根据电路图连接实物图
（2）[2]电路图如下
[3]根据闭合电路欧姆定律
可得
[4]根据表格数据作点绘图如下
[5]根据
可知图像纵截距的倒数等于电动势
（3）[6] 由于两次流经电流计G的电流都为0，所以第一次调节等于AD两端的电压；第二次调节等于AX两端的电压，由于两次滑动变阻器R接入电路的阻值不变，则流经AB的电流相同，即有
可得
三、计算论证题（本题共5小题，共40分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
17. 如图甲所示，匝的线圈（图中只画了2匝），电阻，其两端与一个的电阻相连，线圈内有垂直纸面向外的磁场。线圈中的磁通量按图乙所示规律变化。
（1）判断通过电阻R的电流方向；
（2）求线圈产生的感应电动势E；
（3）求电阻R两端的电压U。
【答案】（1）由b到a；（2）1000V；（3）900V
【解析】
【详解】（1）由图乙可知，线圈中的磁通量均匀增加，根据楞次定律结合安培定则可知，通过电阻R的电流方向由b到a。
（2）根据图乙，由法拉第电磁感应定律可得
（3）线圈内阻与外电阻R串联，根据串联分压原理，可得电阻R两端的电压
18. 如图所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨和,两导轨间距为，电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为的定值电阻，导体杆的质量为、电阻，并与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向下、磁感应强度为的匀强磁场中。导体杆在水平向右的拉力F作用下，沿导轨做速度的匀速直线运动。求：
（1）通过电阻R的电流大小I；
（2）拉力F的大小；
（3）撤去拉力F后，电阻R上产生的焦耳热。
【答案】（1）0.8A；（2）0.16N；（3）0.16J
【解析】
【详解】（1）ab杆切割磁感线产生感应电动势
E=Blv
根据全电路欧姆定律
代入数据解得
I=0.80A
（2）杆做匀速直线运动，拉力等于安培力，根据安培力公式有
F=BIl
代入数据解得
F=0.16N
（3）撤去拉力后，根据能量守恒，电路中产生的焦耳热
可知
19. 汤姆孙用来测定电子比荷（电子电荷量与质量之比）的实验装置如图甲所示，真空管内阴极K发出的电子，在间经加速电压加速后，穿过中心的小孔沿中心线的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和间的区域，已知极板长度为L，极板间距为d。当P和极板间不加偏转电场时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；当P和极板间加上偏转电场，电场强度为E，亮点偏离到点；此时，在P和间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点。不计电子的初速度、所受重力和电子间的相互作用力。
（1）求电子经电场加速后的速度大小v；
（2）若已知加速电压值为，求电子的比荷；
（3）若只去掉极板P和间的电场，调节匀强磁场强弱，磁感应强度为时，电子通过极板间的磁场区域恰好从下边缘射出，如图乙所示，求电子的比荷。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由题知，当加垂直于纸面向里的匀强磁场时，磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点。则可知电场力大小等于洛伦兹力大小，二力平衡则
得
（2）若加速电压值为，则根据动能定理知
代入得
（3）
如图所示，若去掉极板间的电场，磁感应强度为时，电子进入磁场做匀速圆周运动，由几何关系知
由洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力
代入得
20. 某回旋加速器的工作原理如图所示。和是两个中空的、半径为R的半圆型金属盒，两盒之间窄缝的宽度为d，它们之间有一定的电势差，大小为U。两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，盒的中央A处的粒子源可以产生质量为m、电荷量为的粒子，控制两盒间的电势差，改变电场方向，使粒子每次经过窄缝都会被电场加速，之后进入磁场做匀速圆周运动，经过若干次加速后，粒子从金属盒边缘离开。忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用及相对论效应。
（1）求粒子离开加速器时获得的最大动能；
（2）忽略粒子在两盒间的电场加速的时间，计算粒子从A点开始运动到离开加速器的时间；
（3）已知该回旋加速器金属盒的半径，窄缝的宽度。请通过计算分析，说明在解决（2）问时忽略粒子在两盒间的电场加速时间的原因。
【答案】（1）；（2）；（3）过程见解析
【解析】
【详解】（1）粒子从金属盒D1边缘离开，由洛伦兹力提供向心力可得
解得粒子的最大速度为
则粒子离开加速器时获得的动能为
（2）设粒子在电场中被加速N次，由动能定理可得
解得
粒子每在电场中被加速两次，粒子在磁场中运动一周，则粒子从A点开始运动到离开加速器的时间
（3）粒子在电场中加速过程
解得
则
说明在磁场中运动时间远大于在电场中加速时间，故忽略粒子在两盒间的电场加速时间。
21. 如图甲所示，真空中有一高为h细直裸金属导线，与导线同轴放置一等高的金属圆柱面Q，假设导线沿径向均匀射出速率为的电子。已知电子质量为m，元电荷为e，不考虑逸出电子间的相互作用。
（1）求金属导线与金属柱面之间的最大电势差；
（2）将金属导线与金属柱面看作是一个电容器，导线发射电子前电容器不带电，导线沿径向均匀发射电子，可实现给电容器充电。若单位时间单位长度内射出的电子数为n，经过一段时间，与柱面间电势差达最大值，已知电容器电容为C。假设该过程射出的电子瞬间到达金属柱面并全部被吸收，求该段时间t；
（3）如图乙所示，用导线在金属丝和金属柱面Q之间连接一个外电阻R时，该电阻两端的电压为U。若将外电阻上消耗的电功率设为P；单位时间内到达Q的电子，在从运动到Q的过程中损失的动能之和设为。请推导证明：．
（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量说明）
【答案】（1）；（2）；（3）见解析
【解析】
【详解】（1）达到最大电势差时，刚好没有能够到达柱面电子，由动能定理得
解得
（2）最终电容器电荷量为
充电用时
解得
（3）外电阻R单位时间内产生的焦耳热
根据能量守恒，单位时间内到达Q的电子，在从运动到Q的过程中损失的动能之和等于外电阻R单位时间内产生的焦耳热
故
8
10
15
20
25
1.85
1.98
2.26
2.40
2.51