河北省衡水市枣强县2024-2025学年高二上学期1月期末联考物理试卷（解析版）

这是一份河北省衡水市枣强县2024-2025学年高二上学期1月期末联考物理试卷（解析版），共20页。试卷主要包含了选择题的作答，非选择题的作答等内容，欢迎下载使用。
本试卷共8页，15题。全卷满分100分。考试用时75分钟。
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、单项选择题：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，只有一项是符合题目要求的。
1. 对磁场、磁感线、磁感应强度、磁通量概念的理解，下列说法正确的是（ ）
A. 物理学上认为磁场是存在于磁体或通电导体周围的一种特殊物质，而实际上并不存在
B. 磁感线是不相交、不闭合、假想的曲线，不是真实存在的
C. 由可知，若一小段通电导线在某处受到的磁场力F为零，则该处的磁感应强度一定为零
D. 若通过某个面的磁通量为零，则该处的磁感应强度不一定为零
【答案】D
【解析】A．物理学上认为磁场是存在于磁体或通电导体周围一种特殊物质，是实际存在的，故A错误；
B．磁感线是不相交、闭合、假想的曲线，不是真实存在的，故B错误；
C．是磁感应强度的定义式，磁感应强度只由磁场自身决定，若一小段通电导线在某处受到的磁场力F为零，可能是电流方向与磁场方向垂直，该处的磁感应强度不一定为零，故C错误；
D．若通过某个面的磁通量为零，可能是磁场方向与该面平行，该处的磁感应强度不一定为零，故D正确。
故选D。
2. 如图所示为LC振荡电路中电容器极板上的电荷量q随时间t变化的曲线，下列说法正确的是（ ）
A. 在时刻，电路中的磁场能最大
B. 在时间内，电容器正在充电
C. 在时间内，电路中的电流不断增大
D. 在时刻，电容器中的电场能最大
【答案】A
【解析】A．在时刻，由题图可知，电容器所带电荷量为0，此时电容器中电场能最小，则电路中的磁场能最大，故A正确；
B．在时间内，由题图可知，电容器所带电荷量逐渐减小，则电容器正在放电，故B错误；
C．在时间内，由题图可知，电容器所带电荷量逐渐增大，电容器中电场能逐渐增大，则电路中的磁场能逐渐减小，电路中的电流不断减小，故C错误；
D．在时刻，由题图可知，电容器所带电荷量为0，此时电容器中电场能最小，故D错误。
故选A。
3. 关于下列四幅图的说法正确的是（ ）
A. 图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压U
B. 图乙是磁流体发电机的结构示意图，将一束等离子体喷入磁场，A、B两板间会产生电压，且A板电势高
C. 图丙是速度选择器的结构示意图，速度的带电粒子（不计重力）能够沿直线从右侧进入并匀速通过速度选择器
D. 图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大
【答案】D
【解析】A．甲图中，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
可知
粒子获得的最大动能为
所以要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径R和增大磁感应强度B，增加电压U不能增大最大初动能，故A错误；
B．乙图中根据左手定则，正电荷向下偏转，所以极板带正电，为发电机的正极，A极板是发电机的负极，低于B板电势，故B错误；
C．丙图中，假如带正电的粒子从右向左运动通过复合场时，电场力竖直向下，根据左手定则，洛伦兹力方向也向下，所以不可能沿直线通过复合场，故C错误；
D．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由
可得
粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3，则R越小，说明比荷越大，故D正确。
4. 光滑水平桌面上，导体棒MN固定、PQ可以自由运动。现给两棒通以图示的恒定电流，则下列能够反映此后一段时间内PQ大致位置的是（ ）（时间先后顺序为a，b，c）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】根据右手螺旋定则分析可知，导体棒MN在上方产生的磁场方向垂直于纸面向外。导体棒PQ电流方向向上，根据左手定则可知，导体棒PQ所受安培力方向向右。根据通电直导线在周围产生的磁场分布可知，离导体棒MN越近，磁场越强，离导体棒MN越远，磁场越弱。所以导体棒PQ下半部分受力大于上半部分受力。
故选D。
5. 如图所示为一款风力发电机模型，由扇叶带动线圈在固定的磁极中转动并切割磁感线，发电机的电动势随时间变化的规律为。现在a、b两端接上阻值的小灯泡，线圈内阻可忽略，下列说法正确的是（ ）
A. 交流电的频率为0.1Hz
B. 小灯泡的实际功率为5W
C. 若风力减小，小灯泡可能变亮
D. 图示位置时，感应电流最小
【答案】B
【解析】A．由电动势的表达式可知
则交流电的周期为
交流电的频率为
故A错误；
B．电动势有效值为
由于线圈内阻可忽略，小灯泡的功率为
故B正确；
C．若风力减小，线圈转动的角速度减小，根据
可知电动势最大值减小，电动势有效值减小，小灯泡消耗的实际功率减小，小灯泡变暗，故C错误；
D．线圈在图示位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，产生的电动势最大，感应电流最大，故D错误。
故选B。
6. 如图所示，三根长度均为a的金属辐条和金属圆环组成飞轮，可绕过其中心的水平固定轴转动。飞轮处在方向垂直环面的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，左侧阻值为R的定值电阻一端通过电刷与圆环边缘良好接触，另一端连接转轴。已知飞轮每根辐条的电阻为R，不计其他电阻。现让飞轮以转速n匀速转动，则每根辐条两端的电压为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】每根辐条产生的感应电动势
电路等效为三个电动势为E，内阻为R的电源并联，则回路总电流
每根辐条两端的电压
故选C。
7. 如图所示，在直角三角形区域（含边界）内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，，，边长，一个粒子源在a点将质量为m、电荷量为q的带正电粒子以大小和方向不同的速度射入磁场，在磁场中运动时间最长的粒子中，速度的最大值是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】粒子沿ab边界方向射入磁场从ac边射出磁场时转过的圆心角最大，粒子在磁场中的运动时间最长，粒子速度最大时运动轨迹与bc相切，粒子运动轨迹如图所示
由题意知
则
因为四边形是正方形，所以粒子做圆周运动的半径
粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
解得
故选C。
二、多项选择题：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，有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 如图所示，图中直线①是某电源的路端电压与电流的关系图像，图中曲线②是该电源的输出功率与电流的关系图像，则下列说法正确的是（ ）
A. 电源的内阻为5Ω
B. 电源的电动势为30V
C. 电源的输出功率为120W时，输出电压为30V
D. 电流为4A时，外电路的电阻为5Ω
【答案】AC
【解析】AB．根据闭合电路欧姆定律可得，电源的路端电压
根据直线①有，
故A正确，B错误；
C．根据曲线②可知，当电源的输出功率为120W时，电流为4A，则输出电压为
结合上述解得
故C正确；
D．电流为4A时，根据闭合电路欧姆定律有
解得外电路的电阻为
故D错误。
故选AC。
9. 如图所示，两水平平行导轨左端用导线连接一定值电阻R，阻值为r、长为L的导体棒垂直导轨放置在虚线ab的左侧，虚线与导轨垂直，导体棒紧靠虚线放置，虚线ab的右侧存在竖直向上的匀强磁场，t = 0时刻，在导体棒上施加一水平向右的外力，使导体棒由静止开始向右做匀加速直线运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导轨和导线的电阻均可忽略不计。流过定值电阻的电流为I，外力大小为F，流过定值电阻的电荷量为q，定值电阻消耗的电功率为P，选项图中的曲线均为抛物线。则上述物理量关于时间的变化规律正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】AD
【解析】A．导体棒由静止开始做匀加速直线运动，则有
导体棒做切割磁感线运动产生的感应电动势
整理得
又由闭合电路欧姆定律得
整理得
A正确；
B．假设导体棒的质量为m，由牛顿第二定律得
又安培力的大小为
整理得
B错误；
C．流过定值电阻的电荷量为
整理得
C错误；
D．定值电阻消耗的电功率为
整理得
D正确。
故选AD。
10. 如图所示为远距离输电原理图，图中升压变压器和降压变压器均是理想变压器，输电线总电阻为。若发电厂的输出电压不变，将开关S由接2改为接1，并调节电阻箱的阻值使发电厂的输出功率不变，则下列说法正确的是（ ）
A. 电流表的示数增大B. 电压表的示数增大
C. 用户得到的功率减小D. 输电线损失的功率减小
【答案】BD
【解析】AD．若发电厂的输出电压不变，将开关S由接2改为接1，根据
由于升压变压器副线圈匝数变大，所以升压变压器副线圈输出电压增大；调节电阻箱的阻值使发电厂的输出功率不变，则有
可知升压变压器副线圈电流减小，则电流表的示数减小；根据
可知输电线损失的功率减小，故A错误，D正确；
B．根据
可知降压变压器原线圈输入电压增大；根据
可知降压变压器副线圈输出电压增大；则电压表的示数增大，故B正确；
C．根据
由于发电厂的输出功率不变，输电线损失的功率减小，所以用户得到的功率增大，故C错误。
故选BD。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某实验小组用可拆变压器做“探究变压器原、副线圈两端的电压和匝数的关系”实验，可拆变压器零部件和组装后的变压器如图所示。
（1）下列给出的器材中，本实验需要用到的有______（填器材前字母序号）。
A. 干电池B. 学生电源
C. 直流电压表D. 多用电表
（2）本实验通过改变原、副线圈匝数来探究原、副线圈两端的电压比与匝数比的关系，实验中需要运用的科学方法是______（填正确答案标号）。
A. 控制变量法
B. 等效替代法
C. 整体隔离法
（3）某次用匝数匝和匝的线圈进行实验，测量的数据如下表所示，下列说法正确的是______（填正确答案标号）。
A. 原线圈的匝数为，原、副线圈两端的电压与匝数成正比
B. 副线圈的匝数为，原、副线圈两端的电压与匝数成反比
C. 原线圈的匝数为，原、副线圈两端的电压与匝数成正比
D. 副线圈的匝数为，原、副线圈两端的电压与匝数成反比
【答案】（1）BD （2）A （3）C
【解析】（1）AB．实验中，变压器原线圈需要输入交流电压，而干电池只能输出恒定直流电压，学生电源可以输出交流电压，故A错误，B正确；
CD．实验中，变压器副线圈输出交流电压，而直流电压表只能测量直流电压，多用电表可以测量交流电压，故C错误，D正确。
故选BD。
（2）为实现探究目的，保持原线圈输入的电压一定，通过改变原、副线圈匝数，测量副线圈上的电压。实验中需要运用的科学方法是控制变量法。
故选A。
（3）由表格数据可知，变压器并非理想变压器即有能量损失，所以原线圈的匝数为，副线圈的匝数为，在误差范围内原、副线圈两端的电压之比近似等于匝数比。
12. 小明同学想较准确测量某电池的电动势和内阻。他查阅资料得知此电池的电动势约、内阻约除待测电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
A.电压表（量程3V，内阻约）
B.电流表（量程2mA，内阻约为）
C.滑动变阻器（阻值）
D.滑动变阻器（阻值）
（1）小明设计了如图所示的电路，实验中滑动变阻器应选______（选填“”或“”）
（2）正确连接电路后，闭合开关 S，调节滑动变阻器的滑片，测出多组 U、I值，记入下表。
根据记录表中的实验数据在坐标中作出图像______，由图像可得出该电池的电动势为__________ V，内阻为______（得出的结果均保留三位有效数字）。
（3）上述实验电池内阻的测量值______（选填“大于”、“等于”或“小于”真实值）。
【答案】（1） （2）见解析 1.35 792 （3）大于
【解析】（1）因为电池的内阻约，由题图甲可知滑动变阻器为限流式接法，而的阻值太小，基本起不到调节电流作用，故实验中滑动变阻器应选；
（2）[1]根据表格描点连线如图所示
[2][3]由闭合电路欧姆定律得
结合所作图像可得该电池的电动势为
内阻为
（3）若考虑电流表内阻，由闭合电路欧姆定律得
可知图像的斜率绝对值为
可知实验电池内阻的测量值大于真实值。
13. 如图所示，在与水平方向成角的金属导轨间连一电源，电源电动势，内阻，在相距的平行导轨上垂直于导轨放一重的金属棒，棒在两导轨间电阻，其余电阻不计，磁场方向竖直向上，导轨和金属棒之间的摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导体棒静止，，，求：
（1）流过金属棒的电流强度大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度取值范围。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）由闭合电路的欧姆定律可得
（2）当导体棒有下滑趋势时，则有
解得
当导体棒有上滑趋势时
解得
故磁感应强度的取值范围为
14. 如图所示为两条间距为d的固定光滑金属导轨，其中部分为半径为的四分之一圆弧轨道，部分为足够长水平直轨道，水平轨道位于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为。现将质量为、电阻为的金属棒S静置于距足够远的水平轨道上，将与其完全相同的金属棒由处静止释放，一段时间后，金属棒运动到水平轨道上。在运动过程中，两棒始终与导轨垂直且保持良好接触，除金属棒电阻之外其他电阻不计，已知重力加速度为。求：
（1）金属棒运动至圆弧轨道最底端处时的速度和金属棒对轨道的压力大小；
（2）金属棒刚进入水平轨道时，通过金属棒S的电流大小；
（3）从金属棒进入水平轨道到两棒运动稳定的共同速度v；
（4）从金属棒进入水平轨道到两棒运动稳定的过程中金属棒S产生的热量。
【答案】（1）， （2） （3） （4）
【解析】（1）金属棒由静止释放运动到处的过程中，根据动能定理有
求得
金属棒运动到处时，由牛顿第二定律有
解得
根据牛顿第三定律，金属棒运动至处时对轨道的压力大小为
（2）金属棒刚进入水平轨道时，金属棒产生的电动势为
通过金属棒的电流大小
（3）两棒组成的系统动量守恒，有
联立解得共同速度为
（4）金属棒从进入水平轨道到两棒运动稳定的过程中，两棒产生的总热量为
金属棒产生的热量为
联立得
15. 如图，水平放置的两平行金属板间存在匀强电场，板长是板间距离的倍。金属板外有一圆心为O的圆形区域，其内部存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场。质量为m、电荷量为q（q > 0）的粒子沿中线以速度v0水平向右射入两板间，恰好从下板边缘P点飞出电场，并沿PO方向从图中O′点射入磁场。已知圆形磁场区域半径为，不计粒子重力。
（1）求粒子在金属板间运动的过程中，电场力对其做的功；
（2）求粒子在磁场运动的时间；
（3）仅改变圆形磁场区域的位置，使粒子仍从图中O′点射入磁场，且在磁场中的运动时间最长。改变后的圆形磁场区域的圆心标记为M，求O′O与O′M夹角的正切值。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）设平行金属板间距离为d，则平行金属板板长为，粒子在两平行金属板间做类平抛运动，水平方向上有
竖直方向上有
解得
由动能定理有
粒子进入磁场时的速度
解得
（2）由（1）可知粒子进入磁场时速度
根据
解得粒子在磁场中做圆周运动的半径
已知磁场圆半径
则有
作出粒子在磁场中的运动轨迹，如图1所示
令粒子在磁场中运动轨迹所对应圆心角为θ，由几何关系可得
解得
由于
粒子在磁场中偏转60°，即在磁场中运动的时间
解得
（3）根据几何关系，将磁场圆绕O′点顺时针旋转，当O点转到M点，粒子在磁场中的运动轨迹相应的弦为磁场圆的直径时，粒子在磁场中的运动时间最长。作出粒子在磁场中的运动轨迹及相应的弦，标出改变后的磁场圆的圆心M，如图2所示
由于没有改变圆形磁场区域的位置前，从O′射入的速度方向沿O′O，即O′O与O′M夹角就是图中v与O′M的夹角，设O′O与O′M夹角为β，由几何关系可知
解得
/V
1.80
2.80
3.80
4.90
/V
4.00
6.01
8.02
9.98
U/V
1.11
1.05
0.88
0.72
0.56
I/mA
0.30
0.40
0.60
0.80
1.00