吉林省“BEST合作体”2024-2025学年高二上学期期末考试试题物理试卷（解析版）

这是一份吉林省“BEST合作体”2024-2025学年高二上学期期末考试试题物理试卷（解析版），共16页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
本试卷分选择题和非选择题题两部分，共15题，共100分，共3页。考试时间为75分钟。考试结束后，只交答题卡。
第Ⅰ卷 选择题（共46分）
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. 如图所示，把一条导线平行地放在小磁针的正上方，当导线中有电流通过时，小磁针会发生转动。首先观察到这个实验现象的物理学家是（ ）

A. 奥斯特B. 法拉第
C. 安培D. 麦克斯韦
【答案】A
【解析】当导线中有电流通过时，小磁针会发生转动，即电流的磁效应。首先观察到这个实验现象的物理学家是奥斯特。
故选A。
2. 如图所示，两个很轻的铝环a、b，环a闭合，环b不闭合，a、b环都固定在一根可以绕O点自由转动的水平细杆上，此时整个装置静止。下列选项正确的是（ ）
A. 条形磁铁N极垂直环a靠近a，环a将靠近磁铁
B. 条形磁铁S极垂直环a远离a，环a将不动
C. 条形磁铁N极垂直环b靠近b，环b将靠近磁铁
D. 条形磁铁S极垂直环a靠近a，环a将远离磁铁
【答案】D
【解析】A．当条形磁铁N极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故A错误；
BD．当条形磁铁S极垂直a环靠近a时，穿过a环的磁通量增加，a环闭合产生感应电流，磁铁对a环产生安培力，阻碍两者相对运动，a环将远离磁铁，故B错误，D正确；
C．当条形磁铁N极垂直b环靠近b时，b环中不产生感应电流，磁铁对b环没有安培力作用，b环将静止不动，故C错误。
故选D。
3. 如图是三根平行直导线的截面图，若它们的电流大小都相同，B、D中电流垂直纸面向里，C中电流垂直纸面向外。图中A点与三根导线的距离，则直导线C受到安培力的方向（ ）
A. 沿AC方向向下B. 沿CA方向向上
C. 垂直纸面向外D. 垂直纸面向里
【答案】A
【解析】由几何知识可得，，根据安培定则可以确定B、D导线在C点的磁场方向如图所示
根据矢量的合成定则可知，C点的合磁强的方向水平向左，结合左手定则可知，直导线C受到安培力的方向沿AC方向向下。
故选A。
4. 如图所示为一交流电压随时间变化的图象。每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定。根据图中数据可得此交流电压的有效值为（ ）
A. 7.5 VB. 2 VC. 8 VD. 3 V
【答案】B
【解析】由电压随时间变化的图象可知，它不是正弦式电流，因此有效值不是等于最大值除以,取一个周期进行分析，在0~1s内是正弦式电流，则电压的有效值等于V。在1~3s内是恒定电流，则有效值等于9V。则在0~3s内，产生的热量为
解得
故选B。
5. 空间中有沿x轴方向的静电场，x轴上各点电势分布如图所示，图线关于纵轴对称，下列说法正确的是（ ）
A. 该电势分布可能是放置在O点，带负电的点电荷形成的
B. 电子在处和处受到的电场力相同
C. 电子从处沿x轴正向移动到处，其电势能先减小后增大
D. 某试探电荷在处的电势能可能小于在处的电势能
【答案】D
【解析】A．由于图像的斜率表示电场强度，由图可知x轴上各点离O点越近，电场强度越小，故该电势分布不可能是放置在O点的负点电荷形成的，A错误；
B．图像的斜率表示电场强度，则x1处和-x1处电场强度大小相等，根据沿电场线电势降低，可知x1处电场强度方向沿轴负方向，-x1处电场强度方向沿轴正方向，故电子在x1处和-x1处受到的电场力方向不同，B错误；
C．由于电子带负电，电子从-x2沿x轴移动到x2处，电子的电势能先增大后减小，C错误；
D．由图可知x2处的电势大于-x1处的电势，若试探电荷带正电，则其在x2处的电势能大于在-x1处的电势能，若试探电荷带负电，则其在x2处的电势能小于在-x1处的电势能，D正确。
故选D。
6. 如图甲所示，在虚线所示的区域有垂直纸面向里的磁场，磁场变化规律如图乙所示，面积为S的n匝金属线框处在磁场中。线框与电阻R相连，若金属框的电阻为，下列说法正确的是（ ）
A. 线框面积将有扩大趋势
B. 流过电阻R的感应电流方向由b到a
C. a、b间的电压为
D. a、b间的电压为
【答案】D
【解析】A．由于磁场增强，根据“增缩减扩”原理可知，线框面积将有缩小的趋势，A错误；
B．根据楞次定律可知，流过电阻R的感应电流方向由a到b，B错误；
CD．据法拉第电磁感应定律，可知回路产生的感应电动势
由欧姆定律可知，电路中的电流
故a、b间的电压为
C错误，D正确。
故选D。
7. 小万做自感现象实验时，连接电路如图所示，则（ ）
A. 断开开关S，L1逐渐变暗至熄灭，L2变亮后再熄灭
B. 闭合开关S，L2逐渐变亮，然后亮度不变
C. 闭合开关S，L1立刻变亮，且亮度不变
D. 断开开关S，L1变亮后再熄灭，L2一直不亮
【答案】A
【解析】
【分析】BC．闭合开关S，由于线圈的阻碍作用，则L1逐渐变亮，然后保持不变；根据二极管的单向导电性，电流不会通过L2，故L2不亮，故BC错误；
AD．当断开开关S，线圈与二极管D形成回路，则有流过L2的电流，则L2变亮后再熄灭，而流过L1的电流逐渐减小，故L1逐渐变暗至熄灭，故A正确，D错误。
故选A。
8. 对磁场研究的深入和技术的掌握，磁场知识在现代科技中获得广泛的应用。如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是磁电式电流表，下列说法正确的是（ ）
A. 甲图可通过增大磁感应强度B来增大粒子的最大动能
B. 乙图可通过增加A、B两板间的距离来增大电源电动势
C. 丙图中不计重力的带电粒子能够从右侧沿水平直线匀速通过速度选择器
D. 丁图中磁电式电流表在线圈转动的范围内的磁场都是匀强磁场
【答案】AB
【解析】A．带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有洛伦兹力提供向心力可得
解得
粒子的最大动能为
则可通过增加回旋加速器半径来增大粒子的最大动能，A正确；
B．当磁流体发电机稳定工作时，带电粒子在A、B两板间受到的洛伦兹力和电场力刚好平衡，则有
解得
则可通过增加A、B两板间距离来增大电源电动势，B正确；
C．当带电粒子从右侧进入选择器时，此时电场力和洛伦兹力同向，粒子不能从右侧沿水平直线匀速通过速度选择器，C错误；
D．磁电式电流表在线圈转动的范围内的磁场是辐射状的磁场，不是匀强磁场，D错误。
9. 如图所示，正方形abcd区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，两个质量相等、电荷量大小分别为和的带电粒子甲、乙均从a点射入磁场，其中甲粒子沿ad边方向射入磁场后从c点射出，乙粒子沿与ab边成45°的方向射入磁场后从b点射出，不计重力和粒子间的相互作用，则（ ）
A. 甲、乙两个粒子进入磁场的速率之比为
B. 甲、乙两个粒子进入磁场的速率之比为
C. 甲、乙两个粒子在磁场中的运动时间之比为
D. 甲、乙两个粒子在磁场中的运动时间之比为
【答案】AC
【解析】AB．做出甲乙在磁场运动的轨迹如图
由几何关系可知
粒子在磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有
解得
故甲、乙两个粒子进入磁场的速率之比为，A正确，B错误；
CD．由几何关系有
甲、乙在磁场运动的圆心角为
粒子在磁场中的运动周期
解得
故甲乙粒子的周期之比为
甲、乙两个粒子在磁场中的运动时间之比为
C正确，D错误。
故选AC
10. 如图所示，有方向垂直于光滑绝缘水平桌面的两匀强磁场，磁磁感应强度的大小分别为，，PQ为两磁场的边界，磁场范围足够大，一个水平放置的桌面上的边长为a，质量为m，电阻为R的单匝正方形金属线框，以初速度v垂直磁场方向从图示位置开始向右运动，当线框恰有一半进入右侧磁场时的速度为，则下列判断正确的是（ ）
A. 此时感应电流为顺时针方向
B. 此时线框的加速度大小为
C. 此过程中通过线框截面的电量为
D. 此时线框的电功率为
【答案】AD
【解析】A．根据右手定则可知，此时感应电流为顺时针方向，故A正确；
B．感应电动势为
感应电流为
根据牛顿第二定律有
解得
故B错误；
C．感应电动势的平均值
感应电流的平均值为
则此过程中通过线框截面的电量为
故C错误；
D．结合上述可知，此时的感应电动势为
此时的感应电流
则此时线框的电功率为
解得
故D正确。
故选AD。
第Ⅱ卷 非选择题（共54分）
二、非选择题（本题共5小题，共54分）
11. （1）图甲是一把50分度的游标卡尺，它的读数为___________；

（2）使用螺旋测微器测量金属丝的直径，示数如图乙，则金属丝的直径是________；
（3）如图丙，当使用0~0.6A量程时，图中表针示数是___________A。
【答案】（1）3.18 （2）2.150##2.149##2.151 （3）0.44
【解析】（1）50分度的游标卡尺分度值为0.02mm，则它的读数为
（2）金属丝的直径为
（3）当使用0~0.6A量程时，分度值为0.02A，则图中表针示数为0.44A。
12. 在“测定电池的电动势和内阻”的实验课上，小明、小华和小阳三人利用铜片、锌片、马铃薯制作了水果电池，铜片为电源的正极，锌片为电源的负极。经查阅资料，水果电池的内阻与选用的水果、两电极之间的距离及电极面积大小有关，一般在几百至几千欧姆之间。
（1）为了估测水果电池的电动势和内阻，先用多用电表进行测量，如图所示，组内三位同学的操作如下，你认为正确的操作是________。
A．小明选择直流电压挡，直接将红表笔与铜片、黑表笔与锌片连接测量电动势
B．小华选择欧姆挡，直接将红表笔与铜片、黑表笔与锌片连接测量内阻
C．小阳选择欧姆挡合适的倍率，然后将红表笔和黑表笔短接，进行欧姆调零，最后直接将红表笔与铜片、黑表笔与锌片连接测量内阻
（2）他们又用“伏安法”选择合适的电路测定了干电池的电动势和内阻，得到几组数据，作出图线如上图，已知选用电压表：量程，内阻约，电流表：量程，内阻。根据图线求出干电池的电动势________V，电池的内阻________（计算结果保留两位小数），测得的电池内阻阻值________。（填偏大、偏小或无系统误差）
【答案】（1）A （2）1.45 0.59 无系统误差
【解析】（1）[1]A．用多用电表估测电池电动势时，应选择直流电压挡，直接将红表笔与铜片、黑表笔与锌片连接测量电动势，故A正确；
BC．因电池本身有电动势，又因多用电表的欧姆挡是通过测量通过电阻的电流大小而得出电阻值，所以不能用多用电表的欧姆挡直接测量电池的内阻，故BC错误。
故选A。
（2）[2][3]根据题意，由于电流表内阻已知，把电流表内阻于电源内阻等效为内阻，由闭合回路欧姆定律有
结合图像可得
，
解得
[4]由于电流表的内阻已知，则测得的电池内阻阻值为准确值，无系统误差。
13. 如图所示，匝数匝、面积为的矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动。已知转轴平行于线圈平面，且线圈从平行于磁场的平面开始转动，磁场磁感应强度。线圈通过理想变压器连接的电阻，变压器的原、副线圈匝数比，电流表为理想电流表。

（1）求发电机中电动势随时间变化的表达式；
（2）若发电机线圈电阻忽略不计，求电流表的示数I。
【答案】（1）；（2）
【解析】（1）由题意
代入数据解得
（2）线圈电动势有效值
，，
联立以上各式，得电流表示数
14. 如图所示，在竖直平面（纸面）内水平虚线ab的下方整个区域内有电场强度大小为E、方向竖直向下的匀强电场，一固定薄壁圆筒的横截面与ab相切，其圆心为O。圆筒内有磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面水平向里的匀强磁场。一电荷量为q的带负电小球（视为质点），自ab上方距ab的高度为h处由静止释放，小球经圆筒的小孔S沿半径SO方向进入圆筒内，与圆筒内壁发生两次碰撞后沿半径OP方向从圆筒上的小孔P水平射出，射出后做匀速直线运动。小球与圆筒内壁碰撞的时间极短且没有机械能损失，小球的电荷量保持不变，重力加速度为g，不计空气阻力。
（1）求小球通过小孔S时的速度大小v以及小球的质量m；
（2）求圆筒半径R。
【答案】（1）， （2）
【解析】（1）小球开始做自由落体运动，根据速度与位移的关系有
解得
小球通过P点后做匀速直线运动，根据平衡条件有
解得
（2）结合上述，小球所受电场力与重力平衡，则由洛伦兹力提供小球在圆筒内做圆周运动所需的向心力，则有
解得
作出运动轨迹，如图所示
两次碰撞后沿方向射出，此弧对应的圆心角为
根据几何关系可知，圆周运动半径与圆通的半径关系
解得圆筒的半径
15. 如图所示，足够长的平行金属导轨， 竖直放置，间距为，在MN之间接有阻值为的定值电阻，质量为，电阻为的金属杆ab由跨过光滑定滑轮的轻绳与质量为的重物A相连，磁感应强度为的匀强磁场与导轨平面垂直。开始时金属杆ab置于导轨下端MN处，将重物A由静止释放，当重物A下降时恰好达到稳定速度而匀速下降，运动过程中金属杆ab始终与导轨垂直且接触良好（一切摩擦不计，重力加速度g取），求：
（1）重物A匀速下降的速度v；
（2）重物A从释放到下降的过程中，定值电阻R中产生的焦耳热；
（3）若从重物A恰好匀速下降的时刻起，磁感应强度逐渐减小，金属杆中恰好不产生感应电流。试写出磁感应强度B随时间t变化的关系式。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）重物匀速下降时，设细线对金属杆的拉力大小为T，金属杆所受安培力大小为F。对金属杆受力分析，由平衡条件得
由安培力公式得
根据闭合电路欧姆定律，得
根据法拉第电磁感应定律，得
对重物，由平衡条件得
解得
（2）设电路中产生的总热量为Q，由能量守恒定律得
由串联电路的规律可知，电阻R中产生的热量
（3）金属杆中恰好不产生感应电流时，穿过回路的磁通量不变，则有
而此时回路没有感应电流，因此不受安培力，金属杆匀加速运动，由牛顿第二定律
物体运动的位移
则磁感应强度B随时间t变化的关系为