山东省枣庄滕州市2024-2025学年高二下学期期中考试物理试卷（解析版）

这是一份山东省枣庄滕州市2024-2025学年高二下学期期中考试物理试卷（解析版），共20页。试卷主要包含了考试结束后，将答题卡交回等内容，欢迎下载使用。
注意事项：
1．答题前，考生务必用0.5毫米黑色墨水签字笔将自己的姓名、准考证号、学校、班级等填写在答题卡规定的位置。
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，再选涂其它答案标号。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，将答题卡交回。
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. 下列有关电磁波的说法正确的是（ ）
A. 1886年，科学家麦克斯韦首先通过实验捕捉到了电磁波
B. 电磁波能在真空中传播，但只能传递声音信号，不能传递图像信号
C. 电磁波源消失后不产生新的电磁波，但已发出的电磁波不会立即消失
D. 北京电视台与上海电视台发射的电磁波的频率不同，传播速度也不同
【答案】C
【解析】A．麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在，而赫兹于1887年首次通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；
B．电磁波能在真空中传播，且既能传递声音信号（如广播），也能传递图像信号（如电视），故B错误；
C．电磁波由波源产生后，会以光速独立传播。若波源停止工作，不再产生新的电磁波，但已发出的电磁波仍会继续传播，不会立即消失，故C正确；
D．电磁波的传播速度在真空中恒为光速（），与频率无关。不同电视台发射的电磁波频率不同，但传播速度相同，故D错误。
故选C。
2. 在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动。如图所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如下左图所示，已知线框内阻为1.0Ω，外接一只电阻为9.0Ω的灯泡，则（ ）
A. 电压表V的示数为20V
B. 电路中的电流方向每秒改变5次
C. 0.1s时，线圈处于中性面
D. 电动势的瞬时值表达式为
【答案】D
【解析】A．通过左侧图像可知电动势有效值为
由闭合电路欧姆定律可知
由欧姆定律可知电压表V的示数为
故A错误；
B．根据左图可知交变电流的周期为，其频率为
每个周期内电流方向改变两次，说明电路中的电流方向每秒改变10次，故B错误；
C．0.1s时，电动势最大，线圈处于与中性面垂直的位置，故C错误；
D．电动势的最大值为，角速度
零时刻电动势最大，电动势随时间按余弦规律变化，因此电动势的瞬时值表达式为
故D正确
3. 近场通信（NFC）器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0cm、1.1cm和1.2cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为，则线圈产生的感应电动势最接近（ ）
A. 0.36VB. 0.44VC. 0.59VD. 1.09V
【答案】A
【解析】根据法拉第电磁感应定律可得
故选A
4. 已知某发电站原来的发电功率为P，输电的电压为U，经改造升级后，其发电功率增为3P。若采用原来的输电线路送电，要求送电效率不变，则改造后的输电电压应为（ ）
A. B. C. 2UD. 3U
【答案】B
【解析】设输电线路电阻为r，原输电线电流
输电线上损耗的功率为
则输电效率为
改造后发电功率为3P，设输电电压为U′
则此时输电电流
损耗功率
输电效率
根据效率不变可得
解得
故选B。
5. 如图所示，两条抛物线形状的平行光滑固定导轨，其顶端切线水平，底端连接一开关S。一细直金属棒置于导轨顶端，与两导轨垂直并接触良好。当该金属棒从导轨顶端以初速度水平抛出后，恰好能沿导轨无挤压地运动至底端。若在整个空间加上一竖直向下的匀强磁场，该金属棒再以相同速度从导轨顶端水平抛出，不计空气阻力，则在该金属棒落地前的运动过程中（ ）
A. 若开关S断开，回路中的感应电动势为零
B. 若开关S断开，回路中的感应电动势不变
C. 若开关S闭合，该金属棒可能会离开导轨
D. 若开关S闭合，该金属棒在竖直方向做自由落体运动
【答案】B
【解析】AB．若开关S断开，该金属棒做平拋运动，水平方向速度不变，回路中的感应电动势不变，故A错误，B正确；
C．若开关S闭合，该金属棒受到水平向左的安培力作用，不会离开导轨，故C错误；
D．若开关S闭合，该金属棒受到导轨斜向右上方的弹力，在竖直方向不是只受到重力的作用，因此，金属棒不可能做自由落体运动，故D错误。
故选C。
6. 如图所示，A、B、C是三只完全相同灯泡，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关S瞬间，A、B、C均逐渐变亮
B. 闭合开关S瞬间，A和C立即亮、B逐渐变亮
C. 断开开关S瞬间，C立即熄灭
D. 断开开关S瞬间，A闪亮后逐渐熄灭
【答案】D
【解析】AB．由于自感线圈L阻碍电流增大，所以闭合开关S瞬间，A先亮，B、C逐渐变亮，稳定后三个灯泡一样亮，故AB错误；
CD．断开开关S瞬间，自感线圈、A、B、C组成闭合回路，自感线圈阻碍电流减小，所以B、C逐渐熄灭，流过A电流等于流过B、C电流之和，比断开开关前电流大，所以A闪亮后逐渐熄灭，故C错误，D正确。
故选D。
7. 如图为理想自耦变压器的工作原理图。当线圈的a、b两端输入电压恒定的交流电时，c与抽头d和c与抽头e之间可获取不同的电压。已知图中定值电阻，，若开关均闭合时电流表的示数为仅闭合时的5倍，则c与抽头e和c与抽头d之间线圈的匝数比为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由题可知，开关S1、S2均闭合时电流表的示数为仅闭合S1时的5倍，ab端输入电压一定，可知S1、S2均闭合时R2的功率为R1功率的4倍，根据，可得
则有
故选C。
8. 两个用材料和横截面积都相同的细导线做成的刚性闭合线框，分别用不可伸长的细线悬挂起来，如图所示。两个线框均有一半面积处在磁感应强度随时间均匀变化的匀强磁场中，两线框平面均始终垂直于磁场方向。某时刻圆形线框所受细线的拉力为零，此时正方形线框所受细线的拉力也为零。若已知圆形线框的半径为，则正方形线框的边长为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】设细导线单位长度质量、单位长度电阻分别为，由于磁感应强度随时间均匀变化，即相同，某时刻圆形线框所受细线的拉力为零，则圆形线框自身重力与安培力等大反向，即有
因为
圆形线框有效长度为
又因为
，
联立以上得
设正方形线框边长为，同理，对正方形线框有
联立以上解得
故选C。
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 为实现自动计费功能，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的LC振荡电路获取车辆驶入驶出信息。如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A. t1时刻，线圈L的磁场能最大
B. t2时刻，电容器C带电量最大
C. t2~t3过程，电容器C带电量逐渐增大
D. 由图乙可判断汽车正驶离智能停车位
【答案】ABD
【解析】A．t1时刻电流最大，此时电容器中电荷量为零，电场能最小，磁场能最大，故A正确；
B．t2时刻电流为零，此时电容器C所带电量最大，故B正确；
C．t2~t3过程，电流逐渐增大，电场能逐渐转化为磁场能，电容器处于放电过程，电容器带电量逐渐减小，故C错误；
D．由图乙可知，振荡电路的周期变小，根据可知线圈自感系数变小，则汽车正驶离智能停车位，故D正确。
故选ABD。
10. 粒子加速器是高能物理实验的重要工具，常见的粒子加速器有直线加速器与回旋加速器，分别如图甲、乙所示。已知图乙中回旋加速器所接电源电压为U0，下列说法正确的是（ ）
A. 两种粒子加速器都需要接交流电
B. 图甲中粒子在狭缝间做匀速直线运动
C. 仅增大电源电压U0，粒子离开回旋加速器的速度变大
D. 仅增大电源电压U0，粒子在D形盒中运动的总时间变短
【答案】AD
【解析】A．两类加速器都需要接交变电流才能实现持续的加速，故A正确；
B．在直线加速器中，在狭缝间存在电势差，粒子在狭缝间做加速运动，故B错误；
C．当轨迹半径等于D形盒尺寸R时，有最大动能
根据
解得
由此可知，最大速度与U0无关，故C错误；
D．增大图乙所接电源电压，可使单次加速获得的动能变大，但最大动能不变，因此会减小加速的次数，导致总的运动时间变短，故D正确。
故选AD。
11. 如图所示，空间存在磁感应强度大小相等、方向分别垂直于光滑绝缘水平面向上和向下的匀强磁场，正方形导线框从紧靠磁场的位置 I以某一初速度垂直边界进入磁场，运动到位置Ⅱ时完全进入左侧磁场，运动到位置Ⅲ（线框各有一半面积在左、右两个磁场中）时速度恰好为0。设从位置Ⅰ到位置Ⅱ、从位置Ⅱ到位置Ⅲ的过程中，通过线框某一横截面的电荷量分别为、，线框中产生的焦耳热分别为，。则（ ）
A. B.
C. D.
【答案】AD
【解析】AB．根据电荷量的计算公式可得
从位置Ⅰ到位置Ⅱ磁通量的变化量为 ΔΦ1=BS
在位置Ⅲ时磁通量为零，所以从位置Ⅱ到位置Ⅲ磁通量的变化为ΔΦ2=BS
所以q1：q2=1：1，故A正确，B错误；
CD．设初速度为v0，完全进入磁场时的速度大小为v；
取向右为正方向，从位置Ⅰ到位置Ⅱ，根据动量定理可得
即Bq1L=mv0-mv
取向右为正方向，从位置Ⅱ到位置Ⅲ的过程中，根据动量定理可得
即2Bq2L=mv
联立解得
根据功能关系可得
，
所以Q1：Q2=5：4，故C错误，D正确。
故选AD。
12. 如图，直角梯形区域为的中点，直角三角形、
平行四边形ebcd两区域内存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直与纸面的匀强磁场，一等腰直角三角形导线框ABC与梯形在同一平面内，边长为且与共线，导线框以垂直于的恒定速度穿过磁场区域，从点进入磁场开始计时，末刚好到达点。规定逆时针方向为感应电流的正方向，水平向左为导线受到的安培力的正方向，此过程中线框中的感应电流受到的安培力，二者与时间的关系图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BC
【解析】AB．设导线框速度v，电阻为R，则内电流
可知均匀增大，该过程最大电流为，由右手定则可知电流方向为逆时针，为正方向；
内，导线框一部分在垂直纸面向里的磁场，一部分在垂直纸面向外的磁场，且两边切割磁感线产生的感应电动势方向相同，此时两边产生的感应电动势相加 ，可得
可知电流从最大逐渐减小到0，由右手定则可知电流方向为顺时针，为负方向；
2~3s内，导线框离开磁场，电流
可知电流逐渐减小到0，由右手定则可知电流方向为逆时针，为正方向。综合可知，内最大电流是末电流的 2 倍，所以图像B选项符合题意。
CD．根据 内，AC在磁场外，安培力
内，导线框一部分在垂直纸面向里的磁场，一部分在垂直纸面向外的磁场，AC边安培力大小
可知该过程安培力从最大值逐渐减小到0，再反向增大最后减小到0，分析可知AC边安培力方向先向左后向右，即方向先正后负，且图像为开口向上的二次函数；
内，线框出磁场，AC边安培力大小
可知安培力从最大值逐渐减小，且图像为开口向上的二次函数。综合分析可知C选项符合题意。
故选BC。
三、非选择题：本题共6小题，共60分。
13. 某小组设计如下实验探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素：
（1）图a中，将条形磁铁从图示位置先迅速向上后迅速向下移动一小段距离，出现的现象是_________。
A.灯泡A、B均不发光
B.灯泡A、B交替短暂发光
C.灯泡A短暂发光、灯泡B不发光
D.灯泡A不发光、灯泡B短暂发光
（2）通过实验得知：当电流从图b中电流计的右端正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体_________（选填“向上”或“向下”）运动时，电流计指针向右偏转。
（3）为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图c的电路，请用实线完成其余部分电路的连接。__________
【答案】（1）B （2）向上 （3）
【解析】（1）[1]将条形磁铁从图示位置先迅速向上后迅速向下移动一小段距离，则线圈中产生的感应电流方向相反，两个二极管相继分别导通，出现的现象是灯泡A、B交替短暂发光，故选B；
（2）[2]通过实验得知：当电流从图b中电流计的右端正接线柱流入时指针向右偏转；则当电流计指针向右偏转时，螺线管中产生的感应电流从上往下，根据楞次定律可知，磁体向上运动。
（3）[3]连线如图；
14. 实验小组在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中使用的可拆式变压器如图甲所示，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。

（1）除图甲中的器材和多用电表外，下列器材中还需要的是（ ）
A. 干电池B. 磁铁
C. 低压交流电源D. 直流电压表
（2）小明同学将变压器按照要求组装好后，原线圈接“0”“4”接线柱，副线圈接“0”“14”接线柱。原线圈两端的交流电压表量程为10V，示数如图乙所示，其读数值为______V，此时副线圈实际输出的电压为______。（填写正确选项）
B.14V D.19V
（3）小李同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器（可视为理想电压表）上，观察到副线圈电压U2随时间变化的图像如图丙所示，在t1~t2时间内该同学先断开开关，其后仅进行的一项操作可能是（ ）
A. 拧紧了松动的铁芯B. 增加了交流电源的频率
C. 减少了副线圈的匝数D. 减少了原线圈的匝数
【答案】（1）C （2）4.4 B （3）AD
【解析】（1）本实验中不需要干电池和条形磁铁，需要低压交流电源和交流电压表。
故选C。
（2）[1]由于电压表量程为10V，所以每一小格为0.2V，所以图示读数为
[2]根据原副线圈两端电压与匝数的关系
可得
由于实际变压器存在能量损失，副线圈两端的电压稍小于15.4V。
故选B。
（3）由图可知，U2最大值增大，则U2有效值增大，根据原副线圈两端电压与匝数的关系可知，可能原线圈的匝数减少，可能副线圈匝数增大，也可能拧紧了松动的铁芯，使漏磁减小，副线圈磁通量的变化率增大，从而增大电压，由于交流电周期不变，则交流电的频率不变。
15. 图甲为音响中的扬声器，结构图和沿对称轴的截面图如图乙所示。扬声器的圆形线圈由粗细均匀的钢丝绕制而成，半径r=2.0cm、匝数n=100匝，电阻。某实验小组将扬声器充当话筒，让振膜振动带动线圈以速度垂直磁场做往复运动，从而产生了交变电流。已知与扬声器相连的电阻阻值，扬声器线圈所在处的辐向磁场与线圈垂直，磁场磁感应强度大小为B=0.5T。取，求：
（1）线圈受到的安培力的最大值；
（2）20s内电阻R2上产生的热量Q。
【答案】（1）0.60N （2）1.0J
【解析】（1）单匝线圈导线长度
感应电动势最大值，产生最大电流
最大安培力，解得
（2）感应电流的有效值，则
16. 如图，直径的圆形金属轨道固定在水平面内，轨道处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小；阻值的直导体棒ef，绕过圆心的竖直轴以角速度逆时针（从上向下看）匀速转动，其e端处于轨道圆心处，f端恰与圆形轨道边缘良好接触。两根相互平行的光滑金属导轨PQ、MN所在的斜面与水平面间夹角，导轨足够长，间距，顶端P点通过开关S与圆形轨道相连，M点通过导线与e点相连，导轨处于垂直斜面向下的匀强磁场中；在导轨间串接一定值电阻，导轨上锁定一长的金属杆ab。闭合开关S，解除锁定，ab杆仍保持静止。已知金属杆ab的质量、阻值，重力加速度，不计其他电阻和一切摩擦，求：
（1）闭合开关后导体棒ef两端的电压；
（2）断开开关后ab杆运动的最大速率。
【答案】（1）2V （2）2m/s
【解析】（1）ef切割磁感线产生的感应电动势
回路中的总电阻为
由闭合电路的欧姆定律得电流
导体棒ef两端的电压大小，联立解得
（2）闭合开关后，通过金属杆的电流为
设匀强磁场的磁感应强度大小B，对金属杆，根据平衡条件可得
断开开关后，设ab杆最大速率为v，产生最大感应电流
此时金属杆受力平衡有，联立解得
17. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一、四象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，第二象限存在电场强度为E的水平向右匀强电场，第三象限存在垂直坐标平面向外的矩形有界匀强磁场（图中未画出）。质量为m的带正电粒子从x轴上A点（，0）以初速度v0沿y轴正方向射入匀强电场，然后从y轴上的P点（0，2L）射入第一象限，经磁场偏转后从y轴上的Q点（0，-2L）射入第三象限，经第三象限矩形有界磁场偏转后垂直打到x轴上的A点。不计粒子重力，求：
（1）带电粒子的电荷量q；
（2）第一、四象限磁场磁感应强度大小B；
（3）若矩形有界磁场的磁感应强度，求矩形磁场的最小面积。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）根据题意可知，带电粒子在电场中做类平抛运动，则有
联立解得
（2）如图所示
设经过P点的速度与y轴的夹角为θ，则
解得
P点的速度v为
带电粒子在磁场中做圆周运动，设半径为R，由几何关系
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
（3）粒子在第三象限进入有界磁场时，设半径为
则有
由速度偏转情况可知粒子在矩形磁场区域中转过圆心角为
如图所示
此时矩形磁场的面积最小
则
解得
18. 如图所示，xOy平面直角坐标系中，在第二象限内存在垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，为圆心，半径为R，磁场边界与两坐标轴相切；区域内交替分布宽度均为L的匀强电场和匀强磁场，其边界均与x轴平行，匀强电场的电场强度大小为，方向沿y轴负方向，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直于纸面向里。一质量为m、电量为的带电粒子，从圆形边界上的P点以初速度射入磁场，与x轴平行，与夹角。粒子射出圆形磁场瞬间，在区域内加上沿y轴正向的匀强电场（图中未画出），粒子恰好能抵达x轴。已知圆形磁场的磁感应强度大小为，不计粒子重力。求：
（1）粒子在圆形磁场区域的运动时间t；
（2）区域内匀强电场的电场强度大小E；
（3）区域内，粒子穿出第二个电场时速度方向与竖直方向夹角的正弦值；
（4）区域内，若粒子到达某个磁场下边界时，速度方向恰好沿x轴正向，求此时速度大小。
【答案】（1） （2） （3） （4）
【解析】（1）设粒子在圆形磁场中半径为r，有，
解得
粒子离开圆形磁场时速度沿y轴负方向，运动轨迹如图所示
粒子转过的圆心角为
则粒子在圆形磁场区域的运动时间
代入数据解得
（2）由几何关系得粒子射出圆形磁场时距离x轴为
粒子恰好抵达x轴，由动能定理得
解得
（3）粒子在区域第一个电场中加速，由动能定理得
粒子在区域第一个磁场中，有
轨迹如图所示
由几何关系得：
粒子在区域经历两个电场加速有
垂直电场方向
解得
（4）设粒子在第n个磁场下边界的速度为vn，粒子在区域整个向下运动过程中，根据动能定理得
水平方向，由动量定理得，
解得