福建省莆田第一中学2024-2025学年高二上学期1月期末考试物理试卷（含解析）

这是一份福建省莆田第一中学2024-2025学年高二上学期1月期末考试物理试卷（含解析），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。
一、选择题
1.下列四幅插图中说法正确的是( )
A. 甲图中，铜盘靠惯性转动，手持磁铁靠近铜盘，铜盘转动加快
B. 乙图中，大量粒子以0m/s初速度进入加速电场，粒子轨迹半径越大，比荷越小
C. 丙图中，把一根柔软的金属弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触并保持静止，通电后弹簧仍保持静止
D. 图丙中，当人对着话筒讲话时线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电流的磁效应
2.在水平光滑绝缘桌面上有一边长为L的正方形线框abcd，被限制在沿ab方向的水平直轨道自由滑动。bc边右侧有一正直角三角形匀强磁场区域efg，直角边ge和ef的长也等于L，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示，线框在水平拉力作用下向右以速度v匀速穿过磁场区，若图示位置为t=0时刻，设逆时针方向为电流的正方向．则感应电流i−t图像正确的是(时间单位为Lv)( )
A. B. C. D.
3.如图所示，两匀强磁场的方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度大小分别为B1、B2，今有一质量为m、电荷量为e的电子从MN上的P点沿垂直于磁场方向射入匀强磁场B1中，其运动轨迹为如图虚线所示的“心”形图线。则以下说法正确的是( )
A. 电子的运动轨迹为PENCMDP
B. B2=2B1
C. 电子从射入磁场到回到P点用时为3πmB1e
D. 电子在磁场B1中受到的洛伦兹力大小是在磁场B2中受到的洛伦兹力大小的2倍
4.如图所示，AOC是光滑的直角金属导轨，AO竖直，OC水平。质量分布均匀的金属棒ab长度为L，质量为m，电阻为R，两端置于导轨内。设金属杆与竖直导轨夹角为θ，当θ=30°时静止释放金属杆。已知空间存在着磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，不计金属导轨的电阻，则( )
A. 回路中感应电流方向始终为逆时针方向
B. 整个过程中，ab棒产生的焦耳热为12mgL
C. 当θ=60°时，若a点速度大小为v，则b点速度大小为2v
D. 在θ=30°到θ=45°过程中通过ab棒的电荷量为2− 38RBL2
5.为防止意外发生，游乐场等大型设施都配备有电磁阻尼装置，如图所示为某款阻尼缓冲装置的原理示意图：带有光滑轨道的机械主体，能产生垂直缓冲轨道平面的匀强磁场，边缘绕有闭合矩形线圈abcd的高强度缓冲滑块撞到竖直墙时，被瞬间强制制动，机械主体以及磁场由于惯性继续缓冲减速，对缓冲过程，下列说法正确的是( )
A. 线圈bc段受到向右的安培力B. 同一匝线圈中b端的电势高于c端的电势
C. 线圈ab段中电流方向为由b到aD. 若磁场反向，则装置仍然能起到缓冲作用
6.无线充电技术已应用于新能源汽车领域，其工作原理如图所示，供电线圈固定在地面，受电线圈固定在汽车底盘上，供电线圈和受电线圈各串一个保护电阻R，当两个线圈靠近时可实现无线充电。当输入端ab接上380V正弦交流电后，电池系统cd端的电压为600V，电池系统的电流为20A。若不计线圈、导线电阻，下列说法正确的是( )
A. ab端的输入功率大于12kW
B. 无线充电原理与变压器的原理相同
C. 供电线圈和受电线圈匝数比为19：30
D. 若输入端ab接上380V稳恒直流电，汽车仍能正常充电
7.如图所示电路中，D1和D2是两个完全相同的小灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻可不计。在开关S闭合和断开瞬间，下列说法正确的是( )
A. 当S闭合时，D1先达到最亮，稳定后D1熄灭时D2达到最亮
B. 当S闭合时，D2先达到最亮，稳定后D1与D2亮度相同
C. 电路稳定后断开S时，D1闪亮后与D2一起熄灭
D. 电路稳定后断开S时，D2立即熄灭，D1闪亮后逐渐熄灭
8.如图，足够长的荧光屏OA的上方区域存在匀强磁场，边界MN左侧区域的磁场方向垂直纸面向里，右侧区域的磁场方向垂直纸面向外，两区域的磁感应强度大小均为B。光屏上方有一粒子源紧挨着O点，可沿OA方向不断射出质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子。粒子打在荧光屏上时，荧光屏相应位置会发光。已知粒子的速率可取从零到某最大值之间的各种数值，速率最大的粒子恰好垂直打在光屏上，OM之间的距离为a，不计粒子重力及粒子间的相互作用，则( )
A. 粒子的最大速率为2 3qBa3m
B. 荧光屏上的发光长度(2 33+1)a
C. 打中荧光屏的粒子运动时间的最大为3πm2qB
D. 打中荧光屏的粒子运动时间的最小值为7πm6qB
二、非选择题
9.实验小组的同学为测量某一圆柱体导体材料的电阻率，用螺旋测微器和游标卡尺测其直径和长度。
图1所示的螺旋测微器的读数为 mm；图2所示的游标卡尺的读数为 cm。
10.如图所示，矩形闭合导线框ABCD处于匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，线框两输出端各接有一铜环，通过电刷与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接入一只小灯泡L1，恰好正常发光，线框电阻忽略不计。如果在小灯泡L1两端再并联一盏相同的小灯泡L2，则电流表A的示数将 (填“增大”“减小”或“不变”)，灯泡L1亮度将 (填“变暗”“变亮”或“不变”)。
11.2023年9月17日，全球单机容量最大的福建平潭海上风电场全容量并网发电，其电能输送示意图如图所示。若将输送电压U2由220kV升级为1100kV，保持输送的总电功率、发电机输出电压U1、用户得到的电压U4和输电线的电阻R线不变，则升压变压器匝数比n2n1变为升级前的 倍，输电线损失的功率变为升级前的 倍。
12.为探究影响感应电流方向的因素，小宁同学做了如下的实验。
(1)首先按图(a)连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向右偏转；再按图(b)连接电路，闭合开关后，发现电流计指针向左偏转。进行上述实验的目的是 。
A.测量电路中的电流大小
B.检查干电池电量是否充足
C.推断电流计指针偏转方向与电流方向的关系
(2)接下来用图甲的实验装置“探究影响感应电流方向的因素”，将条形磁铁S极向下插入螺线管时，观察到电流表的指针向右偏转，螺线管的绕线方向如图乙所示。说明螺线管中的电流方向(从上往下看)是沿 (填“顺时针”或“逆时针”)方向。
(3)小宁同学又用下图所示的器材研究感应电流的方向。将线圈A插入线圈B中，闭合开关S瞬间，发现电流计指针右偏，则保持开关闭合，以下操作中也能使电流计右偏的是 。
A.插入铁芯
B.拔出线圈A
C.将滑动变阻器的滑片向左移动
D.将滑动变阻器的滑片向右移动
13.根据人体电阻的大小可以初步判断人体脂肪所占比例。
(1)实验小组用多用电表直接粗测人体电阻Rx，先把选择开关调至“×1k”挡，经欧姆调零后测量人体电阻，指针偏转如图a所示：为了使测量结果更准确，应把选择开关调至 (填“×100”或“×10k”)挡，经欧姆调零后再次测量人体电阻，指针偏转如图b所示。
(2)现用另一方案测量人体电阻，实验小组根据已有器材设计了一个实验电路。实验室提供的器材如下：电压表V1(量程5V，内阻r1=50.0kΩ)，电压表V2(量程3V，内阻r2=30.0kΩ)，电流表A(量程0.6A，内阻r=1Ω)，滑动变阻器R(额定电流1.5A，最大阻值50Ω)，电源E(电动势6.0V，内阻不计)，开关S，导线若干，请帮助完成下列实验步骤：
①图c中虚线框内缺少了一块电表，应选择 ；
②请把实验电路图c补充完整 ；
③若步骤①中所选电表的示数为D，电压表V1的示数为U1，则待测电阻Rx= (用题中所给的物理量符号表达)。
14.如图所示为一台小型发电机构造示意图，图示时刻线圈平面和磁感线平行，线圈匝数为N，电阻为r，理想电压表与外接电阻R并联，当线圈绕OO′轴以角速度ω匀速转动时，电压表的示数为U，求：
(1)发电机产生的感应电动势最大值；
(2)从图示位置开始计时，线圈产生的感应电动势瞬时值表达式；
(3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过R的电荷量。
15.如图所示，在空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场，其竖直边界AB、CD间的宽度为d，在边界AB左侧是竖直向下、场强为E的匀强电场，现有质量为m、带电荷量为+q的粒子(不计重力)从P点以大小为v0的水平初速度射入电场，随后与边界AB成45 ∘角射入磁场。若粒子能垂直CD边界飞出磁场，穿过小孔进入如图所示两竖直平行金属板间的匀强电场中减速至零且碰不到正极板。
(1)请画出粒子上述过程中的运动轨迹，并求出粒子进入磁场时的速度大小v。
(2)求匀强磁场的磁感应强度B。
(3)求金属板间的电压U的最小值。
16.如图所示，倾角θ=37°的足够长的固定绝缘斜面上，有一个n=5匝、质量M=1 kg、总电阻R=0.1 Ω的矩形线框abcd，ab边长l1=1 m，bc边长l2=0.6 m。将线框置于斜面底端，使cd边恰好与斜面底端平齐，在斜面上的矩形区域efgh内有垂直于斜面向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.1 T，现通过沿着斜面且垂直于ab的细线以及滑轮把线框和质量m=3 kg的物块连接起来，让物块从离地面某高度处静止释放，线框沿斜面向上运动，恰好能够匀速进入有界磁场区域。当线框cd边刚好穿出磁场区域时，物块m恰好落到地面上，且不再弹离地面，线框沿斜面能够继续上升的最大的高度h=1.92 m，线框在整个上滑过程中产生的焦耳热Q=36 J，已知线框与斜面的动摩擦因数μ=0.5，g取10 m/s2，sin 37°=0.6，cs 37°=0.8，求：
(1)线框进入磁场之前的加速度；
(2)线框cd边刚好穿出有界磁场区域时的速度；
(3)有界磁场的宽度(即ef到gh的距离)。
答案解析
1.【答案】B
【解析】解：A.当转动铜盘时，导致铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，出现安培力，由楞次定律可知，产生的安培力将阻碍铜盘切割磁感线运动，因此铜盘转动会减慢，而非加快，故A错误。
B.粒子在加速电场中，根据动能定理有qU=12mv2
粒子在偏转磁场中，则有qvB=mv2r
联立解得r=1B 2mUq，可知加速电压U、磁感应强度B不变时，粒子轨迹半径越大，比荷越小，故B正确。
C.当有电流通过弹簧时，构成弹簧的每一圈导线周围都产生了磁场，根据安培定则知，各圈导线之间都产生了相互的吸引作用，弹簧就缩短了，当弹簧的下端离开水银后，电路断开，弹簧中没有了电流，各圈导线之间失去了相互吸引力，弹簧又恢复原长，使得弹簧下端又与水银接触，弹簧中又有了电流，开始重复上述过程，弹簧上下振动，故C错误。
D.图丁中，当人对着话筒讲话时，线圈振动切割磁感线会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理，故D错误。
故选：B。
①电磁阻尼的核心逻辑——导体在磁场中运动产生感应电流，感应电流受安培力阻碍运动；
②带电粒子“先加速后偏转”的模型，是高中物理的高频考点，核心方法是动能定理加洛伦兹力向心力公式联立推导，需牢记推导结论；
③判断通电导体间的相互作用，先明确电流方向，再用“同向吸、反向斥”的结论，同时结合弹簧的形变特点分析运动状态；
④区分电磁感应和电流的磁效应是关键，话筒、发电机是电磁感应，电磁铁、电磁继电器是电流的磁效应。
本题覆盖电磁阻尼、带电粒子的电加速磁偏转、同向电流的相互作用、电磁感应的应用四个高频考点，核心在于对楞次定律、动能定理、洛伦兹力公式的综合应用，以及区分易混淆的电磁学原理。
2.【答案】D
【解析】解：bc边的位置坐标x在0−L的过程，根据楞次定律判断可知线框中感应电流方向沿a→b→c→d→a，为正值。线框bc边有效切线长度为l=L−vt，
感应电动势为E=Blv=B(L−vt)⋅v=BLv−Bv2t，均匀减小，感应电流i=ER，即知感应电流均匀减小。
同理，x在L−2L过程，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，感应电流均匀减小。故ABC错误，D正确。
故选：D。
根据楞次定律分析感应电流的方向。分段确定线框有效的切割长度，分析线框中感应电动势的大小与位置坐标的关系。线框的电阻一定，感应电流与时间的关系。
本题的关键是确定线框有效切割长度与x的关系，再结合数学知识选择图象，注意楞次定律、欧姆定律的应用。
3.【答案】D
【解析】A.根据左手定则可知，电子从P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 B1 时，受到的洛伦兹力方向向上，所以电子的运动轨迹为PDMCNEP，故A错误；
BD.由题图可知，电子在左侧匀强磁场中的运动半径是在右侧匀强磁场中的运动半径的一半，即
r1=12r2
由洛伦兹力提供向心力
evB=mv2r
可得
r=mvBe
可知
B1=2B2
所以电子在磁场 B1 中受到的洛伦兹力大小是在磁场 B2 中受到的洛伦兹力大小的2倍，故B错误，D正确；
C.电子从射入磁场到回到P点用时为
t=T1+T22=2πmeB1+12×2πmeB2=4πmeB1
故C错误。
故选D。
4.【答案】D
【解析】A.根据几何关系金属杆下滑过程，围成的面积先增大后减小，根据楞次定律和安培定则可知，感应电流方向先逆时针再顺时针，故A错误；
B.整个过程中，金属棒重力势能减少量为ΔEp=12mgLcs30∘12kW，故A正确；
B、无线充电技术利用电磁感应的原理，与变压器的原理相同，故B正确；
C、由于两个回路中的电阻均具有分压作用，原线圈两端的电压U1600V，可知U1U2=N1N2