2022-2023学年重庆市南开中学高二下学期开学考试物理试题 （解析版）

重庆南开中学高2024级高二（下）开学考试

物理试题

本试卷分为第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。满分100分，考试时间75分钟。第Ⅰ卷和第Ⅱ卷都答在答题卷上。

第Ⅰ卷（选择题共43分）

一、单项选择题。本大题共7个小题，每小题4分，共28分。下列各题四个选项中只有一个选项符合题意，请选出。不选、多选或错选不给分。

1. 下列关于电磁场的说法中正确的是（　　）

A. 麦克斯韦提出电磁场理论并预言了电磁波的存在

B 振荡频率越低，电磁波越容易发射和接收

C. 电磁波在真空中传播时的电场强度E与磁感应强度B互相平行

D. 可见光的波长为，其中红光的波长较短，紫光的波长较长

【答案】A

【解析】

【详解】A．麦克斯韦提出电磁场理论并预言了电磁波的存在，A正确；

B．振荡频率越高，电磁波越容易发射和接收，B错误；

C．电磁波在真空中传播时电场强度E与磁感应强度B互相垂直。C错误；

D．可见光的波长为，其中红光的波长较长，紫光的波长较短，D错误。

故选A。

2. 水平桌面上固定一长直导线a，右方有一可以移动的金属圆环b，如图所示。现给a通入图示方向的恒定电流I，并使圆环b向右逐渐远离导线a，下列说法正确的是（　　）

A. 金属圆环b中的电流沿逆时针方向 B. 导线a与金属圆环b之间有互相排斥的力

C. 金属圆环b的面积有扩大的趋势 D. 金属圆环b的移动对导线a没有影响

【答案】C

【解析】

【详解】A．给a通入图示方向的恒定电流I，导线a右侧的磁感应强度垂直纸面向里，使圆环b向右逐渐远离导线a，则圆环磁通量减小，根据楞次定律可知，金属圆环b中产生顺时针方向的感应电流，故A错误；

BD．根据楞次定律“来拒去留”可知，导线a与金属圆环b之间有互相吸引的力，故金属圆环b的移动对导线a有影响，故BD错误；

C．根据楞次定律“增缩减阔”可知，金属圆环b的面积有扩大的趋势，故C正确；

故选C。

3. 如图所示的振荡电路的振荡周期为T，初始时开关S断开，电容器上带有一定的电荷量，随后闭合开关S，记此时，则下列说法中正确的是（　　）

A. 时，回路中电流为零

B. 时，线圈中的磁场能最大

C. 若将电容器C的极板间距增大，则电路振荡的周期增大

D. 若在电感线圈L中插入铁芯，则电路振荡的频率增大

【答案】B

【解析】

【详解】AB．时间内，电容器放电，线圈中电流逐渐增大，电场能减小，磁场能增大，在时，线圈中的电流最大，磁场能最大，故A错误，B正确；

C．根据周期公式

可知，若将电容器C的极板间距增大，根据电容定义式知电容C减小，则电路振荡的周期减小，故C错误；

D．根据周期公式

且

可知，若在电感线圈L中插入铁芯，则电路振荡的周期增大，频率减小，故D错误。

故选B。

4. 如图甲所示的电路中，电阻，D为理想二极管，n匝圆形金属线圈半径为，圆心为O，电阻为R，其余导线的电阻不计。半径为、圆心为O的圆形区域内存在垂直于线圈平面的匀强磁场（垂直纸面向内为正方向），磁感应强度大小B随时间t变化的关系图像如图乙所示。电容器的电容为C，且时刻，电容器电量为0.则下列说法正确的是（　　）

A. 内，线圈磁通量变化率逐渐减小 B. 内，线圈磁通量变化量大小

C. 内，通过电阻的电量为 D. 内，通过电阻的电量为

【答案】D

【解析】

【详解】A．内，图像斜率先增大后减小，先增大后减小，根据磁通量公式

可得

可知线圈磁通量变化率先增大后减小，故A错误；

B．内，线圈磁通量变化量大小为

故B错误；

C．内，，根据平均感应电动势公式可知

根据闭合欧姆定律可知通过电阻的平均电流为零，则通过电阻电量为零，故C错误；

D．内，平均感应电动势为

通过电阻的电量为

故D正确。

故选D。

5. 某款按钮式“发电”装置原理如图甲、乙所示，当力F按下按钮时，夹着永磁铁的铁块向下移动改变了与“E”形铁芯接触的位置，松开按钮时，弹簧可使之复位，（与a、b连通的外电路未画出），则下列说法正确的是（　　）

A. 按钮复位过程中，线圈中感应电流始终由a经线圈流向b

B. 力F按下按钮过程中，线圈a、b端的电势差先大于0后小于0

C. 按下按钮过程与松开复位过程中，通过线圈产生的电能一定相等

D. 按钮反复按压过程中，力F所做的功总是等于该过程中产生的电能

【答案】A

【解析】

【详解】A．按钮复位过程中，穿过线圈的磁通量先向左减小，后向右增加，则根据楞次定律，线圈中感应电流始终由a经线圈流向b，选项A正确；

B．力F按下按钮过程中，穿过线圈的磁通量先向右减小，后向左增加，根据楞次定律可知，线圈中电流始终是从b流经线圈流向a，线圈a、b端的电势差始终大于0，选项B错误；

C．按下按钮过程与松开复位过程中，所用时间不一定相等，产生的感应电动势不一定相等，则通过线圈产生的电能不一定相等，选项C错误；

D．由能量关系可知，按钮反复按压过程中，力F所做的功一定大于该过程中产生的电能，选项D错误。

故选A。

6. 如图所示，足够大的垂直纸面向里的匀强磁场中有一固定斜面（斜面足够长），A、B叠放在斜面上，A带正电，B不带电且上表面绝缘，B与斜面间的摩擦因数。控制B在斜面上静止时，A也能静止在B上，解除对B的控制后，两物块开始沿斜面向下运动，以下说法正确的是（　　）

A. A、B之间一直没有摩擦力 B. A、B一起沿斜面运动的加速度保持不变

C. A对B的压力大小与时间t成正比关系 D. 斜面越粗糙，A、B一起共速运动的时间越长

【答案】D

【解析】

【详解】A．因为A能静止在B上，说明AB之间的最大静摩擦力大于A重力的下滑分力，故刚开始运动时A不会相对B向下滑动，故开始时AB相对静止的沿斜面向下加速运动，对AB整体分析，整体受到的有斜面的摩擦力，故下滑的加速度

对A分析

故

则刚开始运动时，AB之间有摩擦力，故A错误；

B．A运动之后，根据左手定则，A受到垂直斜面向上的洛伦兹力F，在AB相对运动之前，对AB整体，有

发现，随着A速度增大，洛伦兹力增大，则加速度增大，故B错误；

C．A对B的压力大小

因为随着A速度增大，加速度增大，则A速度增大的越来越快，则速度与时间不成正比，则A对B的压力大小与时间t不成正比，故C错误；

D．当A、B恰好不再一起共速运动，一定是A的速度达到满足

而斜面越粗糙，AB一起运动的加速度越小，A的速度越晚达到此速度，故D正确。

故选D。

7. 如图所示，边长为a的正六边形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。正六边形中心O处有一粒子源，可在纸面内向各个方向发射不同速率带负电的粒子，已知粒子质量均为m、电荷量均为q，不计粒子重力和粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　）

A. 沿方向发射的粒子要想离开正六边形区域，速率至少为

B. 垂直向上发射的粒子要想离开正六边形区域，速率至少为

C. 要想从d点离开正六边形区域的粒子，速率至少为

D. 所有要想离开正六边形区域的粒子，其速率至少为

【答案】B

【解析】

【详解】A．沿方向发射的粒子，其运动轨迹恰好与bc边相切时，该粒子恰好能离开磁场，如下图所示

此时根据几何知识求得，轨迹半径为，则根据洛伦兹力提供向心力有

带入数据求得，此时粒子的速度为

所以要想离开正六边形区域，速率至少为，故A错误；

B．垂直向上发射的粒子，当其轨迹与bc边和cd边恰好相切时，该粒子从bc边离开磁场，如下图所示

设轨迹半径为r，则根据几何知识有

求得，轨迹半径为，则根据洛伦兹力提供向心力有

带入数据求得，此时粒子的速度为

所以垂直向上发射的粒子要想离开正六边形区域，速率至少为，故B正确；

C．当粒子的运动轨迹与cd边相切于d点时，该粒子恰好从d点离开磁场，如下图所示

设轨迹半径为r，则根据几何知识有

求得，轨迹半径为，则根据洛伦兹力提供向心力有

带入数据求得，此时粒子的速度为

所以要想从d点离开正六边形区域的粒子，速率只能为，故C错误；

D．由上述分析可知，要想离开正六边形区域的粒子，其轨迹半径最小为，则所有要想离开正六边形区域的粒子，其速率至少为，故D错误。

故选B。

二、多项选择题。本大题共3个小题，每小题5分，共15分。下列各题四个选项中有多个选项符合题意，请选出。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，不选或错选不给分。

8. 某电厂对用户进行供电的原理如图所示。发电机的输出电压为，输电线的总电阻，为了减小损耗采用了高压输电。变压器视为理想变压器，其中升压变压器的匝数比为，用户获得的电压为，发电厂的输出功率为，则下列说法中正确的有（　　）

A. 输电线上的电流为

B. 用户获得的功率为

C. 降压变压器的匝数比为

D. 若用户端消耗的功率增大，在发电厂的输出电压不变的情况下，用户端获得的电压减小

【答案】AD

【解析】

详解】A．升压变压器原线圈电流

所以

故A 正确；

B．输电线损失功率

用户获得的功率

故B错误；

C．升压变压器副线圈电压

降压变压器原线圈电压

降压变压器的匝数比为

故C错误；

D．若用户端消耗的功率增大，在发电厂的输出电压不变的情况下，可知输送电流增大，输电线上损失电压增大，降压变压器原线圈电压减小，则降压变压器副线圈电压减小，用户端获得的电压减小，故D正确。

故选AD。

9. 由一根外表绝缘的细金属丝构成如图所示的闭合线圈，其中两正方形边长均为a，且A、C、E共线，线圈在外力作用下以恒定的速度沿方向垂直进入有界匀强磁场，磁场的宽度与等宽。线圈从E端进入磁场到A穿出磁场的过程中，线圈中的感应电流I、线圈受到的安培力F随时间t变化的图像可能正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】BC

【解析】

【详解】AB．令匀速运动的速度为v，在D、F进入磁场前有

，，

解得

即电流大小与时间成正比，根据右手定则，方向由E到F。在D、F进入磁场后，C进入磁场前有

，，

解得

可知电流与时间成线性关系，斜率为负值，根据右手定则，方向由E到F。在B、G进入磁场前有

，，

根据左手定则可知，该电流方向方向由F到E与上述分析相反，则解得电流大小

最后电流又逐渐减小为0，可知，A错误，B正确；

CD．根据

结合上述可知，安培力与时间均成二次函数的关系，可知，C正确，D错误。

故选BC。

10. 如图所示，折线PAQ是磁场的分界线，在折线的两侧分布着方向相反、与平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。折线的顶角，P、Q是折线上的两点且。现有一束质量为m、电荷量为q的带负电的粒子从P点沿方向水平射出，速度大小可以调节，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　）

A. 所有速度为的整数倍的粒子，都可以到达Q点

B. 粒子的速度越大，由P点到达Q点的时间一定最长

C. 粒子由P点到达Q点的时间可能为的偶数倍

D. 粒子由P点到达Q点的时间可能为的奇数倍

【答案】CD

【解析】

【详解】A．若粒子经过一次偏转直接到达A点

由图中几何关系得

2r1sin45°=L

联立解得

根据运动对称性，粒子能从P点到达Q点，应满足

L=nx（n=1、2、3、…）

其中x为每次偏转圆弧对应弦长，偏转圆弧对应圆心角为90°或270°，设圆轨迹半径为r，则有

2r2=x2

可得

解得

，（n=1、2、3、…）

选项A错误；

BCD．当n取奇数时，粒子从P到Q过程中圆心角总和为

其中n=1、3、5、…
当n取偶数时，粒子从P到Q过程中圆心角总和为

其中n=2、4、6、…

且根据

速度越大的粒子，对应的n值较小，则由P点到达Q点的时间越短。故B错误，CD正确；
故选CD。

第Ⅱ卷（非选择题  共57分）

三、实验题。本大题共2个小题，其中第11题6分，第12题9分，共15分。

11. 某同学用如图所示的电路测量某未知电源（电动势约为，内阻约为）的电动势和内阻。所给器材有：

A.电压表

B.电流表

C.滑动变阻器R

D.开关S和导线若干

（1）按照电路图完成实物连线___________。

（2）该同学已将实验测得的几组数据在如图乙所示的图中标出并用直线连接，据此可测得该电源的电动势为___________V，内阻为___________。（结果保留三位有效数字）

【答案】    ①.     ②.     ③.

【解析】

【详解】（1）[1]按照电路图完成实物连线，如图所示

（2）[2][3]根据题意，结合电路图，由闭合回路欧姆定律有

结合图乙有

12. 某兴趣小组查阅资料得知，在范围内，金属铂电阻的电阻值与温度有如下关系：其中为铂电阻在时的电阻，t为摄氏温度，为一正的常数，称为铂电阻的温度系数。该兴趣小组想利用这一原理制作一个简易的温度传感器。

（1）他们首先通过图甲所示的电路来对进行测量，按图甲所示电路图连接好电路后，在的条件下闭合开关S，调节电阻箱，使得灵敏电流计G的示数为零，则___________（用，和表示）；

（2）采用图乙所示的电路测量铂电阻的温度系数，其中且远大于、。将铂电阻置于温度为t的环境中，调节，测得干路电流为，则图乙中两点间的电压为___________（用、、t和表示）；若已测得，保持和不变，多次改变温度t，测量两点间对应的电压U，将测得的数据标在图丙所示的图上，由此可得___________（保留两位有效数字）；

（3）若实验中没有保证远大于，将导致温度系数的测量值___________（选填“偏大”或“偏小”）；

（4）该兴趣小组用另一标准铂电阻制作成图丁所示简易温度传感器，该标准铂电阻的，温度系数。已知图中电源电动势，毫安表量程为。先在的条件下闭合开关S，调节滑动变阻器R使得毫安表满偏；而后保持变阻器R的滑片位置不动，并将铂电阻置于待测温度的环境中，这时毫安表示数为，由此可知待测温度为___________（保留两位有效数字）。

【答案】    ①.     ②.     ③. 0.0038    ④. 偏小    ⑤. 96

【解析】

【详解】（1）[1]灵敏电流计G的示数为零，则灵敏电流计G两端电势相等，根据串并联规律有

可得

（2）[2]由于且远大于、且，则通过的电流等于通过的电流，为，则有

则两点间的电压为

[3]根据可知，U与t成正比，图的斜率为

则将用一条倾斜的直线将图丙补充完整，如下图所示

根据上图求得图的斜率为

带入数据解得

（3）[4]若实验中没有保证远大于，则通过的电流小于通过的电流，则

，

则有

故导致温度系数的测量值偏小。

（4）[5]在的条件下闭合开关S，调节滑动变阻器R使得毫安表满偏时，此时设该电路中除了以外的所有部分的总电阻为，则根据闭合电路欧姆定律有

带入数据解得

则将铂电阻置于待测温度的环境中时，根据闭合电路欧姆定律有

其中，带入数据解得

根据

可得待测温度为

四、解答题。本大题共3个小题，其中第13题10分，第14题14分，第15题18分，共42分。

13. 一矩形线圈放置在如图所示的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为B，线圈的面积为S、匝数为n、总电阻为r。外电路中接入电阻R，线圈在时刻开始从图示位置以角速度绕轴匀速转动，求：

（1）线圈中的感应电动势的瞬时值的表达式；

（2）从到过程中，线圈中的感应电动势的平均值；

（3）外电路R消耗的功率。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）由闭合电路中感应电动势的瞬时表达式

得回路中感应电动势表达式为

（2）从到时间内，每匝线圈的磁通量变化量大小为

根据法拉第电磁感应定律得

（3）交变电流的最大值为

电流有效值为

因此电阻上消耗的电功率为

14. 板长为d、板间距离也为d的平行金属板水平放置，虚线为两板间的中轴线。板右侧紧接着O点有一方向垂直纸面向里、截面直径为d、圆心在连线上的有界匀强磁场区域，其形状要么是半圆柱型的，如图甲所示，要么是圆柱型的（如虚线所示）。两板间加电压如图乙所示，电压变化周期为。质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从S点沿虚线方向以初速度v，持续射入。粒子的重力以及粒子间的相互作用力不计。

（1）若所有粒子刚好都打不到上下两极板，求U的大小；

（2）若时，所有粒子经过半圆柱型磁场后恰好能回到电场，求磁感应强度B的大小。

（3）若时，所有进入圆柱型磁场的粒子都能够重新汇聚在某一点F，求粒子从S到F的最长时间。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）刚好都打不到上下两极板，0时刻进入的打不到即可

解得

粒子竖直方向先加速后减速，根据对称性，射出速度为水平

，

解得

（2）让0时刻的粒子能够回到电场即可，根据以上分析可知，0时刻粒子水平出电场，根据几何关系，所以

解得

（3）所有进入圆柱型磁场的粒子都能够重新汇聚在某一点，则圆周运动半径

在电场中运动时间

在磁场中运动最长时间为半个周期

所以粒子从S到F的最长时间

15. 如图甲所示，倾角、足够长的粗糙绝缘斜面固定在水平面上，斜面内分布着垂直斜面向上的有界匀强磁场，边界与之间为区域Ⅰ，下方为区域Ⅱ，磁场、大小随时间变化关系如图乙所示。U型导体框上端D为某种自动开关（初始时处于闭合状态），光滑金属棒a、b置于图示导体框上，各边界、金属棒、与斜面底边平行，导体框、金属棒始终接触良好，、间距足够大。时，由静止释放导体框和金属棒a、b，此后a进入并开始匀速运动，当a离开时，b恰好进入并开始匀速运动。b在时刻匀速通过时，开关D断开（忽略时刻磁场区域的突变对杆运动的影响），此时导体框速度与a进入的速度相等。已知：金属棒a、b和导体框（含D）的质量分别为m、、，金属棒a、b的电阻均为R（其余电阻不计），导体框间距和金属棒的长度都为L，重力加速度g、B均已知，未知。求：

（1）金属棒a、b先后在磁场Ⅰ中匀速的速度大小；

（2）磁场区域Ⅰ的宽度以及导体框与斜面的摩擦因数；

（3）在以后，定量计算并判断金属棒a、b是否会发生碰撞。

【答案】（1），；（2），；（3）会发生碰撞。

【解析】

【详解】（1）由题可知，a进入并开始匀速运动，有

其中

解得

当a离开时，b恰好进入并开始匀速运动，有

其中

解得

（2）由题可知，设a从静止运动到的时间为，则

当a离开时，b恰好进入并开始匀速运动，设b从静止运动到的时间为，则

磁场区域Ⅰ的宽度

联立解得

线框从静止到b匀速通过的过程中，其运动的时间为

b匀速通过时，导体框速度与a进入的速度相等，即

解得

（3）运动学可得：时刻a、b间距为，速度分别为1.5，=2

假设不相碰

解得

所以ab棒会相撞。

【说明： 考虑时刻磁场区域的突变对杆运动的影响，此瞬间安培力瞬时冲量会增加a、 b此后运动的初速度差值，相应会大于 ，可以算得真实：  故会相碰 】

【点睛】理解题意，根据题意确定研究对象，对其进行受力分析，明确其运动。情况进行解答。