2022-2023学年四川省成都市树德中学高二上学期期末物理试题含解析

这是一份2022-2023学年四川省成都市树德中学高二上学期期末物理试题含解析，共23页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1. 下列说法正确的是（ ）
A. 电场强度E是矢量，真空中点电荷的电场强度定义式为
B. 磁感应强度B是矢量，其定义式为
C. 电流I是标量，其定义式为I＝neSv
D. 电容C是标量，平行板电容器的电容定义式为
【答案】B
【解析】
【详解】A. 电场强度E是矢量，真空中点电荷的电场强度决定式为，故A错误．
B. 磁感应强度B是矢量，其定义式为，故B正确．
C. 电流I是标量，其定义式为，故C错误．
D. 电容C是标量，平行板电容器的电容决定式为，故D错误．
2. 如图，电荷量分别为Q(Q>0)和-Q的点电荷对称地放置在x轴上原点O的两侧，a点在O与Q之间的x轴上，b点在y轴上．取无穷远处的电势为零．下列说法正确的是
A. O点电势为零，电场强度也为零
B. a点的电场强度一定大于b点的电场强度
C. 将负的试探电荷从O点移到a点，必须克服电场力做功
D. 将同一正的试探电荷先后从O、b两点移到a点，后者电势能的变化较大
【答案】B
【解析】
【详解】A.结合等量异种点电荷的电场的特点可知，两个等量异种电荷连线的垂直平分线是一条等势线；电场强度方向与等势面方向垂直，而且指向电势低的方向，所以Ob连线的电势等于0，而电场强度不等于0．故A错误；
B.根据点电荷电场强度公式，及矢量的叠加原理可知，在x轴上，O点的电场强度最小，而在y轴上，O点的电场强度最大，因此a点电场强度大于b点电场强度的大小，故B正确；
C.将负的试探电荷从O点移到a点，即将负电荷从低电势移到高电势，则其电势能减小，电场力做正功，故C错误；
D.两个等量异种电荷连线的垂直平分线是一条等势线，所以O、b两点的电势是相等的，将同一正的试探电荷先后从O、b两点移到a点，二者电势能的变化相等，故D错误；
3. 如图所示的电路中变阻器的最大阻值大于电源的内阻．调节变阻器的阻值使其由大到小，发现理想电流表A的示数为1.5A时，电源的输出功率达到最大值9W．由此可知
A. 电源的内阻为4Ω
B. 电源的电动势为6V
C. 电源输出功率最大时，闭合电路的总电阻为4Ω
D. 该电路中，电源效率的最大值为50%
【答案】A
【解析】
【详解】A.电源输出功率达到最大时，设滑动变阻器的电阻值为R，则：P=I2R可得：，根据电源的输出功率最大的条件：外电阻与电源的内电阻相等可知，电源的内电阻也是4Ω．故A正确；
B.电源的电动势：E=I（R+r）=1.5×（4+4）=12V．故B错误；
C.电源输出功率最大时，闭合电路的总电阻为：R总=R+r=4+4=8Ω．故C错误；
D.电源的效率η=×100%，随外电阻的变化而变化，外电阻越大，则效率越大，可以大于50%．故D错误.
4. 如图，长为1m的金属直棒以1m/s的速度沿倾角60°的绝缘斜面匀速下滑，斜面处在方向竖直向下、磁感应强度为0.1T的匀强磁场中．则在金属棒匀速下滑的过程中
A. 棒内电子受洛仑兹力作用，棒受到安培力作用
B. 棒内电子不受洛仑兹力作用，棒不受安培力作用
C. 棒两端的电压为0.05V
D. 棒两端的电压为0.1V
【答案】C
【解析】
【详解】AB.在金属棒匀速下滑的过程中，棒内电子磁场中运动，速度方向与磁场不平行，电子要受洛仑兹力作用．由于棒中没有电流，所以棒不受安培力作用，故AB错误．
CD.棒产生的感应电动势 E=BLvcs60°=0.1×1×1×0.5V=0.05V，由于棒中无电流，则棒两端的电压等于棒产生的感应电动势，所以棒两端的电压为0.05V．故C正确，D错误．
5. 如图，边长ab＝1.5L、bc＝L的矩形区域内存在着垂直于区域平面向里的匀强磁场，在ad边中点O处有一粒子源，可在区域平面内沿各方向发射速度大小相等的同种带电粒子．已知沿Od方向射入的粒子在磁场中运动的轨道半径为L，且经时间t0从边界cd离开磁场．不计粒子的重力和粒子间的相互作用，下列说法正确的是
A. 粒子带负电
B. 粒子可能从c点射出
C. 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为4t0
D. 粒子在磁场中运动的最长时间为2t0
【答案】D
【解析】
【详解】粒子运动轨迹如下图所示：
A.根据左手定则可知粒子带正电，故A不符合题意；
B.当粒子轨迹与dc相切时，设切点与d点距离为x，由几何关系得：
解得：
则粒子不会达到c点，故B不符合题意；
C.设粒子轨迹对应的圆心角为 ，
解得：
根据题意得：
解得：
T=6t0
故C不符合题意；
D.当有几何关系可以得到，粒子轨迹与bc边相切且从b点处射出时，在磁场中运动的时间最长，如下图所示：
设此时运动的角度为 ，由几何关系得：
解得：
则运动时间为：
故D符合题意．
6. 如图，空间存在一水平方向的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度大小为B，电场强度大小为，且电场方向与磁场方向垂直。在电磁场的空间中有一足够长的固定粗糙绝缘杆，与电场正方向成夹角且处于竖直平面内。一质量为，带电量为的小球套在绝缘杆上。若给小球一沿杆向下的初速度，小球恰好做匀速运动。已知小球电量保持不变，重力加速度为，则以下说法错误的是（ ）
A. 小球的初速度为
B. 若小球的初速度为，小球将做加速度不断㺂小的减速运动，最后停止
C. 若小球的初速度为，小球将做加速度不断增大的减速运动，最后停止
D. 若小球的初速度为，则运动中克服摩擦力做功为
【答案】B
【解析】
【详解】A．由于
即电场力沿杆向上的分力与重力沿杆向下的分力等大反向，当给小球一沿杆向下的初速度，小球恰好做匀速运动，小球所受外力合力为0，则摩擦力必定为0，可知此时杆对小球弹力也为0，则小球受到重力、电场力与洛伦兹力，且
解得
A正确；
B．若小球的初速度为，则洛伦兹力大小为
则杆对小球有垂直于杆向下的弹力，小球此时受到重力、电场力、洛伦兹力、弹力与摩擦力，结合上述有
，
解得
方向与速度方向相反，则小球先向下做加速度a减小的减速运动，当加速度减为0时有
解得
此后，小球在做匀速直线运动，B错误；
C．若小球的初速度为，则洛伦兹力大小为
则杆对小球有垂直于杆向上的弹力，小球此时受到重力、电场力、洛伦兹力、弹力与摩擦力，结合上述有
，
解得
方向与速度方向相反，则小球向下做加速度a增大的减速运动，最终停止运动，C正确；
D．根据上述，若小球的初速度为，小球所受外力等于摩擦力，根据动能定理有
解得
D正确。
故选B。
二、多项选择题（本题有4个小题，每小题6分，共24分。每个小题给出的四个选项中有多个正确选项，全部选对得6分，部分选对得3分，错选得0分。）
7. 如图，水平放置的平行板电容器与直流电源连接，下极板接地．一带电质点恰好静止于电容器中的P点．现将平行板电容器的下极板向上移动一小段距离，则
A. 电容器的电容将减小，极板所带电荷量将增大
B. 带电质点将沿竖直方向向上运动
C. P点电势将降低
D. 若将带电质点固定，则其电势能不变
【答案】BC
【解析】
【详解】A.下极板向上移动时，板间距减小，根据可知，电容减增大，因U不变，由Q=UC可知，电量将增大，故A错误；
B.开始时电场力与重力平衡，合力为零；下极板上移时，因U不变，根据E=U/d可知，电场强度增大，电场力增大，粒子将向上运动，故B正确；
C.场强E增大，而P点与上极板间的距离不变，则由公式U=Ed分析可知，P点与上极板间电势差将增大，上极板的电势等于电源的电动势，保持不变，而P点的电势高于下极板的电势，则知P点的电势将降低．故C正确；
D.电场力向上，故粒子一定带负电，P点的电势降低，则其电势能将增大，故D错误．
8. 一质谱仪的原理如图，粒子源产生的带电粒子(不计重力)经狭缝S1与S2之间的电场加速后进入速度选择器做直线运动，从小孔S3穿出再经磁场偏转最后打在照相底片上．已知磁场B1、B2的方向均垂直纸面向外．则
A. 图中P1可能为电源负极
B. 图中所示虚线可能为α粒子的轨迹
C. 在速度选择器中粒子可以做加速运动
D. 打在底片上的位置越靠近S3，粒子的荷质比越大
【答案】BD
【解析】
【详解】AB. 由左手定则可知，粒子在下面磁场中向左偏转，知粒子带正电，可知图中所示虚线可能为α粒子的轨迹，选项B正确；粒子带正电，则粒子在P1P2之间向下运动时受到向左的洛伦兹力，可知电场力向右，则图中P1为电源正极，选项A错误；
C. 在速度选择器中粒子做直线运动，则所受的电场力和洛伦兹力平衡，可知洛伦兹力不变，粒子做匀速运动，不可能做加速运动，选项C错误；
D. 打在底片上的位置越靠近S3，粒子的运动半径R越小，由可知，荷质比越大，选项D正确.
9. 如图甲圆环a和b均由相同的均匀导线制成，a环半径是b环的两倍，两环用不计电阻且彼此靠得较近的导线连接．若仅将a环置于图乙所示变化的磁场中，则导线上M、N两点的电势差UMN=0.4V.下列说法正确的是
A. 图乙中，变化磁场的方向垂直纸面向里
B. 图乙中，变化磁场的方向垂直纸面向外
C. 若仅将b环置于图乙所示变化的磁场中，则M、N两端的电势差UMN=-0.4V
D. 若仅将b环置于图乙所示变化磁场中，则M、N两端的电势差UMN=-0.2V
【答案】AD
【解析】
【详解】AB.a环置于磁场中，则导线M、N两点的电势差大于零，则M点电势高，感应电流方向为逆时针，原磁场的方向垂直纸面向里，故A正确，B错误．
CD.a环与b环的半径之比为2：1，故周长之比为2：1，根据电阻定律，电阻之比为2：1；M、N两点间电势差大小为路端电压，．磁感应强度变化率恒定的变化磁场，故根据法拉第电磁感应定律公式E=S，得到两次电动势的大小之比为4：1，故两次的路段电压之比为U1：U2=2：1．根据楞次定律可知，将b环置于磁场中，N点的电势高，故电势差 UMN=-0.2V，故C错误，D正确．
10. 如图，S为一离子源，MN为长荧光屏，S到MN的距离为L，整个装置处于在范围足够大的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B。某时刻离子源S一次性沿平行纸面的各个方向均匀地射出大量的正离子，各离子质量m，电荷量q，速率·均相同，不计离子的重力及离子间的相互作用力，则
A. 当时所有离子都打不到荧光屏上
B. 当时所有离子都打不到荧光屏上
C. 当时，打到荧光屏MN的离子数与发射的离子总数比值为
D. 当时，打到荧光屏MN的离子数与发射的离子总数比值为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．根据半径公式，当时，，直径，离荧光屏最近的离子都打不到荧光屏上，所以当时所有离子都打不到荧光屏，故A正确；
B．根据半径公式，当时，，当半径非常小时，即时肯定所有离子都打不到荧光屏上；当，有离子打到荧光屏上，故B错误；
CD．当时，根据半径公式，当速度竖直向下时粒子轨迹恰好和MN相切，当粒子竖直速度向上时恰好又打到MN极板，因此可知能够打到极板上的粒子为速度竖直向上顺时针转到速度向下的180度都能打到极板上，因此比例为
故C错误D正确；
故选AD。
三、实验题（16分）
11. 某电阻的额定电压为2V、正常工作时的阻值约500Ω，现要精确测定其正常工作时的阻值Rx．实验室提供的器材有：
A、电流表A1(量程50mA.内阻r1约3Ω)
B、电流表A2(量程3mA，内阻r2=15Ω)
C、电压表V(量程9V，内阻RV=1kΩ)
D、定值电阻1(阻值R1=985Ω)
E、定值电阻2(阻值R2=1985Ω)
F、滑动变阻器(0～20Ω)滑动变阻器
G、蓄电池E(电动势10V，内阻很小)
H、开关S一个，导线若干
(1)某同学设计的实验电路如图．其中，电表1应选_________，电表2应选_________，定值电阻R应选_________．(填器材前的序号字母)
(2)实验中，调节滑动变阻器的阻值，当电表1的示数x1=_________时(结果保留1位有效数字)，被测电阻正常工作，此时电表2的示数为x2．
(3)被测电阻正常工作时电阻的表达式Rx=_________(用x1、x2和器材中已知量的符号表示)．
【答案】 ①. B； ②. A； ③. D； ④. 2mA； ⑤.
【解析】
【详解】第一空.第二空.第三空.根据设计实验电路图，电表1应选已知内阻的电表B；电表2应选量程较大的电表A，定值电阻R应选阻值为R1=985Ω的D即可.
第四空.定值电阻正常工作时，两端的电压为2V，则此时当电表1的示数；
第五空.由电路结构可知： ，解得
12. 欲测量一只G表的内阻rg和一个电源的电动势E和内阻r。要求：测量尽量准确、能测多组数据且滑动变阻器调节方便，电表最大读数不得小于量程的。待测元件及提供的其他实验器材有：
A.待测电源E：电动势约1.5V，内阻0.4~0.7Ω
B.待测G表：0~500μA，内阻150~250Ω
C.电流表A：0~2A，内阻约0.1Ω
D.电压表V：0~300mA，内阻约500Ω
E.定值电阻R0：R0=300Ω
F.滑动变阻器R1：最大阻值10Ω，额定电流1A
H.电阻箱R2：0~9999Ω
J.开关S一个，导线若干
（1）小亮先利用伏安法测量G表内阻rg。
①图甲是小亮设计的实验电路图，其中虚线框中的元件是______；（填元件序号字母）
②写出G表内阻的计算表达式rg=______。（V表读数用U表示，G表读数用I表示）
（2）测出rg=200Ω后，小聪把G表和电阻箱R2串联、并将R2接入电路的阻值调到2800Ω，使其等效为一只电压表，利用伏安法测量电源的电动势E及内阻r。
①请你在图乙中用笔画线，将各元件连接成测量电路图______；
②若利用测量的数据，作出G表的示数IG与通过滑动变阻器R1的电流I的关系图像如图丙所示，不考虑电表引起的误差，则可得到电源的电动势E=______V，内阻r=______Ω。
【答案】 ①. E ②. ③. ④. 1.5 ⑤. 0.6
【解析】
【详解】（1）[1]G表本身可以测量通过的电流，但由题意可知，G表内阻较小，无法直接用电压表进行测量，故G表应与定值电阻R0串联后再与电压表并联；
[2]由欧姆定律可知
解得
（2）[3]实验电路图如图所示
[4][5]根据闭合电路欧姆定律得
代入数据可得
结合图像可得
所以
，
四、计算题（本题有2小题，共30分）
13. 如图所示，和是平行、光滑、间距、足够长且不计电阻的两根竖直固定金属杆，其最上端通过电阻相连。两端通过导线与平行板电容器连接，电容器上、下两极板水平，其间距离。在下方一定距离有方向相反、无缝对接的两个沿水平方向的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，磁感应强度均为，其中区域Ⅰ的高度为，区域Ⅱ的高度为。现将一阻值、长的金属棒紧贴和，从距离区域Ⅰ上边缘处由静止释放；进入区域Ⅰ后立刻做匀速直线运动，在a进入区域Ⅰ的同时，从紧贴电容器下板某处由静止释放一带正电微粒。微粒的比荷，重力加速度，不考虑电容器充、放电对电路的影响及充、放电时间，求：
（1）金属棒的质量；
（2）在穿越磁场的整个过程中，微粒发生的位移大小。
【答案】（1）0.04kg；（2）0.6m
【解析】
【详解】（1）下滑的过䅣中，由运动学规律有
解得
进入磁场Ⅰ后，由平衡条件有
感应电动势
感应电流
解得
（2）因磁场Ⅰ、Ⅱ的磁感应强度大小相同，故在磁场Ⅱ中也做匀速运动，匀速穿过磁场的整个过程中，电容器两板件电压和场强大小不变，但场强方向将发生改变
电容器两板间的电压
极板间的电场强度
穿越磁场Ⅰ的过程中经历时间为
此过程下板电势高，加速度
方向竖直向上，末速度
向上位移
穿越磁场Ⅱ的过程中经历时间为
此过程上板电势高，加速度
方向竖直向下，末速度
故微粒运动方向始终未变，向上位移
在穿越磁场的整个过程中，微粒发生的位移大小
解得
14. 如图所示，平行板器件中存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度B1=0.20T，方向垂直纸面向里，电场强度E1=1.0×105V/m。坐标系xOy紧靠平行板的右侧边缘，第一象限内有与y轴正方向成45°的边界AO，边界线上方有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B2=0.25T，边界线下方有竖直向上的匀强电场，电场强度E2=5.0×105V/m，一束带正电的离子，电荷量q=8.0×10-19C、质量m=8.0×10-26kg，从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为（0，0.4m）的Q点垂直y轴射入磁场区，并多次穿越边界线OA。求：（不计离子重力，取π=3.14）
（1）离子运动的速度；
（2）离子从进入磁场到第二次穿趈边界线OA所需的时间；
（3）离子第四次穿越边界线OA的位置坐标。
【答案】（1）5.0×105m/s；（2）8.28×10-7s；（3）（0.5m，0.5m）
【解析】
【详解】（1）离子做直线运动，有
解得
（2）离子进入磁感应强度为B2的磁场中做匀速圆周运动，有
解得
作出离子的运动轨迹，交OA边界C点，如图所示
圆弧对应圆心角90°，其运动时间为
离子过C点速度方向竖直向下，平行于电场线进入电场做匀减速直线运动，加速度为
返回边界上的C点时间t2，由匀变速直线运动规律知
所以离子从进入磁场到第二次穿越边界OA所用时间
（3）离子的运动轨迹如图所示
离子第二次穿越边界线OA的位置C点的坐标（xC，yC），则
，
离子第三次穿越边界线OA的位置D点的坐标（xD，yD），则
，
离子垂直进入电场做类平抛运动，垂直电场线位移为x，沿电场线位移y，则
解得
，
所以第四次穿越边界的E点，坐标为（xE，yE），由几何关系得
，
即离子第四次穿越OA的位置坐标为（0.5m，0.5m）。