2023北京首都师大附中高二（上）期末物理（教师版）

2023北京首都师大附中高二（上）期末

物    理

第Ⅰ卷（共42分）

一、选择题（本题每小题3分，共42分。题目中至少有一个选项正确。选对得3分，少选得2分，错选不得分）

1. 下列说法中正确的是（　　）

A. 由可知，磁感应强度B与一小段通电直导线受到的磁场力成正比

B. 一小段通电导线所受磁场力的方向就是磁场方向

C. 一小段通电导线在某处不受磁场力，该处磁感应强度一定为零线

D. 磁感应强度为零的地方，一小段通电导线在该处不受磁场力

2. 有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I；设单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，此电子的定向移动速率为v，在时间内，通过导线横截面的自由电子数可表示为（　　）

A.  B.  C.  D.

3. 关于多用电表的使用，下列说法正确的有　　

A. 甲图是用多用电表直流电压挡测量小灯泡两端的电压，表笔接法正确

B. 乙图是用多用电表直流电流挡测量电路中的电流，表笔接法正确

C. 丙图中用是多用电表电阻挡测量二极管的反向电阻

D. 丁图中用多用电表电阻挡测量的是二极管的反向电阻

4. 如图是某磁场部分区域的磁感线分布（图线关于水平虚线对称），a、b是其内两点。则（　　）

A. a、b两点的磁感应强度大小不等，且Ba>Bb

B. 同一通电导线放在a处所受磁场力一定大于放在b处所受磁场力

C. 同一闭合小线圈在a点的磁通量一定大于在b点的磁通量

D. a点磁感应强度方向即为放在该点的通电直导线所受磁场力的方向

5. 如图所示是一个拥有和两个量程的电流表，当使用a，b两个端点时，对应其中一个量程：当使用a，c两个端点时，对应另外一个量程。已知表头的内阻为1000Ω，满偏电流为。则（　　）

A. 当使用a、b两个端点时，对应量程为

B. 当使用a、c两个端点时，对应量程为

C. 的阻值为50Ω

D. 的阻值为250Ω

6. 如图所示，两根间距为d的平行光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角。金属杆垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好。整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中。当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆刚好处于静止状态。要使金属杆能沿导轨向上运动，可以采取的措施是（　　）

A. 减小磁感应强度B

B. 调节滑动变阻器使电阻减小

C. 减小导轨平面与水平面间的夹角θ（磁场方向仍垂直导轨平面向上，磁感应强度的大小不变）

D. 将电源正负极对调

7. 如图所示的电路中，输入电压U恒为12V，灯泡L上标有“6V  12W”字样，电动机线圈的电阻。若灯泡恰能正常发光，下列说法中正确的是（　　）

A. 电动机的输入功率为12W B. 电动机的输出功率为12W

C. 电动机的热功率为2.0W D. 整个电路消耗的电功率22W

8. 某实验小组用图示装置探究影响平行板电容器电容的因素。若两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为。实验中，假定极板所带电荷量不变，下列判断中正确的是（　　）

A. 保持S不变，增大d，则C变小，θ变大

B. 保持S不变，增大d，则C变大，θ变小

C. 板间插入有机玻璃板，则C变小，θ变大

D. 板间插入有机玻璃板，则C变大，θ变小

9. 笔记本电脑趋于普及，电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向上的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。则关于元件的说法正确的是（　　）

A. 前表面的电势比后表面的高

B. 前、后表面间电压U与v有关

C. 前、后表面间的电压U与c成正比

D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为

10. 如图所示电路，电源电动势为E，内阻为r，为定值内阻，为热敏电阻（温度越高，电阻越小），闭合开关，则在温度逐渐升高的过程中，下列说法正确的是（　　）

A. 电流表示数增大 B. 热敏电阻的功率一定增大

C. 电源效率变小 D. 电源的输出功率一定增大

11. 如图所示，图甲为速度选择器原理示意图，图乙为质谱仪原理示意图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间。下列说法正确的是（　　）

A. 图甲中，只有带正电且具有速度的粒子才能沿图中虚线路径经过速度选择器

B. 图乙中，、、三种粒子经加速电场射入磁场，在磁场中偏转半径最大

C. 图丙中，若采用一级加速，由于技术上产生过高的电压是很困难的，为了使粒子获得更高的能量，理论上采用多级直线加速装置

D. 图丁中，随着粒子速度的增大，交流电源的频率也应该增大

12. 如图甲所示，直线AB是某孤立点电荷电场中的一条电场线，一个电子仅在电场力作用下沿该电场线从A点运动到B点，其电势能随位置变化的关系如图乙所示.设A、B两点的电势分别为φA、φB，电子在A、B两点的动能分别为EkA、EkB.则关于该孤立点电荷的位置及电势、电子动能大小的说法正确的是(    )

A. 孤立点电荷带负电，位于B点的右侧，φA>φB，EkA>EkB

B. 孤立点电荷带正电，位于A点的左侧，φA>φB，EkA<EkB

C. 孤立点电荷带正电，位于B点的右侧，φA<φB，EkA>EkB

D. 孤立点电荷带负电，位于A点的左侧，φA<φB，EkA<EkB

13. 某实验装置如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B，如果线圈A中电流i与时间t的关系如图甲、乙、丙、丁所示。在这段时间内（　　）（设电流自左边接线柱进入A时取正）

A. 如果A中通以甲图电流，则B中电流计G没有电流通过

B. 如果A中通以乙图电流，则B中电流计G中有向右的电流通过

C. 如果A中通以丙图电流，则B中电流计G中有向左的电流通过

D. 如果A中通以丁图电流，则B中电流计G中有向右的电流通过

14. 如图所示，在边长为l正方形区域内，有与y轴平行的匀强电场和垂直于纸面的匀强磁场。一个带电粒子（不计重力）从原点O沿x轴进入场区，恰好做匀速直线运动，穿过场区的时间为；若撤去磁场，只保留电场，其他条件不变，该带电粒子穿过场区的时间为；若撤去电场，只保留磁场，其他条件不变，那么，该带电粒子穿过场区的时间应该是（　　）

A  B.  C.  D.

第Ⅱ卷（共58分）

二、实验题（22分）

15. 一位同学用电压表、电流表加上一个滑动变阻器就可以测定一节普通干电池的电动势（约为1.5V）和内阻（约为2），设计的电路如图甲所示。

（1）请在图乙所示的实物图中，用实线代替导线将器件按原理图连接成实验电路；______

（2）闭合开关后，多次移动滑动变阻器，测得多组电压表和电流表的示数U和I，在坐标纸上以U为纵轴、I为横轴，选择适当的标度建立坐标，并画出图线。作出的图像与纵轴的截距为a，横轴的截距为b；

（3）由此求出电池的电动势为E=______，电池的内阻为r=_______（结果用字母表示）。电动势的测量值_______真实值，电池内阻的测量值________真实值。（均填“>”“<”或“=”）

16. 在“金属丝电阻率的测量”的实验中：

①用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中一次测量的示数如图所示，则该次金属丝直径的测量值d=__________mm。

②用伏安法测量金属丝的电阻Rx（阻值约为5Ω），实验中除开关、若干导线之外还提供下列器材：

电流表A1（量程0~0.6A，内阻约0.1）；

电流表A2（量程0~3A，内阻约0.01）；

电压表V1（量程0~3V，内阻约3k）；

电压表V2（量程0~15V，内阻约20kΩ）；

滑动变阻器R（0~20）；

电源E（电动势为3.0V，内阻不计）。

为了调节方便，测量准确，实验中电流表应选_________，电压表应选_________。

③根据所选用的实验器材，应选用以下哪个电路图进行实验？__________。

④若通过测量可知，金属丝接入电路的长度为l，直径为d，通过金属丝的电流为I，金属丝两端的电压为U，由此可计算得出金属丝的电阻率ρ=_______。（用题目所给字母表示）

⑤本实验在测量电阻时，由电压表或电流表的内阻引起的误差属于系统误差。将电压表或电流表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表内阻所引起的系统误差。在未消除该系统误差时本实验的电阻丝的测量阻值为R，若已知电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RA，那么消除该系统误差后，电阻丝的阻值Rx应该为_______。

三、计算论述题（本题共36分。要求写出解题过程，重要公式，文字说明等。只有公式和结果不得分）

17. 如图所示，电荷量为、质量为m的电子从A点沿与电场垂直的方向进入匀强电场，初速度为，当它通过电场B点时，速度与场强方向成角，不计电子的重力，求

（1）电子从B点射出的速度；

（2）A、B两点间的电势差。

18. 如图所示，在矩形区域abcd内充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B．在ad边中点O的粒子源，在t=0时刻垂直于磁场发射出大量的同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与Od的夹角分布在0～180°范围内．已知沿Od方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从磁场边界cd上的p点离开磁场，ab=1.5L，bc=，粒子在磁场中做圆周运动的半径R=L，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，求：

（1）粒子在磁场中的运动周期T ；

（2）粒子的比荷q/m；

（3）粒子在磁场中运动的最长时间．

19. 物理现象的分析常常有宏观与微观两个视角，建构合理化模型找出其内在联系，有助于更加深刻理解其物理本质。

（1）如图甲所示，直流电源、开关、导线与金属棒ab组成一个电路。从微观角度看，开关闭合时，电源两端电压会在金属棒内部形成恒定电场，每个自由电子都在电场力作用下开始定向运动，但这些电子会与导体棒中的金属正离子发生碰撞，碰撞后电子向各方向运动的机会相同，沿导线方向的定向运动速度变为0；此后自由电子再加速、再碰撞……，这种定向运动在宏观上形成了电流。已知电源两端电压为U，金属棒的长度为L，横截面积为S，单位体积内自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e，连续两次碰撞间隔的平均时间为t0，碰撞时间不计。仅在自由电子和金属正离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用，导线及开关的电阻不计。

a．求自由电子定向运动时的加速度大小a；

b．求t0时间内自由电子定向运动的平均速率v0；

c．推导金属棒中形成电流I的表达式；

（2）某同学受磁流体发电机的启发，设计了一种新型发电装置。如图乙所示，将发电装置、开关、导线与电阻组成一个电路，这种新型发电装置可视为直流电源。从微观角度看，两面积足够大的平行金属极板A、C间有一个垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，将一束带正电的离子流以速度v沿垂直于B的方向喷入磁场，带正电的离子在洛伦滋力作用下向A极板偏转，由于静电感应在C极板上感应出等量的负电荷。宏观上A、C两板间产生电势差，可为阻值为R的外电阻供电。已知每个离子的质量均为m，电荷量为+q，单位时间内沿垂直极板方向上单位长度喷射的正离子个数为n，A、C两板间距为d，且d大于。忽略离子的重力及离子间的相互作用力。

a．只闭合开关S1外电路短路，求短路电流Im；

b．只闭合开关S2，电路中电流稳定后，若单位时间内打在极板A上的离子数为N，请写出N与R的关系式。

参考答案

第Ⅰ卷（共42分）

一、选择题（本题每小题3分，共42分。题目中至少有一个选项正确。选对得3分，少选得2分，错选不得分）

1. 【答案】D

【解析】

【详解】A．磁感应强度的大小是由磁场本身性质所决定的，与通电导线在磁场中受力的大小无关，故A错误；

B．通电导线在磁场中某处受到的磁场力方向与该处磁场方向相互垂直，故B错误；

C．当通电导线中的电流方向与磁场方向相互平行时，通电导线受到的磁场力为零，所以在不知道通电导线的放置方式时，如果通电导线在某处不受磁场力时，该处的磁场可能为零，也可能导线与该处的磁感线平行，故C错误；

D．F=BIL，磁感应强度为零的地方，一小段通电导线在该处不受磁场力，故D正确。

故选D。

2. 【答案】AC

【解析】

【详解】横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量为e，此时电子定向移动的速率为v，则

I=nevS

通过导体横截面电量

Q=I△t

自由电子数目可表示为

故选AC。

3. 【答案】BD

【解析】

【分析】使用多用电表测电压或电流时，电流从红表笔流入黑表笔流出，多用电表要与待测电路并联或串联，分析电路图答题；

欧姆表内置电源正极与黑表笔相连，负极与红表笔相连，分析电路图，然后答题；

【详解】A、甲图是用多用电表直流电压挡测量小灯泡两端的电压，表笔的红黑表笔接错，故A错误；
B、乙图是用多用电表直流电流挡测量电路中的电流，电流从红表笔流入，从黑表笔流出，表笔接法正确，故B正确；
C、欧姆表内置电源正极与黑表笔相连，负极与红表笔相连，由图丙所示电路图可知，黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，多用电表测二极管正向电阻，由图丁所示电路图可知，黑表笔接二极管负极，红表笔接二极管正极，多用电表测二极管反向电阻，故C错误、D正确．

【点睛】本题考查了多用电表的使用，使用多用代表时要注意电流总是由红表笔流入，黑表笔流出，知道多用电表的结构、分析清楚图示电路图即可解题．

4. 【答案】A

【解析】

【详解】A．磁感应线的疏密表示磁感应强度的大小，由图可知，a、b两点的磁感应强度大小不等，且Ba>Bb。故A正确；

B．由安培力，可知安培力大小取决于B、I、L以及磁场和电流之间的夹角，因此无法比较同一通电导线在a、b两点所受磁场力的大小。故B错误；

C．由于磁通量，磁通量大小与夹角有关。所以无法确定同一闭合线圈在a、b两点的磁通量大小。故C错误；

D．根据左手定则，磁感应强度方向与安培力方向垂直。故D错误。

故选A。

5. 【答案】D

【解析】

【详解】AB．当表头达到满偏时，接ab两个端点时，允许流过的电流更大，可知当使用a、b两个端点时，对应量程为；当使用a、c两个端点时，对应量程为，AB错误；

CD．当接ac两端点时，对应量程为，根据欧姆定律可知

C错误，D正确。

故选D。

6. 【答案】BC

【解析】

【详解】A．当金属杆刚好处于静止状态时，有

当减小磁感应强度B，减小，，此时金属杆会沿导轨向下运动，A错误；

B．调节滑动变阻器使电阻减小，此时电路中电流增大，增大，，此时金属杆会沿导轨向上运动，B正确；

C．减小导轨平面与水平面间的夹角θ时，减小，此时，金属杆会沿导轨向上运动，C正确；

D．将电源正负极对调，方向沿导轨平面向下，此时金属杆能沿导轨向下运动，D错误。

故选BC

7. 【答案】AC

【解析】

【详解】A．由P=UI可得，电路电流

电动机的输入功率为

故A正确；

BC．电动机的发热功率

P热=I2RM=（2A）2×0.5Ω=2W

电动机的输出功率

P输出=P-P热=12W-2W=10W

故B错误，C正确；

D．整个电路消耗的电功率

故D错误。

故选AC。

8. 【答案】AD

【解析】

【详解】AB．根据公式有

可得保持S不变，增大d，则C变小，变大，θ变大，A正确，B错误；

CD．板间插入有机玻璃板时，变大，C变大，变小，θ变小，C错误，D正确。

故选AD。

9. 【答案】B

【解析】

【详解】A．电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则判断可知，电子所受的洛伦兹力方向向外，则前表面积累了电子，前表面的电势比后表面的电势低，故A错误；

BC．由电子受力平衡可得

解得

所以前、后表面间的电压U与v成正比，即前、后表面间的电压U与v有关，与c无关，故B正确，C错误；

D．稳定时自由电子受力平衡，受到的洛伦兹力等于电场力，即

故D错误。

故选B。

10. 【答案】AC

【解析】

【详解】A．温度升高，电阻减小，则串联电路总电阻减小，由

总电流增大，电流表示数增大，故A正确；

B．总电流增大，和内阻上电压变大，则两端电压减小，故无法判断热敏电阻的功率变化，故B错误；

C．总电流增大，则由于

则外电路电压减小，由于电源效率为

则电源效率减小，故C正确；

D．因不知外阻与内阻大小关系，故无法判断电源输出功率如何变化，故D错误。

故选AC。

11. 【答案】BC

【解析】

【详解】A．要使粒子沿虚线路径飞行，粒子受到的电场力和洛伦兹力大小相等，方向相反，则有

解得

故只有具有该速度的带正电或负电粒子才能沿图中虚线路径经过速度选择器，故A错误；

B．质谱仪中，粒子经电场加速有

在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，有

解得

由此可知在磁场中偏转半径最大的是比荷最小的粒子，、、三种粒子电荷量相同，质量最大，所以在磁场中的偏转半径最大，故B正确；

C．图丙中，由于技术上产生过高的电压是很困难的，为了使粒子获得更高的能量，所以采用多级直线加速装置，可以通过多次加速让粒子获得更高的能量，故C正确；

D．在回旋加速器中带电粒子经过电场多次加速后，速度越来越大，在磁场中做匀速圆周运动的半径

也会越来越大，而粒子在磁场中做圆周运动的周期

没有变化，故交变电流的频率不变，故D错误。

故选BC。

12. 【答案】A

【解析】

【详解】由图看出电子从A点运动到B点，其电势能增加，电场力对电子做负功，所以电子所受的电场力方向从B→A．电子带负电，所以电场线的方向从A→B．根据顺着电场线的方向电势降低，则知φA＞φB．由能量守恒定律判断得知电子的动能减小，即有：EkA＞EkB．若孤立点电荷带负电，该电荷应位于B点的右侧，若孤立点电荷带正电，该电荷应位于A点的左侧，故A正确，BCD错误．故选A．

【点睛】解决本题关键掌握电场力做功与电势能变化的关系，掌握电场线方向与电势变化的关系，能熟练运用能量守恒定律判断能量的变化，是常见的问题.

13. 【答案】A

【解析】

【详解】A．如果A中通以甲图电流，则穿过B回路磁通量不变，没有感应电流，故A正确；

B．如果A中通以乙图电流，根据右手螺旋定则可知，穿过B的磁通量向左增大，根据楞次定律可知，则B中电流计G中有向左的电流通过，故B错误；

C．如果A中通以丙图电流，根据右手螺旋定则可知，穿过B的磁通量向左减小，根据楞次定律可知，则B中电流计G中有向右的电流通过，故C错误；

D．根据以上分析可知，如果A中通以丁图电流，则B中电流计G中电流方向在变化，故D错误。

故选A。

14. 【答案】B

【解析】

【详解】从原点沿x轴直线射出过程匀速直线运动，受力平衡

Eq=Bqv

由穿过场区的时间为T0可得

L=vT0

若撤去磁场，只保留电场，带电粒子在竖直方向偏转，做类平抛运动

当撤去电场，在匀强磁场中匀速圆周运动，可得运动半径

带电粒子在磁场中经过的轨迹是个圆，故运动时间

解得

故B正确ACD错误。

故选B。

第Ⅱ卷（共58分）

二、实验题（22分）

15. 【答案】    ①. 见解析    ②.     ③.     ④.     ⑤.

【解析】

【详解】（1）[1]根据电路图，用实线代替导线将器件连接成实验电路如图所示

（3）[2][3]根据闭合电路欧姆定律可得

画出图线，图像与纵轴的截距为a，横轴的截距为b，即

图线斜率的绝对值表示电源内阻，即

[4][5]相对于电源来说，本实验采用的是电流表外接法，有

所以电动势的测量值小于真实值，电池内阻的测量值小于真实值。

16. 【答案】    ①. 0.382~0.385    ②. A1    ③. V1    ④. 甲    ⑤.     ⑥.

【解析】

【详解】①[1]金属丝直径的测量值

d=0+0.382mm=0.382mm（0.382~0.385都正确）

②[2][3]电源电动势为3.0V，因此电压表选择电压表V1（量程0~3V，内阻约3k）；

测量金属丝的电阻阻值约为5Ω，则电路中的最大电流

因此电流表应选电流表A1（量程0~0.6A，内阻约0.1）。

③[4]由于电流表内阻约0.1较小，因此应选用电流表外接法，即应选用电路图甲进行实验。

④[5]根据欧姆定律有

根据电阻定律有

联立解得

⑤[6]选用电路图甲进行实验，主要是由于电压表的内阻引起的误差，实验的测量阻值R应为电压表和待测电阻并联的电阻，将电压表的内阻计算在内，则有

解得

三、计算论述题（本题共36分。要求写出解题过程，重要公式，文字说明等。只有公式和结果不得分）

17. 【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）电子进入匀强电场后在电场力作用下做匀变速曲线运动，根据运动的分解可知，电子在垂直于场强方向上做匀速直线运动。将B点的速度分解，如图所示

则

（2）电子从A运动到B，由动能定理得

A、B两点间的电势差为

18. 【答案】（1）；（2）；（3）．

【解析】

【详解】初速度沿Od方向发射的粒子在磁场中运动的轨迹如图1，其圆心为θ，

由几何关系有

所以：θ=60°

解得

（2）粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，

根据牛顿第二定律得

，

所以

解得

（3）如图2所示，在磁场中运动时间最长的粒子的轨迹的弦Ob=，圆轨迹的直径为2L

所以：Ob弦对应的圆心角为120°

粒子在磁场中运动的最长时间

19. 【答案】（1）a. ；b. ；c. ；（2）a. ；b.

【解析】

【详解】（1）a.由牛顿第二定律得自由电子的加速度

联立可得

b.电子在t0时间内做匀加速直线运动，则定向运动的平均速率

c.由电流的定义式

其中

解得

（2）a.短路时，粒子在洛伦兹力的作用下发生偏转，设r0为圆周运动的半径，只有距A板为2r0的正离子能够打在A板上形成等效电流，则

根据洛伦兹力提供向心力

则

联立可得

b.由电流定义得

闭合电路欧姆定律得

电源电动势

由

得

联立解得