2023-2024学年山东省青岛市四区高二（上）期中物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年山东省青岛市四区高二（上）期中物理试卷（含解析），共18页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题等内容，欢迎下载使用。
1.关于电源，下列说法正确的是( )
A. 电源单位时间内向外提供的电能越多，表明电动势越大
B. 电源电动势大，电源对外提供电能的本领大
C. 电源内部，电流由负极流向正极，表明内部由负极到正极电势降低
D. 电动势为2V的电源，将1C正电荷从负极经电源内部移动到正极，静电力做功2J
2.舞中幡是我国传统杂技节目。如图，演员用手顶住中幡，将中幡从胸口处竖直向上抛起，2s后在自己的胸口处开始接幡，并下蹲缓冲，经0.5s将幡稳稳接在手中。已知一根中幡质量约为20kg，重力加速度g取10m/s2，忽略幡运动过程中所受的空气阻力，演员接幡过程中，幡对手的平均作用力为( )
A. 300N
B. 400N
C. 600N
D. 800N
3.受奥斯特发现电流磁效应实验的启发，某兴趣小组用铁钉与漆包线绕制成电磁铁，电磁铁正上方的小磁针稳定后如图所示，下列说法正确的是( )
A. 导线B端接电源正极B. 铁钉内磁场方向向右
C. 电磁铁右端为电磁铁的N极D. 小磁针所在位置的磁场方向水平向左
4.如图，货车在一水平恒力F作用下沿光滑水平面运动，当货车经过一竖直固定的漏斗下方时，沙子由漏斗连续地落进货车，单位时间内落进货车的沙子质量恒为m0。某时刻，货车(连同已落入其中的沙子)质量为M，速度为v，此时货车的加速度为( )
A. F+m0vMB. F−m0vMC. FMD. F−m0gvM
5.如图，四根与纸面垂直的长直导线a、b、c、d，位于边长为L的正方形四个顶点上，导线中通有大小相同的电流I，导线周围的磁场满足B=kIr，下列关于正方形中心O点的磁场大小和方向正确的是( )
A. 2kIL，向上
B. 2 2kIL，向下
C. 2 2kIL，向左
D. 2kIL，向右
6.如图，直线A为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线B为某一电阻R的伏安特性曲线，将该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，下列说法正确的是( )
A. 电源的电动势为4V，内阻为43ΩB. 电源的输出功率为4W
C. 电阻R的阻值为1ΩD. 电源的效率为75%
7.用如图所示的电路研究微型电动机的性能时。闭合开关，调节滑动变阻器R并控制电动机停止转动，电流表和电压表的示数分别为1.0A和3.0V。重新调节R使电动机恢复正常运转，电流表和电压表的示数分别为4.0A和30.0V，此时电动机的输出功率为( )
A. 64WB. 72WC. 80WD. 88W
8.如图，电路中三个电阻R1、R2和R3的阻值分别为R、3R和4R。当开关S1断开、S2闭合时，电源输出功率为P0；当S1闭合、S2断开时，电源输出功率也为P0，下列说法正确的是( )
A. 电源电动势E=3 P0R，内阻r=2R
B. 电源电动势E=6 P0R内阻r=2R
C. 当S1、S2都断开时，电源的总功率为2P0
D. 当S1、S2都闭合时，电源的总功率为4P0
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.明朝士大夫万户是“世界上第一个想利用火箭飞行的人”。他把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着大风筝，设想利用火箭的推力飞上天空，然后利用风筝平稳着陆。假设万户及所携设备总质量为M，点燃火箭后在极短的时间内，质量为m的炽热燃气相对地面以v0的速度竖直向下喷出。下列说法正确的是( )
A. 火箭的推力就是燃气对它的反作用力
B. 在燃气喷出后的瞬间，火箭的速度大小为mv0M−m
C. 喷出燃气后万户及所携设备能上升的最大高度为v022g
D. 在燃气喷出后上升过程中，万户及所携设备动量守恒
10.在如图所示的电路中，电源内阻不能忽略，R1=20Ω，R2=15Ω。当开关S切换到位置1时，电流表的示数为0.30A；当开关S扳到位置2时，电流表的示数可能为( )
A. 0.4A
B. 0.38A
C. 0.35A
D. 0.29A
11.合肥工业大学科研团队成功研制出兼具自修复和高导电性的弹性导体，其阻值会随形变而发生变化。如图，在a、b两点之间连接一弹性导体，在弹性导体中间悬挂重物后，下列说法正确的是( )
A. 弹性导体阻值变大
B. 定值电阻R的功率变大
C. 电流表示数变小
D. 弹性导体的功率可能变大
12.如图，电源电动势为E，内阻为r，闭合开关S，小灯泡L1、L2的电阻分别为R1、R2。不考虑灯丝电阻随温度的变化，电流表、电压表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片由右端向左滑动时，下列说法正确的是( )
A. 电流表A1示数变小，电流表A示数变大，小灯泡L1变亮
B. 电流表A示数变大，电压表V示数变小，小灯泡L2变暗
C. 电压表示数变化ΔU，电流表A示数变化ΔI，ΔUΔI=r
D. 电压表示数变化ΔU，电流表A1示数变化ΔI，ΔUΔI1=R
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.某同学用如图所示装置验证两小球的碰撞是弹性碰撞。A、B为两个直径相同的小球。图中的O点为小球抛出点在记录纸上的垂直投影，实验时，不放B，让A从固定轨道上的E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置N；将B放置在轨道末端，让A再次从E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置M、P。
(1)实验中，小球碰撞前后的速度不易测量，可以通过测量______ 间接地解决这个问题。
A.小球开始释放高度h
B.小球抛出点距地面的高度H
C.小球做平抛运动的射程OM、OP、ON
(2)下列关于实验的要求正确的是______ ；
A.轨道必须是光滑的
B.小球A每次必须从轨道的同一位置由静止释放
C.轨道末端必须水平
D.小球A和小球B的质量必须相等
(3)在实验误差允许范围内，若满足关系式______ ，则可以认为两球的碰撞为弹性碰撞。(用测得的物理量表示)
14.为测量电池的电动势E和内阻r，实验室可供选择的器材如下：
A.电流表G1(满偏电流为1mA，内阻Rg1=200Ω)
B.电流表G2(满偏电流为2mA，内阻Rg2未知)
C.电阻箱RP(0−9999Ω)
D.电阻箱RQ(0−999.9Ω)
E.滑动变阻器R(0∼20Ω,1A)
F.开关一个、导线若干
根据电路图回答以下问题：
(1)实验中，先用如图甲所示的电路测定电流表G2的内阻，将RP调为5000Ω接入电路起保护作用，调节滑动变阻器R，得到多组电流表G1和G2的示数I1和I2如下表所示：
根据测量数据，请在如图所示的坐标系中描点作出I1−I2图线，由图线可得电流表G2的内阻Rg2= ______ Ω(保留三位有效数字)；
(2)采用图乙所示电路测量该电池的电动势和内电阻，将R1、R2处的电阻箱分别调节为2800Ω和0.5Ω接入电路，并进行以下操作：
①闭合开关S，调节滑动变阻器至某一位置，此时电流表G1和G2的示数分别为0.76mA和0.75mA；
②保持开关S闭合，调节滑动变阻器至另一位置，此时电流表G1和G2的示数分别为0.71mA和1.50mA；
由上述数据可求得该电源电动势E= ______ V，内电阻r= ______ Ω(保留三位有效数字)。
四、简答题：本大题共4小题，共46分。
15.太阳能汽车是一种环保型的“绿色汽车”，人们正致力研究并实施应用。有一辆玩具汽车靠太阳能电池供电，该电池的太阳能集光板面积为420cm2，太阳光垂直照射到地面上单位面积的辐射功率为1.6×103W/m2，太阳能电池电动势为21V，内阻为2Ω。当玩具汽车在水平路面上匀速行驶时，其太阳能集光板正对太阳，测得电流强度为2A，驱动电机的内电阻RM=0.40Ω，在此行驶状态下，求：
(1)玩具汽车匀速行驶时，太阳能集光板把太阳能转化为电能的效率；
(2)玩具汽车匀速行驶时，驱动电机输出的机械功率。
16.如图，一轻弹簧上端悬挂于天花板，下端系一质量m1=2.0kg的物体A处于静止状态。在距物体A正上方高h=1.8m处有一个质量m2=4.0kg的圆环B套在弹簧上但不与弹簧接触。由静止释放B，某时刻与A碰撞(碰撞时间极短)并立即以相同的速度一起向下运动，0.2s后第一次到达最低点。已知两物体不粘连且可视为质点，g=10m/s2，求：
(1)碰撞结束瞬间两物体的速度大小；
(2)碰撞结束后至最低点过程中A、B间的平均作用力大小。
17.某种灯泡的伏安特性曲线如图甲所示，参考这条曲线回答下列问题(不计电流表和电源的内阻)：
(1)若把两个这样的灯泡串联后，接到电动势为12V的电源上，求每个灯泡的实际功率；
(2)将三个这样的灯泡并联后再与10Ω的定值电阻R0串联，接在电动势为12V的电源上，如图乙所示。求每个灯泡的实际功率。
18.如图，在倾角θ=37°足够长的粗糙斜面上放一长L=3.0m、质量为m、两端挡板厚度不计的U形盒子，在盒子底面右端靠近挡板处无初速度释放一质量为2m的光滑物块(可看作质点)，物块与挡板碰撞时间极短且没有机械能损失。盒子与斜面间的动摩擦因数μ=56，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8，求：
(1)物块与盒子发生第一次碰撞后各自的速度大小；
(2)物块与盒子发生第一次碰撞后经过多长时间发生第二次碰撞；(结果可用根式表示)
(3)物块与盒子不再碰撞时，盒子的位移。
答案和解析
1.【答案】B
【解析】解：A、根据电源向外提供的电能W=EIt可知：电源向外提供的电能不仅与电动势有关，还有电流和时间有关，故A错误；
B、电源是把其它形式的能转化为电能的装置，而电动势表征电源把其它形式的能转化为电能的本领大小，电动势越大，这种转化本领越大，故B正确；
C、电源内部，电流由负极流向正极，电势升高，故C错误；
D、根据E=W非q，可知电动势为2V的电源，将1C正电荷从负极经电源内部移动到正极，非静电力做功2J，故D错误；
故选：B。
电源向外提供的电能不仅与电动势有关，还有电流和时间有关；电动势表征电源把其它形式的能转化为电能的本领大小，电动势越大，这种转化本领越大；电源内部，电流由负极流向正极，电势升高；正电荷从负极经电源内部移动到正极，非静电力做功。
本题考查了电源的电动势、电功等知识点。难点：电动势的物理意义比较抽象，我们要记住电动势和哪些因素有关，电源正负极的电势高低及电流的方向。
2.【答案】C
【解析】解：中幡竖直向上抛起，2s后在胸口处接住，根据竖直上抛的对称性，中幡下落到胸口的时间为t=1s
速度v=gt=10×1m/s=10m/s
根据动量定理，规定竖直向下为正方向
(F+mg)t0=0−mv
解得：F=−600N
方向竖直向上
根据牛顿第三定律，幡对手的平均作用力为600N
故ABD错误，C正确。
故选：C。
用运动学求出中幡下落到胸口处的速度，再根据动量定理即可求解。
本题重点考查动量定理的应用，要规定正方向。
3.【答案】A
【解析】解：小磁针稳定后N极水平向右，则小磁针所在位置的磁场方向水平向右，结合磁感线是闭合曲线可知，铁钉内磁场方向向左，电磁铁左端为电磁铁的N极，根据安培定则可知，线圈内电流由B流向A，导线B端接电源正极，故A正确，BCD错误。
故选：A。
先根据小磁针静止时N极指向确定小磁针所在位置的磁场方向，再根据安培定则线圈中电流的方向，然后判定电源的正负极。
本题考查电流周围磁场的分布知识，要知道磁场方向为小磁针静止时N极的指向，能熟练运用安培定则判定电流方向。
4.【答案】B
【解析】解：沙子落入货车后，立即和货车共速，选择向右的方向为正方向，则由动量定理可得F′Δt=Δm0v−0
解得沙子受到货车的力为F′=m0v
方向向前，由牛顿第三定律可知，货车受到沙子的反作用力向后，大小为F′′=m0v
对货车(连同落入的沙子)，由牛顿第二定律可得F−F′′=Ma
解得：a=F−m0vM，故B正确，ACD错误；
故选：B。
根据题意得出极短时间内的沙子的质量，结合动量定理和牛顿第二定律得出货车的加速度。
本题主要考查了牛顿第二定律的相关应用，同时要结合牛顿第三定律和动量定理才可完成分析，有一定的综合性，但整体难度不大。
5.【答案】C
【解析】解：根据题意，由右手螺旋定则知b与d导线电流产生磁场正好相互抵消，由右手螺旋定则，a与c导线产生磁场的磁场方向都水平向左，则O点磁场方向向左，根据矢量叠加可知
BO=kI 22L+kI 22L=2 2kIL
故ABD错误，C正确；
故选：C。
根据等距下电流所产生的B的大小与电流成正比，得出各电流在O点所产生的B的大小关系，由安培定则确定出方向，再利用矢量合成法则求得B的合矢量的大小和方向。
考查磁感应强度B的矢量合成法则，会进行B的合成，从而确定磁场的大小与方向。基础题目。
6.【答案】D
【解析】解：A、电源的U−I图像的纵轴截距等于电源的电动势，斜率的绝对值等于电源的内阻，则由图线A知电源的电动势为4V，内阻为r=|ΔUΔI|=4−13Ω=1Ω，故A错误；
B、两图线的交点表示该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时工作状态，由图读出电压U=3V，电流I=21，则电源的输出功率为P出=UI=3×1W=3W，故B错误；
C、电阻R的阻值为R=UI=31Ω=1Ω，故C错误；
D、电源的效率为η=UIEI×100%=UE×100%=34×100%=75%，故D正确。
故选：D。
由电源的U−I图像的纵轴截距读出电源的电动势，根据斜率的绝对值求出电源的内阻。两图线的交点读出该电源直接与电阻R相连组成闭合电路时的电流与电压，根据R=UI求出电阻R的阻值。根据电源的输出功率与总功率之比求解电源的效率。
对于图像关键要根据物理规律，从数学角度来理解其物理意义。本题要抓住图线的截距离、斜率、交点的意义来理解图像的意义。
7.【答案】B
【解析】解：电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为I1=1.0A、U1=3.0V，则电动机的电阻为：R=U1I1=3.01.0Ω=3.0Ω
电动机恢复正常运转，电流表和电压表的示数分别为I2=4.0A、U2=30.0V，此时电动机的输出功率为：
P出=U2I2−I22R=(30.0×4.0−4.02×3.0)W=72W，故ACD错误，B正确。
故选：B。
电动机停止转动时，其电路是纯电阻电路，欧姆定律成立，结合电流表和电压表的示数，根据欧姆定律求出电动机的电阻。电动机正常运转时输出功率等于输入的电功率与内部发热功率之差。
对于电动机电路是纯电阻电路还是非纯电阻电路，关键要抓住电能是如何转化的，如电能全部转化为内能，则为纯电阻电路，否则是非纯电阻电路。
8.【答案】A
【解析】解：AB.当开关S1断开、S2闭合时，电源输出功率为P0，此时R2和R3被短路，只有R1=R接入电路
P0=(ER+r)2R
当S1闭合、S2断开时，电源输出功率也为P0，此时R1和R2被短路，只有R3=4R接入电路
P0=(E4R+r)2⋅4R
联立解方程，得
E=3 P0R
r=2R
故A正确，B错误；
C.S1和S2都断开时，R1、R2、R3全部接入电路，根据闭合电路的欧姆定律，设此时电源的总功率为P1
P1=(Er+R+3R+4R)⋅E
代入解得P1=0.9P0，故C错误；
D.当S1、S2都闭合时，R1、R2、R3三者并联，外电路总电阻满足：
1R总=1R+13R+14R，解得：R总=1219R
此时电源的总功率P2=Er+R外⋅E
代入数据解得：P2=17150P0，故D错误。
故选：A。
AB.分析两种情况下接入电路的电阻，结合闭合电路的欧姆定律，根据输出功率的公式方程联立求解；CD.分析两个开关都断开或者都闭合时，外电路的总电阻，结合闭合电路的欧姆定律和总功率公式求解。
注意电源输出功率和总功率的表达式，还有随外电路开关的情况对电路结构的影响。
9.【答案】AB
【解析】解：A、火箭的推力来源于燃料燃烧时产生的向后喷出的高温高压气体对火箭的反作用力，故A正确；
B、在燃气喷出后的瞬间，万户及所携设备组成的系统动量守恒，设火箭的速度大小为v，规定火箭运动方向为正方向，则有(M−m)v−mv0=0，解得火箭的速度大小为v=mv0M−m，故B正确；
C、喷出燃气后万户及所携设备做竖直上抛运动，根据运动学公式可得上升的最大高度为h=v22g=m2v022g(M−m)2，故C错误；
D、在燃气喷出后上升过程中，万户及所携设备因为受重力，外力之合不为零，系统动量不守恒，故D错误。
故选：AB。
火箭的推力来源于燃料燃烧时产生的向后喷出的高温高压气体对火箭的反作用力，在燃气喷出后的瞬间，视万户及所携设备(火箭(含燃料)、椅子、风筝等)为系统，系统动量守恒，喷出燃气后万户及所携设备做竖直上抛运动，应用动量守恒定律与运动学公式分析答题。
本题解题的关键是在燃气喷出后的瞬间，视万户及所携设备火箭(含燃料)、椅子、风筝等)为系统，动量守恒。
10.【答案】BC
【解析】解：当开关S切换到位置1时，电流表的示数为I1=0.30A；R1=20Ω，R2=15Ω，则R1>R2；
当开关S扳到位置2时，电路中电流增大，即I2>0.30A，由于外电阻减小，路端电压减小。
开关S在位置1时，路端电压U1=I1R1=0.30×20Ω=6V，开关S扳到位置2时，由于外电阻减小，路端电压减小，路端电压U2