2023-2024学年北京市昌平区高二（上）期末考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年北京市昌平区高二（上）期末考试物理试卷（含解析），共20页。试卷主要包含了选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.下列物理量中，属于矢量的是( )
A. 电场强度B. 电势C. 电流D. 磁通量
2.关于电荷，下列说法正确的是( )
A. 电荷量很小的电荷就是元电荷B. 物体所带的电荷量可以是任意的
C. 在国际单位制中，电荷量的单位是库仑D. 摩擦起电的过程实质上是创造电荷的过程
3.一个带正电的球体M放在绝缘支架上，把系在绝缘丝线上的带电小球N挂在横杆上的P1处。当小球N静止时，丝线与竖直方向的夹角为θ，如图所示。在将悬点由P1处缓慢移到P2处的过程中，观察到夹角θ增大。由此可知
( )
A. 小球N带负电
B. 悬点由P1处缓慢移到P2处的过程中，小球N受到的静电力增大
C. M与N间的静电力大小与它们间的距离的平方成正比
D. M与N间的静电力大小与它们的电荷量乘积成正比
4.如图所示，在正点电荷Q产生的电场中有a、b两点，用Ea、Eb分别表示a点和b点的电场强度大小，用φa、φb分别表示a点和b点的电势，用Epa、Epb分别表示同一负试探电荷在a点和b点的电势能。下列关系式正确的是
( )
A. Ea>Eb，φaφb，Epaφb，Epa>Epb
5.某空间中存在磁场，一电流元IΔl放在某点受到的最大磁场力为F。下列说法正确的是
( )
A. 该点处的磁感应强度大小为FIΔl
B. 该点处的磁感应强度方向与F的方向相同
C. 如果电流元的电流增大，该点处的磁感应强度也增大
D. 如果撤去电流元，该点处的磁感应强度变为零
6.下列说法正确的是( )
A. 穿过某一回路的磁通量不为零，回路中将产生感应电动势
B. 穿过某一回路的磁通量发生变化，回路中将产生感应电动势
C. 穿过某一回路的磁通量越大，产生的感应电动势越大
D. 穿过某一回路的磁通量变化越大，产生的感应电动势越大
7.在如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r；滑动变阻器的总电阻R大于电源内阻；电流表和电压表均可视为理想电表。闭合开关S，当滑动变阻器触头P从左端开始向右移动的过程中，下列说法正确的是
( )
A. 电流表、电压表的示数均增大B. 电流表、电压表的示数均减小
C. 电源的输出功率增大D. 电源的输出功率先增大后减小
8.某同学做静电感应实验，想让一个不带电的导体球甲带电，操作步骤及结论如下：①把甲球移近带负电的绝缘导体球乙，但甲、乙两球不接触；②用手触摸甲球；③手指移开；④移开乙球；⑤甲球带正电；⑥甲球带负电。上述操作过程和结论均正确的是( )
A. ①→②→③→④→⑤B. ①→②→④→③→⑥
C. ①→②→③→④→⑥D. ①→②→④→③→⑤
9.如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，直角三角形导线框abc通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab边长为l，与磁场方向平行；bc边长为2l，与磁场方向垂直。下列说法正确的是
( )
A. ab边所受安培力大小为BIlB. bc边所受安培力大小为BIl
C. ca边所受安培力大小为 5BIlD. 整个导线框所受安培力为0
10.某同学发现，一电源在使用过程中，当通过它的电流大小有明显变化时，路端电压的变化并不明显。其原因可能是( )
A. 电源内阻很大B. 电源内阻很小C. 电源电动势很大D. 电源电动势很小
11.某扫地机器人利用自身携带的小型吸尘部件吸尘。已知机器人电池容量为3000mA⋅ℎ，电机两端电压为15V，吸尘时的额定功率为30W，输出功率为22W。下列说法正确的是
( )
A. “mA⋅ℎ”是能量单位B. 吸尘时通过电机的电流为1.5A
C. 该机器人电机的电阻为5.5ΩD. 理论上，该机器人充满电后可工作1.5ℎ
12.如图所示，利用电压传感器和电流传感器观察电容器的充、放电过程。先将单刀双掷开关S置于接线柱1，给电容器充电；充电结束后，再将开关S置于接线柱2，电容器放电。传感器采集所测电路的电压、电流信号，得到电容器充、放电过程电压U和电流I随时间t变化的图像，分别如图(甲)和(乙)所示。下列说法正确的是( )
A. 电容器充电过程，电流和电压都逐渐增大
B. 电容器充电过程，电压逐渐增大而电流逐渐减小
C. 电容器放电过程，极板带电量均匀减少
D. 电容器放电过程，电容器的电容减小
13.如图(甲)所示，100匝(图中只画了2匝)圆形线圈面积为0.01m2，电阻不计。线圈内存在方向垂直纸面向里且强度随时间变化的磁场；t=0时，B=0。线圈两端A、B与一个电压传感器相连，电压传感器测得A、B两端的电压按图(乙)所示规律变化。在t=0.05s时
( )
A. 磁感应强度随时间的变化率为0.01T/sB. 磁感应强度随时间的变化率为20T/s
C. 穿过每匝线圈的磁通量为2.5×10−4WbD. 穿过每匝线圈的磁通量为5.0×10−4Wb
14.我们知道，在匀强磁场中，带电粒子的速度方向与磁感应强度方向平行或垂直时，带电粒子将做匀速直线运动或匀速圆周运动；如果带电粒子的速度方向与磁感应强度方向既不平行，又不垂直，带电粒子将做螺旋线运动，如图所示。粒子转过一周所需的时间称为回转周期；粒子每转一周前进的距离称为螺距。根据运动的合成与分解思想，可解决此问题。下列说法不正确的是( )
A. 螺旋的直径与垂直磁感线的速度分量有关
B. 螺距与垂直磁感线的速度分量无关
C. 回转周期与垂直磁感线的速度分量有关
D. 具有相同的平行磁感线速度分量的同种带电粒子，从同一点出发，经一个回转周期后，将重新会聚到一点
二、实验题（本题共2小题，共18分）
15.多用电表是常用的电学测量仪表，它既能测量电流又能测量电压，还能测量电阻。
(1)关于多用电表的使用，下列操作正确的是_________
A.测灯泡电压时，应按图(甲)所示连线，测量时开关S应断开
B.测灯泡电流时，应按图(乙)所示连线，测量时开关S应闭合
C.测灯泡电阻时，应按图(甲)所示连线，测量时开关S应断开
(2)某次用多用电表测量电阻和直流电压时指针位置如图所示，若选择开关置于：
①电阻“×1k”位置，则电阻的测量值为________kΩ；
②直流“10V”位置，则电压的测量值为________V。
16.某学习小组做“测量金属丝的电阻率”的实验。
(1)使用螺旋测微器测量金属丝的直径d，某次测量时螺旋测微器的示数如图所示，其读数为________mm。
(2)图中(甲)和(乙)是测量金属丝电阻Rx的两种电路，其主要区别是滑动变阻器的连接方式不同，一般称甲为“分压电路”，乙为“限流电路”。
若需要待测电阻Rx两端电压从零开始连续变化，应选用__________(选填“甲”或“乙)电路。
(3)测量金属丝的电阻Rx时，某同学按“分压电路”连接实验器材，如图所示。其中_________(选填“①”“②”或“③”)连线是错误的。
(4)该同学正确地完成了实验操作，在U−I坐标系中标出了测量数据的坐标点，并描绘出了U−I图线，如图所示。根据图线可知，该金属丝的电阻值Rx=_________Ω(结果保留两位有效数字)。
(5)关于实验误差的分析，下列说法正确的是_________。
A.多次测量金属丝直径求平均值可以减小系统误差
B.用U−I图像处理实验数据求金属丝电阻可以减小偶然误差
C.电流表外接时，电压表分流会导致电阻测量值偏小
D.电流表外接时，电流表分压会导致电阻测量值偏大
(6)电导率σ是电阻率的倒数，常用单位是(Ω⋅cm)−1。某种饮用水的电导率约为1.0×10−3(Ω⋅cm)−1。将该饮用水灌入一个高约12cm、容积约240mL的薄壁塑料瓶中，瓶的两端用两个略小于瓶底面积的固定金属圆片电极密封，如图所示。能否用图中的实验器材较为精确地测量该饮用水的电导率？简要阐述理由。_________
三、计算题（本题共4小题，共40分）
17.一水平放置的平行板电容器，两极板间电场可视为匀强电场。一电子从两极板间的中央点以初速度v0垂直于极板间的匀强电场飞入，恰能从下极板右边缘飞出，如图所示。已知两极板间距为d，板长为L，电子的质量为m，电荷量为e。不计电子的重力。求：
(1)电子在两极板间的加速度大小a；
(2)两极板间电压U；
(3)在此过程中电场力对电子所做的功W。
18.质谱仪是一种研究带电粒子的重要工具，它的构造原理如图所示。粒子源S产生的带正电粒子首先经M、N两带电金属板间的电场加速，然后沿直线从缝隙O垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场中经过半个圆周打在照相底片上的P点。已知M、N两板间电压为U，粒子的质量为m、电荷量为q。若粒子进入电场时的速度、所受重力及粒子间的相互作用力均可忽略。
(1)求粒子离开加速电场时速度的大小v；
(2)求O、P两点间的距离L；
(3)有同学认为，若保持M、N两板间电压不变，增大两板间距离，上述粒子将打在P点的下方。你认为这个说法是否正确？简要说明理由。
19.如图(甲)所示，相距为L的平行金属导轨置于水平面内，导轨间接有定值电阻R。质量为m的金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场中。t=0时刻，对金属棒ab施加一与导轨平行的恒定拉力F，使其由静止开始做加速直线运动。不计金属棒与导轨的电阻及金属棒与导轨间的摩擦。
(1)从t=0时刻开始计时，在图(乙)所示的坐标系中定性画出金属棒ab的速度大小v随时间t变化的图像；并求出金属棒ab的最大速度vm。
(2)已知金属棒ab从开始运动到速度达到最大时的位移为x，求在此过程中安培力对金属棒ab所做的功WA。
(3)本题中通过安培力做功实现了能量转化。我们知道安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力对运动电荷不做功，这似乎出现了矛盾，请结合图(丙)所示情境，分析说明当金属棒ab以速度v向右运动时，自由电子所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起作用的？
20.物理学中的宏观现象与粒子的微观行为之间存在必然联系，从微观角度分析宏观现象产生的本质原因是物理学的重要研究方法。
(1)如图所示，一段横截面积为S、长为L的直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e。该导线两端加电压时，自由电子定向移动的平均速率为v。
a、请推导导线中的电流I与v之间关系式。
b、将该通电直导线放在磁感应强度B的匀强磁场中，电流方向与磁感线垂直，导线所受安培力大小为F=BIL。请由安培力的表达式推导洛伦兹力的表达式f=evB。
(2)如图所示的霍尔元件，宽度和厚度分别为ℎ和d，放在沿−z方向的匀强磁场B中，当元件通有沿x方向的电流I时，在元件的上侧面和下侧面之间会产生电势差U。已知该霍尔元件的载流子是电子，电荷量为e，单位体积中的自由电子数为n。
a、请证明：U=BIneℎ
b、由上问可知，在I、n、e、ℎ一定的条件下，U与B成正比，由U的数值可以比较B的大小，因此可以用这种元件探测某空间磁场的磁感应强度。该元件的摆放的方向对测量结果是否有影响？简要说明理由。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】【分析】
物理量按有无方向分矢量和标量，矢量是既有大小又有方向的物理量，标量是只有大小没有方向的物理量。
对于矢量与标量，要掌握它们的两大区别：一是矢量有方向，标量没有方向；二是运算法则不同，矢量运算遵守平行四边形定则，标量运算遵守代数加减法则。
【解答】
A、电场强度是矢量，其方向与放在该点的正电荷所受的电场力方向相同，故A正确；
BCD、电动势、电流、磁通量都是只有大小，没有方向的标量，故BCD错误。
2.【答案】C
【解析】C
【详解】A.元电荷指的是最小电荷量，电子和质子所带的电荷量大小等于元电荷，A错误；
B.物体所带的电荷量一定是元电荷的整数倍，B错误；
C.在国际单位制中，电荷量的单位是库仑，C正确；
D.摩擦起电的实质是电荷在两个物体间发生了转移，没有创造电荷，D错误。
故选C。
3.【答案】BD
【解析】BD
【详解】A.小球N与M相互排斥，M、N带同种电荷，M带正电，N也带正电，故A错误；
B.悬点由P1处缓慢移到P2处的过程中，根据库仑定律 F=kq1q2r2 可知，小球N受到的静电力增大，故B正确；
CD.根据库仑定律公式可知， F=kq1q2r2 ，M与N间的电场力大小与间距的平方成反比，与电荷量的乘积成正比，故C错误，D正确。
故选BD。
4.【答案】C
【解析】C
【详解】电场线的疏密程度表示电场强度的大小，故
Ea>Eb
沿着电场线方向电势逐渐降低，故
φa>φb
负电荷在电势高的地方电势能小，故
Epa