142，福建省福州金山中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题

这是一份142，福建省福州金山中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题，共18页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题（每小题4分）
1. 在磁感应强度为B0、方向竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长通电直导线，电流的方向垂直于纸面向里。如图所示，A、B、C、D是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中（ ）
A. B、D两点的磁感应强度相同
B. A、B两点的磁感应强度相同
C. C点的磁感应强度的值最大
D. A点的磁感应强度的值最大
【答案】D
【解析】
【详解】试题分析：用右手螺旋定则判断通电直导线在abcd四个点上所产生的磁场方向，如图所示
A点有向上的磁场，还有电流产生的向上的磁场，电流产生的磁感应强度和原磁感应强度方向相同，叠加变大，磁感应强度的值最大；B点有向上的磁场，还有电流产生的水平向左的磁场，磁感应强度叠加变大，方向向左上；C点电流产生的磁感应强度和原磁感应强度方向相反，叠加变小，则磁感应强度的值最小；D点有向上的磁场，还有电流产生的水平向右的磁场，叠加后磁感应强度的方向向右上，D点与B点叠加后的磁场大小相等，但是方向不同，由上分析可知
故选D。
2. 以下说法正确的是（ ）
A. 通电导线受到的安培力方向与磁场方向相同
B. 电荷在电场中一定要受到电场力，在磁场中不一定要受磁场力
C. 公式C=，电容器的电容大小C与电容器两极板上的电荷量成正比，与电容器两极板间电势差U成反比
D. 由Uab=Ed可知，匀强电场中的任意两点a、b间的距离越大，则两点间的电势差也一定越大
【答案】B
【解析】
【详解】A．通电导线受到的安培力方向与磁场方向垂直，故A错误；
B．电荷在电场中一定要受到电场力，在磁场中不一定要受磁场力，当电荷速度与磁场速度平行的时候，故B正确；
C．电容C由电容器本身决定，与U、Q无关，故C错误；
D．由Uab=Ed可知，匀强电场中的两点a、b沿电场线方向的距离越大，则两点间的电势差一定越大，故D错误。
故选B。
3. 在如图所示的装置中，电阻不计的线框通过电刷、导线与变压器原线圈构成闭合电路，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以大小为ω的角速度逆时针转动，已知线框匀速转动时产生的感应电动势最大值为Em，原、副线圈的匝数比为2：1，副线圈接一个灯泡，电压表为理想电表且始终正常读数，下列说法正确的是（ ）
A. 从图示时刻开始计时，线框中感应电动势表达式为e=Emsinωt
B. 电压表示数为Em
C. 线框转动角速度增大一倍，电压表示数为Em
D. 若给小灯泡两端再并联一个相同的小灯泡，电压表示数变大
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．由题图可知图示时刻线框中感电动势最大，从该时刻计时电动势按余弦规律变化，说明表达式为
故A错误；
B．电压表的示数为电压的有效值，其示数应为，故B错误；
C．线框转动角速度增大一倍，感应电动势最大值变为原来的两倍，电压表示数为
故C正确；
D．若给小灯泡两端再并联一个相同的小灯泡，因线框、导线电阻不计，电压表是理想电表，原线圈两端电压不变，副线圈电压不变，则电压表示数不变，故D错误。
故选C。
4. 如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一段静止的长为L截面积为S的通电导线，磁场方向垂直于导线。设单位体积导线中有n个自由电荷，每个自由电荷的电荷量都为q，它们沿导线定向移动的平均速率为v。下列选项正确的是（ ）
A. 导线中的电流大小为nSqv
B. 这段导线受到的安培力大小为nLqvB
C. 沿导线方向电场的电场强度大小为vB
D. 导线中每个自由电荷受到的平均阻力大小为qvB
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】A．根据电流定义
其中
根据题意
带入化解即可得到I的微观表达式为
故A正确；
B．由安培力公式可得
联立得
故B错误；
C．沿导线方向的电场的电场强度大小为
（U为导线两端的电压）
它的大小不等于vB，只有在速度选择器中的电场强度大小才是vB，且其方向是垂直导线方向，故C错误；
D．导线中每个自由电荷受到的平均阻力方向是沿导线方向的，而qvB是洛伦兹力，该力的的方向与导线中自由电荷运动方向垂直，二者不相等，故D错误。
故选A。
二、多选题（每小题6分，漏选得3分）
5. 如图所示，L是一个自感系数很大的自感线圈，开关闭合电路稳定后，小灯泡能正常发光。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关时，小灯泡立即变亮
B. 闭合开关时，小灯泡逐渐变亮
C. 断开开关时，小灯泡立即熄灭
D. 断开开关时，小灯泡比原来更亮一下再慢慢熄灭
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】AB．闭合开关时，自感线圈上产生阻碍电流增加的自感电动势，小灯泡逐渐变亮。故A错误；B正确；
CD．断开开关时，自感线圈上产生阻碍电流减小的自感电动势，但是此时电路为开路，故小灯泡立即熄灭。故C正确；D错误。
故选BC。
6. 关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（ ）
A. 图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压U
B. 图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极
C. 图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D. 图丁是质谱仪的主要原理图。其中在磁场中偏转半径最小的是
【答案】BC
【解析】
【分析】
【详解】A．带电粒子在D形盒中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有
当R=r时，粒子具有最大动能，有
故A错误；
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，根据左手定则可以判断出带正电的粒子偏转到B极板带负电的粒子偏转到A极板，故B正确；
C．图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是二力平衡，有
整理，可得
故C正确；
D．图丁是质谱仪的主要原理图，在偏转磁场中，洛伦兹力提供向心力，有
解得
其中三种粒子的质量与电荷量比值最小是，在磁场中偏转半径最小的是。故D错误。
故选BC。
7. 如图，在半径为R的半圆内有垂直纸面向外的匀强磁场，半径OP与半径OA的夹角为60°。现有一对正、负粒子以相同的速度从P点沿PO方向射入磁场中，一个从A点离开磁场，另一个从B点离开磁场。粒子的重力及粒子间的相互作用力均不计，则下列说法中正确的是（ ）
A. 从B点射出磁场的是带正电的粒子B. 正、负粒子在磁场中运动的周期之比为1∶1
C. 正、负粒子在磁场中运动的比荷之比为D. 正、负粒子在磁场中运动的时间之比为3∶2
【答案】AD
【解析】
【详解】A．根据左手定则判断知从B点射出磁场的是正粒子，A正确；
B．正、负粒子在磁场中的运动轨迹如下图所示
圆弧PA所对的圆心角θ1 = 120°，则正粒子运动轨迹的半径
由
得粒子运动的周期为
圆弧PB所对的圆心角θ2 = 60°，则正粒子运动轨迹的半径
由
得粒子运动的周期为
则正负粒子的周期之比为
故B错误；
C．带电粒子在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则
则正负粒子比荷之比为
故C错误；
D．由B选项可知，正负粒子圆心角分别为
θ2 = 60°，θ1 = 120°
根据匀速圆周运动的时间有
则
故D正确。
故选AD。
8. 如图甲所示，两固定平行且光滑的金属轨道MN、PQ与水平面的夹角，M、P之间接电阻箱，电阻箱的阻值范围为导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度大小为。质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上，其接入电路的电阻值为r。现从静止释放杆ab，测得最大速度为，改变电阻箱的阻值R，得到与R的关系如图乙所示。已知轨道间距为，重力加速度，，轨道足够长且电阻不计，则（ ）
A. 金属杆的质量
B. 金属杆接入电路的电阻
C. 当时，杆ab匀速下滑过程中R两端的电压为4V
D. 当时，杆的最大速度为7m/s
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．当金属杆达到最大速度时， 安培力等于重力沿框向下的分量有
当R=0 时vm=4m/s；当时vm=8m/s，代入上式解得
故 B 正确， A 错误；
C．当 时， 杆ab匀速下滑过程中两端的电压为
代入数据解得
故 C 正确；
D．当 时， 由图可得最大速度为，故D错误。
故选BC。
三、填空题（每空2分）
9. （1）一根粗细均匀的金属丝，当其两端电压为U时，通过的电流是I。若将此金属丝均匀拉长到原来的2倍时，电流仍为I，金属丝两端所加的电压应为______。
（2）有一个满偏电流为100mA的毫安表，电表内阻为9Ω，现将该毫安表的量程扩大至0.6A，则应并联一个阻值为______Ω的电阻。
【答案】 ①. ②. 1.8
【解析】
【详解】（1）[1]导线均匀拉长到原来的2倍时，横截面积变为原来的，由电阻定律
可知导线电阻变为原来的4倍，当电流不变时，由欧姆定律
U=IR
可知金属丝两端所加的电压应为。
（2）[2]有一个满偏电流为100mA的毫安表，电表内阻为9Ω，现将该毫安表的量程扩大至0.6A，应并联一个电阻分流，则有
解得
10. 如图所示，在水平向右的匀强电场中，将带电荷量为q=1.0×10-6C的点电荷由A点沿直线移至B点，电场力做功2×10-5J，已知A、B间的距离为0.05m直线AB与电场线的夹角θ为37°，sin37°=0.6，cs37°=0.8，AB两点间电势差UAB=_______V，该匀强电场的电场强度大小为E=_______V/m
【答案】 ①. 20V ②. 500V/m
【解析】
【详解】[1]根据电势差的定义公式有
[2]根据
11. 如图所示，三根相互平行的固定长直导线a、b、c两两等距，长度均为L，截面构成等边三角形，均通有电流I。a中电流方向与c中的相同，与b中的相反。已知b中的电流在a导线位置处产生的磁场的磁感应强度大小为，则b、c中电流在a导线处产生的合磁场磁感应强度大小为___________。c导线受到的安培力大小为___________。
【答案】 ①. ②.
【解析】
【详解】[1]如图所示
根据安培定则判断b、c中电流在a导线处产生的磁场方向夹角为，大小均为，则合磁感应强度大小为
[2]如图所示
根据安培定则半段，a、b中电流在c导线处产生的磁感应强度大小均为，磁场方向夹角为，则合磁感应强度大小为
c导线受到的安培力大小为
四、实验题（第12题12分，第13题10分）
12. 某同学用伏安法测定一薄的圆形合金片的阻值Rx（约为1kΩ），除了Rx、开关S、导线外，还有下列器材供选用：
A.电压表V1（量程0~1V，内阻约10kΩ）
B.电压表V2（量程0~5V，内阻约100kΩ）
C.电流表A1（量程0~1mA，内阻约10Ω）
D.电流表A2（量程0~0.6mA，内阻约0.05Ω）
E.电源（电压1.5V，额定电流0.5A，内阻不计）
F.滑动变阻器R1（阻值范围0~10Ω，额定电流2A）
G.滑动变阻器R2（阻值范围0~2000Ω，额定电流2A）
用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示。
（1）由图甲、图乙两图读得圆柱体的直径D为_______mm，长度L为_______mm。
（2）为使测量尽量准确，电压表选用_________，电流表选用__________，滑动交阻器选用_______。（均填器材的字母代号）
（3）画出测量Rx阻值的实验电路图__________。
【答案】 ①. 1.745 ②. 41.4 ③. A ④. C ⑤. F ⑥.
【解析】
【详解】（1）[1][2]圆柱体的直径D为
长度L为
（2）[3][4][5]电源电动势1.5V，则电压表选择A，由欧姆定律可知，圆形合金片的最大电流为1mA，则电流表选择C。为减小实验误差，滑动变阻器采用分压式，故选F。
（3）[6]因电阻较大，故电流表采用内接法，实验电路图如图
13. 某同学根据图甲所示的欧姆表原理图，利用微安表（满偏电流为、内阻为）、滑动变阻器R（最大值为）和一节新型电池，将微安表改装成欧姆表。
（1）将两表笔短接，调节R使微安表指针指在“___________”处；
（2）当两表笔之间接入阻值为的定值电阻时，微安表指针指在如图乙所示位置，则该电池的电动势为_____________V，则改装后欧姆表的内阻为___________；
（3）将微安表上的处标明“”，“250”位置处添加“0”，“100”位置处添加“__________”，并在其他位置添加相应的电阻刻度值，这样就把微安表改装成了欧姆表：
（4）经过一段时间之后，电池电动势降低，内阻增大，则重新欧姆调零之后，测得的电阻阻值将____________（填“偏大”“不变”或“偏小”）。
【答案】 ①. 250 ②. 2.0 ③. 8.0 ④. 12
⑤. 增大
【解析】
【详解】（1）[1] 将两表笔短接，使指针达到满偏，即。
（2）[2] [3] 微安表指针指向处，根据闭合电路欧姆定律，两表笔短接时
接入电阻时，由图乙可知
得
，
（3）[4] 当时，有
得
（4）[5] 由
，
得
则电动势减小，测量同一未知电阻时对应的微安表示数减小，则电阻阻值增大。
五、解答题
14. 我国新一代航母阻拦系统采用电磁阻拦技术，基本原理如图所示，飞机着舰时关闭动力系统，通过绝缘阻拦索钩住轨道上的一根金属棒ab，金属棒、导轨和定值电阻R形成一闭合回路，飞机与金属棒瞬间获得共同速度，在磁场中共同减速滑行至停下，已知飞机与金属棒ab的总质量、电阻，导轨间，定值电阻，匀强磁场磁感应强度，为研究问题的方便，导轨电阻不计，阻拦索的质量和形变不计。求：
（1）飞机着舰瞬间金属棒ab中感应电动势的大小和电流方向；
（2）飞机着舰瞬间金属棒ab所受的安培力的大小
（3）在阻拦的过程中除安培力外飞机与金属棒克服其它阻力做的功为，求电阻R中产生的焦耳热。
【答案】（1），电流方向b到a；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）飞机着舰瞬间金属棒中感应电动势
根据右手定则可知，电流方向b到a。
（2）感应电流
金属棒ab所受的安培力的大小
解得
（3）飞机与金属棒停下来的过程，由动能定理有
解得
金属棒与电阻产生焦耳热
由焦耳定律知总电热为
定值电阻和金属棒产生的热量之比为
解得
15. 如图，竖直面内坐标系第一、三象限角平分线右侧区域有一场区（内存在匀强电场和匀强磁场）。平行板M、N如图放置，M板带正电，带负电N板在轴负半轴上，N板上有一小孔，离原点的距离为，上的点处于孔正下方。质量为、电量为的小球从上的某点以一水平速度向右进入场区，恰好能做匀速圆周运动，第一次出场后，小球恰能从小孔以垂直于N板的速度进入M、N板间且恰好能到达M板但不接触。已知磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外。M、N板间距为L、电压为，重力加速度为。求：
（1）右侧区域内的匀强电场的场强大小与方向；
（2）求射入场区的水平速度的大小；
（3）小球从上的某点出发后，到第四次（不包括出发那次）经过边界的运动时间。
【答案】（1），竖直向上；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）小球从上的某点以一水平速度向右进入场区，恰好能做匀速圆周运动，表明小球所受电场力与重力平衡，则有
解得
重力方向竖直向下，则电场力方向竖直向上，由于小球带正电，则电场强度方向竖直向上。
（2）由于小球恰能从小孔以垂直于N板的速度进入M、N板间且恰好能到达M板但不接触，在小球由Q点运动至M极板过程，根据动能定理有
解得
（3）作出粒子第四次到达边界的运动轨迹如图所示
粒子在磁场中做匀速圆周运动，结合上述可知，由洛伦兹力提供圆周运动的向心力，则有
，
解得
根据几何关系可知，小球前后在磁场中运动轨迹可以合并为一个完整的圆周，则小球在磁场中运动的时间为
小球从Q点运动至小孔P过程做匀减速直线运动， 则有
解得
根据速度公式有
进入极板内后做匀减速直线运动，结合上述有
解得
，
根据运动的对称性，小球从Q点运动至小孔P，到小球返回Q点总时间
小球第三次到达边界之后做平抛运动，令第四次到达边界的位移为x，则有
，
解得
综合上述可知，小球从上的某点出发后，到第四次（不包括出发那次）经过边界的运动时间为
解得