2024年高二上学期物理期末模拟卷01（人教版）

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注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在本试卷和答题卡上．
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑．如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号．回答非选择题时，将答案写在答题卡上．写在本试卷上无效．
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回．
一、选择题：本题共6小题，每小题4分，共24分．在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求．
1．如图所示是我国500m口径球面射电望远镜（FAST），它可以通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹预言了电磁波的存在
B．光是一种电磁波，是传播着的电磁场，光具有能量
C．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大
D．紫外线是一种波长比紫光更长的电磁波，能够灭菌消毒
【答案】 B
【解析】A．麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；
B．光是一种电磁波，根据电磁波的概念，可知光是传播着的电磁场，光具有能量，故B正确；
C．电磁波在真空中传播速度都相同，均为3×108m/s，不随波长和频率的变化而变化，故C错误；
D．紫外线是一种波长比紫光波长更短的、频率比紫光更高的电磁波，主要应用灭菌消毒和钞票防伪上，故D错误。
故选B。
2．如图所示的电源是“恒流源”，电源输出的电流是定值，R是光敏电阻（光照强度增大，电阻减小），、是定值电阻，电流表、电压表均是理想电表．当合上开关S，增大R的光照强度，下列说法正确的是（ ）
A．电压表的示数不变
B．电流表的示数改变
C．的电流减小，的电压增大
D．电压表的示数与电流表的示数的乘积减小
【答案】 D
【解析】B．电源输出的电流是定值，当总电阻变化时，电流表的示数不变，故B错误；
A．增大R的光照强度，其电阻减小，总电阻变小，外电压变小，电压表的示数变小，故A错误；
D．电流表的示数不变，电压表的示数变小，故电压表的示数与电流表的示数的乘积减小，故D正确；
C．电压表的示数变小，的电压变小，根据欧姆定律知，流过的电流减小，电流表的示数不变，故的电流减小，故C错误。
故选D。
3．两根完全相同且相互平行的长直导线M、N置于水平面上，导线中通有大小相等、方向相反的电流，垂直于导线的横截面如图所示，M、N在O点产生的磁感应强度大小均为B，MNO构成等边三角形，则O点的磁感应强度大小为（ ）
A．BB．C．D．
【答案】 A
【解析】两通电导线在O点处产生的磁感应强度如图所示
根据题意可知，M、N在O点产生的磁感应强度大小均为B，且夹角为120°，所以合磁感应强度为B。
故选A。
4．如图所示，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈，A、B是两个完全相同的灯泡，它们的额定电压和电源电动势相等，电源内阻可忽略。下列说法正确的是（ ）
A．闭合开关S时，A、B灯同时亮且都正常发光
B．闭合开关S，待电路稳定时，A灯比B灯亮
C．闭合开关S，待电路稳定时，B灯比A灯亮
D．断开开关S时，A、B两灯同时缓慢熄灭
【答案】 D
【解析】ABC．开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，B灯立即发光，由于线圈的自感电动势阻碍电流的增加， A灯逐渐变亮，由于线圈的电阻可以忽略，待电路稳定时，A灯会和B灯一样亮，故ABC错误；
D．断开开关S的瞬间，线圈与两灯一起构成一个新的自感回路，通过线圈的电流将逐渐减小，由于自感作用， A、B两灯同时缓慢熄灭，故D正确。
故选D。
5．如图所示是远距离输电线路图，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，降压变压器原、副线圈的匝数分别为n3、n4，电压分别为U3、U4，两变压器均视为理想变压器，输电线总电阻为R。在进行输电线路改造后，输电线电阻R变小，假设发电厂电压U1、升压变压器匝数比n1:n2、用户电压U4以及发电厂总功率保持不变，则改造后（ ）
A．输电电压U2减小
B．降压变压器原线圈两端电压U3不变
C．降压变压器的匝数比n3:n4变大
D．降压变压器输出功率不变
【答案】 C
【解析】A．对于升压变压器，根据电压匝数关系有
由于U1、升压变压器匝数比n1:n2保持不变，则输电电压U2也保持不变，故A错误；
B．由于发电厂总功率保持不变，根据
根据上述， U2保持不变，则输电电流I2不变，根据
由于输电线电阻R变小，则降压变压器原线圈两端电压U3增大，故B错误；
C．对于降压变压器，根据电压匝数关系有
根据上述U3增大，而U4不变，则降压变压器的匝数比n3:n4变大，故C正确；
D．降压变压器输出功率
根据上述，U2、I2保持不变，R减小，则降压变压器输出功率增大，故D错误。
故选C。
6．如图所示，光滑绝缘的圆环竖直固定，、、为三个套在圆环上的空心带电小球（视为质点），小球位于圆环的最高点，、连线与竖直方向的夹角为60°，、连线与竖直方向的夹角为30°，三个小球均处于静止状态。、两球的质量之比为（ ）
A．B．C．D．
【答案】 C
【解析】对a分析，a受到重力、环的支持力以及b、c对a的库仑力，由题意可知环的支持力与b对a的库仑力方向均位于直径ab上，令环的支持力与b对a的库仑力的合力大小为，由分析可知，只有方向背离圆心，c对a的库仑力方向由a指向c，a环所受外力的合力才能为0，环才能处于静止。对b分析，b受到重力、环的支持力以及a、c对b的库仑力，由题意可知环的支持力与a对b的库仑力方向均位于直径ab上，令环的支持力与a对b的库仑力的合力大小为，由分析可知，只有方向背离圆心，c对a的库仑力方向由b指向c，b环所受外力的合力才能为0，环才能处于静止。对c分析，受到重力、环的支持力以及a与b的库仑引力，其中重力竖直向下，支持力的方向在竖直方向上对三个球体受力分析如图所示
对c环分析有
令圆环半径为R，对a环受力分析，由相似三角形有
对b环受力分析，由相似三角形有
由牛顿第三定律有
，
解得
故选C。
二、选择题：本题共4小题，每小题5分，共20分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．
7．图甲为交流发电机示意图，匀强磁场磁感应强度为B，矩形线圈abcd的匝数为n、面积为S、总电阻为r，绕轴OO′以角速度ω做匀速转动，线圈与外电阻R和理想交流电流表形成闭合回路。图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像，下列说法中正确的是
A．电动势的最大值为B．电流的最大值为
C．t3时刻穿过线圈的磁通量为0D．t1~t3时间内穿过线圈的磁通量变化量为2BS
【答案】 AC
【解析】A．电动势的最大值为
故A正确；
B．电流的最大值为
故B错误；
C．t3时刻感应电动势最大，磁通量的变化率最大，但穿过线圈的磁通量为0，故C正确；
D．t1~t3时间内穿过线圈的磁通量变化量为0，故D错误。
故选AC。
8．如图所示为某品牌的电动车，质量为，人的质量也为，电动机正常工作的额定输入电流，额定输入电压为，电动车电池的容量为。电动车行驶时所受阻力大小为人和车总重力的0.05倍：该电动车在水平地面上由静止开始以额定功率运行通过的距离，速度达到，忽略电动机转动时的摩擦，重力加速度。下列说法正确的是（ ）
A．电池能使电动机以额定电流运行的最长时间为180分钟
B．驱动电动机的输出功率为
C．驱动电动机的内阻为
D．电动车能达到的最大速度为
【答案】 BCD
【解析】A．电池能使电动机以额定电流运行的最长时间为
故A错误；
B．由动能定理
解得
故B正确；
C．根据
解得驱动电动机的内阻为
故C正确；
D．电动车能达到的最大速度为
故D正确。
故选BCD。
9．如图所示，边长为的正方形线框，从图示位置开始沿光滑绝缘斜面向下滑动，中途穿越垂直纸面向里、有理想边界的匀强磁场区域，磁场的宽度大于，以表示导线框中的感应电流，从线框刚进入磁场开始计时，取逆时针方向为电流正方向，以下关系图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】 BCD
【解析】根据楞次定律得到，线框进磁场和出磁场过程感应电流方向相反，线框进磁场时感应电流方向为逆时针，取逆时针方向为电流的正方向，所以进磁场电流为正值，出磁场电流为负值。
在线框刚进磁场时：
当时，线框做匀速运动，产生不变的感应电动势，产生不变的电流；当时，线框做加速度在减小的加速运动，产生逐渐增大的感应电动势，产生逐渐增大的感应电流且电流增大的越来越慢；当时，线框做加速度在减小的减速运动，产生逐渐减小的感应电动势，产生逐渐减小的感应电流且电流减小的越来越慢。
当线框完全进入磁场后：
磁通量不变，无感应电流，在重力作用下，线框做加速运动。
在线框出磁场时：
若进入磁场时，则刚出磁场时一定，线框做加速度在减小的减速运动，产生逐渐减小的感应电动势，产生逐渐减小的感应电流且电流减小的越来越慢；若进入磁场时，则出磁场时电流情况同线框进磁场时三种情况类似。
故选BCD。
10．如图，边长为L、粗细均匀的等边三角形金属线框固定在绝缘水平面上，E、F分别为边和边的中点，虚线上方存在着垂直于水平面向外的匀强磁场，虚线下方存在垂直于水平面向里的匀强磁场。已知两磁场的磁感应强度B的大小随时间t的变化关系均为（），等边三角形的每个边电阻均为R。下列说法正确的是（ ）
A．金属线框中有顺时针方向的感应电流
B．金属线框的感应电流始终保持不变
C．在的时间内，通过金属线框某截面的电荷量为
D．金属线框所受的安培力大小不变
【答案】 BC
【解析】A．根据法拉第电磁感应定律有
由于虚线下方有效面积大，则三角形金属线框的总电动势由虚线下方回路决定，根据楞次定律可知，金属线框中有逆时针方向的感应电流，A错误；
B．根据上述，虚线上方回路产生的感应电动势大小为
虚线下方回路产生的感应电动势大小为
则回路总的感应电动势大小为
回路的感应电流大小为
即金属线框的感应电流始终保持不变，B正确；
C．在的时间内，通过金属线框某截面的电荷量为
结合上述解得
C正确；
D．虚线上下两方回路的有效长度相等，均为
根据左手定则可知，安培力方向均垂直于EF向上，大小为
可知，安培力方向不变，大小随时间增大而增大，D错误。
故选BC。
三、非选择题：本题共5小题，共56分．
11. （6分）
在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中：
（1）为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除灵敏电流计、导线、定值电阻和开关这些器材之外，还需要 （选填“A”“B”或“C”）；
A． B． C．
（2）实验得出，电流由“”接线柱流入时灵敏电流计指针向右偏转，电流由“”接线柱流入时指针向左偏转；如图甲所示，该同学将条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，发现指针 （选填“向左”“向右”或“不”）偏转；
（3）如图乙所示，将第（2）问中的螺线管置于电子秤上，在条形磁铁的N极从螺线管拔出的过程中，电子秤的示数会 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】 （1） C ；（2） 向右；（3） 变小
【解析】（1） 为明确灵敏电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系，除题中器材外，还需要直流电源确定电流的方向。
故选C。
（2） 将条形磁铁的N极从螺线管拔出时，由楞次定律可知，螺线管中感应电流沿顺时针方向，即电流由“”接线柱流入灵敏电流计，则指针向右偏转。
（3）根据楞次定律“来拒去留”的结论可知，电子秤的示数会变小。
12. （10分）某同学用图甲所示电路测一电池组（两节新干电池）的总电动势和总内电阻，除了电池组、电键S和导线，实验室还提供如下实验器材：
A．电压表（量程0~3V，内阻约为3kΩ）
B．电压表（量程0~15V，内阻约为15kΩ）
C．电流表（量程0~0.6A，内阻约为0.17Ω）
D．电流表（量程0~3A，内阻约为0.03Ω）
E.滑动变阻器（阻值范围0~10Ω，额定电流2A）
F.滑动变阻器（阻值范围0~30Ω，额定电流1A）
（1）该同学选取了恰当的器材，接好电路并正确操作，测出6组数据填入上面表格中，由表中数据可知实验用的电压表是 ，电流表是 ，滑动变组器是 。（填字母符号）
（2）该同学改用图乙所示的电路，重做一次实验，并由实验数据画出图丙所示的U-I图像。已知，由图像可求得该电池组的电动势为 V，内阻为 Ω。（结果均保留两位小数）
【答案】 （1） A ； C； F ；（2） 3.02~3.04 ； 0.23~0.27
【解析】（1）由表格数据可知，电压表的最大值为2.99V，故电压表选A，电流表的最大值为0.60A，故电流表应选C，由于实验中应使流过电源的电流小些，因为电流越大，电源的内阻变化较大，故滑动变阻器应选F。
（2）由图丙可，图线与纵轴的交点即为电动势为，图线的斜率等于
解得
13. （10分）如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈abcd匝N=100匝，面S=0.03m2，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度，输电导线的总电阻为R=10Ω，降压变压器原、副线圈的匝数比n3:n4=10:1，若用户区标有“220V，8.8kW”的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻r不可忽略。求：
（1）输电线路上损耗的电功率；
（2）升压变压器副线圈两端电压U2；
（3）若升压变压器原、副线圈匝数比n1:n2=1:8，交流发电机线圈电阻r上消耗的热功率P。
【答案】 （1）；（2）；（3）640W
【解析】（1）设降压变压器原、副线圈的电流分别为、，电动机恰能正常工作，则有
根据理想变压器的变流比可知
解得
所以输电线路上损耗的电功率
解得
（2）根据理想变压器的变压比可知
解得
升压变压器副线圈两端电压
解得
（3）根据理想变压器的变压比可知
可得
升压变压器的原线圈输入功率
可得
根据
解得
根据正弦式交变电流产生规律可知，最大值为
代入数据解得
电机线圈内阻上消耗的热功率
可得
14. （14分）如图所示，一根包有绝缘层的长直细导线固定于水平地面，导线中有方向向右，大小为的恒定电流（已知距离导线为r处的磁感应强度大小为，k为已知常量），与该电流在同一竖直平面内固定一足够长且电阻不计的V形金属导轨，和与水平地面夹角均为。有一根长度为L，质量为m，单位长度电阻为的金属杆，放置于V形导轨底端且其中点位于O。现用一外力F（大小未知且可变）使金属杆由静止开始紧贴导轨竖直向上运动，运动过程中，杆身始终保持水平，且金属杆与导轨组成的回路中感应电流恒定为I。不计一切摩擦阻力，重力加速度为g，，。
（1）判定运动中流过金属杆的电流方向；
（2）求金属杆运动到如图所示h高度时的速率和受到的安培力大小；
（3）求金属杆从开始运动到脱离轨道的过程中，外力F所做的功。
【答案】 （1）由M流向N；（2），；（3）
【解析】（1）根据安培定则可知，于在其上方产生的磁场垂直纸面向外，向上运动，根据右手定则可知，运动中产生的感应电流是由M流向N。
（2）设此时连接在回路中的长度为，的速率为，则感应电动势为
感应电流为
由于
解得
此时受到的安培力
由几何关系有
解得
（3）设脱离轨道时速率为，高度为H，则有
根据几何关系有
解得
从运动到脱离过程中，有三个力做功，由（2）可知安培力是恒力，根据动能定理有
其中
，
解得
15. （16分）如图甲所示，在直角坐标系中的0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场，右侧有以点（2L，0）为圆心、半径为L的圆形磁场区域，与x轴的交点分别为M、N。在xOy平面内，从电离室产生的质量为m、带电荷量为e的电子以几乎为零的初速度从P点飘入加速电场中，加速后以速度v0经过右侧极板上的小孔Q点沿x轴正方向进入匀强电场，已知O、Q两点之间的距离为，电子飞出电场后从M点进入圆形磁场区域，进入磁场时取t=0，在圆形区域内加如图乙所示变化的磁场（以垂直于纸面向外为正方向，图中B0是未知量），最后电子从N点飞出，不考虑电子的重力。求：
（1）加速电场的电压U；
（2）电子运动到M点时的速度大小和方向；
（3）磁场变化周期T满足的关系式。
【答案】 （1）；（2）2v0，方向与x轴正方向的夹角为60°；（3）（n=1，2，3…）
【解析】（1）在加速电场中，从P点到Q点，由动能定理得
可得
（2）电子从Q点到M点做类平抛运动，有
电子运动至M点时
解得
解得
即速度方向与x轴正方向的夹角为60°；
（3）电子在磁场中的运动具有周期性，轨迹如图所示
电子到达N点符合要求的空间条件为
（n=1，2，3…）
电子在磁场中做圆周运动的轨道半径
解得
（n=1，2，3…）
电子在磁场变化的半个周期内恰好转过圆周，同时在MN间的运动时间是磁场变化周期的整数倍时，可使粒子到达N点且速度满足题设要求，应满足的时间条件是
所以T应满足的条件为
（n=1，2，3…）次数
1
2
3
4
5
6
I/A
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
U/V
2.99
2.97
2.95
2.92
2.89
2.87