2023~2024学年重庆市北碚区高二(上)期末物理试卷(解析版)

这是一份2023~2024学年重庆市北碚区高二(上)期末物理试卷(解析版)，共17页。
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、班级、考号填写在答题卡上；
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，再选涂其它答案标号。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、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 2023年9月21日，天宫课堂第四课开课，本次授课教师团队由神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮组成，他们仍然采取天地连线方式面向全国青少年进行太空科普授课。别开生面的“天宫课堂”激发了全国青年对太空的探索之心，更点燃了他们为祖国骄傲的爱国热情。他们的通话信息经处理后通过电磁波传输。对于在真空中传播的电磁波，下列说法正确的是（ ）
A. 波长越长的频率越低B. 频率越高的传播速度越大
C. 电磁波能量越大传播速度越大D. 首次通过实验证实电磁波的存在的科学家是麦克斯韦
【答案】A
【解析】A．根据
可知波长越长，频率越低，故A正确
BC．电磁波在真空中传播的速度都相同，都为光速，故BC错误；
Ｄ．赫兹用实验证明了电磁波的存在，故D错误。
故选A。
2. 武当山的主峰天柱峰屹立着一座光耀百里的金殿，全部为铜铸鎏金。为了保护古建筑，当地政府为金殿安装了避雷针。某次雷雨天气时，带正电的云层与避雷针之间共放电约，持续时间约。则下列说法正确的是（ ）
A. 云层靠近避雷针时，避雷针感应出正电荷
B. 避雷针是利用尖端放电的一种设施
C. 此次放电电流方向为从金殿到云层
D. 此次放电电流大小约为
【答案】B
【解析】A．云层靠近避雷针时，由于云层带正电，所以避雷针感应出负电荷，故A错误；
B．越尖锐的位置电荷的密度越大，其周围的电场强度也越大，足以使周围的空气分子电离从而发生尖端放电。所以避雷针是利用尖端放电的一种设施，故B正确；
C．由于云层带正电，所以放电电流方向为从云层到金殿，故C错误；
D．根据电流定义式可得
故D错误。
故选B。
3. 真空中两个相同的带等量异种电荷的金属小球A和B（均可看作点电荷），分别固定在两处，两球间静电力大小为F。现用一个不带电的同样的金属小球C先与A接触，再与B接触，然后移开C，再将A、B间距离减小为原来的一半，则A、B间的静电力大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】设A、B原来所带电荷量分别为＋Q、-Q，则A、B间静电力大小为
将不带电的同样的金属球C先与A接触，再与B接触后，A所带电荷量变为＋，B所带电荷量变为，再将A、B间距离减小为原来的一半，则A、B间静电力大小为
4. 反天刀是生活在尼罗河的一种鱼类，沿着它身体的长度方向分布着带电器官，这些器官能在鱼周围产生电场，图为反天刀周围的电场线分布示意图，A、B、C为电场中的点，下列说法正确的是（ ）

A. 鱼的头部带负电
B. A点的电势比B点的电势高
C. A点的电场强度大于C点的电场强度
D. 电子沿虚线从C运动到A，其电势能变小
【答案】C
【解析】A．电场线从正电荷或无穷远处出发，终止与负电荷或无穷远处，故根据电场线由头部出发可知：头部带正电，尾部带负电，故A错误；
B．沿着电场线电势降低，等势线与电场线垂直；故B点电势比A点电势高，故B错误；
C．电场线疏密程度代表电场强度，由图可知：A处电场线比C处密，故A处电场强度大于C处电场强度，故C正确；
D．电子沿虚线从C向A运动，电场力做负功，电势能逐渐增大，故D错误。
故选C。
5. 如图所示，a、b两个单匝线圈用同样的导线制成。a、b的半径分别为r和，圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则下列说法正确的是（ ）
A. 穿过a、b两线圈的磁通量之比为
B. 穿过a、b两线圈的磁通量之比为
C. a、b两线圈的电阻大小之比为
D. a、b两线圈的电阻大小之比为
【答案】C
【解析】AB．根据题意，由图可知，线圈与磁场垂直，则穿过线圈的磁通量为
由图可知，两个线圈存在磁场的有效面积相同，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为，故AB错误；
CD．根据电阻定律
可得
故C正确，D错误
故选C。
6. 如图甲所示，用均匀导线做成匝数为100匝、边长为、总电阻为的正方形闭合导电线圈。正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，则以下说法正确的是（ ）
A. 在内，导电线圈中产生的电流大小恒定不变
B. 在内，导电线圈中产生的电流方向不变
C. 在时，导电线圈内电流的瞬时功率为
D. 在时，线框中a、b两点间的电势差
【答案】C
【解析】A．根据法拉第电磁感应定律公式
可知，在和电动势不相同，则感应电流大小不同，故在内，导电线圈中产生的电流大小发生变化，故A错误；
B．根据楞次定律可知，在内的感应电流方向与内的感应电流方向相反，即为交流电，故B错误；
C．在时间内，根据法拉第电磁感应定律计算感应电动势为
再根据欧姆定律有
在时，线框内电流为，那么导线框内电流的瞬时功率为
故C正确；
D．根据C可知，在和感应电动势相同，则在时，导电线圈内电流电流为20A，线框中a、b两点间的电势差大小为
根据楞次定律可知，电流方向为逆时针，故b点电势高于a点电势，则
故D错误。
故选C。
7. 市环保局在沿江化工企业的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，其长为L、直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下，大小为B，在前后两个内侧面a、c固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经测量管时，a、c两端电压为U，显示仪器显示污水流量Q（单位时间内排出的污水体积）。则（ ）

A. a侧电势比c侧电势低
B. 污水中离子浓度越高，显示仪器的示数将越大
C. 污水流速
D. 污水流量Q与D有关，与L无关
【答案】D
【解析】A．磁场方向竖直向下，由左手定则，污水中的正离子聚集到a端，负离子聚集到c端，a侧电势比c侧电势高，故A错误；
BC．电场力等于洛伦兹力，达到平衡时，电势差稳定，即
即
解得
与离子浓度无关，且污水流速
故BC错误；
D．流量
又因为
所以流量
与D有关，与L无关，故D正确。
故选D。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题5分，共15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，有错选的得0分。
8. 如图所示是“探究电阻率与温度的关系”的实验装置。将灯泡的灯丝与小灯泡串联接入电路，闭合开关，使小灯泡发光。实验中，用酒精灯给灯丝加热，加热过程中观察到小灯泡逐渐变暗。根据以上实验现象，下列说法正确的是（ ）
A. 灯丝的电阻率随着温度的升高而减小
B. 电池的内阻消耗的功率变大
C. 电池的路端电压变大
D. 电池的效率增大
【答案】CD
【解析】A．根据题干所述的实验现象，灯泡变暗了，说明电路中的电流减小了，灯丝的电阻增大了，根据电阻定律
可知，灯丝的电阻率随温度的升高而增大，故A错误；
B．根据
可知，电流减小，则P内变小，故B错误；
C．根据闭合电路欧姆定律可得
可知，电流减小，则路端电压变大，故C正确；
D．电池的效率为
由于路端电压变大，则效率增大，故D正确。
故选CD。
9. 近年来，无线门铃逐渐在各大城市流行。图甲为某款无线门铃按钮，这款门铃可以自己发电，不需要连接外电源。其“自发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是（ ）
A. 按下按钮过程，螺线管上有从P到Q方向的电流
B. 按住按钮不动，P端电势较高
C. 松开按钮过程，螺线管上的导线P端电势较高
D. 按下和松开按钮过程，螺线管产生的感应电动势大小一定相等
【答案】AC
【解析】A．按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左增加，结合楞次定律可知，螺线管上产生的感应电流从P流向Q。故A正确；
B．按住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变，则螺线管无感应电动势产生，则上导线两端PQ间无电势差。故B错误；
C．松开按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左减小，结合楞次定律可知，螺线管上产生的感应电流从Q流向P，螺线管上的导线P端电势较高。故C正确；
D．按下和松开按钮过程，时间不一定相等，则磁通量的变化率不一定相等，根据法拉第电磁感应定律可知螺线管产生的感应电动势大小不一定相等。故D错误。
故选AC。
10. 如图所示，一根固定的绝缘竖直长杆位于范围足够大且相互正交的匀强电场和匀强磁场中，电场强度大小为 E=，磁感应强度大小为 B．一质量为 m、电荷量为 q 的带正电小圆环套在杆上，环与杆间的动摩擦因数为μ；现使圆环以初速度 v0向下运动，经时间 t，圆环回到出发点．若圆环回到出发点之前已经开始做匀速直线运动，不计空气阻力，重力加速度为 g．则下列说法中正确的是（ ）
A. 环经过时间刚好到达最低点
B. 环的最大加速度为 am=g+
C. 环在 t0时间内损失的机械能为
D. 环下降过程和上升过程系统因摩擦产生的内能相等
【答案】BC
【解析】A．环向下运动时竖直方向受到重力、向上的电场力、向上的摩擦力，设加速度大小为a1，则，因此速度的减小，导致洛沦兹力减小，则摩擦力会减小，因此环做加速度减小的减速运动，当环回头时，环的加速度大小，随着速度增大，开始做加速度减小的加速运动，之后做匀速直线运动，因此在时，不可能刚好到达最低点，故A错误；
B．圆环在运动过程中，只有向下运动时，加速度大于向上运动的加速度，而向下运动摩擦力越大，则加速度越大，因此环刚开始运动时，加速度最大，最大加速度
故B正确；
C．圆环从出发到回到出发点过程中，重力势能变化为零，那么机械能的损失，即为动能的减小，根据动能定理，则有
而
因此损失的机械能为
故C正确；
D．根据功能关系，除重力以外的力做功，则导致机械能变化，而环在下落与上升过程中，因摩擦力做功值不同，因此环在下落过程中损失的机械能不会等于上升回到出发点过程中损失的机械能，故D错误；
故选BC。
三、实验题：本大题共2个小题，共15分
11. 某兴趣小组想自制一个电容器。如图所示，他们用两片锡箔纸做电极，两层锡箔纸中间夹以电容纸（某种绝缘介质），一起卷成圆柱形，然后接出引线，再密封在塑料瓶当中，电容器便制成了。
（1）为增加该电容器的电容，应当___________（填正确答案标号）。
A.增大电容器的充电电压 B.减小电容器的充电电压
C.锡箔纸面积尽可能小 D.锡箔纸卷绕得尽可能紧
（2）小组的同学设计了如图甲所示的电路来观察电容器的充、放电过程。同学采用电流传感器与计算机相连，显示出电流随时间变化的I-t图像。直流电源电动势为9V，内阻可忽略，使开关S与___________端相连（选填“1”或“2”），电源向电容器充电，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像如图乙所示。
（3）同学如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I-t曲线与横轴所围成的面积将___________（选填“增大”“不变”或“变小”）。
【答案】（1）D （2）1 （3）不变
【解析】（1）[1]AB．电容器的电容与充电电压无关，故AB错误；
CD．根据电容决定式
可知，为增加该电容器的电容，可以增大S或减小d，所以使锡箔纸面积尽可能大或使锡箔纸卷绕得尽可能紧，都可以增大电容，故C错误，D正确。
故选D。
（2）[2]当电容器和电源相连时，电容器充电，由图可知，开关S应与1端相连。
（3）[3]如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时电流变大，可以减小充电时间，但电容器充满电后所带的电荷量不变，即I-t曲线与横轴所围成的面积不变。
12. 某研究性学习小组利用伏安法测定某节电池的电动势和内阻，通过阅读说明书，同学已知待测电池的电动势约1.5V，内阻约1.0Ω。同学利用图所示的电路进行实验，已知实验室除待测电池、开关、导线外，还有下列器材：

A．电流表A1：量程0 ~ 3A，内阻约0.02Ω
B．电流表A2：量程0 ~ 0.6A，内阻约0.10Ω
C．电压表V：量程0 ~ 3V，内阻约3kΩ
D．滑动变阻器R1：0 ~ 20Ω，额定电流2A
E．滑动变阻器R2：0 ~ 100Ω，额定电流1A
（1）为了调节方便，测量结果尽量准确，实验中电流表应选用___________，滑动变阻器应选用___________（填所选仪器前的字母序号）。
（2）经过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据在图中画出了U—I图线。由此得出电源的电动势E = ___________V，内阻r = ___________Ω。（结果保留两位小数）

（3）该同学利用图所示的电路进行测量，系统误差来自于___________，这造成了内阻的测量值与真实值之间有差异，即r测___________r真（填“小于”、“等于”或“大于”）
【答案】（1）B D （2）1.50 0.83 （3）电压表分流 小于
【解析】（1）[1]电源电动势约为1.5V，流过电路的最大电流约为零点几安培，电流表应选择A2。
[2]为了调节方便，滑动变阻器应选用较小R1。
故选D。
（2）[3]由图示电源U—I图像可知，电源电动势E = 1.50V
[4]电源内阻
（3）[5][6]当电压表示数为零时，电流表示数等于短路电流，故短路电流没有误差。当电压表示数增大时，由于电压表分流，干路电流大于电流表示数，且差值越来越大，则真实图线与纵坐标截距和图线斜率均变大。即电动势的真实值大于测量值，电源内阻的真实值大于测量值。
四、计算题：本大题共3个小题，共42分。解答时应写出必要的文字说明、公式、方程式和重要的演算步骤，只写出结果的不得分，有数值计算的题，答案中必须写出明确的数值和单位。
13. 某款家用跑步机原理图如图所示，其水平底面固定有间距L = 1m的平行金属电极，电极间充满磁感应强度大小B = 0.5T、方向竖直向下的匀强磁场，且接有理想电压表和阻值为8Ω的定值电阻R，匀速运动的绝缘橡胶带上镀有电阻均为R1 = 2Ω的平行细金属条，金属条间距等于磁场宽度d且与电极接触良好。某人匀速跑步时，电压表的示数为1.6V。求：
（1）人匀速跑步的速度大小；
（2）人克服细金属条所受安培力做功的功率。
【答案】（1）4m/s；（2）0.4W
【解析】（1）由题知单根细金属条电阻为，匀速跑步时，始终只有一根细金属条在切割磁感线，其产生的电动势为
电压表测量R两端电压，由题知其示数为1.6V，即
解得
（2）通过电阻R的电流为
则人克服细金属条所受安培力做功的功率为
14. 如图，两根足够长的光滑金属直导轨平行放置，导轨间距为，两导轨及其所构成的平面均与水平面成角，导轨左端跨接阻值为的定值电阻，整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为。现将质量为、长度也为、电阻为的金属棒垂直导轨静止释放，经时间后，棒速度达到最大，金属棒与导轨接触良好，导轨电阻不计，重力加速度，试求：
（1）棒最大速度的大小v及此时a、b点间的电压U；
（2）时间内，通过电阻R电荷量q；
（3）时间内，电阻R产生的焦耳热Q。
【答案】（1），；（2）；（3）
【解析】（1）金属棒合力为零时速度最大，设此时金属棒产生的感应电动势为，通过的感应电流为，所受安培力大小为 Fm。由法拉第电磁感应定律可得
由闭合电路欧姆定律可得
由安培力公式可得
由平衡条件可得
联立并代入数据解得
此时a、b点间的电压为
（2）时间内，设沿斜面向下为正方向，根据动量定理可得
解得

（3）由闭合电路欧姆定律可得
由法拉第电磁感应定律可得
联立得
代入数据解得
设金属棒加速下滑过程中回路产生的总焦耳热为Q，由能量守恒定律可得
由焦耳定律可得
联立并代入数据解得
15. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一、四象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，第二象限存在水平向右的匀强电场，第三象限存在垂直坐标平面向外的矩形有界匀强磁场（图中未画出）。质量为m、电荷量为q的带正电粒子从x轴上A点（，）以初速度沿y轴正方向射入匀强电场，然后从y轴上的P点（，）射入第一象限，经磁场偏转后从y轴上的Q点（，）射入第三象限，经第三象限矩形有界磁场偏转后垂直打到x轴上的A点，不计粒子重力，求：
（1）匀强电场的电场强度大小E和粒子经过P点的速度；
（2）第一、四象限磁场磁感应强度大小；．
（3）若矩形有界磁场的磁感应强度，求此矩形磁场区域的最小面积（最后结果可保留根号）。
【答案】（1），；（2）；（3）
【解析】（1）根据题意可知，带电粒子在电场中做类平抛运动，则有
，
联立解得
设经过P点的速度与y轴的夹角为，与y轴的夹角为，则有
可得
又
联立解得
，
（2）带电粒子在磁场中做圆周运动，如图所示
由几何关系可得
根据洛伦兹力提供向心力
联立可得
（3）粒子在第三象限进入有界磁场时，半径为，则有
可得
满足条件的最小矩形有界磁场的区域如图所示
由几何关系可得