山西省吕梁市孝义市2023-2024学年高二上学期12月联考物理试题（含解析）

孝义市2023-2024学年高二上学期12月联考
物理
考生注意：
1．本试卷分选择题和非选择题两部分。满分100分，考试时间75分钟．
2．答题前，考生务必用直径0.5毫米黑色墨水签字笔将密封线内项目填写清楚．
3．考生作答时，请将答案答在答题卡上．选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；非选择题请用直径0.5毫米黑色墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效．
4．本卷命题范围：人教版必修第三册，选择性必修第二册第一章至第三章．
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．我国是世界上最早发现磁现象的国家，而早在战国末年就有磁铁的记载，中国古代的四大发明之一的司南（指南针）就是其中之一，指南针的发明为世界的航海业做出了巨大的贡献．关于磁现象，下列说法正确的是（ ）
A．安培发现了磁场对运动电荷的作用规律，洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律
B．地球磁场的N极在地理的南极附近，地球周围的磁感线是抽象出来的，并不真实存在
C．电场线一定是闭合的，磁感线一定是不闭合的
D．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向垂直
2．如图所示为一对电荷量分别为和的点电荷的电场线分布，M、N、P、Q为电场中的四点．下列说法正确的是（ ）
A．M、Q两点场强大小关系为
B．M、P两点电势关系为
C．若P、Q两点关于两点电荷连线对称，则P、Q两点电场强度相同
D．同一带负电的试探电荷，其在M点的电势能比在N点的电势能小
3．如图为某智能手机电池上的信息．下列说法中正确的是（ ）
A．3.7V为该电池的电动势
B．6.66Wh为该电池储存的电量
C．充电时只要瞬时电压高于4.2V，电池就一定会损坏
D．给该电池充电，从额定容量的20%到充满提供的电能为5.328Wh
4．两个完全相同的电阻不计的半圆形轨道竖直正对放置，轨道左右最高点与圆心等高，金属棒AB垂直两轨道水平放置，金属棒长与两轨道间距相等，空间存在竖直向下的匀强磁场（未画出）．金属棒在外力作用下沿轨道从左侧最高点向右侧最高点做匀速圆周运动，下列图像中能表示棒两端的电势差随时间t的变化关系的是（ ）
A． B． C． D．
5．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律如图甲所示，已知发电机线圈内阻为10Ω，现外接一个额定电压为200V的电动机M，如图乙所示，电动机恰好能正常工作，电表为理想电表，下列说法错误的是（ ）
A．电压表V的示数为200V B．电路中的电流方向每秒钟改变100次
C．电路中的电流大小为2A D．电动机的内阻为100Ω
6．如图所示，电子从E点垂直磁场方向射入环状磁场，沿着半径分别为和的虚线圆弧运动，虚线处磁感应强度大小分别为、，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场边界ab平滑连接，电子最后从F点射出，则、和、应满足（ ）
A． B． C． D．
7．如图所示，空间存在水平向右的匀强电场，一光滑绝缘梯形台的竖直截面为ABCD，，，，且．质量为m、电荷量为q的两个相同小球，分别从A点、D点同时由静止释放，两小球分别沿斜面AB、DC同时到达斜面底端（忽略小球间库仑力的影响），则（ ）
A．小球一定带负电 B．小球可能带正电，也可能带负电
C． D．两小球下滑的加速度大小可能相同
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分共18分，在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．
8．如图所示的闭合电路中，当滑动变阻器的滑片从最左端开始向右滑动的过程中，电压表示数的变化量绝对值为，干路上电流变化量绝对值为，电表为理想电表，则以下说法正确的是（ ）
A．通过的电流变小 B．电源的输出功率一直减小
C．不变 D．电容器带电荷量将增加，且增加量小于
9．某中学物理实验室有一个“220V，6V”的变压器，如图甲所示，这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗．把该变压器接入如图乙所示电路中，变压器原线圈接有效值为220V的正弦式交流电，副线圈接有电阻、理想二极管D和电阻．变压器视为理想变压器，则（ ）
A．ad端接220V，bc端接6V B．理想变压器原、副线圈匝数比为110∶3
C．仅降低交流电频率，的功率减小 D．两端电压的有效值为
10．如图甲所示为利用磁场力来提升导电液体的电磁泵，电磁泵的左右两侧为两块相同的、间距为l的长方形金属薄板，金属板底边长为b，其底部开有高度可忽略的狭缝，电磁泵的前后两侧为两块相同的绝缘薄板，两金属板间接有直流电源．如图乙所示，足够大的绝缘容器中装有深度为h的导电液体，电磁泵置于容器中，两金属板间加方向垂直纸面、磁感应强度为B的匀强磁场，初始时，电源的电压为0，逐渐增大电源的电压，两板间液面缓慢上升（初始时金属板间导电液体液面高为h）．已知导电液体的密度为、电阻率为，重力加速度为g．则（ ）
A．两金属板间的匀强磁场方向垂直纸面向里
B．初始时，两金属板间液体的电阻为
C．当时，两板间液面高度狭缝为2h
D．两板间液面从h高度缓慢升高至2h高度的过程中，电源消耗的电能等于
三、非选择题：本题共5小题，共54分．
11．（6分）“观察电容器的充放电现象”实验中：
（1）某同学设计的实验电路如图甲所示．调节电阻箱，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化的情况；改变电阻箱的阻值，开关S接通“2”放电后，再接通“1”，同样记录电流随时间变化的情况．然后将实验结果在同一坐标系中绘出，得到如图乙所示的曲线，其中Ⅱ为对应的曲线，则曲线Ⅰ对应的R______（选填“>”、“<”或“=”）；曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的______（选填“电压”或“电荷量”或“电容器存储的电能”）．
（2）电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是______．
A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定 B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定
C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭 D．亮度逐渐增大，然后逐渐减小至熄灭
（3）电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，根据（1）的结论进行类比，定值电阻越大，小灯泡亮度变化情况是______（选填“越快”“越慢”或“不变”）．
12．（9分）在日常生活中充电宝可以像电源一样使用．甲同学尝试测量充电宝的电动势及内阻（约为5V，约为0.2Ω）．现有实验器材：量程为3V的电压表，量程为0.6A的电流表，定值电阻，滑动变阻器（最大阻值10Ω），开关S，导线若干．
图1 图2
（1）①图1中已完成部分电路连线，接线端a应连接______（填“A”“B”“C”“D”或“E”）；
②若电压表的内阻可视为无穷大，当电流表的示数为时，电压表的示数为，当电流表的示数为时，电压表的示数为，则______，______．（用、、、及R表示）
（2）乙同学认为实际上电压表内阻有限，甲同学的电路测量误差大，于是设计了图2所示的电路来测量充电宝的电动势和内阻．已知标准电源的电动势，内阻，定值电阻．断开，闭合，调节电阻箱和时，电流计G示数为零，则______V．断开，重新闭合开关的同时闭合，调节电阻箱和时，电流计G再次示数为零，则______Ω（均保留2位有效数字）
13．（8分）如图所示，带等量异种电荷的两正对平行金属板M、N竖直放置，板间存在水平向右的匀强电场，两板板长为30L（不考虑边界效应），时刻，M板中点处的粒子源飘出一个初速度可忽略的带正电的粒子，粒子重力不能忽略，重力加速度为g，粒子到达N板时下落的高度为4L．若把N板向右平移使两板间距离变成原来的4倍且带电量不变，求粒子源飘出的相同的粒子在两板间的运动时间．
14．（14分）电磁制动是一种利用电磁感应产生的电磁力来制动的技术，广泛应用于各种机械设备中．如图甲所示为一竖直下降的电梯内电磁制动系统核心部分模拟原理图，“日”字形导线框始终处于竖直平面内，线框水平部分，电阻均为，PQ与EF、MN间距均为，线框竖直部分电阻不计，线框总质量；线框下方有垂直纸面向外的有界匀强磁场，场强大小，磁场高度，上下边界水平，导线框以初速度进入磁场，流过MN的电流与下降路程s的关系如图乙所示（部分），不计空气阻力，重力加速度g取．求：
（1）线框刚进入磁场时，MN边中电流的方向及线框的速度；
（2）PQ边刚进入磁场时，线框的加速度a；
（3）线框MN边穿越磁场的过程MN边产生的焦耳热．
15．（17分）高精电器设备上通常利用电场、磁场来控制电子的运动轨迹，如图甲所示为一设备内部电子运动区域简化图，直角坐标系xOy平面内，y轴右侧以O为圆心，OA为半径的半圆形区域内存在方向逆时针、以O为圆心的同心圆磁场，大小，k为已知常数，r为区域内某点到O的距离，区域内同时存在垂直xOy平面的电场（未知量），从O点向半圆形区域180°范围内沿半径方向发射电量为e、质量为m、速率均为v的电子，过A点的竖直线的右侧和接收板之间的区域有方向均垂直xOy平面向内的匀强磁场B（未知量）和匀强电场（大小为E），在同一水平直线上，间距为L，直角坐标系与xOy平面共面．如图乙所示，直角坐标系垂直平面，轴正方向垂直纸面向外，足够大的接收板处于平面内，不计电子重力，不考虑场的边缘效应，
（1）若电子在半圆形区域均沿直线运动，求电场的方向，电场与r的关系式；
（2）若沿OA方向射出的电子，不能打在接收板上，求匀强磁场B满足的条件；
（3）若，沿OA方向射出的电子将打在接收板上的P点，求P点在坐标系上的坐标．
孝义市2023-2024学年高二上学期12月联考
物理
参考答案、提示及评分细则
1．B 洛伦兹发现了磁场对运动电荷的作用规律，法国物理学家安培发现了磁场对电流的作用规律，选项A错误；地磁的N极在地理的南极附近，磁感线是为了描述看不见但又客观存在的磁场而假想出来的，其并不客观存在，选项B正确；磁感线没有起点也没有终点，是闭合的曲线，静电场中的电场线不是闭合曲线，起始于正电荷（或无穷远处），止于无穷远处（或负电荷），选项C错误；磁感线是为了形象描述磁场而假想的有方向的曲线，曲线上每一点的切线方向表示磁场的方向，选项D错误．
2．D 由电场线疏密可知，M、Q两点场强大小关系为，故选项A错误；沿着电场线方向电势降低，所以M、P两点电势关系，故选项B错误；若P、Q两点关于两点电荷连线对称，则P、Q两点电场强度大小相同、方向不同，故选项C错误；同一负电荷在电势高处电势能小，故其在M点的电势能比在N点的电势能小，故选项D正确．
3．A 3.7 V是该电池的电动势，选项A正确；6.66 Wh为该电池的额定电能，不是电量，选项B错误．充电电压大，充电电流就大，电池发热功率大，容易产生爆炸，但短时间内充电电压高于限制值，只要及时散热，电池不一定会损坏，选项C错误；由于充电过程中有热能等损耗，需要的电能·定会超过最后充得的电能，选项D错误．
4．D 画出棒运动过程中的正视图，如图所示，由法拉第电磁感应定律知感应电动势大小，从0°增大到180°，由右手定则知B端为等效电源的正极，可知选项A、B、C错误，D正确．
5．D 电动机恰好能正常工作，电压表V的示数为200 V，选项A正确；交流电的周期为，频率为50 Hz，电路中的电流方向每秒钟改变100次，选项B正确；交流电压的有效值为220 V，发电机线圈电压为20 V，已知发电机线圈内阻为10Ω，电路中的电流大小为2A，选项C正确；电动机的内阻小于100Ω，选项D错误．
6．A 电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则有，，联立可得，故选项A正确，B、C、D错误．
7．C 如图1所示，将DC向左平移至，则，又已知两小球分别沿斜面AB、DC同时到达斜面底端，则可以构建等时圆模型，如图2所示，且小球重力与电场力的合力沿AO方向，小球所受重力和电场力如图3所示，则小球一定带正电，，解得，选项C正确，选项A、B错误；两小球下滑时所受合力方向分别沿斜面AB、DC，结合公式可知两小球下滑的加速度大小一定不同，故选项D错误．
图1 图2 图3
8．CD 当滑动变阻器的滑片从最左端开始向右滑动的过程中，总电阻减小，电流增大，通过的电流变大，选项A错误；由于外电阻与内阻r的关系未知，电源的输出功率不一定一直减小，选项B错误；根据等效内阻得不变，选项C正确；两端电压增大，电容器带电荷量将增加，且增加最小于，选项D正确．
9．BD 理想变压器输入功率等于输出功率，且采用的是降压变压器，根据可知，副线圈中的电流更大，为了减小输电线上功率的损失，副线圈电线电阻要小，故引线要粗，故ad端接6V，bc端接220 V，选项A错误．理想变压器原、副线圈匝数比为，选项B正确．交流电的有效值与频率无关，故仅降低交流电频率，的功率不变，选项C错误．二极管具有单向导电性，根据电流的热效应有，解得两端电压的有效值为，选项D正确．
10．AC 分析两板间的导电液体，液体中电流方向向右，安培力方向向上，所以匀强磁场方向垂直纸面向里，选项A正确；由电阻定律得，初始时，，选项B错误；当液面静止时，由受力分析可得，即，计算得，选项C正确；因为电流流过两板间液体产生焦耳热，所以消耗的电能大于增加的重力势能，选项D错误．
11．（1）<（1分） 电荷量（1分） （2）C（2分） （3）越慢（2分）
解析：（1）Ⅱ为对应的曲线，曲线I电流大，时间短，则曲线Ⅰ对应的；曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量．
（2）电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，小灯泡迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭，选C．
（3）定值电阻越大，电流越小，放电时间长，小灯泡亮度变化越慢．
12．（1）①B（1分） ②（2分） （2分） （2）5.1（2分） 0.16~0.18（2分）
解析：（1）为减小实验误差，应将电流表外接，即接线端a应连接B．由闭合电路欧姆定律有，，联立解得，．
（2）断开，闭合，调节电阻箱和时，电流计G示数为零，则等于在所在闭合电路中分得的电压，即．闭合开关的同时闭合，调节电阻箱和时，电流计再次示数为零，则，解得．
13．解：两板间距离加倍时，两板带电量不变，，可得（1分）
两板间电场强度不变，粒子在水平方向受电场力作用，大小保持不变
带电粒子在水平方向加速度不变，在竖直方向上粒子受重力作用，加速度为g（1分）
设粒子能打到N板上
水平方向，，则（2分）
竖直方向，则（2分）
可知粒子从板间飞出，，可得（2分）
14．解：（1）由右手定则，MN边刚进入磁场时电流的方向（向左）（1分）
MN边在磁场运动产牛的感应电动势，由：（1分）
感应电流：，由图像知：（1分）
总电阻：（1分）
联立解得：速度（1分）
（2）由图像知，PQ边刚进入磁场时，MN中的电流，，则由电路结构知流过PQ的电流
由牛顿第二定律：（2分）
解得：（1分）
方向向上（1分）
（3）线框MN边出磁场时，线框的速度V
由法拉第电磁感应定律：（1分）
感应电流：，由图像知：
总电阻：
联立解得：速度（1分）
由能量守恒：（1分）
MN边穿越磁场的过程MN边焦耳热：（1分）
解得：（1分）
15．解：（1）电子在半圆形区域均沿直线运动，电场力和洛伦兹力平衡，洛伦兹力向内，则电场力向外，故电场方向垂直xOy平面向内（1分）
由二力平衡：（2分）
得与r的关系式：（1分）
（2）从A点射出的电子，在叠加场中的运动分解为在电场力作用下沿方向的匀加速运动和在洛伦兹力作用下在平面的匀速圆周运动，刚好与接收板相切时的情况为临界情况，由洛伦兹力提供向心力：
（1分）
因为（1分）
解得（1分）
故不打到接收板（1分）
（3）若，设电子做圆周运动的半径
由（1分）
得（1分）
如图，则（1分）
解得（1分）
电子运动时间（1分）
电子在方向匀速运动（1分）
解得：（1分）
故P点在坐标系上的坐标值为（2分）