2023-2024学年福建省莆田第一中学高二（上）期末考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年福建省莆田第一中学高二（上）期末考试物理试卷
一、单选题（本题共4小题，共16分）
1.下列说法不正确的是( )
A. 无线电波、光波、射线、射线都是电磁波
B. 麦克斯韦通过实验验证了“变化的电场产生磁场”和“变化的磁场产生电场”，并证实了电磁波的存在
C. 奥斯特发现了电流的磁效应
D. 振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时，磁场能最小
2.某交流发电机产生交变电流的装置如左图所示，产生的感应电动势与时间的关系如右图所示，下列说法正确的是( )
A. 时，线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率最大
B. 线圈通过中性面时，交变电流不改变方向
C. 线框中产生的感应电动势
D. 如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值和周期分别变为、
3.在如图所示的电路中，电源电动势为、内阻为，均为定值电阻，为滑动变阻器，为电容器，、分别为理想电流表和理想电压表在滑动变阻器的滑片自一端向另外一端滑动的过程中，电压表的示数增大，则
( )
A. 电流表的示数减小 B. 电源的输出功率增大
C. 电容器所带电荷量增加 D. 电阻的电功率减小
4.如图所示，足够长、光滑的平行金属导轨与水平面成夹角放置，导轨的上端接有电容为的电容器电容器耐压足够大，导轨间距为，导轨处于方向垂直于导轨平面向下的匀强磁场中图中未画出，金属棒垂直放置在导轨上，一切电阻不计。把金属棒由静止释放后以此刻为时刻，下列关于电容器所带电荷量、金属棒的动能、通过金属棒的电流随时间变化的图像，以及金属棒运动速度随运动位移变化的图像正确的是( )
A. B.
C. D.
二、多选题（本题共4小题，共24分）
5.地球本身是一个大磁体，其磁场分布示意图如图所示。学术界对于地磁场的形成机制尚无共识。一种理论认为地磁场主要源于地表电荷随地球自转产生的环形电流。基于此理论，下列判断正确的是( )
A. 地表电荷为负电荷
B. 环形电流方向与地球自转方向相同
C. 若地表电荷的电量增加，则地磁场强度增大
D. 若地球自转角速度减小，则地磁场强度增大
6.如图所示，在半径为的圆形区域内有匀强磁场，磁感应强度为，方向垂直于圆平面未画出。一群比荷为的负离子以相同速率较大由点在纸平面内向不同方向射入磁场中发生偏转后，又飞出磁场，则下列说法正确的是不计重力( )
A. 离子飞出磁场时的动能一定相等
B. 离子在磁场中运动半径一定相等
C. 由点飞出的离子在磁场中运动的时间最长
D. 沿方向射入的离子飞出时偏转角最大
7.质量为、带电量为的小球套在水平固定且足够长的粗糙绝缘杆上，如图所示，整个装置处于磁感应强度为、垂直纸面向里的水平匀强磁场中．现给小球一个水平向右的初速度使其开始运动，不计空气阻力，则小球从开始到最终稳定的过程中，下列说法正确的是( )
A. 不可能先减速后做匀速运动 B. 最终稳定时的速度一定是
C. 运动过程中克服摩擦力做的功可能是 D. 最终稳定时的速度可能是
8.某同学利用如图所示电路模拟远距离输电．图中交流电源电压为
，定值电阻，小灯泡、的规格均为“

”，理想变压器、原副线圈的匝数比分别为和分别接通电路Ⅰ和电路Ⅱ，两电路都稳定工作时，( )
A. 与一样亮 B. 比更亮
C. 上消耗的功率比的大 D. 上消耗的功率比的小
三、填空题（本题共2小题，共8分）
9.如图所示的电路中，是一个自感系数很大的线圈，直流电阻可忽略不计。开关闭合后，灯泡会______选填“逐渐”或“立刻”变亮；开关断开瞬间，流经灯泡的电流方向是从______选填“到”或“到”。
10.如图所示，为负温度系数的热敏电阻负温度系数热敏电阻又称热敏电阻，是一类电阻值随温度增大而减小的一种传感器电阻，为小灯泡，当温度降低时，电流表的示数__________选填“增大”、“减小”或“不变”，小灯泡的亮度__________选填“变强”、“变弱”或“不变”。
四、实验题（本题共2小题，共20分）
11.如图，上下两块金属板水平放置，相距为，板间电压为。两板间右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。将喷墨打印机喷嘴处在两板中线左侧位置，从喷嘴水平向右喷出质量为、速度为的带电墨滴。墨滴在电场区域恰能做匀速直线运动，并垂直磁场左边界进入电场、磁场共存区域，最终垂直打在下板上。重力加速度为，则墨滴带电量大小 ；磁感应强度 均用题中物理量符号表示。
12.某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素
图中，将条形磁铁从图示位置先向上后向下移动一小段距离，出现的现象是______________。
A.灯泡、均不发光 灯泡、交替短暂发光
C.灯泡短暂发光、灯泡不发光 灯泡不发光、灯泡短暂发光
通过实验得知：当电流从图中电流计的正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体_____________选填“向上”或“向下”运动时，电流计指针向右偏转。
为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图的电路。
若图电路连接正确，在闭合开关前滑动变阻器滑片应移至最______________选填“左”或“右”端。
若图电路连接正确，开关闭合瞬间，指针向左偏转，则将铁芯从线圈中快速抽出时，观察到电流计指针_____________。
A.不偏转 向左偏转 向右偏转
五、简答题（本题共1小题，共4分）
13.一段粗细均匀、中空的圆柱形导体，其横截面及中空部分横截面均为圆形，如图所示。某同学想测量中空部分的直径的大小，但由于直径太小无法直接精准测量，他设计了如下实验进行间接测量。

该同学进行了如下实验步骤：
用螺旋测微器测得这段导体横截面的直径如图所示．则直径的测量值为_______。然后又用游标卡尺测得该元件的长度。
用多用电表粗测这段导体两端面之间的电阻值：该同学选择“”挡位，用正确的操作步骤测量时，发现指针偏转角度太大。为了较准确地进行测量，应该选择_______挡位选填“”或“”，并重新欧姆调零，正确操作并读数，此时刻度盘上的指针位置如图所示，测量值为_______。
设计了如图所示的电路精确测量这段导体两端面之间的电阻值，除待测导体件外，实验室还提供了下列器材：

A.电流表量程为，内阻
B.电流表量程为内阻未知
C.滑动变阻器
D.定值电阻
E.定值电阻
F.电源电动势，内阻可以忽略
G.开关、导线若干
根据以上器材和粗测导体电阻值的情况可知，电路中定值电阻应选择_______填器材前面的字母代号；为了减小误差，改变滑动变阻器滑动触头的位置，多测几组、的值，作出关系图像如图所示。若读出图线上某点对应的、的坐标值分别为和，则可知这段导体两端面间电阻的测量值_______用图像中数据和题设给出的物理量符号表示

该同学查出这段导体材料的电阻率，则中空部分的直径大小测量值为_______用图像中数据和题设给出的物理量符号表示。
六、计算题（本题共3小题，共28分）
14.质谱仪是一种测量带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源产生的各种不同正离子束初速度可视为零，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片上，设离子在上的位置到入口处的距离为。
设离子质量为，电荷量为，加速电压为，磁感应强度大小为，求的大小；
氢的三种同位素、、从离子源出发，到达底片的位置距的距离之比：：为多少？
15.如图所示，无限长平行金属导轨位于水平面内，间距，导轨左端处接有阻值的电阻，空间中存在磁感应强度大小为的匀强磁场，磁场方向竖直向下。质量、有效电阻的导体棒静止在导轨上，某时刻开始受到大小为、方向向右的水平外力作用，导体棒沿导轨向右运动，当通过导体棒的电荷量为时，已经开始做匀速运动，之后撤去外力，导体棒最终静止。导体棒始终与导轨垂直且接触良好，线框的电阻不计，不计摩擦及空气阻力。求：
导体棒向右匀速运动的速度大小；
撤去外力到最终静止的过程中，导体棒上产生的焦耳热；
导体棒从静止开始向右运动的过程中，通过导体棒的电荷量为时，导体棒的位移。
16.光滑水平轨道、在端很接近但是不相连，段与段平行，尺寸如图所示。轨道之间存在磁感应强度为的匀强磁场。初始时质量为的杆放置在、两点上，杆放置在杆右侧处。除杆电阻为外，杆和轨道电阻均不计。
若固定杆，用水平外力以速度匀速向右拉动杆。推导杆中的感应电动势大小为；
若固定杆，用水平外力将杆以初速度向左拉动，运动过程中保持杆中电流不变，求杆向左运动位移时速度的大小；
在问的过程中，杆向左运动位移过程中，求水平外力做的功；
在问的过程中，求杆向左运动位移所用时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【详解】无线电波、光波、 射线、 射线都是电磁波，故A正确，不满足题意要求；
B.麦克斯韦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B错误，满足题意要求；
C.奥斯特发现了电流的磁效应，故C正确，不满足题意要求；
D. 振荡电路中，电容器极板上的电荷量最大时，电场能最大，磁场能最小，故D正确，不满足题意要求。
故选B。
2.【答案】
【解析】【分析】本题考查交变电流的产生以及交变电流的瞬时值和最大值的求解，属于基础题。
【解答】由图像可知， 时，电动势为零，此时线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率为零，线圈每通过中性面一次，交变电流方向就会改变一次，AB错误；
C.线框中产生的感应电动势的最大值和周期分别为 和 ，则感应由动势瞬时值为
C错误；
D.由
如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值和周期分别变为 和 。
故选D。
3.【答案】
【解析】【分析】
本题主要考查电路动态变化分析问题，明确电路结构是解决问题的关键。根据电压表的示数变化分析电路中总电流的变化，可知电源内电压的变化，也可知电路总电阻的变化，再分析电阻两端电压的变化，可知支路的电流变化，从而可知电流表的读数变化；根据功率公式可知电阻的电功率变化；电容器与电阻并联，可知电容器两端电压的变化，由可知电容器所带电荷量的变化；由于不知道电源的内电阻与外电阻的大小关系，所以无法判断电源的输出功率的变化。
【解答】
A.电压表的示数增大，说明电路中的总电流增大，电路的总电阻减小，所以滑动变阻器的滑片从向滑动，的阻值减小，电源内电压增大，电阻两端的电压减小，支路的电流减小，滑动变阻器支路的电流增大，电流表的读数增大，故A错误；
D.根据，可知电阻的电功率减小，故D正确；
C.电容器与电阻并联，所以电容器两端的电压减小，由可知电容器所带电荷量减小，故C错误；
B.由于不知道电源的内电阻与外电阻的大小关系，所以无法判断电源的输出功率的变化，故B错误。
4.【答案】
【解析】【分析】
本题主要考查电磁感应中的图象问题。对金属棒受力分析，根据牛顿第二定律列方程，结合电流的定义式即可整理得到加速度的表达式，由此即可分析金属棒的运动情况，由电流的定义式可得电容器所带电荷量与时间的关系，即可判断图象的形状；根据动能的表达式和速度时间关系即可求得动能与时间的关系式，即可判断 与的图象形状；由电流的表达式可知电流与时间的图象形状；由运动学公式可得速度与位移图象的形状。
【解答】
A.对金属棒受力分析，根据牛顿第二定律有，又有，联立可得，加速度为定值，则金属棒做初速度为零的匀加速直线运动，由，可知与成正比，故A正确；
B.金属棒的动能，可知正比于，故B错误；
C.由中分析知，为定值，故C错误；
D.金属棒做匀加速直线运动，根据运动学公式有，得与成正比，故D错误。
5.【答案】
【解析】详解】根据右手螺旋定则可知，地表电荷为负电荷，故A正确；
B.由于地表电荷为负电荷，则环形电流方向与地球自转方向相反，故B错误；
C.若地表电荷的电量增加，则等效电流越大，地磁场强度增大，故C正确；
D.若地球自转角速度减小，则等效电流越小，地磁场强度减小，故D错误。
故选AC。
6.【答案】
【解析】
【详解】射入磁场的离子比荷相等，但质量不一定相等，故射入时初动能可能不等，又因为洛伦兹力对离子不做功，故这些离子从射入到射出动能不变，故飞出磁场时的动能可能不等，A错误。
B.离子在磁场中偏转的半径为
由于比荷和速度都相等，磁感应强度为定值，故所有离子的偏转半径都相等，B正确。
C.各离子在磁场中做圆周运动的周期

也相等，根据几何知识，在半径相同的圆内，较长的弦对应较大的圆心角，所以从点射出的离子偏转角最大，在磁场内运动的时间最长，C正确。
D.沿方向射入的离子不可能从点射出，故偏转角不是最大，D错误。
故选BC。
7.【答案】
【解析】
【详解】对小球进行受力分析，小球受向下的重力、竖直向上的洛伦兹力及可能存在的弹力和摩擦力；若
则小球受向下的弹力和向左的摩擦力，根据牛顿第二定律可得
解得
方向向左，则小球做加速度减小的减速运动，最终匀速，匀速的速度为
若
则小球受力平衡，小球做匀速运动；若
则小球受向上的弹力和向左的摩擦力，根据牛顿第二定律可得
解得
方向向左，则小球做加速度增大的减速运动，最终静止，综上所述，故AB错误，D正确；
C.小球运动过程中可能不受摩擦力力，所以摩擦力做功可能是，故C正确。
故选CD。
8.【答案】
【解析】根据可得灯泡电阻
、交流电源电压为，当接通电路Ⅰ时有
接通电路Ⅱ时，由等效法可知
则有，则两个灯泡的功率，故A错误，B正确；
、上消耗的功率
由等效法可得上消耗的功率
即上消耗的功率比的大，故D错误，C正确。
故选BC。
先根据求出小灯泡、的电阻。由欧姆定律求出小灯泡的电流。根据理想变压器的原副线圈电压关系、电流关系，求出小灯泡的电流，从而比较两个灯泡亮度关系。根据与中电流关系，比较它们功率关系。解答本题的关键要掌握理想变压器原副线圈电压关系和电流关系，结合电路构造和欧姆定律列式，即可完成分析。
9.【答案】逐渐 到
【解析】解：开关闭合后，通过线圈的电流逐渐增大，线圈产生感应电动势，阻碍电流的增大，故灯泡会逐渐变亮；
开关断开瞬间，线圈由于自感，阻碍电流的减小，回路中形成顺时针方向的感应电流线圈、灯泡、灯泡组成闭合回路，故流经灯泡动的电流方向是从到。
故答案为：逐渐；到
当电键闭合时，通过线圈的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，产生自感现象，根据楞次定律判断自感电动势的方向和作用，分析哪个灯先亮。断开瞬间也可以按照同样的思路分析。
对于自感现象，是特殊的电磁感应现象，自感电动势总阻碍电流的变化。
10.【答案】减小 变强
【详解】当温度降低时，电阻值增大，与灯泡并联的总电阻增大，回路中总电阻增大，根据闭合电路欧姆定律可得，回路中总电流减小，所以电流表的示数减小；
由于回路中总电流减小，电源内电压减小，路端电压增大，分压减小，所以灯泡两端电压增大，流过灯泡的电流增大，灯泡亮度变强。

【解析】详细解答和解析过程见答案
11.【答案】， 。
【解析】解：墨滴在电场区域做匀速直线运动，则电场力等于重力，即：
在匀强电场中有：
解得：
由于电场方向向下，电荷受到的电场力方向向上，可知墨滴带负电荷。
墨滴垂直进入电、磁场共存的区域，重力仍与电场力平衡，合力等于洛伦兹力，墨滴做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有
墨滴最终垂直打在下板上，可知墨滴运动的轨迹为圆弧，则：
解得：
故答案为：，。
根据在电场中做匀速直线运动说明墨滴受到的重力与电场力相等，可求出电荷量；根据墨滴落在点，进入电磁场以后做匀速圆周运动可求磁感应强度。
本题考查粒子在复合场中的运动，知道粒子在电场和重力场区域做匀速直线运动，进入电场、磁场和重力场区域，做匀速圆周运动。结合牛顿第二定律和共点力平衡进行求解。
12.【答案】 向上 左
【详解】条形磁铁向上移动一小段距离，穿过螺线管的磁感线减少，向下移动一小段距离，穿过螺线管的磁感线增加，移动方向不同，产生的感应电流方向不同，根据二极管具有单向导电性可知灯泡、交替短暂发光。
故选B。
当磁体向上运动时，穿过螺旋管的磁通量为竖直向下的减少，根据楞次定律，可知线圈中的感应电流产生的磁场竖直向下，根据右手螺旋定则可知电流从正接线柱流入，指针向右偏；故磁体向上运动。
闭合开关瞬间，电路中电流增多，电磁铁的磁性增强，穿过螺线管的磁感线增多，会产生感应电流，为了防止产生的感应电流过大烧坏电流表，闭合开关前需要将滑动变阻器的滑片移到最左端。
开关闭合瞬间，穿过螺线管的磁通量增多，根据题意可知指针向左偏转，所以将铁芯从线圈中快速抽出时，穿过螺线管的磁通量减少，观察到电流计指针向右偏转。
故选C。

【解析】详细解答和解析过程见答案
13.【答案】
【详解】螺旋测微器的固定刻度读数为，可动刻度的读数为，则读数为：。
指针偏转过大，说明所选挡位过大，导致示数偏小，为了使指针指向中间，应选用小挡位，故应选挡；由图示表盘可知，其读数为：；
电流表与定值电阻串联后所测的最大电压为
而电动势为，所以定值电阻小，应选定值电阻；
由电路图根据串并联规律应有
化简得
根据图像可知斜率
解得
根据电阻定律
其中
联立可得

【解析】详细解答和解析过程见答案
14.【答案】 ；： ：
【详解】离子在电场中被加速时，由动能定理得

进入磁场时洛伦兹力提供向心力

又
由以上三式得

氢的三种同位素的质量数分别为、、，由结果知
：： ： ： ： ：

【解析】详细解答和解析过程见答案
15.【答案】 ； ；
【详解】导体棒 匀速运动时，受力平衡，则有
解得
感应电动势为
又
解得
撤去外力后，导体棒 的动能转化为总的焦耳热，则有
导体棒 上产生的焦耳热
解得
根据
， ，
可得
代数数据解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
16.【答案】 推导过程见解析， ， ， 。
【详解】经过 ，感应电动势：
；
移动后，切割长度 ，此时感应电动势：
解得：
因为安培力：
切割有效长度与位移成线性关系均匀减小，安培力做功为：
根据动能定理：
解得水平外力做的功： ；
因为电流不变，所以感应电动势为一定值：
解得： 。

【解析】详细解答和解析过程见答案
第1页，共1页