2023-2024学年湖北省部分省级示范高中高二（上）期末考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年湖北省部分省级示范高中高二（上）期末考试物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.下列说法正确的是( )
A. 质子所带的电荷量是，所以质子是元电荷
B. 相互作用的两点电荷，即使它们的电荷量不相等，它们之间的库仑力大小也一定相等
C. 点电荷就是体积和电荷量都很小的带电体
D. 根据可知，当时，
2.金属板和板前一正点电荷形成的电场线分布如图所示，、、、为电场中的四个点，则
( )
A. 图中没有电场线的地方就没有电场
B. 点电势低于点电势
C. 同一正电荷在点的电势能高于在点的电势能
D. 正电荷从点静止释放，若只受电场力作用，将沿电场线运动到点
3.两条通有相同电流的长直导线平行放置，将一矩形线框分别放置在、、位置，位置到两导线的距离相等，如图所示．则矩形线框在、、位置的磁通量大小、、的大小关系正确的是( )
A. B. C. D.
4.如图所示，匀强电场中等腰直角三角形，，为边中点，电场方向与所在平面平行，规定点的电势为；将电荷量的点电荷从点移到点，电场力做了的功，再将电荷从点移到点，电场力又做了的功，则( )
A. 、两点的电势差
B. 点电荷在点具有的电势能为
C. 该匀强电场的场强大小为，方向垂直于连线指向点
D. 将绕点顺时针旋转，无论转过多大的角度，、两点电势都不会相等
5.如图所示，金属杆的质量为，长为，通过的电流为，处在磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面夹角为斜向上，金属杆始终静止于水平导轨上，则以下正确的是( )
A. 金属杆受到的安培力的大小为
B. 金属杆所受摩擦力大小为
C. 金属杆对导轨压力可以为
D. 仅使磁感应强度反向，其它条件不变，摩擦力大小不变
6.表格列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计自身机械损耗，若该车在额定状态下以最大速度行驶，则下列选项正确的是( )
自重 额定电压
载重 额定电流
最大行驶速度 额定输出功率
A. 电动机的输入功率为 B. 电动机的线圈电阻为
C. 该车获得的牵引力为 D. 该车受到的阻力为
7.一部华为系列手机大约有多个元器件组成，其中半导体器件占到了很大一部分。霍尔元件就是利用霍尔效应制成的半导体磁电转换器件，如图是很小的矩形半导体薄片，、之间的距离为，薄片的厚度为，在、间通入恒定电流，同时外加与薄片垂直的磁场，加磁场后、间的霍尔电压为。已知半导体薄片中的载流子为正电荷，每个载流子电荷量为，单位体积内载流子个数为，电流与磁场的方向如图所示。下列说法正确的是
( )
A. 板电势低于板电势
B. 间电势差
C. 每个载流子受到的洛伦兹力大小为
D. 将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，变大
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.如图所示，闭合开关，将滑动变阻器的滑片从一端滑到另一端的过程中，理想电压表、的示数随理想电流表示数的变化情况如图所示，下列说法正确的是( )
A. 滑动变阻器的最大阻值为 B. 电源的电动势为
C. D. 电源内阻为
9.两点电荷分别固定在和坐标原点处，所形成电场的电势在轴上的分布如图所示，图线与轴交于处，处电势最低，取无穷远处电势为，一正电荷自处由静止释放，则( )
A. 处的电场强度为
B. 电荷所带电量大小之比为
C. 正电荷运动的过程中，加速度先增大后减小
D. 正电荷运动的过程中，电势能先减小后增大
10.两个比荷相等的带电粒子，以不同的速率对准圆心沿着方向射入圆形匀强磁场区域，两粒子射出磁场时的速度偏转角分别为，其运动轨迹如图所示。不计粒子的重力，则下列说法正确的是
( )
A. 粒子带正电，粒子带负电
B. 粒子射入磁场中的速率
C. 粒子在磁场中的运动时间
D. 若将磁感应强度变为原来的倍，粒子在磁场中运动的时间将变为原来的
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.小明在网络上看到了铅笔造假的新闻，新闻中提到假笔芯的碳含量较低，他猜想假笔芯的电阻率应该比真笔芯要低，为了证明猜想他找来了圆柱形的假笔芯样品进行实验。
小明用刻度尺测量并截取了一段长的笔芯，并用螺旋测微器测量笔芯的直径，如图所示，其读数为______。
小明先使用如图所示的实验电路，测出铅笔芯的几组电流、电压数据后描到图上，并描出实验图线。然后又将电流表改为内接，重复实验并同样描出实验图线。得到条图线如图所示。根据实验图线分析可知，该实验电流表应采用_____填写“外接法”或“内接法”才能使测量值误差更小，该笔芯电阻较准确的测量值为______结果保留位有效数字。
根据以上测量可以计算出假笔芯样品的电阻率，使用的计算式为______用、、等物理量表示。
12.某同学测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材。
A.被测干电池一节 电流表：量程，内阻
C.电压表：量程，内阻未知 电压表：量程，内阻未知
E.滑动变阻器：阻值范围为，允许通过最大电流
F.滑动变阻器：阻值范围为，允许通过最大电流
G.开关、导线若干
伏安法测电池电动势和内阻的实验，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差，在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。在上述器材中请选择适当的器材，电压表选择_______，滑动变阻器选择______。填写器材前的字母
实验电路图应选择图_______填“甲”或“乙”。
根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的图像，则在修正了实验系统误差后，干电池的内阻_______。
使用图乙电路图测得的电动势_______真实值填大于、等于或小于。
四、计算题：本大题共3小题，共42分。
13.如图所示是有两个量程的电流表，当使用、两个端点时，量程为，当使用、两个端点时，量程为，已知表头的内阻为，满偏电流是，求：
该表头的满偏电压；
与的阻值。最后结果可直接用分数表示
14.如图所示，在倾角的斜面上固定间距的两平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器，电源电动势，内阻，质量的金属棒与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度，垂直于斜面向上的匀强磁场中导轨与金属棒的电阻不计。取。
若导轨光滑，要保持金属棒在导轨上静止，求金属棒受到的安培力大小；
若金属棒与导轨间的动摩擦因数，金属棒要在导轨上保持静止，求滑动变阻器接入电路中的阻值范围；
15.如图甲所示，建立坐标系，两平行极板、垂直于轴且关于轴对称，极板长度和板间距均为，第一四象限有磁场，方向垂直于平面向里，位于极板左侧的粒子源沿轴间右连接发射质量为、电量为、速度相同、重力不计的带电粒子在时间内两板间加上如图乙所示的电压不考虑极边缘的影响。
已知时刻进入两板间的带电粒子恰好在时，刻经极板边缘射入磁场，上述、、、、为已知量不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况。
求电压的大小；
求时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径；
何时把两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【详解】元电荷是最小的电荷量，质子的电荷量等于元电荷，质子是实实在在的粒子，不是元电荷，故A错误；
B.两个点电荷之间的相互作用力，是一对作用力和反作用力，二者大小相等方向相反，故B正确；
C.当带电体的形状对电场与它的相互作用力的影响可忽略时，这个带电体可看作点电荷，与体积大小和电荷量无直接关系，故C错误；
D.库仑定律只适用于真空中的点电荷，当 时，带电体不能再看作是点电荷，故库仑定律不再适用，故D错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】【分析】
根据电场线的疏密判断场强的大小，根据沿着电场线电势逐渐降低判断电势高低；正电荷在电势高处的电势能大。
本题主要考查了根据电场线判定电场强度和电势，解题关键掌握电场线的物理意义：电场线的疏密表示场强的大小，顺着电场线电势逐渐降低。
【解答】
A.电场线只是形象的描述电场，电荷周围均有电场存在，故A错误；
B.沿着电场线电势逐渐降低，可知点电势大于点电势，故B错误；
C.沿着电场线电势逐渐降低，由图看出，点电势比点电势高，由可知正电荷在点的电势能高于在点的电势能，故C正确；
D.正电荷由点静止释放，受电场力方向沿曲线的切线方向，所以运动的轨迹不会沿电场线的方向，故D错误。
3.【答案】
【解析】【分析】
本题主要考查磁通量概念的掌握，知道直线电流的磁场分布是解题的关键，难度不大。
【解答】
根据对称性可知
根据磁场的叠加，位置通过线框的磁通量为，则
故选C。
4.【答案】
【解析】【分析】
解决本题的关键知道电场力做功与电势差的关系，电势差与电势的关系。知道电场线与等势线垂直，由高电势指向低电势。
根据电场力做功与电势差的关系求出间的电势差、间的电势差；根据电势差等于电势之差，结合点电势为零，求出、点的电势；找出等势线，结合电场线与等势线垂直，由高电势指向低电势，作出电场线，并根据求出电场强度。
【解答】
由题意，根据公式 ， ，则有 ， ，规定点的电势为，则 ， ，在匀强电场中沿着同一方向距离相等的任何两点间电势差相等，则 ，可得 ，故点电荷在点具有的电势能为 ，故A错误，B正确；
C.因 ，故连接，则为一条等势面，过作垂线则为一条电场线，如图所示由几何关系得 ，
则 ，根据沿着电场线方向电势逐渐降低可知，场方向为垂直于连线指向点，故C错误；
D.将 绕点顺时针旋转，当转到与电场线垂直时，此时、两点电势相等，故D错误。
故选B。
5.【答案】
【解析】【分析】
对金属杆受力分析，然后应用平衡条件分析答题。
应用左手定则判断出安培力方向，对金属杆正确受力分析是解题的前提与关键，应用平衡条件即可解题。
【解答】
对金属杆做受力分析，如图所示
，
金属杆受到的安培力的大小为，
水平方向，由平衡条件得故AB错误；
C.竖直方向，由平衡条件得，
由牛顿第三定律得金属杆对导轨压力大小，
因水平方向必须存在摩擦力才能保持平衡，故金属杆对导轨压力不可以为，故C错误；
D.仅使磁感应强度反向，其它条件不变，受力分析如图所示

摩擦力大小不变，故D正确。
故选D。
6.【答案】
【解析】解：、已知该电动自行车的额定电压为：，额定电流为：，则该电动机的输入功率为：，已知额定输出功率为，则线圈的发热功率为：，
则由可得，，故A正确，B错误；
、当汽车速度最大时，汽车做匀速直线运动，则牵引力等于阻力，即，则此时额定输出功率，最大行驶速度：，则牵引力大小为，故阻力大小，故CD错误；
故选：。
由额定电压和额定电流求出总功率，从而得到电动机的输入功率和发热功率，从而求出内阻，由输出功率和速度的关系式求出牵引力，从而得到阻力。
本题的主要考查了非纯电阻电路中总功率与输出功率的关系，解题关键在于输出功率等于总功率减去热功率，当汽车速度最大时，牵引力等于阻力。
7.【答案】
【解析】
【详解】根据左手定则，带正电的载流子会积累在板，所以板电势高于板电势，故A错误；
电流稳定后，根据平衡条件知每个载流子受到的洛伦兹力等于电场力，即
根据电流微观表达式
整理得间电势差
故B正确，C错误；
D.将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，则载流子不会受到洛伦兹力，因此不存在电势差，故D错误。
故选B。
8.【答案】
【解析】
【详解】由电压表的示数随电流表示数的变化图像可知
当 时，此时外电路的阻值达到最大，则
则的最大值为
外
A正确，C错误；
根据闭合电路欧姆定律可得
外
外
解得
，
B错误，D正确。
故选AD。
9.【答案】
【解析】
【详解】 图像，斜率表示电场强度，在 处的图像斜率不为零，则电场强度也不为零，故A错误；
B. 处图像斜率为零，则满足
所以电荷 所带电量大小之比为
故B正确；
C.一正电荷 自 处由静止释放，根据电势变化情况可知，自 处右侧场强方向先沿 轴正方向后沿 轴负方向，场强先减小为零后反向增大再减小，根据牛顿第二定律，有
可知正电荷 运动的过程中，加速度先减小为零后反向增大再减小，故C错误；
D.一正电荷 自 处由静止释放，根据电势变化情况可知，自 处右侧场强方向先沿 轴正方向后沿 轴负方向，电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，故D正确。
故选BD。
10.【答案】
【解析】
【详解】粒子向右运动，根据左手定则，向上偏转，应当带正电，向下偏转，应当带负电，故A错误；
B.画出、粒子的运动轨迹，如下图所示
设粒子的半径分别为、，则根据洛伦兹力提供向心力有
解得
设大圆半径为，做如图蓝色辅助线，根据几何关系有
整理得
故B正确；
C.设粒子的半径分别为 ，则根据洛伦兹力提供向心力有
解得
画出、粒子的运动轨迹，如下图所示
由上图可知
则
整理有
故C正确；
D.将磁感应强度变为原来的 倍，其它条件不变，设此时粒子的运动半径为、周期为、运动时间为，则根据洛伦兹力提供向心力有
解得
可计算出
根据选项B有
则运动的圆心角为，运动周期为
则运动时间为
则可计算出
得
故D错误。
故选BC。
11.【答案】 外接法
【详解】根据图可得该铅笔芯的直径
图所示电路图的连接为电流表的外接法，电流表外接，电压表与待测电阻并联，则电压表分流，电流表所测电流偏大，将大于真实值，因此造成待测电阻测量值偏小；而电流表的内接则会造成电流表分压，电压表所测电压偏大，将大于真实值，因此造成待测电阻测量值偏大，通过图中的图线，分别可得上下两条图线所测待测电阻的阻值为
，
则可知，下面图线的实验结果是电流表外接法测量得到，而上面图线的实验结果是电流表内接法测量得到，显然待测电阻的阻值较小，而电压表的内阻远大于待测电阻的阻值，因此应采用电流表的外接法来进行实验，则可知由电压表外接法测量得到的待测电阻的阻值为
根据电阻定律
其中
可得

【解析】详细解答和解析过程见答案
12.【答案】；；甲；；小于
【解析】分析：
实验中要能保证安全和准确性选择电表；
本实验应采用电阻箱和电压表联合测量，由实验原理可得出电路原理图；
由原理利用闭合电路欧姆定律可得出表达式，由数学关系可得出电动势和内电阻。
本题为设计性实验，在解题时应注意明确实验的原理；并且要由实验原理结合闭合电路欧姆定律得出表达式，由图象得出电动势和内电阻。
比较测量值和真实值的电源的 图像进行分析。
【解答】
实验要尽可能准确地测量一节干电池的电动势和内阻，已知电流表的内阻，可以把它串联在干路中，把它的内阻看成电源的一部分，而电压表测量得到的电压就可以看成是路端电压。由于一节干电池的电压约为 ，路端电压小于 ， 读数误差太大，电压表选择。
干电池内阻较小，则为了方便调节，减小误差，滑动变阻器选择。
因为电流表的内阻已知，把它接入干路中，可以准确测出流过电源的干路电流，把它的内阻等效为电源内阻，电压表的示数即可看做路端电压，则应选甲图。
由闭合回路欧姆定律有 结合图像可得 解得 ；
若使用图乙电路图测内阻相对于电源而言，电流表外接，由于电压表有分流作用，故电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的 图像如下图所示，由图可知，电源电动势的测量值小于真实值。
13.【答案】； ，
【解析】表头的满偏电压
接、时
接、时
解得
，
14.【答案】 ； ；圆弧所对的圆心角为 ，所求最短时间为
【详解】 时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动， 时刻刚好从极板边缘射出，在轴负方向偏移的距离为 ，则有
联立以上三式，解得两极板间偏转电压为
时刻进入两极板的带电粒子，前 时间在电场中偏转，后 时间两极板没有电场，带电粒子做匀速直线运动，带电粒子沿轴方向的分速度大小为
带电粒子离开电场时沿轴负方向的分速度大小为
带电粒子离开电场时的速度大小为
设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为，则有
联立上式解得
时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短，带电粒子离开磁场时沿轴正方向的分速度为
设带电粒子离开电场时速度方向与轴正方向的夹角为 ，则
联立解得
带电粒子在磁场运动的轨迹图如图所示
圆弧所对的圆心角为 ，所求最短时间为
带电粒子在磁场中运动的周期为
联立以上两式解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
15.【答案】 ； ；圆弧所对的圆心角为 ，所求最短时间为
【详解】 时刻进入两极板的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动， 时刻刚好从极板边缘射出，在轴负方向偏移的距离为 ，则有
联立以上三式，解得两极板间偏转电压为
时刻进入两极板的带电粒子，前 时间在电场中偏转，后 时间两极板没有电场，带电粒子做匀速直线运动，带电粒子沿轴方向的分速度大小为
带电粒子离开电场时沿轴负方向的分速度大小为
带电粒子离开电场时的速度大小为
设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为，则有
联立上式解得
时刻进入两极板的带电粒子在磁场中运动时间最短，带电粒子离开磁场时沿轴正方向的分速度为
设带电粒子离开电场时速度方向与轴正方向的夹角为 ，则
联立解得
带电粒子在磁场运动的轨迹图如图所示
圆弧所对的圆心角为 ，所求最短时间为
带电粒子在磁场中运动的周期为
联立以上两式解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
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