2023-2024学年湖北省武汉外国语学校高二（上）期末考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年湖北省武汉外国语学校高二（上）期末考试物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.对于下列教材中所列的实验和生活用品，说法正确的是( )
A. 甲图中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过电场实现的
B. 乙图中，若在的两端接上大小和方向发生周期性变化的电流，则接在端的电流表会有偏转
C. 丙图中，电磁炉利用其线圈产生的涡流来加热食物
D. 奥斯特利用丁图实验装置发现了电磁感应现象
2.图和图是教材中演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮，而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是
( )
A. 图中，与的直流电阻值相同
B. 图中，闭合，电路稳定后，中电流大于中电流
C. 图中，变阻器与的直流电阻值相同
D. 图中，闭合瞬间，中电流与变阻器中电流相等
3.如图所示，直角三角形区域中存在一匀强磁场，磁感应强度为，已知边长为，比荷均为的带正电粒子以不同的速率从点沿方向射入磁场不计粒子重力，则( )
A. 粒子速度越大，在磁场中运动的时间越短 B. 粒子速度越大，在磁场中运动的路程越大
C. 粒子在磁场中运动的最长路程为 D. 粒子在磁场中运动的最短时间为
4.如图所示，两固定在绝缘水平面上的同心金属圆环、水平放置，圆环中通有如图所示的电流，以图示方向为电流正方向，下列说法正确的是( )
A. 时刻，两圆环相互排斥
B. 时刻，圆环中感应电流最大，受到的安培力最大
C. 时间内，圆环中感应电流始终沿逆时针方向
D. 时间内，圆环有收缩的趋势
5.年月日，法拉第展示人类历史上第一台发电机---圆盘发电机，如图为法拉第圆盘发电机的示意图，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片、分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中，圆盘以角速度顺时针旋转从上往下看，则( )
A. 圆盘转动过程中电流沿到的方向流过电阻
B. 圆盘转动过程中点电势比点电势低
C. 圆盘转动过程中产生的电动势大小与圆盘半径成正比
D. 若圆盘转动的角速度变为原来的倍，则电流在上的热功率也变为原来的倍
6.如图甲所示，光滑平行金属导轨、所在平面与水平面成角，、两端接一电阻为的定值电阻，电阻为的金属棒垂直导轨放置，其他部分电阻不计，整个装置处在磁感应强度大小为、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。时对金属棒施加一平行于导轨向上的外力，使金属棒由静止开始沿导轨向上运动，通过定值电阻的电荷量随时间的平方变化的关系如图乙所示，下列关于穿过回路的磁通量、金属棒的加速度、外力、通过电阻的电流随时间变化的图像中正确的是( )
A. B.
C. D.
7.如图所示，、为两根相距的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，面与水平面成角．两导轨所在空间存在垂直于平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为两根质量均为、长度均为的金属细杆、与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为，两金属细杆的电阻均为，导轨电阻不计．当以速度沿导轨向下匀速运动时，杆正好以速度向下匀速运动，重力加速度为以下说法正确的是
A. 回路中的电流强度为
B. 杆所受摩擦力为
C. 杆所受摩擦力为
D. 与大小关系满足
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件，当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，电脑进入休眠状态。休眠状态时、简化原理如图所示，宽为、厚为、长为的矩形半导体霍尔元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，其载流子是电荷量为的自由电子，当通入方向向右、大小为Ⅰ的电流时，元件前、后表面间电压为，则此时元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的高 B. 自由电子受到的洛伦兹力大小为
C. 前、后表面间的电压与成反比 D. 前、后表面间的电压与成反比
9.如图所示，两根平行光滑金属导轨间距为，导轨电阻不计，下端接有阻值为的电阻，导轨平面与水平面的夹角为，且处在磁感应强度大小为、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。一质量为、接入电路的电阻也为的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上，静止时导体棒处于导轨的处，已知弹簧的劲度系数为，弹簧的中心轴线与导轨平行，现将导体棒从弹簧处于自然长度时由静止释放，整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触，重力加速度为，则下列说法中正确的是( )
A. 当导体棒沿导轨向下运动时流过电阻的电流方向为由到
B. 当导体棒的速度最大时，弹簧的伸长量为
C. 导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为，则导体棒从开始运动到停止运动的过程中，回路中产生的焦耳热为
D. 若导体棒第一次运动到处时速度为，则此时导体棒的加速度大小为
10.如图甲所示，平行光滑金属导轨水平放置，两轨相距，导轨的左端与阻值的电阻相连，导轨电阻不计；导轨在侧，存在沿方向均匀增大的磁场，其方向垂直导轨平面向下，磁感应强度随位置的变化如图乙所示，现有一根质量、电阻的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直，棒在外力作用下，从处以初速度沿导轨向右作变速运动，且金属棒在运动过程中受到的安培力大小不变，下列说法中正确的是( )
A. 金属棒向右做匀加速直线运动
B. 金属棒在处的速度大小为
C. 金属棒从运动到过程中外力所做的功为
D. 金属棒从运动到过程中，流过金属棒的电荷量为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.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如图；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
12.某实验小组用如图所示的电路来测量一个阻值约为的电阻的阻值，已知电流表的量程为，内阻约为，定值电阻。
现有下列四种量程的电流表，则电流表选用的量程最合适的( )
A.
实验时，将滑动变阻器的滑片移到最_________ 填“左”或“右”端，将开关合向，合向，再闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使两电流表的指针偏转较大，记录电流表，的示数、，多次测量得到用表示各电阻的关系_____________用题目中的字母表示；断开，将开关合向，合向，再闭合开关，记录电流表，的示数求出则被测电阻的阻值______用表示。
该实验方法__________填“能”或“不能”测出电流表内阻的准确值。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
13.如图甲所示，水平面内固定两根间距的长直平行光滑金属导轨、，其、端接有阻值的电阻，一质量电阻不计的导体棒垂直于导轨放置于距端处，且与两导轨保持良好接触。整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示。在内，施加外力使棒保持静止，后改用的水平向左的恒力拉动棒，棒从静止开始沿导轨运动距离时速度恰好达到最大值，棒运动过程中始终与导轨保持垂直，导轨电阻不计，求：
棒的最大速度大小；
从到棒运动距离的过程，电阻上产生的焦耳热。
14.如图，在的区域存在方向沿轴负方向的匀强电场，在的区域存在方向垂直于平面向外的匀强磁场。一个氕核和一个氘核先后从轴上点射出，速度方向沿轴正方向，大小之比为已知进入磁场时，速度方向与轴正方向的夹角为并从坐标原点处第一次射出磁场，不计粒子重力。求：
第一次进入磁场的位置到原点的距离；
第一次离开磁场的位置到原点的距离。
15.如图所示，在匀强磁场中水平放置两条足够长的光滑平行导轨，磁场方向与导轨所在平面垂直，以虚线为界，左边和右边的磁感强度大小为，，导轨间距导轨左端连接一内阻不计、电动势的电源，单刀双掷开关和电容的电容器相连。两根金属棒和分别放置于虚线左侧和右侧，它们与虚线的距离足够大，与导轨接触良好，质量均为，电阻相同。金属棒和之间有一开关断开，导轨电阻不计。
将单刀双掷开关置于为电容器充电，求稳定时电容器带的电荷量；
充电结束后，将单刀双掷开关置于，求金属棒运动的最大速度；
棒的速度达到最大后，断开单刀双掷开关，同时闭合开关，求金属棒产生的最大焦耳热。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【详解】甲图中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过通电导线周围产生的磁场实现的，选项A错误；
B.乙图中，若在的两端接上大小和方向发生周期性变化的电流，则由于穿过线圈的磁通量不断变化，则会在另一线圈中产生感应电流，则接在端的电流表会有偏转，选项B正确；
C.丙图中，电磁炉利用在金属锅底中产生的涡流来加热食物，选项C错误；
D.奥斯特利用丁图实验装置发现了电流的磁效应现象，选项D错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】【分析】
闭合开关的瞬间，通过的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律分析电流的变化，判断通过两灯电流的关系。待电路稳定后断开开关，线圈产生自感电动势，分析通过两灯的电流关系，判断两灯是否同时熄灭。
当通过线圈本身的电流变化时，线圈中会产生自感现象，这是一种特殊的电磁感应现象，可运用楞次定律分析自感电动势对电流的影响。
【解答】
、题图中，稳定时通过的电流记为，通过的电流记为。断开瞬间，突然变亮，可知，因此和电阻不相等，所以、B错误；
D、题图中，闭合时，由于自感作用，通过与的电流会逐渐增大，而通过与的电流立即变大，因此电流不相等，所以D错误；
C、由于最终与亮度相同，所以两支路电流相同，根据部分电路欧姆定律，两支路电压与电流均相同，所以两支路电阻相同，由于、完全相同，故变阻器与的电阻值相同，所以C正确。
3.【答案】
【解析】
【详解】粒子在磁场中做匀速圆周运动，随速度增加，半径变大，当粒子运动轨迹恰好与边相切时，粒子运动轨迹如图所示，当粒子从边射出时，即使粒子速度越大，但是运动时间不变，当粒子的轨迹与边相切时，粒子速度再增加，则粒子从边射出，则随速度增加，在磁场中运动的路程越小，选项AB错误；
C.当粒子的轨迹与边相切时，由几何知识得，粒子轨道半径
此时粒子在磁场中运动的路程最长为
选项C正确；
D.当粒子从边射出时，粒子的速度越大，半径越大，出射点越靠近点，时间也越来越短，直到从点射出时粒子的速度无穷大，时间趋近于零，选项D错误。
故选C。
4.【答案】
【解析】
【详解】 时刻，中电流最大，但电流的变化率为零，则在中的感应电流为零，则两圆环无相互作用力，选项A错误；
B. 时刻，圆环中电流的变化率最大，此时圆环中感应电流最大，但是由于圆环中电流为零，则受到的安培力为零，选项B错误；
C. 时间内，圆环中电流先沿正方向减小，后沿负方向增加，则根据楞次定律可知，圆环中感应电流始终沿顺时针方向，选项C错误；
D. 时间内，圆环中电流负向减小，则根据楞次定律可知，圆环中产生逆时针方向的电流，圆环所处的磁场方向向下，由左手定则可知，圆环受安培力指向圆心，则有收缩的趋势，选项D正确。
故选D。
5.【答案】
【解析】【分析】
根据右手定则得出电流的方向和电势的高低；根据法拉第电磁感应定律的计算公式完成分析；根据功率的计算公式结合角速度的变化完成分析。
本题主要考查了电磁感应的相关应用，熟悉法拉第电磁感应定律得出电动势的大小，结合功率的计算公式即可完成分析，难度不大。
【解答】
圆盘转动可等效看成无数轴向导体切割磁感线，若从上向下看圆盘顺时针转动，根据右手定则可知圆盘中心电势比边缘要高，即相当于电源的正极，点电势比点电势高，电流沿到的方向流过电阻，故A正确，B错误；
C.根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势，则感应电动势大小与圆盘半径的平方成正比，故C错误；
D.电流在上的热功率，可见电流在上的热功率与角速度的平方成正比，若圆盘转动的角速度变为原来的倍，则电流在上的热功率变为原来的倍，故D错误。
故选：。
6.【答案】
【解析】
【详解】由图看出，通过的感应电流随时间增大，即感应电动势也随时间增大，根据法拉第电磁感应定律得知，穿过回路的磁通量是非均匀变化的， 图像应是曲线，故A错误；
B.设金属棒长为，由乙图像得
是比例系数。
而
可知加速度 不变，故B错误；
C.由牛顿运动定律知
则
随时间均匀增大，其他量保持不变，故随时间均匀增大，故C正确；
D.通过导体棒的电流
图像为过原点直线，故D错误；
故选C。
7.【答案】
【解析】
【分析】下滑时切割磁感线产生感应电动势，不切割磁感线，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律求解电流强度；根据平衡条件和安培力公式求解杆和杆所受的摩擦力，两个平衡方程结合分析项．
【详解】杆产生的感应电动势；回路中感应电流为： ，故A错误；杆匀速下滑，受力平衡条件，则杆所受的安培力大小为： ，方向沿轨道向上，则由平衡条件得所受的摩擦力大小为： ，故B错误．杆所受的安培力大小也等于，方向垂直于导轨向下，则杆所受摩擦力为： ，故C错误．根据杆受力平衡得： ，则得与大小的关系为： ，即 ，故D正确．故选D．
【点睛】对于双杆问题，可采用隔离法分析，其分析方法与单杆相同，关键分析和计算安培力，再由平衡条件列方程解答．
8.【答案】
【解析】
【详解】根据左手定则可知，电子受洛伦兹力指向后表面，则电子向后表面集聚，则前表面的电势比后表面的高，选项A正确；
B.平衡时自由电子受到的洛伦兹力大小等于电场力大小，则
选项B错误；
根据
可得前、后表面间的电压
则与成正比，与成反比，选项C错误，D正确。
故选AD。
9.【答案】
【解析】
【详解】由右手定则可知，当导体棒沿导轨向下运动时流过电阻的电流方向为由到，故A正确；
B.导体棒所受合力为零，即重力、弹簧弹力与安培力合力为零时速度最大，弹簧伸长量为 时，弹簧弹力为 ，此时导体棒所受合力为安培力，导体棒速度不是最大，故B错误；
C.导体棒最终静止，由平衡条件得
可得此时弹簧伸长量为
由能量守恒定律得
解得
故C正确；
D.若导体棒第一次运动到处时速度为 ，由于此时弹簧弹力与重力分力平衡，则导体棒受到的安培力等于合力，由牛顿第二定律得
又
联立解得
故D错误。
故选AC。
【详解】单杆切割磁感线产生感应电流而导致金属棒受到的安培力为
由题意可知安培力大小不变，故
结合乙图，金属棒不可能做匀加速直线运动，故A错误；
根据题意金属棒所受的安培力大小不变， 处与 处安培力大小相等，有
，
解得
故B正确；
C.金属棒在 处的安培力大小为
对金属棒从 运动到 过程中，根据动能定理有
代入数据解得
故C错误；
D.根据通过导体横截面的电荷量结论有
到 过程中，由图乙可得
所以
故D正确。
故选BD。
10.【答案】
【解析】
【详解】单杆切割磁感线产生感应电流而导致金属棒受到的安培力为
由题意可知安培力大小不变，故
结合乙图，金属棒不可能做匀加速直线运动，故A错误；
根据题意金属棒所受的安培力大小不变， 处与 处安培力大小相等，有
，
解得
故B正确；
C.金属棒在 处的安培力大小为
对金属棒从 运动到 过程中，根据动能定理有
代入数据解得
故C错误；
D.根据通过导体横截面的电荷量结论有
到 过程中，由图乙可得
所以
故D正确。
故选BD。
11.【答案】 向上
【详解】条形磁铁向上移动一小段距离，穿过螺线管的磁通量向下减少，向下移动一小段距离，穿过螺线管的磁通量向下增加，则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，ACD错误，B正确。
故选B。
当磁体向上运动时，穿过螺旋管的磁通量为向下的减少，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。
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AB错误，C正确。
故选C。

【解析】详细解答和解析过程见答案
12.【答案】 右 能
【详解】电流表 的量程为 ，内阻约为 ，被测电阻约为 ，则电流表 的量程选用 ，可使两电流表的指针同时偏转较大角度。
故选C。
实验时，将滑动变阻器的滑片移到最右端，使滑动变阻器输出电压为零，根据题意
即
即
解得
从表达式可以看出，将 代回用 表示电阻关系式，可以求得电流表 内阻值。

【解析】详细解答和解析过程见答案
13.【答案】；
【详解】棒达到最大速度后做匀速直线运动，拉力向左，安培力 向右，二力平衡
其中安培力
根据欧姆定律有
根据法拉第电磁感应定律有
解得
在第 内，根据法拉第电磁感应定律有
根据楞次定律，电流从 到 ，电流的大小为
在运动距离 内
解得
从 到 棒运动距离 的过程，电阻 上产生的焦耳热
解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
14.【答案】 ；
【详解】粒子电量 ，质量 以速度 从 轴射出，轨迹如图所示。
第一次进入从电场 进入磁场的位置到原点 的距离为 ，有



解得

第一次进入磁场的位置到原点 的距离分别为 。
由几何关系有

射入电场速度之比为 。
之比为，由有

联立有
设粒子进入匀强磁场 做圆周运动半径分别为 ， 、 的半径分别为
有

由几何关系，粒子第一次进入磁场的速度

由 比荷关系，联立
有

第一次离开磁场的位置距离原点距离为 ，轨迹如图所示。
由几何关系有


联立得

【解析】详细解答和解析过程见答案
15.【答案】；；
【详解】根据电容的定义式可知
当 棒以最大速度运动，电容器的电荷量为 ，则有
棒历时 从静止到速度 ，由动量定理有
联立解得
当电路中产生的焦耳热最大时， 棒， 棒的速度分别是 ，有
有
从闭合 到达到最大焦耳热，历时 ，对 棒，由动量定理有
解得
此时，整个电路产生焦耳热最大为 ，由能量守恒有
解得

【解析】详细解答和解析过程见答案
第1页，共1页