2023-2024学年黑龙江省哈尔滨重点中学高二（上）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年黑龙江省哈尔滨重点中学高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.下列说法正确的是( )
A. 当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体才可以看成点电荷
B. 电场和电场线一样，是人为设想出来的，其实并不存在
C. 从公式来看，场强大小与成正比，与成反比
D. 根据，当两个点电荷间的距离趋近于零时，电场力将趋向无穷大
2.将一通电直导线置于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，下列四幅图中，磁场方向、电流方向和导线所受安培力方向三者关系正确的是( )
A. B.
C. D.
3.两个电荷量相等的带电粒子，在同一匀强磁场中只受磁场力作用而做匀速圆周运动下列说法中正确的是( )
A. 若它们的运动周期相等，则它们的质量相等
B. 若它们的运动周期相等，则它们的速度大小相等
C. 若它们的轨迹半径相等，则它们的质量相等
D. 若它们的轨迹半径相等，则它们的速度大小相等
4.如图所示，甲、乙为两个独立电源外电路为纯电阻电路的路端电压与通过它们的电流的关系图线，下列说法中正确的是( )
A. 路端电压都为时，它们的内电阻相等
B. 电流都是时，两电源的内电压相等
C. 电源甲的电动势大于电源乙的电动势
D. 电源甲的内阻小于电源乙的内阻
5.如图所示，金属环从条形磁铁的正上方处由静止开始下落，( )
A. 从到，穿过金属环的磁通量减少
B. 从到，金属环受磁场力方向向下
C. 从到，穿过金属环的磁通量增加
D. 从到，金属环不受磁场力的作用
6.如图，在光滑水平桌面上有一边长为、电阻为的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动。时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域。下列图象中，可能正确描述上述过程的是( )
A. B. C. D.
7.如图所示的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，同一粒子先后以不同速率从同一点正对圆心射入磁场，分别从、两点射出，下列说法正确的是( )
A. 点射出的粒子运动半径较小
B. 点射出的粒子速率较大
C. 点射出的粒子运动时间较长
D. 点射出的粒子速度方向反向延长线过点
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.在竖直面内一绝缘正方形环上：、段中点处放有等量正电荷，、段中点处放有等量负电荷，、、、是正方形对角线上四点，它们到中心的距离均相等，则( )
A. 、两点电势相等
B. 、两点电势相等
C. 、两点电场强度大小相等，方向相同
D. 、两点电场强度大小相等，方向相反
9.关于下列四幅课本上的插图的说法正确的是( )
A. 图甲是速度选择器示意图，由图可知，不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的速度
B. 图乙是磁流体发电机结构示意图，由图可以判断出极板是发电机的正极
C. 图丙是质谱仪结构示意图，打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越大
D. 图丁是回旋加速器示意图，要使粒子飞出加速器时的动能增大，可仅增加电压
10.如图所示，倾角的粗糙斜面固定在水平地面上，斜面上间距的两平行虚线和之间有垂直斜面向上的有界匀强磁场，磁感应强度现有一质量，总电阻，边长也为的正方形金属线圈有一半面积位于磁场中，现让线圈由静止开始沿斜面下滑，下滑过程中线圈边始终与虚线保持平行，线圈的下边穿出时开始做匀速直线运动已知，，线圈与斜面间的动摩擦因数为，重力加速度取。下列说法正确的是( )
A. 从开始到线圈完全进入磁场的过程，通过线圈某一截面的电荷量为
B. 线圈做匀速直线运动时的速度大小为
C. 线圈速度为时的加速度为
D. 线圈从开始运动到通过整个磁场的过程中产生的焦耳热为
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
用电压表内阻约为和电流表内阻约为测量一个电阻的阻值约为。要求尽量减小实验误差，应该选择的测量电路是图中的______选填“甲”或“乙”。
一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“”字样。用它测量约电阻的阻值，下列实验步骤正确的操作顺序为______填各实验步骤前的字母。
A.将选择开关置于“”位置
B.将选择开关置于“”位置
C.将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开
D.将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“”
12.某同学用图所示电路探究小灯泡的伏安特性，所用器材有：小灯泡额定电压，额定电流、电压表量程，内阻、电流表量程，内阻、定值电阻、滑动变阻器阻值、电阻箱最大阻值、电源电动势，内阻不计、开关、导线若干。完成下列填空：
闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的______填“”或“”端；
在流过电流表的电流较小时，将电阻箱的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数、，描点结果如图所示。当流过电流表的电流为时，小灯泡的电阻为______保留位有效数字；
为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为，该同学经计算知，应将的阻值调整为______。
由图可知，随着流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻______填“增大”“减小”或“不变”。
四、简答题：本大题共2小题，共24分。
13.如图所示，在倾角为的斜面上，固定一宽的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器。电源电动势，内阻，一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。金属导轨是光滑的，取，要使金属棒在导轨上静止，求：
金属棒所受到的安培力的大小；
滑动变阻器接入电路的有效阻值。
14.如图甲所示，光滑的金属导轨和平行，间距，与水平面之间的夹角，匀强磁场磁感应强度，方向垂直于导轨平面向上，间接有阻值的电阻，质量，电阻的金属棒垂直导轨放置，现用和导轨平行的恒力沿导轨平面向上拉金属杆，使其由静止开始运动，当金属棒上滑的位移时达到稳定状态，对应过程的图像如图乙所示，稳定状态时金属棒以的速度匀速取，导轨足够长。求：
运动过程中、哪端电势高，并计算恒力的大小；
从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，此过程金属杆上产生的焦耳热。
五、计算题：本大题共1小题，共16分。
15.如图所示，在平面直角坐标系内，第二、三象限内存在沿轴正方向的匀强电场，第一、四象限内存在半径为的圆形匀强磁场，磁场方向垂直于坐标平面向外．一个质量 为，带电量为的带正电的粒子从第三象限中的点以速度沿轴正方向射出，恰好从坐标原点进入磁场，从点射出磁场．不计粒子重力，求：
电场强度
从点射出时速度的大小
粒子在磁场与电场中运动时间之比．
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、根据点电荷的定义可知，当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，可以看作点电荷，故A正确；
B、电场是客观存在的，电场线是人为引入的，故B错误；
C、公式采用的是比值定义法，由电场本身决定，与试探电荷无关，故C错误；
D、当两个点电荷间的距离趋近于零时，带电体不能被看作点电荷，公式不再适用，故此时利用公式得出的结论是错误的，故D错误。
故选：。
A、根据带电体能被看作点电荷的条件加以判断即可；
B、利用电场和电场线的定义可知，电场是客观存在的，电场线是人为引入的；
C、根据比值定义法的意义，可知场强与和无关；
D、利用库仑定律的适用条件可以判断该项。
本题考查了比值定义法、点电荷的成立条件和库仑定律的适用条件，以及电场和电场线的理解，在学习时要注意这几个方面。
2.【答案】
【解析】解：根据左手定则可知，选项中的安培力方向竖直向上，选项中的安培力方向水平向左，选项的安培力方向竖直向下，选项的导线不受安培力，故B正确，ACD错误；
故选：。
根据左手定则逐一分析出安培力的方向。
本题主要考查了左手定则的相关应用，能根据左手定则分析出安培力的方向即可，难度不大。
3.【答案】
【解析】解：、据可知，当、、相同时，它们的质量相等，与速度没有关系，故A正确，B错误；
C、根据得：，则当、、相同时，是一个定值，即动量相等，故CD错误。
故选：。
根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期公式和半径公式即可求解．
本题是带电粒子在磁场中运动的问题，要求同学们知道半径公式及周期公式，难度不大，属于基础题．
4.【答案】
【解析】解：甲、乙两图线的交点坐标为，路端电压与干路电流均相等，说明两电源的外电阻相等，故A错误；
D.图线的斜率的绝对值表示电源内阻，图线甲的斜率的绝对值大于图线乙的斜率的绝对值，表明电源甲的内阻大于电源乙的内阻，故D错误；
C.图线与轴交点的坐标值表示电动势的大小，由图线可知，电源甲的电动势大于电源乙的电动势，故C正确；
B.电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积，即，因为电源甲的内阻比电源乙的内阻大，所以当电流都为时，电源甲的内电压较大，故B错误。
故选：。
根据欧姆定律可知外电阻路端电压与电流的关系为，图线与轴交点的坐标值表示电动势的大小，与轴交点的坐标值表示电路中的短路电流，图线的斜率大小表示电源内电阻的大小电动势与短路电流的比值，电源的内电压等于通过电源的电流与电源内阻的乘积，即。
本题利用图象考查了闭合电路欧姆定律，要特别注意图象与两轴交点分别表示电动势和短路电流，图象斜率表示内阻大小。
5.【答案】
【解析】解：、磁感线在条形磁铁的内外形成闭合曲线，磁铁外部的磁感线总数等于内部磁感线的总数，而且磁铁内外磁感线方向相反。而磁铁外部的磁感线分布在无穷大空间，当线圈从到过程中，穿过线圈的磁通量增多，故A错误；
B、从到，穿过金属环的磁通量增多，由楞次定律，可知，感应磁场将会阻碍线圈磁通量变化，因而环受到的磁场力方向向上，故B错误；
C、当从到过程中，线圈中磁铁内部的磁感线多于外部的磁感线，由于方向相反，外部的磁感线要将内部的磁感线抵消一些，随着外部磁感线越来越少，则抵消得越来越少，则磁通量将增加，故C正确；
D、从到，穿过环的磁通量发生变化，则环中会产生感应电流，形成的感应磁场会阻碍线圈磁通量变化的，因此环受到磁场力的作用，故D错误。
故选：。
当穿过线圈的磁感线有相反的两种方向时，要根据抵消后的条数来确定磁通量的大小．磁感线是闭合曲线，磁铁外部与内部磁感线条数相等，而磁铁内外穿过线圈的磁感线方向相反，根据抵消情况确定磁通量的变化；再结合楞次定律的阻碍磁通量变化，从而判定环受的磁场力方向．
本题考查磁通量的概念，掌握楞次定律的应用，理解穿过线圈的磁场方向有两种，磁感线出现抵消，要根据抵消后剩余的磁感线来比较磁通量的大小．注意理解楞次定律的”来拒去留“的内涵。
6.【答案】
【解析】解：线圈以一定初速度进入磁场，则感应电动势为：
闭合电路欧姆定律，则感应电流为：
安培力为：
由牛顿第二定律为：
则有：
由于减小，所以也减小，当完全进入磁场后，不受到安培力，所以做匀速直线运动，当出磁场时，速度与时间的关系与进入磁场相似。
而速度与时间的斜率表示加速度的大小，因此D正确，ABC错误；
故选：。
线圈以一定的初速度进入匀强磁场，由于切割磁感线，所以出现感应电流，从而产生安培阻力，导致线圈做加速度减小的减速运动。当完全进入后，没有磁通量变化，所以没有感应电流，不受到安培力，因此做匀速直线运动，当出现磁场时，磁通量又发生变化，速度与进入磁场相似。
属于力与电综合题，并强调速度与时间的斜率表示加速度的大小，而由牛顿第二定律来确定加速度如何变化。
7.【答案】
【解析】解：、粒子在磁场中运动轨迹如图所示
由图中几何关系可知：点射出的粒子运动半径较小，点射出的粒子运动半径较大；
根据洛伦兹力提供向心力有：，解得：
由此可知点射出的粒子运动速度小，点射出的粒子运动速度大，故AB错误；
C、粒子运动的周期，则粒子在磁场中运动的时间，其中代表圆心角，所以点射出的粒子在磁场中的运动时间较短，故C错误；
D、如图带电粒子在圆形边界磁场中做匀速圆周运动，沿径向射入沿径向射出，由几何关系可以证明，点射出的粒子速度方向反向延长线过点，故D正确。
故选：。
分别画出从、两点射出的粒子轨迹过程图，利用洛伦兹力提供向心力求出半径公式，分析运动半径以及粒子速度大小，利用周期公式结合粒子转过的圆心角判断粒子在磁场中运动的时间的大小关系。利用几何关系可以确定粒子从磁场离开时背向磁场圆的圆心。
本题考查带电粒子在有界磁场中的运动，解题关键是要画出粒子轨迹过程图，运用洛伦兹力提供向心力求出半径公式，注意对称性的运用，粒子沿半径方向入射一定沿半径方向出射，运用粒子在磁场中转过的圆心角，结合周期公式，求解粒子在磁场中运动的时间。
8.【答案】
【解析】解：、四个电荷在、点产生的电场如图所示
根据矢量合成法则，可知、两点合场强大小相等，方向相同，将四个电荷形成的电场看成两组等量异种点电荷电场的受加，所以、之间的电场方向由指向，沿电场线方向电势降落，所以、两点的电势不等，故AD错误；
、四个电荷在、两点形成的电场如图所示
根据矢量合成法则，可知、两点合场强大小相等，方向相同，将四个电荷形成的电场看成两组等量异种点电荷电场的叠加，是两组等量异种电荷连线的中垂线，所以为一条等势线，所以、两点电势相等，故BC正确。
故选：。
根据等量异种电荷等势面分布情况以及叠加原理分析电势关系；根据点电荷场强公式和电场的叠加原理分析电场强度的关系。
本题的关键要灵活选择点电荷的电场，抓住等势线与电场线的对称性，利用电场的叠加原理分析电势与场强关系。
9.【答案】
【解析】解：、电场的方向与的方向垂直，带电粒子进入复合场，受电场力和安培力，且二力是平衡力，即，所以，不管粒子带正电还是带负电都可以匀速直线通过，故A正确；
B、由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，板是电源的负极，板是电源的正极，故B错误；
C、粒子经过加速电场加速后有：。在磁场中做匀速圆周运动时，根据洛伦兹力提供向心力可得：。联立得到：，打在底片上的位置越靠近狭缝，可知越小，比荷越大，故C正确；
D、当粒子的半径达到形盒半径时，根据半径公式，可得最大速度：，故最大动能，与加速电压无关，故D错误；
故选：。
速度选择器是因为达到某一速度的粒子受力平衡做匀速直线运动；
粒子想利用回旋加速器获得更大的动能，需要增大盒子半径；
质谱仪应采取分段分析的方法，即粒子加速阶段，速度选择阶段，在磁场中运动阶段，一般用来分析同位素。
磁流体发电机就是利用带电粒子受洛伦兹力原理。
解答此题的关键是明白各种仪器的工作原理以及用途，根据粒子的受力情况结合带电粒子在电场、磁场中的运动的规律进行分析。
10.【答案】
【解析】解：、根据电荷量的计算公式可得：，代入数据可得： ，故A正确；
B、线圈做匀速直线运动时，沿斜面有：，又，两式联立得：，故B正确；
C、线圈时，对线框沿斜面方向根据牛顿第二定律可得：，代入数据解得：，故C错误；
D、线圈从开始运动到通过整个磁场的过程中，根据能量守恒定律可得：
代入数据可得：，故D错误。
故选：。
根据电荷量的计算公式求解电荷量；沿斜面方向根据平衡条件求解速度大小；对线框沿斜面方向根据牛顿第二定律求解加速度大小；根据能量守恒定律求解产生的焦耳热。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
11.【答案】甲
【解析】解：由于
为了减小实验误差，电流表采用外接法，即选用甲图；
欧姆表测电阻时，欧姆表的指针位于表盘中央附近，测量的误差小；
一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“”字样，用它测量约电阻的阻值，先将选择开关置于“”位置；
每次换挡后，将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向“”；
将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开；
最后将选择开关置于“”位置，故正确的顺序为。
故答案为：甲；。
根据待测电阻、电流表内阻和电压表内阻比值的大小确定电流表的内外接法；
根据欧姆表测电阻的正确实验操作步骤分析作答。
本题主要考查了电流表内外接法的判断方法以及欧姆定测电阻的正确操作步骤，基础题。
12.【答案】 增大
【解析】解：滑动变阻器采用分压式接法，为了保证电路安全，闭合开关前滑动变阻器的滑动片应位于分压电压为零的那端，即端；
在流过电流表的电流较小时，将电阻箱的阻值置零，根据图可知，当电流时，灯泡两端的电压
根据欧姆定律，灯泡电阻
将小量程电压表改装成大量程电压表需要串联一个电阻
根据串联电路电压的分配与电阻的关系
代入数据解得
灯泡的图像如图所示：
图线上的点与坐标原点连线的斜率等于灯泡电阻，由图所示图象可知，随着流过小灯泡电流的增加，图线上的点与坐标原点连线的斜率增大，则灯丝的电阻增大。
故答案为：；；；增大。
滑动变阻器采用分压接法时，为保护电路闭合开关前滑片应置于分压电路分压为零的位置。
根据灯泡的图像读出当时灯泡两端的电压，根据欧姆定律求此时灯泡的电阻；
根据串联电路特点与欧姆定律求出串联电阻阻值；
图线上的点与坐标原点连线的斜率等于灯泡电阻，根据图示图象判断随着流过小灯泡电流的增加其灯丝的电阻如何变化。
本题考查了实验数据处理问题，理解实验原理是解题的前提与关键，分析清楚图示电路结构、应用串联电路特点与欧姆定律即可解题，解题时注意有效数字的保留位数。
13.【答案】解：作出金属棒的受力图：
根据平衡条件，在平行斜面方向，有：；
根据安培力公式：，闭合电路欧姆定律：
解得：。
答：金属棒所受到的安培力的大小为；
滑动变阻器接入电路的有效阻值为。
【解析】金属棒处于静止状态，合理为零，对金属棒受力分析，根据共点力平衡条件列式求解安培力大小；
根据安培力公式和闭合电路欧姆定律联立求解滑动变阻器接入电路的有效阻值。
本题主要考查安培力中的平衡问题，根据共点力平衡和闭合电路欧姆定律解答。
14.【答案】解：由右手定则可判断感应电流由流向，相当于电源的正极，故端电势高；
当金属棒匀速运动时，由平衡条件得
其中
由乙图可知
联立解得
从金属棒开始运动到达稳定，由功能关系可得
两电阻产生的焦耳热与阻值成正比，故金属杆上产生的焦耳热为
联立解得
答：运动过程中端电势高，恒力的大小为；
从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，此过程金属杆上产生的焦耳热。
【解析】由右手定则可判断端电势高；由平衡条件及安培力公式可求得恒力大小；
由功能关系求得从金属杆开始运动到刚达到稳定状态，此过程金属杆上产生的焦耳热。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
15.【答案】解：粒子在电场中做类平抛运动，在磁场中做平抛运动，运动轨迹如图所示；
粒子在电场中做类平抛运动，
轴方向：，
方向：，
解得，电场强度：；
设粒子到达坐标原点时竖直分速度为，
粒子在电场中做类似平抛运动，
方向：
方向：
由得：，
粒子进入磁场时的速度：，
离子进入磁场做匀速圆周运动，粒子速度大小不变，则：；
粒子在磁场中做圆周运动的周期：，
粒子在磁场中的运动时间：
，
粒子在磁场与电场中运动时间之比：；
答：电场强度的大小为；
从点射出时速度的大小为；
粒子在磁场与电场中运动时间之比为：．
【解析】带电粒子在电场中做类平抛运动，应用类平抛运动规律可以求出电场强度．
由运动的合成与分解求出粒子进入磁场时的速度大小．
求出粒子在电场与磁场中的运动时间，然后求出它们的比值．
带电粒子在匀强电场中运动时，要注意应用运动的合成和分解；而在磁场中运动时为匀速圆周运动，在解题时要注意应用好平抛和圆周运动的性质．
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