福建省福州市重点学校2023-2024学年高二（上）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共4小题，共16分。
1.复印机的核心部件是有机光导体鼓，它是在一个金属圆柱表面涂盖一层有机光导体没有光照时是绝缘体，受到光照时变成导体而制成的复印机的基本工作过程是：在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，使转动鼓体均匀带上正电荷文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像，鼓上形成“静电潜像”鼓体转动经过墨粉盒，潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位鼓体继续转动经过复印纸，带电复印纸又将墨粉吸引到复印纸上以下说法正确的是( )
A. 步骤中发生了静电感应现象 B. 步骤中发生了局部导电现象
C. 步骤中发生了静电平衡现象 D. 步骤中发生了静电屏蔽现象
2.无线电技术的发展，极大地方便了人们的生活．在无线电技术中，常有这样的要求，即一个线圈中电流变化时对另一个线圈中的电流影响最小．如图两个线圈安装位置的图中，最符合该要求的是( )
A. B. C. D.
3.如图所示，在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环．在此圆环的形状由正方形变成圆形的过程中( )
A. 环中有感应电流，方向为逆时针方向 B. 环中有感应电流，方向为顺时针方向
C. 环中磁通量增大 D. 环中磁通量减小
4.无限大带电平面周围电场线的分布如图甲所示，平行板电容器周围电场线的分布如图乙所示。乙图中为一条平行于极板的直线，下列说法正确的是( )
A. 电容器极板带电荷量越大，两板之间的电场越接近匀强电场
B. 电容器极板面积越大，两板之间的电场越接近匀强电场
C. 乙图中、两点的电势满足
D. 乙图中、两点的电势相同
二、多选题：本大题共4小题，共24分。
5.如图甲所示，一个条形磁铁固定在水平桌面上，以的右端点为原点，中轴线为轴建立一直角坐标系，一个灵敏的小磁针黑色端为极放置在轴上不同位置，设与轴之间的夹角为，实验测得与之间的关系如图乙所示，已知该处地磁场方向水平，磁感应强度大小为，下列说法正确的是( )
A. 的右端为极
B. 的中轴线与地磁场方向平行
C. 在处产生的磁场的磁感应强度大小为
D. 处合磁场的磁感应强度大小为
6.日本原子能公司所属敦贺湾电站由于水管破裂导致国徽冷却剂外流，在检测此重大事故中应用了非电量变化冷却剂外泄使管中液面变化转换为电信号的自动化测量技术。如图所示是一种测定导电液体深度的装置；包着一层电介质的金属棒与导电液体形成一个电容器，电容量的变化能反映液面的升降情况，则下列叙述中正确的是( )
A. 电容增大反映增大
B. 电容增大反映减少
C. 将金属棒间的电压和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映减小
D. 将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，液体深度变化时导电液与金属棒间的电压增大反映增大
7.如图所示，在水平面内有一块均匀的长方形金属块样品，长为，宽为，高为，放在垂直于纸面沿方向向里的匀强磁场中，如果沿方向通以水平向右的电流时，此时金属块的电阻为，那么，下列说法中正确的是( )
A. 沿方向的电阻率为 B. 沿方向的电阻为
C. 金属块上表面的电势等于下表面的电势 D. 金属块上表面的电势低于下表面的电势
8.多选如图所示，半径为的弹性螺旋线圈内有垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，磁场区域的半径为，已知弹性螺旋线圈的电阻为，线圈与磁场区域共圆心，则以下说法中正确的是( )
A. 保持磁场不变，线圈的半径由变到的过程中，有逆时针方向的电流
B. 保持磁场不变，线圈的半径由变到的过程中，有顺时针方向的电流
C. 保持半径不变，使磁场随时间按变化，线圈中的电流为
D. 保持半径不变，使磁场随时间按变化，线圈中的电流为
三、填空题：本大题共4小题，共8分。
9.用游标卡尺测得某样品的长度如图所示，其读数______；用螺旋测微器测得该样品的外边长如图所示，其读数______．
10.如图所示是演示自感现象的实验电路图，是电感线圈，、是规格相同的灯泡，的阻值与的电阻值相同．当开关由断开到合上时，观察到自感现象是______先亮，______后亮，最后达到同样亮．
11.把长的导体棒置于磁感应强度的匀强磁强中，使导体棒和磁强方向垂直，如图所示．若导体棒的电流，方向向右，则导体棒受到的安培力大小 ______，安培力的方向为竖直向______选填“上”或“下．
12.如图所示，矩形线框在竖直平面内从静止开始下落，若线框在进入磁场过程中速度增大，则在该过程中线框下落的加速度______填“增大”、“减小”或“不变”
四、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.某实验小组为了精确测量未知电阻的阻值，操作如下。
用多用电表的欧姆挡粗测的阻值，将多用电表的选择开关调至欧姆挡“”挡位，欧姆调零后进行测量，发现指针偏转角度太大，应将多用电表的选择开关调至欧姆挡“________”填“”或“”挡位，再次欧姆调零后进行测量，表盘指针如图甲所示，该电阻的阻值为________。
为进一步精确测量该电阻的阻值，该小组同学设计了如图乙所示的电路图，其中、为定值电阻，为电阻箱，为待测电阻，为刻度在表盘中央的灵敏电流计。连接好电路，并进行下列操作。
闭合开关前，滑动变阻器的滑片应调至________填“”或“”端。
闭合开关，调整滑动变阻器滑片的位置，若灵敏电流计中的电流由流向，应________填“增大”或“减小”电阻箱的阻值，直到中的电流为。
读出电阻箱连入电路中的电阻，则未知电阻的表达式________用、、表示。
14.某同学要描绘一个标有“”小灯泡的伏安特性曲线，现有电源电动势，内阻不计、开关和导线若干。其他可供选用的器材如下：
A.电流表，内阻为
B.电流表，内阻为
C.滑动变阻器
D.电阻箱
E.电阻箱
为减小测量误差并便于操作，在实验中应选用电流表________和电阻箱________选填器材前的字母，改装为一个量程合适的电压表；
在下面图甲方框内画出实验原理图，并将对应的器材名称如、标注在其电学符号旁边；
实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。如果将这个小灯泡接到电动势为、内阻为的电源两端，小灯泡消耗的功率是________结果保留两位有效数字；
实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，小灯泡两端的电压及小灯泡消耗的功率也随之变化。下列各示意图中正确反映关系的是________。
五、简答题：本大题共3小题，共38分。
15.长为的轻质绝缘细线一端悬于点，另一端系一质量为、电荷量为的小球可视为质点。如图所示，在空间施加沿水平方向的匀强电场，小球静止在点，此时细线与竖直方向夹角为。已知，，电场的范围足够大，重力加速度为。
求匀强电场的电场强度大小。
求、两点间的电势差；
保持细线始终张紧，将小球从点拉起至与点处于同一水平高度的点。将小球由点静止释放，求小球运动至点时速度的大小。
16.如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨、竖直放置，其宽度，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端与之间连接阻值为的电阻，质量为、电阻为的金属棒紧贴在导轨上．现使金属棒由静止开始下滑，下滑过程中始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离与时间的关系如图乙所示，图象中的段为曲线，段为直线，导轨电阻不计，忽略棒运动过程中对原磁场的影响，求：
磁感应强度的大小；
金属棒在开始运动的第内，通过电阻的电荷量；
金属棒在开始运动的第内，电阻上产生的热量．
17.如图所示，真空中有一坐标系，在的空间存在沿轴正方向的匀强电场图中未画出，在的空间存在磁感应强度大小为、方向沿轴负方向的匀强磁场图中未画出，在、的空间存在沿轴正方向的匀强电场图中未画出，两处电场的电场强度大小相等。一质量为、电荷量为的带电微粒从处由静止开始运动，其坐标第一次为零时恰好经过原点。重力加速度大小为。求；
匀强电场的电场强度大小；
在空间中运动时，微粒的最大动能；
微粒从离开到其坐标第二次为零经历的时间；
在空间，微粒的坐标第二次正的最大值时的位置坐标。
答案和解析
1.【答案】
【解析】【分析】
静电复印机是利用静电正、负电荷能互相吸引的原理制成的，根据其原理分析即可。
本题属于信息题目，考查静电复印机原理，应明确硒鼓带正电，墨粉带负电，明确题目提供的条件是解答的关键。
【解答】
A.步骤中在暗处的有机光导体鼓和一个金属丝电极之间加上高电压，金属丝附近空气发生电离，使转动鼓体均匀带上正电的过程发生了电离现象，不是静电感应现象，故A错误；
B.步骤中文件反射的强光通过光学系统在鼓上成像，有机光导体受到光照时变成导体，鼓上形成“静电潜像”；发生了局部导电现象，故B正确；
C.步骤中潜像将带相反电荷的墨粉吸引到鼓体带电部位属于静电吸引，不是静电平衡，故C错误；
D.步骤中带电复印纸将墨粉吸引到复印纸上，属于静电吸引，不是静电平衡，故D错误。
故选：。
2.【答案】
【解析】解：在装置中，两线圈正交放置，当一个线圈电流变化时，产生的变化磁场不通过另一个线圈，对另一个线圈无影响．故D正确，、、C错误．
故选：．
当一个线圈中有电流变化时，在其周围会产生变化的磁场，会影响临近线圈中的电流．对照感应电流产生的条件进行分析．
解决本题的关键掌握感应电流产生的条件，知道当通过某一个线圈中的磁通量变化时，会产生感应电流．
3.【答案】
【解析】解：导线周长不变的情况下，由正方形变成圆形，闭合面积将增大，即向里的磁通量增大，根据楞次定律感应电流的磁场应该向外，则由右手定则感应电流的方向为逆时针，即环中有感应电流，故A正确，BCD错误；
故选：．
由数学知识知导线周长不变的情况下，由圆变成正方形，闭合面积将减少，然后根据楞次定律和右手定则判断感应电流的方向．
本题考查了楞次定律的应用，另外要知道周长一定的情况下圆的面积是最大的．
4.【答案】
【解析】【分析】
根据甲图可知，平行板电容器面积越大，越趋于无限大平板，两板之间的电场越接近匀强电场，与电荷量无关；根据沿着电场线的方向电势降低判断、两点的电势关系。
【解答】
B.面积越大，越趋于无限大平板，两板之间的电场越接近匀强电场，故 B正确；
A.对于有限大平板而言。除了中心钱上的点，其他点都无法做到完全对称，也就无法消除平行板方向的电场，也就是说有限大的平板不可能形成匀强电场，所以无论板间距离、带电量怎么变化都不可能地接近匀强电场，故 A错误；
等势面与电场线垂直，由图可知，这部分电场不是匀强电场，但为一条平行于极板的直线，根据沿着电场线的方向电势降低可知，故CD错误。
5.【答案】
【解析】解：B.根据题意，当趋向无穷大时，小磁针所指的方向为地球的磁场的方向，由图乙可知，趋向无穷大时，趋向，则趋向，即地磁场方向沿方向，与的中轴线垂直，故B错误
由图甲，结合分析可知，在轴上的磁场方向沿方向，则的右端为极，设在处产生的磁场的磁感应强度大小为，结合图乙，由几何关系有
解得
故AC正确
D.结合分析，由几何关系可得，处合磁场的磁感应强度大小为
故D错误。
故选AC。
磁场是客观存在的特殊物质形态，我们感觉不到，但可通过小磁针来体现。小磁针极的受力方向即为磁场方向，或磁感线在该点的切线方向为磁场方向。
解决本题能灵活运用正交分解法分析得出磁体所产生的磁感应强度水平分量与地磁场的关系，可以根据自己积累的经验，由力的合成与分解的方法进行类比。
6.【答案】
【解析】解：、导电液和金属棒是电容的两个极，，变化相当于正对面积变化，增大增大电容增大，减小减小电容减小，故A正确，B错误。
、将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，电容器电量不变，根据，电压增大减小，减小减小，故C正确，D错误。
故选：。
题中，电介质的金属棒与导电液体形成一个电容器，液面的升降情况反映两极正对面积的变化情况，根据电容的决定式分析电容与的关系。将金属棒和导电液体分别接电源两极再断开后，电容器的电量不变，由电容的定义式分析电容的变化，根据液体深度变化确定的变化。
本题与平行电容器类似，根据电容的定义式和决定式结合进行分析。
7.【答案】
【解析】解：、沿方向测得的电阻为，根据电阻定律，即有，
那么电阻率为；
根据电阻定律，那么沿方向的电阻；故A正确，B错误。
、根据左手定则知，电子向上表面偏转，则上表面带负电，下表面带正电，即金属块上表面的电势比下表面电势低，故D正确，C错误；
故选：。
根据电阻定律，结合方向测得的电阻为，即可求解沿方向的电阻率和电阻；
根据左手定则判断电子的偏转方向，从而确定金属块上下表面电势的高低．
考查电阻定律的应用，知道电阻率的含义，掌握公式中与的求法，注意不同电流方向的与的不同．关键掌握左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡．
8.【答案】
【解析】根据磁通量的定义可知，当线圈的半径由变到的过程中，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈内产生逆时针方向的感应电流，故A正确；同理，保持磁场不变，线圈的半径由变到的过程中，穿过线圈的磁通量不变，根据感应电流的产生条件可知，线圈内没有感应电流，故B错误；保持半径不变，使磁场随时间按变化，根据法拉第电磁感应定律可知，，根据欧姆定律可知，线圈中的电流，故C正确，D错误。
9.【答案】；。
【解析】解：、游标卡尺的主尺读数为，游标尺上第个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为，所以最终读数为：．
、螺旋测微器的固定刻度为，可动刻度为，所以最终读数为，由于需要估读，最后的结果可以在之间．
故答案为：，
解决本题的关键掌握游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读．螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读．
对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理，要能正确使用这些基本仪器进行有关测量．
10.【答案】
【解析】解：当开关由断开到合上时，电阻不产生自感现象，灯立即正常发光．
而电感电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律得知，自感电动势阻碍电流的增大，使得电路中电流只能逐渐增大，所以闭合开关的瞬间，通过灯的电流小于通过灯的电流，灯逐渐变亮，即灯先亮，灯后亮．
故答案为：，．
与的直流电阻相等说明闭合开关达到稳定后两灯均可以正常发光；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．
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．
11.【答案】 上
【解析】解：长的导体棒垂直置于磁感应强度的匀强磁强中，则导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可得：安培力方向竖直向上．
故答案为：；上
通电导线在磁场中的受到安培力作用，由公式求出安培力大小，由左手定则来确定安培力的方向．
学会区分左手定则与右手定则，前者是判定安培力的方向，而后者是判定感应电流的方向．
12.【答案】减小
【解析】解：假设进入磁场时的速度为，则安培力为：；
由题意可知，物体速度增大，则说明此时重力大于安培力；物体做加速运动，增大后安培力增大，则合外力减小，加速度减小，故物体做加速度逐渐减小的加速运动，
故答案为：减小
由题意分析线框的受力情况和运动情况，明确安培力与速度间的关系，再根据牛顿第二定律可明确加速度的变化情况．
本题是电磁感应与力学知识的综合，安培力是联系电磁感应和力学的桥梁，安培力的分析和计算是解题的关键，同时要注意结合受力分析和牛顿第二定律等规律进行分析求解．
13.【答案】；或；；增大；。
【解析】【分析】
欧姆表读数为格数乘以倍率，指针偏转角度太大，应换小倍率；
被测电路为电桥电路，根据、两点电势相等时求解。
本题主要考查欧姆表的使用及电桥法测电阻，知道实验原理是解题的关键点。
【解答】
指针偏转角度太大，欧姆表读数太小，说明选用的倍率偏大，应换小倍率“”挡；更换倍率调零后读数为。
闭合开关前，为了保证灵敏电流计安全，调整滑动变阻器滑片使被测电路的电压最小，所以滑片应置于端；
由电路图可知，被测电路为电桥电路，灵敏电流计中的电流由流向时，说明点的电势高于点的电势，所以应增大，增加的分压；
当灵敏电流计的电流为时，电阻关系有，故。
故答案为：；或；；增大；。
14.【答案】； ；
；
。

【解析】【分析】
根据灯泡额定电流选择电流表，根据安全和准确性原则选择滑动变阻器， 根据实验要求和实验原理画出实验原理图， 在灯泡的图象坐标系内作出电源的图象，根据图象求出灯泡两端电压与通过灯泡的电流。
本题考查了实验器材的选择、求灯泡的实际功率，要掌握实验器材的选择方法，求灯泡实际功率时要注意图象法的应用，要掌握应用图象法处理实验数据的方法。
【解答】
由可知，灯泡的额定电流为，故电流表选择测量流过灯泡的电流，改装后的电压表量程至少为，此时电压表的内阻，所以需要选择电流表和电阻箱串联，故选BE；
实验原理图如下：为能从开始调节，滑动变阻器分压连接，电阻箱和电流表组成电压表，因两个电流表的内阻已知，所以内外接法均可。
在表示小灯泡的图象中画出表示电源的，图象如图所示，
读出两图线交点坐标为：，，所以小灯泡消耗的功率为：；
根据小灯泡的伏安特性曲线可知，小灯泡的电阻随电压增大而增大，结合可知，图象的斜率越来越小，故A正确，BCD错误。
故选A。
15.【答案】解：小球静止在点时受力平衡
根据平衡条件
解得，方向水平向左；
、两点沿电场线方向距离
根据电势差与场强的关系
解得：
小球从点运动至点的过程中
根据动能定理
解得
答：匀强电场的电场强度大小为，方向水平向左。
、两点间的电势差为；
小球运动至点时速度的大小为。
【解析】根据正电荷所受电场力的方向与电场强度方向相同判断场强的方向，根据小球受力平衡列式求场强的大小；
根据匀强电场中电势差与场强的关系求电势差；
将小球从点沿圆弧缓慢向左拉起至与点处于同一水平高度过程中，对小球根据动能定理列式求拉力做的功。
解答本题的关键是熟悉电场的基本性质，知道匀强电场中电势差与场强的关系式注意指的是两点间沿着电场方向的距离，此外还要能灵活应用动能定理求变力做的功。
16.【答案】解：根据图象可得：后金属棒达到了最大速度，最大速度为：
由已知条件金属棒达到最大速度时受到的安培力等于重力，则有：
又
联立得：
可得：
金属棒在开始运动的内，金属棒的重力势能减小转化为金属棒的动能和电路的内能．
设电路中产生的总焦耳热为，根据能量守恒定律得：
所以：
则电阻上产生的热量：
答：磁感应强度的大小为；
金属棒在开始运动的第内，通过电阻的电荷量为；
金属棒在开始运动的第内，电阻上产生的热量为．
【解析】由题，图象段为直线，说明从时开始金属棒做匀速直线运动，速度达到最大，由图线的斜率求出速度，由已知条件金属棒达到最大速度时受到的安培力等于重力，求出磁感应强度的大小．
根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律求出通过的电荷量．
根据能量守恒定律和焦耳定律求解金属棒在开始运动的内，电路中产生的总热量，再求出电阻上产生的热量．
电磁感应问题往往从两个角度研究：一是力，关键是安培力的分析和计算，是常用的经验公式，要会推导并记牢．二是从能量的角度，关键分析能量如何转化．
17.【答案】解：微粒从向运动过程。重力与电场力的分合力沿方向，即
解得：
设微拉从点进入磁场时，速度大小为，根据速度位移公式可得：
沿、方向的分速度大小相等，则
微粒所受洛伦兹力沿方向的分力方向向上，大小为：
即微粒在轴下方磁场中的运动，可分解为沿方向的匀速运动和平面的匀速圆周运动，设圆周运动的半径为，根据牛顿第二定律可得：
转过四分之一圆周时，微粒的速度方向沿轴正方向，此时速度最大，为
激粒的最大动能为
解得：
微粒从到的运动，根据匀变速直线的运动学公式得：
微粒从到再次经轴的时间为圆周运动的半个周期，时间为：
微粒从离开开始到其坐标第二次为零经历的时间为：
沿方向有
坐标正最大为，即
沿方向有
其中
整理得
即微粒的位置坐标。
答：匀强电场的电场强度大小为；
在空间中运动时，微粒的最大动能为；
微粒从离开到其坐标第二次为零经历的时间为；
在空间，微粒的坐标第二次正的最大值时的位置坐标为。
【解析】根据对粒子的受力分析得出场强的大小；
根据牛顿第二定律和运动学公式得出微粒的最大动能；
根据运动学公式得出微粒对应的运动时间；
根据微粒不同方向上的运动特点得出对应的位置坐标。
本题主要考查了带电粒子在磁场中的运动，熟悉粒子的受力分析，结合牛顿第二定律和运动学公式即可完成解答。