2023-2024学年福建省福州市鼓楼区重点中学高二（上）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年福建省福州市鼓楼区重点中学高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共4小题，共16分。
1.真空中两个相同的点电荷和，带电量分别为和，相互作用力大小为。若将两球接触后再放回原处，则它们之间的作用力大小将变为( )
A. B. C. D.
2.图甲是某电场中的一条电场线，、是这条电场线上的两点．若将一负电荷从点自由释放，负电荷在电场力作用下沿电场线从到运动过程中的图线如图乙所示．比较、两点电势的高低和场强的大小，可得( )
A. B. C. D.
3.近年来，无线门铃逐渐流行。图甲为某款无线门铃按钮，其“自发电”原理如图乙所示，按下门铃按钮过程磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮磁铁远离螺线管回归原位置。下列说法正确的是( )
A. 按下按钮过程，螺线管上的导线端电势较高
B. 松开按钮过程，螺线管上的导线端电势较低
C. 按住按钮不动，螺线管上的导线两端间仍有电势差
D. 按下和松开按钮过程，螺线管产生的感应电动势大小一定相等
4.如图所示，是竖直平面内圆的一条竖直直径，是该圆的另一条直径，该圆处于匀强电场中，场强方向平行于圆所在平面。从点向各个方向发射动能、电量、质量均相同的带正电小球，小球会经过圆周上不同的点，其中过点的小球的动能最小。忽略空气阻力和小球之间的作用力，则下列说法中正确的是( )
A. 过点的小球的动能和电势能之和最小
B. 过点的小球的动能和电势能之和最小
C. 过点的小球的电势能和重力势能之和最大
D. 可以断定电场方向由点指向圆弧上的某一点
二、多选题：本大题共4小题，共24分。
5.光敏电阻是一种电阻阻值随光照强度变化而变化的元器件，广泛应用于各种控制电路中。如图所示为利用光敏电阻的一种控制电路，其中电源电动势为、内阻为，为光敏电阻光照强度增加时，其电阻值减小，当光照强度增加时，下列判断正确的是( )
A. 电源的总电流增大 B. 两端电压变小 C. 灯变亮 D. 灯变暗
6.如图所示电路中，电源电动势为，内阻为，指示灯的阻值为，电动机线圈电阻为。当开关闭合时，指示灯的电功率为。电流表内阻不计，那么下列说法中正确的是( )
A. 流过电动机的电流为 B. 流过电流表的电流为
C. 电动机输出的机械功率 D. 电源的总功率为
7.如图甲所示，是用来加速带电粒子的同旋加速器的示意图，其核心部分是两个形金属盒．在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能随时间的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间及自身的重力，则下列判断正确的是：( )
A. 在图中应有
B. 加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大
C. 粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大
D. 要想粒子获得的最大动能增大，可增加形盒的面积
8.某匀强电场的电场强度随时间变化的关系图像如图所示以竖直向上为电场强度的正方向，电场范围足够大。时刻，将一质量为、电荷量为的带正电微粒从该电场中距地面足够高的位置由静止释放；时刻，该微粒速度为零。已知重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 时刻，该微粒的加速度大小为
B. 时刻，电场强度大小为
C. 时刻，该微粒的速度为
D. 时间段内，该微粒所受电场力的冲量大小为
三、填空题：本大题共2小题，共8分。
9.如图所示为探究某一电容器所带电荷量和两端电压之间的关系图，该电容器的电容为______，若将该电容器两端的电压从降低到，该过程电容器______填“充电”或者“放电”。
10.如图，过点电荷的直线上有、、三点，，则、两点电势差的绝对值与、两点电势差的绝对值的大小关系为______选填“”“”或“”；将一个电子从点移到点，其电势能减少，若取点的电势为，则点的电势为______。
四、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某同学想通过一个多用电表中的欧姆挡，直接去测量某电压表量程为的内阻大约为几十千欧，该多用电表刻度盘上读出电阻刻度中间值为，欧姆挡的选择开关拨至______挡选填，，，先将红、黑表笔短接调零后，选用图甲中______方式连接选填或。
在实验中，某同学读出如图乙所示欧姆表的读数为______，这时图乙所示电压表的读数为______。
12.导电胶具有粘合和导电功能，在医疗辅助中有广泛应用。某研究性学习小组为探究某种导电胶材料的电阻率，把导电胶装入玻璃管中，导电胶两端通过电阻不计的金属片与导线相连，如图甲所示。
在装入导电胶之前，先用游标卡尺测量玻璃管的内径，如图乙所示，应该用游标卡尺的 选填“”“”或“”进行测量，该玻璃管内径为 。
用多用电表粗略测得该导电胶电阻约为，为精确测量其电阻阻值，现有的干电池组、开关和若干导线及下列器材：
A.电压表，内阻约
B.电流表，内阻
C.定值电阻
D.定值电阻
E.滑动变阻器
由于电流表量程偏小，需要对电流表进行合理改装，改装时应选 填器材前面的序号作为分流电阻。
在答题卡上将图丙中所示的器材符号连线，画出实验电路原理图，要求电压和电流的测量范围尽可能大 。
测出电压表读数、电流表读数、导电胶的直径和两金属电极间的距离，算出该导电胶的电阻率大小。
五、简答题：本大题共1小题，共3分。
13.如图所示，和是电阻不计的平行光滑金属导轨，金属棒与导轨间接触良好，其间距为，右端接一个阻值为的定值电阻。平直部分导轨左边区域有宽度为、方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。质量为、电阻也为的金属棒从高度为处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止。则金属棒穿过磁场区域的过程中，求解：
通过电阻的电流方向和通过金属棒的电荷量；
金属棒产生的焦耳热；
金属棒滑过时的速度。
六、计算题：本大题共2小题，共20分。
14.如图所示，在一足够大的空间内存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小有一个质量的带电小球，用绝缘轻细线悬挂起来，静止时细线偏离竖直方向的夹角取，，，不计空气阻力的作用．
求小球所带的电荷量及电性
如果将细线轻轻剪断，求细线剪断后，小球运动的加速度大小
从剪断细线开始经过时间，求这一段时间内小球电势能的变化量．
15.如图所示，截面边长为的等边三角形容器的三条边均由光滑弹性绝缘壁构成，其内部存在垂直于纸面向里的匀强磁场，小孔是的中点，底边水平放置。的左侧有竖直向下的电场强度为的匀强电场。将一质量为、电荷量为的粒子以一定的初速度从点垂直射入匀强电场，初速度方向平行于，粒子恰好从小孔以速度垂直于边进入容器内的匀强磁场，与器壁次垂直碰撞后碰撞时无能量和电荷量损失仍从小孔垂直于射出运动轨迹为图中虚线。不计粒子重力。求：
匀强磁场的磁感应强度；
粒子从射入电场到射出磁场运动的时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：金属小球和，带电量分别为和，相互作用力大小为，设电荷带电荷量为，则电荷带电荷量为，根据库仑定律，有：
将两球接触后再放回原处，电荷先中和再平分，带电量变为，即，根据库仑定律，有：
故F
故ABC错误，D正确；
故选：。
A、球相互接触后放回原处，距离不变，电荷先中和再平分，再根据库仑定律得到相互作用的库仑力大小与、的关系，用比例法求解。
本题考查运用比例法求解物理问题的能力．对于两个完全相同的金属球，互相接触后电量平分。
2.【答案】
【解析】解：负电子从运动到，由速度时间图线得到负电荷做加速运动，故电场力向右；
：负电荷受到的电场力与场强方向相反，故场强向左，沿场强方向，电势变小，故B点电势较大，即；故B正确，A错误；
：因为图线的斜率变小，故加速度变小，因此电场力变小，所以电场强度变小，即；故C错误，D错误．
故选：．
从速度时间图线得到负电荷做匀加速运动，加速度变小，根据牛顿第二定律得到电场力的变化情况，和电场强度的变化情况；
电势的高低看电场线的指向，沿着电场线电势一定降低．
本题关键通过速度时间图象得到物体的速度变化情况和加速度变化情况，然后判断场强方向和电势大小
3.【答案】
【解析】解：按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左增加，结合楞次定律可知，螺线管上产生的感应电流从流向，则螺线管上的导线端电势较高，故A正确；
B.松开按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左减小，结合楞次定律可知，螺线管上产生的感应电流从流向，螺线管上的导线端电势较高，故B错误；
C.按住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变，则螺线管无感应电动势产生，则上导线两端间无电势差，故C错误；
D.按下和松开按钮过程，时间不一定相等，则磁通量的变化率不一定相等，根据法拉第电磁感应定律可知螺线管产生的感应电动势大小不一定相等，故D错误。
故选：。
按压和松开按键过程，会导致线圈内磁场变化，产生感应电动势，根据楞次定律判断感应电流的方向，从而判断电势的高低；当按下和松开按钮过程，时间不一定相等，则磁通量的变化率不一定相等。
明确电磁感应的概念，知道线圈中磁通量变化，才会有感应电动势，闭合回路电路中才有电流产生。
4.【答案】
【解析】解：、小球在运动过程中受到重力与电场力作用，根据功能关系可知，小球在运动过程中只有重力势能、电势能与动能之间的相互转化，则三种能量之和保持一定，根据图像可知，小球运动到最高点时，克服重力做功最多，即重力势能增加得最多，则过点时小球的动能和电势能之和最小，故A错误，B正确；
C、因为小球过点的动能最小，根据动能定理可知，小球在到达点过程，合力做负功，且在所有合力做负功的路径中，该过程合力所做负功值最大，可知点是等效物理最高点，在点小球所受重力与电场力的合力方向指向圆心，则与点对称的点为等效物理最低点，在点小球所受重力与电场力的合力背离圆心，可知，小球从点运动到点过程中，合力做正功，且在所有合力做正功的路径中，该过程合力所做正功最大，根据动能定理可知小球在点的动能最大，结合上述分析可知，小球在点时，小球的电势能与重力势能之和最小，故C错误；
D、根据上述分析可知，在点小球所受重力与电场力的合力方向指向圆心，重力方向竖直向下，根据矢量合成的特点可知，电场力方向一定由点指向圆弧上的某一点，由于小球带正电，则电场力方向与电场方向相同，所以电场方向由点指向圆弧上的某一点，故D错误；
故选：。
理解小球运动过程中的能量转化关系，结合能量守恒定律完成分析；
根据题意得出小球的等效最低点和等效最高点，从而得出电势能和重力势能最大的位置；
理解等效最高点时小球的受力特点，结合小球的电性得出场强的方向。
本题主要考查了带电物体在电场中的运动，熟悉物体的受力分析，解题的关键点是找到等效最高点，同时掌握过程中的能量转化关系即可完成解答。
5.【答案】
【解析】解：当光照强度增加时，光敏电阻的电阻值减小，故总电路的阻值在减小，根据闭合电路欧姆定律可知电源的总电流增大，故A正确；
电源的总电流增大，根据闭合电路欧姆定律可知，电路的路端电压变小；由欧姆定律可知灯电流变小，故A灯变暗；则流过的电流变大，两端电压变大，故BC错误；
D.电路的路端电压变小，且根据上述分析两端电压变大则灯泡两端的电压变小，故B灯变暗，故D正确。
故选：。
根据光照强度增加，光敏电阻的电阻值减小，结合闭合电路欧姆定律分析求解。
本题考查了闭合电路欧姆定律，正确分析电路结构，熟练掌握电压，电流和电阻之间的关系是解决此类问题的关键。
6.【答案】
【解析】解：、根据可得指示灯两端的电压大小为，根据闭合电路的欧姆定律可得，通过电流表的电流为，故B错误；
A、通过指示灯的电流为，所以通过电动机的电流为，故A错误；
D、电源的总功率为，故D正确；
C、电动机输出的机械功率为，故C正确。
故选：。
先计算出指示灯两端的电压，然后根据闭合电路的欧姆定律即可得到干路电流；然后根据欧姆定律得到通过指示灯的电流和通过电动机的电流；根据功率公式得到电源消耗的总功率和电动机的输出功率。
本题考查的是并联电路的电流特点、闭合电路的欧姆定律以及电动机的功率问题，基础题。
7.【答案】
【解析】解：、根据周期公式知，粒子的回旋的周期不变，与粒子的速度无关，所以故A正确。
B、、、根据半径公式知，，则粒子的最大动能，与加速电压、加速的次数无关，与形盒的半径以及磁感应强度有关。故B、C错误，D正确。
故选：。
交流电源的周期必须和粒子在磁场中运动的周期一致，由周期公式和半径公式进行判断．
本题考查了回旋加速器的原理，特别要记住粒子获得的最大动能是由型盒的半径决定的．
8.【答案】
【解析】解：根据图像可知， 时间段内，电场强度与时间成线性关系，由于粒子所受电场力大小为可知，电场力与时间也成线性关系，则电场力随时间变化的图像与时间轴所围几何图形的面积表示电场力的冲量，根据动量定理有
解得，，微粒的加速度大小为
得，故B错误，A正确；
D.根据上述，由于电场强度与时间成线性关系，则电场力与时间也成线性关系，则电场力随时间变化的图像与时间轴所围几何图形的面积表示电场力的冲量，时间轴上方的面积表示的冲量与时间轴下方的面积表示的冲量方向相反，根据数学函数规律可以解得时间段内，图像与时间轴交点坐标为，则该微粒在时间段内，所受电场力的冲量大小为
故D错误；
C.根据上述，时间段内，微粒所受电场力的冲量大小为
由于时刻，微粒速度为，则时间段内，合力的冲量等于重力的冲量，根据动量定理有
得 时刻微粒速度为
，故C正确。
故选：。
根据动量定理和牛顿第二定律列式求解电场强度和加速度大小；
根据图像函数知识推导时间内图线和横轴的交点坐标，由冲量定义和动量定理列式联立求解。
考查动量定理、冲量结合图像共同分析物体的受力情况和运动情况的问题，会根据图像进行列式计算。
9.【答案】 放电
【解析】解：根据电容定义式：
可得该电容器的电容为：
若将该电容器两端的电压从降低到，则电容器电荷量减小，该过程电容器放电。
故答案为：，放电。
根据求解电容，根据求解电荷量的变化量。根据分析电容器所带电荷量的变化情况，从而确定电容器的工作状态。
本题关键要掌握电容器电容的定义式，同时要知，并能熟练运用。
10.【答案】
【解析】解：点电荷的场强为非匀强电场，段的平均场强比段的要大，根据，可知
点的电势为，因此点的电势能为零，又因为电子从点移到点，其电势能减少，可知点电势能：，
又，得。
答：和之间关系为；点的电势为。
结合匀强电场场强公式以及电势能的定义式可分析。
本题考查学生对匀强电场强度以及电势能公式应用，其中在应用电势能公式过程中，易错点为忽略电子带负电。
11.【答案】
【解析】解：当欧姆表的指针指在中间位置附近时，测量值较为准确，根据读数规则：示数倍率读数，可知，应选择的挡；欧姆表的正极插孔与内部电源的负极相连，与电压表构成一闭合回路，电流从负极流出，进入电压表的正极，所以选择图A正确；欧姆表的读数为：；电压表的读数为，由题意知欧姆表的内阻为，与电压表的内阻串联，图乙所示电压表的读数为；
故答案为：，；，。
根据欧姆表的读数规则结合电压表的内阻大概数值选择合适的倍率，由欧姆表的内部结构判断外部的表笔的接法；根据欧姆表和电压表的读数规则完成相应的读数。
考查欧姆表的使用和读数问题，根据题意完成相应的操作进行准确的测量。
12.【答案】 见解析
【解析】解：在装入导电胶之前，先用游标卡尺测量玻璃管的内径，应该用游标卡尺的测量爪进行测量。
游标卡尺的最小分度值为，该玻璃管内径为
估测电路可达到的最大电流为
应并联一个分流电阻，其阻值为
故改装时应选C作为分流电阻。
由于改装后的电流表内阻已知，直接与导电胶串联，电压表测量他们的总电压，由于滑动变阻器最大阻值较小，应采用分压式接法，电路如图所示
故答案为：，；；见解析。
根据游标卡尺的使用方法判断，明确游标卡尺的最小分度值后读数；
估算最大电流改装电流表；选择滑动变阻器的接法画出电路图。
本题考查探究某种导电胶材料的电阻率实验，要求掌握实验原理、实验电路、实验步骤和数据处理。
13.【答案】解：根据右手定则可知通过金属棒的电流，则电阻的电流方向为；
根据电荷量的计算公式可得通过金属棒的电荷量为：；
根据功能关系可得回路中产生的热量为：
根据焦耳定律控制下金属棒初速度焦耳热为总热量的一半，所以金属棒产生的焦耳热为：；
金属棒滑过整个磁场区域时，选择向右的方向为正方向，根据动量定理可得：
金属棒滑过时，选择向右的方向为正方向，根据动量定理可得：，即：
其中，，而：
联立解得：，方向向右；
答：通过电阻的电流方向为；通过金属棒的电荷量为；
金属棒产生的焦耳热为；
金属棒滑过时的速度大小为，方向向右。
【解析】根据右手定判断电阻的电流方向，根据电荷量的计算公式可得通过金属棒的电荷量；
根据功能关系、焦耳定律求解金属棒产生的焦耳热；
根据动量定理结合电荷量的计算公式进行解答。
对于安培力作用下导体棒的运动问题，如果涉及电荷量问题，常根据动量定理结合法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律列方程进行解答。
14.【答案】解：小球受到重力、电场力和绳的拉力的作用，由共点力平衡条件有：
解得：
电场力的方向与电场强度的方向相同，故小球所带电荷为正电荷；
剪断细线后，小球做匀加速直线运动，设其加速度为，由牛顿第二定律有：
解得：
在的时间内，小球的位移为：
小球运动过程中，电场力做的功为：
所以小球电势能的变化量减少量为：
答：小球所带的电荷量为，电性为正；
细线剪断后，小球运动的加速度大小为；
从剪断细线开始经过时间，这一段时间内小球电势能的减少量为。
【解析】小球处于静止状态，分析受力，根据电场力与场强方向的关系判断电性。
将细线突然剪断小球将沿细线方向做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律列式求解加速度；
根据运动学公式求解出小球的位移；然后根据电势能的减小量等于电场力的功列式求解。
本题是带电体在电场中平衡问题，分析受力情况是解题的关键，并能根据受力情况判断此后小球的运动情况。
15.【答案】解：粒子在电场中做类平抛运动，将粒子经过点的速度分解到水平方向和竖直方向，如图所示
由几何关系得：
代入数据解得：
根据几何关系可知，粒子在磁场中的轨道半径为
由洛伦兹力提供向心力得：
联立解得：
粒子在电场中从到做类平抛运动，由牛顿第二定律得：
竖直方向有：
联立解得：
粒子在磁场中做圆周运动的周期为
在磁场中偏转一次所需时间为
即
粒子在磁场中运动的时间为
粒子从射入电场到射出磁场所用时间为
答：匀强磁场的磁感应强度为；
粒子从射入电场到射出磁场运动的时间为。
【解析】粒子在电场中做类平抛运动，水平方向为匀速直线运动，竖直方向做匀加速直线运动，将粒子经过点的速度分解到水平方向和竖直方向，结合几何关系求解粒子的初速度，粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力求解磁感应强度的大小；
根据运动学公式和牛顿第二定律求解即可。
本题考查带电粒子在组合场中的运动，解题关键是分析好粒子的受力情况和运动情况，结合牛顿第二定律和运动学公式列式求解即可。
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