2023-2024学年安徽省马鞍山市第二中学高二（下）开学考试物理试卷（含解析）

2023-2024学年安徽省马鞍山市第二中学高二（下）开学考试物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.关于电磁波及电磁感应现象，下列说法正确的是( )
A. 电磁波只是一种描述方式，不是真正的物质
B. 用微波炉加热食物是利用了微波具有能量的性质
C. 奥斯特最早发现了电磁感应现象
D. 穿过闭合导体回路有磁通量时，回路中就会产生感应电流
2.一根粗细均匀的金属导线阻值为，两端加上恒定电压时，通过金属导线的电流强度为，金属导线中自由电子定向移动的平均速率为。若将该金属导线对折一次，使其长度变为原来的一半，仍给它两端加上恒定电压，则下列说法正确的是( )
A. 此时金属导线的阻值为 B. 此时通过金属导线的电流为
C. 此时自由电子定向移动的平均速率为 D. 此时自由电子定向移动的平均速率为
3.如图所示，面积为的匝闭合线圈水平放置，处在磁感应强度为的匀强磁场中，线圈平面与磁场磁感应强度的夹角为。现将线圈以边为轴以角速度按顺时针转动，则( )
A. 线框水平时，线框中磁通量为
B. 线框转动过程中，线框中磁通量变化量为
C. 线框转动过程中，感应电流先沿后沿
D. 线框转动过程中，线框中平均电动势为
4.如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在其左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线，当导线通以垂直纸面向里方向的电流时，下列判断正确的是( )
A. 磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用
B. 磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用
C. 若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，则磁铁对桌面的压力会减小
D. 若将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，则磁铁对桌面的压力会增大
5.如图所示，半径为的小圆与半径为的圆形金属导轨拥有共同的圆心，在小圆与导轨之间的环形区域存在垂直于纸面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场。现将一长度为导体棒置于磁场中，让其一端点与圆心重合，另一端与圆形导轨良好接触。在点与导轨间接入一阻值为的电阻，导体棒以角速度绕点沿逆时针方向做匀速圆周运动，其他部分电阻不计。下列说法正确的是
A. 导体棒点的电势比点的电势高
B. 电阻两端的电压为
C. 在导体棒旋转一周的时间内，通过电阻的电荷量为
D. 在导体棒旋转一周的时间内，电阻产生的焦耳热为
6.如图所示，轻质细杆两端固定两个质量不相等的小球、，小球置于光滑的水平地面上，从图示位置，静止释放球，下列说法正确的是( )
A. 球落地的瞬间，球的速度不为
B. 在球落地前的整个过程中，球的机械能守恒
C. 在球落地前的整个过程中，轻杆对球的冲量不为
D. 在球落地前的整个过程中，轻杆对球做的总功不为
7.如图所示，有一等腰直角三角形的匀强磁场区域，其直角边长为，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为一边长为、总电阻为的正方形导线框，从图示位置开始沿轴正方向以速度匀速穿过磁场区域．取沿的感应电流为正，则图中表示线框中电流随边的位置坐标变化的描述正确的是( )
A. B.
C. D.
8.如图所示，两足够长的光滑平行导轨固定在同一水平面上，虚线与导轨垂直，其左、右侧的导轨间距分别为和且整个装置处在竖直向下的匀强磁场中。左、右两侧的磁感应强度大小分别为和，且在两侧导轨上分别垂直放置两根接入阻值为和的平行金属棒和，系统静止。某时刻对棒施加一个水平向右的恒力，两金属棒在向右运动的过程中，始终与导轨垂直且接触良好，棒始终未到达处，则下列判断正确的是( )
A. 最终两棒以不同的速度匀速运动
B. 最终两棒以相同的速度匀速运动
C. 安培力对棒所做的功大于棒的动能增加量
D. 外力做的功等于两棒的动能增加量和回路中产生的焦耳热
二、多选题：本大题共2小题，共12分。
9.两带电油滴在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场正交的空间做竖直平面内的匀速圆周运动，如图所示，则两油滴一定相同的是( )
A. 带电性质 B. 运动周期 C. 运动半径 D. 运动速率
10.粒子风洞是国之重器，是民族复兴之器如图甲所示是风洞用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，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，则下列判断中正确的是( )
A. 在图像中应有
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
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某同学在做“验证动量守恒定律”的实验，装置如图所示。
按图装置进行实验，以下测量工具中必需的是______。
A.刻度尺 弹簧测力计 天平 秒表
为正确完成本实验，必须要求的条件是______。
A.两小球碰撞时，球心必须在同一高度上
B.在一次实验中，入射球可以从不同的位置由静止滚下
C.入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同
D.斜槽轨道末端的切线必须水平
某次实验中得出的落点情况如图所示，忽略本次实验的误差，则入射小球质量和被碰小球质量之比为_____。
12.某实验小组要测量一段粗细均匀的金属丝的电阻率。


用螺旋测微器测待测金属丝的直径如图甲所示，可知该金属丝的直径______。
用多用电表粗测金属丝的阻值。当用电阻“”挡时，发现指针偏转角度过大，进行一系列正确操作后，指针静止时位置如图乙所示，其读数为______。
为了更精确地测量金属丝的电阻率，实验室提供了下列器材：
A.电流表量程，内阻为
B.保护电阻
C.电源输出电压恒为
D.开关、导线若干
实验小组设计的测量电路如图丙所示，调节接线夹在金属丝上的位置，测出接入电路中金属丝的长度，闭合开关，记录电流表读数。
改变接线夹位置，重复的步骤，测出多组与的值。根据测得的数据，作出如图丁所示的图线，可得______，金属丝的电阻率______结果均保留位有效数字。
关于本实验的误差，下列说法正确的是______。
A.电表读数时为减小误差应多估读几位
B.用图像求金属丝电阻率可以减小偶然误差
C.考虑电流表内阻的影响，电阻率的测量值大于真实值
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，在距水平地面高的水平桌面右端的边缘放置一个质量的木块，桌面的左端有一质量的木块，以的初速度向木块滑动，经过时间与发生碰撞，碰后两木块都落到水平地面上，木块离开桌面后落到水平地面上的点。设两木块均可以看作质点，它们的碰撞时间极短，且点到桌面边缘的水平距离，木块与桌面间的动摩擦因数，重力加速度取，求：
两木块碰撞前瞬间木块的速度大小；
木块离开桌面时的速度大小；
碰撞过程中损失的机械能。
14.如图所示，在平面内的第一象限中存在磁感应强度为、方向垂直纸面向外的匀强磁场，范围内存在着平行于轴向上的匀强电场。一质量为、电荷量大小为的带电粒子由轴上的点以某一初速度沿轴正方向射入电场，经轴上坐标为的点进入匀强磁场，在磁场中偏转后经坐标为的点垂直于轴离开磁场。不计带电粒子重力，求：
粒子经过点的时的速度大小；
匀强电场电场强度的大小；
点的坐标。
15.如图所示，有两条间距为的等长平行金属导轨放置在水平面上，每条导轨中间都有一段平行等距的不导电的塑料图中已用虚线框起来表示把导轨分为长度相等的左右两部分两部分导轨仍足够长。左侧的电容器电容为，右侧的电阻阻值为。两根金属棒，初始时静止在塑料材料上，金属棒都与导轨垂直。，质量分别为和，阻值为，整个装置放在竖直向下的磁感应强度大小为的匀强磁场中。某时刻给金属棒向右的初速度，速度大小为，使得金属棒与发生弹性碰撞。运动过程中所有摩擦力均不计，金属导轨阻值不计，金属棒与导轨接触良好。求：
碰后金属棒与各自的速度大小和方向；
碰后金属棒在金属导轨上运动过程中电阻上产生的焦耳热；
金属棒速度不再变化时，电容器上存储的电荷量。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A. 电磁波不仅仅是一种描述方式，而且是真实的物质存在，A错误；
B. 用微波炉加热食物时，食物增加的能量是微波给它的，利用了微波具有能量的性质，B正确；
C. 法拉第首先发现了电磁感应现象，C错误；
D. 当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流，D错误；
故选B。
2.【答案】
【解析】A.将金属导线对折一次时根据
可知金属线的电阻变为 ，故A错误；
B.根据欧姆定律可知
故B错误；
根据电流的微观表达式
可知、不变，变为原来两倍，电流变为倍，则此时自由电子定向移动的平均速率为，故C正确，D错误。
故选C。
3.【答案】
【解析】A.根据磁通量的计算公式有
故A错误；
B.当线框转过时，磁通量为
所以磁通量的变化量为
故B错误；
C.线框转动过程中，通过线框的磁通量先增大后减小，根据楞次定律可知感应电流的方向始终沿，故C错误；
D.根据法拉第电磁感应定律
联立以上各式可得
故D正确。
故选D。
4.【答案】
【解析】条形磁铁周围的磁感线从极指向极，可知在导线附近磁感线方向倾斜向左下方，根据左手定则可知，导线所受的安培力指向左上方，利用牛顿第三定律，导线对磁铁的力指向右下方，磁铁处于静止状态，因此磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用，、B错误；
在磁铁中点的正上方，磁感线水平向左，将导线移至磁铁中点的正上方，电流反向，根据左手定则可知，导线所受安培力竖直向下，利用牛顿第三定律，磁铁受到导线的作用力竖直向上，因此磁铁对桌面的压力减小，C正确，D错误。
故选C。
5.【答案】
【解析】A.由右手定则可知，外电路中感应电流由流向，则点电势比点电势低，A错误；
B.感应电动势
电阻两端电压
B错误；
C.电路中电流为
周期为
在导体棒旋转一周的时间内，通过电阻的电荷量为
C正确；
D.在导体棒旋转一周的时间内，电阻产生的焦耳热为
D错误。
故选C。
6.【答案】
【解析】【分析】
整个装置下落过程中，水平方向没有外力，系统水平方向的动量守恒。原来系统水平方向的动量为零，在球落地前瞬间，系统水平方向的动量仍为零，的速度一定为零。球原来速度为零，落地瞬间速度仍为零，根据机械能守恒分析球落地前瞬间的速度，根据动能定理分析杆对做功大小。
本题是动量定理与机械能守恒定律的综合应用，关键要正确分析两球的受力情况，判断出系统的合外力不为零，动量不守恒，但系统在水平方向不受外力，系统在水平方向的动量守恒。
【解答】
A.、组成的系统在水平方向上所受合力为零，动量守恒，系统水平方向的初动量为零，在球落地瞬间系统水平方向动量仍为零，此时球的速度方向竖直向下，球的速度为零，故A错误；
由于当球落地的瞬间，系统水平方向动量为，所以球先加速后减速到最后速度变为，则轻杆对球先做正功后做负功，由于球、与轻杆组成的系统机械能守恒，则在球落地前的整个过程中，轻杆对球先做负功后做正功，且对球做的总功为，由于轻杆对球先做负功后做正功，此过程中球的机械能不守恒，故BD错误；
C.对球，水平方向上动量变化为零，由动量定理可知，杆对球的水平冲量为零在竖直方向上，根据系统机械能守恒可知，落地时速度与只在重力作用下的速度一样，如图所示图像中斜线为球自由落体运动的图线，曲线为球竖直方向的运动图线，在竖直方向上运动的位移与落地速度相同，对比可知球落地所用时间相对自由落体运动的时间要长，由动量定理可知杆对球的竖直方向的冲量必定不为零，且冲量方向向上，所以杆对球的水平和竖直冲量可知，杆对球的冲量不为零，且方向竖直向上，故C正确。
7.【答案】
【解析】【分析】
分段确定线框有效的切割长度，分析线框中感应电动势的大小与位置坐标的关系．线框的电阻一定，感应电流与感应电动势成正比．
本题关键确定线框有效切割长度与的关系，再结合数学知识选择图象．
【解答】
边的位置坐标在过程，线框边有效切线长度为，感应电动势为，感应电流，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿，为正值。
在过程，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿，为负值，线框边有效切线长度为，感应电动势为，感应电流，根据数学知识知道C正确。
故选：。
8.【答案】
【解析】
【详解】． 棒在外作用下向右加速，但由于受到向左的安培力，所以做加速度减小的加速运动，棒在向右的安培力作用下，向右加速。两者达到稳定状态应该是有共同的加速度，即为
所以最终两棒以相同的加速度一起向右做加速运动，故AB错误；
C. 棒受的合力为受到的安培力，由动能定理可知安培力对 棒所做的功等于 棒的动能增加量，故C错误；
D.由能量守恒可知外力 做的功等于两棒的动能增加量和回路中产生的焦耳热，故D正确。
故选D。
9.【答案】
【解析】【分析】本题考查带电粒子在复合场中的运动；依据带电粒子的运动规律，明确粒子能做匀速圆周运动的条件，粒子能做匀速圆周运动则说明电场力和重力任意位置做功为零，则电场力和重力大小相等，方向相反掌握匀速圆周运动规律的应用。【解答】
A.由题意可知，，且电场力方向竖直向上，所以油滴带正电，A正确；
B.由于，故两油滴周期相同，B正确；
由于运动速率不能确定，由得，轨道半径不能确定，故C、D错误。
应选AB。
10.【答案】
【解析】【分析】本题考查回旋加速器的工作原理，回旋加速器靠电场加速，靠磁场偏转．加速粒子时，交变电场的周期与粒子在磁场中运动的周期相等．
根据洛伦兹力提供向心力可以求出粒子的最大速度，从而求出最大动能。
【解答】根据回旋加速器的工作原理可知交变电场的周期与粒子在磁场中运动的周期相等，根据粒子在匀强磁场中的运动规律可知，，
解得周期，粒子回旋周期不变，在 图中应有，故A正确；
根据公式，解得，设 形金属盒半径为 ，则最大动能，与加速电压无关，与加速次数无关。若想增大粒子获得的最大动能，可以增大 形金属盒面积，面积增大则半径 增大。故BC错误，D正确。
故选AD。
11.【答案】


【解析】实验需要测出小球的质量与小球做平抛运动的水平位移，测质量需要天平，测量位移需要刻度尺；
故选AC。
两球要发生对心正碰，两小球碰撞时，球心必须在同一高度上，故A正确；
B.要保证碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要从同一高度由静止滚下，故B错误；
C.为了使小球碰后不被反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，故C错误；
D.要保证每次小球都做平抛运动，则轨道的末端必须水平，故D正确；
故选AD。
小球离开轨道后做平抛运动，由于抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，如果碰撞过程动量守恒，则
两边同时乘以，则
解得
由图所示可知
， ，
解得
12.【答案】；
；
；；
【解析】【分析】
本题为金属丝电阻率的测量实验，明确实验原理是解题的关键。
螺旋测微器读数为固定刻度加上可动刻度，精度为，需要估读。
欧姆表读数时不要忘记乘以档位。
根据欧姆定律结合电阻定律得出的表达式，分析图像斜率和纵轴截距的物理意义即可求解。
【解答】
。
指针偏转角度过大，说明流过电表的电流太大，则电阻太小，应该换小档位，故换“”档位，故读数为。
电源输出电压恒为，则有，
其中金属丝电阻，
联立并整理得：，
所以图像纵轴截距为，
图像斜率，
代入已知数据解得，
、读数时只需估读到分度值的下一位，多估读几位数没有意义，不可以减小误差，故A错误；
B、用图像求金属丝电阻率可以减小偶然误差，故B正确；
C、电流表内阻不影响图像的斜率，只影响图像的纵轴截距，所以电流表内阻对电阻率的测量值没有影响，故C错误。
故选B。
13.【答案】对木块从桌面的左端到与碰撞前，由动量定理
解得两木块碰撞前瞬间木块的速度大小
木块离开桌面后做平抛运动，由水平方向匀速直线运动得
竖直方向上自由落体运动得
解得木块离开桌面时的速度大小
木块、碰撞过程动量守恒，设木块碰撞后的速度为 ，则
解得
碰撞过程中损失的机械能

【解析】解决本题时，要理清两木块的运动过程，掌握平抛运动的规律和碰撞的基本规律是解题的关键。涉及力在时间上的效应时，要优先考虑动量定理。
14.【答案】 ； ； ，
【解析】设粒子进入磁场时速度大小为，则粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，轨迹如图所示
由牛顿第二定律
由几何关系得
联立解得
， ， ，
粒子在匀强电场中做类平抛运动，则
所以
粒子在匀强中做类平抛运动，根据速度偏转角和位移偏转角的关系可得
解得
故点坐标为 ，。
15.【答案】 ，水平向左， ，水平向右； ；
【解析】根据题意，设碰后金属棒与的速度分别为 和 ，取向右为正方向，由动量守恒定律有
由能量守恒定律有
解得
，
即碰后金属棒的速度大小为 ，方向水平向左，的速度大小为 ，方向水平向右。
根据题意，设碰后金属棒在金属导轨上运动时，速度为 ，由公式 、 和 可得
取任意小段 ，金属棒的速度变化量为 ，由动量定理有
两边求和有
解得
设电阻上产生的焦耳热为 ，由能量守恒定律有
解得
设金属棒速度不再变化时，速度为 ，此时容器上存储的电荷量为 ，则有
取任意小段 ，金属棒的速度变化量为 ，由动量定理有
两边求和有
联立解得
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