2023-2024学年天津市四校高二（上）期末物理试卷（含解析）

2023-2024学年天津市四校高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共6小题，共24分。
1.在物理学发展过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明发展的进程。以下说法正确的是( )
A. 洛伦兹发现了电磁感应现象，并制作了首台发电机
B. 麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁场理论
C. 法拉第发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系
D. 库仑首先提出了电场的概念，并引用电场线形象地表示电场的强弱和方向
2.如图所示，、为两个固定的等量同种正点电荷，在其连线的中垂线上的点有一带正电的试探电荷自点以初速度沿直线向点运动，已知粒子恰好到达点，粒子仅受电场力作用，下列说法中正确的是( )
A. 从到的过程中，速度可能先变大，再变小
B. 整个运动过程中，粒子的电势能一直减小
C. 整个运动过程中，粒子在点时，加速度最大
D. 从到的过程中，加速度可能先变大，再变小
3.小红同学家里有一盏“智能”台灯，它能根据环境的光照强度自动调节亮度，也可以手动调节台灯的亮度。小红查阅资料后，猜想台灯内部的电路结构可能如图所示，已知光敏电阻在光照强度减小时，电阻会增大。则当闭合开关后，小红的分析不正确的是( )
A. 夜晚时，光照强度减小，小灯泡将变亮
B. 光照强度增大时，光敏电阻当中的电流增大
C. 光照强度增大时，光敏电阻两端电压减小
D. 在光照条件不变时，滑动变阻器的滑片向左滑，电源的输出功率一定增加
4.如图所示，大小和形状完全相同的金属板正对水平放置，构成一个平行板电容器，将两金属板分别与电源相连，把与电源正极相连的金属极板接地。在两极板间有一带电液滴恰好处于静止状态。下列判断中正确的是( )
A. 液滴一定带负电
B. 液滴的电性无法确定
C. 若断开开关，仅增大两极板间距，则液滴静止不动
D. 若断开开关，仅增大两极板间距，则液滴向下运动
5.如图所示，一根均匀的金属导体棒在电场的作用下，其内部的自由电子沿轴线方向做速度为的匀速直线运动。若棒横截面积为，单位长度上可以自由移动的电子个数为，已知一个电子的电荷量为，则通过导体棒电流的大小( )
A. B. C. D.
6.年月日北京地区大范围同时记录到极光现象，地球上的极光是来自磁层和太阳风的高能带电粒子被地磁场引导进入地磁大气层，并与高层大气的原子碰撞造成发光的现象，实际上每时每刻都有大量宇宙射线向地球。假设某时刻有一个带负电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来如图所示，地球自西向东转，图中箭头方向表示地球自转方向，虚线表示地轴，则该宇宙射线粒子将( )
A. 向东偏转 B. 向西偏转 C. 向南偏转 D. 向北偏转
二、多选题：本大题共4小题，共20分。
7.下列装置中都涉及到磁场的具体应用，关于这些装置的说法正确的是( )
A. 甲图为回旋加速器，粒子可以从磁场中获得能量
B. 乙图为磁流体发电机，可判断出、极板的正对面积越大两极板间的电势差越大
C. 丙图为质谱仪，打到照相底片点的带电粒子距离射入点越远，粒子比荷越小
D. 丁图为速度选择器，电子和质子的速度符合要求时均可以从左侧沿直线运动到右侧
8.如图所示为美国物理学家密立根测量油滴所带电荷量装置的截面图，两块水平放置的平行金属板间距离为。油滴从喷雾器的喷嘴喷出时，由于与喷嘴摩擦而带负电。油滴散布在油滴室中，在重力作用下，少数油滴通过上面金属板的小孔进入平行金属板间。若在实验中观察到某一个带负电的油滴向下加速运动，实验中要设法使带负电的油滴悬浮在电场之中，下列说法正确的是( )
A. 当油滴加速向下时，增大两金属板间的电压有可能使其悬浮
B. 当油滴加速向下时，减小两金属板间的电压有可能使其悬浮
C. 油滴加速向下的过程，电场力对油滴做正功，电势能逐渐减小
D. 油滴加速向下的过程，重力势能的减少量大于机械能的减小量
9.如图所示，正确连接电路后，下列图示情景中能产生感应电流的是( )
A. 图甲中使导体棒平行于磁感线竖直向下运动
B. 图乙中使条形磁铁插入或拔出线圈
C. 图丙中开关保持闭合，改变滑动变阻器接入电路的阻值的过程中
D. 图丙中开关保持闭合，、螺线管相对静止一起在水平桌面上平移
10.如图为双量程的电流表电路示意图，其量程分别为和，已知表头内阻为，满偏电流为。和是接入电路中的电阻，则下列说法正确的是( )
A. 当使用、两个端点时，量程为
B. 当使用、两个端点时，量程为
C.
D.
三、实验题：本大题共1小题，共15分。
11.某同学利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象。实验时，电流传感器与计算机相连，可以显示出电流随时间变化关系的图线。
充电后为使电容器放电，应将开关与______选填“”或“”端相连。
在对该电容器充电的过程中，充电电流随时间变化关系的图线可能是图中的______。
．
图像法是处理实验数据的重要方法，上一问中图象对应的图线和横轴时间围成的“面积”表示______。
某实验小组的同学探究一种特制合金金属丝的电阻率，步骤如下：
用螺旋测微器测量其直径如图，由图可知其直径为______。
用多用电表欧姆挡粗略测量此合金金属丝长度为的电阻，所选倍率挡为挡，操作步骤正确，发现表头指针偏转角度过小，为了较准确地进行测量，应换到______挡。如果换挡进行欧姆调零后立即用表笔连接待测电阻进行读数，表盘的示数如图，则该电阻的阻值是______。
该小组同学想用伏安法更精确地测量其电阻，现有的器材及其代号和规格如下：
现有电源，内阻约、滑动变阻器、开关和导线若干，以及下列电表：
A.电流表，内阻约
B.电流表，内阻约
C.电压表，内阻约
D.电压表，内阻约
为减小测量误差，在实验中，电压表应选用______，电流表应选用______。
如图是测量的实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据你设计的合理电路图，补充完成实物间的连线。
测量出合金金属丝直径为、长度为，电压表示数为，电流表示数为，则该金属丝电阻率测量值的表达式 ______。只考虑电流表和电压表内阻引起的误差，该实验测量值______真实值选填“大于”、“等于”或“小于”。
四、简答题：本大题共3小题，共41分。
12.如图所示，长为的绝缘细线不可伸长一端悬于点，另一端系一质量为、电荷量为的带正电小球。现将此装置放在水平方向的匀强电场中，小球静止在点，此时细线与竖直方向夹角为，重力加速度为。求：
判断电场强度的方向；
电场强度的大小；
如果将小球拉至点正下方最低点处由静止释放，求小球在运动过程中能达到的最大速度。
13.如图所示，水平放置的两等长导轨、间的距离，垂直于导轨平面的竖直方向的匀强磁场的磁感应强度，垂直于导轨放置的棒的质量，系在棒中点的水平绳跨过定滑轮与质量为的小物块相连小物块悬挂在空中。已知棒与导轨间的动摩擦因数，电源的电动势、内阻，导轨的电阻及棒的电阻均不计。滑动变阻器滑至某一位置时小物块恰好不下落。假设滑动摩擦力和最大静摩擦相等，取求：
磁场方向；
滑动变阻器接入电路部分的阻值；
保持整个系统平衡，以轨道、的右端为支撑点缓慢向上转动导轨平面，同时缓慢调节滑动变阻器，直到导轨平面与水平面夹角为时棒与导轨间恰好无相对运动趋势。已知滑轮高度可以调节，始终保持轨道上方绳的拉力方向与轨道平面平行，磁场维持不变，则此时通过棒的电流是多少。
14.如图甲所示，两块金属板、水平正对放置，板间有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，竖直向下的电场强度大小为，磁场方向垂直于纸面平面向里。一束带正电的粒子以一定的初速度从两板的左端中央，沿极板方向射入，带电粒子恰好做匀速直线运动。已知板长为，板间距为。粒子质量、电荷量，不计粒子所受重力，忽略边缘效应。
求磁感应强度；
若仅撤去磁场，在间只保留如图乙所示的电场，粒子能从右端离开电场，求粒子离开电场时的侧移量和粒子电势能的变化；
若仅撤去电场，在间保留如图丙所示磁场，调整磁场强度大小后使粒子能从磁场右边界某一位置射出，且射出时速度与水平方向的夹角为，求粒子穿过磁场的时间，两极板间距离的最小值。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、法拉第发现了电磁感应现象，并制成了人类历史上第一台发电机，故A错误；
B、麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹通过实验证明了电磁波的存在，证实了电磁场理论，故B正确；
C、奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系，故C错误；
D、法拉第首先提出了电场的概念，并引用电场线形象地表示电场的强弱和方向，故D错误。
故选：。
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一
2.【答案】
【解析】解：在等量同种电荷连线中垂线上电场强度方向由到，正电的试探电荷从点到点运动的过程中，电场力方向由到，则速度一直减小，故A错误；
B.试探电荷动能减小，电势能增加，故B错误；
C.粒子在点时，电场强度为，加速度为，故C错误；
D.从到的过程中，电场线的疏密情况不确定，电场强度大小变化情况不确定，可能先变大后变小，也可能一直减小，则加速度可能是先变大后变小，故D正确。
故选：。
在等量同种电荷连线中垂线上电场强度方向由到，根据力与速度的方向分析速度变化，根据功能关系分析，粒子在点时，电场强度为，根据牛顿第二定律分析。
解决该题的关键是掌握等量的正电荷周围的电场线的分布情况，知道连线的中垂线上的电场强度的变化情况，知道电场力做功与电势能关系；
3.【答案】
【解析】解：、夜晚时，光照强度减小，光敏电阻值增大，电路的总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知干路中电流减小，则滑动变阻器的电压和内电压减小，并联部分电压增大，灯泡电流变大，亮度变亮，故A正确；
、光照强度增大时，光敏电阻值减小，电路的总电阻变小，由闭合电路欧姆定律可知干路中电流增大，则滑动变阻器的电压和内电压增大，并联部分电压减小，灯泡电流变小，亮度变暗，根据并联分流作用可知光敏电阻电流增大，故BC正确；
D、设外电阻为，电源的输出功率
由上式可知，当外电路的电阻时，电源的输出功率最大；
当时，随外电路的电阻的增大输出功率越来越大；
当时，随外电路的电阻的增大输出功率越来越小。
因此在光照条件不变时，滑动变阻器的滑片向左滑，电路中的总电阻增大，因外电路的电阻值与电源的内阻关系不清楚，所以电源的输出功率不一定增加，故D错误。
本题选错误的，
故选：。
根据光照强度的变化，分析光敏电阻阻值的变化，再分析电路中电流的变化，即可判断电流和电压的变化，从而灯泡亮度的变化，当内外电阻相等时，电源的输出功率最大。
本题是电路动态分析问题，要读懂题意，抓住光敏电阻的特性分析其阻值的变化，运用闭合电路欧姆定律分析变化。
4.【答案】
【解析】解：由图可知，平行板下极带正电，电场方向为下极板指向上极板。带电液滴静止在点故带电液滴所受电场力方向与重力方向相反，大小相等。故带电液滴带正电，故AB错误；
：若断开开关，则极板所带电荷量不变，根据电容的定义式与决定式有
结合电场与电势差的关系有
所以电场强度大小与两板间距离无关，则电场强度不变，液滴受电场力不变，液滴静止不动，故C正确，D错误。
故选：。
根据液滴受到的电场力方向，结合电场强度的方向确定液滴的电性；断开开关后，极板所带电荷量不变，根据电容的定义式和决定式，结合电场强度与电势差的关系分析液滴的受力即可。
熟练掌握电容的定义式和决定式以及电场强度与电势差的关系是解题的基础，基础题。
5.【答案】
【解析】解：时间内通过某一截面的电子个数为
则时间内通过该截面的电荷量为
则通过导体棒的电流大小为，故A正确，BCD错误。
故选：。
根据电流的定义式计算即可。
解题的关键是知道在时间内通过某一截面的电子数的计算方法。
6.【答案】
【解析】解：地球的磁场由南向北，当带负电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时，根据左手定则可以判断粒子的受力的方向为向西，所以粒子将向西偏转，故B正确，ACD错误。
故选：。
根据左手定则，结合磁场的方向、粒子速度的方向和粒子所带电荷的电性判断粒子所受洛伦兹力的方向，即可判断粒子偏转的方向。
本题考查左手定则的应用，要求学生熟练掌握左手定则的内容及其应用。
7.【答案】
【解析】解：、在回旋加速器中，粒子在电场中获得能量，粒子在磁场中受到的洛伦兹力不做功，故A错误；
B、当电场力和洛伦兹力相等时，则
解得：
所以两极板间的电势差与两极板的正对面积无关，故B错误；
C、带电粒子进入磁场的动能为：
带电粒子在磁场中，粒子受到的洛伦兹力提供向心力，则
解得：
距离点越远，即半径越大，粒子比荷越小，故C正确；
D、速度选择器的工作原理为：
由此可知，速度选择器只要求粒子的速度满足要求，与粒子的电性和质量无关，故D正确；
故选：。
回旋加速器中粒子从电场中获得能量；
根据电场力和洛伦兹力的等量关系列式完成分析；
根据动能定理得出粒子的速度，结合牛顿第二定律得出比荷的表达式。
本题主要考查了速度选择器等各种仪器的考查，熟悉粒子的受力分析，结合各个仪器的工作原理即可完成解答。
8.【答案】
【解析】解：、由图可知上极板带正电，带负电的油滴所受电场力向上，电场力对油滴做负功，电势能增大，根据
可知增大两金属板间的电压，电场强度增大，电场力增大，有可能使其悬浮，故A正确，BC错误；
D、油滴加速向下的过程，动能增大，电势能增大，根据能量守恒定律可知，重力势能的减小量大于机械能的增加量，故D正确；
故选：。
根据题意分析出场强的变化趋势，从而得出油滴的运动类型；
理解过程中的能量转化关系，从而分析出重力势能的减小量和机械能的减小量之间的关系。
本题主要考查了带电粒子在电场中的运动，熟悉场强的计算公式，理解运动过程中的能量转化关系即可完成分析。
9.【答案】
【解析】解：、图甲中使导体棒平行于磁感线竖直向下运动，穿过导体棒与导线组成的回路磁通量不变，没有感应电流，故A错误；
B、图乙中使条形磁铁插入或拔出线圈，穿过线框的磁通量发生变化，将产生感应电流，故B正确；
C、图丙中开关保持闭合，改变滑动变阻器接入电路的阻值的过程中，螺线管中电流变化，产生的磁场变化，穿过螺线管的磁通量发生改变，将产生感应电流，故C正确；
D、图丙中开关保持闭合，、螺线管相对静止一起在水平桌面上平移，穿过螺线管的磁通量不变，没有感应电流，故D错误。
故选：。
感应电流产生条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。根据感应电流产生的条件分析答题。
本题应掌握感应电流产生的条件，根据题意判断磁通量是否发生变化，是正确解题的关键。
10.【答案】
【解析】解：当使用、两个端点时，量程为，由欧姆定律得
当使用、两个端点时，量程为，由欧姆定律得
代入数据，联立解得
故AC正确，BD错误；
故选AC。
根据电路接不同位置时对应不同的电路连接方式判断电流表的量程大小，结合欧姆定律、串并联的相关知识列式求解。
考查电流表的改装，要求学生熟练掌握串并联电路的知识列式求解相关的物理量。
11.【答案】 充电过程结束时电容器的带电量 大于
【解析】解：放电时将单刀双掷开关连接给定值电阻提供电流；
电容器充电时，随着电荷的增加，所以电流逐渐减小且电流减小得越来越慢，电流为零，故A正确，BCD错误；
故选：。
根据可得图像对应的图线和横轴时间围成的“面积”表示充电过程结束时电容器的带电量。
螺旋测微器精度为，读数为；
表头指针偏转角度过小，说明挡位选择过小，应换挡，该电阻的阻值是；
电源电压为，电压表选择，电路的电流约为
则电流表选择；
金属丝电阻远大于电流表内阻，故采用电流表内接法，实物图连接如图
根据欧姆定律有
根据电阻定律有
其中
解得
由于电流表分压作用导致实验测量值大于真实值。
故答案为：；；充电过程结束时电容器的带电量；；；；；；见解析；；大于
根据电容器充、放电原理分析解答，电容器充电时，随着电荷的增加，所以电流逐渐减小，根据可得图像对应的图线和横轴时间围成的“面积”的物理意义；
根据螺旋测微器的精度读出材料的直径，根据多用电表的使用方法读数，根据实验原理及电阻定律分析解答。
本题考查了金属丝电阻率的测量，解决本题的关键是理解实验原理，掌握滑动变阻器和电流表的接法。
12.【答案】解：由题图可知，带电小球静止时电场力水平向左，因为小球带正电，所以电场强度方向水平向左。
小球受重力、电场力和细线的拉力，如下图所示。
根据平衡条件有：
解得：
小球从最低点运动到最初静止的位置时动能最大，根据动能定理得：
解得：
答：电场强度的方向为水平向左；
电场强度的大小为；
小球在运动过程中能达到的最大速度为。
【解析】由题图可知，带电小球静止时电场力水平向左，根据小球带电性判断电场强度方向；
根据平衡条件求解；
小球从最低点运动到最初静止的位置时动能最大，根据动能定理求解。
本题考查了带电体在电场中运动问题，题目较简单。根据共点力平衡条件、动能定理即可解答。注意确定速度最大的位置，就是小球静止平衡时的位置。
13.【答案】解：棒与导轨间的最大摩擦力大小为
因为系统静止，根据平衡条件可得绳子上的张力大小为
因为，要想棒保持静止，则棒必须受到向左的安培力作用，根据左手定则判断磁场方向竖直向上
依据导体棒的平衡条件可得棒恰不右滑时，
依据闭合电路欧姆定律可得：，
由以上各式代入数据可解得：
依据导体棒的平衡条件可得
代入数据解得
答：磁场方向为竖直向上；
滑动变阻器接入电路部分的阻值为；
此时通过棒的电流是。
【解析】根据左手定则分析；
根据平衡条件和闭合电路的欧姆定律计算；
根据平衡条件列方程计算即可。
本题考查了闭合电路的欧姆定律、左手定则、平衡条件以及受力分析，基础题。
14.【答案】解：对于带电粒子，由平衡条件可得：
解得：；
带电粒子在电场中做类平抛运动，根据类平抛运动的规律可得：，
根据牛顿第二定律可得：
联立解得：
电势能的变化为：；
即电势能减少；
带电粒子在磁场中运动情况如图所示：
根据图中几何关系可得轨迹半径：
根据洛伦兹力提供向心力可得：
所以：
粒子在磁场中运动时间为：
其中：
所以：
板间距最小值为带电粒子从极板的右上角边缘飞出，由几何关系可得：
解得：。
答：磁感应强度为；
若仅撤去磁场，在间只保留如图乙所示的电场，粒子能从右端离开电场，则粒子离开电场时的侧移量为，粒子电势能减少；
若仅撤去电场，粒子穿过磁场的时间为，两极板间距离的最小值为。
【解析】由平衡条件其磁感应强度大小；
带电粒子在电场中做类平抛运动，根据类平抛运动的规律求解侧移量，根据功能关系求解电势能的变化；
根据几何关系可得轨迹半径，根据洛伦兹力提供向心力磁感应强度大小，根据周期公式求解粒子在磁场中运动时间；由几何关系求解两极板间距离的最小值。
对于带电粒子在磁场中的运动情况分析，一般是确定圆心位置，根据几何关系求半径，结合洛伦兹力提供向心力求解未知量；根据周期公式结合轨迹对应的圆心角求时间；对于带电粒子在电场中运动时，一般是按类平抛运动或匀变速直线运动的规律进行解答。
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