2023-2024学年辽宁省大连市高二（上）期末物理试卷（含答案）

2023-2024学年辽宁省大连市高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.关于如图四幅图的说法中正确的是( )
A. 如图所示，真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈中会产生大量热量，从而冶炼金属
B. 如图所示，回旋加速器是利用磁场控制轨道，使带电粒子“转圈圈”，利用电场进行加速的仪器
C. 如图所示，运输时要把毫安表的正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理
D. 如图所示，摇动手柄使蹄形磁铁转动，则铝框会和磁铁同向转动，且和磁铁转得一样快
2.在赤道表面某位置小磁针静止时极指向北偏东，经研究是因为小磁针正下方有一条通电直导线沿南北方向放置，已知该位置地磁场的磁感应强度大小为不考虑地磁偏角的影响则该通电直导线在小磁针处产生的磁场的磁感应强度大小为( )
A. B. C. D.
3.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，为粒子加速器，加速电压为；为速度选择器，磁场与电场正交磁场方向未画出，磁感应强度为，两板间距离为；为偏转分离器，磁感应强度为。现有一质量为、电荷量为的粒子不计重力，经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动，最后打到照相底片上，下列说法正确的是( )
A. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
B. 粒子经加速器加速后的速度大小为
C. 速度选择器两板间电压为
D. 粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为
4.如图所示，实线表示在竖直平面内的电场线，电场线与水平方向成角，水平方向的匀强磁场与电场正交。有一带电液滴沿虚线斜向上做直线运动，与水平方向成角，且，下列说法中正确的是( )
A. 液滴一定做匀速直线运动
B. 液滴一定带负电
C. 电场力可能做负功
D. 液滴有可能做匀变速直线运动
5.如图所示直导线被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴上，其所在区域存在方向垂直指向的磁场，与距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图所示。导线通以电流，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为。下列说法正确的是( )
A. 如图所示磁场区域，越靠近水平轴，磁场越弱
B. 当导线静止在图右侧位置时，导线中电流方向由指向
C. 电流增大，静止后，导线对悬线的拉力增大
D. 与电流成正比
6.如图所示，在空间中存在两个相邻的有界匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，其宽度均为。正方形导体线框的对角线长也为，线框在外力作用下从图示位置沿垂直于磁场方向匀速经过磁场区域，若规定逆时针方向为感应电流的正方向，则能正确反映线圈经过磁场区域过程中产生的感应电流随时间变化的图像是( )
A. B. C. D.
7.地磁场能抵御宇宙射线的侵入，赤道剖面外地磁场可简化为包围地球一定厚度的匀强磁场，方向垂直该剖面，如图所示，为地球球心、为地球半径，假设地磁场只分布在半径为和的两边界之间的圆环区域内边界上有磁场，磁感应强度大小均为，方向垂直纸面向外。宇宙射线中含有一种带电粒子，其质量为、电荷量为，忽略引力和带电粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A. 从点沿垂直地面方向射入的该种粒子，速率为的粒子可达到地面
B. 从点沿垂直地面方向射入的该种粒子，速率为的粒子可达到地面
C. 从点沿平行地面方向射入的该种粒子，速率为的粒子可达到地面
D. 从点沿平行地面方向射入的该种粒子，速率为的粒子可达到地面
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.在如图所示的电路中，电阻，圆形金属线圈半径为，线圈导线的电阻也为，电容器的电容为，半径为的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度随时间变化的关系图线如图所示，图线与横、纵轴的交点坐标分别为和，其余导线的电阻不计。时闭合，至时刻，电路中的电流已稳定，下列说法正确的是( )
A. 电容器下极板带正电 B. 时刻电容器所带的电荷量为
C. 线圈中产生的感应电动势的大小为 D. 稳定后线圈两端的电压为
9.如图所示为洛伦兹力演示仪，学生演示带电粒子在匀强磁场中的运动时发现，有时玻璃泡中的电子束在强磁场中的运动轨迹呈螺旋状。为了研究该螺旋状轨迹情况，现将这一现象简化成如图所示的情景来讨论：在空间存在平行于轴磁感应强度大小为的匀强磁场，在平面内，由坐标原点以初速度沿与轴正方向成角的方向射入电子束，得到轴线平行于轴的螺旋状电子运动轨迹，电子的比荷为，则( )
A. 磁场的方向为沿轴负方向 B. 此螺旋状轨迹的半径
C. 当时电子的运动轨迹是闭合的圆 D. 此螺旋状轨迹的螺距
10.现代特高压技术以其强大的输电能力在全球能源领域中占据了越来越重要的地位，中国在特高压输电技术方面处于世界领先地位如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图，图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压不变，两条输电线总电阻用表示，变阻器相当于用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于变小，则在用电逐渐进入高峰的过程中，下列说法正确的是( )
A. 电流表的示数减小，电压表的示数减小
B. 输电线电阻消耗功率增加
C. 电压表的示数变化与电流表的示数变化的比值不变
D. 降压变压器原副线圈的匝数比为，当时，用户的功率达到最大值
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
11.某学习小组研究自感现象实验如图所示，电源电动势为，人两手间电阻约为，为自感系数很大的电感线圈，当开关和都闭合稳定时，电流表、的示数分别为和；当断开，闭合，电路稳定时电流表、的示数都为。电流表为理想电表，实验前先将两开关都断开。
由实验数据可以测得自感线圈的直流电阻______；
先将和闭合，稳定后再突然断开有可能出现的现象是______；
A.小灯泡闪亮一下逐渐熄灭 B.电流表被烧坏 C.小灯泡被烧坏 D.电流表被烧坏
保持断开，先闭合待稳定后突然打开，此时人的两只手电势较高的是______手选填“左”或“右”，、间瞬时电压是否能让人体产生触电的感觉______选填“是”或“否”。
12.某实验小组要测量一节干电池的电动势和内阻，现有如下器材：
待测干电池电动势约为、内阻约为，
电压表量程，内阻约为；
电压表量程，内阻约为
电流表量程，内阻约为；
滑动变阻器最大阻值，额定电流；
滑动变阻器最大阻值，额定电流；
导线、开关若干。
选择合适的器材，在图方框中画出实验的电路图，并标出元件的字母代号。
连接好电路后，某次测量中电流表指针位置如图所示，其示数为______。
测得的组数据已标在如图所示的坐标系上，请绘制出图像，由图像可得干电池的电动势 ______，内阻 ______。计算结果均保留三位有效数字
若考虑到电表内阻的影响，本实验干电池电动势的测量值比真实值______填“偏大”“不变”或“偏小”，干电池内阻的测量值比真实值______填“偏大”“不变”或“偏小”。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示为某品牌的共享单车，单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。单车内小型发电机发电原理可简化为图所示，矩形线圈的面积为，匝数为，线圈总电阻为，线圈处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，在外力作用下线圈以角速度绕与磁场方向垂直的固定对称轴逆时针沿方向观察匀速转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路阻值为的电阻连接，不计交流电流表的内阻。图示时刻记为，不计一切摩擦，求：
时流过电阻的电流方向；
从时刻开始计时，线圈中产生的瞬时电动势的表达式；
外力驱动线圈转动一周所做的功。
14.在如图所示的平面直角坐标系中，第一象限区域内有沿轴负方向的匀强电场，第三象限和第四象限区域内有垂直于平面纸面向里的匀强磁场，第三象限的磁场的磁感应强度大小为。现有一质量为、电荷量为的粒子，以初速度从坐标为的点沿轴负方向进入匀强电场后，恰好从坐标原点进入第三象限，继而经轴上的点未画出进入第四象限，然后又垂直于轴进入第一象限，不计粒子的重力，求：
第一象限内匀强电场的电场强度大小；
点坐标；
粒子在第四象限运动的时间。
15.如图所示，两平行光滑长直金属导轨水平放置，间距为，区域与区域均有方向竖直向上的匀强磁场，区域磁场的磁感应强度大小为，区域磁场的磁感应强度大小为。初始时刻，磁场外的细金属杆以初速度向右运动，磁场区域内的细金属杆处于静止状态。两金属杆与导轨接触良好且运动过程中始终与导轨垂直。金属杆的质量为、金属杆的质量为，两金属杆在导轨间的电阻均为，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计，两磁场区域足够长。求：
刚进入磁场时的加速度大小；
从刚进入磁场到两金属杆达到稳定状态的过程中产生的焦耳热；
从刚进入磁场到两金属杆距离最近的过程中通过的电荷量。
参考答案
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11. 左 是
12. 偏小 偏小
13.解：时，线圈绕磁场方向垂直的固定对称轴逆时针匀速转动，根据楞次定律可知，此时线圈中电流方向为，则流过电阻的电流方向为：。
线圈产生的最大感应电动势为，线圈从垂直中性面位置开始转动，电动势的瞬时表达式为
电动势的有效值为，电流的有效值为
根据能量守恒可知，外力驱动线圈转动一周所做的功为
答：时流过电阻的电流方向为：；
从时刻开始计时，线圈中产生的瞬时电动势的表达式为；
外力驱动线圈转动一周所做的功为。
14.解：如图所示
粒子在第一象限，在电场力作用下做类平抛运动，则轴方向方向
轴方向竖直方向，根据牛顿第二定律
根据位移与时间关系
代入数据解得
，；
如上图所示，当粒子从点进入第三象限磁场，粒子做圆周运动，设速度为，则由类平抛关系式
根据几何知识
联立得
由几何关系知图中角等于，设进入第三象限粒子做圆周运动半径为，根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力
解得
由几何关系，点到轴距离为
代入得
则点坐标为
；
当粒子以从第三象限射出进入第四象限，并垂直从轴射出，如上图所示，设第四象限磁场强度为，做圆周运动半径为，周期为，则
根据几何关系知
代入得
由周期公式知
粒子在第四象限中运动的圆心角等于速度的偏转角，即
则由时间与周期关系可知，运动时间为
。
答：第一象限内匀强电场的电场强度大小为；
点坐标为；
粒子在第四象限运动的时间为。
15.解：当进磁场时所受的安培力大小为：
其中：
根据牛顿第二定律可得加速度大小：；
稳定状态时，回路感应电流为零，则有：
取向右为正方向，对棒根据动量定理可得：
对棒根据动量定理可得：
联立解得：，
从刚进入磁场到两金属杆达到稳定状态的过程中，产生的焦耳热为：
解得：；
当两金属杆距离最近时，速度相等，设为；
取向右为正方向，对棒根据动量定理可得：
对棒根据动量定理可得：
根据电荷量的计算公式可得：
联立解得：。
答：刚进入磁场时的加速度大小为；
从刚进入磁场到两金属杆达到稳定状态的过程中产生的焦耳热为；
从刚进入磁场到两金属杆距离最近的过程中通过的电荷量为。
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