2023-2024学年天津市南开中学高二（上）期末物理试卷（含答案）

2023-2024学年天津市南开中学高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共5小题，共25分。
1.如图所示，电场中某区域的电场线分布，、是电场中的两点，则( )
A. 点的场强比点小
B. 负的点电荷在点具有的电势能一定为负值
C. 电子由点运动到点，电势能变大
D. 正电荷在点由静止释放，它只在静电力作用下运动的轨迹与电场线一致
2.如图所示，电源内阻等于灯泡的电阻，当开关闭合。滑动变阻器滑片位于某位置时，水平放置的平行板电容器间一带电液滴恰好处于静止状态，灯泡正常发光，现将滑动变阻器滑片由该位置向端滑动，则( )
A. 灯泡将变亮，中有电流流过，方向竖直向上
B. 液滴带正电，在滑片滑动过程中液滴将向下做匀加速运动
C. 电源的路端电压增大，输出功率也增大
D. 滑片滑动过程中，带电液滴电势能将减小
3.年月日，法拉第展示了人类历史上第一台发电机圆盘发电机，如图为法拉第圆盘发电机的示意图，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片、分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中，圆盘以角速度顺时针旋转从上往下看，则( )
A. 圆盘转动过程中电流沿到的方向流过电阻
B. 圆盘转动过程中点电势比点电势低
C. 圆盘转动过程中产生的电动势大小与圆盘半径成正比
D. 若圆盘转动的角速度变为原来的倍，则电流在上的热功率也变为原来的倍
4.在例题中，磁感应强度大小随时间的变化关系为，其他条件不变，在内( )
A. 金属框内感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向
B. 金属框受到的安培力先向上后向下
C. 细绳上的拉力有可能等于金属框的重力
D. 时金属框内的感应电流为零
5.由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的边界水平，且磁场的宽度大于线圈的边长，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。甲的下边开始进入磁场时以速
度做匀速运动，下列判断正确的是( )
A. 若乙的上边进入磁场前也做匀速运动，则速度大小为
B. 甲和乙进入磁场的过程中，通过导线的电荷量之比为：
C. 一定是甲先离开磁场，乙后离开磁场
D. 甲、乙下边开始离开磁场时，一定都做减速运动
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6.如图所示，圆心为、半径为的半圆形区域内有一垂直纸面向外、磁感应强度大小为的匀强磁场。、点在圆周上且为其竖直直径。现将两个比荷相同的带电粒子、分别从点沿方向射入匀强磁场，粒子的入射速度为，粒子的入射速度为，已知粒子在磁场中的运动轨迹恰为圆弧，不计粒子的重力，不计粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A. 粒子带正电，粒子带负电
B. 粒子和粒子的周期和角速度相同
C. 粒子的轨道半径为
D. 粒子和粒子在磁场中的运动时间之比为
7.年，物理学家劳伦斯发明了世界上第一台回旋加速器，因此获得年诺贝尔物理学奖，回旋加速器的基本结构如图所示，置于真空中的两形金属盒半径为，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，处粒子源产生的质量为、电荷量为的粒子不计初速度在加速器中被加速，其加速电压恒为，且加速过程中忽略相对论效应和重力的影响，下列说法正确的是( )
A. 带电粒子第次和第次经过两形盒间狭缝后轨道半径之比：：
B. 带电粒子在加速器中第次和第次做圆周运动的时间分别为和，则：：
C. 两形盒狭缝间的交变电场的周期
D. 带电粒子离开回旋加速器时获得的动能为
8.如图，空间等距分布无数个垂直纸面向里的匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度大小，每一条形磁场区域宽度及相邻条形磁场区域间距均为。现有一个边长、质量，电阻的单匝正方形线框，以的初速度从左侧磁场边缘水平进入磁场，下列说法正确的是( )
A. 线框刚进入第一个磁场区域时，加速度大小为
B. 线框穿过第一个磁场区域过程中，通过线框的电荷量为零
C. 线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热为
D. 线框从开始进入磁场到竖直下落过程中能穿过个完整磁场区域
三、实验题：本大题共1小题，共12分。
9.新能源汽车已经普遍走进了我们的生活，某实验小组通过网络查找了某种知名的电池铭牌，电池采用的是“刀片电池”技术。现将一块电芯拆解出来，测得长为，宽为，用游标卡尺准确测量其厚度，结果如图所示，然后测量其电动势和内阻。由此可知：
一块刀片电芯厚度为______。
为了减小实验误差，图中电表应与电表的接线柱______连接。填“”或“”
正确连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，记录多组和的值，并以为纵坐标、为横坐标，作出的图像如图所示，则该干电池的电动势 ______、内阻 ______。结果均保留三位有效数字
请同学们写出如图电流表使用量程和电压表使用量程的读数：______A、______。
四、计算题：本大题共3小题，共48分。
10.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；为速度选择器，磁场与电磁正交，磁感应强度为，两板间距离为；为偏转分离器，磁感应强度为。今有一质量为、电荷量为的正粒子不计重力，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求：
粒子经过加速器后的速度为多大？
速度选择器两板间电压为多大？
粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为多大？
11.如图所示，厚度为，宽度为的金属导体板放在匀强磁场中，磁场方向垂直于板的两个侧面向里，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面和下侧面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。
达到稳定时，导体板上下侧面的电势哪个高？
若测得上侧面和下侧面之间的电压为，磁感应强度为，求此时电子做匀速直线运动的速度为多少？
由于电流和电压很容易测量，因此霍尔效应经常被用于检测磁感应强度的大小。若已知该导体内部单位体积内自由电子数为，电子电量为，测得通过电流为时，导体板上下侧面的电压为，求此时磁感应强度的大小。
12.如图，足够长的导轨宽，轨道平面与水平面的夹角为，定值电阻，，其余电阻不计，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直于导轨平面向上。有一质量为、电阻忽略不计的金属杆，垂直导轨放置，现沿框架接触良好的由静止下滑，金属杆与导轨间滑动摩擦系数，设磁场区域无限大。重力加速度取，求：
在杆滑动过程中，杆所受到的滑动摩擦力大小；
在杆滑动过程中，杆可以达到的速度最大值；
导体杆从静止释放到达到最大速度用时，求此过程中，电阻上产生的热量。
参考答案
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10.解：粒子在加速器中做加速运动，由动能定理得：
代入数据解得：
两板间距离为
粒子恰能通过速度选择器，则有：
代入数据解得：
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有：
代入数据解得：
答：粒子经过加速器后的速度为；
速度选择器两板间电压为；
粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为。
11.解：导体的电子定向移动形成电流，电子的运动方向与电流方向相反，电流方向向右，则电子向左运动，由左手定则判断电子会偏向端面，板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以下侧面的电势高于侧面的电势；
当电场力与洛伦兹力平衡时，根据平衡条件有
解得
；
由电流微观表达式得
解得
又
联立得
。
答：达到稳定时，导体板下侧面的电势高；
此时电子做匀速直线运动的速度为；
此时磁感应强度的大小为。
12.解：对导体棒做受力分析易得，导体棒运动所受支持力：
滑动摩擦力：
联立代入数据可得：
导体棒做切割磁感线运动，产生感应电动势，相当于一个电源，、为外电路，且、为并联关系，当杆达到最大速度时有导体棒产生的感应电动势为：
电路中产生的感应电流：
对电路分析可知：
导体棒所受安培力：
速度最大时，加速度为，根据平衡条件有：
联立以上方程，解得最大速度：
从静止释放到达到最大速度过程中，假设某时速度为，
对导体棒有导体棒产生感应电动势：
电路中产生感应电流：
对电路分析可知：
导体棒所受安培力：
导体棒加速度：
对时间累计有：
最后结果就是：
解得此过程导体棒沿导轨下滑：
根据能量守恒有：
、两阻值两端电压时刻相等，所以电阻上产生热量有：
联立代入数据得：
答：在杆滑动过程中，杆所受到的滑动摩擦力大小为；
在杆滑动过程中，杆可以达到的速度最大值为；
此过程中，电阻上产生的热量为。
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