辽宁省抚顺市2023-2024学年高二（上）期末物理试卷（含答案）

辽宁省抚顺市2023-2024学年高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.如图所示，重力为的水平铜棒用绝缘丝线悬挂，静止在水平螺线管的正上方，铜棒中通入从到方向的恒定电流，螺线管与干电池、开关串联成一个回路。当开关闭合后一小段时间内，下列判断正确的( )
A. 丝线的拉力大小为 B. 丝线的拉力小于
C. 从上向下看，铜棒沿逆时针方向转动 D. 从上向下看，铜棒沿顺时针方向转动
2.如图，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为和、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为、电荷量为的粒子垂直于轴射入第二象限，随后垂直于轴进入第一象限，最后经过轴离开第一象限。若不计粒子重力，则粒子在磁场中运动的时间为( )
A. B. C. D.
3.某实验小组设计的电梯坠落应急安全装置如图所示，电梯井内壁上铺设线圈，电梯轿厢底部安装永久磁铁，磁铁极向上，线圈能在电梯轿厢突然坠落时自动闭合，阻碍电梯轿厢急剧下降从而减小对乘客的伤害。当电梯轿厢坠落至图示位置时( )
A. 线圈、相互吸引
B. 线圈有收缩的趋势，有扩张的趋势
C. 俯视线圈，其感应电流沿逆时针方向
D. 电梯轿厢处于完全失重状态
4.如图所示，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，在半径为的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为。一半径为、电阻为的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合。当内、外磁场同时由均匀地减小到零的过程中，通过导线环截面的电荷量为( )
A.
B.
C.
D.
5.如图直角坐标系的一、三象限内有匀强磁场，方向均垂直于坐标平面向里，第一象限内的磁感应强度大小为，第三象限内的磁感应强度大小为。现将由两条半径半径为和四分之一圆弧组成的导线框绕过点且垂直坐标平面的轴在纸面内以角速度逆时针匀速转动，导线框回路总电阻为。在线框匀速转动的过程中( )
A. 线框中感应电流的方向总是顺时针方向 B. 圆弧段始终不受安培力
C. 线框中感应电流最大值为 D. 线框产生的总热量为
6.在如图所示电路中，、是两个完全相同的灯泡，是一个理想电感线圈( )
A. 闭合时，始终不亮
B. 闭合时，立即亮，然后逐渐熄灭
C. 闭合足够长时间后，发光，而不发光
D. 闭合足够长时间后，不发光，而逐渐熄灭
7.如图所示，矩形线圈切割磁感线产生一交流电压，将其接在理想变压器原线圈上，导线上接入阻值的电阻，原、副线圈匝数之比：：，副线圈上的滑动变阻器的最大阻值为，且其滑动触头可上下安全调节，其余电阻不计，电路中电表均为理想交流电表，下列说法正确的是( )
A. 时刻，矩形线圈垂直于中性面
B. 滑动变阻器的阻值为时，其消耗的功率最大，最大值为
C. 若将滑动触头从最下端滑到最上端，消耗的功率先增大后减小再增大
D. 若维持滑动变阻器消耗功率最大的电路状态，则分钟内产生的焦耳热为
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图，足够长的荧光屏的上方区域存在匀强磁场，边界左侧区域的磁场方向垂直纸面向里，右侧区域的磁场方向垂直纸面向外，两区域的磁感应强度大小均为。光屏上方有一粒子源紧挨着点，可沿方向不断射出质量为、电荷量为的粒子。粒子打在荧光屏上时，荧光屏相应位置会发光。已知粒子的速率可取从零到某最大值之间的各种数值，速率最大的粒子恰好垂直打在光屏上，之间的距离为，不计粒子重力及粒子间的相互作用，则( )
A. 粒子的最大速率为
B. 荧光屏上的发光长度
C. 打中荧光屏的粒子运动时间的最小值为
D. 打中荧光屏的粒子运动时间的最大值为
9.如图所示，空间有一宽度为的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，是由均匀电阻丝做成的等腰直角三角形线框，边上的高也为图示时刻，边与磁场边界平行，点在磁场边界上。现使线框从图示位置匀速通过磁场区，速度方向始终与磁场边界垂直，若规定图示线框的位置，感应电流沿逆时针方向为正，线框受到的安培力方向向左为正，则下列图象可能正确的为( )
A.
B.
C.
D.
10.如图所示，水平线下方有垂直纸向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为，边长为、质量为、电阻为的正三角形金属线框在上方由静止释放，释放时，边离的高度为，线框在向下运动过程中，始终在垂直磁场的竖直面内，边始终水平，当边刚要进磁场时，线框的加速度为零，重力加速度为，则( )
A. 线框进磁场过程可能一直做减速运动
B. 线框进磁场过程中，通过线框截面的电量为
C. 线框进磁场过程中，线框中产生的焦耳热为
D. 线框完全进入磁场后继续向下运动过程中，、两端的电势差为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.为测量某金属丝的电阻率，小明同学设计了如图甲、乙所示的两种实验方案，已知电源的电动势和内阻在实验过程中保持不变。
小明先进行了如图甲方案的测量。他首先用米尺测出接入电路中金属丝的长度，再利用螺旋测微器测金属丝直径，示数如图丙所示，则金属丝直径的测量值 。
小明又进行了如图乙方案的测量，实验中闭合开关后，他可以通过改变接线夹即图乙中滑动变阻器符号上的箭头接触金属丝的位置以控制接入电路中金属丝的长度，并通过改变电阻箱接入电路中的阻值，保持电流表示数不变。记录电阻箱接入电路中的阻值和对应接入电路中金属丝长度的数据，并在坐标系中描点连线，作出的图线如图丁所示。请用金属丝的直径、图线斜率的绝对值和必要的常数，写出该金属丝电阻率测量值的表达式 。
电表的内阻可能对实验产生系统误差，请你分别就这两种方案说明电表内阻对电阻率测量结果是否会产生影响；若产生影响，将导致电阻率的测量结果偏大还是偏小 。
12.某研究性学习小组利用如图甲所示电路，测定节干电池组成的电池组的电动势和内电阻。其中，虚线框内为用灵敏电流表改装的电压表，为电流表，为待测电池组，为开关，为滑动变阻器，为的定值电阻。已知灵敏电流表的满偏电流，内阻。
首先将灵敏电流表改装成量程为的电压表，则需要将灵敏电流表与电阻箱______选填“串联”或“并联”，并将电阻箱阻值调整为______。
将改装后的电压表接入虚线框内后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，记录灵敏电流表和电流表的读数，分别记为、，在坐标系中描出的坐标点如图乙所示。请完成关系图线。
由图乙得每节电池的内阻 ______，每节电池的电动势 ______。结果均保留三位有效数字
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
13.在平面内有一个半径为的圆形区域与轴相切于点，在圆形区域外包括圆形边界的空间存在垂直平面向外的匀强磁场，磁感应强度为，如图所示。发射源从坐标原点以与轴正方向成角的方向向第一象限发射一个比荷为的带正电的粒子不计重力，该粒子恰好沿平行于轴的方向进入圆形区域。
求粒子的速度大小；
若发射源能从坐标原点以大小为的速率向第一象限的不同方向射出同样的带电粒子，求带电粒子从射出到再次回到点所用的最长时间。
14.如图所示，水平面内有一光滑金属导轨，边的电阻为，其他电阻均不计，与夹角为，与垂直。将质量为、电阻不计的长直导体棒搁在导轨上，并与平行。初始时棒与、的交点分别为、，与间的距离为，空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为。在外力作用下，棒由处以初速度向右做直线运动。其速度的倒数随位移变化的关系如图所示。停止运动前，求：
棒运动的位移为时流过导体棒的电流大小；
从初始到棒运动的位移为所用的时间；
从初始到棒运动的位移为外力做的功。
15.年月日，杭州年亚运会、亚残运会个竞赛场馆全面竣工并通过赛事功能综合验收，此次杭州亚运会也将在亚运史上首次实现绿色电力供应。为确保杭州亚运会绿电供应，浙江电力交易中心已组织两次绿电交易，将青海柴达木盆地、甘肃嘉峪关等古丝绸之路上的绿色电能，通过特高压线路输送至浙江，让丝绸之路上的光，点亮亚运的灯。如图为某组同学研究远距离输电过程的装置图，矩形导线框绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势。导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电，输电线路总电阻，理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为：，降压变压器副线圈接入一台内阻的电动机，其两端的电压，效率。导线框及其余导线电阻不计，电表均为理想电表，求：
电动机的机械功率；
输电线上损失的功率；
电流表的读数。
1.【答案】
2.【答案】
3.【答案】
4.【答案】
5.【答案】
6.【答案】
7.【答案】
8.【答案】
9.【答案】
10.【答案】
11.【答案】 见解析
12.【答案】串联
13.【答案】解：带电粒子在磁场中运动的轨迹与区域圆相交于、两点，粒子从点进入无磁场区域时速度方向平行于轴，如图中轨迹所示
由几何关系知为菱形，带电粒子在磁场中运动的轨迹半径与区域圆半径相等，即，由洛伦兹力提供向心力得

代入比荷解得
由于带电粒子在磁场中运动的轨迹半径，故以任意角射出的粒子均沿平行于轴的方向进入无磁场区域。由分析可知，沿轴正方向射出的粒子将沿圆形边界做圆周运动，回到点所用的时间最短。沿轴正方向射出的粒子轨迹先在磁场中运动圆周，进入圆形区域后沿直径做直线运动，再进入磁场又运动圆周回到原点，此运动所用时间最长。该粒子在磁场中的运动时间为
其中周期
该粒子在圆形区域内的运动时间
最长时间
联立解得
答：粒子的速度大小为；
带电粒子从射出到再次回到点所用的最长时间为。
14.【答案】解：感应电动势为：
由闭合电路欧姆定律：
当位移为时有效切制长度：
由图像知：
联立得：
根据法拉第电磁感应定律有：
由几何关系：
结合第一问知电动势为定值，电流为定值：
解得导体棒运动的时间为：
由能量守恒：
根据焦耳定律有：
此时的速度：
解得外力做的功：
答：棒运动的位移为时流过导体棒的电流大小为；
从初始到棒运动的位移为所用的时间为；
从初始到棒运动的位移为外力做的功为。
15.【答案】解：设通过电动机的电流为，
电动机的输入功率，
电动机的热功率
根据题意
代入数据联立解得
电动机输入功率
电动机的输出功率
即电动机的机械功率
根据理想变压器电流与匝数比的关系
输电线上的电流
输电线上的功率损失
根据功率关系，升压变压器原线圈的输入功率
根据正弦交变电流，有效值与最大值的关系，发电机的输出电压
根据功率公式
得通过电流表的电流
答：电动机的机械功率为；
输电线上损失的功率为；
电流表的读数。
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