辽宁省实验中学2024-2025学年高二（上）期中物理试卷（含解析）

2024-2025学年辽宁省实验中学高二（上）期中物理试卷
一、单选题：本大题共5小题，共20分。
1.图中与磁现象有关的四个实验，其对应判断正确的是( )
A. 甲图中小磁针的偏转情况形象描述了磁体周围磁场的分布
B. 乙图说明磁场对电流有力的作用，根据该原理制成了电动机
C. 丙图表明通电导线周围存在着磁场，这一物理现象是法拉第发现的
D. 丁图中左边铁钉吸引大头针较多，表明左侧线圈内电流大，电磁铁磁性强
2.如图所示，某型号霍尔元件导电自由电荷为电子，匀强磁场垂直于霍尔元件竖直向下，工作电源给电路中提供的电流为时，产生的霍尔电压为；元件厚度为，闭合开关、，下列判断中正确的是( )
A. 点电势比点电势高
B. 增加磁感应强度，电压表示数将减小
C. 滑动变阻器接入电路的阻值变大，电压表示数将减小
D. 仅减小霍尔元件厚度为，电压表示数不变
3.如图所示，质量为、带电荷量为的三个相同带电小球、、，从同一高度以初速度水平抛出，小球只在重力作用下运动，小球在重力和洛伦兹力作用下运动，小球在重力和电场力作用下运动，它们落地的时间分别为、、，落地过程中重力的冲量分别为、、，落地时的动能分别为、、，落地时重力的瞬时功率分别为、、，则以下判断中正确的是( )
A. B. C. D.
4.如图所示，两足够长的平行导轨竖直放置，水平部分粗糙并固定在绝缘水平面上，弯曲部分光滑，两部分平滑连接，空间中存在竖直向下的匀强磁场，导轨右端与定值电阻相连。让导体棒从弯曲导轨上某位置由静止开始下滑，在水平导轨上运动一段距离后静止，导体棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，导轨电阻不计。下列说法正确的是( )
A. 导体棒运动过程中，回路中产生逆时针方向的电流从上往下看
B. 导体棒沿光滑弯曲导轨运动过程中，通过电阻的电流一直增加
C. 导体棒沿弯曲导轨运动过程中，所受安培力方向沿导轨切线向上
D. 导体棒运动过程中，其机械能的减少量大于定值电阻和导体棒产生的热量之和
5.如图所示，为高中物理实验室常用的磁电式电流表的内部结构，基本组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈，其物理原理就是通电线圈因受安培力而转动。电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。关于磁电式电流表，下列说法正确的是( )
A. 铁质圆柱内部磁感应强度为零
B. 如图所示的电流表指针只能顺时针转动
C. 线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈转动
D. 电流不为零，线圈停止转动后不再受到安培力
二、多选题：本大题共5小题，共26分。
6.如图，、是真空中宽为的匀强磁场的左右边界边界上有磁场，磁感应强度为，方向垂直纸面向里。大量比荷为的正离子从边界上的点以速率进入磁场，速度方向如图所示在的范围内，粒子分布均匀，不计离子重力，也不计离子间的相互作用，磁场区域足够长。则( )
A. 能从边界飞出磁场的离子占粒子总数的
B. 从边界飞出磁场的离子中，在磁场中运动的最短时间为
C. 磁场中有离子经过的区域的面积
D. 从边界飞出磁场的离子中，飞出点与点距离小于或等于
7.如图甲所示，在、间存在一匀强磁场，时，一正方形光滑金属线框在水平向右的外力作用下紧贴从静止开始做匀加速运动，外力随时间变化的图线如图乙所示，已知线框质量、电阻，则( )
A. 线框的加速度为
B. 磁场宽度为
C. 匀强磁场的磁感应强度为
D. 线框进入磁场过程中，通过线框横截面的电荷量为
8.如图甲所示，一个刚性圆形线圈与电阻构成闭合回路，线圈平面与所在处的匀强磁场方向垂直，磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示．关于线圈中产生的感应电动势、电阻消耗的功率随时间变化的图象，可能正确的有( )
A. B. C. D.
9.速度均为的粒子和分别从点沿着与直径夹角为的方向垂直进入磁感应强度为的圆形匀强磁场区域，一个粒子恰与直径平行向右射出，另一个粒子刚好从直径的另一点点出射。已知粒子的质量为，电荷量为；粒子的质量为，电荷量为。不计粒子的重力，下列说法正确的是( )
A. 粒子从点出射
B.
C. 磁场圆的半径为
D. 粒子与粒子在磁场中运动时间之比为：
10.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，在小圆区城内存在垂直于纸面向里的磁感应强度大小为的匀强磁场，在小圆与导轨之间的环形区域内存在垂直于纸面向外的磁感应强度大小为的匀强磁场。现将一长度为的导体棒置于磁场中，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，导体棒以角速度沿导轨逆时针做匀速圆周运动，其他电阻不计。下列说法正确的是( )
A. 导体棒点的电势比点的电势低
B. 在导体棒的内部电流由点至点
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
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.某学习小组利用图所示的电路研究电容器进行充放电。先将开关置于位置，充电结束后，再切换至位置。电流传感器记录了电流随时间变化的图像，如图所示时间内，曲线与横轴间共包含个小格。已知电源电动势为，内阻可忽略不计。
该电容器的电容大约为______。
该实验中若仅减小电阻的阻值，则电容器的充电或放电时间将是______不变、延长、缩短。
若使用欧姆表直接连接未充电的待测电容器两端，观察到指针的偏转情况是______。
12.用电流表和电压表测定某组合电池电动势约，内电阻约的电动势和内电阻，除待测电池组、电键、导线外，还有下列器材：
电流表：量程，内电阻约
电压表：量程，内电阻约
滑动变阻器：，额定电流
如图为连好的部分电路，请完成电路实物图的其它连线。
实验时发现电压表坏了，于是不再使用电压表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连接电路，仍能完成实验实验中读出几组电阻箱的阻值和对应电流表的示数，用图象法处理采集到的数据。实验测得的电阻箱阻值和电流表示数，以及计算的数据见下表：
根据表中数据，在方格纸上作出关系图像，由图像可计算出该电池组的电动势为______；内阻为______。
为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为的电压表并联在电流表的两端，调节电阻箱，当电流表的示数为时，电压表的指针位置如图所示，则该电池组的电动势应为______，内阻应为______。
四、计算题：本大题共3小题，共36分。
13.如图所示，水平放置的形导轨足够长，置于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨宽度，左侧与的定值电阻连接。右侧有导体棒跨放在导轨上，导体棒质量，电阻，与导轨的动摩擦因数，其余电阻可忽略不计。导体棒在大小为的水平外力作用下，由静止开始运动了后，速度达到最大，取。求：
导体棒运动的最大速度是多少？
当导体棒的速度时，导体棒的加速度是多少？
导体棒由静止达到最大速度的过程中，电阻上产生的热量是多少？
14.如图所示，在空间中点放一质量为、带电荷量为的微粒，过点水平向右为轴，竖直向下为轴，为水平边界线，上方存在水平向右的匀强电场，下方存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。，若从静止释放此微粒，微粒一直沿直线穿过此区域，，若在点给它一沿轴正方向的初速度，它将经过上的点。电场强度和大小未知，重力加速度为，求：
点的坐标；
匀强磁场的磁感应强度大小。
15.如图所示，在平面直角坐标系的第Ⅰ、Ⅱ象限内存在着平行于纸面的匀强电场，电场强度大小为，方向与轴正方向成角，第Ⅲ象限存在着沿轴负方向的匀强电场，一质量为、电荷量为的带负电粒子从电场中的点，以速度沿轴正方向开始运动。然后从坐标原点进入第Ⅰ象限的匀强电场，在电场中运动一段时间后，再次通过点，通过点时，轴下方的匀强电场已换成与第Ⅳ象限相同的匀强磁场，方向垂直于纸面向外，第Ⅳ象限磁场的上边界与轴正方向成角，下边界平行于轴，当粒子从边界上的点图中未画出离开磁场后，再次进入电场，经电场偏转恰好回到点，不计粒子的重力，点到轴的距离为到轴距离的倍，求：
粒子第一次到达点时速度的大小和方向；
粒子第一次在第Ⅰ象限中运动时，粒子离原点的最远距离和粒子整个运动过程中磁场下边界到轴的最小距离；
粒子第二次和第三次经过点的时间间隔。
答案和解析
1.
【解析】条形磁铁周围存在磁场，故在甲图中小磁针的偏转情况形象描述了条形磁铁周围磁场的分布，故A正确；
B.乙图是电磁感应的装置图，闭合回路一部分导体切割磁感线产生感应电流，据此制成了发电机，故B错误；
C.丙图表明通电导线周围存在着磁场，这一物理现象是奥斯特发现的，故C错误；
D.由丁图可知，两边线圈的电流相同，但左边线圈的匝数多，故其磁性强，则左边磁铁吸引大头针多，故D错误。故选：。
2.
【解析】根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力向点一侧方向，电子带负电，故点电势低；点感应出正电荷，点电势比点电势低，故A错误；
霍尔元件中电子受到的洛伦兹力等于电场力，有，电流微观表达式，设霍尔元件的宽度为，霍尔元件的电压，霍尔元件的截面面积，
解得，滑动变阻器接入电路的阻值变大，闭合电路总电阻变大，由闭合电路欧姆定律，减小。因此霍尔电压减小，电压表示数将减小；
增加磁感应强度，霍尔电压增大，电压表示数将增大；
仅减小霍尔元件厚度为，电压表示数增大，故BD错误，C正确。
故选：。
3.
【解析】由题意可知球仅受重力作用，在竖直方向上初速度为，所以做自由落体运动；球除重力之外还受到洛伦兹力作用，根据左手定则可知，的洛伦兹力的方向总是水平方向的，不影响重力方向，所以竖直方向和球的运动情况相同，也做自由落体运动；球除受重力之外，还受到垂直纸面向里的电场力作用，不影响重力方向，所以竖直方向和球的运动情况相同，也做自由落体运动；根据自由落体的时间公式
易得
故A错误；
B.根据
又三个小球落地时间相同，则有
故B正确；
C.球和球下落过程中，只有重力做正功，而球下落过程重力和电场力都做正功，根据动能定理可得
故C错误；
D.小球落体时的重力的瞬时功率等于重力乘以重力方向的速度，通过分析，球受的洛伦兹力总是垂直纸面向里，不影响竖直方向，球受的电场力方向也是垂直纸面向里的，对竖直方向也没用影响，故竖直方向小球都做自由落体运动，高度相同，所以小球的末速度在竖直方向的分量相同，重力又相等，根据
可知三个球落地瞬间重力的瞬时功率相等，即
故D错误。
故选：。
4.
【解析】导体棒运动过程中，根据右手定则判断，可知回路中产生顺时针方向的电流，故A错误；
导体棒沿光滑弯曲导轨运动过程中，由左手定则判断，可得所受安培力方向水平向左。当导体棒运动到最底端时，重力沿切线方向的分力为零；所以在弯曲导轨运动过程中，重力沿切线方向的分力先大于安培力沿切线方向的分力，导体棒的速率增加；当重力沿切线方向的分力等于安培力沿切线方向的分力时，导体棒的速率最大；之后重力沿切线方向的分力小于安培力沿切线方向的分力，导体棒的速率减小，根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律，可得感应电流为：
，可知电流先增大，后减小，故BC错误；
D.根据能量守恒定律可知，导体棒运动过程中减少的机械能转化为回路中定值电阻和导体棒产生的总的焦耳热，以及在水平轨道因摩擦而产生的热量，故其机械能的减少量大于定值电阻和导体棒产生的热量之和，故D正确。
故选：。
5.
【解析】铁质圆柱没有将磁场屏蔽，内部有磁场，即铁质圆柱内部磁感应强度不为零，故A错误；
B.当没有通入电流时，如图所示的电流表指针不转动，停在中间，当通入方向不同的电流时，指针顺时针转动或逆时针转动，不是只能顺时针转动，故B错误；
线圈中通电流时，线圈受到安培力的作用转动，螺旋弹簧被扭紧，反抗线圈转动，随着弹力的增加，当弹力力矩与安培力力矩平衡时线圈停止转动，故C正确，D错误。
故选：。
6.
【解析】根据洛伦兹力提供向心力
解得正离子运动半径为
根据几何关系可知水平向右入射的离子在边界的切点与竖直向下入射的离子在边界的飞出点离点的距离均为
故飞出点与点距离小于或等于，故D错误。
A.经项分析，可知竖直向下入射的离子向右偏转，垂直边界向右出射，水平向右入射的离子向上偏转与边界相切，在此范围入射的离子将从边界出射，对应的入射角度为，而离子的入射角是从到，故能从边界飞出磁场的离子占粒子总数的
故A错误；
B.轨迹弦长为的离子是从边界飞出的离子中弦长最短，离子运动轨迹圆心角最小
经项分析，，根据几何关系，此时弦和半径构成等边三角形，可知此圆心角为，则离子在磁场中运动的最短时间为
故B正确；
C.有离子经过的磁场区域为半径为的两个四分之一圆和边长为的正方形组合而成
磁场中有离子经过的区域的面积为
故C正确；
故选：。
7.
【解析】、当时线框的速度为零，没有感应电流，线框不受安培力，则线框的加速度为：，故A正确。
B、磁场的宽度等于线框在内的位移，为：，故B错误；
C、设线框的边长为，则等于线框在内的位移，即为：
当线框全部进入磁场的瞬间：，而，式中，，，，，联立得到：，故C正确；
D、线框进入磁场过程中，通过线框横截面的电荷量为：，故D正确。
故选：。
8.
【解析】、根据图象知磁场增加，根据楞次定律，线圈中的感应电动势沿逆时针方向；磁场减弱，由楞次定律，线圈中的感应电动势沿顺时针方向，故A错误；
B、根据法拉第电磁感应定律，因为和磁感应强度的变化率为定值且绝对值相等，所以感应电动势大小不变，故B正确；
、根据，整个过程中电流大小不变，由知电阻消耗的功率不变，故C错误，D正确；
故选：。
9.
【解析】根据题意，可以作出两粒子运动轨迹如下图
由洛伦兹力提供向心力
解得
所以两粒子半径之比
设水平向右射出的粒子半径为，从点射出的粒子半径为，由几何关系可得
解得
所以
较小，对应的是粒子，所以粒子从点出射，故A正确；
B.根据选项分析可知
解得
所以
故B错误；
C.根据
又
解得
故C正确；
D.根据几何分析可知的速度偏转角为，的速度偏转角为，、分别在磁场中运动的周期
所以粒子与粒子在磁场中运动时间之比为
解得
故D错误。
故选：。
10.
【解析】、半径为 的小圆切割磁感线产生的感应电动势为：，根据右手定则知点的电势比棒上虚线处的电势更高；导体棒在小圆与导轨之间的环形区域割磁感线产生的感应电动势为：，根据右手定则知，点的电势比棒上虚线处的电势更高，因，对比可知，点的电势比点的电势低，在导体棒的内部电流由点至点，故A正确，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：，故C错误；
D.在导体棒旋转一周的时间内，电阻产生的焦耳热为：，故D正确。
故选：。
11. 缩短 初始偏转角度较大，随后逐渐减小。
【解析】电容器在放电过程中释放的电荷量在数值上等于图像与坐标轴所包围的面积。每个小方格所对应的电荷量为，所以电容器所带的电荷量，得，充满电后电容器两极板间的电压等于电源电动势，则电容器的电容；
该实验中若仅减小电阻的阻值，根据闭合电路欧姆定律，可知电容器开始充电或开始放电的电流增大，而充电的总电量或放电的总电量不变，根据，可知电容器的充电或放电时间将缩短。
用欧姆表直接连接待测电容两端，表内部电源给电容器充电，在开始时电流较大，所以指针的偏转角度很大，随着电容器所带电荷量不断增大，充电电流逐渐减小，所以指针的偏转角度逐渐减小。
故答案为：；缩短；初始偏转角度较大，随后逐渐减小。
12.
【解析】由于电源的内阻很小，为了减小测量误差，选用电流表相对电源的外接法，滑动变阻器采用限流式接法，完整的实物图如下图所示：
根据表中数据，作出的图像如下图所示：
根据闭合电路欧姆定律得：
变形得：
根据图像的斜率与纵截距可得：
，可得：
电压表的分度值为，电压表示数为，则电流表的内阻为：
该电池阻的内阻应为：
图像的斜率仍为电动势，则该电池阻的内阻仍为。
故答案为：见解答；见解答；；；；
13.设导体棒运动的最大速度为，棒切割磁感线产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律有
当速度最大时，加速度为零，由平衡条件有
解得棒的最大速度为
棒的速度时，棒受到的安培力大小为
根据闭合电路欧姆定律有
由牛顿第二定律有
解得
导体棒由静止达到最大速度的过程中，电流产热为，由功能关系可得
又有
联立解得电阻上产生的热量是
答：导体棒运动的最大速度是；
当导体棒的速度时，导体棒的加速度是；
导体棒由静止达到最大速度的过程中，电阻上产生的热量是。
14.静止释放的微粒沿直线运动，对微粒受力分析如下所示：
则有：
可得：
微粒由到的过程，根据牛顿第二定律可得，
沿轴方向的加速度为：
沿轴方向的加速度为：
由运动学公式可得，沿轴方向有：
解得：
沿轴方向有：
故C点坐标为。
静止释放此微粒时，设微粒沿直线运动到点的速度为，由动能定理得：
解得：
在下方，微粒做直线运动，受力分析如上图所示，洛伦兹力、电场力与重力三个力的合力为零，即洛伦兹力与电场力和重力的合力等大反向，则有：
解得：
答：点的坐标为；
匀强磁场的磁感应强度大小为。
15.第Ⅲ象限的电场中，粒子做类平抛运动，设点到轴的距离为，到轴的距离为
沿轴正方向有
沿轴正方向有
粒子到达点时的速度大小为
联立解得
设速度方向与轴方向的夹角为，有
解得
即粒子到达点时速度方向与轴正成角斜向上
由第一问可知粒子从点进入第Ⅰ象限时，速度方向与电场方向平行，粒子在电场中做匀减速直线运动，如图所示
从点到最远处过程，由动能定理得
联立解得
由运动的对称性可知，粒子再次通过点时，速度大小仍为，方向与轴负方向成角进入磁场，运动轨迹如图所示，粒子的运动轨迹刚好和磁场下边界相切时，磁场下边界到轴的距离最小，由几何关系得
粒子进入磁场时与的夹角为，由几何关系知，粒子出磁场时，转过的圆心角为，再次从点进入电场时，做类平抛运动回到点。在第Ⅰ象限中，初速度方向
电场力方向
根据
联立解得
，，
粒子在磁场中运动了四分之三个周期，有
解得
粒子离开磁场到再次进入电场过程中做匀速直线运动，根据上图，由几何知识得
解得
则有
解得
故粒子第二次和第三次两次经过点的时间间隔
解得
答：粒子第一次到达点时速度的大小为，粒子到达点时速度方向与轴正成角斜向上；
粒子第一次在第Ⅰ象限中运动时，粒子离原点的最远距离为；粒子整个运动过程中磁场下边界到轴的最小距离为；
粒子第二次和第三次经过点的时间间隔为。
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