陕西省西安市莲湖区2024-2025学年高二上学期期末物理试卷（含解析）

陕西省西安市莲湖区2024-2025学年高二上学期期末物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.了解物理规律的发展过程，学会像科学家那样观察和思考，是我们学习过程中重要的一环。下列说法符合事实的是( )
A. 安培定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的规律
B. 德国物理学家普朗克首先提出用电场线来描述电场
C. 卡文迪什通过实验验证了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律
D. 奥斯特首先通过实验发现了通电导线周围存在磁场，即发现“电生磁”的第一人
2.两个等量异种点电荷的电场线如图所示，为两电荷连线的中点，点和点在两电荷连线上，点和点在两电荷连线的中垂线上，且、。下列说法正确的是( )
A. 点的电场强度大于点的电场强度
B. A、、、、五点中，点的电场强度最大
C. 点的电势等于点的电势
D. 点的电势低于点的电势
3.如图所示的电路中，、、是三个相同的灯泡，是自感线圈，其电阻与灯泡电阻相等，当闭合开关电路稳定后再断开开关，下列说法正确的是( )
A. 闭合后，逐渐变亮而、立即亮
B. 闭合后，立即亮而、逐渐变亮
C. 断开后，闪亮一下然后逐渐变暗
D. 断开后，、先闪亮一下然后逐渐变暗
4.如图，在一个蹄形电磁铁的两个磁极的正中间放置一根长直导线，当导线中通有垂直于纸面向里的电流时，导线所受安培力的方向为( )
A. 向上 B. 向下 C. 向左 D. 向右
5.氩弧焊是一种使用氩气作为保护气体的电弧焊接技术，利用氩弧焊可以获得致密、无飞溅且质量上乘的焊接接头，这使得氩弧焊在航空航天、汽车制造、水利水电、石油化工等行业得到广泛应用。氩弧焊在焊接时，电弧发出红外线、可见光、紫外线等电磁波，电磁波在真空中的速度，电弧发出的电磁波的波长范围为，则电弧发出的电磁波中，频率最小的数量级为( )
A. B. C. D.
6.如图所示，间距为、水平放置的平行形光滑金属导轨间有垂直于导轨平面向下、磁感应强度大小为的匀强磁场，倾斜放置的金属杆在外力作用下以速度平行于导轨向右匀速运动，金属杆与导轨的夹角为，、为金属棒与导轨的两个交点，金属杆运动过程中产生的感应电动势为( )
A. B. C. D.
7.如图所示，直角三角形中，，。两个点电荷分别固定在、两点，某试探电荷在点受到的电场力方向与垂直，取，。则、两点处点电荷的电荷量之比为( )
A. ： B. ： C. ： D. ：
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，点为固定在竖直平面内光滑绝缘的圆弧轨道的最低点，、两点位于同一高度，匀强磁场方向与轨道平面垂直。将一个带正电的小球视为点电荷自点由静止释放后，小球在轨道上、间做往复运动。下列说法正确的是( )
A. 小球每次经过点时的速度均相同
B. 小球向右经过点和向左经过点时的向心加速度相同
C. 小球每次经过点时对轨道的压力均相等
D. 小球由点到点所用的时间等于由点到点所用的时间
9.在如图甲、乙所示的两个测量电阻的电路中，电阻、电流表、电压表和电池都是相同的，电池的内阻相对于电阻不能忽略，电流表和电压表均不是理想电表。闭合开关后，图甲、乙电路中电压表和电流表的示数分别为、和、。下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
10.如图甲所示，螺线管匝数，横截面积，螺线管导线电阻，电阻。螺线管内部区域可视为存在水平方向的匀强磁场，以水平向右为正方向，磁感应强度大小随时间变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. 回路中感应电流逐渐增大 B. 通过电阻的感应电流方向为从到
C. 时回路中的电流为 D. 电阻两端的电压为
三、实验题：本大题共2小题，共15分。
11.刘同学研究电磁感应现象的实验装置如图甲所示，该同学正确连接电路，闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
闭合开关电路稳定后，该同学将滑动变阻器的滑片______填“向左”或“向右”移动时，灵敏电流计的指针向右偏转。
该同学继续用如图乙所示的实验装置来探究影响感应电流方向的因素，实验中发现感应电流从“”接线柱流入灵敏电流计指针向右偏转，螺线管的绕线方向在图丙中已经画出。若将条形磁铁向下插入螺线管时，指针向右偏转，则条形磁铁______填“上端”或“下端”为极。进一步实验发现，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向______填“相同”或“相反”。
12.小华同学正准备测定一节干电池的电动势和内阻，备有下列器材：
A.待测的干电池电动势约为，内阻约为；
B.电流表量程为，内阻为；
C.电流表满偏电流为，内阻；
D.滑动变阻器阻值范围为，允许通过的最大电流为；
E.定值电阻阻值为，允许通过的最大电流为；
F.电阻箱阻值范围为；
G.开关和导线若干。
小华同学设计的实验电路图如图甲所示。由于没有电压表，小华同学经过思考，发现将电流表与电阻箱串联后便可将该电流表改装成量程为的电压表，则电阻箱的阻值应调整为______。
实验时，闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于______填“”或“”端。
在器材选择正确的情况下，按正确操作进行实验，通过调节滑动变阻器，得到了多组、数据为电流表的示数，为电流表的示数。小华同学利用测出的数据绘出的图线如图乙所示，则该电池的电动势 ______、内阻 ______。结果均保留小数点后两位
四、计算题：本大题共3小题，共39分。
13.如图所示，一个质量为、电荷量为的带电粒子，从静止开始经加速电场加速后，沿水平方向进入由两平行金属板组成的偏转电场中，粒子在偏转电场中运动一段时间后射出。已知偏转电场的电场强度大小为，两金属板的板长为，粒子在偏转电场中的运动时间为，不计粒子所受的重力。求：
加速电场的电压；
粒子射出偏转电场时速度偏转角的正切值。
14.如图所示，两根金属导轨平行固定在倾角的绝缘斜面上，导轨下端接有的定值电阻，导轨自身电阻忽略不计。导轨置于垂直于斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小。将一根质量、电阻的金属棒从导轨上方某处由静止释放，金属棒沿导轨下滑，设导轨足够长，导轨宽度和金属棒长度均为。金属棒下滑过程中始终与导轨接触良好，金属棒与导轨间的动摩擦因数，当金属棒沿导轨下滑的高度时，金属棒速度恰好达到最大值。取重力加速度大小，求：
金属棒达到的最大速度；
该过程中电阻产生的焦耳热。
15.某高校拟采购一批实验器材，提高学生对电偏转和磁偏转研究的动手能力。其核心结构原理可简化为如图所示：、间的区域有竖直向上的匀强电场，在的右侧有一与相切于点的圆形有界匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外。一带正电粒子自点以水平初速度正对点进入该电场后，从点飞离电场进入磁场，再经磁场偏转后从点射出磁场。已知、两点间的距离为，、两点间的距离为，为圆形有界磁场的直径且长度为，粒子的质量为、电荷量为，粒子所受重力忽略不计，求：
粒子从点进入磁场时的速度的大小；
磁感应强度的大小；
粒子在磁场与在电场中运动的时间之比。
答案解析
1.
【解析】解：左手定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的规律，安培定则用来判断通电导线或线圈周围的磁场方向，故A错误；
B.英国物理学家法拉第首先提出用电场线来描述电场，故B错误；
C.库仑首先通过实验验证了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律，故C错误；
D.奥斯特首先通过实验发现了通电导线周围存在磁场，即发现“电生磁”的第一人，故D正确；
故选：。
根据安培、法拉第，库仑和奥斯特在电磁学领域的贡献和成果进行分析解答。
考查安培、法拉第，库仑和奥斯特在电磁学领域的贡献和成果，会根据题意进行准确分析和判断。
2.
【解析】解：如图，为两等量异种电荷的电场线及等势面的分布情况：
A.根据等量异种电荷电场线的对称分布可知，、两点电场强度相同，故A错误；
B.同一电场中，电场线越密集的地方，电场强度越大，由图可知，在两个等量异种点电荷的连线上，中点的电场强度最小，故B错误；
C.根据等量异种电荷的电势分布可知，两点电荷连线的中垂面为等势面，则点的电势等于点的电势，故C正确；
D.因为沿电场线的方向电势逐渐降低，则由图可知，点的电势高于点的电势，故D错误；
故选：。
A.根据等量异种电荷电场线的对称分布，即可分析判断；
B.同一电场中，电场线越密集的地方，电场强度越大，据此分析判断；
C.根据等量异种电荷的电势分布，即可分析判断；
D.根据沿电场线的方向电势逐渐降低，即可分析判断。
本题主要考查等量异种电荷的电势分布，解题时需注意，离正电荷越近电势越高，离负电荷越近电势越低，两等量异种电荷的等势面，关于两电荷连线的中垂面对称，也关于两电荷连线对称。
3.
【解析】解：闭合后，电压直接加到两个支路上，所以、立即亮；由于灯泡与自感线圈串联，线圈会阻碍电流的增大，所以慢慢变亮，故A正确，B错误；
断开后，由于线圈的作用阻碍电流的减小，所以慢慢变暗，因为线圈电阻与灯泡电阻相等，所以在开关闭合时通过灯泡和的电流大小相等，所以当开关断开后线圈与、、构成闭合回路，此时、不会先变亮，而是逐渐变暗，故CD错误。
故选：。
根据电感线圈因为自感对电路电流的影响分析判断。
本题考查含有电感线圈的电路，要求掌握电感线圈因为自感对电路电流的影响。
4.
【解析】解：根据安培定则，可知蹄形电磁铁的分布情况，如图所示；
故导线所处位置的磁感应线的切线方向为水平向右，根据左手定则，可以判断导线所受安培力的方向为向下，故B正确，ACD错误。
故选：。
明确导线绕制方向，根据安培定则确定磁场的方向，再根据左手定则分析通电导线所受安培力的方向。
本题考查左手定则以及安培定则的应用，注意明确线圈中电流的方向，分别判断两则磁极，从而明确中间导线所在位置磁场方向。
5.
【解析】解：电弧发出的电磁波的波长范围为，则电弧发出的电磁波中，若波长为时，由公式，可得频率最小为：，故电弧发出的电磁波中，频率最小的数量级为，故ABC错误，D正确。
故选：。
由公式求解频率最小的数量级。
本题以氩弧焊是一种使用氩气作为保护气体的电弧焊接技术为背景，考查了电磁波的应用，要求学生熟练掌握公式。
6.
【解析】解：垂直于速度方向的有效切割长度等于导轨间距，则金属杆运动过程中产生的感应电动势为：，故A正确、BCD错误。
故选：。
求出有效长度，根据法拉第电磁感应定律求解金属杆运动过程中产生的感应电动势。
本题主要是考查法拉第电磁感应定律，关键是知道中的是垂直于速度方向的有效长度。
7.
【解析】解：设两点电荷量分别为、则试探电荷受到、两点电荷的电场力分别为：，
如图是试探电荷受力情况，则其受力如图合力为，垂直于，
由几何关系：，，
联立解得：：：，故B正确，ACD错误；
故选：。
根据试探电荷在点的受力特点，画出受力图，注意两个力的合力垂直于，从而确定两个力的比值关系，结合几何关系找到两个源电荷的等量关系。
本题考查点电荷的库仑定律、电场力的叠加原理等内容，要根据题设的已知条件，表示出两个源电荷和距离的关系，求出两个源电荷的关系。
8.
【解析】解：、小球在运动过程中，只有重力做功，其所受弹力和洛伦兹力均不做功，小球的机械能守恒，根据机械能守恒定律可知，小球每次经过最低点时，速度大小总相等，但方向相反，根据可知小球向右经过点和向左经过点时的向心加速度的大小相等，方向均指向圆心，故A错误、B正确；
C、对小球受力分析可知，小球向右经过点时，向左经过点时，所以小球向右经过点时轨道对其的支持力小于其向左经过点时轨道对其的支持力，结合牛顿第三定律可知小球每次经过点时对轨道的压力不相等，故C错误；
D、由于洛伦兹力的方向总与速度方向垂直，因此只有重力做功对小球的速度大小有影响，小球无论从哪边滚下，时间都是一样的，故D正确。
故选：。
小球在运动过程中，受到重力、轨道的支持力和洛伦兹力，由于洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，所以洛伦兹力以小球不做功，不改变小球的速度大小。对小球速度大小有影响的只有重力，故从无论小球从那边滚，其时间都是一样的。由左手定则可知，小球的运动方向不同，洛伦兹力的方向也不同，由受力分析及向心力公式可知压力是否发生变化。
本题考查小球在重力和洛伦兹力作用下的运动问题，利用功能关系是解决物理问题的常用方法，在解题时关键要明确洛伦兹力永不做功。
9.
【解析】解：、由于电池的内阻不可忽略，故题图乙中电压表测定的是路端电压，即电阻和电流表两端的总电压，而题图甲中电压表测的是电阻两端的电压，所以，故A正确；
B、题图甲中电流表测量的是流过电阻和电压表的电流之和，题图乙中电流表测量的是流过电阻的电流，由于电压表存在电阻要分流，故有，故B错误；
、由题图可知，，所以，故C正确，D错误。
故选：。
在甲图中电压表分流，在乙图中电流表分压，知道甲图中电压表仅测量电阻两端的电压，而乙图中电流表测量路端电压，据此比较电压表的示数；根据电路特点分析电流表示数；根据欧姆定律计算比较。
知道在甲图中电压表分流电阻的测量值小于真实值；在乙图中电流表分压，电阻的测量值大于真实值。
10.
【解析】解：、因为磁通量均匀增加，磁通量变化率恒定，所以感应电动势恒定，感应电流恒定，故A错误；
B、由图可知，磁感应强度均匀增加，穿过螺线管的磁通量向右增加，结合螺线管的导线缠绕方向，由楞次定律和安培定则可知通过电阻的感应电流方向为从到，故B错误；
C、根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势为：
根据闭合电路欧姆定律，可知内回路中的电流为：，故C正确；
D、根据欧姆定律可知电阻两端的电压为，故D正确。
故选：。
根据法拉第电磁感应定律分析感应电动势如何变化，再根据闭合电路欧姆定律分析感应电流如何变化；根据楞次定律判断感应电流度方向；根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势大小，再根据闭合电路欧姆定律求感应电流大小，然后根据欧姆定律求电阻两端的电压。
解答本题的关键要掌握楞次定律和法拉第电磁感应定律，知道磁通量均匀变化时，产生的感应电动势是恒定的。
11.向右 上端 相同
【解析】解：闭合开关时，电路中的电流增大，通过线圈的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏；要使灵敏电流计的指针向右偏转，穿过线圈的磁通量应该减小，电路中的电流减小，根据欧姆定律，电路中的电阻增大，滑动变阻器的滑片应该向右滑动。
根据题述电流方向可知，感应电流的磁场方向竖直向下，结合楞次定律可知，原磁场磁通量方向向上，即条形磁铁上端为极。根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向总是阻碍引起感应电流的原磁场磁通量的变化，当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
故答案为：向右；上端；相同。
闭合开关时，电路中的电流增大，通过线圈的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏；要使灵敏电流计的指针向右偏转，穿过线圈的磁通量应该减小，电路中的电流减小，据此分析滑动变阻器滑动片的移动方向；
根据安培定则判断感应电流的磁场方向，根据题意确定条形磁铁的磁场方向，然后得出结论。
本题考查了感应电流的产生及方向判断，要求学生能够熟练地运用安培定则；抓住电流从“”接线柱流入电流表时，指针向右偏转是解题的关键。
12.
【解析】解：把电流表改装成的电压表，串联电阻阻值。
由图甲所示电路图可知，滑动变阻器采用限流接法，为保护电路，闭合开关前滑片应置于阻值最大处，即端。
由闭合电路的欧姆定律得：，由于，
则，整理得：
由图示图像可知，纵轴截距，斜率的绝对值
解得，电池电动势，电池内阻
故答案为：；；；。
应用串联电路特点与欧姆定律求出电阻阻值。
根据图示电路图确定滑片位置。
应用闭合电路的欧姆定律求出图像的函数解析式，根据图示图像求出电池电动势与内阻。
本题考查了测电池电动势与内阻实验，要掌握电压表的改装，应用闭合电路的欧姆定律求出图像的函数解析式即可解题。
13.解：粒子在加速电场中，由动能定理得：，其中是粒子进入偏转电场时的速度。粒子在偏转电场中，水平方向上做匀速直线运动，所以，联立解得：；
粒子在偏转电场中的加速度为：；
速度偏转角的正切值为：。
答：加速电场的电压等于；
粒子射出偏转电场时速度偏转角的正切值等于。
【解析】粒子在加速电场中，电场力做正功，粒子的动能增加，根据动能定理即可求解加速电场的电压；
粒子进入偏转电场后做类平抛运动，在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动，求出竖直方向速度，从而求出偏转角的正切值。
本题考查了带电粒子在电场中的加速和偏转，掌握处理类平抛运动的方法，知道粒子在垂直电场方向和沿电场方向的运动规律，结合牛顿第二定律和运动学公式综合求解。
14.解：金属棒达到最大速度时恰好匀速下滑，根据受力平衡有

又金属棒受到的滑动摩擦力大小为
棒受到的安培力大小为
回路中感应电流大小为
联立解得
设回路中产生的总焦耳热为。
金属棒下滑过程中，根据功能关系有
电阻产生的焦耳热为
联立解得
答：金属棒达到的最大速度为。
该过程中电阻产生的焦耳热为。
【解析】金属棒先沿导轨向下做加速度减小的变加速运动，当加速度减至零时开始做匀速运动，速度达到最大，根据平衡条件列方程求解最大速度；
根据功能关系求解该过程中电阻产生的焦耳热。
本题是电磁感应与力学知识的综合应用，关键是安培力的分析和计算，它是联系力学与电磁感应的桥梁。
15.解：粒子自点至点做类平抛运动，设运动时间为，粒子从点进磁场时的竖直分速度大小为，根据运动学规律有
联立解得：
粒子从点进入磁场时速度的大小为
解得：
；
设粒子从点进入磁场时的速度方向与水平方向的夹角为，根据几何关系有
粒子从点进入磁场后做匀速圆周运动，设匀速圆周运动的半径为，根据牛顿第二定律有
根据几何关系有
联立解得：
；
粒子在磁场中做圆周运动的周期为
粒子在磁场中运动的时间为
粒子在磁场与在电场中运动的时间之比。
答：粒子从点进入磁场时的速度的大小为；
磁感应强度的大小为；
粒子在磁场与在电场中运动的时间之比为。
【解析】带电粒子在电场中做类平抛运动，根据平抛运动规律求进入磁场时速度；
在磁场中做匀速圆周运动，由几何关系求轨迹半径，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律可求磁感应强度；
由粒子在磁场中运动转过圆心角和周期公式求在磁场中运动时间，即可知时间之比。
本题考查带电粒子在匀强电磁场中运动，解题关键是分析清楚带电粒子的运动情况，在匀强电场中做类平抛运动，在匀强磁场中做匀速圆周运动。
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