北京市海淀区第一0一中学2024-2025学年高二上学期期末考试物理试题(含解析)

北京市海淀区第一0一中学2024-2025学年高二上学期期末考试物理试题
一、单选题：本大题共9小题，共36分。
1.某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，其运动轨迹如图中虚线所示，由运动到，以下说法正确的是( )
A. 粒子带负电荷
B. 粒子在点的加速度大于它在点的加速度
C. 粒子在点的电势能小于它在点的电势能
D. 粒子在点的速度小于它在点的速度
2.有一个电流表，内阻为，满偏电流为。如果把它改装为量程为的电流表，则( )
A. 给它串联一个电阻，阻值为 B. 给它串联一个电阻，阻值为
C. 给它并联一个电阻，阻值为 D. 给它并联一个电阻，阻值为
3.如图所示，矩形线框由静止开始在磁场中运动若边所受磁场力的方向向下，则线框的运动可能是 ．
A. 向右运动，线框未全部进入磁场 B. 向左运动，线框未全部离开磁场
C. 向右运动，且线框全部进入磁场 D. 向上运动，且线框上边未离开磁场
4.如图所示的电路中，，为两个完全相同的灯泡，为自感线圈，线圈的电阻不可忽略，为电源，为开关。下列说法正确的是( )
A. 合上开关，先亮，逐渐变亮，断开开关，、同时熄灭
B. 合上开关，先亮，逐渐变亮，断开开关，先熄灭，后熄灭
C. 合上开关，先亮，逐渐变亮，断开开关，、同时熄灭，但灯要闪亮一下再熄灭
D. 合上开关，先亮，逐渐变亮，断开开关，、同时熄灭，但灯不会闪亮一下再熄灭
5.如图所示，线圈匝数为，横截面积为，线圈电阻为，处于一个均匀增强的磁场中，磁感应强度随时间的变化率为，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为，定值电阻的阻值为由此可知，下列说法正确的是( )
A. 电容器下极板带正电 B. 电容器上极板带负电
C. 电容器所带电荷量为 D. 电容器所带电荷量为
6.在如图所示的电路中，为电源，其内阻为，为小灯泡其灯丝电阻可视为不变，、为定值电阻，为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，为理想电压表。若将照射的光的强度减弱，则( )
A. 电压表的示数变大 B. 电源输出功率变大 C. 通过的电流变大 D. 小灯泡变亮
7.如图所示，两条平行的金属轨道所构成的平面与水平地面的夹角为，在轨道的顶端接有恒定电源和滑动变阻器，一根质量为的金属杆垂直导轨放置，杆与导轨间的动摩擦因数恒定．整个装置处于垂直轨道平面向上的匀强磁场中，滑动变阻器的滑片处于中点位置，杆处于静止状态。现将滑动变阻器的滑片向端缓慢滑动一段时间后杆开始下滑，整个过程金属杆始终与导轨垂直且接触良好，导轨及电源内阻不计。下列说法中正确的是( )
A. 此过程中金属杆所受安培力的方向垂直于斜面向下
B. 金属杆所受安培力的大小与滑动变电阻器的电阻成反比
C. 下滑后，金属杆所受摩擦力大小不变
D. 滑片向端滑动的过程中，金属杆对轨道的压力变大
8.如图所示，在匀强磁场中垂直于磁场方向放置一段导线。磁场的磁感应强度为，导线长度为、截面积为、单位体积内自由电子的个数为。导线中通以大小为的电流，设导线中的自由电子定向运动的速率都相同，则每个自由电子受到的洛伦兹力( )
A. 大小为，方向垂直于导线沿纸面向上
B. 大小为，方向垂直于导线沿纸面向上
C. 大小为，方向垂直于导线沿纸面向下
D. 大小为，方向垂直于导线沿纸面向下
9.一圆环形铝质金属圈阻值不随温度变化放在匀强磁场中，设第内磁感线垂直于金属圈平面即垂直于纸面向里，如图甲所示。若磁感应强度随时间变化的关系如图乙所示，那么第内金属圈中( )
A. 感应电流逐渐增大，沿逆时针方向
B. 感应电流恒定，沿顺时针方向
C. 圆环各微小段受力大小不变，方向沿半径指向圆心
D. 圆环各微小段受力逐渐增大，方向沿半径指向圆心
二、多选题：本大题共5小题，共20分。
10.如图所示，一个正方形导线框，边长为，质量为将线框从距水平匀强磁场上方处由静止释放，在线框下落过程中，不计空气阻力，线框平面保持在竖直平面内，且边始终与水平的磁场边界平行．当边刚进入磁场时，线框速度为在线框进入磁场的整个过程中，下列说法正确的是 ( )
A. 线框可能做加速度减小的加速运动
B. 线框不可能做匀速运动
C. 安培力对线框的冲量大小一定为
D. 线框克服安培力做功一定为
11.如图所示，一质量为的带电粒子从点以垂直于磁场边界方向的速度射入磁场，穿出磁场时，速度方向与入射方向夹角为。设磁感应强度为、磁场宽度为。粒子速度始终与磁场垂直，不计粒子所受重力和空气阻力。下列说法正确的是
A. 在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子做的功为
B. 在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子的冲量为
C. 该粒子在磁场中运动的时间为
D. 该粒子的比荷为
12.回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源向连接，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子由加速器的中心附近进入加速器，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．如果用同一回旋加速器分别加速氚核和粒子氚核和粒子质量比为：，电荷量之比为：，则以下说法正确的是( )
A. 加速粒子的交流电源的周期较大，粒子获得的最大动能较小
B. 若增大磁感应强度，则粒子获得的最大动能增大
C. 若增大加速电压，氚核获得的最大动能增大
D. 若增大加速电压，氚核在加速器中运动的总时间变短
13.如图所示为磁流体发电机工作原理图。发电通道是个中空长方体，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的平行金属板，其间加有平行金属板面向里的匀强磁场，两金属板与量程足够大的滑动变阻器相连，将气体加热到使之高度电离，形成等离子体，等离子体以速度平行于两边喷入两板间，这时两板上就会聚集电荷而产生电压，这就是磁流体发电机与一般发电机的不同之处，它可以直接把内能转化为电能。已知发电通道长，高、宽分别为、、，磁感应强度大小为，当滑动变阻器的阻值为时，发电机的输出功率达到最大。下列判断正确的是( )
A. 发电机上极板为正极 B. 等离子体的电阻率大小为
C. 两极板间电压大小为 D. 电源输出功率最大时，电源效率也最大
14.如图甲所示，两平行光滑金属导轨放置在水平面上，导轨间距为，左端接定值电阻，导轨电阻不计．整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中．将电阻为的金属棒置于导轨上，当受到垂直于金属棒的水平外力作用由静止开始运动时，的速度时间图像如图乙所示，已知与导轨始终垂直且接触良好，设中的感应电流为，流过横截面的电荷量为，移动距离为，则下图中大致正确( )
A. B.
C. D.
三、实验题：本大题共1小题，共9分。
15.实验小组要测定一节干电池的电动势和内阻约为，小于，采用的电路图如图甲所示。
实验小组的同学找到的器材如下：
A.干电池节；
B.滑动变阻器；
C.滑动变阻器；
D.电压表；
E.电压表；
F.电流表；
G.电流表。
则滑动变阻器应选__________，电流表应选__________，电压表应选__________。填器材前的字母代号
在实验中测得多组电压和电流值，得到如图乙所示的图线，由图可知电源电动势__________结果保留三位有效数字、内阻__________结果保留两位有效数字。
同学们对本实验的误差进行了分析，下列说法正确的是__________。
A.实验产生的系统误差，主要是因为电压表的分流作用
B.实验产生的系统误差，主要是因为电流表的分压作用
C.实验测出的电动势小于真实值
D.实验测出的内阻大于真实值
四、计算题：本大题共5小题，共50分。
16.一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量为、质量为的正离子，从容器下方的小孔飘入电压为的加速电场，其初速度几乎为。这些离子经加速后通过狭缝沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后打在照相底片的中点上。已知，放置底片的区域，且。
求离子进入磁场时的速度的大小；
求磁场的磁感应强度的大小；
某次测量发现底片左侧包括点在内的区域损坏，检测不到离子，但右侧区域仍能正常检测到离子。若要使原来打到底片中点的离子可以被检测，在不改变底片位置的情况下，分析说明可以采取哪些措施调节质谱仪。
17.如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距，间连有一固定电阻，导轨电阻可忽略不计．磁感应强度的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒垂直放在导轨上，其电阻也为，导体棒能无摩擦地沿导轨滑动，当以的速度水平向右匀速运动时，求：
导体棒中感应电动势的大小；
回路中感应电流的大小，流过的电流方向；
导体棒两端电压的大小．
18.如图，竖直放置的、与水平放置的、为两对正对的平行金属板，、两板间电势差为，、两板分别带正电和负电，两板间场强为，、两极板长均为。一质量为，电荷量为的带电粒子不计重力由静止开始经、加速后穿过、并发生偏转右侧没有电场，最后打在荧光屏上。求：
粒子离开板时速度大小；
粒子刚穿过、时的竖直偏转位移；
粒子打在荧光屏上时的动能。
19.某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置俗称“刹车”包括电气制动和机械制动两部分。有关列车电气制动，可以借助右图模型来理解。图中水平平行金属导轨间距，处于竖直方向的匀强磁场中，质量为的金属棒沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，代表“列车”。回路中的电阻阻值为，不计金属棒及导轨的电阻。
分析电气制动产生的加速度大小随“列车”速度变化的关系，并求出“列车”从减速到前进的距离；
为了让“列车”以一开始进入磁场的加速度匀减速“进站”，可以配合机械制动，这相当于在“列车”上施加了一个变化的阻力，试写出这个阻力随时间变化的关系；
使“列车”以匀减速进站，也可以将图中换做某种智能充电系统图中没有画出，使得产生的电动势以恒定电流给充电系统充电，试求“列车”最多能给这个系统充电的能量。
20.如图甲所示，真空中有一长直细金属导线，与导线同轴放置一半径为的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同、大小为的电子。已知电子质量为，电荷量为。不考虑出射电子间的相互作用。
若在导线和柱面之间加一恒定电压，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该电压值的大小；
若在柱面内只加平行于的匀强磁场，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该匀强磁场的磁感应强度的大小；
如图乙所示，撤去柱面，沿柱面原位置放置一个弧长为、长度为的金属片，金属片接地。若单位时间内单位长度的金属导线向外辐射的电子数为，电子打到金属片上被全部吸收。求在金属导线和金属片间形成的稳定电流。
答案和解析
1.
【解析】A. 由粒子的运动轨迹可知，粒子所受的电场力沿着电场线方向向上，所以粒子为正电荷，故A错误．
B. 电场线密的地方电场的强度大，电场线疏的地方电场的强度小，由图可知，点的场强大于点的场强的大小，在点的受力大于在的受力，所以粒子在点的加速度小于它在点的加速度，故B错误．
C. 电场力方向与速度方向的夹角为锐角，电场力对粒子做正功，其电势能减小，粒子在点的电势能大于它在点的电势能，故C错误．
D. 电场力方向与速度方向的夹角为锐角，电场力对粒子做正功，其电势能减小，动能增加，所以粒子在点的速度小于它在点的速度，故D正确．
2.
【解析】要把满偏电流为 电流计改装成 的电流表，根据串并联电路特点，可知需要给电流计并联一个电阻，且有
求得需要并联电阻的阻值为
故选D。
3.
【解析】据题，边受到的磁场力的方向与边垂直且向下，根据左手定则判断出边中感应电流的方向为，即感应电流为顺时针方向，再由楞次定律可知，的运动需要穿过线框的磁通量向里减小，故向左平动未全部离开磁场满足条件；而向右运动线框未全部进入磁场前是磁通量向里增大，不满足条件；故A错误，B正确。
C.线框向右运动且全部进入磁场后，磁通量不变，不能产生感应电流，边就不会受安培力；故C错误。
D.线框向上运动且上边未离开磁场，穿过线框的磁通量不变，不能产生感应电流，边就不会受安培力；故D错误。
故选B。
4.
【解析】合上开关，由于自感，先亮，逐渐变亮，稳定后由于线圈有电阻，通过电流大，所以更亮，断开开关，由于自感两灯都是逐渐熄灭，因为是在同一个电路，所以同时熄灭，灯由于流过的电流小于原来的电流，故灯不会闪亮一下再熄灭，故选项ABC错误，选项D正确。
故选D。
5.
【解析】磁感应强度增大，根据楞次定律可知通过电阻的电流为从左向右，所以左端电势高于右端电势，则并联在定值电阻两端的电容器上极板电势高带正电，下极板带负电，AB错误；
根法拉第电磁感应定律求解感应电动势：
外电阻分压：
电容器上的带电量：
C正确，D错误。
6.
【解析】将照射 的光的强度减弱，则 阻值增大，根据串反并同可知，与它串联的电压表示数减小，与它并联的 的电流变大，与它串联的小灯泡变暗，故AD错误，C正确；
B.因为 ， 阻值增大，电路中总电阻增大，根据电源输出功率特点
可知，电源输出功率减小，故B错误。
故选C。
7.
【解析】A.根据左手定则金属杆所受的安培力沿斜面向下，A错误；
B.根据安培力的计算公式可得
因此金属杆所受安培力的大小与滑动变电阻器的电阻和金属杆的电阻总和成反比，B错误；
由受力分析可得，滑片向端滑动的过程中，滑动变阻器的电阻减小，电路中的电流增大，导体棒受到的安培力沿斜面向下增大，但压力始终等于 不变，下滑后，滑动摩擦力大小
保持不变，C正确，D错误。
故选C。
8.
【解析】设自由电子定向运动的速率为，根据电流的微观表达式，有
又
联立解得
自由电子的定向移动方向与电流方向相反，根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力方向垂直于导线沿纸面向上。
故选A。
9.
【解析】从图乙中可得第内垂直向里的磁场均匀增大，穿过线圈垂直向里的磁通量增大，由楞次定律可得，感应电流为逆时针方向，根据法拉第电磁感应定律可得线圈产生的感应电动势为
根据欧姆定律产生的感应电流为
正比于 ，第内磁感应强度的变化率恒定，所以产生的感应电流恒定，故AB错误；
圆环各微小段受安培力，由于磁感应强度逐渐增大，电流不变，根据公式 ，可得圆环各微小段受力逐渐增大，由左手定则可得，安培力的方向沿半径指向圆心，故C错误，D正确。
故选D。
10.
【解析】若线框下落进入磁场时的速度较大，产生的感应电流较大，安培力较大，线框可能做加速度减小的减速运动；若下落到磁场的速度较小，线框也可能做加速运动，若速度达到某一大小，其安培力与重力大小相等，则线框做匀速直线运动，故选项A正确，B错误；
C.对整个过程运用动量定理可得
安
故安培力对线框的冲量大小不是，选项C错误；
D.对整个过程运用能量守恒得
安
故线框克服安培力做功一定为
选项D正确．
故选AD。
11.
【解析】A.在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力与粒子的速度方向始终垂直，则洛伦兹力对该粒子做的功为，故A正确；
B.在粒子穿越磁场的过程中，速度大小不变但方向改变，则动量改变，根据动量定理可知，则合外力冲量不为零，粒子仅受洛伦兹力作用，则洛伦兹力对该粒子的冲量不为，故B错误；
C.粒子在磁场中在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，穿越磁场的过程中，水平方向速度大小由一直减小，则该粒子在磁场中运动的时间大于 ，故C错误；
D.粒子在磁场中在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动
根据几何关系
联立解得
故D正确。
故选AD。
12.
【解析】交流电源的周期 ；故用同一回旋加速器分别加速氚核和粒子的周期之比为：
： ：；根据 得，粒子出形盒时的速度 ，则粒子出形盒时的动能 ，故氚核和粒子，粒子出来时的最大动能之比为：
： ：，故加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较大，故A错误，根据上式，可知，若增大磁感应强度，则粒子获得的最大动能增大，故B正确；根据 得，粒子出形盒时的速度 ，则粒子出形盒时的动能 ，最大动能与电压无关，故C错误；若增大加速电压，加速的次数减少，故加速的时间减小，故D正确；故选BD．
13.
【解析】A.由左手定则可判断正离子受到向上的洛伦兹力向上运动，负离子受到向下的洛伦兹力而向下运动，故发电机上极板为正极、下极板为负极，A正确；
B.等离子体的电阻，即发电机的内阻为
当 时电源的输出功率最大，解得
B正确；
C.稳定后满足
解得电机的电动势为
正常工作时，两极板间电压为路端电压，小于 ，C错误；
D.电源输出功率最大时，电源效率为
外电阻越大，电源效率越高，D错误。
故选AB。
14.
【解析】由题可知，棒做匀加速运动，设加速度为，则其速度；中的感应电动势，感应电流为 ，即图为过原点的直线，选项A正确；根据牛顿第二定律：、，则 ，即图像为不过原点的直线，选项B错误；电荷量 ，即图线为过原点的直线，选项C正确，D错误；故选AC．
点睛：图像问题，必须要根据物理规律知道物理量满足的函数关系，然后根据数学知识进行讨论注意电量 是经常用到的经验公式．
15.
【解析】根据电路分析可知滑动变阻器采用限流式接法，因为电源的内阻小于 ，若滑动变阻器采用大阻值，不方便调节电路，所以选用小阻值；
滑动变阻器阻值为 ，根据电源电动势和内阻大小，为使电流表指针偏转到中央附近位置，减小实验误差，电流表选择；
电源电动势为，所以电压表选择；
根据闭合电路欧姆定律有
结合图像，纵截距为电源电动势，可得
图像斜率为内阻
本实验中，电压表测的就是真实的路端电压，由于电压表的分流作用，电流表测量的并不是真实的干路电流，所以给实验带来系统误差的，主要是电压表的分流作用，故A正确B错误；
分析可知，短路电流的测量值为真实值，由于电压表的分压作用，电流表测量值为零时，电压表测量值为自身两端的电压，仍小于电源电动势的真实值，电源电动势的真实值要大于图中的纵截距，即图线与纵轴交点偏小，与横轴交点不变，所以可以得到
故C正确D错误。
故选AC。
16. ； ；见解析
【解析】离子加速过程，根据功能关系
得
离子进入磁场做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律
根据题意
得
由可推得
可知，将增大的调整措施有增大加速电场的电压，或减小磁场的磁感应强度。
17.；，到；。
【解析】根据法拉第电磁感应定律得：感应电动势

根据闭合电路的欧姆定律得，通过的电流

由右手定则可知，流过的电流方向为到
导体棒两端电压为路端电压，则：

18. ； ；
【解析】粒子在加速电场中加速过程，由动能定理可得
解得
粒子在偏转电场中做类平抛运动，由动力学知识可得
， ，
联立解得
粒子从开始运动到打在荧光屏上整个过程根据动能定理可知
所以有
19.加速度和速度成正比， ； ；
【解析】由闭合电路欧姆定律可得
又根据法拉第电磁感应定律有
由安培力公式
又由牛顿第二定律可知
可得
可知，加速度和速度成正比；
由动量定理可得
且
变形得
又
解得
由牛顿第二定律有
又
所以
由运动学公式，可得列车停下时的位移为
由安培力公式
所以最多给这个系统充电的能量为
20. ； ；
【解析】根据动能定理得
解得
在柱面内只加与平行的匀强磁场，粒子俯视图，如图所示
根据几何关系有
由洛伦兹力提供向心力，可得
联立，解得
依题意，单位时间打在金属片的电子数为
金属导线和金属片间形成的稳定电流为
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