云南省昆明一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷（含解析）

云南省昆明一中2024-2025学年高二（上）期末物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共24分。
1.中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料，下列说法不正确的是( )
A. 地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B. 地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
C. 地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
D. 地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
2.如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流和，垂直于纸面向里，且；、、、为纸面内的四点，且、、与两导线连线共线；点在两导线之间，、的连线与导线所在平面垂直。在这四个点中磁感应强度可能为零的点是( )
A. 点 B. 点 C. 点 D. 点
3.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为、长为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压，以此控制屏幕的熄灭。则元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的低 B. 前、后表面间的电压与无关
C. 前、后表面间的电压 D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为
4.在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个矩形的金属导体框，规定磁场方向向上为正，导体框中电流的正方向如图所示，当磁场的磁感应强度随时间如图变化时，下图中正确表示导体框中感应电流变化的是( )
A. B.
C. D.
5.图和图是教材中演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关，灯逐渐变亮，而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是( )
A. 图中，与的电阻值相同
B. 图中，闭合，电路稳定后，中电流小于中电流
C. 图中，变阻器与的电阻值不相同
D. 图中，闭合瞬间，中电流与变阻器中电流相等
6.如图所示，面积为、内阻不计的匝矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动，专动的角速度为，匀强磁场的磁感应强度为。矩形线圈通过滑环和电刷与理想变压器相连，变压器的触头可移动，副线圈所接电阻，电表均为理想交流电表。当线圈平面与磁方向平行时开始计时。下列说法正确的是( )
A. 线圈中感应电动势的表达式为
B. 上移时，电流表示数减小
C. 时，电压表示数为
D. 当原、副线圈匝数比为：时，电阻上消耗的功率为
7.如图所示，固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、板间距为的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是( )
A. 棒产生的电动势为 B. 电容器所带的电荷量为
C. 电阻消耗的电功率为 D. 微粒的电荷量与质量之比为
8.如图，均匀带正电的绝缘圆环与金属圆环同心共面放置，当绕点在其所在平面内旋转时，中产生顺时针方向的感应电流，且具有扩张趋势，由此可知，圆环( )
A. 顺时针加速旋转 B. 顺时针减速旋转 C. 逆时针加速旋转 D. 逆时针减速旋转
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡和当输入电压为灯泡额定电压的倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是( )
A. 原、副线圈匝数之比为： B. 原、副线圈匝数之比为：
C. 此时和的电功率之比为： D. 此时和的电功率之比为：
10.如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器。升压变压器原副线圈匝数比为：，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中为一定值电阻，为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表显示加在报警器上的电压报警器未画出。未报警时，升压变压器的输入功率为。下列说法中正确的有( )
A. 降压变压器副线圈输出的交流电频率为
B. 未报警时，远距离输电线路损耗功率为
C. 报警时，温度升高，电压表的示数变大
D. 报警时，温度升高，输电线上的电流变大
11.如图所示，质量为、长为的直导线用两绝缘细线悬挂于、，并处于匀强磁场中，当导线中通以沿正方向的电流，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为则磁感应强度方向和大小可能为( )
A. 正向， B. 负向，
C. 负向， D. 沿悬线向下，
12.如图所示，半径为的圆形区域内有一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，点是圆心，是磁场边界上的最低点。大量质量均为、电荷量为的带电粒子，以相同的速率从点沿纸面内的各个方向射入磁场区域。已知粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径，、为圆形区域水平直径的两个端点，粒子的重力、空气阻力和粒子间的相互作用均不计，则下列说法正确的是( )
A. 若，则粒子在磁场中运动的最长时间为
B. 若，则从点射出磁场的粒子与从点射出磁场的粒子经历的时间相等
C. 若，则圆周上有一半区域有粒子射出
D. 若，则与连线成角偏右侧进入磁场的粒子在磁场中经历的时间为
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
13.图是改装并校准电流表的电路图，已知表头的量程为、内阻为，是标准电流表，要求改装后的电流表量程为。完成下列填空。
图中分流电阻的阻值为______。
在电表改装完成后的某次校准测量中，表的示数如图所示，由此读出流过电流表的电流为______。此时流过分流电阻的电流为______保留位小数。
14.利用两个电流表和测量干电池电动势和内阻的电路原理图如图甲所示；图中为开关，为滑动变阻器，固定电阻和电流表内阻之和为比和滑动变阻器的总电阻大得多，为理想电流表。
在闭合开关前，将滑动变阻器的滑动端移动至______选填“端”“中央”或“端”
闭合开关，移动滑动变阻器的滑动端至某一位置，读出电流表和的示数和。多次改变滑动端的位置，得到的数据如下表所示。
在图乙所示的坐标纸上以为纵坐标、为横坐标画出所对应的、曲线。
利用所得曲线求得电源的电动势 ______。内阻 ______保留两位有效数字
四、计算题：本大题共3小题，共46分。
15.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质量为、电荷量为的质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种质量为，电荷量也为的正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的倍。此离子和质子的质量之比
16.如图所示的平面直角坐标系，在第Ⅰ象限内有平行于轴的匀强电场，方向沿正方向；在第Ⅳ象限半径为的圆形区域内有匀强磁场，方向垂直于平面向里，圆形区域与轴相切于点。一质量为、电荷量为的粒子，从轴上的点，以大小为的速度沿轴正方向射入电场，通过电场后从轴上的点进入磁场区域，射出磁场后再次经过轴时，速度与轴负方向成角，不计粒子所受的重力。求：
电场强度的大小；
粒子到达点时速度的大小和方向；
磁感应强度的大小。
17.如图所示，高度足够的匀强磁场区域下边界水平、左右边界竖直，磁场方向垂直于纸面向里。正方形单匝线框的边长、回路电阻、质量。线框平面与磁场方向垂直，线框的边与磁场左边界平齐，边与磁场下边界的距离也为。现对线框施加与水平向右方向成角、大小为的恒力，使其在图示竖直平面内由静止开始运动。从边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；边进入磁场时，边恰好到达磁场右边界。重力加速度大小取，求：
边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小；
磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热；
磁场区域的水平宽度。
答案和解析
1.
【解析】A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合有一定的夹角，即为磁偏角；故A正确；
B.磁场是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球，组成闭合曲线，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故B不正确；
C.磁场是闭合的曲线，地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近，故C正确；
D.地磁场与射向地球赤道的带电宇宙射线粒子速度方向并不平行，所以对带电宇宙射线粒子有力的作用，故D正确；本题选不正确的，故选：。
2.
【解析】两电流在该点的合磁感应强度为，说明两电流在该点的磁感应强度满足等大反向关系。根据右手螺旋定则在两电流的同侧磁感应强度方向相反，则为或，由于，则点可能为零，故A正确，BCD错误。
故选：。
3.
【解析】、由左手定则，可知载流子向后表面偏转，而载流子带负电，故前表面比后表面的电势高，故A错误；
、稳定状态时，带电粒子在霍尔元件中受力平衡，可得，即可得到电压，可知电压与有关，故B错误，C正确；
D、由洛伦兹力与电场力平衡，可得到洛伦兹力，故D错误。
故选：。
4.
【解析】根据法拉第电磁感应定律有：，因此在面积、匝数不变的情况下，感应电动势与磁场的变化率成正比，即与图象中的斜率成正比，由图象可知：，斜率不变，故形成的感应电流不变，根据楞次定律可知感应电流方向顺时针俯视即为正值，
而在斜率不变，电流方向为逆时针，整个过程中的斜率大小不变，所以感应电流大小不变；根据楞次定律，向上的磁场先减小，再向下磁场在增大，则感应电流方向为逆时针，即为负方向，故ABD错误，C正确。
故选：。
5.
【解析】、图中，闭合，电路稳定后，断开开关瞬间，灯突然闪亮，说明电路中的电流稳定时灯泡中的电流小于线圈中的电流，则可知的电阻小于的电阻，故A错误，B正确；
C、图中，因为最终与的亮度相同，则两个支路的总电阻相同，因两个灯泡电阻相同，所以变阻器与的电阻值相同，故C错误；
D、图中，闭合瞬间，对电流有阻碍作用，所以中电流与变阻器中电流不相等，故D错误；
故选：。
6.
【解析】、根据感应电动势的最大值公式
线圈中感应电动势的表达式为
故A错误；
B、上移时，原线圈匝数减小，根据可知副线圈电压增大
根据可知副线圈电功率增大，则原线圈电功率增大，电流表示数增大，故B错误；
C、电压表测量电压的有效值，原线圈的电压的有效值，故C错误；
D、根据可知
根据
解得
故D正确。
故选：。
7.
【解析】、棒产生的感应电动势为，故A错误；
B、金属棒只有圆环和转轴部分接入了电路，所以在圆环、金属棒和电阻组成的电路中，电动势等于金属棒产生的电动势，即电路中的电动势为，则电容器所带电荷量为，故B错误；
C、电阻消耗的电功率为，解得，故C错误；
D、微粒处于静止状态，根据平衡条件有，代入数据解得微粒的比荷，故D正确。
故选：。
8.
【解析】A.当带正电的绝缘圆环顺时针加速旋转时，相当于顺时针方向电流，并且在增大，根据安培定则，其内金属圆环内有垂直纸面向里的磁场，其外金属圆环处有垂直纸面向外的磁场，并且磁场的磁感应强度在增大，金属圆环包围的面积内的磁场的总磁感应强度是垂直纸面向里因为向里的比向外的磁通量多，向里的是全部，向外的是部分而且增大，根据楞次定律，中产生的感应电流的磁场垂直纸面向外，磁场对电流的作用力向外，所以中产生逆时针方向的感应电流，根据左手定则，磁场对电流的作用力向外，所以具有扩张趋势，所以A错误；B.同样的方法可判断中产生顺时针方向的感应电流，但具有收缩趋势，故B选项错误；
C.而选项，中产生顺时针方向的感应电流，但具有扩张趋势，故C正确；
D.而选项，中产生逆时针方向的感应电流，但具有收缩趋势，所以D错误．
故选C。
9.
【解析】、灯泡正常发光，则其电压均为额定电压，则说明原线圈输入电压为，输出电压为；则可知，原副线圈匝数之比为：：，故A正确；B错误；
、根据公式可得，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式可得两者的电功率之比为：；故C错误，D正确；
故选：。
10.
【解析】、输入电压的周期为，变压器不改变频率，所以降压变压器副线圈输出的交流电频率为，故A错误；
B、升压变压器的输入电压有效值为，根据可得，输出电压为，则输电线上的输送电流为，所以输电线损失的功率为，代入数据解得，故B正确；
、报警时，温度升高，阻值变小，根据可知，输出电流变大，根据可知，输电线上的电流变大，根据串反并同可知电压表的示数变小，故C错误，D正确。
故选：。
11.
【解析】、磁感应强度方向为正向，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿负方向，直导线不能在此位置平衡，故A错误；
B、当磁场沿负方向时，由左手定则可知，导线受到的安培力竖直向下，当，导线静止，与竖直方向夹角，不符合题意，故B错误；
C、磁感应强度方向为负方向，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿正方向，根据平衡条件：，所以故C正确；
D、磁感应强度方向沿悬线向下，根据左手定则，直导线所受安培力方向垂直于绳子斜向上，根据平衡条件：，得：，故D正确。
故选：。
12.
【解析】当时，粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据和可得运动的周期，粒子从点入射，当粒子的出射点与点的连线为轨迹圆的直径时，粒子在磁场中运动的时间最长。此时圆心角，根据几何关系可，，所以圆心角，运动时间，故A正确。
B.若，从点射出磁场的粒子和从点射出磁场的粒子，它们的轨迹所对的圆心角不同，根据，可知经历的时间不相等，故B错误。
C.若，以为圆心，为半径画圆，通过几何关系可知，粒子只能从圆弧为延长线与磁场边界的交点射出，即圆周上有一半区域有粒子射出，故C正确。
D.若，与连线成角偏右侧进入磁场的粒子，其轨迹所对的圆心角为，运动时间，故D错误。
故选：。
13.
【解析】由于和并联，由和，代入数据得；
由图知流过电流表的电流为，设此时流过表头的电流为，流过的电流为，因加在表头和上的电压相等，故有，，联立解得
故答案为：；，。
14.
【解析】闭合开关前，为保护电路，应使连入电路的滑动变阻器阻值最大，故滑动端置于端。
根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象如图所示：
电路中与串联等效于电压表，纵轴截距为 ，对应电压值为：；
电动势为：，内阻为：。
故答案为：；图象如图所示
；、
15. 【解析】由动能定理，可得到离子进入磁场时的速度为；
由洛伦兹力提供向心力，可得到离子圆周运动的轨迹半径为，
离子与质子从同一出口离开磁场，可知离子与质子运动半径相同，即可计算此离子与质子的质量之比为。
答：离子与质子的质量之比为。
16.粒子在电场中做类平抛运动
水平方向：
竖直方向：
由牛顿第二定律得：
解得：
粒子在电场中做类平抛运动，
水平方向：
竖直方向：
解得：
粒子到达点时的速度大小
速度方向与水平方向夹角的正切值，解得，方向与轴正方向夹角为
粒子在磁场中做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示
由几何关系可知：，解得：，
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：
解得：
答：电场强度的大小是；
粒子到达点时速度的大小是，方向与轴正方向夹角为；
磁感应强度的大小是。
17.边进入磁场前，对线框进行受力分析，在水平方向有：
代入数据解得：
在竖直方向有：
代入数据解得：
边进入磁场开始，边在竖直方向切割磁感线；边和边的上部分也开始进入磁场，且在水平方向切割磁感线。但和边的上部分产生的感应电动势相互抵消，则整个回路的电源为，根据右手定则可知回路的电流方向为，则边进入磁场开始，边受到的安培力方向竖直向下，边的上部分受到的安培力方向水平向右，边的上部分受到的安培力方向水平向左，则边和边的上部分受到的安培力相互抵消，故线框受到的安培力的合力为边受到的竖直向下的安培力。由题知，线框从边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动，有：
其中：，
联立解得：；
由题知，从边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；边进入磁场时，边恰好到达磁场右边界。则线框进入磁场的整个过程中，线框受到的安培力为恒力，则有：，其中
联立解得：；
线框从开始运动到进入磁场的整个过程中所用的时间为，则有：
，
所以有：
联立解得：
由分析可知线框在水平方向一直做匀加速直线运动，则在水平方向，有：
则磁场区域的水平宽度：。
答：边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小分别为、；
磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热；
磁场区域的水平宽度为。
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