辽宁省大连二十四中等五校协作体2024-2025学年高二（上）期末物理试卷（含解析）

辽宁省大连二十四中等五校协作体2024-2025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.在阻值的定值电阻两端接一交流电压，电压表达式为，则该电阻在电压的一个周期内产生的电热为( )
A. B. C. D.
2.如图，空间中存在平行于纸面向右的匀强磁场，磁感应强度大小为，一根在点被折成直角的金属棒平行于纸面放置，，边垂直于磁场方向。现该金属棒以速度垂直于纸面向里运动。则两点间的电势差为( )
A. B. C. D.
3.如图所示，一个铝环套在铁芯上，下方线圈接通电源后，内部装置可以在铁芯处产生竖直向上的磁场，在铝环处产生沿径向向外的磁场，两个磁场大小可以通过装置独立调节。现在想让铝环跳起来，可以采取下列哪种方法( )
A. 保持不变，增大
B. 保持不变，增大
C. 保持不变，减小
D. 保持不变，减小
4.边长为的正方形线单匝金属框，右边刚好位于匀强磁场左边界，磁场区域宽度为，磁感应强度大小为，金属框在外力作用下从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域，当金属框刚好全部进入磁场区域时，磁感应强度开始随时间均匀增加，使整个过程金属框中的电流不变，则当金属框右边刚好到达磁场的右边界时，匀强磁场的磁感应强度大小为( )
A. B. C. D.
5.在如图所示电路中，三个灯泡完全相同，电感的直流电阻和灯泡电阻相等。闭合开关，电路稳定后，将开关断开，下列对于断开后各元件说法中正确的是( )
A. 灯泡突然熄灭
B. 灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭
C. 灯泡逐渐熄灭
D. 灯泡逐渐熄灭
6.如图所示，水平虚线上方有垂直纸面向外的匀强磁场，下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小相等，直线为磁场左侧边界，右侧及上下范围足够大。一带正电粒子从点进入磁场，速度大小为，方向垂直于，第一次到达时速度方向与垂直。若要求该粒子仍从点垂直于出发但不从左侧边界离开磁场，不计粒子重力。则粒子速度的最小值为( )
A. B. C. D.
7.空间中存在方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场，一个不计重力的带电粒子以某一初速度在该空间中做匀速直线运动。某时刻，粒子运动至点处，此时撤掉空间中的电场，经过一段时间后，粒子的速度第一次与点相反，此时恢复原来的电场，又经过相同的时间后，粒子到达点处。则线段与粒子的初速度方向夹角的正切值为( )
A. B. C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.下列科技成果应用了电磁感应原理的是( )
A. 发电站通过变压器实现变压和电能的输送
B. 回旋加速器使带电粒子做回旋运动而加速
C. 真空冶炼炉外的线圈通入高频交变电流，使炉内的金属熔化
D. 无线电台利用电路形成振荡电流，从而发射电磁波
9.一台发电机最大输出功率为，电压为，经变压器升压后向远方输电。输电线路总电阻到目的地经变压器降压，负载为多个正常发光的灯泡、。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的，变压器和的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( )
A. 原、副线圈电流分别为和
B. 原、副线圈电压分别为和
C. 和的变压比分别为：和：
D. 有盏灯泡、正常发光
10.如图，两平行光滑金属长导轨固定在水平面上，间距为。导轨间有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为。相同材质的金属棒、相隔一段距离垂直于导轨平行放置，质量分别为、，长度均为，棒的电阻为，导轨电阻可忽略。最初棒可自由滑动，棒被固定在导轨上。现给棒一个水平向右的初速度，棒向右减速滑动。当棒速度减为时，解除棒的固定并同时给棒一个向右的初速度，又经足够长时间后，、间距离不变且与最初相等，且上述过程中、没有相碰。下列说法正确的是( )
A.
B. 整个过程中棒中产生的电热为
C. 整个过程中棒中产生的电热为
D. 整个过程中通过棒横截面的电荷量为
三、实验题：本大题共2小题，共15分。
11.某同学在物理实验室找到一个热敏电阻图中符号，想研究其电阻随温度变化的关系。按照如图连接了实验器材，图中为定值电阻，电压表视为理想电压表。
为了使热敏电阻两端的电压可从零开始调节，请在图中添加导线改进该实验。
正确添加导线后，闭合开关，将滑动变阻器的滑片调至适当位置，读出并记录两电压表、的示数，，则热敏电阻的阻值可以表示为 ______用、、表示。
该同学查阅相关资料，发现热敏电阻分为正温度系数电阻阻值随温度升高而增大和负温度系数电阻阻值随温度升高而减小两种，同时了解温度一定时流过热敏电阻的电流大小也会影响电阻值。为了判断该热敏电阻的种类，用控温箱升高热敏电阻的温度后，该同学应采取的实验步骤及判断方法是______。
12.某同学学习多用电表的原理和使用方法后，设计了一个有两个挡位的欧姆表，原理电路如图：
使用的器材有：
直流电源电动势，内阻可忽略；
电阻箱量程；
电流表量程，内阻；
滑动变阻器最大阻值；
红黑表笔各一个，导线若干。
回答下列问题：
按照多用电表的使用原则，表笔应为______填“红”或“黑”表笔。
使用欧姆表的挡测量电阻时，若发现电流表指针偏转幅度______填“偏大”或“偏小”，则应换成档。
若滑动变阻器的滑片移动至，两点处时刚好对应欧姆表的两个挡位，则处应为______填“”，或“”挡。
该同学想把该欧姆表的挡内阻设计为，且电流表满偏时对应的欧姆表刻度为。则他应首先调节电阻箱的阻值为______，然后将红黑表笔短接，调节滑动变阻器的滑片，使______，此时变阻器滑片左侧的电阻值为______。
四、计算题：本大题共3小题，共39分。
13.如图所示，理想变压器的原线圈左端接一有效值为的正弦式交流电源，定值电阻，副线圈接有阻值为的定值电阻和一个滑动变阻器最大阻值，现电路正常工作，两块理想交流电流表的示数为，的示数为，求：
变压器原副线圈的匝数比；
调节滑动变阻器，求副线圈负载的总电功率最大时滑动变阻器的阻值结果保留至小数点后两位。
14.一种电磁分析仪的原理简化图如图所示，在挡板左侧的区域内存在垂直于纸平面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，在挡板上有两条宽度分别为和的缝，两缝近端的距离为。较窄的缝正对着一个板间距为且足够长的速度选择器，板电势高于板电势，板间电压恒定，但可调节。板间还有垂直纸面、磁感应强度大小也为的匀强磁场图中未画出。在速度选择器右侧的直角三角形区域范围内有垂直纸面向里的匀强磁场。边与板共线，，，过点平行于放置有一足够长粒子接收屏，图是其局部放大图。大量质量为，带电量绝对值为的粒子不计重力和相互间的作用以不同的速度在纸平面内从宽度为的缝垂直于边界进入磁场，部分粒子能从较窄的缝射出且水平穿过速度选择器。求：
粒子的电性及速度选择器中磁场的方向；
调节板间电压，使边任一点都有粒子到达，且速度尽量大。求；
接，到达处的粒子经右侧磁场偏转后击中粒子接收屏上的点图中未画出，线段的长度恰好为粒子在右侧磁场中运动的轨道半径。求右侧磁场中的磁感应强度。
15.如图所示，水平地面上竖直放置一个边长为，质量，总电阻为的正方形单匝导体框，竖直面内存在两个矩形匀强磁场区域和，宽度均为且足够高，磁感应强度大小均为，方向均垂直纸面向里，水平且在地面以下，水平且与地面相距，与的水平距离为。导体框的边刚好和重合。对导体框施加一个水平向右的拉力，使导体框由静止开始做加速度大小为的匀加速运动，直至导体框恰好离开磁场区域，之后令其做匀速直线运动。已知重力加速度为，导体框平面始终与磁场垂直，导体框与地面的动摩擦因数为，，求：
导体框的边刚离开边时，拉力的大小；
导体框从开始运动到恰好离开磁场区域的过程中，拉力冲量的大小；
导体框从开始运动至边到达边的过程中与地面摩擦产生的热量。
答案和解析
1.
【解析】由电压的表达式，可知周期为：；
电压的有效值为：，由焦耳定律，欧姆定律：，可知电阻在一个周期内产生的热量为，故A正确，BCD错误。
故选：。
2.
【解析】当金属棒以速度垂直于纸面向里运动，边切割磁感线，边不切割磁感线。有效长度为，两点间的电势差即为边切割产生的感应电动势，为：，根据右手定则点电势更高。故ABD错误，C正确。
故选：。
3.
【解析】在铝环处产生沿径向向外的磁场，想让铝环跳起来，则铝环受到的安培力的方向向上，根据安培定则可知，铝环内产生的感应电流的方向沿顺时针方向。根据安培定则，铝环内产生的磁场的方向向上，根据楞次定律可知铁芯处产生的向上的磁场必定减弱，故ABC错误，D正确。
故选：。
4.
【解析】设匀速运动的速度大小为，整个过程金属框中的电流不变，感应电动势不变，则有：
其中：，
联立解得：，故C正确、ABD错误。
故选：。
5.
【解析】三个灯泡完全相同，线圈直流电阻和灯泡电阻相等，可知闭合稳定后，流过灯泡的电流比灯泡流过的电流大。某时刻将开关断开，灯泡立即熄灭，而线圈的自感电动势阻碍电流减小，线圈相当于电源，与灯泡、灯泡重新形成回路，使得灯泡、灯泡都慢慢熄灭，但都不会闪亮，故ABD错误，C正确。
故选：。
6.
【解析】设，第一次粒子运动半径为，粒子第一次到达时速度方向与垂直可知，其中，解得，若要求该粒子仍从点垂直于出发但不从左侧边界离开磁场，因为第一次速度较大，所以半径较大，第一次到达时速度方向与垂直，第二次不从左侧边界离开磁场，速度较小，半径较小，则粒子运动轨迹如图
设第二次粒子运动半径为，由几何关系可知
由可得，可
得速度的最小值为，故A正确，BCD错误。
故选：。
7.
【解析】粒子受到电场力与洛伦兹力做匀速直线运动，电场力与洛伦兹力平衡，则速度方向与电场力方向垂直，令速度方向水平向右，某时刻，粒子运动至点处，此时撤掉空间中的电场，粒子的速度第一次与点相反，此时粒子做匀速圆周运动轨迹恰好为半个圆周
对粒子，洛伦兹力提供向心力有：，
变形整理解得：，
粒子在磁场中运动的时间为：
此时恢复原来的电场，粒子速度与初速度相反，此时洛伦兹力方向与电场力方向相同，将该速度分解为向右的和向左的，则向右的分速度对应的洛伦兹力与电场力平衡，该分运动为向右的匀速直线运动，向左的分速度对应匀速圆周运动
同理有：，运动周期：
解得：，
由此可知，又经过相同的时间后，上述过程，粒子向右分运动的位移：
粒子另一个分运动做匀速圆周运动，其恰好经历半个圆周，令线段与粒子的初速度方向夹角为，则有：
代入数据解得：，故D正确，ABC错误。
故选：。
8.
【解析】发电站通过变压器实现变压和电能的输送，变压器中原副线圈通过电磁感应原理传递电能，故A正确；
B.回旋加速器使带电粒子在型盒狭缝中的电场中被加速，在磁场中做匀速圆周运动，故B错误；
C.真空冶炼炉能在真空环境下，利用电磁感应原理，使炉内的金属产生涡流，根据电流的热效应，使金属大量发热而熔化，从而炼化金属，故C正确；
D.无线电台利用电路形成振荡电流过程中，根据电磁感应原理，通过变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，从而产生电磁波发射出去，故D正确。
故选：。
9.
【解析】由可得，
升压变压器输入电流
由得，
升压变压器的输出电流
故A正确。
由得，

根据得，
升压变压器的输出电压
输电线上的电压损失
降压变压器的输入电压
用户得到的电压即为降压变压器的输出电压
由可知B正确。
降压变压器的匝数比 由知C错误
用户得到的功率
可供灯泡正常发光的盏数故D正确。
故选：。
10.
【解析】材料相同的和质量分别为、，长度均为，棒的电阻为，根据可知，的横截面积为的倍，根据电阻定律可知，的电阻为。
A、棒被固定在导轨上，对分析，取向右为正方向，根据动量定理可得：
棒一个向右的初速度后，设二者达到的共同速度为，取向右为正方向，对根据动量定理可得：
最后、间距离不变且与最初相等，则有：
联立解得：
取向右为正方向，对根据动量定理可得：
解得：，故A正确；
、第一个过程中棒产生的电热为：
第二个过程中棒产生的电热为：
解得：
整个过程中棒中产生的电热为：，解得：，故B错误、C正确；
D、最后、间距离不变且与最初相等，磁通量变化为零，根据电荷量的计算公式可得：，故D正确。
故选：。
11. 调节滑动变阻器阻值，使电压表的示数不变，如果电压表的示数变大，则热敏电阻是正温度系数电阻；如果电压表的示数变小，则热敏电阻为负温度系数电阻。
【解析】使热敏电阻两端的电压可从零开始调节，滑动变阻器应采用分压接法，实物电路图如图所示
热敏电阻阻值。
调节滑动变阻器阻值，使电压表的示数不变，如果电压表的示数变大，则热敏电阻是正温度系数电阻；如果电压表的示数变小，则热敏电阻为负温度系数电阻。
故答案为：实物电路图如上图所示；；调节滑动变阻器阻值，使电压表的示数不变，如果电压表的示数变大，则热敏电阻是正温度系数电阻；如果电压表的示数变小，则热敏电阻为负温度系数电阻。
12.黑 偏小 电流表满偏
【解析】按照多用电表的使用原则，黑表笔接内部电源的高电势端，故表笔应为黑表笔。
使用欧姆表的挡测量电阻时，若发现电流表指针偏转幅度偏小，说明待测电阻较大，则应换成档。
若滑动变阻器的滑片移动至，两点处时刚好对应欧姆表的两个挡位，根据电流表的改装原理可知，处对应的量程较小；
则处应为挡。
该同学想把该欧姆表的挡内阻设计为，且电流表满偏时对应的欧姆表刻度为，此时电路中的电流为
设变阻器滑片左侧的电阻值为，根据电表改装原理可知
解得
并联总电阻为
电阻箱的阻值为
解得
故答案为：黑；偏小；；，电流表满偏，
13.由题意可知，原线圈两端电压为：，
副线圈两端电压为：，
解得：，，
则变压器原副线圈的匝数比为：；
副线圈负载的总电功率与原线圈的功率相等，则有：，
由数学知识可知，当时，副线圈负载的总电功率最大，
此时流过副线圈的电流为：，
解得：，
副线圈两端的电压为：，
解得：，
根据闭合电路的欧姆定律可得：，
解得：；
答：变压器原副线圈的匝数比为；
调节滑动变阻器，副线圈负载的总电功率最大时滑动变阻器的阻值为。
14.粒子要从缝进入磁场，根据左手定则，可知粒子带负电，速度选择器中，板电势高于板电势，而部分粒子可水平穿过速度选择器，根据受力平衡可知磁场方向垂直纸面向里；
从窄缝最上方射出的粒子，半径在之间，从窄缝最下方射出的粒子，半径在之间，所以要使边任意一点都有粒子到达且速度尽量大，到达粒子的半径应为，粒子的洛伦兹力提供向心力
电场力与洛伦兹力平衡
解得
情况：离子的轨迹如图所示：
设粒子在中的半径为，由几何关系得：
所以
情况：粒子轨迹图如图所示：
由几何关系得，与全等
解得
所以解得
答：粒子带负电，速度选择器中磁场的方向垂直纸面向里；
调节板间电压，使边任一点都有粒子到达，且速度尽量大，为；
右侧磁场中的磁感应强度为或。
15.设导体框的边刚离开边时的速度为，
根据牛顿第二定律有：
而电流为：
由速度位移公式有：
代入数据解得：
设导体框从开始运动到恰好离开磁场区域的过程所用时间为，末速度为，以向右为正方向，对导体框根据动量定理有：

时间：
在该时间内电流为：
而电动势为：
联立并代入数据解得：
导体框从开始运动到进入磁场区域之前，竖直方向上所受安培力的合力为零，所以地面对导体棒的支持力等于，导体框与地面的摩擦产生的热量为：
代入数据得：
当边开始匀速进入磁场区域时，设此时刻后导体框的位移大小为，
此过程产生的电流大小为：
当时，导体框竖直方向受力平衡，地面对导体框的支持力满足：
当时，回路无感应电流
地面对导体框的摩擦力为：，时，，时，
阶段导体框与地面摩擦产生的热量为：
代入数据得：
所以导体框从开始运动到边到达边的过程中与地面摩擦产生的总热量为：
代入数据得：
答：导体框的边刚离开边时，拉力的大小为；
导体框从开始运动到恰好离开磁场区域的过程中，拉力冲量的大小为；
导体框从开始运动至边到达边的过程中与地面摩擦产生的热量为。
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