海南省海口市海南师范大学附属中学2024-2025学年高二（下）期中物理试卷（含解析）

海南省海口市海南师大附中2024-2025学年高二（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共8小题，共24分。
1.“中国天眼”位于贵州的大山深处，是口径球面射电望远镜。它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A. 麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波
B. 电磁波在真空中传播速度为
C. 普朗克通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论
D. 紫外线的波长比红外线长
2.质量和电量都相等的带电粒子和，以不同的速率经小孔垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是( )
A. 的速率小于的速率 B. 带负电，带正电
C. 洛伦兹力对、做正功 D. 的运行时间大于的运行时间
3.人体血管状况及血液流速可以反映身体健康状态。血管中的血液通常含有大量的正负离子。如图，血管内径为，血流速度方向水平向右。现将方向与血管横截面平行，且垂直纸面向内的匀强磁场施于某段血管，其磁感应强度大小恒为，当血液的流量单位时间内流过管道横截面的液体体积一定时( )
A. 血管上侧电势低，血管下侧电势高
B. 若血管内径变小，则血液流速变小
C. 血管上下侧电势差与血液流速无关
D. 血管上下侧电势差变大，说明血管内径变小
4.有一个电子射线管阴极射线管，放在一通电直导线的上方，发现射线的径迹如图所示，则此导线该如何放置，且电流的流向如何( )
A. 直导线如图所示位置放置，电流从流向
B. 直导线如图所示位置放置，电流从流向
C. 直导线垂直于纸面放置，电流流向纸内
D. 直导线垂直于纸面放置，电流流向纸外
5.年月日，法拉第展示了人类历史上第一台发电机一法拉第圆盘发电机，其原理图如图所示，水平匀强磁场垂直于盘面，圆盘绕水平轴以角速度匀速转动，铜片与圆盘的边缘接触，圆盘、导线和电阻组成闭合回路，圆盘半径为，圆盘接入间的电阻也为，其他电阻均可忽略不计。下列说法正确的是( )
A. 点电势高于点电势
B. C、两端的电压为
C. 圆盘转动过程中，电流的大小为
D. 圆盘转动过程中，产生的电功率为
6.如图甲所示，面积为，匝数为匝的线圈所在区域存在垂直线圈平面的磁场，磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示，规定磁场垂直纸面向里为正，线圈与定值电阻相连。下列说法正确的是( )
A. 时，穿过线圈的磁通量为 B. 时，线圈中的电流改变方向
C. 内，线圈都有扩张的趋势 D. 内，点电势均比点电势高
7.如图图中为理想变压器，接在交变电压有效值保持不变的电源上。灯泡、和阻值均恒定不变，为定值电阻，电压表、电流表都为理想交流电表。开始时开关是闭合的，当断开后，下列说法正确的是( )
A. 电压表的示数变小 B. 电源输出功率变大
C. 电流表的示数变大 D. 灯泡变亮
8.如图，在匀强磁场中有电阻为的单匝矩形线圈，线圈的两条边，，转轴垂直磁场且和线圈共面，从上往下看线圈绕转轴以角速度逆时针匀速旋转。从图中位置开始计时，下列说法正确的是( )
A. 线圈的磁通量与时间的变化规律为
B. 线圈由图中位置绕转轴旋转的过程中平均电动势为
C. 线圈的热功率
D. 线圈在图中位置时，电流方向为
二、多选题：本大题共5小题，共20分。
9.如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，其电动势随时间变化的图像如图乙所示，线圈电阻，电阻，则下列说法正确的是( )
A. 图示位置产生的感应电动势最大 B. 时，电流表的示数为
C. 该交变电流电动势的有效值为 D. 矩形线圈的转速为
10.理想变压器的线圈与足够长的光滑平行金属导轨相连，导轨置于垂直导轨平面的匀强磁场中，理想变压器的线圈和电流表相连。当金属杆垂直导轨运动时，线圈中产生了如图所示方向的电流。则( )
A. 此时金属杆可能向左减速运动
B. 此时金属杆可能向右加速运动
C. 当金属杆向左加速运动时，流过电流表的电流方向从到
D. 当金属杆向左加速运动时，流过电流表的电流方向从到
11.如图所示，回旋加速器两个形盒分别和一高频交流电源相接，两盒放在磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为，质量为，形盒的半径为，下列说法正确的是( )
A. 所加交流电的频率为 B. 所加交流电的频率为
C. 粒子获得的最大动能为 D. 粒子获得的最大动能为
12.为实现自动计费和车位空余信息的提示和统计功能等，某智能停车位通过预埋在车位地面下方的振荡电路获取车辆驶入驶出信息。如图甲所示，当车辆驶入车位时，相当于在线圈中插入铁芯，使其自感系数变大，引起电路中的振荡电流频率发生变化，计时器根据振荡电流的变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间变化如图乙所示，下列说法正确的是( )
A. 刻，线圈的磁场能为零 B. 时刻，电容器带电量最大
C. 过程，电容器带电量逐渐增大 D. 由图乙可判断汽车正驶离智能停车位
13.如图所示，间距均为的光滑平行倾斜导轨与足够长的光滑平行水平导轨在、处平滑连接，虚线右侧有竖直向下、磁感应强度为的匀强磁场。、是两根粗细均匀的金属棒，质量均为，电阻分别为和。棒静止于水平导轨上，初始时与相距。棒由静止从距水平面高度为的倾斜轨道下滑，运动过程中与棒始终没有接触，且两棒始终垂直于导轨。不计导轨的电阻，重力加速度为，下列说法正确的是( )
A. 棒刚进入磁场时，回路中感应电流大小为
B. 棒的最大速度为
C. 整个过程中，棒上产生的焦耳热为
D. 稳定后，、棒间的距离为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
14.为探究影响感应电流方向的因素，同学们做了如下的实验。
小明同学用如图甲的实验装置“探究影响感应电流方向的因素”，所用电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从“”接线柱流入电流表时，指针向右偏转。
将条形磁铁按如图甲方式极向下插入螺线管时，发现电流表的指针向右偏转。螺线管的绕线方向如图乙所示。关于该实验，下列说法正确的是______。
A.必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转
B.将磁体向下插入或向上抽出的速度越大，灵敏电流计指针偏转幅度越小
C.将磁体的、极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转
D.将磁体的、极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转
小宁同学用如图丙所示的器材研究感应电流的方向。将线圈插入线圈中，闭合开关瞬间，发现电流计指针右偏，则保持开关闭合，以下操作中也能使电流计右偏的是______。
A.插入铁芯
B.拔出线圈
C.将滑动变阻器的滑片向左移动
D.将滑动变阻器的滑片向右移动
实验结束后，该同学又根据教材结合自感实验做了如图丁改动。在两条支路上将电流计换成电流传感器，接通电路稳定后，再断开电路，并记录下两支路的电流情况如图戊所示，由图可知：
流过灯泡的电流是______。选填“”或“”
在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将______。选填“变长”、“变短”或“不变”
15.分别用螺旋测微器和游标卡尺测量金属圆柱体的直径和长度，如图所示，直径为______，长度为______。
如图所示，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，若把的学生电源接到原线圈“”、“”接线柱，副线圈接到“”、“”接线柱，则接在副线圈两端的电压表示数最有可能是______。
A.
B.
C.
D.
如图所示为两种测量电池电动势和内阻的实验电路图。图中部分器材规格为：电流表内阻约为，量程为；电压表内阻约为，量程为。若被测电源为一节干电池电动势约，内阻约，应选择______电路图选填“甲”或“乙”；分析你选择方案的测量结果 ______选填“”或“”。
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
16.某质谱仪原理如图所示，为粒子加速器，加速电压为；为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为；为偏转分离器，磁感应强度为。现有一质量为、电荷量为的粒子不计重力，初速度为，经加速后，该粒子进入恰好做匀速运动，粒子从点进入后做匀速圆周运动，打在底片上的点。求：
粒子进入速度选择器的速度大小；
速度选择器两板间的电压；
的距离。
17.如图所示是小型交流发电机的示意图，线圈绕垂直于匀强磁场方向的水平轴沿逆时针方向匀速转动，角速度为，匀强磁场磁感应强度大小为，线圈匝数为，面积为，总电阻为，外接电阻为，为理想交流电压表。在时刻，穿过线圈的磁通量为零。
写出发电机产生的电动势瞬时值表达式并求交流电压表的示数；
从时刻开始线圈转过的过程中，求通过电阻的电荷量；
求电阻上的热功率。
18.如图所示空间中有一足够长、间距为、电阻不计的光滑平行金属导轨，导轨平面与水平面间的夹角为，导轨所在区域存在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为。质量均为、长度均为、电阻均为的金属棒、紧挨着放在平行光滑金属导轨上，现固定金属棒，由静止释放金属棒，在时金属棒开始匀速下滑，运动中金属棒始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度为。求：
金属棒匀速下滑时的速度大小；
金属棒从释放至速度达到最大的过程中回路中产生的焦耳热；
若金属棒不固定，由静止释放金属棒的同时，给金属棒施加平行于导轨平面向上、大小为的恒力，求金属棒匀速运动时的速度大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】、麦克斯韦认为周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场，空间将产生电磁波，均匀变化的电场激发恒定的磁场，恒定的磁场无法再形成电场，故无法在空间中产生电磁波，故A错误；
B、电磁波在不同介质中的传播速度不同，其在真空中传播的速度为，故B正确；
C、赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故C错误；
D、紫外线的波长比红外线短，故D错误。
故选：。
2.【答案】
【解析】带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，可知，，由图可右的半径小于的半径，所以的速率大于的速率，故A错误；
B.由左手定则判断出带负电荷，带正电荷，故B正确；
C.洛伦兹力方向与速度方向始终垂直，所以洛伦兹力对粒子不做功，故C错误；
D.粒子在磁场中运动半周，即时间为其周期的一半，而周期为，与粒子运动的速度无关，所以的运行时间等于的运行时间，故D错误。
故选B。
3.【答案】
【解析】根据左手定则可知，正带电离子向血管上侧偏转，负带电离子向血管下侧偏转，则血管上侧电势高，血管下侧电势低，故A错误；
B.设血液的流量为，若血管内径变小，则血管的横截面积变小，根据可知，血液流速变大，故B错误；
稳定时，带电离子所受洛伦兹力等于所受的电场力，
则有：，
可得，
又有：，
联立可得：，
根据、可知，血管上下侧电势差变大，说明血管内径变小，血液的流速变化，则血管内径一定改变，则血管上下侧电势差改变，所以血管上下侧电势差与血液流速有关，故D正确，C错误；
故选：。
A.根据左手定则，即可分析判断；
B.根据血液的流量含义，即可分析判断；
稳定时，带电离子所受洛伦兹力等于所受的电场力，据此列式，结合前面分析，即可判断求解。
本题考查电磁流量计，解题时需注意，电磁流量计的本质依旧是带电粒子在磁场的作用下发生偏转，正负电荷在垂直于运动方向的两端聚集，在闭合回路中形成电势差，当电势差稳定时，粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡。
4.【答案】
【解析】电子运动方向从负极流向正极，根据左手定则，四指指向电子运动的反方向，即指向负极，大拇指指向电子偏转方向，由此得出导线上方磁场方向垂直纸面向里，因此直导线必须如图所示的放置。根据右手螺旋定则可知，导线中的电流方向从指向。
故选：。
电子在磁场中运动，受到洛伦兹力的作用而发生偏转，根据电子的偏转方向，判断出磁场方向，然后根据右手螺旋定则，判断出导线中电流方向．
本题考查了左手定则和右手螺旋定则的联合应用，注意两个定则的适用条件，平时加强联系，提高熟练程度．
5.【答案】
【解析】、由右手定则可知，流经电阻的电流由到，因此点电势低于点电势，故A错误；
C、圆盘转动过程中，由闭合电路欧姆定律可得电流的大小为：，故C错误；
B、由电磁感应定律可得圆盘产生的感应电动势为：
由闭合电路欧姆定律可得、两端的电压为：，故B错误；
D、圆盘转动过程中，由电功率公式可知产生的电功率为：，故D正确。
故选：。
6.【答案】
【解析】当时，，面积为，穿过平面的磁通量，解得，故A错误；
磁场先向里减小，再向外增大，由楞次定律可判断出在内的感应电流方向始终相同，且为线圈顺时针方向，则点电势均比点电势高，故B错误，D正确；
C.根据楞次定律的推论“增缩减扩”的规律可判断出线圈在内具有扩张趋势，而在内具有收缩趋势，故C错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】、断开后，副线圈总电阻增大，副线圈中电流减小，由可知原线圈中的电流也减小，故C错误；
A、由于原线圈中电流减小，指示灯两端电压减小，变压器原线圈两端电压增大，由可知副线圈两端的电压变大，即电压表的示数变大，故A错误；
D、断开后，副线圈中电流减小，灯泡两端的电压，所以灯泡两端的电压增大，亮度变亮，故D正确。
B、不知道这个电路的等效电阻与电源电阻的关系，从而无法判断电源的输出功率问题，故B错误。
故选：。
断开开关，总电阻增大，电流减小，副线圈两端的电压由变压器的匝数之比和原线圈的输入电压有关，再结合闭合电路欧姆定律分析灯泡的亮度变化。
本题考查了变压器的特点，同时结合闭合电路的欧姆定律考查了电路的动态分析。
8.【答案】
【解析】、线圈在图中位置时，根据右手定则可知，边电流方向由，边电流方向由，则线圈中的电流方向为，故D错误。
A、从图中开始计时，线圈的磁通量与时间的变化规律为：，故A错误；
B、线圈由图中位置绕转轴旋转的过程中平均电动势为：，故B错误；
C、线圈的最大电动势为：。电动势有效值为：，线圈的热功率为：，故C正确；
故选：。
9.【答案】
【解析】、图示位置，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为，则产生的感应电动势为，故A错误；
B、电流表的示数为电流有效值，所以时，电流表的示数不为，故B错误；
C、由图乙可知，电动势有效值为，故C正确；
D、由图乙可知，交变电流的周期为
则矩形线圈的转速为，故D正确。
故选：。
10.【答案】
【解析】由左边线圈电流方向可知电流从向流过金属杆，由右手定则可得金属杆向左做切割磁感线运动，故A正确，B错误；
当金属杆向左加速做切割磁感线运动时，产生的电动势增大，则线圈中的磁通量增大，由楞次定律可知，流过电流表的电流方向从到，故C错误，D正确。
故选：。
11.【答案】
【解析】、粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则有，
解得轨道半径，粒子周期
回旋加速器正常工作时，交流电的频率必须等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，则所加交流电的频率为
故A错误，B正确；
、粒子圆周运动的半径为形盒的半径时，粒子的速度最大，此时粒子动能最大，则有，
解得
故C正确，D错误。
故选：。
12.【答案】
【解析】时刻电流最大，磁场能最大，故A错误；
B.时刻，电流为零，电容器带电量最大，故B正确；
C.过程，电流逐渐达到最大，电容器放电，电容器带电量逐渐减小，故C错误；
D.从图乙中可知，振荡电流周期变小，振荡电流频率变大，根据可知，线圈自感系数变小，因为车辆靠近线圈时，线圈自感系数变大，所以汽车正在远离地感线圈，故D正确。
故选：。
13.【答案】
【解析】设棒下落到底端刚进入磁场瞬间的速度大小为，由机械能守恒定律可得
解得
则棒刚进入磁场时产生的感应电动势的大小为：
回路中感应电流大小为
故A正确；
B.由右手定则和左手定则可知棒所受安培力水平向右，棒从静止开始向右做加速运动，棒受到安培力水平向左，棒进入磁场后以初速度做减速运动，直到、棒最终达到共速，之后一起做匀速直线运动，棒的速度达到最大，以水平向右为正方向，由、棒组成的系统动量守恒，可知
解得棒的最大速度为
故B错误；
C.在运动过程中由能量守恒可得：
又棒的最大速度：
联立解得整体产生的焦耳热为：
而、棒串联，根据焦耳定律，产生的焦耳热等于电阻之比，由此可得棒上产生的焦耳热为：
故C错误；
D.棒从静止开始向右做加速运动的过程中，以水平向右为正方向，由动量定理有
又根据电流的定义式，有电荷量满足：
联立解得、棒间位移差
故稳定后，、棒间的距离为，故D正确。
故选：。
14.【答案】 变短
【解析】极向下插入螺线管时，穿过线圈的磁通量发生变化，根据楞次定律线圈中都会产生感应电流，不需要保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针都会向右偏转，故A错误；
B.将磁体向下插入或向上抽出的速度越大，穿过线圈的磁通量变化得越快，灵敏电流计指针偏转幅度越大，故B错误；
C.将磁体的、极对调，并将其向上抽出，穿过螺线管的磁通量向下减小，根据楞次定律可知，线圈中感应电流方向由到，则电流从“”接线柱流入电流表，电流表的指针向右偏转，故C正确；
D.将磁体的、极对调，并将其向下插入，则螺线管的磁通量向下增大，根据楞次定律可知，线圈中感应电流方向由到，则电流从“”接线柱流入电流表，电流表的指针向左偏转，故D错误。
故选：。
将线圈插入线圈中，闭合开关瞬间，发现电流计指针右偏，说明当线圈中的磁通量增加时，电流计指针右偏。
A.插入铁芯，线圈中的磁通量增加，电流计指针右偏，故A正确；
B.拔出线圈，线圈中的磁通量减少，电流计指针左偏，故B错误；
C.将滑动变阻器的滑片向左移动，线圈中电流增大，线圈中的磁通量增加，电流计指针右偏，故C正确；
D.将滑动变阻器的滑片向右移动，线圈中电流减小，线圈中的磁通量减少，电流计指针左偏，故D错误。
故选：。
由图可知，断电前，通过灯泡和线圈的电流均恒定，且通过线圈的电流大于通过灯泡的电流。断电瞬间，线圈产生自感电动势阻碍通过其电流减小，而此时灯泡和线圈构成一回路，从而使通过灯泡的电流瞬间增大，且方向与原来电流方向相反，因此断电瞬间，灯泡中电流是。
在不改变线圈电阻等其他条件的情况下，只将铁芯拔出后重做上述实验，线圈的自感系数减小，对电流减小的阻碍能力变弱，所以可观察到灯泡在断电后处于亮着的时间将变短。
故答案为：；；；变短。
15.【答案】 乙
【解析】螺旋测微器的精确度为，测量其直径为
由图可知此游标卡尺是分度尺，最小分度值为，所以用游标卡尺测其长度为
若为理想变压器，则
解得
考虑到不是理想电压器，有漏磁现象，则副线圈的电压应略小于，所以最有可能的是选项。
故D正确，ABC错误；
故选：。
图乙所示电路实验误差来源是电压表分流，电压表内阻较大，分流影响较小，图甲所示实验电路误差来源是电流表分压，因为电池内阻较小，约为，由于电流表的内阻未知，约为，如果选择图甲的电路图，电源的内阻测量值为电流表和电源真实内阻之和，这导致测量相对误差较大，为了减少误差，应选择图乙的实验电路图。
实验电路乙图中的误差来源于电压表的分流，使得电流表的示数小于真正流过电源的总电流，测量图线与真实图线如图所示
由图像可知电动势的测量值小于真实值。
故答案为：；；；乙；
16.【解析】粒子在中加速过程，
根据动能定理有，
解得；
粒子在中做匀速直线运动，
根据受力平衡有，解得；
粒子在中做匀速圆周运动，
根据洛伦兹力提供向心力有，而，
可知：。
答：粒子进入速度选择器时的速度大小为；
两板间电压为；
间距离为。
17.【解析】交流发电机产生的电动势最大值
电动势随时间的变化关系式为
即
线圈中电流的有效值。
交流电压表显示的是路端电压有效值，故示数
解得：
从时刻开始线圈转过的过程中，通过电阻的电荷量
又
解得。
热功率，其中电流有效值
。
答：写出发电机产生的电动势瞬时值表达式为，交流电压表的示数为；
通过电阻的电荷量为得；
求电阻上的热功率。
18.【解析】设金属棒匀速下滑时的速度大小为，金属棒切割磁感线产生的电动势为
通过金属棒的电流为
金属棒做匀速直线运动时受到的安培力和重力分力平衡
解得
从开始释放到金属棒的速度最大，以斜面向下为正方向，由动量定理得
平均电流
金属棒发生的位移
联立求解得
由能量守恒定律可得
代入数据解得
对金属棒进行受力分析，可得
对金属棒进行受力分析，可得
可得金属棒、的加速度大小始终满足
分析可得，金属棒、同时做匀速直线运动，且金属棒、的速度大小相等，设匀速运动时
回路中电流为
金属棒匀速直线运动时受到的安培力和重力分力平衡
解得
答：金属棒匀速下滑时的速度大小为；
金属棒从释放至速度达到最大的过程中回路中产生的焦耳热为；
若金属棒不固定，由静止释放金属棒的同时，给金属棒施加平行于导轨平面向上、大小为的恒力，金属棒匀速运动时的速度大小为。
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