辽宁省大连市第二十四中学2024-2025学年高二上学期期末考试物理试卷（含解析）

辽宁省大连市第二十四中学2024-2025学年高二上学期期末考试物理试题
一、单选题
1．旅行者一号探测器是目前离地球最远的人造天体，它给我们发回了上万张神秘宇宙的照片。它的工作离不开电磁波的发现与应用。下列有关电磁波的发现与应用的说法正确的是（　　）。
A．只有当闭合回路存在时，变化的磁场才能产生电场
B．麦克斯韦在一系列实验中观察到电磁波的反射，折射等现象，证实了电磁场理论
C．在无线电波的接收过程中，由调谐电路产生的感应电流还需要通过解调还原为声音或图像信号
D．X射线是波长最短的电磁波，常用于金属探伤和机场安检
2．如图所示，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合.为了在磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式可能是（）
A．N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动
B．N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动
C．磁铁在线圈平面内顺时针转动
D．磁铁在线圈平面内逆时针转动
3．如图所示，线圈自感系数为L，直流电阻为零，电容器的电容为C，该振荡电路周期为T。开关S闭合，现在将S突然断开，并开始计时，以下说法不正确的是（　　）。
A．当时，由a到b流经线圈的电流最大
B．当时，由b到a流经线圈的电流最大
C．当时，电路中电场能最大
D．当时，电容器左极板带有正电荷最多
4．如图为一个理想变压器，匝，匝，匝，均是“220V，15W”的灯泡，与单匝线圈相连的电压表读数为11V，那么变压器的实际输入功率为（　　）。
A．15W B．18.75W C．3.75W D．22.5W
5．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体在管中的流量。假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得电流值。已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，可求得流量为（　　）。
A． B． C． D．
6．已知空间中有一直角坐标系Oxyz，在紧贴（-0.2m，0，0）的下侧处有一粒子源P，能沿x轴正方向以的速度持续发射比荷为的某种原子核。在x<0，y<0的空间中存在沿-y方向的匀强电场，其中电场强度E的大小可在之间进行调节（不考虑电场变化而产生的磁场）。在x>0的空间有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为。忽略原子核间的相互作用，xOy平面图如图甲所示。现在xOz平面内x<0区域放置一足够大的吸收屏，屏上方施加有沿 y方向，大小为的匀强磁场，如图乙所示。原子核打在吸收屏上即被吸收并留下印迹，则该印迹长度为（　　）。
A． B．
C． D．
7．某电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距为l，倾角为，导轨上端串接一个阻值为的电阻，下端接有电容为C的电容器。在导轨间长为d的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度为B，质量为m的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连，金属棒向上运动时，闭合，断开，向下运动时，断开，闭合。CD棒的初始位置在磁场下方某位置处，一位健身者用大小为的恒力拉动GH杆，CD运动过程中始终保持与导轨垂直，进入磁场时恰好匀速上升，CD棒进入磁场处时，撤去拉力F，恰好能减速运动到磁场上边界，不计其它电阻、摩擦力及拉杆和绳索的质量，重力加速度为g。下列说法错误的是（　　）
A．k的单位为
B．CD棒进入磁场时的速度大小为
C．CD棒减速向上运动的时间为
D．若CD棒从磁场上边界由静止下滑，此时电容器电量为零，下滑过程中，拉力始终为零，则CD棒出磁场时的速度大小为
8．我国西电东送工程取得了重大成就，远距离输电时，交流发电机输出电压有效值为2500V，经过变压器T1升压后输电，然后再经变压器T2降压给某一工厂提供380V恒定电压，此过程中输电效率为80%，已知输电线上损耗的功率为16kW，输电线总电阻为1kΩ，升压变压器T1的原副线圈匝数比为1∶40，变压器处的损耗可忽略，下列说法正确的是（　　）
A．发电机总功率为80kW
B．发电机输出交流电有效值为160A
C．降压变压器T2匝数比为200∶1
D．发电机的内阻为2.5Ω
二、多选题
9．如图所示，空间中存在垂直纸面向内的磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、带电荷量绝对值为q的小球在O点由静止释放，其运动的轨迹如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．小球带正电
B．当P点坐标为（x，y）时，小球速度为
C．小球向下运动的最大距离为
D．若在区域内施加一个竖直向上、场强为的匀强电场，则小球运动过程中最大速度为
10．如图所示，质量为m，边长为L的正方形线框从匀强磁场上方静止自由下落，线框电阻为R，匀强磁场的宽度为H（H>L），磁感应强度为B，线框下落过程中ab边与磁场边界平行。已知ab边刚进入磁场和刚穿出磁场的时候都做减速运动，其加速度大小均为，下列说法正确的是（　　）
A．ab边刚进入磁场时，线框中感应电流方向为顺时针
B．cd边刚进入磁场时的速度为
C．整个过程中，线框产生的焦耳热为
D．从ab边刚进入磁场到cd边刚进入磁场的时间为
三、实验题
11．某小组在物理实验室得到一硅二极管（电阻约为1kΩ），他们想探究硅二极管在恒定电流的条件下的电压U与温度t的关系，实验器材有：3V直流稳压电源，开关导线若干，两个理想电压表V1和V2，滑动变阻器R（0-30Ω），阻值为15Ω的定值电阻R0。实验中硅二极管置于控温炉内来调节温度，控制电流恒为3mA，如图甲所示。
(1)传感器在我们生活中有非常广泛的应用，此硅二极管就是一种传感器，是将温度这个热学量转换为电阻这个电学量的元件。其他传感器如电阻应变片将 这个力学量转换为电阻这个电学量，而霍尔元件是将磁感应强度这个磁学量转换为 这个电学量。
(2)图乙是滑片从A移至B时硅二极管U-t图像，由此可知控温炉内温度升高时，硅二极管的正向电阻 （填“变小”或“变大”），此时应进行的操作是 。
(3)由图乙可以看出U与t成线性关系，计算该硅二极管的测温灵敏度为 （结果保留两位有效数字）。与金属热电阻相比，硅二极管的优点是灵敏度更高，但和其他热敏电阻类似，其缺点是 （写出一条即可）。
12．某实验小组为测量干电池的电动势和内阻，设计了如图a所示电路。所用器材如下，
电压表（量程0-3V，内阻很大）
电流表（量程0-0.6A）
电阻箱（阻值0-999.9Ω）
干电池一节，开关一个，导线若干
(1)根据图a完成图b中的实物连线 ；
(2)调节电阻箱至阻值最大，闭合开关，依次改变电阻箱的电阻，记录它的阻值R、电流表示数I和电压表示数U，根据数据做出U-I图像如图c所示，则干电池的电动势为 V（保留3位有效数字）内阻为 Ω（保留2位有效数字）；
(3)该小组进一步研究做出图像如图d所示，利用图d中图像的纵轴截距可以求出电流表内阻为 Ω（保留3位有效数字）；
(4)考虑电压表分流，本实验干电池内阻的测量值 （填“偏小”或“偏大”）。
四、解答题
13．如图所示，在x<0区域内存在沿y轴负向的匀强电场，在x>0区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为，磁场的右边界为MN延长线，ON为位于x轴上的水平绝缘薄板。一质量为m、电荷量为+q的粒子在x轴负半轴的A点以初速度射入电场，方向与x轴正向夹角，随后从y轴上的P （0， d）点垂直y轴进入磁场。粒子打到绝缘板上（碰撞时间极短）反弹前后水平分速度不变，竖直分速度大小不变、方向相反。粒子与绝缘板碰撞三次后从右边界的Q点（图中未标出）离开，且。若粒子电量保持不变且不计其重力，求：
(1)匀强电场的场强E的大小；
(2)粒子从P点运动到Q点的时间。
14．某小组同学在学习交变电流时提出了如下问题。
(1)如图1所示，让一面积为的单匝矩形线圈abcd在磁感应强度大小为的匀强磁场中绕对称轴以角速度匀速转动，求线圈从图示位置开始产生交变电流感应电动势的瞬时值表达式；
(2)小组同学发现除线框在匀强磁场中转动外还有能产生交流电的模型。如图2，长度为的金属杆置于光滑U形导轨上，其一端接有定值电阻，整个装置放在水平面上。平行于U形导轨长边建立x轴，以水平向右为正方向，靠近U形导轨短边所在位置为x=0处，垂直导轨平面分布着恒定磁场，其磁感应强度沿导轨方向按照的形式分布（、为已知定值，规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向，图中未画出），如图所示。在一未知外力的作用下，金属杆从x=0的位置开始以速度向右匀速运动。金属杆和导轨其他部分电阻均不计。求在杆开始运动的最初半个周期内，通过电阻的电荷量；
(3)小组同学还发现交流电在生产生活中有广泛的实际应用。如图3所示，一匝数为100匝的矩形线圈abcd面积为，线圈所在空间内存在垂直纸面向里的变化磁场，使线圈产生的感应电动势，线圈两端为一原副线圈匝数为的理想变压器。断开开关、闭合开关时，电流表示数为，断开开关、闭合开关，电流表示数也为。已知，导线电阻不计，求矩形线框abcd的电阻和、均闭合时电流表示数。
15．如图，两根足够长平行金属导轨固定在绝缘水平面上，左、右两侧导轨间距分别为2L和L，图中左侧光滑，处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为；右侧粗糙，以O为原点，沿导轨方向建立x轴，沿Ox方向存在分布规律为（k>0）的竖直向下的磁场（图中未标出）。一质量为3m，三边长度均为L的U形金属框，左端紧靠平放在绝缘轨道上（与金属导轨不接触）被固定处于静止状态。长为2L，质量为m的导体棒a处在间距为2L的金属导轨上，长为L，质量为m，电阻为R的导体棒b处在间距为L的金属导轨上。现同时给导体棒a、b大小相同的水平向右的速度，当导体棒b运动至时，导体棒a中已无电流，且恰好被立柱挡住没有进入右侧轨道。同时解除U形金属框的固定，导体棒b与U形金属框碰撞后粘连在一起构成回路向右运动，经时间t后静止。已知导体棒a、b、金属框材质完全相同，三者与导轨始终接触良好，已知OO′右侧之间的动摩擦因数为μ，求：
(1)导体棒b到达时导体棒a、b的速度、；
(2)导体棒b最终静止时距离的距离；
(3)整个过程中导体棒a产生的焦耳热。
参考答案
1．C
2．A
3．A
4．B
5．A
6．D
7．C
8．B
9．AB
10．BCD
11．(1) 压力 电压
(2) 变小 滑动变阻器的滑片向B端移动
(3) 测温范围比较小
12．(1)
(2) 1.58 0.63
(3)2.53
(4)偏小
13．(1)
(2)或
【详解】（1）粒子在电场中做类斜抛运动，根据牛顿第二定律得qE=ma
在A点沿电场线方向的分速度为vy=v0sinθ
粒子沿电场方向做匀减速直线运动，到P点沿电场线方向的速度为零，由运动学公式得
联立解得
（2）粒子进入磁场时的速度
根据洛伦兹力提供向心力
且
可得粒子在磁场中运动的轨道半径r=d
相邻两次碰撞之间的轨迹为半圆，如下图所示：
①若粒子斜向上射出磁场，如图中（1）位置所示，已知，即图中的，可知最后一段轨迹的圆心角等于30°。轨迹圆心角的总和为90°+180°×2+30°=480°。
粒子圆周运动的周期
粒子在磁场中运动的时间
②若粒子斜向下射出磁场，如图中（2）位置所示，轨迹圆心角的总和为90°+180°×3-30°=600°。
粒子在磁场中运动的时间
14．(1)
(2)
(3)，
【详解】（1）线圈产生的电动势最大值为
图示位置，穿过线圈的磁通量为0，磁通量变化率最大，电动势最大，则感应电动势的瞬时值表达式为
（2）金属杆切割磁感线，根据法拉第电磁感应定律有
类比线圈在磁场中转动产生的交流电的感应电动势
可得，
通过电阻的电荷量
半个周期内线圈转动半圈，磁通量变化量为
联立解得
（3）断开开关、闭合开关时，电流表示数为，则有
根据欧姆定律可得
则原线圈输入电压为
根据闭合电路欧姆定律可得
其中电动势有效值为
解得矩形线框abcd的电阻为
断开开关、闭合开关，电流表示数也为，则有，
根据欧姆定律可得
、均闭合时，设电流表示数为，则有，，，，，
联立解得
15．(1)，
(2)
(3)
【详解】（1）给导体棒a、b大小相同的水平向右的速度后，因为导体棒a产生的电动势大于棒b产生的电动势，所以回路中有感应电流产生，导体棒a减速运动，棒b加速运动，设棒b到达时的速度大小为，此时导体棒a的速度大小为，因为此时已经无电流，所以
根据
可知导体棒a受到的安培力大小是导体棒b的两倍，可得导体棒a受安培力的冲量大小也是导体棒b的两倍，则对a、b棒分别根据动量定理可得，
联立解得，
（2）设棒b与U形金属框碰撞后共同速度为，则根据动量守恒定律可得
解得
由题意可知U形金属框右边始终比U形金属框左边的磁场大
U形金属框的总长度为3L，质量为3m，导体棒b长为L，质量为m，电阻为R，二者材质相同，可知二者密度和电阻率相同，根据密度公式和电阻定律可得U形金属框的电阻为3R，棒b与U形金属框碰撞后到最终静止的过程，回路中的平均电流为
以初速度方向为正方向，根据动量定理有
即
联立解得
（3）当导体棒b运动至时，导体棒a、b构成的回路产生的热量为，根据能量守恒定律可得
解得
导体棒a长为2L，质量为m，导体棒b长为L，质量为m，电阻为R，二者材质完全相同，可知二者密度相同，根据
可知导体棒a的横截面积是导体棒b的一半，根据
可知导体棒a的电阻是导体棒b的4倍，已知通过两棒的电流始终相等，根据
可知导体棒a产生焦耳热是导体棒b产生焦耳热的4倍，即导体棒a产生的焦耳热
解得