福建省龙岩市名校2023-2024学年高二上学期期末物理试题（含解析）

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福建省龙岩市名校2023-2024学年高二上学期期末物理试题
一、单选题（4小题，16分）
1．如图所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流( )
A．向左或向右平动 B．绕O1O2转动
C．向上或向下平动 D．以垂直线圈的轴转动
2．如图所示，匀强磁场磁感应强度大小为1T，方向水平向右，一根通电直导线垂直于匀强磁场放置，导线截面是正六边形的中心O，正六边形在纸面内且ad连线与磁感线垂直，已知a点的实际磁感应强度为零，则下列叙述正确的是（　　）
A．直导线中的电流方向垂直纸面向外 B．b点的实际磁感应强度方向指向中心O
C．c点的实际磁感应强度大小为T D．c点的实际磁感应强度跟f点的相同
3．如图所示，电源电动势为E、内阻为r，R1为滑动变阻器，R2、R3和R4为定值电阻。设各电阻两端电压为Ui和流过电流为Ii；若向右移动R1的滑动触头，各电阻两端电压增加量为和流过电流增加量为(i=1、2、3、4)，则在此过程中（　　）
A．，，
B．，，
C．，，
D．，，
4．如图甲所示，在空间存在一个变化的电场和一个变化的磁场，电场的方向水平向右（图甲中由B到C），场强大小随时间变化情况如图乙所示；磁感应强度方向垂直于纸面、大小随时间变化情况如图丙所示。在t=1s时，从A点沿AB方向（垂直于BC）以初速度v0射出第一个粒子，并在此之后，每隔2s有一个相同的粒子沿AB方向均以初速度v0射出，并恰好均能击中C点，若AB=BC=L，且粒子由A运动到C的运动时间小于1s。不计重力和空气阻力，对于各粒子由A运动到C的过程中，以下说法正确的是（　　）
A．电场强度E0和磁感应强度B0的大小之比为2︰1
B．第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比为2︰1
C．第一个粒子和第二个粒子通过C的动能之比为1︰4
D．第一个粒子和第二个粒子运动的时间之比为π︰2
二、多选题（4小题，20分）
5．如图所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根初速为零、质量均为m的导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路．一质量为M的条形磁铁从a处由静止下落，当下落到b处时，磁铁的速度为v0，两个导体棒的速度均为v．重力加速度设为g，a、b之间的高度为h，不计空气阻力，在磁铁自a到b的下落过程中，以下说法不正确的是 (　　 )
A．因为P、Q中的感应电流方向相反，故P、Q之间的安培力为斥力，P、Q将相互远离
B．P、Q受到的安培力竖直向下
C．回路中产生的热为
D．回路中的磁通量一直在增加
6．普通电熨斗用合金丝作为发热元件，合金丝电阻R随温度T变化的关系如图中实线①所示。另有一种用PTC材料作为发热元件的电熨斗，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示。则（　　）
A．处于冷态的PTC电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快
B．处于冷态的PTC电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温慢
C．PTC电熨斗通电一段时间，电熨斗温度最可能自动稳定在之间
D．普通电熨斗通电一段时间，电熨斗温度最可能自动稳定在之间
7．如图甲所示，过均匀带电金属球的球心O建立一维坐标系。以无穷远处的电势为零，x轴上的电势φ分布如图乙所示。已知，下列说法正确的是（　　）
A．该带电体带负电
B．x1处的电场强度比x2处的电场强度小
C．电子在x1处的电势能比在x2处的大
D．将质子从x1处移到x2处，电场力做正功
8．如图所示，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B，宽度为a。一直角三角形导线框（边的长度为a）从图示位置向右匀速穿过磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，安培力向左为正方向，则选项中感应电流i、线框受到的安培力F与线框移动的距离x的关系图像正确的是（　　）
A． B．C． D．
三、填空实验题（5小题，24分）
9．如图所示，带箭头的线表示某一电场中的电场线的分布情况，一带电粒子在电场中运动的轨迹，如图中虚线所示。若不考虑其它力，则带电粒子在 点加速度大，在 点电势能大，带电粒子的运动方向是 。（选填：A到B，B到A，不确定）
10．如图所示，质量为m、边长为L的正方形线圈ABCD由n匝导线绕成，线圈中有如图所示方向、大小为I的电流，在AB边的中点用细线竖直悬挂于一小盘子的下端，而小盘子通过弹簧固定在O点。在图中虚线框内有与线圈平面垂直的匀强磁场，磁感强度为B，平衡时，CD边水平且线圈ABCD有一半面积在磁场中，如图甲所示，忽略电流I产生的磁场，则穿过线圈的磁通量为 ；现将电流反向（大小不变），要使线圈仍旧回到原来的位置，如图乙所示，在小盘子中必须加上质量为m的砝码。由此可知磁场的方向是垂直纸面向 （填“里”或“外”），磁感应强度大小B为 （用题中所给的B以外的其它物理量表示）。
11．实验室有一只灵敏电流表，标有参数Ig=10mA，Rg=100Ω，将它改装成一只量程为0.6A的电流表，需 （填“串”或“并”）联 Ω的电阻（计算结果保留两位有效数字）。若将该灵敏电流表改装成一只量程为15V的电压表，需 （填“串”或“并”）联 Ω的电阻。
12．（1）小华同学用螺旋测微器和游标卡尺分别测量一个金属棒的直径和长度度，读出图甲螺旋测微器测金属棒直径为 mm：如图用游标卡尺测金属棒长为 cm。
（2）他继续用伏安法测量某待测电阻的阻值。现有器材为：待测电阻R阻值约为（），电源电动势（3V），滑动变阻器阻值范围（），电流表量程（0.6A，3A）电压表量程（3V，15V）开关，导线若干。实验要求在测量电路中将电流表外接，滑动变阻器起限流作用。回答下列问题：
a.按照实验要求在图（a）中画出实物连线图
b.若已按实验要求接线，闭合开关后移动滑动变阻器的滑片，电压表的示数始终约为3V，电流表的示数始终接近0，写出产生这种现象的一个原因： 。
c.在连线正确后，闭合开关。电压表和电流表的示数分别如图（b）和图（c）所示。由图可知，电压表读数为 ，电流表读数为 A。由此可得待测电阻的阻值为 结果保留3位有效数字）。
13．某同学要测量一节干电池的电动势和内阻，可供选择的器材有：电流表A（0～0.6A）、电压表V（0～3V）、滑动变阻器R1（5Ω，1A）、滑动变阻器R2（100Ω，2A）、定值电阻R0为1.0Ω、电键S及导线若干。
（1）请根据题中图1的电路图完成图2的实物连线 ；
（2）为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应选用 （填“R1”或“R2”）；
（3）利用电路图进行实验，改变滑动变阻器的阻值，根据测出数据画出的U-I图线如图3所示，则此干电池的电动势E= V，内阻r= Ω。（保留两位小数）
四、解答题（3大题，40分）
14．如图所示，在A点固定一正电荷，电荷量为Q，在离A高度为H的C处由静止释放某带同种电荷的液珠，开始运动的瞬间加速度大小恰好为重力加速度g. 已知静电力常量为k，两电荷均可看成点电荷，不计空气阻力．
（1）求液珠的比荷；
（2）求液珠速度最大时离A点的距离h；
（3）若已知在点电荷Q的电场中，某点的电势可表示成φ＝，其中r为该点到Q的距离(选无限远的电势为零)．求液珠能到达的最高点B离A点的高度rB.
15．如图所示，相邻的匀强电场和匀强磁场区域宽度均为d，电场在纸面内，且方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里。有一质量为m，电荷量为q的带正电粒子（不计重力），经粒子枪中电场由静止加速（加速电压为U）后，从O点垂直进入电场，在电场力的作用下发生偏转，然后从A点离开电场进入磁场，离开电场时带电粒子在电场方向的位移为电场宽度的一半，当粒子从C点（A、C两点图中未标出）穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致，求：
(1)粒子从C点穿出磁场时的速度大小v；
(2)电场强度E和磁感应强度B的比值；
(3)带电粒子在相邻的匀强电场和匀强磁场区域运动的总时间。
16．如图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上，导轨上端连接一个定值电阻，导体棒a和b放在导轨上，与导轨垂直并接触良好，斜面上水平虚线PQ以下区域内，存在着垂直斜面向上的磁场，磁感应强度大小为，已知b棒的质量为m，a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。
（1）断开开关S，a棒和b棒固定在磁场中，恰与导轨构成一个边长为L的正方向，磁场从以均匀增加，写出a棒所受安培力随时间变化的表达式；
（2）若接通开关S，同时对a棒施以平行导轨斜向上的拉力F，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的b棒恰好静止，当a棒运动到磁场的上边界PQ处时，撤去拉力F，a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动，此时b棒已滑离导轨，当a棒再次滑回磁场上边界PQ时，又恰能沿导轨匀速向下运动，求a棒质量及拉力F的大小。
试卷第7页，共8页
参考答案：
1．B
【分析】本题考查了产生感应电流的条件，通过判断线圈中的磁通量是否变化，即可得出正确结果．
【详解】由于磁场为匀强磁场，无论线圈在平面内如何平动，其磁通量都不变化，因此不会产生感应电流，故AC错误；当线圈绕O1O2转动时，磁通量将发生变化，如转过90°时磁通量为零，因此有感应电流产生，故B正确．以垂直线圈的轴转动时，磁通量不变，不能产生感应电流，选项D错误；故选B．
【点睛】根据产生感应电流的条件判断线圈中是否有感应电流产生是电磁感应中的基本要求，要把握实质问题，不要受其它条件的干扰．
2．C
【详解】A．a点的实际磁感应强度为零，可知直导线在a点的磁场方向向左，大小为1T，由安培定则可知直导线中的电流方向垂直纸面向里，选项A错误；
B．直导线在b点产生的磁场大小为1T，方向与B的反方向成60°角，则b点的实际磁感应强度方向与B正向成60°角，不是指向中心O，选项B错误；
C．直导线在c点的磁场方向垂直Oc斜向右上方向，与水平成60°角，大小为1T，则c点的实际磁感应强度大小为
选项C正确；
D．直导线在c点的磁感应强度跟f点的等大反向，则与磁场B合成后合实际磁场大小和方向都不相同，选项D错误。
故选C。
3．C
【详解】ABC．若向右移动R1的滑动触头，则电路的总电阻变小，干路电流变大，路端电压减小，R4两端电压减小，即，流过R4的电流减小，因
而
故
C正确；
同理可判断R1减小时，其两端的电压减小，即，电流变大，则，但是由于R1是变化的，则
A错误；
同理可判断R1减小时，R2两端的电压U2和电流I2均减小，即
，
B错误；
D．因R1和R3两端的电压之和等于路端电压，则
通过R3的电流增加，因为上面有
，，
所以有
又因为有
所以有
D错误。
故选C。
4．D
【详解】A．在t＝1s时，空间区域有匀强磁场，粒子做匀速圆周运动，如图2，由牛顿第二定律：
粒子的轨迹半径r＝L，所以
带电粒子在匀强电场中做类平抛运动时，如图1，竖直方向
L＝v0t
水平方向
而
所以
故A错误；
B．第一个粒子和第二个粒子运动的加速度大小之比
故B错误；
C．对第二个粒子，由动能定理
解得
对第一个粒子
两粒子通过C时的动能之比为1：5，故C错误；
D．第一个粒子的运动时间
第二个粒子运动时间
所以两粒子运动时间之比为
故D正确。
故选D。
5．ABC
【详解】AB、磁铁靠近回路，回路磁通量增大，根据楞次定律，导体棒阻碍磁通量增加，所以面积会减小，所以P、Q相互靠近，导体棒在安培力作用下运动，所以安培力沿水平方向，AB错误．
C、根据能量守恒有：，解得：，C错误．
D、相互靠近过程中，回路磁感应强度增大，磁通量增大，D正确．
6．AC
【详解】AB．如图可知，处于冷态的PTC电熨斗阻值小于普通电熨斗，则由可知，刚通电时PTC电熨斗功率更高，升温更快，故A符合题意，B不符合题意；
C．在T6温度以下范围时，电阻较小，发热功率较大，由于温度较低，与环境温差小，故升温快；在T7温度以上时，电阻较大，发热功率较小，由于温度较低，与环境温差大，故降温快；故通电一段时间后PTC电熨斗温度t自动地稳定在T6＜t＜T7范围之内，故C符合题意；
D．普通电熨斗阻值不变，温度会持续升高，具体温度温度与环境温度有关，故D不符合题意。
故选AC。
7．AC
【详解】A．以无穷远处的电势为零，那么负电荷周围的电势为负值，所以该带电体带负电，则A正确；
B．由对称性可知离带电体越远的场强越小，或者由电势与距离的图像的斜率的绝对值越大的场强越大，则处的电场强度比处的电场强度大，所以B错误；
C．由电势与距离的图像可知，处的电势比在处的小，但是负电荷在电势越小的位置电势能越大，所以电子在处的电势能比在处的大，则C正确；
D．质子从处移到处，电势能增大，由功能关系可知，电场力做正功电势能减小，电场力做负功电势能增大，所以将质子从处移到处，电场力做的总功为负值，则D错误；
故选AC。
8．AC
【详解】AB．线框从开始进入到全部进入磁场时，磁通量向里增大，则由楞次定律可知，电流方向为逆时针，产生的电动势
随有效长度的增大而增大，所以感应电流
线框离开磁场的过程中，磁通量不断减小，由楞次定律可知，电流沿顺时针方向；感应电流
B错误A正确；
CD．线框从开始进入到全部进入磁场时，磁通量向里增大，则由楞次定律可知，电流方向为逆时针，根据左手定则，安培力的方向水平向左，线框离开磁场的过程中，磁通量不断减小，由楞次定律可知，电流沿顺时针方向，安培力的方向水平向左，产生的电动势
随有效长度的增大而增大，安培力的大小为
D错误C正确。
故选AC。
9． B B 不确定
【详解】[1]B点电场线较A点密集，则B点场强较大，粒子受电场力较大，则带电粒子在B点加速度大；
[2]粒子从A到B电场力做负功，则电势能增加，则粒子在B点电势能大；
[3]带电粒子的运动方向可能是由A到B，也可能是由B到A，则方向不确定。
10． 外
【详解】[1]有效面积只有正方形面积的一半，则穿过线圈的磁通量为
[2]由题意可知，电流反向之后，需要在盘里增加砝码，则乙图中CD边所受安培力向上，据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外。
[3]电流反向前，即甲图中CD边所受安培力向下，令弹簧的弹力为F，则有
F=G+nBIL
电流反向后，则有
F+nBIL=G+mg
联立解得
11． 并 1.7 串 1400
【详解】[1][2]由题意得，将它改装成一只量程为0.6A的电流表，需并联一个电阻，阻值为
[3][4]由题意得，若将该灵敏电流表改装成一只量程为15V的电压表，需串联一个电阻，阻值为
12． 6.124 10.230 待测电阻断路 2.20 0.48 4.58
【详解】（1）[1]根据题意，由图甲可知，金属棒直径为
[2]根据题意，由图乙可知，金属棒长为
（2）a.[3]根据题意要求，连接实物图，如图所示
b.[4]根据题意可知，电压表的示数始终约为3V，电流表的示数始终接近0，说明相当于电压表接在电源两端，产生这种现象的原因是待测电阻断路。
c.[5]根据题意可知，电压表用的量程，由图（b）可知，最小刻度为，电压表读数为。
[6]根据题意可知，电流表用的量程，由图（c）可知，最小刻度为，电流表读数为。
[7]由欧姆定律可得，待测电阻的阻值为
13． R1 1.50 0.67
【详解】（1）[1]由电路图可得实物图连线如图
（2）[2]因为电源电动势大约为1.5V，则电路中电阻最小约为
所以为方便实验调节且能较准确地进行测量，滑动变阻器应该选择小电阻R1；
（3）[3]将定值电阻等效为电源内阻，由闭合电路欧姆定律得
则
所以U-I图线与纵轴的交点即为电动势，故
E=1.50V
[4]而U-I图线斜率的绝对值为电源内阻和定值电阻之和，故
14．（1） （2） （3）
【详解】试题分析：（1）设液珠的电量为，质量为，由题意知，当液珠在C点时，比荷为．
（2）当液珠速度最大时，得．
（3）设BC间的电势差大小，由题意得，对由释放至液珠到达最高点（速度为零）的全过程应用动能定理得，即，将第（1）问的结果代入化简，解得．
考点：动能定理的应用、带电粒子在匀强电场中的运动
【名师点睛】解决本题的关键知道液珠的加速度为零时，速度最大，以及能够熟练运用动能定理和电场力做功公式．
15．(1)；(2)；(3)
【详解】(1)按题叙述，物体在电场，磁场中运动轨迹如图
设带电粒子经粒子枪加速后速度为，由动能定理
得
粒子进入电场后做类平拋运动，水平方向
竖直方向
解得
又
解得
粒子在磁场中做匀速圆周运动，速度不变，即穿出磁场时速度为
(2)粒子在磁场中，由几何关系得
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
而粒子在电场中有
解得
以上两式相比得
(3)带电粒子在电场中运动的时间
在磁场中运动的时间
故所求时间
16．（1）（2）；
【详解】（1）由法拉第电磁感应定律，可得
其中
由闭合回路欧姆定律可得
t时刻的磁感应强度为
此时a棒受到的安培力为
联立以上式子解得
（2）由题意可知a棒沿斜面向上运动时，a棒为电源，b棒和电阻R并联，通过a棒（干路）的电流为，由并联电路关系可得
b棒和电阻R的阻值相等，则通过b棒的电流为
电路的总电阻为
由欧姆定律可得干路电流为
其中感应电动势E＝BLv，由于b棒保持静止，则
a棒脱离磁场后撤去拉力F，a棒机械能守恒，返回磁场时速度还是为v，此时a棒和电阻R串联，则电路中的电流为
a棒匀速下滑，则
联立以上式子解得
a棒向上运动时受力平衡
联立解得
【点睛】对电磁感应电源的理解：
（1）电源的正负极可用右手定则或楞次定律判定，要特别注意在内电路中电流由负极到正极;
（2）电磁感应电路中的电源与恒定电流的电路中的电源不同，前者是由于导体切割磁感线产生的，公式为E＝BLv，其大小可能变化，变化情况可根据其运动情况判断；而后者的电源电动势在电路分析中认为是不变的；
（3）在电磁感应电路中，相当于电源的导体（或线圈）两端的电压与恒定电流的电路中电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于电动势。（除非切割磁感线的导体或线圈电阻为零）
答案第12页，共12页
答案第11页，共12页

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