2022-2023学年重庆市凤鸣山中学教育集团高二上学期期末物理试题含解析

这是一份2022-2023学年重庆市凤鸣山中学教育集团高二上学期期末物理试题含解析，共26页。试卷主要包含了单项选择题，实验探究题等内容，欢迎下载使用。
  重庆市凤鸣山中学教育集团高二上期期末物理考试试题第I卷（选择题，共48分）一、单项选择题（本题包括8小题，每小题4分，共32分，每小题只有一个选项符合题意。）1. 如图所示，长度为L的直导体棒放在导轨上，垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度为B，方向与竖直方向的夹角为θ。当导体棒中通以大小为I的电流，导体棒处于静止状态。导体棒与导轨间的动摩擦因数为，重力加速度为g。下列说法正确的是（　　）A. 导体棒受到磁场力大小一定为BILB. 导体棒对轨道压力大小一定为C. 导体棒受到导轨摩擦力一定为D. 导体棒受到导轨摩擦力一定为【答案】A【解析】【详解】A．由于磁感应强度与导体棒垂直，即B与I垂直，所以安培力为故A项正确；BCD．对导体棒所受安培力如图所示因为导体棒处于静止状态，所以竖直方向有解得根据牛顿第三定律有因为摩擦力是静摩擦力，所以根据水平方向有故BCD错误。故选A。2. 如图所示，在光滑且绝缘的水平面上有两个金属小球A和B，它们用一绝缘轻弹簧相连，带同种电荷。弹簧伸长x0时小球平衡；若A、B带电荷量加倍，当它们重新平衡时，弹簧伸长x，则x和x0的关系为（  ）A. x=2x0 B. x=4x0 C. x<4x0 D. x>4x0【答案】C【解析】【详解】设弹簧原长为l，劲度系数为k0，根据库仑定律和平衡条件得两式相除，有得因l+x>l+x0，故x<4x0。故选C。3. 图中虚线为匀强电场中的等势线，两粒子M、N质量相等，所带电荷量的绝对值也相等。现将M、N从虚线上的O点以相同速率射出，两粒子在电场中运动的轨迹分别如图中两条实线所示。点a、b、c为实线与虚线的交点，已知O点电势高于c点。若不计重力，则（　　）A. M带负电荷，N带正电荷B. M带正电荷，N带负电荷C. N在从O点运动至a点的路径中电势降低D. M在O点的电势能小于它在b点的电势能【答案】B【解析】【详解】AB．由O点电势高于c点电势知，电场强度方向垂直虚线向下，由两粒子运动轨迹的弯曲方向知，N粒子所受静电力方向向上，M粒子所受静电力方向向下，故M粒子带正电，N粒子带负电，故A错误，B正确；C．N在从O点运动至a点的过程中，逆电场方向运动，电势升高，故C错误；D．O、b两点位于同一等势线上，M在O、b两点电势能相同，故D错误。故选B。4. 已知无限长直线电流周围空间的磁感应强度大小可表示为B=KI/d(其中K为比例系数,I为电流强度,d为空间位置到直线电流的距离)．如图，无限长直线电流相距为d，纸面内有一点P，且与两根电流的距离均为d，则P点的磁感应强度大小为（   ）A.  B.  C.  D. 【答案】A【解析】【详解】I1在P点产生的磁感应强度为：，方向：垂直纸面向里；I2在P点产生的磁感应强度为：，方向：水平向左，由平行四边形定则可知：P点的磁感应强度大小为 故应选：A．【点睛】本题是一道信息给予题，认真审题，知道磁感应强度的计算公式、熟练应用安培定则、磁场的叠加原理即可正确解题．5. 已知粒子（即氦原子核）质量约为质子的4倍，带正电荷，电荷量为元电荷的2倍。质子和粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动。下列说法正确的是（  ）A. 若它们的动量大小相同，则质子和粒子的运动半径之比约为2：1B. 若它们的速度大小相同，则质子和粒子的运动半径之比约为1：4C. 若它们的动能大小相同，则质子和粒子的运动半径之比约为1：2D. 若它们由静止经过相同的加速电场加速后垂直进入磁场，则质子和粒子的运动半径之比约为1：2【答案】A【解析】【详解】设质子的质量为m，电荷量为q，则粒子的质量为4m，电荷量为2q，它们在同一匀强电场中做匀速圆周运动过程中，洛伦兹力充当向心力，故解得A．若它们的动量大小相同，即相同，则所以运动半径之比为，A正确；B．若它们的速度相同，则B错误；C．若它们的动能大小相同，根据可得C错误；D．若它们由静止经过相同的加速电场加速后垂直进入磁场，根据动能定理可得进入磁场时的速度为化简得即故半径之比为D错误；故选A。6. 如图所示，螺线管与灵敏电流计相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管。下列说法正确的是（　　）A. 电流计中的电流先由a到b，后由b到aB. a点的电势始终低于b点的电势C. 磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量D. 磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度【答案】D【解析】【分析】当磁铁的N极向下运动，导致穿过线圈的磁通量发生变化，导致线圈中产生感应电动势．由楞次定律可得感应电流的方向，从而判断电流计中电流方向，感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因，根据来拒去留的判断口诀分析在各点的受力情况，从而知道加速度的大小。【详解】A、当磁铁N极向下运动，导致穿过线圈的磁通量变大，且方向向下，则由楞次定律可得线圈中产生感应电流方向盘旋而下，螺线管下端相当于电源的正极．所以通过G的电流方向为从b到a，当S极离开螺线管时，穿过线圈的磁通量变小，且方向向下，则螺线管上端相当于电源的正极．所以通过G的电流方向为从a到b，则a点的电势先低于b点的电势，后高于b点电势，故AB错误；
 C、磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量和磁铁的动能，故C错误；D、磁铁刚离开螺线管时，正在远离螺线管，磁铁受到的磁场力阻碍磁铁远离螺线管（去留），则加速度a＜g，故D正确．故选D【点睛】本题考查了楞次定律的应用，重点是根据磁通量的变化判断出感应电流的有无和方向，能根据来拒去留的判断口诀分析在各点的受力情况，难度适中．7. 在如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，R1和R 3均为定值电阻，且R 3=r，R 2为滑动变阻器．当R 2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U．现将R 2的滑动触点向b端移动一小段距离，电路稳定之后，下列说法正确的是A. I1减小，I2不变，U减小 B. 电容器C的带电量减小C. 电源的输出功率变大 D. 电源的效率变大【答案】C【解析】【详解】A.的滑动触点向端移动时，减小，整个电路的总电阻减小，总电流增大，内电压增大，外电压减小，即电压表示数减小，根据欧姆定律可得电压增大，则、并联电压减小，根据欧姆定律可得通过的电流减小，即示数减小，而总电流增大，则流过的电流增大，即示数增大，故A错误；B. 电容器两端的电压等于两端的电压，所以电容器两端的电压增大，根据可知电容器的带电量增大，故B错误；C. 由于，电源的内阻小于外阻，所以的滑动触点向端移动时，外阻减小，不电源的输出功率变大，故C正确；D.电源的效率为：则电源的效率减小，故D错误．8. 如图所示，边界OM与ON之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，边界ON上有一粒子源S。某一时刻，从粒子源S沿平行于纸面，向各个方向发射出大量带正电的同种粒子（不计粒子的重力及粒子间的相互作用），所有粒子的初速度大小相等，经过一段时间有大量粒子从边界OM射出磁场。已知∠MON=45°，从边界OM射出的粒子在磁场中运动的最长时间等于（T为粒子在磁场中运动的周期），则从边界OM射出的粒子在磁场中运动的最短时间为（　　）A.  B.  C.  D. 【答案】B【解析】【详解】粒子在磁场中运动做匀速圆周运动，入射点是S，出射点在OM直线上，出射点与S点的连线为轨迹的一条弦，当从边界OM射出的粒子在磁场中运动的时间最短时，轨迹的弦最短，根据几何知识，作ES⊥OM，则ES为最短的弦，粒子从S到E的时间即最短。由题意可知，粒子运动的最长时间等于，设OS=d，则DS=OStan45°=d粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为由几何知识有则θ=90°粒子在磁场中运动的最短时间为故选B。二、多项选择题（本题包括3小题，每小题4分，共12分。每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9. 如图所示，平行板电容器与电动势为的直流电源（内阻不计）连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略，一带负电油滴恰好静止于电容器中的P点，现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则A. 平行板电容器的电容将变大B. 静电计指针张角将不变C. 带电油滴所受的电场力变小，G表中有a→b的电流D. 当液滴静止时，若先将电容器上极板与电源正极的导线断开，再将其下极板向下移动一小段距离，则带电油滴将向下运动【答案】BC【解析】【详解】A.将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，导致极板间距增大，根据知，增大，则平行板电容器的电容将变小，故A错误；B.静电计测量的是电容器两端的电势差，因为电容器始终与电源相连，则电势差不变，所以静电计指针张角不变，故B正确；C.电势差不变，增大，根据则电场强度减小，带电油滴所受的电场力变小，根据可知平行板电容器的电荷量减小，平行板电容器放电，G表中有的电流，故C正确；D.若先将电容器上极板与电源正极的导线断开，则电荷量不变，两极板间的电场强度：极板间距离发生变化，电场强度不变，则油滴所受电场力不变，带电油滴将静止，故D错误．10. 如图，电荷量分别为q和−q（q>0）的点电荷固定在正方体的两个顶点上，a、b是正方体的另外两个顶点，则A. a点和b点的电势相等B. a点和b点电场强度大小相等C. a点和b点的电场强度方向相同D. 电子在a点电势能小于在b点的电势能【答案】BC【解析】【详解】A.等量异号电荷形成的电场线和等势面如图所示，结合题图中对应的几何关系可知，靠近负电荷，而靠近正电荷，则可知，点电势一定小于点电势；故A错误；BC.、两点是两电荷单独在两点形成的电场强度的叠加，由图3可知，两点处的两分场强恰好相同，故合场强一定相同，故B、C正确；D.由于点电势一定小于点电势，因电荷带负电，根据可知电子在点电势能大于在点的电势能，故D错误．11. 如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场沿z轴正方向垂直于霍尔元件的工作面（前后侧面），给霍尔元件通以沿x轴正向的恒定电流I，元件沿x轴方向的长度为a，沿y方向的宽度为b，沿z方向的厚度为c。下列说法正确的是（　　）A. 若元件的载流子带正电，则元件的下表面电势比上表面的电势高B. 沿y方向的宽度越大，元件上、下表面的电势差越大C. 沿z方向的厚度越小，元件上、下表面的电势差越大D. 增大电流，元件上、下表面的电势差大小不变【答案】AC【解析】【详解】A．若元件的载流子带正电，正电荷的运动方向与电流方向相同，根据左手定则，正电荷所受洛伦兹力向下，所以下极板带正电，则元件的下表面电势比上表面的电势高，A正确；BC．元件上、下表面电势差为U，则有电流的微观表达式为联立解得所以元件上、下表面的电势差与沿z轴方向的厚度有关，与沿y轴方向的宽度无关，并且成反比，B错误；C正确；D．根据增大电流，元件上、下表面的电势差大小增大，D错误。故选AC。12. 可变电阻R的功率随自身阻值变化的函数关系图如图，定值电阻R0=4Ω，由此可知（　　）A. 电源电动势E=8V，内阻r=4ΩB. 电源电动势E=4V，内阻r=C. 增大R，电源效率增大D. 增大R，电源效率可能增大，也可能减小【答案】AC【解析】【详解】AB．将R0与电源看成新的电源，由图像可知，当新的电源内阻与滑动变阻器电阻相等时，新电源的输出功率最大，即滑动变阻器功率最大，则有解得故A正确，B错误；CD．电源效率为则增大R，路端电压增大，电源的效率增大，故C正确，D错误。故选AC。第Ⅱ卷（非选择题，共52分）三、实验探究题（本题共2小题，共14分）13. 图1为多用电表示意图：现用多用电表测量一定值电阻的阻值，选择开关打到电阻档“×100”的位置，将红、黑表笔的笔尖分别与电阻两端接触，电表示数如图2所示，该电阻的阻值为_________Ω。【答案】1100【解析】【详解】该电阻的阻值为14. 某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材：A. 被测干电池一节B. 电流表A1：量程0～0. 6A，内阻RA=0. 2ΩC. 电流表A2：量程0～3A，内阻约为0. 1ΩD 电压表V1：量程0～3V，内阻未知E. 电压表V2：量程0～15V，内阻未知F. 滑动变阻器R1：0～10Ω，2AG. 滑动变阻器R2：0～5000Ω，1AH. 开关、导线若干伏安法测电池电动势和内阻的实验中，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差；在现有器材条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻．(1)在上述器材中请选择适当的器材：电流表选________，电压表选________，滑动变阻器选________．（填写器材前的序号字母）(2)实验电路图应选择下图中的________（填“甲”或“乙”）．(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的U−I图像．由此可知，干电池的电动势E=________V，内电阻r=________Ω．【答案】    ①. B    ②. D    ③. F    ④. 乙    ⑤. 1.5    ⑥. 0.8【解析】【详解】(1)[1]因电源电动势为1.5V，电流较小，为了准确测量内阻，所以选择已知内阻的电流表，量程0～0.6A，内阻0.2Ω的B；[2]电压表选择量程0～3V的D；[3]由于内阻较小，滑动变阻器阻值较小有利于电表的数值变化，减小误差，故选F；(2)[4]为了准确测量内阻，电流表与电池串联，将电流表内阻等效为电源内阻，故电路图选择乙；(3)[5]由图可知，电源的电动势：[6]根据可得内电阻为：三、计算题（共4题共计38分，15、16分别8分，17题10分、18题12分）15. 如图所示，电源电动势，小灯泡L的规格为“4V；0.8W”，开关S接1，当滑动变阻器调到时，小灯泡L正常发光，现将开关S接2，小灯泡L和电动机M均正常工作。电动机的内阻。（1）电源内阻为多少？（2）电动机的输出功率为多少？【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）小灯泡的额定电流为灯泡内阻为当开关接1时，根据闭合电路欧姆定律有代入数据解得（2）当开关S接2时，小灯泡L和电动机M均正常工作,根据闭合电路欧姆定律有带入数据解得则电动机的输出功率为16. 一个带电荷量为的油滴，从O点以速度v射入方向水平向右的匀强电场中恰好做直线运动，v的方向与电场方向成角。已知油滴的质量为m，重力加速度为g，求：（1）电场强度E的大小为多少？（2）油滴运动到最高点（未离开电场区域）时与O点的竖直距离是多大？（3）O点和最高点之间的电势差是多少？【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）由题意可知，带电油滴在匀强电场中受到水平向左电场力，竖直向下的重力。因为其做直线运动，所以其两者的合力方向与速度方向相反，由几何关系得解得（2由题意知，带电油滴的合力方向与速度方向相反，合力大小为带电油滴沿着初速度方向做匀减速直线运动，运动到最高点时速度为零，由动能定理得最高点与O点的竖直距离为解得（3）最高点与O点的水平距离为O点与最高点的电势差为解得17. 质谱仪是一种测量带电粒子比荷的仪器，某型号质谱仪的内部构造如图所示，M、N板间存在电压为U0的加速电场，半径为R的圆形区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场，光屏放置于圆形磁场区域右侧，光屏中心P到圆形磁场区域圆心O的距离为2R。带电粒子从S点由静止飘入M、N板间，经电场加速后进入圆形磁场区域，在磁场力作用下轨迹发生偏转，最终打在光屏上的某点，测量该点到P点的距离，便能推算出带电粒子的比荷.不计带电粒子的重力。（1）若带电粒子为电子，已知电子的电荷量为e，质量为m0，求电子经过电场加速后的速度大小v及电子在磁场中运动的轨迹半径r；（2）若某种带电粒子通过电场加速和磁场偏转后，打在光屏上的Q点，已知P点到Q点的距离为R，求该带电粒子的比荷及其在磁场中运动的时间t。【答案】（1）；；（2）；【解析】【分析】【详解】（1）电子在电场中加速，由动能定理有解得电子在磁场中做匀速圆周运动，由解得（2）带电粒子到达Q点的轨迹如图所示由几何关系可得θ=60°，类比有解得带电粒子在磁场中运动的圆心角即θ=60°，所以周期所以18. 如图所示，在竖直的xoy平面内，在水平x轴上方存在场强大小、方向平行于x轴向右的匀强电场，在第二象限存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。在x轴下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场、大小与方向都未知的匀强电场E2。一质量为m、带电量为q的小球从y轴上的P（0，L）位置无初速度释放，释放后小球从第一象限进入第四象限做匀速圆周运动，运动轨迹恰好与y轴相切。（1）求匀强电场E2大小与方向；（2）求小球第二次穿过x轴的位置与第三次穿过x轴的位置之间的距离；（3）若让小球从y轴上的Q点（图中未标出）无初速度释放，小球第二次穿过x轴后进入第二象限做直线运动，恰好又回到Q点。求第二象限中匀强磁场的磁感应强度B的大小。【答案】（1）；方向竖直向上；（2）；（3）【解析】【分析】【详解】（1）小球在第四象限做匀速圆周运动，有qE2=mg ①得  ②小球释放后进入第一象限，故小球带正电，可得电场方向竖直向上   （2）小球在第一象限做匀加速直线运动，对小球，有 ③   ④   ⑤由③④⑤得 小球再次回到第一象限做类平抛运动，如图所示，有竖直方向  ⑥水平方向  ⑦ ⑧由⑥⑦⑧得（3）假设x轴下方匀强磁场磁感应强度大小为B0，从P点释放的小球进入磁场，有  ⑨  ⑩假设Q点离坐标原点的距离为yQ，对从Q点释放的小球，进入第一象限的速度v1，同理可得  ⑪从Q点释放的小球进入x轴下方，做匀速圆周运动，有 ⑫从Q点释放的小球在第二象限做直线运动，电场力和重力的合力与洛伦兹力大小相等，v1与x轴夹角θ=45°，有  ⑬电场力和重力的合力与洛伦兹力方向相反，则MQ与NQ必然垂直，由几何关系，得  ⑭由⑨⑩⑪⑫⑬⑭并代入R，得