2023北京西城高二（上）期末物理（教师版）

2023北京西城高二（上）期末

物    理

第一部分（选择题  共42分）

一、单项选择题（共10个小题，每小题3分。在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题意。）

1. 下列物理量中，属于矢量是（　　）

A. 电场强度 B. 电势 C. 电势能 D. 电动势

2. 真空中静止的带正电的点电荷，其电场线分布如图所示，A、B为同一条电场线上的两点。已知A、B两点的电场强度为、，电势为、，下列判断正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

3. 下图中标出了匀强磁场的磁感应强度B、通电直导线中的电流I和它受到的安培力F的方向，其中正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

4. 取一对用绝缘柱支撑的不带电的导体A和B，使它们彼此接触。A、B下方均连有两片金属箔片。手握绝缘棒，把带正电荷的带电体C移近导体A，下列判断正确的是（　　）

A. 仅有A下方的金属箔片张开 B. 仅有B下方的金属箔片张开

C. 导体A和B带等量异种电荷 D. 导体A带正电、导体B带负电

5. 如图所示的电路，灵敏电流计G和一个电阻箱R并联，改装成一个大量程的电表，下列判断正确的是（　　）

A. 改装成的是电流表，R越小量程越大 B. 改装成的是电流表，R越大量程越大

C. 改装成的是电压表，R越小量程越大 D. 改装成的是电压表，R越大量程越大

6. 在一条沿南北方向水平放置的导线下方，放一个可以自由转动的小磁针，如图所示。当导线接通向右的恒定电流时，观察到小磁针发生转动。下列判断正确的是（　　）

A. 小磁针的N极将垂直纸面向外转动

B. 通电导线的磁场对小磁针的作用力使小磁针偏转

C. 将小磁针分别放置在导线上方和下方，小磁针静止时N极指向相同

D. 导线在水平面内沿任意方向放置，通电后都能让下方的小磁针转动

7. 如图所示的U－I图像中，直线a为一个电源的路端电压与电流的关系，直线b是电阻R的电压与电流的关系。下列判断正确的是（　　）

A. 该电源的电动势为3V

B. 该电源的内阻为2Ω

C. 该电阻R为2Ω

D. 若该电阻与电源连接成闭合电路，电源的输出功率为12W

8. 一种发电装置如图所示。一对水平放置的平行金属板A、B之间有很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场，把A、B和电阻R连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。下列判断正确的是（　　）

A. 带正电的粒子在两板间受到的洛伦兹力方向向上

B. A板是电源的正极、B板是电源的负极

C. 只增大等离子体的射入速度v，电源的电动势增大

D. 只增大A、B两板的面积，电源的电动势增大

9. 如图所示，a、b是两个用同样导线制成的单匝圆形闭合线圈，线圈半径。匀强磁场垂直于线圈平面，且磁感应强度随时间均匀减小。下列判断正确的是（　　）

A. 线圈a、b中感应电流均为逆时针方向 B. 线圈a、b的感应电动势之比是

C. 线圈a、b的电阻之比是 D. 线圈a、b的感应电流之比是

10. 某手机的部分说明书如下表所示，其中电池的容量是指电池全部放电时输出的总电荷量。说明书还标明该手机电池的电动势为3.7V，充满电后播放视频的最长时间约10小时。下列判断正确的是（　　）

A. 该手机电池放电时输出的总电荷量约为4000C

B. 该手机播放视频时电池的平均输出功率约为0.4W

C. 该手机播放视频的电流大约为待机时电流的24倍

D. 该手机电池充满电储存的电能大约为4000J

二、多项选择题（本题共4小题，每小题3分，共12分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题意的，全部选对得3分，选对但不全得2分，错选不得分。）

11. 如图所示，用细绳吊起一个铝环，当条形磁体的某一磁极沿着过铝环圆心的轴线向右靠近铝环时，观察到铝环向右侧摆动。下列判断正确的是（　　）

A. 正对环心的一定是条形磁体的N极

B. 使铝环摆动的力是磁场对铝环的安培力

C. 磁体在靠近铝环的过程中，会受到阻碍它运动的磁场力

D. 若磁体向左侧远离铝环，铝环一定不会摆动

12. 如图所示电路中，电源内阻不计，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈，A和B是两个相同的小灯泡。则（　　）

A. 闭合开关S时，A、B灯同时亮

B. 闭合开关S时，B灯立即亮，A灯逐渐亮，最后一样亮

C. 断开开关S时，A灯逐渐熄灭，B灯立即熄灭

D. 断开开关S时，通过B灯的电流方向发生改变

13. 静电除尘用于粉尘较多的各种场所，以除去有害的微粒或回收物资。如图所示，静电除尘器由板状收集器A和线状电离器B组成。当A、B两端连接上千伏高压电源时，B附近的空气分子被电离，成为正离子和电子。电子向着A运动的过程中，遇到烟气中的粉尘，使粉尘带负电，从而被吸附到A板上，最后在重力作用下落入下面的漏斗中。下列说法正确的是（　　）

A. 板状收集器A连接电源的正极

B. 板状收集器A连接电源的负极

C. 带电后的粉尘向A板运动过程中，电场力做正功

D. 带电后的粉尘向A板运动过程中，电势能逐渐增加

14. 质谱仪可用来分析带电粒子的基本性质，其示意图如图所示。带电粒子从容器A下方的小孔飘入加速电场，其初速度几乎为0。粒子加速后从小孔射出，又通过小孔，沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片D上。图中虚线为两种带电粒子在质谱仪中的运动轨迹，可以判断的是（　　）

A. 两种带电粒子比荷的大小关系

B. 两种带电粒子电荷量的大小关系

C. 两种带电粒子质量的大小关系

D. 两种带电粒子在磁场中运动速度的大小关系

第二部分（实验、论述和计算题  共58分）

三、实验题（本题共2小题，共18分）

15. 电阻率是反映材料导电性能的物理量，某同学通过下面的实验测量金属丝的电阻率。

（1）用螺旋测微器测金属丝的直径，其中一次测量的结果如图1所示，金属丝直径的测量值d＝________mm。

（2）用多用电表粗略测量金属丝的电阻。使用前，观察到多用电表指针已经对准表盘左侧的“0”刻线。使用时，先将选择开关调到欧姆挡“×1”挡，再将红、黑表笔短接，调节图2中的________旋钮（选填“A”“B”或“C”），使表针指到表盘右端零刻度处；然后将红、黑表笔接在金属丝两端，多用电表指针位置如图3所示，则金属丝的电阻值约为________Ω。

（3）采用伏安法较精确测量金属丝电阻，可选择的器材如下：

电源E（电动势约为3V）

电流表（量程0~0.6A，内阻约为0.125Ω）

电流表（量程0~3A，内阻约0.025Ω）

电压表V（量程为0~3V，内阻约为3kΩ）

滑动变阻器（最大阻值为20Ω）

滑动变阻器（最大阻值为1750Ω）

开关及导线若干

为使测量准确、操作方便，电流表应选择________（选填或）；滑动变阻器应选择________（选填或）；应选用下图________（选填“甲”或“乙”）电路图进行实验；由于电表内阻的影响，金属丝电阻的测量值比其真实值________（选填“偏大”或“偏小”）。

（4）若通过实验测量获得了数据：金属丝的直径、金属丝的电阻，以及金属丝的长度，则金属丝电阻率________。（用、、表示）

16. 电流传感器可以像电流表一样测量电流。它与计算机相连，能显示出电流随时间变化的I－t图像。某同学利用图1所示的电路进行实验，观察电容器充、放电过程。

（1）先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。充满电的电容器上极板A带______电荷；

（2）然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电。

①传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的I－t图像，如图2所示。根据图像估算电容器放电过程释放的电荷量为______C；（结果保留两位有效数字）

②根据I－t图像，在图3中定性画出此过程电容器所带电荷量随时间变化的q－t图像___，并说明依据___。

四、论述、计算题（本题共4小题，共40分）解答要求：写出必要的文字说明、方程式、演算步骤和答案。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

17. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向肿瘤，杀死癌细胞。如图所示，真空中两平行金属板A、B之间的距离为d，两板间电压为U。来自质子源的质子，不计初速度，质量为m，电荷量为q，沿水平方向从A板上的小孔进入加速电场，经加速后从B板上的小孔穿出。质子的重力和质子间的相互作用力均可忽略。求：

（1）A、B两板间匀强电场的电场强度大小E；

（2）质子从A板运动至B板的过程中，静电力做的功W；

（3）质子从B板小孔射出时的速度，并据此提出增大质子速度的可行方案。

18. 如图所示的电路中，电源的电动势E为12V，内阻r为1Ω，电阻R为3Ω。电动机的额定电压U为6V，线圈电阻为0.5Ω。

（1）只闭合开关时，求电路中的电流I和电源的输出功率；

（2）开关、均闭合后，电动机恰好正常工作，求电动机的输出功率。

19. 如图所示，abcd是一个边长为L的正方形区域，内部存在着沿ad方向的匀强电场。位于ad边中点S处的粒子源，不断地沿着垂直ad边的方向发射质量为m、电量为q的带电粒子。粒子的初速度为v，经电场作用后恰好从c点射出。撤去电场，在该区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场，带电粒子恰好从b点射出。带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力均可忽略。

（1）求匀强电场的电场强度大小E；

（2）求匀强磁场的磁感应强度大小B；

（3）定性比较带电粒子通过电场区域和磁场区域的时间的大小，并说明依据。

20. 电磁制动是磁悬浮列车辅助制动的一种方式。某研究团队为列车进站设计电磁制动装置，为了探究其刹车效果，制作了小车和轨道模型。在小车底面安装了一个匝数为N、边长为L的正方形线圈，线圈总电阻为R，小车和线圈的总质量为m。线圈平面与水平轨道平行，俯视图如图所示。小车到站前，关闭小车引擎，让其通过一个宽度为H方向竖直向下的匀强磁场区域，实施电磁制动。小车进入磁场前的速度为，行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计，不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。

（1）a.若小车通过磁场区域后，速度降为，求在此过程中线圈产生的焦耳热；

b.若使小车持续减速通过匀强磁场区域，分析说明磁场区域的宽度H需要满足什么条件；

（2）a.为保证乘客安全，小车刚进入磁场时的加速度大小不能超过，则匀强磁场的磁感应强度B应满足什么条件；

b.为减缓刹车给乘客带来的不适感，刹车的加速度要远小于，磁场的磁感应强度也远小于上述B的条件，因此小车通过图示磁场区域后仍有较大速度。若此后继续以电磁制动的方式使小车减速，为了在尽可能短的距离内让小车减速为零，请设计刹车区域的磁场分布，说明设计方案并画出示意图。

参考答案

第一部分（选择题  共42分）

一、单项选择题（共10个小题，每小题3分。在每小题列出的四个选项中，只有一个选项符合题意。）

1. 【答案】A

【解析】

【详解】矢量是既有大小又有方向的物理量，标量是只有大小没有方向的物理量，标量运算遵守代数加减法则

A．电场强度是矢量，故A正确；

BCD．电势、电势能、电动势是标量，故BCD错误。

故选A。

2. 【答案】D

【解析】

【详解】AB．根据点电荷场强公式

可得

AB错误；

CD．根据顺着电场线方向电势降低可得

C错误，D正确。

故选D。

3. 【答案】B

【解析】

【详解】A．根据左手定则，图中安培力水平向左，A错误；

B．图中安培力水平向左，B正确；

C．图中安培力垂直纸面向里，C错误；

D．图中电流和磁场方向平行，安培力为零，D错误。

故选B。

4. 【答案】C

【解析】

【详解】把带正电荷的带电体C移近导体A，则导体A外端由于静电感应带负电荷，导体B外端由于静电感应带正电荷，即导体A和导体B下方的金属箔片均张开，根据电荷守恒定律可知，导体A和导体B的带电量是相等的。

故选C。

5. 【答案】A

【解析】

【详解】AB．改装成了电流表，R越小分流能力越强，电流表量程越大，R越大分流能力越弱，电流表量程越小，故A正确，B错误；

CD．把电流计改装成电压表应给电流计串联一个分压电阻，串联电阻越大，电压表量程越大，由图示电路图可知，电流计与电阻R并联，改装成的是电流表，故CD错误。

故选A。

6. 【答案】B

【解析】

【详解】AC．根据右手螺旋定则可得小磁针的位置磁场方向为垂直纸面向里，因为小磁针静止时N极的指向为磁场的方向，所以此时N极将垂直纸面向里转动；同理当小磁针放置在导线上方时可得N极将垂直纸面向外转动，AC错误；

B．因为通电导线产生的磁场对小磁针的作用力使小磁针偏转，B正确；

D．根据前面分析可得当导线垂直纸面，电流方向向外时，此时导线产生的磁场在小磁针处的方向与小磁针磁场方向相同，此时小磁针不会转动，D错误。

故选B。

7. 【答案】B

【解析】

【详解】AB．由闭合电路欧姆定律可得

a图线与纵轴交点表示电动势，图线斜率绝对值表示内阻，可得

A错误，B正确；

C．由电阻R的电压与电流的关系可得

C错误；

D．若该电阻与电源连接成闭合电路，a、b图像交点即为电路的电流及电源输出电压，则电源的输出功率为

D错误。

故选B。

8. 【答案】C

【解析】

【详解】AB．A、B之间的磁场方向为N极到S极，根据左手定则，带正电的粒子受到的洛伦兹力方向向下，打在B板上，使得B板上积累正电荷，是电源的正极，A板是电源的负极，故A、B均错误；

CD．电源的电动势为E，极板间距离为d，极板间电压稳定时满足

解得

可得只增大等离子体的射入速度v，电源的电动势增大，而只增大A、B两板的面积，电源的电动势不变，故C正确，D错误。

故选C。

9. 【答案】D

【解析】

【详解】A．根据楞次定律，磁感应强度减小，磁通量减小，a、b线圈都产生顺时针方向的电流，A错误；

B．根据法拉第电磁感应定律得

所以线圈a、b的感应电动势之比为

B错误；

C．根据电阻定律得

所以线圈a、b的电阻之比为

C错误；

D．根据欧姆定律得

所以线圈a、b的感应电流之比为

D正确。

故选D。

10. 【答案】C

【解析】

【详解】A．该手机电池放电时输出的总电荷量约为

故A错误；

B．该手机播放视频的电流

播放视频时电池的平均输出功率约为

故B错误；

C．待机时电流

则手机播放视频的电流与待机时电流的比值大约为

故C正确；

D．该手机电池充满电储存的电能大约为

故D错误。

故选C。

二、多项选择题（本题共4小题，每小题3分，共12分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项是符合题意的，全部选对得3分，选对但不全得2分，错选不得分。）

11. 【答案】BC

【解析】

【详解】A．由楞次定律，正对环心的无论是条形磁体N极或S极，沿着过铝环圆心的轴线向右靠近铝环时，穿过铝环的磁通量增加，铝环中都会产生感应电流，阻碍磁体靠近铝环，都能观察到铝环向右侧摆动。A错误；

B．磁体靠近铝环，铝环中会产生感应电流，使铝环摆动的力是磁场对铝环的安培力，B正确；

C．磁体在靠近铝环的过程中，产生感应电流的铝环等效为一个小磁铁，磁体会受到阻碍它运动的磁场力，C正确；

D．若磁体向左侧远离铝环，由楞次定律，穿过铝环的磁通量减小，铝环中都会产生感应电流，阻碍磁体远离铝环，铝环向左摆动。D错误。

故选BC。

12. 【答案】BD

【解析】

【详解】AB．开关S闭合的瞬间，电源的电压同时加到两支路的两端，B灯立即发光。由于线圈的自感电动势阻碍电流的增加，则A灯逐渐变亮，由于线圈的电阻可以忽略，最后A灯会和B灯一样亮,故A错误，B正确；

C．断开S后，两灯泡与电感线圈形成闭合回路，此时通过小灯泡的电流不会大于断开开关之前通过小灯泡的电流，A、B灯逐渐熄灭，C错误；

D．断开S前，B灯电流从左向右，断开S后线圈的自感电动势阻碍电流的减小，线圈是电源，B灯电流从右向左，D正确。

故选BD。

13. 【答案】AC

【解析】

【详解】AB．根据题意电子使粉尘带负电，从而被吸附到A板上，可得A板电势高连接电源的正极，A正确，B错误；

CD．根据前面分析A板电势高，带电后的粉尘向A板运动过程中，因为带负电所以电势能逐渐减小，电场力做正功，C正确，D错误。

故选AC。

14. 【答案】AD

【解析】

【详解】根据题意，设加速电场的电压为，磁场的磁感应强度为，粒子的质量为，电荷量为，在加速电场中，由动能定理有

粒子在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律有

A．联立可得，带电粒子的比荷为

由图可知，两种带电粒子在磁场中做圆周运动的半径大小关系，则可判断两种带电粒子比荷的大小关系，故A符合题意；

B．由A分析可知两种带电粒子比荷的大小关系，但不知道两种带电粒子质量关系，则不可判断两种带电粒子电荷量的大小关系，故B不符合题意；

C．由A分析可知两种带电粒子比荷的大小关系，但不知道两种带电粒子电荷量关系，则不可判断两种带电粒子质量的大小关系，故C不符合题意；

D．带电粒子在磁场中运动速度为离开加速电场的速度，则有

由A分析可知两种带电粒子比荷的大小关系，则可判断两种带电粒子在磁场中运动速度的大小关系，故D符合题意。

故选AD。

第二部分（实验、论述和计算题  共58分）

三、实验题（本题共2小题，共18分）

15. 【答案】    ①. 0.332##0.333##0.334    ②. C    ③. 6    ④.     ⑤.     ⑥. 甲    ⑦. 偏小    ⑧.

【解析】

【详解】（1）[1]如图1所示，金属丝直径的测量值

（2）[2]用多用电表粗略测量金属丝的电阻。使用前，观察到多用电表指针已经对准表盘左侧的“0”刻线。使用时，先将选择开关调到欧姆挡“×1”挡，再将红、黑表笔短接，调节图2中的欧姆调零旋钮“C”，使表针指到表盘右端零刻度处；

[3]然后将红、黑表笔接在金属丝两端，多用电表指针位置如图3所示，则金属丝的电阻值约为

（3）[4]电路中的最大电流为

为使测量准确、操作方便，电流表应选择量程为0.6A的电流表；

[5]为方便调节，滑动变阻器应选择阻值较小的；

[6]由于待测金属丝的电阻较小，故电流表应采用外接法，即应选用“甲”的电路图进行实验；

[7]由于电压表内阻分流作用的影响，金属丝电阻的测量电流大于真实电流，导致测量值比其真实值“偏小”。

（4）[8]若通过实验测量获得了数据：金属丝的直径、金属丝的电阻，以及金属丝的长度，则

可得金属丝电阻率

16. 【答案】    ①. 正    ②.     ③.     ④. 放电时电容器带电量减少，电流也减小

【解析】

【详解】（1）[1]电容器A板与电源正极连接，充满电的电容器上极板A带正电荷；

（2）①[2]根据

可知，I－t图像中图线与坐标轴所围面积即为放电过程释放的电荷量，图像中一个小格的面积为

图线所围面积约为40个格，则放电过程释放的电荷量约为

②[3][4]放电过程中，电容器带电量减少，由I－t图像可知电流也减小，所以q－t图像的斜率减小，则q－t为

四、论述、计算题（本题共4小题，共40分）解答要求：写出必要的文字说明、方程式、演算步骤和答案。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

17. 【答案】（1）；（2）；（3）方向水平向右，增大两平行金属板A、B之间的电压U

【解析】

【详解】（1）根据公式可得A、B两板间匀强电场的电场强度大小为

（2）静电力做的功为

（3）质子从A板运动至B板的过程中根据动能定理可得

解得

方向水平向右，因为质子的带电量和质量不变，所以要增大质子速度可增大两平行金属板A、B之间的电压U。

18. 【答案】（1），；（2）

【解析】

【详解】（1）只闭合开关时，电路中的电流I为

此时电源输出功率为

（2）开关、均闭合后，电动机恰好正常工作，可得此时路端电压为6V，干路电流为

可得通过电动机中的电流为

所以此时电动机的输出功率为

19. 【答案】（1）；（2）；（3）见解析

【解析】

【详解】（1）只加电场时，沿电场方向有

垂直电场方向有

联立解得

（2）只加磁场时，带电粒子做匀速圆周运动，设粒子圆周运动的半径为r，由几何知识有

解得

又根据

解得

（3）带电粒子在电场中的运动时间为

带电粒子在磁场中运动时，轨迹圆心角满足

即

带电粒子在磁场中的运动时间为

解得

对比可得

20. 【答案】（1），；（2），见解析

【解析】

【详解】（1）a.根据能量守恒定律可得在此过程中线圈产生的焦耳热为

b. 若使小车持续减速通过匀强磁场区域，应使正方形线框通过磁场区域时一直受到安培力的作用，即线框中要一直存在感应电流，所以可得磁场区域的宽度H需要满足

（2）a.小车刚进入磁场时产生的感应电动势为

可得小车受到的安培力大小为

小车刚进入磁场时的加速度大小不能超过，即

解得

b. 为了在尽可能短的距离内让小车减速为零，应使小车一直处于减速状态，所以在满足磁场的磁感应强度远小于上述B的条件下，根据前面分析可得磁场区域的宽度为L，相邻磁场区域间的间隔距离为L，如图所示。