安徽省安庆市第二中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题（Word版附解析）

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一、单项选择题（共7题，每题4分，共28分）
1. 如右图所示，在匀强磁场B的区域中有一光滑斜面体，在斜面上放了一根长L，质量为m的导线，当通以如图示方向的电流I后，导线恰能保持静止，则磁感应强度B必须满足：（ ）
A. ，方向垂直纸面向外B. ，方向垂直纸面向里
C. ，方向竖直向下D. ，方向水平向右
【答案】C
【解析】
【详解】AB．由于斜面体是光滑的，如果磁场方向垂直纸面向外或垂直纸面向里，则磁场方向与电流方向平行，导线不受安培力作用，故导线将不可能保持平衡，故AB错误；
C．如果磁场方向竖直向下，则由左手定则可知，安培力的方向水平向左，根据平衡条件及安培力公式，有
解得
故C正确；
D．如果磁场方向水平向右，由左手定则可知，安培力的方向竖直向下，导线将受到重力、安培力和支持力作用，这几个力的合力不可能为零，则导线不可能处于平衡，故D错误。
故选C。
2. 如图所示，直角坐标系xOy的x轴位于水平面内，一段长为L、电流为I的通电导线与x轴重合，电流方向沿着x轴正方向，匀强磁场也位于水平面内，与x轴正方向的夹角为，匀强磁场位于x轴、y轴决定的竖直面内，与y轴正方向的夹角也为。若匀强磁场和的磁感应强度大小相等，均为，则此段通电导线受到的安培力的合力大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【分析】本题考查安培力的判断与合成，考查学生的物理观念和科学思维。
【详解】位于水平面内磁场对电流作用力
方向在竖直面内，位于竖直面内磁场对电流作用力
方向在水平面内，因此与垂直，安培力的合力
故选A。
3. 沿海建设的核电站可用电磁泵推动氯化钠溶液在管道中运行来冷却反应堆。如图为电磁泵的示意图，长方体导管的左右表面绝缘，将导管水平放置，让磁场方向与左右表面垂直。因充满导管的氯化钠溶液中有正、负离子，将导管上、下表面和电源连接后，氯化钠溶液便会流动，速度方向如图所示。则下列说法正确的是（ ）
A. 若无磁场，则溶液中的负离子向上运动
B. 磁场方向从左表面指向右表面
C. 交换电源正负极，溶液流动方向不变
D. 磁场方向与导管上、下表面垂直时，溶液从左至右流动
【答案】B
【解析】
【详解】AB．导管下表面电势高于上表面电势，若不存在磁场，则负离子向下运动，正离子向上运动，由左手定则和图中溶液速度方向可知，磁场方向为从左表面指向右表面，故A错误，B正确；
C．由以上分析可知，交换电源正负极，溶液流动方向反向，故C错误；
D．磁场方向垂直导管上下表面时，磁场方向与离子初始运动方向在条直线上，沿竖直方向，离子不受洛伦兹力，溶液不会从左至右运动，故D错误。
故选B。
4. 如图甲所示，粗细均匀的导体框ABC，∠B=90°，∠C=30°，AB边长为L，导体框的总电阻为R。一匀强磁场垂直导体框ABC所在平面，方向向里，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 导体框ABC中电流的方向为顺时针
B. 导体框ABC中电流的大小为
C. t0时刻两直角边AB和BC所受安培力合力大小为
D. 两直角边AB和BC所受安培力合力方向为垂直AC向左下方
【答案】C
【解析】
【详解】A．结合图甲和图乙，根据楞次定律可知，导体框ABC中电流的方向为逆时针，故A错误；
B．结合图甲和图乙，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势
则感应电流
故B错误；
C．磁场中的闭合回路所受安培力的合力为零，则两直角边AB和BC所受安培力合力大小与斜边AC的安培力大小相等，则
故C正确；
D．磁场中的闭合回路所受安培力的合力为零，则两直角边AB和BC所受安培力合力大小与斜边AC的安培力大小相等，方向相反，根据左手定则可知，AC边所受安培力方向为垂直AC向左下方，则两直角边AB和BC所受安培力合力方向为垂直AC向右上方，故D错误。
故选C。
5. 物理规律在生活生产中有着广泛的应用，下列关于电磁感应现象的说法正确的是（ ）
A. 真空冶炼炉的炉外线圈通入高频交流电时，线圈会产生大量的热，从而冶炼金属
B. 绕地运行的人造卫星受地磁场的影响导致轨道半径变小，这是一种电磁阻尼现象
C. 通电的电磁炉面板上不放置任何锅具，一段时间后面板会发热烫坏
D. 根据焦耳定律，为避免变压器中缠绕线圈的铁芯大量发热，应选用电阻率更小的铁芯
【答案】B
【解析】
【详解】A．线圈通过高频交流电，会在金属内部产生涡流，金属内产生大量的热，并不是线圈产热，A错误；
B．因地磁场的存在，人造卫星外壳表面会形成涡流，涡流在地磁场中又会受到安培力的阻碍作用，是一种电磁阻尼现象，B正确；
C．电磁炉内线圈通过高频交流电，会在上方的铁质锅具中产生涡流，从而加热食品，面板是陶瓷材料制成，不能产生涡流，也就不能产生热，C错误；
D．涡流的电流强度也会变化，电阻率越小，电阻越小，则电流越大，因为感应电动势是恒定的，则产热更多，D错误。
故选B。
6. 某中学生在研究心脏电性质时发现，当兴奋在心肌传播时，在人体的体表可以测出与之对应的电势变化，可等效为两等量电荷产生的电场。如图是人体表面的瞬时电势分布图，图中实线为等差等势面，标在等势面上的数值分别表示该等势面的电势，、、、为等势面上的点，、为两电荷连线上对称的两点，、为两电荷连线中垂线上对称的两点，则（ ）
A. 、两点的电场强度大小相同，方向相反
B. 、两点的电场强度大小相同，方向相反
C. 、两点的电势差
D. 从到的直线上电场强度先变大后变小
【答案】D
【解析】
【详解】A．该瞬时电势分布图可等效为等量异种电荷产生的，、为两电荷连线上对称的两点，所以、两点的电场强度大小、方向相同，故A错误；
B．、为两电荷连线中垂线上对称的两点，、两点的电场强度大小与方向也相同，故B错误：
C．、两点的电势差
故C错误；
D．根据等势线的疏密程度可判断出从到的直线上电场强度先变大后变小，故D正确。
故选D。
7. 如图甲所示的电路中，已知电源电动势E和内阻r，灯泡电阻为R。闭合开关S后，流过两个电流传感器的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 开关S闭合的瞬间，自感线圈中的自感电动势和电流均为零
B. 若断开开关S，则断开瞬间小灯泡D先闪亮再熄灭
C. 电源电动势
D. 电源内阻
【答案】C
【解析】
【详解】A．开关S闭合的瞬间,自感线圈中的电流为零，但由于线圈的自感现象，其自感电动势不为零，故A错误；
B．两支路并联，稳定时电压相同，而由乙图可知，稳定时电流也相同，因此若断开开关S，则断开瞬间小灯泡D不会闪亮，且由于断开开关后灯泡与自感线圈串联，由于自感线圈的自感电动势，灯泡将逐渐熄灭，故B错误
CD．开关刚闭合瞬间，有
达到稳定状态后有
联立解得
，
故C正确，D错误。
故选C。
二、多项选择题（共3题，每题6分，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分，共18分）
8. 闭合铝环固定在水平桌面上，条形磁铁下端是N极、上端是S极，磁铁在铝环正上方较低处无初速度释放，在磁铁开始下落到碰到桌面的过程中，下列判断正确的是（ ）
A. 磁铁速度增大、加速度减小
B. 铝环对桌面的压力大小保持不变
C. 磁铁的动能转化为铝环中的焦耳热
D. 铝环中存在自下往上看沿顺时针方向的感应电流
【答案】AD
【解析】
【详解】A．磁铁下落过程，铝环中产生感应电流，根据“来拒去留”的结论知，由于铝环处磁场增强且磁铁下落速度增大，磁铁和铝环间向上的安培力及其反作用力逐渐增大，由牛顿第二定律
知磁铁的加速度减小，与速度同向，速度增大，故A正确；
B．由平衡条件知
桌面对铝环的支持力增大，根据牛顿第三定律可知铝环对桌面的压力增大，故B错误；
C．下落过程磁铁的重力势能转化为磁铁的动能和铝环中的焦耳热，故C错误；
D．由楞次定律知铝环中存在自下往上看沿顺时针方向的感应电流，故D正确。
故选AD。
9. 某一空间存在与轴平行的电场，有一质量的带负电小球，带电量为，只受电场力作用，以初速度在处开始运动，电势（）随位置的变化关系如图所示，关于小球的运动情况正确的是（ ）

A. 在范围内电场力对小球做负功，在范围内做正功
B. 小球向左运动到处时
C. 在向左运动在过程中，小球最小速度
D. 在向左运动在过程中，小球的最小速度
【答案】AD
【解析】
【详解】A．由图像可知：在，电势降低，电势能增加，电场对负电荷做负功，在，电势升高，电场对负电荷做正功，故A正确；
B．由图可知，小球在1m处得电势为4V，在7m处电势为，根据动能定理可得
解得
故B错误；
CD．结合A选项可知，在向左运动在过程中，在4m处速度最小，根据动能定理可得
解得
故C错误，D正确。
故选AD。
10. 浮桶式灯塔模型如图甲，其由带空腔的磁体和一个连着灯泡的N匝圆形线圈组成，线圈半径为R，灯泡电阻r，其他电阻不计，磁体在空腔产生的磁场如图乙所示，在线圈处磁感应强度大小均为B，磁体通过支柱固定在暗礁上，线圈随波浪相对磁体沿竖直方向上下运动，速度最大为v，且始终处于磁场中，则浮桶线圈（ ）
A. 海水上下振荡时线圈具有收缩趋势
B. 海水上下振荡速度越快，灯泡发光越亮
C. 浮桶线圈中会产生大小为的电动势
D. 灯泡中电流最大为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．线圈随海水上下振荡，利用左手定则可知安培力方向也是沿上下方向阻碍线圈运动，并非沿半径向内，故A错误；
B．切割磁感线产生的电动势
可知，电动势的大小与海水上下振荡速度有关，与振荡幅度无关，v越大，E越大，则灯泡发光越亮，故B正确；
CD．切割磁感线的线圈长度
l=N∙2πR
由于线圈上线运动速度在改变，故有最大电动势
2NBπRv
灯泡中电流最大为
故选项C错误，D正确。
故选BD。
三、实验题（每空2分，共20分）
11. 某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素。
（1）图a中，将条形磁铁从图示位置先向上后向下移动一小段距离，出现的现象是______。
A.灯泡A、B均不发光 B.灯泡A、B交替短暂发光
C.灯泡A短暂发光、灯泡B不发光 D.灯泡A不发光、灯泡B短暂发光
（2）通过实验得知：当电流从图b中电流计的正接线柱流入时指针向右偏转，则当磁体______（选填“向上”或“向下”）运动时，电流计指针向右偏转。
（3）为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图c的电路，请用实线完成其余部分电路的连接______。
（4）若图c电路连接正确，开关闭合瞬间，指针向左偏转，则将铁芯从线圈P中快速抽出时，观察到电流计指针______。
A.不偏转 B.向左偏转 C.向右偏转
【答案】 ①. B ②. 向上 ③. 见解析 ④. C
【解析】
【详解】（1）[1]条形磁体在螺线管位置的磁场方向向下，条形磁铁向上移动一小段距离，穿过螺线管的磁通量减少，向下移动一小段距离，穿过螺线管的磁通量增加，根据楞次定律可知，移动方向不同，产生的感应电流方向不同，根据二极管具有单向导电性可知，灯泡A、B交替短暂发光。
故选B。
（2）[2] 条形磁体在螺线管位置的磁场方向向下，当磁体向上运动时，穿过螺线管的磁通量为减少，根据楞次定律，可知线圈中的感应电流产生的磁场方向向下，根据安培定则可知，电流从正接线柱流入，指针向右偏，即磁体向上运动。
（3）[3]根据感应电流产生的条件可知，要想进一步探究影响感应电流方向的因素，需要组成一个闭合回路，还需要一个含有电源的电路形成一个电磁铁，电路连接如图所示
（4）[4]开关闭合瞬间，穿过螺线管的磁通量增多，根据题意可知指针向左偏转，所以将铁芯从线圈P中快速抽出时，穿过螺线管的磁通量减少，观察到电流计指针向右偏转。
故选C。
12. （1）读出图中游标卡尺（20等分）和螺旋测微器的读数：图的读数为______，图读数为______；
（2）某同学测量一只未知阻值的电阻。他先用多用电表进行测量，按照正确的步骤操作后，测量的结果如图所示。为了减小误差该同学应将选择开关打到______填“×100”或“×1”挡重新测量；
（3）一灵敏电流计，允许通过的最大电流（满刻度电流）为，表头电阻，若改装成量程为的电流表，应并联的电阻阻值为______Ω。若将改装后的电流表再改装成量程为的电压表，应再串联一个阻值为______Ω的电阻；
（4）是用伏安法测电阻的部分电路如图c，当开关分别接通和时，若电压表的读数有较大变化，说明电阻的值______填（“较大”或“较小”）。
【答案】 ①. 10.335 ②. 3.373 ③. ×100 ④. 500 ⑤. 1000 ⑥. 较小
【解析】
【详解】（1）[1][2]根据游标卡尺读数方法，可得读数
根据螺旋测微器的读数方法，半毫米刻度线未露出，故读数
（2）[3]测量电阻时尽量让指针指在中间附近，档档位过低，故应该选择档；
（3）[4]把电流表改装成量程为的电流表，应并联的电阻阻值
[5]再改装成量程为的电压表，应串联的电阻
（4）[6]若电压表的读数有较大变化，说明电流表与串联时分压作用明显，的阻值与电流表内阻相近，所以较小；
四、计算题（本题共3小题，共40分，解答时要有必要的作图、文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的要明确写出答案和注明单位。）
13. 如图所示，平行金属板长为，一个带正电为、质量为粒子以初速度紧贴上板垂直射入电场，刚好从下板边缘射出，末速度恰与下板成角，粒子重力不计，求：
（1）粒子在电场中运动时间；
（2）粒子末速度大小；

【答案】（1）0.4s；（2）
【解析】
【详解】（1）粒子在电场中运动时间
（2）粒子在平行板间做类平抛运动，根据平行四边形定则知
14. 如图（a），线框位于倾斜角的斜面上，斜面上有一长度为的单匝矩形磁场区域，磁场方向垂直于斜面向上，大小为，已知线框边长，，总电阻，现对线框施加一沿斜面向上的力使之运动。斜面上动摩擦因数，线框速度随时间变化如图（b）所示。（重力加速度取）
（1）求外力大小；
（2）求长度；
（3）求回路产生的焦耳热。

【答案】（1）1.48N；（2）0.5m；（3）0.4J
【解析】
【详解】（1）由图（b）可知在0~0.4s内线框做匀加速运动，加速度为
根据牛顿第二定律有
代入数据可得
（2）由图（b）可知线框cf匀速进入磁场，则有
其中
联立可得
，
（3）线框穿过磁场过程中回路产生的焦耳热等于过程中安培力做的功，即
15. 如图所示，在x轴上方有垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q（q＞0）的粒子以速度v从坐标原点O沿xOy平面射入磁场，v与x轴负方向的夹角；粒子射入磁场后的某个时刻在x轴上方再加一个匀强电场，使粒子做匀速直线运动并从x轴的P（L，0）点沿垂直x轴方向进入第四象限，在第四象限内有一半径的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，磁场边界与x轴相切于P点。不计粒子的重力。
（1）求从粒子射入磁场到加匀强电场经过的时间t及所加电场的电场强度E的大小；
（2）要使粒子离开圆形匀强磁场区域后能运动到x轴的负半轴，求圆形区域内磁场的磁感应强度B的取值范围。
【答案】（1），；（2）
【解析】
【详解】（1）某个时刻在x轴上方再加一个匀强电场，使粒子做匀速直线运动并从x轴的P（L，0）点沿垂直x轴方向进入第四象限，根据题意可知，粒子到达P所在竖直线时，速度方向竖直向下，根据几何关系
根据
结合平衡条件
解得
粒子在磁场中偏转对应圆心角为
粒子运动周期
所以从粒子射入磁场到加匀强电场经过的时间
（2）粒子离开圆形磁场，刚好通过原点时，根据几何关系可知，对应速度偏转角为120°，有
沿x轴负方向射出，则转四分之一圆周
根据
可得磁感应强度B取值范围