浙江省杭州市四校联考2023-2024学年高二上学期期末物理试题（Word版附解析）

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1、本试卷满分100分，考试时间90分钟（1月25日10：05—11：35）；
2、本试卷分试题卷（共6页）和答题卡（共2页），所有答案必须写在答题卡上，考试结束后只需上交答题卷；
3、考试中不准使用计算器。若题中未作说明时，g取
一、选择题Ⅰ（本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1. 下列物理量是标量的是（ ）
A. 电场强度B. 电流强度C. 磁感应强度D. 冲量
【答案】B
【解析】
【详解】标量是只有大小没有方向的物理量，虽然电流强度有方向，但电流强度计算时遵循代数法则，所以电流强度是标量，其余是矢量。
故选B。
2. 下列关于书中的几幅图片说法正确的是（ ）
A. 真空冶炼炉是利用交变电流直接产生热能，从而融化炉内金属的
B. 运输毫安表时正负极连接导线是利用了电磁驱动
C. 显像管颈部的偏转线圈产生的水平磁场能使电子束在水平方向偏转
D. 根据穿过铅板的正电子的轨迹变化可以知道空间的磁场方向是垂直纸面向里
【答案】D
【解析】
【详解】A. 真空冶炼炉是利用交变电流，使炉内金属中产生涡流，涡流产生的热量融化炉内的金属，A错误；
B. 运输毫安表时正负极连接导线是利用了电磁阻尼，B错误；
C. 显像管颈部的偏转线圈产生的水平磁场能使电子束在竖直方向偏转，C错误；
D. 根据穿过铅板的正电子的轨迹变化可以知道空间的磁场方向是垂直纸面向里，D正确。
故选D。
3. 如图所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器．它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时( )
A. 电路中的电流减小，油箱油面降低
B. 电路中的电流减小，油箱油面升高
C. 电路中的电流增大，油箱油面降低
D. 电路中的电流增大，油箱油面升高
【答案】D
【解析】
【详解】当油箱油面升高时，由于浮力作用使金属滑片向下移动，R接入电路的有效电阻减小，则回路的总电阻减小，由欧姆定律知，电路中的电流增大，故ABC错误，D正确。
4. 如图所示的电路中，E为电池，、为可变电阻，R为定值电阻，C为平行板电容器，闭合开关S后，能使电容器带电量增加的方法是（ ）
A. 增大的阻值
B. 增大电容器两极板间的距离
C. 减小的阻值
D. 将电容器的两极板错开些
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．电路稳定后，R1与电容器串联，没有电流通过，改变R1的阻值不影响电路，所以电容器电量不变，故A错误；
B．增大电容器两极板间的距离，电容变小，电压不变，根据Q=UC可知，电容器电量减小，故B错误；
C．减小R2的阻值，电路中电阻减小，总电流增大，则R的电压增大，所以电容器电压增大，根据Q=UC可知，电容器电量增大．故C正确；
D．将电容器的两极板错开些，电容变小，电压不变，根据Q=UC可知，电容器电量减小，故D错误。
故选C。
5. 如图所示的电路中，理想变压器的原线圈的匝数匝，副线圈的匝数匝，交流电源的电动势，负载电阻，电压表和电流表均是理想电表。下列说法正确的是（ ）

A. 的示数约为311VB. 的示数为2A
C. 交流电源的输出功率为27.5WD. 交流电源的频率为100Hz
【答案】C
【解析】
【详解】A．电压表测量的是有效值，所以的示数
故A错误；
B．副线圈电压
副线圈电流
根据
故B错误；
C．交流电源的输出功率为
故C正确；
D．交流电源的频率为
故D错误。
故选C。
6. 如图所示，小车与木箱紧挨着静止放在光滑的水平冰面上，现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱，关于上述过程，下列说法正确的是（ ）
A. 男孩和木箱组成的系统机械能守恒
B. 小车与木箱组成的系统动量守恒
C. 男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒
D. 小孩推力的冲量小于木箱的动量的变化量
【答案】C
【解析】
【详解】A．男孩和木箱组成的系统动能增大，由人体生物能转化为系统机械能，机械能不守恒，故A错误；
BC．系统受合外力为零，系统动量守恒，所以男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒，故B错误，C正确；
D．由动量定理可知，合外力的冲量等于动量的变化量，所以小孩推力的冲量等于木箱的动量的变化量，故D错误。
故选C。
7. 如图1所示，用充电宝为一手机电池充电，其等效电路如图2所示。在充电开始后的一段时间t内，充电宝的输出电压U、输出电流I可认为是恒定不变的，设手机电池的内阻为r，则时间t内（ ）
A. 充电宝输出的电功为B. 充电宝产生的热功率为
C. 手机电池产生的焦耳热为D. 手机电池储存的化学能为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．充电宝的输出电压U，输出电流I，时间t内充电宝输出的电功为
故A正确；
B．充电宝内的电流也是I，但其内阻未知，故无法判断充电宝产生的热功率，故B错误；
C．手机电池是非纯电阻电路，故不能用计算手机电池产生的焦耳热，手机电池产生的焦耳热应为，故C错误；
D．充电宝输出的电能一部分转化为手机电池储存的化学能，一部分转化为手机电池产生的焦耳热，故根据能量守恒定律可知手机电池储存的化学能为
故D正确。
故选AD。
8. 如图所示，B为线段AC的中点，如果在A处放一个＋Q的点电荷，测得B处的场强EB＝48 N/C，则
A. 若要使EB＝0，可在C处放一个－Q的点电荷
B. 把q＝10－9 C的点电荷放在C点，则其所受电场力的大小为6×10－9 N
C. EC＝12 N/C
D. EC＝24 N/C
【答案】C
【解析】
【详解】A、若要使，若在C处放一个−Q的点电荷，等量异种电荷连线的中点电场强度不为0；要使，可在C处放一个+Q的点电荷，等量同种电荷的连线中点电场强度为0，故A错误；
CD、B离点+Q的距离等于C离+Q的距离的一半，根据真空中点电荷场强公式可知，因B处的场强，则，故C正确，D错误；
B、把的点电荷放在C点，则其受电场力的大小为：，故B错误；
故选C．
9. 如图所示为远距离输电原理图，图中的电压表、电流表均为理想电表，变压器为理想变压器，发电机输出的电压恒定．若电压表示数减小，则（ ）
A. 电压表示数减小B. 电流表示数减小
C. 电流表示数增大D. 发电机输出的功率减小
【答案】C
【解析】
【详解】A．由于发电机输出电压不变，因此由变压器的变压比可知，电压表V1的示数不变。故A错误；
BD．由于电压表V2示数减 小，可知降压变压器原线圈两端的电压变小，因此输电线上损失的电压变大，由
可知，输送电流增大，电流表A1的示数变大，发电机的输出功率增大。故BD错误；
C．根据变流比可知，电流表A2的示数增大。故C正确。
故选C。
10. 如图所示，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计，A和B是两个参数相同的灯泡，若将开关S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开开关S，则（ ）
A. 开关S闭合时，灯泡A比B先亮
B. 开关S闭合时，灯泡A、B同时亮，最后一样亮
C. 开关S闭合后，灯泡A逐渐熄灭，灯泡B逐渐变亮，最后保持不变
D. 开关S断开瞬间，A、B都闪亮一下逐渐熄灭
【答案】C
【解析】
【详解】ABC．当S闭合时，由于L的阻碍，电流从两灯中流过，故两灯同时亮，并且流过的电流相等，故两灯的亮度相同；但电路稳定后，灯泡A被短路而熄灭，B灯更亮，最后保持不变，故C正确，AB错误；
D．S断开时，B中电流消失，故立即熄灭；而A中由于电感中产生感应电动势，使A闪亮一下后逐渐熄灭，故D错误。
故选C。
11. 如图所示，在x轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。在xOy平面内，从原点O处沿与x轴正方向成θ角（）以速率v发射一个带正电的粒子（重力不计）。则下列说法正确的是（ ）
A. 若v一定，θ越大，则粒子在磁场中运动的时间越短
B. 若v一定，θ越大，则粒子离开磁场的位置距O点越远
C. 若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的角速度越大
D. 若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的时间越短
【答案】A
【解析】
【详解】正粒子从磁场边界入射做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力，有
从而
当θ为锐角时，画出正粒子运动轨迹如图所示
由几何关系可知，入射点与出射点间距离
而粒子在磁场的运动时间
与速度无关。当θ为钝角时，画出正粒子运动轨迹如图所示
由几何关系入射点与出射点
而粒子在磁场中运动时间
与第一种情况相同
A. 若v一定，θ越大，从时间公式可以看出运动时间越短，故A正确；
B. 若v一定，θ为锐角越大时，则Oa就越大，但θ为钝角越大时，由上式可以看出Oa却越小，故B错误；
C. 粒子运动的角速度
显然与速度无关，即v越大时，ω不变，故C错误；
D. 运动时间无论是锐角还是钝角,时间均为，与速度无关。即若θ一定，无论v大小如何，则粒子在磁场中运动的时间都保持不变，故D错误。
故选A。
12. 如图所示，图甲是LC振荡回路中电流随时间的变化关系，若以图乙回路中顺时针方向的电流为正，a、b、c、d均为电场能或磁场能最大的时刻，下列说法正确的是（ ）
A. 图乙中的a是电场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
B. 图乙中的b是电场能最大的时刻，此后的内电流方向为正
C. 图乙中c是磁场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
D. 图乙中的d是磁场能最大的时刻，此后电容C的下极板将充上正电荷
【答案】B
【解析】
【详解】A．图乙中的a是电场能最大的时刻，电容器上极板带正电，沿顺时针方向的充电结束，对应图甲中的时刻，故A错误；
B．图乙中的b是电场能最大的时刻，电容器下极板带正电，反向充电结束，此后的内放电，电流沿顺时针方向，故B正确；
C．图乙中的c是磁场能最大的时刻，此后磁场能转化为电场能，由楞次定律判断，电流方向为逆时针方向，对应图甲中的时刻，故C错误；
D．图乙中的d是磁场能最大的时刻，此后磁场能转化为电场能，由楞次定律可知，电流方向为顺时针方向，此后电容C的上极板将充上正电荷，故D错误。
故选B。
13. 如图所示，一个半径为L的金属圆盘在水平向右的匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，这样构成一个法拉第圆盘发电机。假设其电动势为E，等效内阻为r。下列说法正确的是（ ）

A. 法拉第圆盘发电机的电动势为E=BL²ω
B. 流过电阻R的电流方向为C→R→D
C. 电阻R越大，电源的效率越高
D. 电源的输出功率为
【答案】C
【解析】
【详解】A．法拉第圆盘发电机的电动势为
故A错误；
B．根据右手定则可知，流过电阻R的电流方向为D→R→C，故B错误；
C．电源的效率为
由此可知，电阻R越大，电源的效率越高，故C正确；
D．电源的输出功率为
故D错误。
故选C。
二、选择题Ⅱ（本题共2小题，每小题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不选全的得2分，有选错的得0分）
14. 磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的匀强磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向以一定速度喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则( )
A. 用电器中的电流方向从B到A
B. 用电器中的电流方向从A到B
C. 若只增强磁场，发电机的电动势增大
D. 若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
【答案】BCD
【解析】
【分析】
【详解】AB．首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上（负离子所受洛伦兹力方向向下），则正离子向上板聚集，负离子则向下板聚集，两板间产生了电势差，即金属板相当于电源，且上板为正极下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，故B正确，A错误；
CD．此后的正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，因
f=qvB，F=q
则
qvB=q
解得
U=Bdv
所以电动势与速度v及磁场B成正比，所以CD正确。
故选BCD。
15. 如图是交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈绕垂直于磁场方向的水平轴沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化如图，通过电刷与阻值为5Ω的小灯泡组成闭合电路，已知线圈内阻为1Ω，则（ ）
A. 交流电压表示数为10V
B. 线圈转速为2.5r/s
C. 当线圈处于图示与磁感线平行位置时穿过线圈的磁通量变化率最大
D. 线框由图示与磁感线平行位置转圈，小灯泡消耗的电能为1.2J
【答案】BC
【解析】
【详解】A．感应电动势的有效值为
电路中的电流为
交流电压表示数为
故A错误；
B．线圈的角速度为
线圈转速为
故B正确；
C．当线圈处于图示与磁感线平行位置时穿过线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，故C正确；
D．线框由图示与磁感线平行位置转圈，小灯泡消耗的电能为
故D错误。
故选BC。
三、非选择题（本题共5小题，共55分）
16. 用如图所示的实验器材来探究产生感应电流的条件：
（1）图中已经用导线将部分器材连接，请补充完成实物间的连线_________。
（2）若连接好实验电路并检查无误后，在闭合开关的瞬间，观察到电流计指针向右偏转，若要使电流计指针向左偏转，请写出一项可行的操作：_________。
【答案】（1）见解析 （2）将线圈B往上拔出
【解析】
【小问1详解】
开关左端应与线圈B左端连线，当开关闭合时，构成闭合回路，电源给线圈B通电；电流表负极应与线圈A一端接线，构成串联回路，使得电流表测量流过线圈A的电流。
【小问2详解】
在闭合开关的瞬间，流过线圈B的电流增大，通过线圈A的磁通量增大，而电流计指针向右偏转；若要使电流计指针向左偏转，则应该减小通过线圈A的磁通量，则将线圈B往上拔出即可。
17. 某同学想要测量一节新干电池的电动势和内阻，实验室提供了如下器材和参考电路：
电流表（量程0.6A，内阻约0.1Ω）
滑动变阻器（最大阻值4kΩ）
滑动变阻器（最大阻值8Ω）
电压表（量程3V，15V，内阻约6kΩ）
电流表（量程3A，内阻约1Ω）
开关，导线若干
（1）选用合适器材后，为减小误差，应选择________（填写A或B）电路进行测量。
（2）某次测量时电压表示数如图1，则读数为________V；
（3）另外一个同学为了减小计算误差，将测得数据在坐标纸上描点如图2，并根据图像上的点利用合适的方法求出电动势E为________V，内阻r为________Ω。（均保留小数点后两位）
【答案】（1）B （2）1.20
（3） ①. 1.48 ②. 1.09
【解析】
【小问1详解】
选用合适器材后，由于干电池内阻很小，电压表的分流几乎可以忽略不计，为减小误差，应选择B电路进行测量。
【小问2详解】
由于电压表选择3V量程，分度值，则电压表示数为。
【小问3详解】
[1][2]根据图中描点，作出图线如图所示
根据闭合电路欧姆定律可得
可得
可知图像的纵轴截距等于电动势，则有
图像的斜率绝对值等于内阻，则有
18. 在“验证动量守恒定律”实验中，先让质量为的钢球A从斜槽轨道上某一固定位置S由静止开始滚下，从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在复写纸下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为的空心钢球B放在斜槽轨道末端，让A球仍从位置S由静止滚下，与B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置，O点是轨道末端在白纸上的竖直投影点，如图1所示。
（1）为了尽量减小实验误差，两个小球的质量应满足，若满足关系式________则可以认为两小球碰撞前后总动量守恒；
（2）某同学记录小球三个落点的平均位置时发现M和N偏离了OP方向，如图2所示。下列相关说法正确的是________。
A. 造成M和N偏离了OP方向的原因是两小球碰撞后速度过大
B. 测出OP、OM、ON之间的距离，可探究两球在碰撞过程中是否有机械能的损失
C. 两球在碰撞过程中动量不守恒
【答案】（1）
（2）B
【解析】
【小问1详解】
设碰撞前瞬间钢球A的速度为，碰撞后瞬间A、B的速度分别为、，根据动量守恒可得
由于两球在空中运动的时间相等，则有
可得若满足关系式
则可以认为两小球碰撞前后总动量守恒。
【小问2详解】
A．造成M和N偏离了OP方向的原因是两小球碰撞过程中没有对心碰撞，故A错误；
B．若两球在碰撞过程中机械能守恒，则有
则满足
则说明两球在碰撞过程中机械能守恒，所以测出OP、OM、ON之间的距离，可探究两球在碰撞过程中是否有机械能的损失，故B正确；
C．虽然两球不是发生对心碰撞，但碰撞过程中水平方向不受外力，满足动量守恒定律条件，所以两球在碰撞过程中动量守恒，故C错误。
故选B。
19. 如图所示，光滑的冰面上有一质量为的小车处于静止状态，小车上表面为一半径为R的光滑圆弧曲面。某一时刻，一质量为的小球自左端以水平速度冲上小车，已知当m处于最高点时，m上升高度小于R。已知重力加速度，求：
（1）当m处于最高点时，小车M的速度。
（2）m上升的最大高度。
（3）小球自左端以水平速度冲上小车到小球到达最高点的过程中，小车M对小球m做的功。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）小球、小车水平方向动量守恒，当m处于最高点时，有
解得小车M的速度为
（2）根据机械能守恒有
m上升的最大高度为
（3）小球自左端以水平速度冲上小车到小球到达最高点的过程中，根据动能定理有
解得小车M对小球m做的功为
20. 如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器（1/4圆弧）和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经水平的加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直水平边界PQ进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。则：
（1）极板M和极板N哪个极板的电势高？
（2）极板M、N间的电压U多大？
（3）粒子从进入静电分析器开始到打到胶片上Q点所经历的时间？
【答案】（1）极板M；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）粒子进入静电分析器后在电场力作用下偏转，可知粒子带正电，极板M比极板N电势高才能使粒子加速，所以M比极板N电势高；
（2）对于加速过程，有
在静电分析器中，由电场力充当向心力，则有
由上两式可知
（3）在磁分析器中粒子由P到Q，经过半个周期则
在静电分析器中
总时间
21. 如图所示，两根相距为的金属导轨平行固定放置，左半部分倾斜且粗糙，倾角，处在磁感应强度为的竖直向上的匀强磁场中；右半部分水平且光滑，处在磁感应强度为的竖直向下的匀强磁场中，导轨的电阻均不计。在导轨上水平放置金属杆、，两杆的质量均为，长度恰好与导轨间距相同。其中，棒电阻为，棒和的电阻均为，杆与导轨间的动摩擦因数为。现使杆由静止开始向右做加速度为的匀加速运动。
（1）当杆所受静摩擦力为0时，求流过杆电流的大小和方向；
（2）求从杆开始运动，经过多少时间杆所受静摩擦力变为0？
（3）从杆开始运动到杆所受静摩擦力变为0的过程中，求通过杆的电荷量。

【答案】（1），方向；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）向右切割磁感线产生电动势，根据右手定则可知，流过杆的电流方向由；当杆不受摩擦力作用时，根据平衡条件有
解得电流大小为
（2）电路总电阻为
电动势为
又
可得
杆做匀加速直线运动，则有
解得
（3）根据运动学公式可得
通过的电荷量为
联立可得
22. 某环保设备可用于离子的检测和分离，其简化原理如图所示。Ⅰ区为电场加速区，Ⅱ区为电场检测区，Ⅲ区为磁场分离区。已知Ⅰ区中AB和CD两极间电压为。Ⅱ区中CE和DF两极板间电势差为，两板间距离为d，板长为L。Ⅲ区中分布有范围足够大的匀强磁场，磁感应强度为，方向垂直纸面向里。EF边上安装有离子收集板GP，收集板下端留有狭缝PF。已知，，，。假设大量比荷不同的正离子在AB板上均匀分布，离子的初速度为零，忽略离子间相互作用和重力的影响。
（1）要使比荷为的离子，能沿直线通过CE、DF两极板间电场，可在CE、DF极板间加一垂直纸面的磁感应强度为的磁场，求的大小和方向；
（2）要使尽量多的离子从EP下方狭缝进入磁场，求狭缝PF宽度的最小值；
（3）若要将两种比荷分别为和的正离子，在收集板GP上完全分离，假设收集板足够长，求狭缝PF宽度的最大值。
【答案】（1），方向垂直纸面向里；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据动能定理，可得
根据受力平衡，可得
联立解得
由图可知CE板为正极板，离子所受电场力竖直向下，所以洛伦兹力竖直向上，由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向里。
（2）由牛顿第二定律，可知
又
，
则狭缝PF宽度的最小值为
代入数据解得
（3）设比荷为k的离子飞入磁场时的速度为，与水平方向夹角为，在磁场中偏转的距离为，则有
由洛伦兹力提供向心力可得
可得
则有
所以，比荷分别为和的离子，在磁场中偏离的距离分别为
，
要使这两种离子在收集板上完全分离，应满足
代入数据可得
则狭缝PF宽度的最大值为