北京市第二十中学2024-2025学年高二上学期期中物理（选考）试题（解析版）-A4

这是一份北京市第二十中学2024-2025学年高二上学期期中物理（选考）试题（解析版）-A4，共22页。
一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分.每小题在给出的四个选项中，只有一个选项正确，选对的得3分，选错或不选的得0分）
1. 一根粗细均匀导线，当其两端电压为时，通过的电流是，若将此导线均匀拉长到原来的3倍时，电流仍为，导线两端所加的电压变为（ ）
A. 9UB. C. 3UD.
【答案】A
【解析】
【详解】导线均匀拉长到原来的3倍时，横截面积变为原来的，由电阻定律知导线电阻变为原来的9倍，当电流不变时，由欧姆定律知其两端电压变为原来的9倍。
故选A。
2. 如图在磁铁靠近线圈的过程中，穿过线圈的磁通量变化情况为（ ）
A. 变大B. 变小C. 不变D. 不能确定
【答案】A
【解析】
【详解】在磁铁沿着中轴线向右运动靠近线圈的过程中，线圈面积不变，穿过线圈的磁感线条数增多，故穿过线圈的磁通量变大。
故选A。
3. 干电池的电动势为1.5V，下列说法正确的是（ ）
A. 用电压表直接连接干电池的两极，测得的电压就是该电池的电动势
B. 外电路闭合时，在1s内有1.5J的其他能转化为电能
C. 外电路闭合时，在1s内有1.5C的电荷量通过该电池
D. 外电路闭合时，当1C的电荷量通过干电池时该电池提供1.5J的电能
【答案】D
【解析】
【详解】A．用电压表直接连接干电池的两极，测得的电压不是该电池的电动势，是路端电压，A错误；
D． 外电路闭合时，当1C的电荷量通过干电池时该电池提供的电能为
D正确；
BC．外电路闭合时，当1C的电荷量通过干电池时该电池有1.5J的其他能转化为电能，BC错误。
故选D。
4. 如图所示，A、B间电压恒为U，当滑动变阻器的滑片P逐渐向上端移动的过程中灯泡上的电压数值（ ）
A. 一直为UB. 一直为0
C. 逐渐增大到UD. 先由0逐渐增大到U再减小到0
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】灯泡与滑动变阻器的下部分并联，当滑动变阻器的滑片P逐渐向上端移动的过程中，该并联阻值逐渐增大，其电压也逐渐增大，滑到上端时等于电源两端电压U。
故选C。
5. 如图所示，一根均匀带电的长直橡胶棒沿其轴线方向做速度为v的匀速直线运动。已知棒的横截面积为S，单位体积内所带的电荷量为-q。由于棒的运动而形成的等效电流（ ）
A. 大小为qv，方向与v相同B. 大小为qv，方向与v相反
C. 大小为qSv，方向与v相同D. 大小为qSv，方向与v相反
【答案】D
【解析】
【详解】橡胶棒带负电，等效电流方向与的方向相反，由电流的定义式可得
故D正确，ABC错误。
故选D。
6. 如图所示，水平放置的两平行金属板间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一带电粒子（重力不计）从M点沿水平方向射入到两板之间，恰好沿直线从N点射出。电场强度为E，磁感应强度为B。下列说法正确的是（ ）。
A. 粒子一定带正电
B. 粒子射入的速度大小
C. 若只改变粒子射入速度的大小，其运动轨迹为曲线
D. 若粒子从N点沿水平方向射入，其运动轨迹为直线
【答案】C
【解析】
【详解】A．粒子从M点沿水平方向射入，根据左手定则，不管粒子带正电还是负电，粒子受到的电场力方向和洛伦兹力方向均相反，故无法判断粒子的电性，故A错误；
B．粒子恰好沿直线从N点射出，粒子受到的电场力大小等于受到的洛伦兹力大小，则有
解得粒子射入的速度大小为
故B错误；
C．若只改变粒子射入速度的大小，粒子受到的电场力大小不再等于受到的洛伦兹力大小，粒子做曲线运动，其运动轨迹为曲线，故C正确；
D．若粒子从N点沿水平方向射入，不管粒子带正电还是负电，根据左手定则，则粒子受到的电场力方向和洛伦兹力方向相同，粒子做曲线运动，其运动轨迹为曲线，故D错误。
故选C。
7. 如图所示的U-I图像中，直线①为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线②为某一电阻R的U-I图线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路。由图象可知（ ）
A. 此状态下R的阻值为4.0Ω
B. 电源电动势为3V，内阻为1.0Ω
C. 电源的输出功率为3.0W
D. 电源内部消耗功率为1.5W
【答案】B
【解析】
【详解】A．此状态下R的阻值
A错误；
B．在图像①中，图像与纵轴的交点为电动势，斜率的绝对值为内电阻，因此电动势为3V，内阻为1.0Ω，B正确；
C．电源的输出功率
C错误；
D．电源内部消耗功率
D错误。
故选B。
8. 来自太阳和其他星体的宇宙射线中含有大量高能带电粒子，若这些粒子都直接到达地面，将会给地球上的生命带来危害。但由于地磁场（如图所示）的存在改变了宇宙射线中带电粒子的运动方向，使得很多高能带电粒子不能到达地面。若不考虑地磁偏角的影响，关于上述高能带电粒子在地磁场的作用下运动情况的判断，下列说法中正确的是（ ）
A. 若带电粒子带正电且沿地球赤道平面射向地心，则由于地磁场作用将向东偏转
B. 若带电粒子带正电且沿地球赤道平面射向地心，则由于地磁场的作用将向北偏转
C. 若带电粒子带负电且沿垂直地球赤道平面射向地心，则由于地磁场的作用将向南偏转
D. 若带电粒子沿垂直地球赤道平面射向地心，它可能在地磁场中做匀速圆周运动
【答案】A
【解析】
【详解】AB．在赤道位置，地磁场方向由南指向北，若带电粒子带正电且沿地球赤道平面射向地心，根据左手定则可知，洛伦兹力方向指向东，即由于地磁场的作用将向东偏转，故A正确，B错误；
C．结合上述可知，若带电粒子带正电且沿地球赤道平面射向地心，根据左手定则可知，洛伦兹力方向指向西，即由于地磁场的作用将向西偏转，故C错误；
D．若带电粒子沿垂直地球赤道平面射向地心，由于赤道位置距地表高度越小，地磁场的磁感应强度越大，即粒子所受洛伦兹力大小发生变化，则粒子不可能在地磁场中做匀速圆周运动，故D错误。
故选A。
9. 如图所示，电源内阻较大，当开关闭合、滑动变阻器滑片位于某位置时，水平放置的平行板电容器间一带电液滴恰好处于静止状态，灯泡L也能正常发光，现将滑动变阻器滑片由该位置向a端滑动，则（ ）
A. 灯泡将变暗，电源效率将减小
B. 液滴带正电，将向下做加速运动
C. 电源的路端电压增大，输出功率也增大
D. 滑片滑动瞬间，带电液滴电势能将减小
【答案】D
【解析】
【详解】A．将滑片由该位置向a端滑动时，变阻器接入电路的电阻增大，电路中总电阻增大，电路中电流减小，灯泡消耗的功率减小，则灯泡将变暗．电源的效率
外电路总电阻增大，路端电压增大，则电源效率增大．故A项错误．
B．液滴受力平衡，因电容器上极板带负电，板间场强向上，则知液滴带正电．滑片由该位置向a端滑动时，变阻器接入电路的电阻增大，电路中总电阻增大，电路中电流减小，电容器板间电压增大，板间场强增大，液滴所受的电场力增大，因此液滴将向上做加速运动．故B项错误．
C．由于电源的内电阻与外电阻关系未知，所以不能判断输出功率如何变化，故C项错误．
D．因电容器两端的电压增大，板间场强增大，下极板与电荷所在位置间的电势差增大，因下极板接地，电势始终为0，则电荷所在位置的电势减小；粒子带正电，则粒子电势能减小．故D项正确．
【点睛】本题是电容器动态变化分析与电路动态变化分析的综合，抓住电容器的电压与电阻电压的关系进行分析；下极板接地且与电源正极相连，板间各点电势均为负值．
10. 扫地机器人是智能家电的一种，借助人工智能技术，可以自动在房间内完成地板的吸尘清扫工作。如图所示为某品牌扫地机器人，由主机和充电座两部分组成，使用说明书上关于主机的一些信息如表所示。当电池剩余电荷量为额定容量的20%时，主机会自动返回充电座充电。下列说法正确的是（ ）
A. 将额定功率和额定电压代入公式可以计算出主机工作时电阻
B. 主机正常工作时，每秒钟可以将40J电能全部转化为机械能
C. 电池充满电后，储存的总电荷量为8640C
D. 主机从满电量开始工作，至其自动返回前清扫时间为0.864h
【答案】C
【解析】
【详解】A．由于扫地机器人工作时不是纯电阻电路，所以不能将额定功率和额定电压代入公式计算主机工作时的电阻，故A错误；
B．由公式可知，主机正常工作时，每秒钟可以将40J电能转化为机械能和内能，故B错误；
C．电池充满电后，储存的总电荷量为
故C正确；
D．主机工作时的电流为
主机从满电量开始工作，至其自动返回前清扫时间为
故D错误。
故选C。
二、多项选择题（共5小题，每小题3分，共15分。每小题列出的四个选项中至少有两个是符合题目要求的。全部选对得3分，选对但选不全得2分，选错得0分）
11. 关于磁场和磁感线，下列说法中正确的是（ ）
A. 磁体在空间能产生磁场，磁场使磁体间不必接触便能相互作用
B. 在磁场中的某一点，小磁针仅在磁场力作用下静止时南极所指的方向，就是那一点的磁场方向
C. 当两个磁体的同名磁极相互靠近时，两条磁感线有可能相交
D. 磁体周围的磁感线都是闭合的曲线
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】A．磁体间的作用力是通过磁场传递的，可以不用接触便产生相互作用，故A正确；
B．小磁针仅在磁场力作用下静止时北极的指向是北极受力的方向，就是那一点的磁场方向，故B错误；
CD．磁感线是闭合的曲线且不能相交，磁体周围的磁感线都是闭合的曲线，故C错误D正确。
故选AD。
12. 如图所示，两根平行直导轨、固定在同一水平面内，间距为。导轨的左端接有电源和开关，导体棒垂直于导轨放置。空间存在斜向右上方的匀强磁场（磁感应强度大小为），其方向与轨道平面成角，且与导体棒垂直。闭合开关，导体棒仍保持静止。已知通过导体棒的电流为，则闭合开关后，下列说法正确的是（ ）
A. 导体棒所受的摩擦力小于，方向水平向左
B. 导体棒所受的摩擦力小于，方向水平向右
C. 导体棒所受的安培力等于，方向斜向右下方
D. 导体棒所受的安培力大于，方向水平向右
【答案】AC
【解析】
【详解】CD．导体棒所受的安培力
根据左手定则可知，安培力方向斜向右下方，故C正确，D错误；
AB．对导体棒进行受力分析，由于安培力作用，使得导体棒有向右运动的趋势，则摩擦力方向水平向左，结合上述，平衡条件可知
即导体棒所受的摩擦力小于，方向水平向左，故A正确，B错误。
故选AC。
13. 如图所示，矩形虚线框内有一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。、、是三个质量和电荷量都相等的带电粒子，它们从边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。粒子重力不计。下列说法正确的是（ ）
A. 粒子带正电
B. 粒子的动能最大
C. 粒子在磁场中运动的时间最长
D. 粒子在磁场中运动时的向心力最大
【答案】AD
【解析】
【详解】A．根据左手定则可知，粒子a运动方向与四指指向相同，则粒子带正电，故A正确；
B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，则有
粒子运动的动能
解得
根据图像可知，粒子圆周运动的半径最大，则粒子的动能最大，故B错误；
C．粒子圆周运动的周期
可知圆周运动周期相等，根据图像可知，粒子圆弧对应的圆心角最大，则粒子在磁场中运动的时间最长，故C错误；
D．粒子磁场中的向心力由洛伦兹力提供，则有
结合上述可知，粒子的动能最大，则粒子的速度最大，可知，粒子在磁场中运动时的向心力最大，故D正确。
故选AD。
14. 把两个相同的小量程电流表，分别改装成两个量程不同的大量程电流表A1、A2，若把A1、A2分别采用并联或串联的方式接入电路，如图所示，则闭合开关后，下列有关电表的示数和指针偏转角度的说法正确的是（ ）
A. 图甲中的A1、A2的示数相同
B. 图甲中的A1、A2的指针偏角相同
C. 图乙中的A1、A2的示数相同，指针偏角不同
D. 图乙中的A1、A2的指针偏角相同
【答案】BC
【解析】
【详解】AB．两电流表并联时电路如图所示，
根据并联电路的特点可知两表头两端的电压相同，通过两表头的电流相同，故两表指针偏角相同，量程大的示数大。故B正确；A错误；
CD．两电流表串联时电路如图所示，
根据串联电路的特点可知两电流表的示数相同，量程大的偏角小。故C正确；D错误。
故选BC。
15. 如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，电压表和电流表均为理想电表，移动滑动变阻器的滑片，下列电源的输出功率、总功率分别与电压表读数U、电流表读数I的关系图像中，正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．电源的输出功率
即输出功率与电流成二次函数关系：电流为零时输出功率为零；二次项系数为负数，可知抛物线开口朝下，即输出功率有最大值；当时，此时电流最大，输出功率为零；故A正确；
B．电压表测量的是路端电压，即
解得
代入得
即输出功率与路端电压成二次函数关系，故B正确；
CD．电源的总功率
即总功率与电流成一次函数关系，与路端电压也成一次函数关系，故C错误，D正确。
故选ABD。
三、实验题（共15分）
16. 某同学练习使用多用电表。
(1)该同学使用多用电表测量某电阻时，选择开关和指针位置如图1所示，若他的操作是正确的，则该电阻的测量值为_____。
(2)该同学继续用相同挡位测量另一电阻，发现指针偏转角度过小。为了减小测量误差，他再次进行测量前应该进行的操作是__________（从下列选项中挑出合理的步骤并按操作顺序排列）。
A.将红表笔和黑表笔接触
B.把选择开关旋转到“×100”位置
C.把选择开关旋转到“×1”位置
D.调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点
(3)该同学注意到多用电表电阻的刻度线是不均匀的，而直流电流、电压的刻度线是均匀的。他在课本上查阅到多用电表欧姆表的电路示意图，如图2所示。请根据欧姆表的电路示意图，结合所学知识分析电阻的刻度线不均匀的原因_____________。
【答案】 ①. ②. BAD ③. 根据闭合电路欧姆定律可知通过表头的电流，可见通过表头的电流I与待测电阻Rx之间的关系为非线性关系，因此电阻的刻度线是不均匀的
【解析】
【详解】(1)［1］由图可知选择的是“×10”挡位，所以被测电阻为
Rx=15×10Ω=150Ω
(2)［2］欧姆表指针偏转角度过小，说明所选挡位太小，应换大挡进行测量，应将旋转开关K置于“×1k”，然后进行欧姆调零，再测电阻，因此合理是实验步骤是：B、A、D。
(3)［3］根据闭合电路欧姆定律可知通过表头的电流
可见通过表头的电流I与待测电阻Rx之间的关系为非线性关系，电阻的刻度线是不均匀的，而是刻度值越大处刻度线越密。
17. 用如图1所示的电路图测量一节干电池的电动势和内阻。
(1)在下表中选出适当的实验器材进行实验。
实验中电流表应选用_____；电压表应选用_____；滑动变阻器应选用____（填器材代号）。
(2)完成图2中实物间的连线_________。
(3)甲同学在实验中记录了6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在坐标纸上，请标出余下一组数据对应的坐标点，并画出U-I图线____________。
根据所画图线，可得出干电池的电动势_______。
(4)甲同学认为若不考虑电压表和电流表内阻对实验的影响，则电压表的读数与对应的电流表的读数的比值就等于干电池的内阻；乙同学认为电压表的读数变化量与相对应的电流表的读数变化量的比值的绝对值才等于电源的内阻。请判断哪位同学的观点是正确的，并说明你的判断依据___________。
【答案】 ①. V1 ②. A1 ③. R1 ④. ⑤. ⑥. 1.49 ⑦. 乙正确
【解析】
【详解】(1)[1]干电池的电动势约为1.5V，所以电压表选用0~3V量程的，故选V1；
[2]干电池所在电路电流非常小，所以选用的电流表应为0~0.6A量程的，故选A1；
[3]滑动变阻器阻值过大，会造成电路中电流变化不明显，不利于数据的采集，所以选用滑动变阻器。
(2)[4]滑动变阻器采用的限流接法，电流表采用内接法，故实物图连接如图所示。
(3)[5]图像如图所示：
[6]图线与坐标轴的纵截距表示电源电动势，故。
(4)[7]乙同学说法正确。根据闭合电路欧姆定律U=E－Ir，在电路变化过程中，U与I的变化趋势是相反的（即一个变大，另一个就变小），因此U与I的比值是不断变化的，不可能等于内阻。而在电路变化过程中，电动势E不变，任意取两个状态，
U1=E－I1r，U2=E－I2r，＝U1－U2，＝I1－I2，
可以得出
=r
由于两个状态是任意取的，因此乙同学说法正确。
四、解答题（共40分，请在答题纸上写出必要的文字说明，重要的方程式，演算过程，明确数值和单位，只有答案，没有过程不得分，书写不认真，无法辨认不得分）
18. 磁流体发电是一项新兴技术，如图所示是它的示意图，相距为d的两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场，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，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，P、Q板上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压。若P、Q两板间的磁场、电场按匀强磁场、匀强电场处理，磁感应强度为B，不计重力。
（1）求该发电机的电动势E；
（2）请你提出一种可以提高该发电机电动势的方法；
（3）若发电机的内电阻为r，在它的输出端a，b间接有阻值为R的电阻，在图示磁极配置的情况下，判断通过电阻R的电流方向和电流大小I。
【答案】（1）；（2）见解析；（3）电流方向由a指向b，
【解析】
【详解】（1）稳定时，洛伦兹力与电场力平衡，则有
解得
（2）根据上述可知，提高该发电机电动势的方法可以增大磁感应强度、增大极板之间的间距或增大等离子体的入射速度。
（3）根据左手定则可知，正离子向上偏转，负离子向下偏转，极板P为发电机的正极，则通过电阻R的电流方向由a指向b，根据欧姆定律有
解得
19. 如图所示的电路中，电源电动势E＝10 V，内阻r＝0.5 Ω，电动机的电阻R0＝1.0 Ω，定值电阻R1＝1.5 Ω。电动机正常工作时，理想电压表的示数U1＝3.0 V。求：
（1）电源的总功率；
（2）电源的输出功率；
（3）电动机消耗的电功率，以及将电能转化为机械能的功率。
【答案】（1）20W；（2）18W；（3）12W，8W
【解析】
【详解】（1）已知电压表的示数U1＝3.0 V和定值电阻R1＝1.5 Ω，根据欧姆定律可求出电路中的电流
I＝＝2.0A
电源的总功率
P总＝EI＝20W
（2）电源的输出功率
P出＝EI－I2r＝18 W
（3）根据闭合电路的欧姆定律，电动机两端的电压
U2＝E－U1－Ir＝6 V
电动机消耗的电功率
P电＝U2I＝12 W
电动机将电能转化为机械能的功率，就是电动机的输出功率
P机＝U2I－I2R0＝8W
20. 如图所示，宽为l的光滑平行金属导轨与水平面成角，质量为m、长为l的金属杆水平放置在导轨上。空间存在着垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场，闭合开关S，调节电阻箱阻值为R时，金属杆恰好能静止在光滑平行导轨上。其中电源电动势为E，内阻为r，不计金属杆及导轨的电阻。
（1）在图乙（从b看向a）中画出金属杆ab的受力分析图；
（2）求金属杆中的电流大小和磁场磁感应强度的大小B；
（3）若保持磁感应强度的大小不变而将方向改为竖直向上，应把回路中电流调到多大才能使金属杆保持静止。
【答案】（1）；（2） ，；（3）
【解析】
【详解】（1）由题意可知，金属杆ab受重力、斜导轨的支持力和安培力，受力分析图如图所示。
（2）由闭合电路欧姆定律可得金属杆中的电流大小
由力的平衡条件可得
解得
（3）若保持磁感应强度的大小不变而将方向改为竖直向上，由左手定则，可知金属杆受到的安培力如图所示，由力的平衡条件可知
解得
21. 如图所示，一个质量为，电荷量的带电微粒（重力忽略不计），从静止开始经电压加速后，水平进入两平行金属板间沿竖直方向的偏转电场中，偏转电场的电压。金属板长，两板间距d=30cm。求：
（1）微粒进入偏转电场时的速度大小；
（2）微粒射出偏转电场时的速度；
（3）若该匀强磁场的宽度，为使微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少为多大？
【答案】（1）；（2），偏角；（3）B=1T
【解析】
【详解】（1）对微粒在加速电场由动能定理得
解得
（2）微粒经偏转电场，做平抛运动，有水平方向
竖直方向
微粒射出偏转电场时的速度
以上各式得
方向与水平夹角。
（3）对微粒，进入磁场，有
运动轨迹如图，由几何关系，有
r+rsinθ≤D
解得
B=1T
22. 如图所示，质量为、电荷量为的带电粒子，以初速度沿垂直磁场方向射入磁感应强度为的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，不计带电粒子所受重力：
（1）求粒子做匀速圆周运动的半径和在磁场中运动的时间；
（2）为使该粒子做匀速直线运动，还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场，求电场强度的大小。
（3）若该粒子处于上述（2）的匀强电场和磁场中，已知粒子的速度大于，求粒子沿电场方向运动的最大距离和一个周期内粒子在水平方向运动距离。
【答案】（1），
（2）
（3），
【解析】
【小问1详解】
粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供粒子圆周运动所需的向心力，则有
则粒子做匀速圆周运动半径
粒子做匀速圆周运动周期
该粒子在磁场中运动的时间为可得
【小问2详解】
根据左手定则，结合上述可知，该粒子带正电，为使该粒子做匀速直线运动，需加一竖直向下的匀强电场，电场力与洛伦兹力等大反向，相互平衡，即有
解得电场强度的大小
【小问3详解】
粒子的速度大于，将该带电粒子的速度分解为和，对应的洛伦兹力和电场力平衡，即有
在水平方向上，粒子水平向右做匀速直线运动，对应的洛伦兹力使之做逆时针方向的圆周运动，根据速度分解有
圆周运动的轨道半径
所以粒子沿电场方向运动的最大距离为
粒子在一个周期内运动的水平距离为
主机
电池
14.4V/2400mAh（额定容量）
产品质量
约4.7kg
无线连接
Wi-Fi
额定电压
14.4V
额定功率
40W
器材（代号）
规格
电压表（）
0~3V，内阻约3k
电压表（）
0~15V，内阻约15k
电流表（）
0~0.6A，内阻约0.125
电流表（）
0~3A，内阻约0.025
滑动变阻器（）
总阻值约20
滑动变阻器（）
总阻值约1000
待测干电池
电动势约为1.5V
开关（）
导线若干
序号
1
2
3
4
5
6
电压（）
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流（）
006
0.12
0.24
0.26
0.36
0.48