2023-2024学年天津市南开中学高二（上）期末物理试卷（含答案）

这是一份2023-2024学年天津市南开中学高二（上）期末物理试卷（含答案），共8页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.如图所示，电场中某区域的电场线分布，a、b是电场中的两点，则( )
A. a点的场强比b点小
B. 负的点电荷在a点具有的电势能一定为负值
C. 电子由a点运动到b点，电势能变大
D. 正电荷在a点由静止释放，它只在静电力作用下运动的轨迹与电场线一致
2.如图所示，电源内阻等于灯泡的电阻，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. 灯泡将变亮，R中有电流流过，方向竖直向上
B. 液滴带正电，在滑片滑动过程中液滴将向下做匀加速运动
C. 电源的路端电压增大，输出功率也增大
D. 滑片滑动过程中，带电液滴电势能将减小
3.1831年10月28日，法拉第展示了人类历史上第一台发电机——圆盘发电机，如图为法拉第圆盘发电机的示意图，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中，圆盘以角速度ω顺时针旋转(从上往下看)，则( )
A. 圆盘转动过程中电流沿a到b的方向流过电阻R
B. 圆盘转动过程中Q点电势比P点电势低
C. 圆盘转动过程中产生的电动势大小与圆盘半径成正比
D. 若圆盘转动的角速度变为原来的3倍，则电流在R上的热功率也变为原来的3倍
4.在例题中，磁感应强度大小随时间t的变化关系为B(t)=0.3−0.1t(SI)，其他条件不变，在0～6s内( )
A. 金属框内感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向
B. 金属框受到的安培力先向上后向下
C. 细绳上的拉力有可能等于金属框的重力
D. 3s时金属框内的感应电流为零
5.由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍。现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的边界水平，且磁场的宽度大于线圈的边长，如图所示。不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平。甲的下边开始进入磁场时以速
度v做匀速运动，下列判断正确的是( )
A. 若乙的上边进入磁场前也做匀速运动，则速度大小为12v
B. 甲和乙进入磁场的过程中，通过导线的电荷量之比为2：1
C. 一定是甲先离开磁场，乙后离开磁场
D. 甲、乙下边开始离开磁场时，一定都做减速运动
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6.如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形区域内有一垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。M、N点在圆周上且MON为其竖直直径。现将两个比荷k相同的带电粒子P、Q分别从M点沿MN方向射入匀强磁场，粒子P的入射速度为v1=v，粒子Q的入射速度为v2= 3v，已知P粒子在磁场中的运动轨迹恰为14圆弧，不计粒子的重力，不计粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A. 粒子P带正电，粒子Q带负电
B. 粒子P和粒子Q的周期和角速度相同
C. 粒子Q的轨道半径为3vkB
D. 粒子P和粒子Q在磁场中的运动时间之比为32
7.1930年，物理学家劳伦斯发明了世界上第一台回旋加速器，因此获得1939年诺贝尔物理学奖，回旋加速器的基本结构如图所示，置于真空中的两D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生的质量为m、电荷量为+q的粒子(不计初速度)在加速器中被加速，其加速电压恒为U，且加速过程中忽略相对论效应和重力的影响，下列说法正确的是( )
A. 带电粒子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比r1：r2=2：1
B. 带电粒子在加速器中第1次和第2次做圆周运动的时间分别为t1和t2，则t1：t2=1：1
C. 两D形盒狭缝间的交变电场的周期T=πmqB
D. 带电粒子离开回旋加速器时获得的动能为B2q2R22m
8.如图，空间等距分布无数个垂直纸面向里的匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度大小B=1T，每一条形磁场区域宽度及相邻条形磁场区域间距均为d=1m。现有一个边长l=0.5m、质量m=0.2kg，电阻R=1Ω的单匝正方形线框，以v0=8m/s的初速度从左侧磁场边缘水平进入磁场，下列说法正确的是( )
A. 线框刚进入第一个磁场区域时，加速度大小为10 2m/s2
B. 线框穿过第一个磁场区域过程中，通过线框的电荷量为零
C. 线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热为6.4J
D. 线框从开始进入磁场到竖直下落过程中能穿过5个完整磁场区域
三、实验题：本大题共1小题，共12分。
9.新能源汽车已经普遍走进了我们的生活，某实验小组通过网络查找了某种知名的电池铭牌，电池采用的是“刀片电池”技术。现将一块电芯拆解出来，测得长为960mm，宽为90mm，用游标卡尺准确测量其厚度，结果如图1所示，然后测量其电动势E和内阻r。由此可知：

(1)一块刀片电芯厚度为______mm。
(2)为了减小实验误差，图2中电表①应与电表②的接线柱______连接。(填“A”或“B”)
(3)正确连接电路，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，记录多组U和I的值，并以U为纵坐标、I为横坐标，作出的U−I图像如图3所示，则该干电池的电动势E= ______V、内阻r= ______Ω。(结果均保留三位有效数字)
(4)请同学们写出如图电流表(使用0.6A量程)和电压表(使用3V量程)的读数：______A、______V。
四、计算题：本大题共3小题，共48分。
10.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压U1=5×103V；B为速度选择器，磁场与电磁正交，磁感应强度为B1=0.1T，两板间距离为d=5cm；C为偏转分离器，磁感应强度为B2=0.5T。今有一质量为m=1.0×10−25kg、电荷量为q=1.6×10−18C的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求：
(1)粒子经过加速器后的速度v为多大？
(2)速度选择器两板间电压U2为多大？
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？
11.如图所示，厚度为ℎ，宽度为d的金属导体板放在匀强磁场中，磁场方向垂直于板的两个侧面向里，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。
(1)达到稳定时，导体板上下侧面的电势哪个高？
(2)若测得上侧面A和下侧面A′之间的电压为U1，磁感应强度为B1，求此时电子做匀速直线运动的速度为多少？
(3)由于电流和电压很容易测量，因此霍尔效应经常被用于检测磁感应强度的大小。若已知该导体内部单位体积内自由电子数为n，电子电量为e，测得通过电流为I时，导体板上下侧面的电压为U，求此时磁感应强度B的大小。
12.如图，足够长的导轨宽L=1.0m，轨道平面与水平面的夹角为α=37°，定值电阻R1=3.0Ω，R2=6.0Ω，其余电阻不计，匀强磁场的磁感应强度大小为B=1.0T，方向垂直于导轨平面向上。有一质量为m=0.5kg、电阻忽略不计的金属杆，垂直导轨放置，现沿框架接触良好的由静止下滑，金属杆与导轨间滑动摩擦系数μ=0.5，设磁场区域无限大。(重力加速度取g=10m/s2，sin37°=0.6)求：
(1)在杆滑动过程中，杆所受到的滑动摩擦力大小；
(2)在杆滑动过程中，杆可以达到的速度最大值；
(3)导体杆从静止释放到达到最大速度用时3s，求此过程中，电阻R1上产生的热量Q1。
参考答案
1.C
2.D
3.A
4.C
5.D
6.BD
7.BD
8.ABC
A 1.48 2.00 0.44 0.60
10.解：(1)粒子在加速器中做加速运动，由动能定理得：qU1=12mv2
代入数据解得：v=4×105m/s
(2)两板间距离为d=5cm=0.05m
粒子恰能通过速度选择器，则有：qvB1=qU2d
代入数据解得：U2=2×103V
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有：qvB2=mv2R
代入数据解得：R=0.05m
答：(1)粒子经过加速器后的速度v为4×105m/s；
(2)速度选择器两板间电压U2为2×103V；
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为0.05m。
11.解：(1)导体的电子定向移动形成电流，电子的运动方向与电流方向相反，电流方向向右，则电子向左运动，由左手定则判断电子会偏向A端面，A板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以下侧面A′的电势高于侧面A的电势；
(2)当电场力与洛伦兹力平衡时，根据平衡条件有
eU1ℎ=evB1
解得
v=U1B1ℎ；
(3)由电流微观表达式得
I=neSv=nvℎde
解得
v=Inℎed
又
v=UBℎ
联立得
B=nUedI。
答：(1)达到稳定时，导体板下侧面的电势高；
(2)此时电子做匀速直线运动的速度为U1B1ℎ；
(3)此时磁感应强度B的大小为nUedI。
12.解：(1)对导体棒做受力分析易得，导体棒运动所受支持力：FN=mgcsθ
滑动摩擦力：f=μFN
联立代入数据可得：f=2N
(2)导体棒做切割磁感线运动，产生感应电动势，相当于一个电源，R1、R2为外电路，且R1、R2为并联关系，当杆L达到最大速度vm时有导体棒产生的感应电动势为：Em=BLvm
电路中产生的感应电流：Im=EmR总
对电路分析可知：R总=R1R2R1+R2
导体棒所受安培力：F=BImL
速度最大时，加速度为0，根据平衡条件有：F+f=mgsinθ
联立以上方程，解得最大速度：vm=2m/s
(3)从静止释放到达到最大速度过程中，假设某时速度为v，
对导体棒有导体棒产生感应电动势：E=BLv
电路中产生感应电流：I=ER总
对电路分析可知：R总=R1R2R1+R2
导体棒所受安培力：F=BIL
导体棒加速度：mgsinθ−f−F=ma
对时间累计有：∑(mgsinθ−f−F)⋅Δt=∑ma⋅Δt
最后结果就是：(mgsinθ−f)t−B2L2R1R2(R1+R2)x=mvm
解得此过程导体棒沿导轨下滑：x=4m
根据能量守恒有：mgxsinθ=12mvm2+fx+Q
R1、R2两阻值两端电压时刻相等，所以电阻R1上产生热量Q1有：Q1=R2R1+R2Q
联立代入数据得：Q1=2J
答：(1)在杆滑动过程中，杆所受到的滑动摩擦力大小为2N；
(2)在杆滑动过程中，杆可以达到的速度最大值为2m/s；
(2)此过程中，电阻R1上产生的热量Q1为2J。