2024北京东城高二（上）期末物理试卷（教师版）

这是一份2024北京东城高二（上）期末物理试卷（教师版），共20页。试卷主要包含了 图等内容，欢迎下载使用。
本试卷共8页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第一部分
本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 小张同学在空气干燥的教室里进行一个小实验，将一塑料绳撕成细丝后，一端打结，做成“水母”的造型，用毛巾顺着细丝向下捋几下，同样用毛巾来回摩擦PVC（塑料）管。将“水母”抛向空中，然后把PVC管从下方靠近它，直到“水母”处于悬停状态，则（ ）

A. PVC管带电方式属于感应起电
B. “水母”在空中悬停时，PVC管对它向上的静电力大于它所受重力
C. 用毛巾摩擦后，“水母”与PVC管带异种电荷
D. PVC管与“水母”相互靠近过程中，两者间相互作用力变大
2. 图中虚线为一组间距相等的同心圆，圆心处固定一带正电的点电荷。一带电粒子以一定初速度射入电场，实线为粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，a、b、c三点是实线与虚线的交点，下列说法正确的是（ ）
A. a点场强大于b点场强
B. 该粒子带负电荷
C. 该粒子在b点的电势能小于在c点的电势能
D. 该粒子由a点到b点的动能变化小于由b点到c点的动能变化
3. 带正电荷的导体球O靠近某不带电的枕形导体。枕形导体的左右两端分别记为M、N，P、Q分别为枕形导体内部和外表面上的两点，枕形导体处于静电平衡状态，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. M端感应出正电荷，N端感应出负电荷
B. P点电场强度方向沿OP连线由O指向P
C. Q点的电场方向与Q点所在表面垂直
D. 枕形导体上Q点的电势比P点的电势高
4. 如图所示，电荷量为q的点电荷与均匀带电薄板相距2d，点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心，M点在板的几何中心左侧d处的垂线上，N点与M点关于带电薄板对称。已知静电力常量为k，若图中M点的电场强度为0，那么（ ）
A. 带电薄板带正电荷B. N点场强水平向右
C. N点电场强度也为零D. N点的电场强度
5. 图（a）为某带电粒子质量分析器的局部结构示意图，图（b）为分析器内垂直于x轴的任意截面内的等势面分布图，相邻两等势面间电势差相等，则（ ）
A. P点电势比M点的低
B. P点电场强度比M点的大
C. M点电场强度方向沿z轴负方向
D. 沿x轴运动的带电粒子，电势能不变
6. 一块长为l、高为h、厚度为d的长方体金属板，其空间位置如图所示。现沿着x正方向通以电流强度大小为I的恒定电流，施加沿y轴正方向、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在沿着z轴方向上下两端测出电势差为U。已知电子所带电量为e。则下列说法中正确的是（ ）
A. 电子受到磁场力方向沿着z轴负方向
B. 金属板受到磁场力大小为
C. 金属板上端电势比下端电势高
D. 电势差大小U与h成反比
7. 如图所示，用一不可伸长的绝缘细线拴一个带正电的小球，让它在竖直向下的匀强电场中绕O点做竖直平面内完整的圆周运动，a、b两点分别是圆周的最高点和最低点，那么（ ）
A. 小球经过a点时细线上的拉力大于经过b点时细线上的拉力
B. 小球经过a点时，动能最大，电势能最小
C. 小球经过b点时，其动能与重力势能之和最大
D. 小球在整个圆周运动过程中，系统机械能守恒
8. 某带电粒子转向器的横截面如图所示，转向器中有辐向电场。粒子从M点射入，沿着由半径分别为R1和R2的圆弧平滑连接成的虚线（等势线）运动，并从虚线上的N点射出，虚线处电场强度大小分别为E1和E2，则R1、R2和E1、E2应满足（ ）

A. B. C. D.
9. 如图所示的图像中，直线a表示某电源路端电压与电流的关系，直线b为某一电阻两端电压与电流的关系。用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，下列说法不正确的是（ ）
A. 电阻R的阻值为2.0ΩB. 电源电动势为4.0V
C. 电源内阻为1.0ΩD. 电阻R消耗电功率为2.0W
10. 一只毫安表的内阻，满偏电流，现将它改装成电流、电压表，如图所示：接0、1接线柱，为电流表，量程为0~0.6A；接0、2接线柱，为电压表，量程为0~3V。则、的阻值约为（ ）
A. ，2.5kΩB. ，C. ，2.5kΩD. ，
11. 如图所示，A、B为平行板电容器的两块金属极板，充电后与电源断开。A板与静电计相连，静电计的外壳和B板均接地。当A、B两板带上等量异种电荷后，静电计指针偏转一定角度，一带正电的点电荷q静止在P点，下列说法正确的是（ ）
A. 若A板不动，将B板向下移动时，点电荷q保持不动，但静电计指针偏角减小
B. 若B板不动，将A板向下移动时，点电荷q的电势能不变，但静电计指针偏角减小
C. 若B板不动，将A板向左移动时，静电计指针偏角减小
D. 若A、B板都不动，插入电介质时，静电计指针偏角增大
12. 将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、灵敏电流计及开关按图示连接。线圈A放在线圈B中，线圈A中插有铁芯。闭合开关前滑动变阻器的滑片P处于如图所示位置。开关闭合的瞬间，电流计指针向左偏转。下列操作中仍使电流计指针向左偏转的是（ ）
A. 将线圈A中的铁芯拔出B. 将滑片P向右移动
C. A、B保持相对静止一起移动D. 保持其它不变，仅断开开关
13. 用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中的运动径迹。图甲是洛伦兹力演示仪的实物图，图乙是结构示意图。励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场，励磁线圈中的电流越大，产生的磁场越强。图乙中电子经电子枪中的加速电场加速后水平向左垂直磁感线方向射入磁场。下列实验现象和分析正确的是（ ）

A. 励磁线圈应通以逆时针方向的电流
B. 仅升高电子枪加速电场的电压，运动径迹的半径变大
C. 仅增大励磁线圈中的电流，运动径迹的半径变大
D. 仅升高电子枪加速电场的电压，电子运动的周期将变大
14. 1911年，科学家发现金属汞在4.2K（）时电阻可以降到零，这种现象叫作超导现象。1987年，国外科学家以及中国科学家相继研制出钇-钡-铜-氧系材料，超导转变温度提高到90K（），2023年7月，室温超导“LK-99”名噪一时。中科院物理所发表了一篇评论，历史上声称室温超导（接近或高于300K）的次数不少于7次，目前实验验证的临界温度最高的超氢化物，它可以在165万个大气压下实现大约252K（）超导，结合所学知识及上述材料，分析下列说法，其中正确的是（ ）
A. 若超导回路中有了电流，电流将几乎无损耗地持续下去
B. 目前已经多次通过实验得到常压室温下的超导材料
C. 金属导体的电阻与温度有关，温度越高，电阻越小
D. 超导转变温度与压强有关，压强越高，转变温度越低
第二部分
本部分共6题，共58分。
15. 物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析、实验结论和实验反思等。
（1）在“测电源电动势与内电阻”的实验中，依据的实验原理是________。
（2）一多用电表表盘上的电阻刻度线正中间标有“15”字样。用它测量约20kΩ电阻的阻值，下列实验步骤正确的操作顺序为________（填各实验步骤前的字母）
A．将选择开关置于“×1kΩ”位置
B．将选择开关置于“OFF”位置
C．将两表笔分别接触待测电阻两端，读出其阻值后随即断开
D．将两表笔直接接触，调节欧姆调零旋钮，使指针指向欧姆零点
（3）在测电阻的实验中，待测电阻约为200Ω，电压表的内阻约为2kΩ，电流表的内阻约为10Ω。则电路图________（选填“甲”或“乙”）接近真实值，这个电阻测量值比真实值________（选填“偏大”或“偏小”）。

（4）某同学在“利用传感器观察电容器的充电现象”实验中，实验电路图如图丙所示，采用3V标准直流电压源，通过某电阻R给电容器充电，其充电过程的图像如图丁所示，请根据该图像估算该电容器的电容值________F（结果保留两位有效数字）。
16. 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准。待测金属丝接入电路部分的长度约为50cm。
（1）用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某次测量结果如图1所示，其读数应为________mm（该值接近多次测量的平均值）。
（2）用伏安法测金属丝的电阻。实验所用器材为：电池组（电动势为3V，内阻约1Ω）、电流表（内阻约0.1Ω）、电压表（内阻约3kΩ）、滑动变阻器R（0~20Ω，额定电流2A）、开关、导线若干。某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：
由以上数据可知，选用的是图2中的________（选填“甲”或“乙”）图。
（3）图3是测量的实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据图2所选的电路图，补充完成图3中实物间的连线。_______
（4）这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标系，如图4所示，图中已标出了测量数据对应的5个坐标点。请在图4中标出第4次测量数据坐标点，并描绘出图线。_______由图线得到金属丝的阻值________Ω（保留两位有效数字）。
（5）根据以上数据可以估算出金属丝的电阻率约为________（填选项前的符号）。
A． B． C． D．
（6）经典的金属电子论认为，金属丝的电阻来源于自由电子在金属中运动时与原子实的碰撞，原子实为原子中除自由电子外的部分。金属导体两端加稳恒电压，导体中产生恒定电场，这种恒定电场的性质与静电场相同。由于恒定电场的作用，导体内自由电子加速形成定向移动，定向移动过程中与金属原子实发生碰撞，假设碰撞后自由电子定向移动的速度全部消失，碰撞时间不计。已知常温下金属中自由电子热运动的速率远远大于其定向移动的速率。请判断金属丝的电阻随温度的升高如何变化，并定性地解释原因。_______
17. 如图所示，电源电动势，内阻，电阻，。开关闭合后，电动机恰好正常工作。已知电动机额定电压，电动机内的线圈电阻。求：
（1）通过电源的电流I；
（2）电源消耗的总功率；
（3）电动机正常工作时的机械功率。
18. 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。
19. 如图甲所示，真空中有一长直细金属导线MN，与导线同轴放置一半径为R的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同、大小为的电子。已知电子质量为m，电荷量为e。不考虑出射电子间的相互作用。
（1）若在导线和柱面之间加一恒定电压，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该电压值的大小U；
（2）若在柱面内只加平行于MN的匀强磁场，导线发射的电子恰好无法到达金属圆柱面，求该匀强磁场的磁感应强度的大小B；
（3）如图乙所示，撤去柱面，沿柱面原位置放置一个弧长为a、长度为b的金属片，金属片接地。若单位时间内单位长度的金属导线MN向外辐射的电子数为，电子打到金属片上被全部吸收。求在金属导线MN和金属片间形成的稳定电流I。
20. 可以认为，氢原子中的电子绕原子核做半径为r的匀速圆周运动，氢原子质量为，电子质量为（），氢原子核与电子的电荷量的绝对值均为e，静电力常量为k，不考虑重力。
（1）已知电子的圆周运动会形成绕核的环电流，求环电流大小；
（2）一面积为S的矩形环电流处于一磁场中，环中电流大小为I，方向为逆时针方向，磁场方向平行于x轴方向，如图（a）所示。已知磁场在y方向处处相同，但在z方向均匀变化，磁感应强度大小随着z坐标值的增大而增大，且。求环电流所受合力的大小F及方向；
（3）小圆形环电流在同样的磁场中受力情况与第（2）问中矩形环电流受力情况满足同样规律。如图（b）所示，一细氢原子束以的水平速度通过与第（2）问中同样的沿z方向均匀变化的磁场，磁场区宽度为d，出磁场区以后打到距离磁场区为D的竖直接收屏上。假如氢原子环形电流平面始终垂直于磁场，求环电流为顺时针方向的原子与逆时针方向的原子击打在接收屏上位置在z方向的距离。
参考答案
第一部分
本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 【答案】D
【详解】A．由题意可知PVC管带电方式属于摩擦起电，故A错误；
B．“水母”在空中悬停时，处于平衡状态，PVC管对它向上的静电力等于它所受重力，故B错误；
C．因为“水母”与PVC管存在相互排斥的静电力，所以“水母”与PVC管带同种电荷，故C错误；
D．管与“水母”相互靠近过程中，距离减小，两者间相互作用力变大，故D正确。
故选D。
2. 【答案】A
【详解】A．根据点电荷场强公式
可知a点场强大于b点场强。故A正确；
B．由该粒子的轨迹，可判断它所受电场力为斥力，可知带正电荷。故B错误；
C．该粒子从b点运动到c点过程，电场力做正功，电势能减小。则粒子在b点的电势能大于在c点的电势能。故C错误；
D．由图可知，a点到b点的平均场强大于由b点到c点的平均场强，根据
可知
即该粒子由a点到b点的动能变化大于由b点到c点的动能变化。故D错误。
故选A。
3. 【答案】C
【详解】A．根据静电感应原理可知，M端感应出负电荷，N端感应出正电荷，故A错误；
B．静电平衡导体内部的场强为0，则P点电场强度为0，故B错误；
CD．达到静电平衡后的导体为等势体，则枕形导体上Q点的电势与P点的电势相等，静电平衡导体表面处的电场强度方向与表面垂直，即Q点的电场方向与Q点所在表面垂直，故C正确，D错误。
故选C。
4. 【答案】D
【详解】因M点场强为零，则带电薄板在M点产生的场强与+q在M点产生的场强等大方向，则带电薄板在M点的场强为
方向向右，所以带电薄板带负电；因为M点和N点与带电薄板的距离相等，由对称性可知，带电薄板在N点的场强为
方向向左，则N点的合场强为
方向向左；
综上所述，ABC错误，D正确。
故选D。
5. 【答案】D
【详解】A．由图（b）可知，P点与O点相比较，更靠近正电极一些，则P点电势高于O点电势，M点与O点相比较，更靠近负电极一些，则M点电势低于O点电势，所以P点电势比M点的高。故A错误；
B．等差等势面的疏密可以表示电场的强弱，由图（b）可知P点电场强度比M点的小。故B错误；
C．根据电场线的特点“由正电荷发出，终止于负电荷”可知M点电场强度方向沿z轴正方向。故C错误；
D．x轴到四个电极的距离相等，根据电势的叠加可知x轴为等势面，根据
可知沿x轴运动的带电粒子，电势能不变。故D正确。
故选D。
6. 【答案】B
【详解】AC．电子定向移动形成电流，可得电子定向移动方向沿x轴负方向，根据左手定则可知电子所受洛伦兹力方向沿z轴正方向，电子向导体上端堆积，故导体上端电势低于下端，故故AC错误；
B．根据左手定则可知，通过导体板中的电流所受安培力方向沿z轴正方向，且安培力的大小为
故B正确；
D．根据
得
电势差大小U与h无关，故D错误。
故选B。
7. 【答案】C
【详解】A．小球在竖直平面内做完整的圆周运动，从a点到b点重力与电场力做正功，所以小球在b点速度最大，设小球在a点速度大小为，在b点速度大小为，小球质量为m，带电荷量为q，电场强度为E，细线的长度为L，重力加速度为g，细线上的拉力为F，由牛顿第二定律，在a点可得
在b点可得
所以小球经过a点时细线上的拉力小于经过b点时细线上的拉力，A错误；
B．小球从b点到a点的过程中，重力与电场力做负功，重力势能增大，电势能增大，动能减小， B错误；
C．小球从a点到b点的过程中，重力与电场力做正功，小球的电势能减小，动能增大，机械能增大，因此小球经过b点时机械能最大，所以其动能与重力势能之和最大，C正确；
D．小球在整个圆周运动过程中，除重力做功外，电场力也做功，因此系统机械能不守恒，D错误。
故选C。
8. 【答案】A
【详解】带电粒子在电场中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，则有
联立可得
故选A。
9. 【答案】C
【详解】A．该电阻阻值为
A正确；
B．根据闭合电路欧姆定律
可知
B正确；
C．根据闭合电路欧姆定律
可知
电源内阻为斜率
C错误；
D．用该电源直接与电阻R连接成闭合电路的电流为交点对应的电流
电阻R消耗电功率为
D正确。
本题选不正确的，故选C。
10. 【答案】B
【详解】依题意，接0、1接线柱，为电流表，量程为0~0.6A，则有
解得
接0、2接线柱，为电压表，量程为0~3V，则有
解得
故选B。
11. 【答案】B
【详解】A．若A板不动，将B板向下移动时，由
可知电容器的电容减小，依题意，充电后电容器与电源断开，则极板上电荷量保持不变，根据
，
联立，解得
即电容器电场场强不变，可知点电荷q所受电场力不变，保持不动，因为极板间电压增大，所以静电计指针偏角增大。故A错误；
B．同理，若B板不动，将A板向下移动时，两板间距减小，电容器电容增大，极板间电压减小，静电计指针偏角减小。两板间电场强度不变，则根据
可知P点到下极板的电势差不变，即P点电势不变，根据
可知点电荷q的电势能不变。故B正确；
C．同理，可知若B板不动，将A板向左移动时，电容器电容减小，极板间电压增大，静电计指针偏角增大。故C错误；
D．同理，若A、B板都不动，插入电介质时，电容器电容增大，极板间电压减小，静电计指针偏角减小。故D错误。
故选B。
12. 【答案】B
【详解】A．在A线圈中拔出铁芯，穿过B线圈的磁通量减小，线圈A产生的磁场减弱，电流表指针向右偏转，A错误；
B．滑动变阻器的滑片P向右滑动时，回路中电阻减小，线圈A中电流增大，线圈A产生的磁场增强，电流表指针向左偏转，B正确；
C．线圈A、B保持相对静止一起移动，线圈B中磁通量没有发生变化，则没有感应电流产生，电流表指针静止在中央，C错误；
D．断开开关瞬间，磁场减弱，则电流表指针向右偏转，D错误。
故选B。
13.【答案】B
【详解】A．，可得产生的，电子受到的洛伦兹力正好指向圆心，根据左手定可知磁场垂直纸面向里，根据右手螺旋定则知励磁线圈通以顺时针方向的电流，故A错误；
B．当升高电子枪加速电场的电压时，电子的速度增大，根据公式可知运动半径增大，故B正确；
C．若仅增大励磁线圈中的电流，则磁感应强度增大，根据公式可得运动半径减小，故C错误；
D．根据公式可得电子做匀速圆周运动的周期和速度大小无关，故D错误；
故选B。
14. 【答案】A
【详解】A．超导体的电阻为零，电流在超导回路中流动时不会因为电阻的存在而损耗能量，因此电流可以持续下去，故A正确；
B．目前还没有在常压室温下得到超导材料，超导现象通常需要在极低的温度或高压下才能发生，故B错误；
C．金属导体的电阻与温度有关，温度越高，电阻越大，故C错误；
D．超导转变温度与压强有关，压强越高，转变温度越高，故D错误。
故选A。
第二部分
本部分共6题，共58分。
15. 【答案】 ①. 闭合电路欧姆定律 ②. ADCB ③. 甲 ④. 偏大 ⑤.
【详解】（1）[1]在“测电源电动势与内电阻”的实验中，依据的实验原理是闭合电路欧姆定律；
（2）[2]实验中在使用多用电表测量电阻值时，先根据电阻的大约值选择合适的挡位，再将两表笔直接接触进行欧姆调零，然后两表笔分别接触待测电阻两端读数阻值，最后将选择开关置于“OFF”位置，故实验步骤正确的操作顺序为：ADCB；
（3）[3]根据实验中的数据可知
故应采用电流表内接法接近真实值，故选甲；
[4]根据选择的电路有
可知电阻测量值比真实值偏大；
（4）[5]图像与坐标轴包围的面积表示电荷量，则有
则该电容器的电容值为
16. 【答案】 ①. 0.296 ②. 甲 ③. 见解析 ④. 见解析 ⑤. 7.7 ⑥. C ⑦. 见解析
【详解】（1）[1] 螺旋测微器读数应为
0+29.6×0.01mm=0.296mm
（2）[2] 从给出的数据表可知，电流表和电压表的读数变化范围较大，且电压可从非常接近零的位置进行调节，所以变阻器采用的应是分压式接法，即测量采用的是甲图。
（3）[3]实物连接如图
（4）[4]
[5] 由图线得到金属丝的阻值为图线斜率，即
（5）[6]根据电阻定律，可得
解得
故选C。
（6）[7]金属丝的温度升高后，自由电子的热运动变的更剧烈，受到静电力的驱动，在原热运动的基础上叠加定向移动，在定向加速的过程中，自由电子与原子实发生碰撞，定向移动的速度减为零，将动能传递给原子实，由于热运动的无规则运动更剧烈，会增加它们在单位移动距离的碰撞次数，从而导致金属丝阻碍自由电子运动的阻力变大。金属丝的电阻变大。
17. 【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据闭合电路的欧姆定律
解得通过电源的电流为
（2）电源消耗的总功率为
（3）通过的电流为
通过电动机的电流为
电动机正常工作时的机械功率为
18. 【答案】（1）；（2） ，；（3）
【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
19. 【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据动能定理得
解得
（2）在柱面内只加与MN平行的匀强磁场，粒子俯视图，如图所示
根据几何关系有
2r=R
由洛伦兹力提供向心力，可得
联立，解得
（3）依题意，单位时间打在金属片的电子数为
金属导线MN和金属片间形成的稳定电流为
20. 【答案】（1）；（2），合力方向向上；
（3）（其中）
【详解】（1）由库仑定律和牛顿第二定律有
又由可求得
（2）设通电流的矩形长为a、宽为b。依题意，矩形上、下边导线处的磁感应强度,满足
形左、右两导线所受安培力相互抵消，上、下两导线所受安培力分别为
，
则矩形电流所受合力为
电流为逆时针方向，则所受合力方向向上；
（3）环形电流和矩形电流在梯度磁场中受力规律相同，因此，氢原子的环电流在梯度磁场中受力为
细氢原子束以的水平速度通过，由于速度很大认为穿过磁场区域时受力不变，因此氢原子在y方向上匀速直线运动，z方向匀加速直线运动做类平抛运动
联立求得
此时速度方向与水平方向夹角为满足
因此，出磁场区时速度方向的反方向指向磁场区域中心。氢原子击打在接收屏上的位置在z方向偏移为
若氢原子的环电流方向反向，则接收屏上位置的偏移相反。故逆时环电流沿针与顺时针方向的原子击打在接收屏上位置之间的距离为
，（其中）
次数
1
2
3
4
5
6
U/V
0.20
0.60
1.00
1.50
2.00
2.70
I/A
0.02
0.08
0.13
0.20
0.26
0.35