河北省石家庄二中教育集团2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（解析版）

这是一份河北省石家庄二中教育集团2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（解析版），共19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。
（时间：75分钟，分值100分，）
一、单选题（本大题共7小题，共28分）
1. 静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘在电场作用下与气流分离。如图所示为其电场分布简图，下列说法正确的是（ ）

A. 虚线可能是等势线B. 电场强度
C. 粉尘将在电场力作用下沿着虚线运动D. 负电荷在C点的电势能小于其在A点的电势能
【答案】D
【解析】
【详解】A．电极是等势体，其表面是等势面，根据电场线与等势面垂直可知虚线应是电场线，故A错误；
B．由电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线越密，电场强度越大，可知
故B错误；
C．电场线是曲线，若释放粉尘，在电场力作用下粉尘不会沿着虚线运动，故C错误；
D．电场线由高压电源的正极到负极，所以C点的电势高，A点的电势低，由电势能公式
可知，电子在C点的电势能小于其在A点的电势能，故D正确。
故选D。
2. 某养殖场为了使饲养员及时关注动物们的饮水情况，设计了一款牛羊饮水提示器，其工作原理如图所示，动物们饮水过后滑片上移，电表均为理想电表．下列说法正确的是（ ）
A. 若电表为电压表，向水槽内添水时电压表示数变小
B. 若电表为电压表，减小可提高灵敏度
C. 若电表电流表，向水槽内添水时电流表示数变小
D. 若电表为电流表，与电压表相比，电路更节能
【答案】B
【解析】
【详解】A．若电表为电压表，向水槽内添水时，弹簧被压缩，滑动变阻器滑片向下移动，则电压表示数变大，选项A错误；
B．若电表为电压表，电压表读数为
则
（R＇为滑动变阻器滑片以上的电阻），则减小，可使变化单位电阻的电压变大，即可提高灵敏度，选项B正确；
C．若电表为电流表，向水槽内添水时弹簧被压缩，滑动变阻器滑片向下移动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，则总电阻减小，则电流表示数变大，选项C错误；
D．若电表为电流表，与电压表相比，滑动变阻器接入电路的电阻较小，则电路中的电流较大，则电路消耗的电能更大，选项D错误。
故选B。
3. 如图为完全相同的两个正三角形ABC和DEF组成的正六角星，O点为图形正中心，现在A、D、B、E顶点各放一个电量为q的正电荷，在C、F顶点各放一个电量为q的负电荷，已知AB边长为a，则O点场强大小为（ ）

A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】因AE两点的正电荷在O点的合场强为零；O点到六个点的距离均为
则DC两点的电荷在O点的合场强为
方向沿OC方向；同理BF两点的电荷在O点的合场强为
方向沿OF方向，则合场强为
故选A。
4. 扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，是智能家电的一种，能凭借人工智能，自动在房间内完成地板清理工作．扫地机器人由主机和充电座两部分构成，充电座可以对主机的电池进行充电．某品牌扫地机器人的说明书上有下列参数。由这些参数可知（ ）
A. 该扫地机器人以额定功率工作时间约为
B. 该扫地机器人电池充电完毕储存电能约为
C. 充电座以额定功率工作时内产生的内能约为
D. 充电座以额定功率工作时内输出的电能约为
【答案】C
【解析】
【详解】B．其中
根据电能公式

故B错误；
A．根据
可知
故A错误；
D．根据
故充电座以额定功率工作时1s内输出的电能约为24J，故D错误；
C．充电座以额定功率工作时1s内产生的内能为
故C正确。
故选C。
5. 空间中有沿y轴正向的匀强磁场，一通电直导线与x轴平行放置时受到的安培力为F。若将该导线做成圆环如图放置在xOy坐标平面内，并保持通过的电流不变，则圆环受到的安培力大小为（ ）
A. FB. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】设通电直导线的长度为L，电流为I，磁感应强度为B，则平行放置时受到的安培力为
将该导线做成圆环后，设圆环半径为r，则此时导线在磁场中的与磁场垂直的有效长度为Ob，即为r，则圆环受到的安培力大小为
根据数学知识有
联立解得，圆环受到的安培力大小为
故选B。
6. 某太空探测器上搭载了中性原子探测仪，在其入口处安装了高压偏转系统，形成强电场区域，对宇宙中其它带电粒子进行偏转，以免其射到探测器上产生干扰信号，已知该系统由长度、间距的两平行极板组成，当两板加一定电压时，恰好可将进入平行极板的动能为的氦核均偏转到极板而被全部吸收。若保持该电压不变，则（ ）
A. 若进入该偏转系统的为质子，只有动能不大于才能完全被极板吸收
B. 若进入该偏转系统的为质子，只有动能不大于才能完全被极板吸收
C. 若进入该偏转系统的为电子，只有动能不大于才能完全被极板吸收
D. 若进入该偏转系统的为电子，不论电子动能为多大，都不能被极板吸收
【答案】B
【解析】
【详解】设平行板间电势差为U，当两板加一定的电压时，恰好可将进入平行极板的动能为的氦核均偏转到极板而被全部吸收，则有
联立可得
可知，能被极板全部吸收的带电粒子的最大初动能与粒子的带电量成正比，质子和电子的带电量是氦核带电量的一半，所以进入该偏转系统的电子或质子的最大初动能不大于时，才能完全被极板吸收。
故选B。
7. 如图为直角三角形OAB，其中．现在空间中施加一个方向平行于该三角形平面的匀强电场，若O处有一个放射源，能沿平面向各方向射出动能为的电子，电子经过A、B两点时的动能分别为和，不考虑电子间的相互作用，则该电场的电场强度大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】从O到A电场力做正功，则
从O到B电场力做负功，则
则场强沿AO方向的分量为
场强沿OB方向的分量为
则合场强
故选B。
二、多选题（本大题共3小题，共18分）
8. 小明同学在水平向右的匀强电场中做带电小球的竖直上抛实验，带电小球抛出后的运动轨迹如图所示，轨迹上A、B两点在同一水平线上，M为轨迹的最高点，上升高度为h，小球在A点抛出时的动能为，在M点的动能为，不计空气的阻力，下列说法正确的是（ ）

A. 全过程中小球水平位移与最大高度h的比值为3:4
B. 全过程中小球水平位移与的比值为1:3
C. 小球落到B点时的动能为
D. 小球从A点运动到B点的过程中最小动能为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．小球竖直方向做初速度为v匀减速直线运动，有
初动能为
水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，有
在M点的动能
联立可得
故A错误；
B．因为上升和下落的时间相同，则水平方向的x1、x2是连续相等时间的位移，对于初速度为零的匀加速直线运动，在连续相等的时间间隔内位移之比为
故B正确；
C．由
可得
由
可得
由
得小球落到B点时动能为
故C错误；
D．由
可得
可得合力与水平方向夹角为37°，则速度最小时，速度与合力垂直，则有
则最小动能
故D正确。
故选BD。
9. 金属导体中自由电子在电场的作用下发生定向移动，在定向移动过程中会受到内部阻力，其方向与自由电子定向移动的速度方向相反，大小正比于自由电子定向移动的速率，比例系数为k．已知某种金属材料单位体积内的自由电子数为n，元电荷为e，忽略电子所受重力及其之间的相互作用，不计电子热运动的影响，自由电子的定向移动可视为匀速直线运动．如图所示，一段长为L、横截面积为S的该金属导体，当其两端电压为U时，下列说法正确的是（ ）
A. 该金属导体内自由电子定向移动的速率为
B. 由已知条件无法求出该金属导体内自由电子定向移动的速率
C. 该金属导体的电阻率为
D. 该金属导体的电阻率为
【答案】AC
【解析】
【详解】AB．电子做匀速直线运动，则其合外力为零，根据平衡条件有
求得
故A正确，B错误；
CD．根据电阻定律可得该段导体的电阻为
根据欧姆定律可得
又由电流的微观表达式
联立求得
故C正确，D错误。
故选AC。
10. 某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素。A是一个带正电的物体，电荷量用Q表示，系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离，小球的电荷量用q表示、质量用m表示，物体与小球间的距离用d表示，静电力常量为k，重力加速度为g，可认为物体A与小球在同一水平线上，则下列说法正确的是（ ）
A. 该实验采用了理想实验法和控制变量法
B. 实验表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小
C. 由已知条件无法求得小球偏离竖直方向的角度
D. 由已知条件可以求得小球偏离竖直方向的角度的正切值为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．实验中将小球与物体看为点电荷，采用了理想模型法，并没有进行逻辑推理，即没有采用理想实验法，实验中研究静电力与间距关系时，保持电荷量不变，采用了控制变量法，故A错误；
B．通过实验可以观察到，物体与小球间距一定时，电荷量增大，小球偏离竖直方向的角度增大，电荷量一定时，间距增大，偏离竖直方向的角度减小，表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小，故B正确；
C．令偏离竖直方向的角度为，对小球进行分析有
解得
可知，由已知条件可以求得小球偏离竖直方向的角度，故C错误；
D．根据上述可知，由已知条件可以求得小球偏离竖直方向的角度的正切值为，故D正确。
故选BD。
三、实验题（本大题共2小题，共16.0分）
11. 在“测定金属的电阻率”的实验中，金属丝的阻值约为，某同学先用刻度尺测量金属丝的长度，用螺旋测微器测量金属丝直径时刻度位置如图所示，再用伏安法测出金属丝的电阻，然后算出该金属材料的电阻率。
（1）该电阻丝直径的测量值_______mm；
（2）实验中能提供的器材有：
A．电压表（量程，内阻约）
B．电压表（量程，内阻约）
C．电流表（量程，内阻约）
D．电流表（量程，内阻约）
E．滑动变阻器
F．滑动变阻器
G．待测电阻
H．电源E（电动势为）及开关和导线若干
该同学从以上器材中选择合适的器材连接好电路进行测量，要求在流过金属丝的电流相同情况下，电源消耗功率最小，并能较准确地测出电阻丝的阻值，请在方框内画出实验电路图，并在图中标出所选器材代号_______。
（3）该同学连接好电路后，某次测量结果如图所示，
若电阻丝直径取，请计算出金属丝的电阻率为____（保留三位有效数字）。
【答案】 ① 0.978 ②. ③.
【解析】
【详解】（1）[1]由螺旋测微器测量金属丝直径时刻度位置可知，该电阻丝直径的测量值
（2）[2]金属丝的阻值约为，可知通过金属丝的最大电流约为
电源电动势为，电源消耗功率最小，并能较准确地测出电阻丝的阻值，可知电压表选，电流表选，为便于调节，滑动变阻器选R1，并用限流接法，又有
电流表用外接法，则有实验电路图如图所示。
（3）[3]由题图可知，电流表的精确度为0.02A，电流表读数为0.5A，电压表的精确度为0.1V，电压表的读数为2.60V，若电阻丝直径取，由欧姆定律和电阻定律，则有
12. 随着时代的进步，如今各大商圈夜晚灯光秀都非常美丽。小张同学观看后对其中的发光单元产生了兴趣，他查找相关资料，发现一个发光单元是由一个定值电阻和三个发光二极管串联而成（如左图中虚线框内的结构），通过三个二极管发出红、绿、蓝三种颜色的光不同强弱的组合可以显现出任意颜色的效果。为研究发光二极管的伏安特性并测量的值，小张同学设计了左图的电路进行实验。若认为三个发光二极管完全相同，每个发光二极管的额定工作电压为。图中电源接DC直流电，电压表的量程为、内阻为，电流表为理想电表，量程为．完成下列操作中的要求或填空：
（1）为完成实验并准确测量，定值电阻应该选择（ ）
A． B． C． D．
（2）正确选择后接通电源，小张由于失误在DC间接了电压，然后将R的滑动触头从M端向N端滑动，记录电压表的示数U和电流表的示数I，并在右图中绘出了部分图线．当R的滑动触头移动到最右端N时，电压表的示数为，电流表的示数为，不考虑电表内阻的影响，则的阻值为_______；
（3）小张又将一个发光单元直接接到电动势为、内阻为的电源两端，在发光单元中，一个发光二极管的功率约为________mW。（计算结果保留整数）
【答案】 ①. B ②. 60 ③. 165
【解析】
【详解】（1）为完成实验并准确测量，则电压表的量程应该扩大到10V，则定值电阻
故选B。
（2）当R的滑动触头移动到最右端N时，三个二极管和电阻R0两端的总电压为21V，而电压表的示数为时，此时每个二极管两端的电压为6V，电阻R0两端的电压为
电流表的示数为，则
（3）设每个二极管两端电压为U，电流为I，则
即
将此函数关系的图像画在二极管的I-U图像上如图；
由图像可知二极管的工作电压和电流分别为I=50mA，U=3.3V，功率为
P=IU=0.165W=165mW
四、计算题（本大题共3小题，13题10分，14题12分，15题16分，共38分）
13. 如图所示，一束电子流经的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，两极板间所加电压如右图，电压最大值为，两极板间距，板长，平行板的右边缘与屏的距离。（电子流飞行速度极快，忽略其在电场中飞行过程中的电压变化）
（1）若电子在时刻进入电场，则其在两极板间穿过时的偏移量y；
（2）若该束电子流连续不断地进入电场，求一个周期后电子打在屏上的痕迹长度。
【答案】（1）0.5cm；（2）3cm
【解析】
【详解】（1）电子在加速电场中有
时刻，根据图像可知，偏转电场的电压为
电子做类平抛运动，则有
，
解得
（2）电子在偏转电场中水平方向做匀速直线运动，时间均为上述的，当偏转电压为0时，电子打在O点，当电压为最大值240V时有
解得
表明此时电子打在极板上，可知，电子在电压为适当值时，能够恰好从下极板右边缘飞出，此时打在屏上的侧移最大，其侧移等于一个周期后电子打在屏上的痕迹长度，则有
令飞出极板时速度与水平方向夹角为，则有
令一个周期后电子打在屏上的痕迹长度为L，根据相似三角形有
解得
14. 一通电导体棒用两根相同的绝缘轻质细线悬挂在天花板上（如正面图），静止时每根细线张力为，细线长，通电导体棒长，棒两侧为轻质导线。现在空间中施加竖直向下的匀强磁场，场强，使导体棒能够到达偏离竖直方向最大摆角 （如侧面图）的位置。（）
（1）此时通入导体棒的电流为多大?
（2）导体棒摆动过程中的最大速度大小?
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）导体棒的重力大小为
加磁场后，导体棒在细线拉力、重力和安培力作用下做周期性摆动，摆角为，根据对称性可知，重力和安培力的合力与竖直方向夹角为，有
解得
（2）当摆过角度时，导体棒摆动的速度最大，重力和安培力的合力为
根据动能定理
解得
15. 一带电小滑块放在倾角为的斜面上，滑块与斜面之间的动摩擦因数为，若在空间中施加竖直向上的匀强电场，则小滑块保持静止且恰好与斜面间无摩擦．现除去竖直电场，将间距为的带电金属板A、B垂直固定在绝缘斜面上，如图所示。A板在斜面处开有小孔，可使小物块通过，板间形成斜向上的匀强电场，场强为原竖直场强的两倍，A板接地（电势为零），现让小物块从A板小孔位置以一定的初速度沿斜面向下运动，若小物块与金属板B发生碰撞，碰撞中能量不损失（即碰后瞬间速度大小不变）。设小物块大小不计且不影响金属板间电场的分布（g取）。求：
（1）带电小物块以多大的初速度进入电场，才能恰好到达金属板B?
（2）若带电小物块以初速度进入电场，当其动能等于电势能时，距离A板多远?
（3）小物块至少以多大的初速度进入电场，它在电场中运动时找不到动能与电势能相等的点?

【答案】（1）15m/s；（2）1.69m（3）
【解析】
【详解】（1）由题意可知
由动能定理得
代值可得
（2）若下滑过程中出现动能与势能相等的位置，据题意可得
联立可得
（3）小滑块以初速度v2进入电场后，若它运动到B板时的动能大于其电势能，则它在电场中运动时找不到动能与电势能相等的点，则有
联立可得
主机
电池电动势
电容量
额定电压
额定功率
充电座
额定功率
额定电压
额定输出电压
额定输出电流