山西省长治市2023-2024学年高二（上）期末物理试卷

这是一份山西省长治市2023-2024学年高二（上）期末物理试卷，共12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.关于能源、能量，下列说法正确的是( )
A. 能量是守恒的，所以不会发生能源危机
B. 能量利用过程中存在能量耗散，说明能量在不断减少
C. 能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源
D. 能量守恒定律说明能量的转化或转移不具有方向性
2.如图所示，带负电的点电荷在匀强电场中，只在静电力的作用下沿曲线由A点运动到B点，其电势能减小。则该电场方向可能是( )
A. 由A指向B
B. 由B指向A
C. 沿x轴正方向
D. 沿y轴正方向
3.如图所示的电路中，A、B是相同的两个小灯泡，L是一个带铁芯的线圈，电阻极小。调节R，稳定后两灯泡均能正常发光。则( )
A. 闭合S时，A立即变亮，B逐渐变亮
B. 闭合S时，B立即变亮，A逐渐变亮
C. 断开S时，A会突然闪亮一下而B立即熄灭
D. 断开S时，B会突然闪亮一下而A立即熄灭
4.水平桌面上固定着一根绝缘长直导线，矩形导线框abcd靠近长直导线静止放在桌面上，如图甲所示。当长直导线中的电流按图乙的规律变化时(图甲所示电流方向为其正方向)，则( )
A. 0～t1，线框内电流的方向为abcdaB. t1～t2，线框内电流的方向为abcda
C. t2～t3，线框所受安培力方向一直向左D. t1～t3，线框所受安培力方向一直不变
5.如图所示，R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)，R2为定值电阻，当S闭合时，极板水平的电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是( )
A. 只逐渐增大光照强度，带电微粒会向上运动
B. 只逐渐增大光照强度，带电微粒会向下运动
C. 只缓慢将P向上端移动，带电微粒会向下运动
D. 只缓慢将P向上端移动，带电微粒会向上运动
6.回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中，其原理如图所示，两个铜质D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略。若用它对氕核(11H)加速，所需的高频电源的频率为f。已知磁场的磁感应强度为B，加速电压大小为U，不考虑相对论效应，下列说法正确的是( )
A. U越大，氕核在加速器中运动的总时间越短
B. U越大，氕核射出加速器时的动能越大
C. 随着速度的增加，氕核在一个D形盒中运动一次的时间在减小
D. 不改变f和B也可对氘核( 12H)加速，但氘核射出加速器时的速度较小
7.如图所示，abc为等腰直角三角形，ac边长为L、∠α=90°。两根通电长直导线垂直纸面分别放在a、b两点处。a点处导线中的电流大小为I，方向垂直纸面向外；b点处导线中的电流方向垂直纸面向里。已知直线电流在周围某点产生的磁感应强度B=kIr(r表示该点到导线的垂直距离，k为常量)，经测量发现c点的磁场方向沿ac向上，则( )
A. b点处导线中的电流大小为 2IB. c处磁感应强度的大小为 2kIL
C. bc中点处磁感应强度的方向平行ab向左D. bc中点处磁感应强度的大小为 10kIL
8.如图所示，矩形ABCD中AB= 3L、AD=L。其内部有一圆形匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一个质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子，从CD的中点以速度v垂直于CD射入正方形区域，经圆形磁场偏转后沿着AC方向从C点飞出矩形区域，不计粒子的重力，下列说法正确的是( )
A. 粒子在磁场里运动的时间为πm3qBB. 粒子在磁场里运动的时间为πm6qB
C. 圆形磁场区域的最小面积为3πm2v24q2B2D. 圆形磁场区域的最小面积为πm2v24q2B2
二、多选题：本大题共4小题，共16分。
9.关于下列图片说法正确的是( )
A. 图甲中，摇动手柄使蹄形磁铁转动铝框会同向转动，且它们转动的角速度相同
B. 图乙中，当线圈通入高频交流电时，线圈中会产生大量热量冶炼金属
C. 图丙中，对着话筒讲话线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理
D. 图丁中，运输中，将表头的接线柱用导线连接可保护指针，这利用了电磁阻尼原理
10.如图所示的平面内，固定有等量异种点电荷，M、N两点关于两电荷连线对称，N、P两点关于两电荷连线的中垂线对称。下列说法正确的是( )
A. M点的电场强度与P点的相同
B. M点的电场强度与N点的相同
C. M点的电势与N点的电势相同
D. 将电子从P点沿直线移动到N点，静电力一直做负功
11.如图所示，三个完全相同的半圆形光滑绝缘轨道竖直放置，图乙、图丙分别置于匀强磁场B和匀强电场E中，轨道两端点在同一高度上。现将a、b、c三个相同的带正电小球同时从轨道左端的最高点由静止释放，小球均能经过轨道最低点。已知小球的带电荷量不会发生变化，则a、b、c三个小球( )
A. a球、b球在向右运动过程中始终不会脱离轨道
B. 到达轨道最低点时的速率均相同
C. 向右经过轨道最低点时，b球对轨道的压力最大
D. 向左经过轨道最低点时，a球对轨道的压力最小
12.水平固定的圆形线圈，上方有条形磁铁，其中轴与线圈的中心轴线保持重合，线圈的两端接电流传感器，如图甲所示。现让条形磁铁由高处从静止落下，以线圈中心位置为原点O、竖直向下为x正方向，俯视逆时针方向为感应电流i的正方向，图乙记录了a、b两次实验中i随条形磁铁的中点位置x的变化关系，下列说法正确的是( )
A. 条形磁铁的上端为S极，下端为N极
B. 两次实验中，当条形磁铁的中点位于x=0时，其速度最大
C. a实验中条形磁铁释放时的高度等于b实验中条形磁铁释放时的高度
D. 穿过线圈的过程中，b实验中有更多的机械能转化为电能
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
13.用如图装置探究感应电流产生的条件时，有下列操作，请按要求完成步骤：
(1)在图中用笔画线代替导线，将实验电路补接完整；
(2)根据完善的电路，闭合S前，滑片P应置于变阻器的______(选填“C”或“D”)端；
(3)闭合S，将螺线管A插入B的过程中，观察到电流计的指针向左偏转；
(4)保持A插入B中静止，减小滑动变阻器接入电路的阻值，电流计的指针将会______(选填“偏转”或“不偏转”)；
(5)断开S的瞬间，电流计的指针将会______(选填“向左”或“向右”)偏转。
14.在吉县苹果上插上一个铜片和一个锌片，这就做成了一个苹果电池，用多用电表的直流电压挡测其开路电压，示数如图甲所示。为精确测量该苹果电池的电动势E和内电阻r，小梁同学设计了图乙的电路进行实验，请按要求完成下列任务：
A.电压表(0～3V)，内阻约3kΩ
B.电压表(0～1V)，内阻约1kΩ
C.电阻箱(999.9Ω)
D.电阻箱(99999Ω)
(1)实验中，所需部分器材如上，电压表应选择的是______(选填“A”或“B”)，电阻箱应选择的是______(选填“C”或“D”)；
(2)正确选择器材后闭合S，多次改变电阻箱的阻值R，记录电阻箱和电压表对应的值，并算出1U和1R的值描到图丙中。某次当R=4000Ω时U=0.551V，将该组数据的1U和1R的值描到图丙中，连同其他已描出的点绘出该电池的1U−1R图线；
(3)由图线可得该苹果电池的电动势E= ______V，内电阻r= ______Ω。(计算结果保留两位有效数字)
四、计算题：本大题共4小题，共36分。
15.如图，在(0≤x≤L)区域内存在匀强磁场，方向垂直于纸面向外。一带电荷量为+q、质量为m的粒子从y轴上P点，以速率v沿x轴的正方向射入磁场，从磁场右边界上某点离开磁场，并经过x轴上的Q(2L,0)点，此时速度方向与x轴正方向的夹角为45°。不计粒子的重力，求粒子穿过磁场右边界时的纵坐标值和磁场磁感应强度的大小。
16.蹄形磁铁的中心区域附近的磁场可看成匀强磁场。为近似测量该区域磁感应强度的大小，如图所示，将蹄形磁铁固定在两平行导轨间，两导轨间距d略大于磁铁宽度，d=10cm，质量m=20g的不锈钢尺ab垂直轨道支架放置。为导轨接上电源，将电流调节为2.00A。已知不锈钢尺与轨道间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
(1)将支架的底板水平放置，判断不锈钢尺ab所受安培力的方向；
(2)缓慢抬高支架底板的左端，发现当底板与水平面成15°角时，钢尺ab开始沿轨道下滑，求磁场磁感应强度的大小。(取g=10m/s2，sin15°=0.26，cs15°=0.97)
17.海浪发电装置的俯视图可简化为图甲所示：圆柱体磁芯N极和外壳S极间形成均匀辐射状的磁场，它们可随着海浪上下浮动；磁芯与外壳的间隙中固定有环面水平的环形线圈，线圈半径为d、匝数为n、总电阻为r。当磁体随海浪上下浮动时，线圈切割磁感线，就会产生感应电动势对外供电。已知线圈所在处磁感应强度的大小恒为B，将线圈与阻值为R的电阻组成闭合回路，则当磁体的速度v随t按图乙的规律变化时，求：

(1)线圈中的最大感应电动势Em；
(2)线圈所受的最大安培力Fm；
(3)0～T4内通过线圈的电荷量。
18.如图，一种质谱仪可简化为由粒子源A、加速电场(匀强电场)、静电分析器和磁分析器组成。其中加速电场电压为U，极板间距d=5cm；静电分析器是圆心为O、半径为R(15cm≤R≤20cm)的14圆弧通道，其中半径为R处各点的电场强度大小ER=200RV/m；磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.0T，PQ为胶片。粒子源逸出(初速度可忽略)的某种粒子，经加速电场加速后，垂直加速极板从R=15cm处进入并沿圆弧虚线通过静电分析器，之后进入磁分析器，最终打在胶片上的M点，测得PM的距离L=40cm。不考虑粒子间的相互作用，求：
(1)带电粒子的比荷；
(2)从粒子源到胶片，粒子运动的时间；
(3)若粒子垂直加速极板从R(15cm≤R≤20cm)间进入静电分析器，通过计算分析粒子打到胶片上的位置范围。
1.【答案】C
2.【答案】D
3.【答案】B
4.【答案】B
5.【答案】A
6.【答案】A
7.【答案】D
8.【答案】C
9.【答案】CD
10.【答案】AC
11.【答案】AC
12.【答案】AD
13.【答案】C 偏转 向右
14.【答案】B D 0.8 1.8×103
15.【答案】解：粒子运动轨迹如图所示

设粒子在磁场中的运动半径为r，粒子穿过磁场右边界时的纵坐标值为y，根据几何关系有
y=(2L−L)tan45°=L
r=Lsin45∘= 2L
洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有
qvB=mv2r
解得磁场磁感应强度的大小为
B= 2mv2qL。
答：粒子穿过磁场右边界时的纵坐标值为L，磁场磁感应强度的大小为 2mv2qL。
16.【答案】解：(1)由左手定则可知，不锈钢尺ab所受安培力的方向水平向左；
(2)钢尺刚好沿轨道下滑时，受力分析如下图：

由平衡可知BId+f=mgsin15°，f=μN，N=mgcs15°，解得B=0.066T。
答：(1)不锈钢尺ab所受安培力向左；
(2)磁感应强度大小为0.066T。
17.【答案】解：(1)由法拉第电磁感应定律，磁体的速度最大时，线圈中的感应电动势最大Em=nB×2πd×v0=2nπBdv0；
(2)线圈中的感应电动势最大时，感应电流最大，
由闭合电路欧姆定律Im=EmR+r=2nπBdv0R+r，
线圈所受的最大安培力Fm=nBIm⋅2πd=nB⋅2nπBdv0R+r⋅2πd=4n2π2B2d2v0R+r；
(3)由v−t图可知，速度均匀变化，0～T4内通过线圈的平均感应电动势E−=Em2=nπBdv0，
0～T4内通过线圈的平均感应电流I−=E−R+r=nπBdv0R+r，
由电流的定义式：I−=qT4，可知0～T4内通过线圈的电荷量q=I−⋅T4=nπBdv0R+r⋅T4=nπBdv0T4(R+r)。
答：(1)线圈中的最大感应电动势为2nπBdv0；
(2)线圈所受的最大安培力为4n2π2B2d2v0R+r；
(3)通过线圈的电荷量为nπBdv0T4(R+r)。
18.【答案】解：(1)粒子进入静电分析器中做匀速圆周运动，有
qER=mv2R
粒子进入磁场中做匀速圆周运动
qvB=mv2r
又
r=L2
联立，解得
v=500m/s,qm=1.25×103C/kg
(2)设粒子在加速电场中加速用时t1，在静电分析器中用时t2，在磁分析器中用时t3，则有
d=12vt1,t2=12πRv,t3=πrv
粒子从粒子源到胶片所用时间为
t=t1+t2+t3=1.9×10−3s
(3)若粒子垂直加速极板从R(15cm≤R≤20cm)间进入静电分析器，总能满足
qER=mv2R
在静电分析器中做匀速圆周运动，当R=15cm时，粒子刚好贴着圆弧通道的内侧做匀速圆周运动，从P点进入磁分析器中。当R=20cm时，粒子刚好贴着圆弧通道的外侧做匀速圆周运动，从磁分析器的边界处进入。粒子进入磁分析器中均做匀速圆周运动，满足
qvB=mv2r
轨迹半径不变，如图所示

实际轨迹在图中两虚线间变化，打到胶片上的位置范围在距离P点
35cm≤R≤40cm
答：(1)带电粒子的比荷为1.25×103C/kg；
(2)从粒子源到胶片，粒子运动的时间为1.9×10−3s；
(3)若粒子垂直加速极板从R(15cm≤R≤20cm)间进入静电分析器，粒子打到胶片上的位置范围是35cm≤R≤40cm。