黑龙江省哈尔滨市第三中学校2024-2025学年高二上学期期末考试 物理试卷（解析版）

这是一份黑龙江省哈尔滨市第三中学校2024-2025学年高二上学期期末考试 物理试卷（解析版），共19页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题（共7小题，每题4分，共28分）
1. 关于课本中出现的几幅图片，下列依次的解释正确的是（ ）

A. 真空冶炼炉利用线圈产生热量使金属熔化
B. 使用电磁炉加热食物可以用陶瓷锅
C. 用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯可以减小变压器铁芯中的涡流
D. 探雷器使用必须不断的移动，当探雷器静止在地雷上方时，将无法报警
【答案】C
【解析】
【详解】A．真空冶炼炉利用涡流通过金属产生的热量使金属熔化,，故A错误；
B．使用电磁炉加热食物时，陶瓷锅内没有自由电子，不能产生涡流，所以不可以，故B错误；
C．用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，可以减小变压器铁芯中的涡流，故C正确；
D．探雷器的探头可以辐射电磁场，当探头靠近有金属部件的地雷时，会产生涡流，从而引发报警，故D错误。
故选C。
2. 如图所示，为一点电荷的电场，其中实线箭头表示电场线，三条虚直线等间距，，那么以下说法成立的是（ ）
A. 该场源电荷为正电荷
B. 电势
C.
D. 沿着电场线的方向，电场强度逐渐减小
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据点电荷电场线的分布特征可知，该场源电荷为负点电荷，故A错误；
B．点电荷等势线是以点电荷为圆心的一簇同心圆，由于沿电场线电势降低，可知，电势
故B正确；
C．根据
由于ED之间的电场强度均小于DB之间的电场强度，可知
故C错误；
D．图中沿着电场线的方向，电场线分布逐渐变密集，则电场强度逐渐增大，故D错误。
故选B。
3. 如图所示，质量为m带电小物块从半径为R的固定绝缘光滑半圆槽顶点A由静止滑下，整个装置处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中。已知物块所带的电荷量保持不变，物块运动过程中始终没有与圆槽分离，物块第一次经过圆槽最低点时对圆槽的压力与自身受到的重力大小相等，重力加速度大小为g，则物块第二次经过圆槽最低点时对圆槽的压力为（ ）
A. 3mgB. 4mgC. 5mgD. 6mg
【答案】C
【解析】
【详解】物块运动过程中只有重力做功，根据机械能守恒定律可知物块到达圆槽最低点时速度最大且不变，由
解得
物块第一次经过圆槽最低点时对圆槽的压力与自身受到的重力大小相等，此时物块受到向上的洛伦兹力
物块第二次经过圆槽最低点时，物块在半圆槽内做往复运动，此时物块受到向下的洛伦兹力
联立解得
故选C。
4. 如图所示，一直流电动机与阻值的电阻、理想电流表串联接在电源上，电源的电动势，内阻，闭合开关S，电流表的示数为，电动机正常工作，已知电动机线圈的电阻，下列说法正确的是（ ）
A. 电动机正常工作时消耗的功率为B. 电动机正常工作时的电压为
C. 电源的效率约为88.9%D. 电动机的输出功率为
【答案】A
【解析】
【详解】ABD．电动机两端的电压为
电动机正常工作时消耗的功率为
电动机的输出功率为
故A正确，BD错误；
C．路端电压为
所以，电源的效率为
故C错误。
故选A。
5. 如图为一交变电流的图像，图中曲线是正弦曲线的一部分，两正弦曲线的峰值分别为和，该交变电流电动势的有效值为（ ）
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】根据交流电的有效值的定义可知
解得
即交变电流电动势的有效值为，故选D。
6. 如图，水平光滑桌面（纸面）上两根长直导线M、N相互垂直固定放置，两者彼此绝缘，M通有向上的电流，N通有向右的电流，桌面上4个圆形金属线框a、b、c、d分别放在两导线交叉所形成的编号为1、2、3、4的区域内，每个线框距两导线的距离均相同。当两导线中的电流都由i然增大到2i时（ ）
A. a向左下方运动B. b向右下方运动
C. c向左下方运动D. d向右下方运动
【答案】D
【解析】
【详解】AC．由右手螺旋定则可知，导线M和N在线框a处的磁感线方向相反，又距导线的距离相同，所以线框a的磁通量为0。同理，线框c处的磁通量也为0。当电流都增大时，两个方向的磁感线都变多，但磁通量不变还是0，所以线框a、c静止不动。故AC错误；
B．由右手螺旋定则可知，导线M和N在线框b处的磁感线方向都向外，当两导线电流增大时，线框b的磁通量增加，由楞次定律可知，线框b将远离两导线，向左上方运动。故B错误；
D．由右手螺旋定则可知，导线M和N在线框d处的磁感线方向都向里，当两导线电流增大时，线框d的磁通量增加，由楞次定律可知，线框d将远离两导线，向右下方运动。故D正确。
故选D。
7. 如图所示的正六边形是一个绝缘筒的截面，筒内无磁场，在每边中点处开有一小孔。现有质量为，电荷量为的粒子（不计重力），从其中一个小孔以垂直边长方向、适当大小的速度，射入外部磁感应强度为的足够大匀强磁场，恰好能垂直小孔进入筒内。磁场方向垂直截面，粒子恰好不与筒相碰，并以相同速度回到起点，那么该粒子从出发到第一次回到出发点所用时间是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】粒子运动一周的轨迹如图所示
设六边形边长为，粒子初速度大小为，由几何关系知，粒子每次在磁场中运动的轨迹半径为
圆心角大小为
由洛伦兹力提供向心力有
带电粒子每次在磁场中的时间为
得
每次在圆筒匀速直线运动的距离为，得每次在圆筒内运动的时间为
因此回到出发点所用时间
A正确。
故选A。
二、多选题（共3小题，每题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项正确。全部选对得6分，选不全得3分，有选错或不答不得分）
8. 如图所示，A、B是两个完全相同的白炽灯，L是自感系数很大、电阻可忽略不计的自感线圈。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关S瞬间，A、B灯同时亮
B. 闭合开关S瞬间，B灯比A灯先亮，最后一样亮
C. 断开开关S瞬间，B灯闪亮一下再熄灭
D. 断开开关S瞬间，B灯延迟熄灭
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．闭合开关S瞬间，B灯瞬间变亮，而A灯由于与线圈串联，逐渐变亮，达到稳定后，两灯一样亮，故A错误，B正确；
CD．断开开关S的瞬间，线圈与两灯一起构成一个新的自感回路，通过线圈的电流将要逐渐减小，由于自感作用，两灯同时缓慢熄灭。由于线圈的电阻可以忽略，断开开关前两灯电流大小相同，B灯一定不会闪亮再熄灭，而是延迟熄灭，故C错误，D正确。
故选BD。
9. 如图，理想变压器原、副线圈匝数比为，b连接原线圈中心位置，电压表和电流表均为理想电表，原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值为，则（ ）
A. 单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为11V
B. 单刀双掷开关与a连接，时，电压表的示数为15.6V
C. 单刀双掷开关由a扳向b，电压表和电流表的示数均变大
D. 单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小
【答案】AC
【解析】
【详解】A．根据
可知原线圈中的最大电压值为
可得有效电压值为
当单刀双掷开关与a连接时，原副线圈的匝数比为20:1，根据
所以副线圈中电压表的示数为
即电压表的示数为11V，故A正确；
B．单刀双掷开关与a连接，无论在什么时间，电压表的示数一直为交变电压的有效值，故仍为11V，故B错误；
C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈的匝数减小，根据
可知副线圈的电压增大，即电压表的示数增大，根据
电流表示数变大，故C正确。
D．开关与a连接，在滑片P触头向上移动的过程中，原副线圈的匝数比不发生变化，所以电压表的示数不变化，接入电路中滑动变阻器的阻值变大，电流表示数变小，故D错误。
故选AC。
10. 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，每一条形磁场区域宽度及相邻条形磁场区域间距均为。现有一个边长、质量，电阻的单匝正方形线框，以的初速度从左侧磁场边缘水平进入磁场，重力加速度，，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
B. 线框进入第一个磁场区域过程中，通过线框的电荷量为0.5C
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
【答案】AC
【解析】
【详解】A．根据题意有
，，
联立解得线框刚进入第一个磁场区域时受到的安培力为
根据牛顿第二定律有
则线框的加速度大小为
故A正确；
B．根据题意有
，，
解得通过线框的电荷量为
线框进入第一个磁场区域过程中，通过线框的电荷量为0.25C，故B错误；
C．线框所受安培力方向水平向左，线框水平方向做减速运动，竖直方向做自由落体运动，可知，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
故C正确；
D．线框水平方向上的运动，在后一个磁场中可以看为前一个磁场中运动的一个延续部分，水平方向上，线框在磁场中的运动，根据动量定理有
感应电流
由于
联立可得
可得
线框穿过1个完整磁场区域，有安培力作用的水平距离为2d，则有
则线框从开始进入磁场到竖直下落过程中能穿过6个完整磁场区域，故D错误。
故选AC。
三、实验题（共18分）
11. 现有一合金制成的圆柱体，为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度。
（1）螺旋测微器和游标卡尺的示数如图甲和乙所示，由图读得圆柱体的直径为________mm，长度为________mm。
（2）该圆柱体的电阻约为5 Ω，为了更准确测定其电阻率，实验室中有以下供选择的器材：
A．电池组（3 V，内阻为1 Ω）
B．电流表A1（0 − 0.6 A，内阻0.125 Ω）
C．电流表A2（0 − 3 A，内阻0.0125 Ω）
D．电压表V1（0 − 3 V，内阻4 kΩ）
E．电压表V2（0 − 15 V，内阻15 kΩ）
F．滑动变阻器R1（0 − 20 Ω，允许最大电流1 A）
G．滑动变阻器R2（0 − 2000 Ω，允许最大电流1 A）
H．开关，导线若干
要求电表调节范围尽可能大一点，尽可能减小误差，操作方便，应选择的器材为（只需填器材前面的字母即可）：电流表________，电压表________，滑动变阻器________。
（3）若流经圆柱体的电流为I，圆柱体两端的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用D、L表示，则用D、L、I、U表示的电阻率的关系式为ρ = ________。
【答案】（1） ①. 0.951 mm##0.952 mm##0.953 mm ②. 12.60 mm
（2） ①. B ②. D ③. F
（3）
【解析】
【小问1详解】
[1]根据螺旋测微器读数规则，可得图甲所示圆柱体直径为
[2]根据游标卡尺读数规则可得，图乙中所示长度为
小问2详解】
[1][2][3]该合金导体电阻约为5 Ω，电池组电压为3 V，则电压表应选择D；流经该电阻的最大电流为
故电流表应选择B；为了方便调节和读数，滑动变阻器应选择接近待测电阻阻值的F。
【小问3详解】
根据欧姆定律可得待测电阻
结合电阻定律
其中
联立可得
12. 为测量某电源的电动势E（约为3V）和内阻r（约为），小南同学设计了如图甲、乙所示实验电路图。已知电流表的内阻，电压表的内阻约为，滑动变阻器最大电阻为、额定电流为1A，定值电阻。请回答下列问题：

（1）闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应移至最左端；
（2）闭合开关S后，移动滑片P改变变阻器的接入阻值，分别记录甲和乙几组电压表示数U和对应的电流表示数I，将实验记录的数据在坐标系内描点作出图像，如图丙所示；
（3）用图乙的电路进行实验，得到的图像为图丙中________（选填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；
（4）从减少系统误差角度考虑，该实验宜选用图________（选填“甲”或“乙”）实验电路；用该图测得的电源的内阻________（选用、、、、、表示）。
【答案】 ①. Ⅱ ②. 甲 ③.
【解析】
【详解】[1]对题图甲，根据闭合电路欧姆定律可得
可知，当I是零时，对应
对题图乙，根据闭合电路欧姆定律可得
可知，当I是零时
则可知标记为Ⅰ的图线是采用实验电路甲测量得到的，标记为Ⅱ的图线是采用实验电路图乙测量得到的。
[2][3]由于电流表的内阻已知，则宜选图甲实验电路，采用图甲实验电路测量得到的图丙中图线Ⅰ的斜率的绝对值为
另外，根据图甲电路对应的U与I的关系
可知
联立得
四、解答题（共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不给分。有数学计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）
13. 如图所示，电阻不计的金属框宽度，固定在倾角的斜面上，下端接一电动势，内阻的电源。金属框所在的区域加一磁感应强度大小的匀强磁场，磁场方向垂直斜面向下。现把一根质量的金属杆ab垂直放在导轨上，ab接入电路的有效电阻，当开关闭合后ab处于静止状态。取重力加速度，，，求：
（1）金属杆ab受到的安培力大小；
（2）金属杆ab给导轨的摩擦力。
【答案】（1）8N （2）4N，方向沿斜面向下
【解析】
【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律
根据安培力大小公式，有
（2）对金属杆ab受力分析如图所示
根据沿斜面方向受力平衡有
解得
根据牛顿第三定律，金属杆ab给导轨的摩擦力大小为4N，方向沿斜面向下。
14. xOy平面（纸面）如图所示，虚线I、Ⅱ均平行于y轴，与x轴的交点分别为、，y轴与Ⅰ之间存在沿y轴负方向的匀强电场，I、Ⅱ之间存在垂直纸面向里的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子由y轴上的点P沿x轴正方向以大小为的初速度射入电场区域，粒子经虚线Ⅰ上的A点沿与x轴正方向成角斜向下射入磁场区域，粒子经虚线Ⅱ上的Q点（未标出）与x轴正方向成角斜向上射出磁场。不计粒子重力。求：
（1）电场强度的大小E；
（2）磁感应强度的大小B。
【答案】（1）
（2）
【解析】
【小问1详解】
由题意可知粒子从P到A过程做类平抛运动，设粒子在A点沿y轴负方向的分速度为，则
由牛顿第二定律可知
粒子由P至A所用时间
由
可知
【小问2详解】
粒子在A点的速度
由几何关系得
解得
粒子在磁场中运动时洛伦兹力提供向心力，有
解得
15. 如图所示，足够长的两平行光滑金属导轨固定在水平面上，导轨间距，导轨水平部分的矩形区域abcd有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小，导轨水平部分的左侧和倾斜部分由光滑圆弧连接，倾斜部分连接阻值的电阻，右侧和一光滑圆弧轨道平滑连接，圆弧轨道半径，圆心角。质量为的金属棒P从离水平面高度处静止释放，经过滑上水平轨道，P穿过磁场区域后，与另一根质量为的静置在导轨上的绝缘棒Q发生弹性碰撞，碰后Q恰好能上升到处，金属棒P接入电路部分阻值，重力加速度，感应电流产生的磁场及导轨的电阻忽略不计，金属棒P运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。求：
（1）P刚进入磁场时受到安培力F的大小；
（2）矩形磁场沿导轨方向的长度；
（3）若将Q移至距cd左侧2m的位置，其他条件不变，P从某恰当高度释放，与Q碰撞后瞬间P速度水平向右、大小为，Q恰好上升至距水平高度为0.2m处，Q返回后的碰撞均视为弹性碰撞，且此后每次碰撞前P已停止运动，当P和Q都停止运动时，导体棒P距离cd的距离。
【答案】（1）1.2N
（2）6m （3）3m
【解析】
【小问1详解】
根据动能定理有
解得
根据法拉第电磁感应定律有
根据欧姆定律有
P刚进入磁场时受到安培力为
小问2详解】
设Q在处的速度为，则有
根据动能定理得
解得
碰撞过程，根据动量守恒和机械能守恒可得
解得
，
对于P第一次通过磁场，根据动量定理得
又有
联立解得
【小问3详解】
与Q碰撞后瞬间P速度水平向右、大小为，设P在磁场中停止运动，根据动量定理得
解得
可知P恰好停在cd处；Q恰好上升至距水平高度为0.2m处，Q返回后的速度为v，有
可得
设第一次碰撞后Q的速度为，P的速度为，则有
，
解得
，
设第二次碰撞后Q的速度为，P的速度为，则有
，
n次碰后Q为，P为，则有
，
对P从第一次碰后到第一次停止的过程，位移为，由动量定理得
且
解得
同理可得
则
可得
总位移为
当时，可得