河南省新乡市2024-2025学年高二上学期12月月考物理试卷（解析版）

这是一份河南省新乡市2024-2025学年高二上学期12月月考物理试卷（解析版），共20页。
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考场号、座位号、准考证号填写在答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
考试时间为75分钟，满分100分
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 交流发电机的线圈匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势随时间变化的图像如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. t = 0时，穿过线圈的磁通量的变化率最大
B. t = 0.005 s时，线圈位于中性面
C. t = 0.005 s时，穿过线圈的磁通量为零
D. 发电机线圈转动的角速度为50 rad/s
【答案】C
【解析】A．t = 0时，由题图可知，此时感应电动势为0，则穿过线圈的磁通量的变化率为0，故A错误；
BC．t = 0.005 s时，由题图可知，此时感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，穿过线圈的磁通量为零，线圈位于与中性面垂直的位置，故B错误，C正确；
D．由题图可知，周期为T = 0.02 s，发电机线圈转动的角速度为
故D错误。
故选C。
2. 如图所示，质量为m、长为l的直导体棒用两绝缘细线悬挂于O、Oʹ，并处于竖直方向的匀强磁场中。当导体棒中通以如图所示的电流I，导体棒保持静止时，悬线与竖直方向的夹角为30°，现通过改变磁感应强度的大小，使悬线与竖直方向的夹角从30°缓慢变为60°。在这一过程中，磁感应强度大小变为原来的（ ）
A. 2倍B. 倍C. 倍D. 3倍
【答案】D
【解析】由三力平衡可知，安培力应水平向右，根据左手定则可知，磁场方向竖直向下，且导体棒平衡时有
所以
即
故选D。
3. 如图，一正方形金属线圈用绝缘细绳悬挂于O点，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中。某段时间内，磁感应强度方向垂直线圈平面向里，大小随时间均匀增大，绳子始终保持绷紧状态。这段时间内，下列说法正确的是（ ）
A. 金属线圈中电流方向为顺时针B. 金属线圈中电流大小逐渐增大
C. 金属线圈受到的安培力大小逐渐增大D. 绳子受到的拉力大小逐渐增大
【答案】C
【解析】A．由于磁感应强度的方向垂直线圈平面向里，大小随时间均匀增大，根据楞次定律可知，金属线圈中电流方向为逆时针方向，故A错误；
B．由法拉第电磁感应定律有
由于磁感应强度的大小随时间均匀增大，则感应电流大小不变，故B错误；
C．根据
感应电流I大小不变，L不变，B增大，可知金属线圈受到安培力将增大，故C正确；
D．根据平衡条件可得
由于安培力F增大，则绳子受到拉力减小，故D错误。
故选C。
4. 真空中有一正三角形ABC，如图所示，M、N分别为AB、AC的中点，在B、C两点分别固定等量异种点电荷，其中B点固定负电荷，C点固定正电荷。则（ ）
A. M点和N点电场强度相同
B. 沿直线从A点到M点，电势逐渐升高
C. 将电子沿直线从M点移动到A点，电场力一直做负功
D. 将电子沿直线从N点移动到A点，电子的电势能逐渐增加
【答案】D
【解析】AB．等量异种电荷的电场分布图如图所示
由电场线分布图可知，M点和N点电场强度大小相等，方向不相同。根据沿电场方向电势降低，可知
沿直线从A点到M点，电势降低。故AB错误；
D．将电子沿直线从N点移动到A点，电势降低，由公式
可知将电子沿直线从N点移动到A点，电势能逐渐增加。故D正确；
C．同理，将电子沿直线从M点移动到A点，电势升高，电势能降低，电场力一直做正功。故C错误。
故选D。
5. 如图所示，直线A为某电源的U − I图线，直线B和C分别为电阻R1和R2的U − I图线。将该电源分别与R1、R2组成闭合电路时，电源的输出功率分别为P1、P2，则下列说法错误的是（ ）
A. 该电源的电动势为6 VB. 该电源的内阻为1 Ω
C. R1和R2的比值为1∶4D. P1与P2的比值为1∶1
【答案】C
【解析】AB．根据
可知U − I图像中直线A的纵轴截距为该电源的电动势，即
直线A斜率的绝对值表示电源内阻，即
故AB正确，不符合题意；
C．根据
可知U − I图像中直线B和C的斜率表示两电阻的阻值，即
，
可得
故C错误，符合题意；
D．U − I图像中直线A与直线B和C的交点坐标表示该电源分别与R1、R2单独组成闭合电路时电源的路端电压和干路电流，则有
，
可得
故D正确，不符合题意。
故选C。
6. 如图所示， 在直角坐标系xOy中有a、b、c、d四点， c点坐标为（-4cm，3cm）。现加上一方向平行于xOy 平面的匀强电场， b、c、d三点电势分别为9V、25V、16V， 将一电荷量为的点电荷从a点沿 abcd移动到d点，下列说法正确的是（ ）
A. 坐标原点O的电势为7V
B. 电场强度的大小为500 V/m
C. 该点电荷在a点的电势能为2×10-4J
D. 该点电荷从a点移动到d点的过程中，电场力做功为8×10-4J
【答案】B
【解析】A．由于该电场是匀强电场，故沿着同一个方向相同距离电势差相等，则有
解得
故A错误；
B．该电场沿轴方向的分场强大小为
沿轴方向分场强大小为
则该电场的电场强度的大小为
故B正确；
C．因，则有
解得
该点电荷在a点的电势能为
故C错误；
D．该点电荷从a点移到d点，电场力做功为
故D错误。
故选B。
7. 如图所示，电阻不计的两光滑金属导轨相距L，放在水平绝缘桌面上，半径为R的圆弧轨道处在竖直平面内且与水平直导轨在最低点相切，水平直导轨处在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，末端与桌面边缘平齐。两金属棒ab、cd垂直于两导轨且与导轨接触良好。棒ab质量为2m、电阻为r，棒cd的质量为m、电阻为r。重力加速度为g。开始时棒cd静止在水平直导轨上，棒ab从圆弧顶端无初速度释放，进入水平直导轨后与棒cd始终没有接触并一直向右运动，最后两棒都离开导轨落到地面上。棒ab与棒cd落地点到桌面边缘的水平距离之比为3∶1。则（ ）
A. 棒ab离开导轨时的速度大小为
B. 棒cd离开导轨时的速度大小为
C. 棒cd在水平导轨上的最大加速度大小为
D. 两棒在导轨上运动过程中产生的焦耳热为
【答案】D
【解析】AB．设ab棒进入水平导轨的速度为v0，由动能定理得
设ab棒离开导轨时的速度为v1，cd棒离开导轨时的速度为v2，由动量守恒定律得
两棒离开导轨做平抛运动，根据平抛运动的规律可知，二者平抛运动的时间相等，且
联立以上各式解得
，
故AB错误；
C．ab棒刚进入水平导轨时，cd棒受到的安培力最大，此时加速度最大，则
故C错误；
D．根据能量守恒定律，两棒在导轨上运动过程产生的焦耳热
故D正确。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 目前困扰5G发展的大难题之一是供电，5G基站系统功耗大，信号覆盖半径小。如图所示，电压为100kV的主供电线路为某5G基站供电，基站用电器总功率为4kW，线路电阻为40Ω，线路损耗功率占总功率的20%（变压器均视为理想变压器），则（ ）
A. 输电线路中电流为5A
B. 输电线路中的电流为2500A
C. 高压变压器原、副线圈的匝数比为
D. 高压变压器原、副线圈的匝数比为
【答案】AD
【解析】AB．由题意可知，总功率为
线路损耗功率为
根据
解得
故A正确；B错误；
CD．高压变压器副线圈两端的电压为
由
解得
故C错误；D正确。
故选AD。
9. 如图所示，电表均为理想电表，电源内阻的大小为r，两灯泡的电阻均为2r。闭合开关，此时，两灯泡正常发光，滑动变阻器的阻值为5r。将滑动变阻器滑片向下滑动，电压表示数变化量的绝对值分别为、，电流表A示数变化量的绝对值为，则（ ）
A. 电流表的示数增大，两灯泡都变亮
B. 电压表的示数减小，
C. 电源的效率增大，电源的总功率减小
D. 滑动变阻器的功率可能先变大后变小
【答案】BC
【解析】A．将滑片向下滑动，电路中的总电阻增大，根据
可知电路总电流减小，电流表的示数减小，通过两串联灯泡的电流减小，两灯泡逐渐变暗。故A错误；
B．由电路可知，电压表V2测量的是路端电压，电压表V1测量的是灯泡L1两端的电压，则有
，
因总电流减小，所以电压表V2的示数增大，V1的示数减小。可得
，
联立，解得
故B正确；
C．根据
可知随着总电流的减小，电源总功率减小。根据
可知随着路端电压增大，电源的效率增大。故C正确；
D．把两个灯泡等效为内电路，则有
由于
将滑动变阻器滑片向下滑动，滑动变阻器的功率变大。故D错误。
故选BC。
10. 科学技术是第一生产力，现代科技发展与物理学息息相关，下列关于磁场与现代科技的说法正确的是（ ）
A. 图甲是磁流体发电机的结构示意图，由图可以判断出 A 板是发电机的正极，若只增大磁感应强度，则可以增大电路中的电流
B. 图乙是霍尔效应板的结构示意图，若导体中的载流子为电子，则稳定时一定有
C. 图丙是电磁流量计的示意图，在B、d一定时，流量Q反比于
D. 图丁是回旋加速器的示意图，若只增大加速电压U，则可使粒子获得的最大动能增大
【答案】B
【解析】A．图甲是磁流体发电机的结构示意图，结合左右定则，可以判断出A板是发电机的负极，极板电压与磁场强度与等离子体速度有关，稳定时，等离子体所受洛伦兹力与电场力平衡
若只增大磁感应强度，等离子体速度与极板间距不变，则可以增大电路中的电流，故A错误；
B．图乙是霍尔效应板的结构示意图，若导体中的载流子为电子，根据左手定则判断，电子向N侧偏转，则稳定时一定有N侧电势小于M侧电势，故B正确；
C．图丙是电磁流量计的示意图，稳定时，带电液体受到的洛伦兹力与电场力平衡
在B、d一定时，流量Q正比于，故C错误；
D．图丁是回旋加速器的示意图，粒子获得的最大动能与磁场B和D形盒的半径有关，洛伦兹力提供向心力
与加速电压无关，故D错误。
三、非选择题：本题共5小题，共54分。
11. 某同学用电流传感器做“观察电容器的充放电”实验，按图甲所示连接电路。
（1）将开关S与1端相连，稳定后电容器的上极板带______（选填“正”或“负”）电；把开关S掷向2端，通过电流传感器的电流方向为______（选填“由A到B”或“由B到A”）。
（2）开关S掷向2后，电流传感器采集到电流随时间变化的图像如图乙所示。根据图像可估算出电容器存储的电荷量为______C（结果保留两位有效数字）。
（3）在电容器放电实验中，接不同的电阻，放电快慢不同。图丙a、b两条放电电流的图像中，对应电阻较大的一条是______（选填“a”或“b”）。
【答案】（1）正 由B到A （2） （3）b
【解析】（1）[1]将开关S与1端相连，电容器的上极板与电源的正极连接，稳定后电容器的上极板带正电。
[2]把开关S掷向2端，电容器通过电阻放电，负电荷由A向B运动形成电流，所以通过电流传感器的电流方向为由B到A。
（2）电容器储存电荷量
（3）当电阻越大，则电容器开始时的最大放电电流越小，放电用的时间越长，则电阻最大的对应于图像b。
12. 某同学测一段粗细均匀的金属丝ab的电阻率，选用的器材有：
电源（电动势，内阻很小）
电流表（量程0~0.6A，内阻很小）
定值电阻（）
开关S、导线、金属夹、多用电表、螺旋测微器
（1）用螺旋测微器测定金属丝的直径，如图甲所示，直径______mm。
（2）用多用电表“×10”档粗测金属丝的电阻，指针如图乙中虚线所示，则应改用______（选填“×1”或“×100”）档，重新欧姆调零后再次测量，指针如图乙中实线所示，则测得金属丝的电阻______。
（3）按图丙连接实物。闭合开关S后，将金属夹从金属丝的左端a处逐渐向右滑动，依次记下金属夹到右端b处的距离x和电流表的示数I。用测出的多组数据作出图像，若图像为直线，其斜率为k，不考虑温度的变化，则金属丝的电阻率______（用k、d、E、R及相关常数表示）。
（4）若考虑电流表内阻的影响，则金属丝电阻率的测量值与实际值相比______（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【答案】（1）0.397##0.398##0.399 （2）×1 10 （3） （4）偏小
【解析】（1）用螺旋测微器测定金属丝的直径，如图甲所示，直径
（2）[1][2]用多用表“10”挡测量金属丝的电阻，指针如图乙中虚线所示，可知待测电阻阻值较小，则应改用“1”挡，重新欧姆调零后，测量金属丝ab两端的电阻，指针如图乙中实线所示，则金属丝的电阻
（3）金属丝对应的电阻为
由闭合电路欧姆定律
可得
联立，可得
若图像为直线，其斜率为k
则有
解得
（4）若考虑电流表内阻的影响，则在相同x时实际总电流偏小，的实际值偏大，图像中直线的斜率偏大，金属丝电阻率的测量值与实际值相比偏小。
13. 如图所示是小型交流发电机的示意图，线圈绕垂直于匀强磁场方向的水平轴沿逆时针方向匀速转动，角速度为，匀强磁场磁感应强度大小为B，线圈匝数为N，面积为S，总电阻为r，外接电阻为R，V为理想交流电压表。在时刻，穿过线圈的磁通量为零。
（1）写出发电机产生的电动势瞬时值表达式并求交流电压表的示数；
（2）从时刻开始线圈转过的过程中，求通过电阻R的电荷量；
（3）求电阻R上的热功率。
【答案】（1）， （2） （3）
【解析】（1）交流发电机产生电动势随时间的变化关系是
交流电压表显示的是路端电压有效值，故示数为
（2）从时刻转过30°的过程中，有
联立可得通过电阻的电荷量为
（3）电阻R上的热功率为
14. 如图所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，导轨与水平面夹角，间距，在导轨之间接有阻值的定值电阻，质量、电阻的金属杆ab由跨过光滑定滑轮的轻绳与质量的重物P相连，磁感应强度大小为的匀强磁场与导轨平面垂直。开始时金属杆ab置于导轨下端紧靠电阻R处，将重物P和金属杆ab由静止释放，金属杆ab运动到Q点（图中未画出）过程中，通过电阻R的电荷量，此时重物P已经开始匀速下降，运动过程中金属杆ab始终与导轨垂直且接触良好，导轨足够长，一切摩擦不计，重力加速度g取，求：
（1）重物P匀速下降的速度v；
（2）金属杆ab从释放到运动到Q点的过程中，定值电阻R中产生的焦耳热；
（3）若金属杆到达Q点后，磁感应强度开始发生变化（此时为时刻），致使回路中电流为零。试写出磁感应强度B随时间t变化关系式。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）重物匀速下降时，设细线对金属杆的拉力大小为T，金属杆中电流为I，由平衡条件得
根据闭合电路欧姆定律，得
根据法拉第电磁感应定律，得
对重物P，由平衡条件得
解得
（2）设金属棒运动到Q点的过程中，运动时间为，平均电流为，向上运动位移为L，则
而
联立，解得
设电路中产生的总热量为Q，由能量守恒定律得
由串联电路的规律可知，电阻R中产生的热量
联立，解得
（3）金属杆向上做匀加速运动，对杆与重物整体，根据牛顿第二定律有
依题意
解得
金属杆中产生感应电流时，说明穿过回路的磁通量始终不变，则有
物体运动的位移
则磁感应强度B随时间t变化的关系为
15. 如图所示的平行板电容器中，存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里，电场强度大小为E，PQ为板间中线。紧靠平行板右侧边缘的xOy坐标系的第一象限内，边界AO与y轴的夹角，边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，边界线的下方有竖直向上的匀强电场，电场强度大小为5E。一带电荷量为q、质量为m的正离子从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为（0，）的Q点垂直y轴射入磁场区，多次穿越边界线OA。不计离子重力，求：
（1）离子在平行板间运动的速度大小；
（2）离子从经过Q点到第二次穿越边界线OA所用的时间；
（3）离子第四次穿越边界线OA时的速度大小。
【答案】（1） （2） （3）
【解析】（1）粒子在相互垂直的匀强磁场和匀强电场区域内沿着PQ做直线运动，则可知粒子在该区域内所受电场力与洛伦兹力大小相等方向相反，粒子处于平衡状态，沿着PQ做匀速直线运动，则根据平衡条件有
解得
（2）粒子进入第一象限磁场区后在洛伦兹力的作用下做圆周运动，设其做圆周运动的轨迹半径为r，则根据洛伦兹力充当向心力有
可得
做出粒子在磁场中运动的轨迹如图所示
粒子在磁场中做圆周运动的周期
可知粒子从Q点到第一次穿越OA所用的时间
粒子穿越OA后进入电场做匀减速直线运动直至速度减为零，然后反向加速，以第一次穿过OA的速度大小反向穿过OA，设粒子在电场中运动的时间为，则根据速度时间关系可得
解得
如此可知，离子从通过y轴进入磁场到第二次穿越边界线OA所用的时间
（3）根据粒子的运动轨迹图像分析可知，粒子第二次穿越OA后在磁场中做圆周运动到第三次穿越OA所用时间等于，第三次穿越OA后在电场中做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做匀加速直线运动，其位移的偏向角等于45°，则有
解得
则第四次穿过OA时竖直方向的分速度
由此可得离子第四次穿越边界线OA时的速度