黑龙江省哈尔滨市尚志中学、五常中学、阿城中学、宾县中学、双城中学多校联考2024-2025学年高二（上）期末物理试卷

这是一份黑龙江省哈尔滨市尚志中学、五常中学、阿城中学、宾县中学、双城中学多校联考2024-2025学年高二（上）期末物理试卷，共13页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
1.下列关于电荷及电场强度的说法正确是( )
A. 电荷量很小的电荷就是元电荷
B. 匀强电场中电场强度处处相同，任何电荷在其中受力都相同
C. 相互作用的两个电荷，不论它们的电荷量是否相等，它们之间相互作用的库仑力大小一定相等
D. 电场中某点的电场强度方向即为试探电荷在该点的受力方向
2.如图，匀强磁场的磁感应强度B=0.6T，矩形线圈abcd的面积S=0.4m2，B与S垂直，线圈一半在磁场中，则当线圈从图示位置绕ad边逆时针转过60°时，下列说法正确的是( )
A. 穿过线圈的磁通量为0.2Wb
B. 此过程中磁通量的改变量为0.24Wb
C. 线圈再绕ad边转过30°时，绕圈平面与磁感线垂直
D. 线圈再绕ad边转过30°时，穿过线圈的磁通量为0Wb
3.通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1s。电阻两端电压的有效值为( )
A. 12V
B. 4 10V
C. 15V
D. 8 5V
4.串联电路在生活中的应用非常广泛，汽车中的各个电器设备，如车灯、音响、空调等，都是通过串联电路连接到车辆的电源上的。如图甲所示的纯电阻电路模型中，两个定值电阻R1、R2串联接在输出电压U=24V的恒压电源上，图乙是定值电阻R1、R2的U-I图线，则下列分析正确的是( )
A. R2的阻值为1kΩ
B. R1两端电压U1为4V
C. R2两端的电功率为1.6W
D. 若用另一阻值为5kΩ的定值电阻R3并联在R1两端，则R2两端电压为19.2V
5.如图甲、乙所示的电路中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，且小于灯A的电阻，接通S，使电路达到稳定，灯泡A发光，则( )
A. 在电路甲中，断开S后，A将立即熄灭
B. 在电路乙中，断开S后，A将逐渐变暗
C. 在电路乙中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
D. 在电路甲中，断开S后，A将先变得更亮，然后逐渐变暗
6.电容器是现代电子产品不可或缺的重要组成部分，近年来，我国无线充专用MICC研发获得重大突破，NPO电容实现国产，NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。如图所示为质子加速器的模型，真空中的平行金属板A、B间的电压为2U，金属板C、D间的电压为3U，平行金属板C、D之间的距离为d、金属板长也为d。质子源发射质量为m、电荷量为q的质子，质子从A板上的小孔进入(不计初速度)平行板A、B的电场，经加速后从B板上的小孔穿出，匀速运动一段距离后以平行于金属板C、D方向的初速度v0(大小未知)进入板间，若CD之间不加偏转电压，质子直接打在竖直平板上的O点。加偏转电压后，质子射出平行金属板C、D并恰好击中距离平行金属板右端d2处竖直平板上的M点。平行金属板A、B和C、D之间的电场均可视为匀强电场，质子的重力和质子间的相互作用力均可忽略，则下列分析正确的是( )
A. 质子从B板上的小孔穿出时的速度v0大小为 2qUm
B. 质子射出金属板C、D间时速度的偏转角的正切值tanθ为 33
C. 质子垂直于金属板D方向的位移y的大小为34d
D. OM之间的距离大小为34d
7.如图所示，在竖直平面内的虚线右侧有垂直于纸面向外的匀强磁场，一个等腰直角三角形金属线框(重力不计)在水平向右的拉力作用下匀速进入磁场区域，已知三角形平面始终与磁场方向垂直，三角形一直角边与磁场左边界垂直。则关于回路中的电流I、水平拉力F随时间t变化的图像中正确的是( )
A. B.
C. D.
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示的直流电路中，电压表V1和电压表V2是由完全相同的灵敏电流计改装而成，已知V1、V2的最大测量值分别为15V、3V，改装后电压表V1的总电阻为RV1，若R1=R2=RV1，开关闭合。则下列说法正确的是( )
A. 两电表的示数始终相等
B. 两电表的内阻之比为5：1
C. 定值电阻R1两端的电压与V1表示数的比值为16：3
D. 定值电阻R1两端的电功率与R2两端的电功率的比值为121：25
9.如图所示，一固定光滑绝缘半圆弧槽C处于竖直向下的匀强磁场B中，槽内放有质量不变、电流方向垂直纸面向外的通电导体棒静止于A位置，已知D位置为圆弧槽最低点.现使导体棒的电流缓慢增加时，下列说法正确的是( )
A. 导体棒受的安培力方向缓慢改变
B. 导体棒将向圆弧槽最低点D移动
C. 导体棒对圆弧槽的压力增加
D. 导体棒所受的安培力与圆弧槽对导体棒的支持力的合力不变
10.如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子以不同初速度(不计重力)被加速电场加速后，进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是( )
A. 速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
B. 进入B0磁场的粒子，在该磁场中运动时间均相等
C. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于EB
D. 粒子打在胶片上的位置越远离狭缝P，粒子的比荷越小
三、填空题：本大题共2小题，共6分。
11.一个面积S=4×10-2m2、匝数n=100匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直线圈面，磁感应强度的大小随时间变化的规律如图所示，由图可知，在开始2s内穿过线圈的磁通量的变化量等于______Wb，在开始2s内穿过线圈的磁通量的变化率等于______Wb/s，在开始2s内线圈中产生的感应电动势等于______V。
12.如图所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，ab=cd=50cm，bc=ad=30cm，匝数n=100匝，线圈电阻r=1Ω，外电阻R=4Ω。线圈在磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动，角速度ω=10rad/s，则产生感应电动势的最大值为______V，从图示位置起，转过90°过程中，通过线圈截面的电荷量为______C。
四、实验题：本大题共1小题，共10分。
13.某同学要测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率，步骤如下：

(1)用游标为20分度的游标卡尺测量圆柱体长度如图甲所示，可知其长度为L= ______cm。
(2)用螺旋测微器测量圆柱体的直径如图乙所示，可知其直径为d= ______mm。
(3)请帮助该同学将本次实验的电路图画在方框中。
(4)将圆柱体接入设计好的电路中，电流表、电压表的示数分别如图丙、丁所示，已知电流表的量程为0-0.6A，电压表的量程为0-3V，则电流表的示数为______A，电压表的示数为______V。
(5)根据以上步骤：若圆柱体的有效长度为L，直径为d，两端的电压为U，通过它的电流为I，可以得到圆柱体的电阻率ρ= ______(用题中所给的物理量符号表示)。
五、计算题：本大题共3小题，共38分。
14.如图所示为远距离输电示意图，其中变压器为理想变压器，水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V。通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制为5kW(即用户得到的功率为95kW)。
(1)求输电线上的电流I2；
(2)求降压变压器的原副线圈匝数比。
15.如图，水平平行光滑金属导轨宽为L，导体棒PQ从图中位置开始以速度v沿导轨水平向右匀速通过一正方形abcd磁场区域。ac垂直于导轨且平行于导体棒，ac左侧的磁感应强度为B，ac右侧的磁感应强度为2B且方向相反，定值电阻阻值为R，导轨和金属棒的电阻均不计。求：
(1)当t=7L8v时，流过电阻R瞬时电流的大小及方向；
(2)导体棒从b运动到d过程中电路平均电动势的大小。
16.如图所示，绝缘光滑轨道ABCD竖直放在与水平方向成θ=45°的匀强电场中，其中BCD部分是半径为R=2m的半圆环，轨道的水平部分与半圆平滑相切，现把一质量为m=0.5kg、电荷量为q=1C的小球(大小忽略不计)，放在水平面上A点由静止开始释放，小球能沿ABCD轨道通过半圆轨道最高点D，且落地时恰好落在B点，重力加速度g=10N/kg。求：
(1)电场强度E的大小；
(2)小球过D点时的速度大小；
(3)轨道起点A距B点的距离L的大小。
答案和解析
1.C
【解析】A、实验发现的最小电荷量，即电子所带的电荷量叫做元电荷，故A错误；
B、电场强度处处相同的电场叫匀强电场，根据F=qE可知，带电荷量不同的电荷所受的电场力并不相同，故B错误；
C、两个点电荷之间的库仑力是一对相互作用力，则不论它们的电荷量是否相等，它们之间相互作用的库仑力大小一定相等的，故C正确；
D、电场中某点的电场强度方向与正试探电荷在该点的受力方向相同，与负试探电荷在该点的受力方向相反，故D错误。
故选：C。
2.D
【解析】A.当线圈从图示位置绕ad边逆时针转过60°时，穿过线圈的磁通量为Φ=BScs60°=0.6×0.2×12Wb=0.12Wb，故A错误；
B.当线圈处于图示位置时，线圈一半在磁场中，穿过线圈的磁通量为Φ0=B⋅S2=0.6×0.42Wb=0.12Wb，所以线圈转过60°时磁通量的改变量为ΔΦ=Φ-Φ0=0，故B错误；
CD.线圈再绕ad边转过30°时，线圈平面与磁感线平行，则穿过线圈的磁通量为0，故C错误，D正确；
故选：D。
3.B
【解析】由有效值的定义可得：I12Rt1+I22Rt2=U2RT，
代入数据得：(0.1)2R×0.8+(0.2)2×R×0.2=U2R×1，
解得：U=4 10 V，故B正确，ACD错误。
故选：B。
4.D
【解析】A.由 U-I 图可知R1=204×10-3Ω=5000Ω=5kΩ，R2=404×10-3Ω=10000Ω=10kΩ，故A错误；
B.两电阻串联，电流相等，则有U1R1=U2R2，又U1+U2=U，联立解得U2=16V，U1=8V，故B错误；
C.R2的电功率为P2=U22R2=16210×103W=0.0256W，故C错误；
D.阻值为5kΩ的定值电阻R3并联在R1两端，则R2两端电压为U2'=UR1R3R1+R3+R2R2，解得U2'=19.2V，故D正确。
故选：D。
5.C
【解析】AD、在电路甲中流过线圈L的电流与流过灯泡的电流是相等的，断开S，由于线圈阻碍电流变小，导致灯泡A将逐渐变暗，故AD错误；
BC、在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以电路中的电流稳定时通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，此时线圈与灯泡A以及电阻R组成自感回路，电流从开始时流过线圈的电流开始变小，导致A先变得更亮，然后逐渐变暗。故B错误，C正确。
故选：C。
6.D
【解析】A.质子在平行金属板A、B间做加速运动，由动能定理有2qU=12mv02，解得v0=2 qUm，故A错误；
B.质子在平行金属板C、D间做类平抛运动，平行于金属板方向上有d=v0t，垂直于板面方向a=3qUmd，vy=at，tanθ=vyv0，联立解得tanθ=34，故B错误；
C.质子垂直于板面方向的位移为y=12at2，解得y=38d，故C错误；
D.由几何关系可知OM=y+d2tanθ，解得OM=34d，故D正确。
故选：D。
7.D
【解析】设线框做匀速直线运动的速度大小为v，设线框的电阻为R，设线框切割磁感线的有效长度为L
AB、线框做匀速直线运动，时间t内线框的位移大小x=vt，
线框是等腰直角三角形，经时间t线框切割磁感线的有效长度L=x=vt
线框切割磁感线产生的感应电动势E=BLv=Bv2t
由闭合电路的欧姆定律可知，感应电流I=ER=Bv2R×t，故AB错误；
CD、线框受到的安培力F安培=BIL=B2v3R×t2，
线框做匀速直线运动，由平衡条件可知，水平拉力F=F安培=B2v3R×t2，故C错误，D正确。
故选：D。
8.BD
【解析】A.电压表由电流表和定值电阻串联而成，即流过V1、V2表的电流始终相等，因此V1、V2的指针偏角总是相等的，但由于两表的量程不同，因此两表的读数不同，故A错误；
B.根据题意可知V1、V2两表的量程比为15：3，它们允许通过的最大电流相等，根据U=IR可知，V1表的内阻与V2表的内阻之比为 15：3=5：1，故B正确；
C.由题意R1=R2=RV1，假设V1表的读数为15U0，则V2表的示数为3U0，则定值电阻R2两端的电压为15U0，由并联电路的特点可知，定值电阻R1两端的电压为33U0，则定值电阻R1两端的电压与V1表示数的比值为11：5，故C错误；
D.根据P=U2R得：PR1：PR2=UR12：UR22，解得PR1：PR2=121：25，故D正确．
故选：BD。
9.CD
【解析】A、增大电流，只增大安培力的大小，但不改变方向，故A错误；
B、导体棒受三力处于静止状态如图所示，由平衡条件有：水平方向，BIL=FNsinθ，竖直方向，mg=FNcsθ，联立可得：BIL=mgtanθ，当电流I增大时，θ增大，导体棒向右稍微移动一点，故B错误；
C、由上一问竖直方向的的平衡方程可知：FN=mgcsθ，当θ增大时，FN增大，故C正确；
D、由平衡条件可知，导体棒所受安培力与支持力的合力与重力大小相等，方向相反，而重力不变，则合力也不变，故D正确。
故选：CD。
10.ACD
【解析】A.根据带电粒子在磁场中的偏转方向，根据左手定则知，该粒子带正电，则在速度选择器中电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外，故A正确；
B.进入B0磁场的粒子速度相同，根据T=2πmqB0可知，周期不一定相同，则在该磁场中运动时间不一定相等，故B错误；
C.能通过狭缝P的带电粒子，在过速度选择器时做直线运动，则qE=qvB
解得v=EB，故C正确；
D.进入偏转电场后，则
qvB0=mv2r
解得
r=mvqB0=mEqBB0
则可知r越大，粒子打在胶片上的位置越远离狭缝P，粒子的比荷越小，故D正确。
故选：ACD。
11.-0.16 0.08 8
【解析】开始的2s内穿过线圈的磁通量的变化量为△Φ=△B⋅S=(-2-2)×4×10-2Wb=-0.16Wb，负号表示方向；
在开始的2s内穿过线圈的磁通量的变化率△Φ△t=0.162Wb/s=0.08Wb/s；
在开始2s内线圈中产生的感应电动势：E=n△Φ△t=100×0.08V=8V；
故答案为：-0.16；0.08；8。
12.7.5 0.15
【解析】峰值表达式为：E=nBSω，其中S=lablbc，解得：E=7.5V；
从图示位置起，转过90°过程中，平均电动势为：E-=n×ΔΦΔt，电流的定义式为：I-=qΔt，由欧姆定律：I-=E-R+r，解得：q=0.15C。
故答案为：7.5；0.15。
4.700 0.34 1.20 πd2U4IL
【解析】(1)游标卡尺的精确度为0.05mm，圆柱体的长度为L=5cm+0.05×3mm=5.015cm
(2)螺旋测微器的精确度为0.01mm，圆柱体的直径为d=4.5mm+0.01×20.0mm=4.700mm
(3)如图
(4)电流表的量程为0-0.6A，最小分度值为0.02A，则电流表的示数为0.34A，电压表的量程为0-3V，最小分度值为0.1V，电压表的示数为1.20V
(5)根据欧姆定律R=UI
根据电阻定律R=ρLS=ρLπ(d2)2
该材料的电阻率为ρ=πd2U4IL
故答案为：(1)5.015；(2)4.700；(3)电路图见解析；(4)0.34；1.20；(5)πd2U4IL
14.(1)由P损=I2R2，输电线上的电流：
I2= P损R= 50008A=25A；
(2)升压变压器的输出电压：
U2=PI2=100×10325V=4000V；
降压变压器的输入电压：
U3=U2-I2R=4000V-25×8V=3800V
降压变压器的匝数比为：
n3：n4=U3：U4=3800：220=190：11
答：(1)输电线上通过的电流是25A；
(2)降压变压器的匝数比为190：11。
15.(1)金属棒在t=7L8v时间内通过的位移x=vt=78L，因bd=L，则金属棒运动到ac右侧38L处，有效切割长度为l=14L
金属棒产生的感应电动势为E=2Blv=12BLv
流过电阻R瞬时电流的大小I=ER=2BLvR
由右手定则可知，流过金属棒的电流由a到c，则流过电阻R瞬时电流的方向由N到M。
(2)导体棒从b运动到d过程中，穿过回路的磁通量变化量为ΔΦ=2B⋅12⋅L⋅L2-B⋅12⋅L⋅L2-=14BL2
所用时间为Δt=Lv
由法拉第电磁感应定律得平均电动势的大小：E-=ΔΦΔt=14BL2Lv=14BLv
答：(1)当t=7L8v时，流过电阻R瞬时电流的大小为BLv2R，方向由N到M；
(2)导体棒从b运动到d过程中电路平均电动势的大小为14BLv。
16.(1)设小球所受的电场力为F，方向与场强方向相同；
当小球通过D点时，设速度为v，根据牛顿第二定律和向心力公式mg-Fsin45°=m⋅v2R
小球通过D点后在水平方向做匀减速直线运动，加速度的大小ax=Fcs45°m
由于小球落地时恰好落在B点，水平位移x=vt-12axt2=0
竖直方向做匀加速直线运动，加速度的大小ay=mg-Fsin45°m
竖直位移y=2R=12ayt2
根据电场力公式F=Eq
代入数据联立解得E=5 22N/C
(2)在D点由重力和电场力的竖直分力共同提供向心力，则mg-Fsin45°=m⋅v2R
代入数据解得过D点的速度为v= 10m/s
(3)由A到D的过程，根据动能定理qELcs45°-2mgR+Eq⋅2Rsin45°=12mv2
代入数据解得 L=5m。
答：(1)电场强度E的大小为5 22N/C；
(2)小球过D点时的速度大小为 10m/s；
(3)轨道起点A距B点的距离L的大小为5m。