天津市河西区2024-2025学年高二（上）期末物理试卷（含解析）

这是一份天津市河西区2024-2025学年高二（上）期末物理试卷（含解析），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.下列说法中正确的是( )
A. 电荷在电场中一定会受到电场力的作用B. 电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用
C. 电场线是假想的，磁感线是真实存在的D. 穿过线圈的磁通量与线圈的匝数n成正比
2.关于下列四幅图，说法正确的是( )
A. 甲图中，电子无论从P向Q还是从Q向P运动，均可能做匀速直线运动
B. 乙图中，闭合和断开开关瞬间，电流表指针偏转方向相反
C. 丙图中，由静止释放的磁块在竖直铝管中做自由落体运动
D. 丁图中，磁电式电流表的工作原理与发电机的工作原理相同
3.如图所示，闭合线框在磁场中做下列四种运动，能够产生感应电流的是( )
A. 甲图中，线框与条形磁铁中心轴线在同一平面内且远离磁铁
B. 乙图中，线框在纸面内平行于通电导线向上移动
C. 丙图中，线框垂直于匀强磁场方向水平向右运动
D. 丁图中，线框绕垂直于匀强磁场方向的轴转动
4.如图所示，圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场。一个带电粒子(不计重力)自磁场边界P点沿PO方向打入并从a点离开，说法正确的是( )
A. 粒子带负电
B. 粒子在磁场中运动时间与粒子的速度大小无关
C. 若仅减小磁感应强度，粒子可能从b点射出
D. 粒子离开磁场时速度的反向延长线必然经过其水平位移的中点
5.如图所示，质量为m的金属杆ab长为l，通过的电流强度为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与水平面成θ角斜向上，ab静止于水平导轨上，则( )
A. 金属杆ab所受的安培力大小为BIlsinθ
B. 金属杆ab所受轨道的支持力大小为mg
C. 若仅将电流反向，金属杆ab可能会运动
D. 若仅减小θ，金属杆受到的摩擦力将增大
6.如图所示，螺线管的导线与平行金属板相接，一个带正电的小球用绝缘细线悬挂在两板间并处于静止状态。若条形磁体的S极向右快速靠近螺线管，下列说法正确的是( )
A. 小球不动
B. 小球向左摆动
C. 磁体与螺线管相互吸引
D. 螺线管中感应电流产生的磁场方向水平向右
7.如图所示，一个边长为l的正方形线框进入磁感应强度为B的匀强有界磁场区域，假设线框的初速度为v，每条边的电阻相同，线框运动过程中所受摩擦阻力恒定。下列说法正确的是( )
A. 线框进入磁场过程中，克服安培力所做的功等于线框中产生的焦耳热
B. 线框进入磁场过程中，克服安培力所做的功等于线框减少的动能
C. 线框刚进入磁场时，感应电流沿逆时针方向
D. 线框刚进入磁场时，ab两端的电压为Blv
8.如图所示，电荷量相等、质量不同的两种粒子从容器下方的狭缝S1飘入(初速度为零)电场区，经电压为U的电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，粒子经磁场偏转后发生分离，最终到达照相底片D上。不考虑粒子重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是( )
A. 两种粒子进入磁场时的速度相等
B. 两种粒子在磁场中运动的时间相等
C. 质量大的粒子在磁场中运动的半径较大
D. 若电压U变为原来的2倍，则粒子在磁场中运动的轨道半径也变为原来的2倍
二、多选题：本大题共4小题，共24分。
9.把一小段长为l、电流为I的通电直导线垂直磁场放入匀强磁场中，下列各图能正确反映安培力F、磁感应强度B及Il之间关系的是( )
A. B. C. D.
10.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OO'沿逆时针方向匀速转动，角速度为ω，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t=0时刻，穿过线圈的磁通量为零。下列说法正确的是)( )
A. 从t=0时刻开始，电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcsωt
B. 电压表示数U=NBSω 2
C. 若线圈的转速变为原来的2倍，电阻R的功率也变为原来的2倍
D. 从t=0时刻开始，线圈转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量q=NBSR+r
11.如图所示，匀强电场方向水平向右，匀强磁场方向沿水平方向垂直纸面向里。一个质量为m、电荷量为q的带正电的小球从P点在纸面内以一定的速度抛出，小球恰好能做直线运动。已知电场强度E=mgq，磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g，则下列说法正确的是( )
A. 小球一定做匀速直线运动B. 小球的初速度大小为mgqB
C. 小球运动过程中机械能守恒D. 若仅撤去磁场，小球做匀变速曲线运动
12.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，其载流子为电子。如图甲所示，在长为a，宽为b的石墨烯样品表面加一垂直向里的匀强磁场，磁感应强度为B，电极1、3间通以恒定电流I，电极2、4间将产生电压U。则( )
A. 电极2的电势比电极4的电势高
B. 霍尔电压U与样品长度a成正比
C. 霍尔电压U与磁感应强度B成正比
D. 霍尔电压U与电极1、3间通过的电流I成正比
三、实验题：本大题共1小题，共12分。
13.某学习小组通过实验检测某品牌纯净水的电阻率，步骤如下：
(1)准备绝缘圆柱形容器，容器两端用电阻不计的金属圆片密封，测得容器长度为L；
(2)用游标卡尺测量该容器的内直径D，如图所示，其读数为______mm；

(3)水样的电阻R0的为1000Ω，实验室提供的器材如下：
A.电压表V(0～3V，内阻约为1kΩ)
B.电流表A1(0～3mA，内阻约为40Ω)
C.电流表A2(0～60mA，内阻约为1Ω)
D.滑动变阻器R1(0～20Ω)
E.滑动变阻器R2(0～3000Ω)
F.干电池2节
G.开关S和导线若干
要求数据从0开始变化，则：
电流表应选______，滑动变阻器应选______(选填器材前面的字母序号)；
实验电路应该选下面的______；

(4)将水样注满容器，正确连接电路后，合上开关，调节滑动变阻器，得到多组电压、电流数据。某同学根据数据作出I-U图像，测得图像的斜率为k，则所取水样电阻率的表达式为______(用k、D、L表示)。
四、计算题：本大题共2小题，共32分。
14.如图所示，电阻不计的“U”型金属导轨固定在竖直平面内，一个质量为m、电阻为R的金属杆ab与轨道接触良好并静置于绝缘固定支架上，金属杆处于垂直纸面向里的匀强磁场中。支架下方一定距离处有边长为L的正方形区域cdef，区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，其磁感应强度B=kt(k>0且为常数)。已知重力加速度为g，不计ab杆与轨道间的摩擦。求：
(1)感应电动势E的大小，并写出ab中电流的方向；
(2)为使金属杆不离开支架，ab所在处磁感应强度B0的最大值。
15.如图所示，在边长为d的正方形区域OPNQ中，存在着沿y轴正方向的匀强电场，场强大小为E。电场的周围分布着垂直于纸面向外的匀强磁场，一个质量为m、带电量为+q的粒子从正方形的中心A无初速度释放(不计粒子重力)，粒子垂直QN离开电场后又垂直于NP再次进入电场。求：
(1)粒子第一次离开电场时的速度v0；
(2)磁场的磁感应强度B；
(3)粒子第二次离开电场时的坐标。
答案和解析
1.【答案】A
【解析】A.根据电场的基本性质，电场会对放入其中的电荷产生电场力。这是电场的基本特性，无论电荷是静止还是运动，都会受到电场力的作用，故A正确；
B.电荷在磁场中是否受到洛伦兹力，取决于电荷的运动方向和磁场的方向。当电荷的运动方向与磁场方向平行时，电荷不受洛伦兹力作用，故B错误；
C.电场线和磁感线都是为了形象地描述电场和磁场而引入的假想曲线，它们并不是真实存在的。我们可以通过这些曲线来理解和分析电场和磁场的分布和强度，但它们本身并不是物理实体，故C错误；
D.磁通量是描述磁场穿过某个面积的物理量，它的大小与磁感应强度、面积以及磁场与面积的夹角有关。磁通量与线圈的匝数无关，因为匝数只是表示线圈的圈数，并不影响磁场穿过线圈的总量，故D错误。
故选：A。
2.【答案】B
【解析】A、甲图，电子从P到Q做匀变速直线运动，但从Q到P根据左手定则判断磁场力向上，电场力也向上，故做曲线运动，故A错误；
B、乙图，根据楞次定律和右手螺旋定则可知，闭合和断开开关瞬间，电流表指针偏转方向相反，故B正确；
C、丙图，磁块在铝管中下落时，在铝管上仍会产生感应电流，感应电流的磁场反过来对磁块的运动形成电磁阻尼，故磁块在铝管中由静止开始下落并不是自由落体运动，故C错误；
D、丁图，磁电式电流表的工作原理与电动机的工作原理相同，故D错误。
故选：B。
3.【答案】D
【解析】ABC、闭合线框运动过程中，磁通量未发生变化，根据法拉第电磁感应定律该闭合线圈中不会产生感应电流，故ABC错误；
D、线框转动过程中，磁通量发生改变，会产生感应电流，故D正确；
故选：D。
4.【答案】C
【解析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据题作出粒子运动轨迹如图所示
A、粒子从a点离开磁场，由左手定则可知，粒子带正电，故A错误；
B、粒子的速度越大，根据qvB=mv2r可知，粒子的轨迹半径就越大，则粒子在磁场中转过的圆心角θ就越小，根据粒子的周期公式T=2πmqB可知，粒子的周期是一定的，则粒子在磁场中运动的时间为t=θ2πT，所以粒子的速度越大，粒子在磁场中运动的时间越短，故B错误；
C、根据qvB=mv2r可得，粒子在磁场中做圆周运动的半径为r=mvqB，若仅减小磁感应强度，则粒子在磁场中运动的半径变大，根据图中几何关系可知，粒子可能从b点射出，故C正确；
D、粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据几何关系可知，粒子离开磁场时速度的反向延长线必然经过圆形磁场的圆心，故D错误。
故选：C。
5.【答案】C
【解析】A、导线跟磁场垂直，所以安培力为
F=BIL，故A错误；
B、根据左手定则，安培力向右下方，在竖直方向上有分力，故金属杆ab所受轨道的支持力大于重力，故B错误；
C、根据受力分析，金属杆所受安培力的水平分力为Fx=Fsinθ向右的摩擦力的最大值为fmax=μ(mg-Fcsθ)增大θ，两个力增大的量不同，有可能使得Fx>fmax(例如最初刚好平衡，并且tanθfmax)，故金属杆ab可能向左运动，故C正确；
D、减小θ，如果金属杆仍然保持静止，金属杆ab所受的摩擦力f=Fsinθ金属杆ab所受的摩擦力减小，故D错误；
故选：C。
6.【答案】D
【解析】ABD、当磁铁插入时，向左穿过线圈的磁通量发生增大，假设电路闭合，则由楞次定律可知，螺线管中感应电流产生的磁场方向水平向右，则感应电流方向是从右极向下通过线圈再到左极，由于线圈相当于电源，因此左极板电势高，所以带正电小球将向右摆动，故AB错误，D正确；
C、当磁铁插入时，由楞次定律的推广可知，磁体与螺线管相互排斥，故C错误。
故选：D。
7.【答案】A
【解析】A、根据功能关系可知，线框克服安培力做的功全部转化为电能，而线框为纯电阻电路，则又全部转化为线框中产生的焦耳热，所以克服安培力做的功等于线框中产生的焦耳热，故A正确；
B、线框离开磁场过程中，根据动能定理可知，克服安培力做功与克服摩擦力、空气阻力做功之和等于线框减少的动能，故B错误；
C、根据楞次定律可知，线框进入磁场时，穿过线框的磁通量向外增加，感应电流沿顺时针方向，故C错误；
D、线框此时切割磁感线产生的感应电动势为Blv，导线框右边两端的电压为路端电压，即为U=34E=34Blv，故D错误；
故选：A。
8.【答案】C
【解析】A、由动能定理，可知：qU=12mv2，可知粒子的速度大小为：v= 2qUm，而两种粒子的电荷量相等、质量不等，故两种粒子的速度大小不同，故A错误；
B、由洛伦兹力提供向心力qvB=mv2r，圆周运动的周期为：T=2πrv，结合粒子的速度v= 2qUm，即可得到粒子在磁场中运动的时间为：t=πmqB，两种粒子的电荷量相等、质量不等，可知两种粒子在磁场中运动的时间不相等，故B错误；
CD、由洛伦兹力提供向心力qvB=mv2r，结合粒子的速度v= 2qUm，可得到粒子在磁场中运动的半径为r=1B 2mUq，由半径表达式可知，质量大的粒子，半径更大；
若电压U变为原来的2倍，则粒子在磁场中运动的轨道半径变为原来的 2倍，故D错误。
故选：C。
9.【答案】BC
【解析】AB、由F=BIL可知，F与电流和导线长度的乘积IL成正比，故A错误，B正确；
CD、B由磁场本身决定，不受F的影响，图象为平行横坐标的直线，故C正确，D错误。
故选：BC。
10.【答案】AD
【解析】A、线圈转动产生的感应电动势的最大值为Em=NBSω，t=0时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，所以从t=0时刻开始，电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcsωt，故A正确；
B、电动势的有效值为E=Em 2，根据闭合电路的欧姆定律可得电压表示数为U=RR+rE，则U=NBSωR 2(R+r)，故B错误；
C、若线圈的转速变为原来的2倍，根据Em=NBSω可知，感应电动势的最大值变为原来的2倍，根据欧姆定律可知电路中的电流I也变为原来的2倍，根据P=I2R可知，电阻R的功率变为原来的4倍，故C错误；
D、从t=0时刻开始，线圈转过90°的过程中穿过线圈的磁通量变化量ΔΦ=BS，通过电阻R的电荷量为q=I-Δt，电流为I-=E-R+r，根据法拉第电磁感应定律有E-=NΔΦΔt，联立解得q=NBSR+r，故D正确。
故选：AD。
11.【答案】AD
【解析】A.小球在做直线运动，说明其所受的合力为零或合力方向与运动方向一致。电场力方向水平向右。重力方向竖直向下。磁场力方向取决于速度v的方向。若合力不为零，速度v的方向将发生变化，故洛伦兹力也会发生变化，此时合力方向将发生变化，与题意不符，因此，小球一定做匀速直线运动，故A正确；
B.根据A可知，小球做匀速直线运动，说明电场力、重力和洛伦兹力的合力为零，所以不能仅有重力和洛伦兹力的平衡，故B错误；
C.在运动过程中电场力对小球做功，重力也对小球做功，洛伦兹力不做功。由于有电场力做功，所以小球的机械能不会守恒，故C错误；
D.若撤去磁场后，小球只受电场力和重力的作用。电场力水平向右，重力竖直向下，都为恒力，合力不为零且不与速度方向共线，所以小球做匀变速曲线运动，故D正确。
故选：AD。
12.【答案】CD
【解析】A、由左手定则，可知载流子受力向电极2偏转，结合载流子带负电，可知电极4的电势比电极2的电势高，故A错误；
BCD、若霍尔元件单位体积内的自由电子个数为n，元件的厚度为d，则电流的微观表达式为：I=nevbd；
稳定状态下，粒子所受到的洛伦兹力与电场力平衡，则：eUb=eBv，
可得到霍尔电压为：U=BIned，即U与a无关；U与B成正比；U与I成正比，故B错误，CD正确。
故选：CD。
13.【答案】21.3 B D C πD2L4k
【解析】(2)游标卡尺的精确度是0.1mm，直径D的读数为21mm+3×0.1mm=21.3mm
(3)①两节干电池的电动势为E=3.0V，待测电阻R0约为1000Ω，则最大电流Im=ER0=31000A=3mA，故电流表应选择量程为3mA的A1，故选：B；
又因为要求数据从0开始变化，故选用总阻值较小的滑动变阻器，且使用滑动变阻器的分压式接法，所以滑动变阻器选择R1，故选：D。
②因为RVRx=10001000=1