河南省南阳市2024-2025学年高二（上）期末考试物理试卷

这是一份河南省南阳市2024-2025学年高二（上）期末考试物理试卷，共13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.铁环上绕有对称的绝缘通电导线，电流方向如图所示，则( )
A. 铁环中心O点的磁感应强度为0B. 铁环中心O点的磁感应强度方向向右
C. 铁环正上方的A点磁感应强度方向向下D. 铁环正下方的B点磁感应强度方向向上
2.1932年，美国物理学家安德森在宇宙线实验中发现了正电子(正电子与电子质量相同，但是带等量的正电荷)。他利用放在强磁场中的云室来记录宇宙线粒子，并在云室中加入一块厚6mm的铅板，借以减慢粒子的速度。当宇宙线粒子通过云室内的强磁场时，拍下粒子径迹的照片，如图所示。这个粒子的径迹与电子的径迹十分相似，只是偏转方向相反。由此，安德森发现了正电子，并由于这一发现，获得了1936年的诺贝尔物理学奖。由于所加铅板降低了粒子的运动速度，粒子在磁场中偏转的轨道半径就会变小，所以根据铅板上下粒子径迹的偏转情况，可以判定( )
A. 图中的粒子是由上向下运动的
B. 图中磁场方向应垂直于纸面向内
C. 图中上半部分的磁感强度大于下半部分的磁感应强度
D. 图中上半部分的磁感强度小于下半部分的磁感应强度
3.操作1：取一只微安表，用手晃动表壳，观察表针相对表盘摆动的情况。操作2：用导线把微安表的两个接线柱连在一起，再次晃动表壳，观察表针相对表盘的摆动情况( )
A. 操作1中表针的晃动比操作2中更剧烈
B. 操作2中表针的晃动比操作1中更剧烈
C. 操作1、操作2中表针的晃动剧烈程度相同
D. 运输微安表时不能把正、负接线柱连在一起
4.在如图所示的电路中，两个灯泡A1和A2的规格相同，A1与线圈L串联后接到电源上，A2与可调电阻R串联后接到电源上。先闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再调节可调电阻R1，使它们都正常发光，然后断开开关S( )
A. 在断开开关S时，灯泡A1闪亮一下后逐渐熄灭
B. 在断开开关S时，灯泡A2闪亮一下后逐渐熄灭
C. 在断开开关S时，灯泡A1、A2均闪亮一下后逐渐熄灭
D. 在断开开关S时，灯泡A1、A2均不闪亮，直接逐渐熄灭
5.如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度ω匀速转动(按俯视的顺时针方向)。在MN边与磁场方向的夹角到达30°的时刻(图示位置)，导线框中产生的瞬时电动势( )
A. 大小为12BSωB. 大小为 32BSω
C. 大小为12nBSωD. 方向沿KNMLK
6.如图所示，在与纸面平行的匀强电场中有A、B、C三个点，是边长为10cm的等边三角形的三个顶点，其电势分别为中φA=6V、φB=2V和φC=−2V。则匀强电场的电场强度大小为( )
A. 80N/CB. 0.8N/CC. 40N/CD. 0.4N/C
7.如下图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R0表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器变化时，相当于R的值变化(滑动片向下或向上移动)。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，下列说法正确的是( )
A. 电流表A1的读数不变B. 电压表V1的读数变大
C. 电压表V3的读数变小D. 电流表A2的读数变小
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.在一次科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”：如图，一个没有底的空塑料瓶上固定着一根铁锯条和一块易拉罐(金属)片，把它们分别跟静电起电机的两极相连。在塑料瓶里放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个透明塑料瓶里烟雾缭绕。摇动起电机，顿时塑料瓶清澈透明，停止摇动，又是烟雾缭绕。若锯条接电源负极，金属片接正极，下列说法正确的是( )
A. 起电机摇动时，塑料瓶内锯条附近电场强度最大
B. 起电机摇动时，烟尘带负电
C. 消失的烟尘最终运动到了锯条上
D. 消失的烟尘是从瓶口和瓶底跑掉的
9.如图所示，真空中有两个点电荷，Q1为4.0×10−8C、Q2为−1.0×10−8C，分别固定在x轴的坐标为0和6cm的位置上。下到说法正确的是( )
A. x轴上x=4cm的位置的电场强度为0
B. x轴上x=12cm的位置的电场强度为0
C. x轴上03cm的位置电势均为负
10.有一块小量程电流表，满偏电流为50μA，内阻为800Ω。现要将它改装成0～1mA、0～10mA的两量程电流表，某同学除了参考电路图甲外，还设计了如图乙所示电路( )
A. 甲电路可以防止换挡时电流全部流经表头，更加安全
B. 乙电路可以防止换挡时电流全部流经表头，更加安全
C. 若采用图甲的电路，则R1=4.02Ω
D. 若采用图甲的电路，则R2=37.89Ω
三、实验题：本大题共2小题，共12分。
11.某同学为了探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系，设计了如图所示的实验电路。实验操作如下：
A.随后再断开开关S2，闭合S1，电压表示数再次减少一半。
B.把开关S1接1，用几节干电池串联后给A充电，可以看到A充电后两极板具有一定的电压。
C.断开开关S1，闭合开关S2，让B的两极板完全放电。
D.把开关S1接2，使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联，可以看到电压表示数变为原来的一半。
该同学的操作顺序应为_____。为了得到更多组实验数据，可以重复_____。
12.随着居民生活水平的提高，纯净水已经进入千家万户。某市对市场上出售的纯净水质量进行了抽测，结果发现有不少样品的电导率(电导率是电阻率的倒数，是检验纯净水是否合格的一项重要指标)不合格。
(1)你认为不合格的纯净水的电导率是偏大还是偏小？
(2)为了方便测量纯净水样品的电阻，将采集的水样装入绝缘性能良好的塑料圆柱形容器内，容器两端用金属圆片电极密封，如图甲所示。请用笔画线表示导线，连接测量纯净水样品电阻的电路。
(3)用游标卡尺测量塑料圆柱形内径d，示数如图乙所示，则d=_____。
(4)如果测得塑料圆柱形容器内径为d，长度为l，某次测量电压表示数为U，电流表示数为I，请写出电导率的表达式_____。
四、计算题：本大题共3小题，共42分。
13.某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为U1；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求：
(1)粒子的速度v为多少？
(2)速度选择器两板间电压U2为多少？
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？
14.图中的abcd是一个粗细均匀边长为l的正方形导线框，其电阻为R。线框以恒定速度ⅴ沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场区域，磁感应强度为B。如果以x轴的正方向作为安培力的正方向，线框在图示位置的时刻开始计时。

(1)请通过计算在坐标纸上作出线框所受的安培力随时间变化的图像，标明图线关键位置的坐标值；
(2)线框穿过磁场的过程中产生的热；
(3)线框进入磁场的过程中流过导线任意横截面的电量(绝对值)和a、b两点间的电压。
15.有一种电子仪器叫作示波器，可以用来观察电信号随时间变化的情况。示波器的核心部件是示波管，图甲是它的原理图。它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。电子枪的作用是产生高速飞行的一束电子。如果在偏转电极XX′之间和偏转电极YY′之间都没有加电压，电子束从电子枪射出后沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑。如果示波管的YY′偏转电极上加的是如图丙所示的待测的信号电压，XX′偏转电极接入仪器自身产生的如图丁所示的锯齿形扫描电压，电子质量为m，带电量为−e，初速度为0，加速电压为U1，YY′之间的距离为d1，左右方向长度为l1，XX′之间的距离为d2，左右方向的长度为l2，X′右侧到荧光屏的距离为l3。电子在示波管中的运动时间远小于T，不计偏转电极XX′与YY′之间的水平距离，求

(1)0～T内任意时刻t荧光屏上的亮斑的x坐标；
(2)0～T内任意时刻t荧光屏上的亮斑的y坐标；
(3)由于T比视觉暂留时间(约为0.1s)小得多，所以观察者在荧光屏上看到的是稳定的亮线，请在坐标纸上画出x、y坐标轴，先求出x、y坐标的最大值，再画出亮线的图像。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】将通电导线视为两部分，即看做两个左右对称放置的通电螺线管。由安培定则分别得到左右两边螺线管的磁场上端均为N极，下端为S极，根据通电螺线管周围空间磁感线的分布特点，可知O处磁感应强度方向向下，铁环中心O点的磁感应强度不为0；铁环正上方的A点磁感应强度方向向上，铁环正下方的B点磁感应强度方向也向上。
故选D。
2.【答案】B
【解析】A.粒子在磁场中运动洛伦兹力提供向心力 qvB=mv2R
可得半径为 R=mvqB
粒子穿过铅板后速度减小，粒子在磁场中运动半径减小，由图可知正电子从下向上穿过铅板。A错误；
B.由左手定则可知磁场的方向垂直纸面向里。B正确；
CD.图中上半部分的磁感强度等于下半部分的磁感应强度，CD错误。
故选B。
3.【答案】A
【解析】ABC.操作1中晃动电表，由于形不成闭合回路，所以表内只有感应电动势，没有电流，导体不受安培力的作用，表针的晃动幅度较大；操作2中微安表内会形成闭合回路，晃动电表，既有感应电动势产生，也有感应电流产生，导体受到安培阻力的作用，表针晃动幅度会变小，所以操作1中表针的晃动比操作2中更剧烈，故A正确，BC错误；
D.运输微安表时能把正、负接线柱连在一起，使得电表指针晃动时，产生感应电流，导体受到安培阻力的作用，减小电表指针摆动角度，保护电表指针，故D错误。
故选A。
4.【答案】D
【解析】一段时间电路稳定后，断开开关S， A1 和 A2 与L、R构成回路，L相当于电源，因原来两个灯泡的亮度相同，则两支路电流相等，所以不会出现 A1 、 A2 闪亮一下再熄灭的现象， A1 、 A2 都会逐渐变暗，且同时熄灭。
故选D。
5.【答案】B
【解析】MN边与磁场方向成30°时，感应电动势为 e=Emcsωt=BSωcs30 ∘= 32BSω
由右手定则可知电流方向为KLMNK。
故选B。
6.【答案】A
【解析】如图
D点的电势为 φD=φA+φC2=2V
AC连线中点的电势与B的电势相同，根据等边三角形的特点可知，过B的等势面与AC垂直，所以电场方向由A到C，则有 E=UACAC=810×0.01N/C=80N/C
故选A。
7.【答案】C
【解析】B.因输入电压不变，故电压表 V1 的读数不变，故B错误；
ACD.因输入电压不变，变压器匝数比不变，故电压表 V2 的读数也不变，当用户的用电器增加时，相当于 R 减小， R 分得的电压也变小，即电压表 V3 的读数变小，又由于 R 减小，则副线圈回路的电阻变小，故电流表 A2 的读数变大，电流表 A1 的读数也变大，故AD错误，C正确。
故选C。
8.【答案】AB
【解析】A.由尖端附近的电场线比较密集可知，在锯条附近的电场强度最大，故A正确；
BCD.负离子在电场力作用下，向正极移动时，碰到烟尘微粒使它带负电，因此带负电烟尘，在电场力作用下，向金属片运动，最终被吸附到金属片上，故B正确，CD错误。
故选AB。
9.【答案】BC
【解析】A.两点电荷在 x轴上 x=4cm 的位置产生的场强均沿x轴正向，可知该点的电场强度不可能为0，选项A错误；
B.x轴上 x=12cm 的位置的电场强度为 E12=kQ1r12−kQ2r22=k4.0×10−80.122−k1.0×10−80.062=0
选项B正确；
C.x轴上 06cm 的位置的电场强度的方向是沿x轴的负方向，在 x>12cm 的位置的电场强度的方向是沿x轴的正方向的，选项C正确；
D.取无穷远处电势为0，因 Q1>Q2 ，可知x轴上x=3cm处的电势为正，可知 x>3cm 的位置电势不是均为负，选项D错误。
故选BC。
10.【答案】AD
【解析】AB.由图示电路图可知，图乙在更换量程时两个分流电阻都没有并联在表头两端，容易烧坏表头，图乙所示电路不合理，图甲所示电路合理，故A正确，B错误；
CD.对甲电路，量程为10mA时 R2+RgR1=I−IgIg
量程为1mA时 RgR2+R1=I′−IgIg
解得 R1=4.2Ω ， R2=37.89Ω
故C错误，D正确；
故选AD。
11.【答案】BDCA CA
【解析】[1]根据实验操作及原理可知，同学的操作顺序应为BDCA；
[2]为了得到更多组实验数据，应重复CA。
12.【答案】(1)偏大
(2)
(3) 13.7mm
(4) 4lIπd2U

【解析】(1)不合格的纯净水中含有较多的离子，导电能力好，电阻率偏小，电导率偏大。
(2)容器内水的电阻比滑动变阻器的电阻大得多，为了使电表指针有较大的偏转，滑动变阻器采用分压接法；容器内水的电阻远大于电流表的内阻，所以采用内接法，如图
(3)游标卡尺精确度为0.1mm，读数为 d= 13mm+ 7×0.1 mm=13.7mm
(4)根据欧姆定律 R=UI
根据电阻定律有 R=ρlS=ρlπ(d2)2
则电导率为 σ=1ρ=4lIπd2U
13.【答案】解：(1)粒子经加速电场U1加速，获得速度v，
由动能定理得：eU1=12mv2，解得：v= 2eU1m；
(2)在速度选择器中做匀速直线运动，电场力与洛仑兹力平衡，
由平衡条件得：eE=evB1，即：eU2d=evB1，解得：U2=B1dv=B1d 2eU1m；
(3)在B2中做圆周运动，洛仑兹力提供向心力，
即有evB2=mv2R，解得：R=1B2 2mU1e。
【解析】(1)根据动能定理可以求出粒子的速度v；
(2)在速度选择器中做匀速直线运动，电场力与洛仑兹力平衡，根据Eq=qvB求出电压U2；
(3)根据洛仑兹力提供向心力，可以求出粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R。
14.【答案】(1)①线框进入磁场前 l=vt1
解得 t1=lv
由于没有进入磁场，所以安培力是0。
②进入磁场过程( t1 ～ 2t1 )
根据法拉第电磁感应定律有 E=Blv
根据欧姆定律有 I=ER
根据安培力公式有 F安=IlB
解得 F安=B2l2vR
方向沿x轴负向。
③进入磁场后，离开磁场前 2t1 ～ 4t1 ，线框中没有感应电流， F安=0 。
④离开磁场时( 4t1 ～ 5t1 )，与进入磁场过程一样， F安=B2l2vR ，方向沿x轴负向。
则有线框所受的安培力随时间变化的图像如图所示。

(2)线框穿过磁场进产生的热，根据功能关系有 Q=2F安l
解得 Q=2B2l3vR
(3)线框进入磁场的过程 q=It=ERt=ΔΦR
其中 ΔΦ=Bl2
解得 q=Bl2R
根据右手定则可知a点电势较高，根据欧姆定律有 Uab=I×34R
解得 Uab=34Blv

【解析】详细解答和解析过程见答案
15.【答案】(1)设电子在加速电场中被加速后的速度为 v0 ，则有 eU1=12mv02
故偏转电极 XX′ 之间的电压为 UXX′=2tTU3−U3
电子在偏转电极 XX′ 之间运动加速度 ax=eUXX′md2
运动时间 tx=l2v0
故 vx=axtx ， tanα=vxv 0
故 x=12axtx2+l3tanα (或 x=l22+l3tanα )
解得 x=l2+2l3l2U32t−T4U1d2T
(2)偏转电极 YY′ 之间电压 UYY′=U2sin2πTt
电子在偏转电极 YY′ 之间运动加速度 ay=eUYY′md1
运动时间 ty=l1v0
故 vy=ayty ， tanθ=vyv0
故 y=12ayty2+l2+l3tanθ (或 y=l12+l2+l3tanθ )
解得 y=l1+2l2+2l3l1U2sin2πTt4U1d1
(3)由 x=l2+2l3l2U32t−T4U1d2T 可知，0～T内当 t=T 时x坐标达到最大值 xm=l2+2l3l2U34U1d2
由 y=l1+2l2+2l3l1U2sin2πTt4U1d1 可知，0～T内当 t=T4 时y坐标达到最大值 ym=l1+2l2+2l3l1U24U1d1
故图像为

【点睛】

【解析】详细解答和解析过程见答案