陕西省西安市陕西师范大学附属中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（解析版）

这是一份陕西省西安市陕西师范大学附属中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（解析版），共22页。试卷主要包含了选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题（本题共12小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分；有选错的得0分）
1. 在宁波市中学生科技发明展上，有如图所示的自制实验装置。两个线圈A、B之间没有导线相连，线圈A与手机的音频输出端连接，线圈B与音响连接。把线圈A插入线圈B时，音响发出由手机输出的声音了。下列说法错误的是（ ）
A. 该实验原理和变压器的工作原理相同
B. 线圈B中的电流可能是交流电
C. 将A、B线圈互换，音响的播放效果不变
D. 在A线圈中插入铁芯，音响的播放效果将会更好
【答案】C
【解析】
【详解】A．该实验原理是A线圈中电流变化时，在B线圈中感应出感应电流，从而音响发声，属于互感，与变压器的工作原理相同，故A正确；
B．若线圈A的电流为正弦交流电，则线圈B的电流也为正弦交流电，所以线圈B中感应电流有可能是交流电，故B正确；
C．A、B两个线圈的匝数明显不同，根据电压与匝数成正比可知，将A、B线圈互换，感应电压变化，音响的播放效果变化，故C错误；
D．在A线圈中插入铁芯，增加了磁感应强度，能够增大感应电压，所以音响的播放效果将会更好，故D正确。
说法错误的故选C。更多免费优质滋元可 家 威杏 MXSJ663 2. 如图是汽车上使用的电磁制动装置示意图。电磁制动是一种非接触的制动方式，其原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，使导体受到阻碍运动的制动力。下列说法正确的是（ ）
A. 制动过程中，导体不会产生热量
B. 如果导体反向转动，此装置将不起制动作用
C. 制动力的大小与线圈中电流的大小无关
D. 线圈电流一定时，导体运动的速度越大，制动力就越大
【答案】D
【解析】
【详解】A.电磁制动的原理是当导体在通电线圈产生的磁场中运动时，会产生涡流，电流流过电阻时会产生热量,A 错误；
B.如果改变线圈中的电流方向，铁芯产生的磁感线的方向变为反向，此时产生的涡流方向也相反，根据安培力的公式，电流和所处的磁场方向同时反向，安培力方向不变，故还是使导体受到阻碍运动的制动力,B 错误；
C. 线圈中电流越大，则产生的磁场越强，则转盘转动产生的涡流越强，则制动器对转盘的制动力越大，C 错误；
D. 线圈电流一定时，导体运动的速度越大，转盘转动产生的涡流越强，制动力就越大,D 正确。
故选 D 。
3. 普通电视机的显像管中，扫描显像主要是利用磁场对高速电子束的偏转来实现的，其扫描原理如图所示：在圆形区域内的偏转磁场方向垂直于纸面，当不加磁场时，电子束将通过 O 点而打在屏幕的中心M点。为了使屏幕上出现一条以M点为中点的的亮线PQ，那么，偏转磁场的磁感应强度B随时间变化的规律应是图中的（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】电子束进入偏转磁场受洛仑磁力而发生偏转，要使电子束在荧光屏上出现一条以M点为中点的亮线PQ，电子在偏转磁场中运动的半径应先增大后减小，根据电子在磁场中圆周运动的半径公式
分析得知，偏转磁场的磁感应强度B随时间变化的规律应先由大到小，然后反方向再由小到大，故A正确，BCD错误。
故选A。
4. 如图所示为一等腰直角三角形，为边的中点，三点处分别有一根垂直于所在平面的长直导线。当三根导线中通有大小相等，方向如图所示的电流时，D点处的磁感应强度大小为。仅将点处的导线中的电流反向，点处的磁感应强度大小为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】由右手定则可知，三根导线中的电流在D点产生的磁感应强度如图所示，由几何关系可知，三点到D点的距离相等，三根导线中电流大小相等，因此导线中的电流在D点产生的磁感应强度大小相等，则有
因、大小相等，方向相反，合磁感应强度是零，因此则有
则有
将点处的导线中的电流反向，可知点处的导线中的电流在D点产生的磁感应强度大小不变，方向与磁感应强度相同，即为，由磁感应强度的叠加原理，可得此时点处的磁感应强度大小为
ACD错误，B正确。
故选B。
5. 下列①、②、③、④四幅图分别是速度选择器、磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器的结构示意图，下列说法中正确的是（ ）
A. 图①中粒子沿直线PQ运动的条件是
B. 图②中可以判断出通过电阻的电流方向为从上到下
C. 图③中在分析同位素时，半径最大的粒子对应质量也最大
D. 图④随着粒子的运动越来越快，粒子走过半圆的时间间隔越来越短
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据洛伦兹力和电场力相互平衡，可知
qE=qvB
故
故A错误；
B．根据左手定则可知，等离子体中的正电荷向下偏，负电荷向上偏，所以B极板的电势高，通过电阻的电流方向为从下到上，故B错误；
C．在加速电场中，则有
在磁场中，则有
可得
则半径最大粒子对应质量也最大，故C正确；
D．根据洛伦兹力充当向心力，可知
则周期为
可知粒子走过半圆的时间间隔与速度无关，故D错误；
故选C。
6. 如图，光滑绝缘的圆弧轨道固定在竖直平面内。O为其最低点，M、N等高，匀强磁场方向与轨道平面垂直。将一个带正电的小球自M点由静止释放，它在轨道上M、N间往复运动。下列说法中正确的是（ ）
A. 小球在M点和N点时均处于平衡状态
B. 小球由M到O所用的时间小于由N到O所用的时间
C. 小球每次经过O点时对轨道压力均相等
D. 小球每次经过O点时所受合外力均相等
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．平衡状态的加速度为零，小球在M点和N点只受到重力，所以小球在这两点不能处于平衡状态，故A错；
B．由于洛仑磁力总是与运动方向垂直，又没有摩擦力，故对其速度大小有影响的只有重力，故小球无论从哪边滚下，时间都是一样的，故B错；
D．根据机械能守恒定律，小球每次经过最低点的速度大小相同，由
可知，F合大小相等，故D正确；
C．小球在最低点时受重力，支持力和洛伦兹力，从N到M时，洛伦兹力向下，故有
故此时小球对轨道的压力为
小球从M到N时，洛伦兹力向上，故有
故此时小球对轨道的压力为
所以小球经过最低点时对轨道的压力大小不相等，故C错。
故选D。
7. 如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向里，图中虚线为磁场的边界，其中bc段是半径为R的四分之一圆弧，ab、cd的延长线通过圆弧的圆心，Ob长为R。一束质量为m、电荷量为q的粒子，在纸面内以不同的速率从O点垂直ab射入磁场，已知所有粒子均从圆弧边界射出，其中M、N是圆弧边界上的两点，不计粒子间的相互作用和重力。则下列分析中正确的是（ ）
A. 粒子带负电
B. 从M点射出粒子的速率一定大于从N点射出粒子的速率
C. 从M点射出粒子在磁场中运动时间一定小于从N点射出粒子所用时间
D. 所有粒子所用最短时间为
【答案】D
【解析】
【详解】A．粒子做逆时针的匀速圆周运动，根据左手定则，可知粒子带正电，A错误；
B．根据
得
从M点射出粒子的圆周半径更小，则速度更小，B错误；
CD．由
粒子周期不变，圆周运动的圆心角越大，运动时间越长，有几何关系可知，弦切角等于圆心角的一半，当弦切角越小，运动时间越短，如图
当弦与bc圆弧边界相切时，弦切角最小。Ob等于R，由几何关系，此时圆周运动的圆心角为 ，则最短时间为
M、N两点具体位置未知，则无法判断从M点射出粒子所用时间和从N点射出粒子所用时间的大小关系，C错误，D正确。
故选D。
8. 如图甲所示，某同学在研究电磁感应现象时，将一线圈两端与电流传感器相连，强磁铁从长玻璃管上端由静止下落，电流传感器记录了强磁铁穿过线圈过程中电流随时间变化的图像，时刻电流为0，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 在时刻，穿过线圈的磁通量的变化率不等于零
B. 在到时间内，强磁铁的加速度始终大于重力加速度
C. 强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力始终向上
D. 在到的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量
【答案】C
【解析】
【详解】A．t2时刻电流为0，说明感应电动势为零，由可知穿过线圈的磁通量的变化率等于0，故A错误；
B．由“来拒去留”可知在t1到t2时间内，强磁铁受到线圈向上的作用力F，且初始阶段有F小于重力，由可知初始阶段强磁铁的加速度小于重力加速度，故B错误；
C．由“来拒去留”可知强磁铁穿过线圈的过程中，受到线圈的作用力始终向上，故C正确；
D．在t1到t3的时间内，强磁铁重力势能的减少量等于其动能的增加量加上线圈产生的内能，故D错误。
故选C。
9. 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P=100kW，发电机的电压，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，在用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A. 发电机输出的电流
B. 输电线上的电流
C. 降压变压器的匝数比
D. 升压变压器匝数比
【答案】BC
【解析】
【详解】A．由功率
得发电机输出的电流
故A错误；
B．由输电线上损失的功率
得
故B正确；
D．由升压变压器的电流关系
，
升压变压器匝数比
故D错误；
C．升压变压器电压关系
解得
输电线上损失的电压
降压变压器的电压
由电压关系
解得
故C正确。
故选BC。
10. 如图所示，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B，磁场在y轴方向足够宽,在x轴方向宽度为a。一直角三角形导线框ABC（BC边的长度为a）从图示位置向右匀速穿过磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，在下图中感应电流i、BC两端的电压UBC与线框移动的距离x的关系图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．设，三角形导线框ABC向右匀速运动的速度为，则梓其匀速穿过磁场区域的过程中，在内，切割磁感线的有效长度为
由此产生的感应电动势为
设三角形导线框ABC的总电阻为,则其产生的感应电流为
可知，感应电流随时间均匀增加，而根据楞次定律可知，在内，感应电流为逆时针方向，即为正方向，而在内，切割磁感线的有效长度随时间的变化关系与内的相同，而根据楞次定律可知，此过程中感应电流为顺时针方向，即为负方向，但仍随着时间均匀增大，故A错误，B正确；
CD．设BC边的电阻为，则其两端的电压
在内，感应电流为为正方向，且随时间均匀增加，则可知在内，BC两端的电压均匀增加且图像在上方，在内，感应电流为负方向，且随时间均匀增加，则可知在内，BC两端的电压均匀增加且图像在下方，故C错误，D正确。
故选BD。
11. 如图所示，空间存在着匀强电场E和匀强磁场B组成的复合场．有一个质量为m、电量为+q的带电小球，以一定的初速度v0水平向右运动，则带电小球在复合场中可能沿直线运动的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】AD
【解析】
【详解】A项：小球受重力，竖直向下的电场力，竖直向上的洛伦兹力，当重力与电场力之和等于洛伦兹力大小时，粒子做匀速直线运动，故A正确；
B项：小球受重力，水平向右的电场，竖直向上的洛伦兹力，合力与速度可能共线，但速率的增大，导致洛伦兹力变化，从而一定做曲线运动，故B错误；
C项：小球受重力，向右上方的电场力，竖直向上的洛伦兹力，合力与速度可能共线，但度的增大，导致合力变化，从而做曲线运动，故C错误；
D项：粒子受向下的重力和向上的电场力，当电场力等于重力时，则粒子做匀速直线运，故D正确．
故选AD．
12. 如图(a)所示,在光滑水平面上用恒力F拉质量为1kg的单匝均匀正方形铜线框,边长为1m，在1位置以速度v0=3m/s进入匀强磁场时开始计时,此时线框中感应电动势为1V,在t=3s时线框到达2位置开始离开匀强磁场。此过程中线框的v—t图象如图(b)所示,那么( )
A. t=0时,线框右侧边两端M、N间的电压为0.25V
B. 恒力F的大小为0.5N
C. 线框完全离开磁场的瞬间的速度大小为2m/s
D. 线框从位置1到位置3过程中产生焦耳热为6J
【答案】BCD
【解析】
【详解】A．t=0时，线框右侧边MN的两端电压为外电压，总的感应电动势为：
E=Bav0
外电压
故A错误；
B．在t=1-3s内，线框做匀加速运动，没有感应电流，线框不受安培力，则有 F=ma，由速度-时间图象的斜率表示加速度，求得
则得
F=ma=0.5N．
故B正确。
C．由b图象看出，在t=3s时刻线框到达2位置开始离开匀强磁场时与线框进入时速度相同，则线框出磁场与进磁场运动情况完全相同，则知线框完全离开磁场的瞬间位置3速度与t=2s时刻的速度相等，即为2m/s。故C正确。
D．线圈进入磁场和出离磁场时产生的焦耳热相同，则由能量关系：
选项D正确。
故选BCD。
二、实验题（本题共两小题，每空2分，共计18分）
13. 某同学用如图所示的装置测量木块与木板间的动摩擦因数。该同学首先将木板倾斜固定，木板的倾角（木板与水平面间的夹角）为，在木板底端固定一打点计时器，然后将纸带一端固定在木块上，另一端穿过打点计时器；用一跨过定滑轮的细绳将木块与重物连接。改变重物的质量，直至竖直向下推动重物后打点计时器在纸带上打出一系列均匀分布的点。取。
（1）本实验需要测量的物理量有_________。
A．重物下落前距水平面的高度h
B．木块的质量M
C．重物的质量m
（2）木块与木板间的动摩擦因数________（用需要测量的物理量表示）。
（3）改变木板的倾角和重物的质量m，直至竖直向下推动重物后打点计时器在纸带上打出一系列均匀分布的点，获得多组和m的数据，以为纵坐标、为横坐标，作出图像。若图线的斜率为k，图线在纵轴上的截距为b，则木块与木板间的动摩擦因数________（用k、b表示）。
【答案】 ①. BC##CB ②. ③.
【解析】
【详解】（1）[1]根据物体的平衡条件有
可得
故需测量木块的质量和重物的质量。
故选BC。
（2）[2]将代入解得
（3）[3]由变形可得
则有
解得
14. 某实验小组做“测量一由新材料制成的粗细均匀金属丝的电阻率”实验。除待测金属丝外备选器材如下：
A.量程为5mA、内阻的电流表
B.量程为0.6A、内阻的电流表
C.量程为6V、内阻约为15的电压表
D.最大阻值为15、最大允许电流为2A的滑动变阻器
E.定值电阻 F.定值电阻
G.电动势V、内阻很小的直流电源 H.开关一个，导线若干
I.多用表，螺旋测微器，刻度尺
(1)先用多用表挡粗测其电阻，如图甲所示，读数为__________，然后用螺旋测微器测其直径，则螺旋测微器的示数__________mm；
(2)采用图丙所示电路尽可能精确地测量该金属丝的电阻率，电流表应选用__________（填“A”或“B”），定值电阻应选用__________（填“E”或“F”）；
(3)电压表的示数记为U，所选用电流表的示数记为I，则该金属丝的电阻的表达式__________，若用刻度尺测得待测电阻丝的长度为L，则其电阻率的表达式__________（表达式中所用到的阻值必须用对应的电阻符号表示，不得直接用数值表示）。
【答案】 ①. 140 ②. 0.732 ③. A ④. E ⑤. ⑥.
【解析】
【详解】(1)[1]多用电表用倍率测量，读数为
[2]根据螺旋测微器读数规则得
(2)[3]电压表量程为6V，电阻丝电阻约140，电流表量程应该为42mA左右，可以将5mA的电流表并联5的电阻改装成量程为55mA的电流表，即电流表选择A。
[4]电压表量程为6V，电阻丝电阻约140，电流表量程应该为42mA左右，可以将5mA的电流表并联5的电阻改装成量程为55mA的电流表，即电流表选择A，定值电阻选择E。
(3)[5]金属丝中的电流为
电压
由欧姆定律可得金属丝电阻
[6]由电阻定律
又
解得电阻率
三、计算题（本题共3小题，共计34分）
15. 如图所示，线圈的面积是S=0.05m2，共有N=100匝，线圈电阻r=1Ω，外接电阻R=4Ω，匀强磁场的磁感应强度为，当线圈以匀速旋转时，求：
（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）线圈每转过一周，整个电路中产生的焦耳热；
【答案】（1）；（2）500J
【解析】
【详解】（1）产生的最大感应电动势为：
V
感应电动势的瞬时值表达式为
（2）线圈产生感应电动势的有效值为
V
整个电路中产生的焦耳热为
J
16. 如图甲所示，两根足够长的、电阻不计的平行光滑金属导轨MN、PQ间距d=1m，倾角θ=37°，轨道顶端连有一阻值为R=2Ω的定值电阻，整个空间存在着垂直轨道平面向下的磁场，磁感应强度B的变化规律如图乙所示，现用力将质量m=0.4kg、电阻r=2Ω的导体棒ab从0时刻开始固定于离轨道顶端l=2m处，在t=4s时刻撤去外力，之后导体棒下滑距离x0=1.5m后达到最大速度，导体棒与导轨始终接触良好。（g取10 m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8）求：
（1）0~4 s内通过导体棒ab的电流大小和方向；
（2）导体棒ab的最大速度vm；
（3）撤去外力后，导体棒ab下滑1.5m过程中，在ab棒上产生的焦耳热Q。

【答案】（1）0.25A，方向为从a到b；（2）2.4m/s ；（3）1.224J
【解析】
【详解】（1）根据楞次定律可知，通过导体棒ab的电流方向为从a到b，根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律，通过导体棒ab的电流为
解得
I1=0.25 A
方向从a到b。
（2）当导体棒ab达到最大速度时，导体棒做匀速直线运动，根据受力平衡可得
mgsinθ=BI2d
根据欧姆定律可得
切割磁感线产生的感应电动势
E2=Bdvm
联立可得导体棒ab的最大速度为
vm=2.4 m/s
（3）由于定值电阻与导体棒电阻相等，通过的电流相等，则下滑过程中电阻R与导体棒产生的热量相等，根据能量守恒定律有
可得ab棒上产生的焦耳热为
Q=1.224J
17. 如图所示，在平面直角坐标系xOy内，以坐标原点O为圆心、半径的圆形区域里存在着垂直于坐标平面向外的匀强磁场（未画出），在第一象限内，区域内存在着沿y轴正方向的匀强电场。P为磁场边界与x轴的交点，Q为x轴上的一点，。一带负电粒子从Q点以初速度沿着与x轴负方向成45°角方向射入电场，然后沿x轴负方向射出电场，经过一段时间进入磁场，经磁场偏转后平行于y轴负方向射出磁场。已知粒子的质量为m，电荷量为q，不计粒子的重力。求：
（1）匀强电场的电场强度大小及匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）粒子从Q点进入电场到射出磁场的整个过程所需要的时间。
【答案】（1）；；（2）
【解析】
【详解】（1）带负电的粒子在电场中运动的逆过程为平抛运动，则
解得
粒子出离电场时的竖直位移
可知且MON三点共线，由几何关系可知粒子在磁场中做圆周运动的半径
粒子在磁场中的速度
则
解得
（2）粒子从出离电场到到达M点的时间
在磁场中运动的时间
则总时间
18. 如图所示，足够长的斜面与水平面的夹角为，空间中自上而下依次分布着垂直斜面向下的匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，磁场Ⅰ、Ⅱ间距为1.75 m，磁场Ⅱ、Ⅲ间距为2.25 m，一边长、质量、电阻的正方形导线框放在斜面的顶端，导线框的下边距离磁场Ⅰ的上边界为，导线框与斜面间的动摩擦因数。将导线框由静止释放，导线框匀速穿过每个磁场区域。重力加速度g取，，，求：
（1）磁场Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的磁感应强度的大小、、；
（2）整个过程中导线框产生的焦耳热Q；
（3）导线框从静止释放到穿过磁场Ⅲ所经历的时间t。
【答案】（1），，；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）从线框开始下落到刚进入磁场Ⅰ区域由动能定理
解得
导线框在每个磁场区域中均做匀速直线运动
由安培力公式
由法拉第电磁感应电动势
由闭合电路欧姆定律
联立解得
线框在磁场Ⅱ、Ⅲ之间加速的距离为
则线框由静止开始运动至刚进入第二个磁场时，由动能定理
线框在磁场Ⅱ中受到的安培力
导线框在每个磁场区域中均做匀速直线运动
联立解得
同理解得
（2）导线框匀速穿过磁场区域，每穿过一次磁场区域，产生的焦耳热
整个过程中导线框产生的焦耳热
解得
（3）导线框在磁场以外做匀加速直线运动
穿过磁场Ⅰ的时间
穿过磁场Ⅱ的时间
穿过磁场Ⅲ的时间
导线框从静止释放到穿过磁场Ⅲ所经历的时间
联立解得