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2023-2024学年北京市大兴区高三上学期期末考试 物理试题（含答案）
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这是一份2023-2024学年北京市大兴区高三上学期期末考试 物理试题（含答案），共11页。试卷主要包含了0A等内容，欢迎下载使用。
2024.1
本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第一部分
本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 图1所示，原来不带电的金属导体MN固定在绝缘支架上，在其两端下面都悬挂着金属验电箔。若使带负电的金属球A靠近导体的M端，看到的现象是
A. 只有M端验电箔张开，且M端带正电
B. 只有N端验电箔张开，且N端带正电
C. M、N两端的验电箔都张开，且M、N两端都带正电
D. M、N两端的验电箔都张开，且N端带负电，M端带正电
2．两个分别带有电荷量为−Q 和+5Q 的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为r的两处，它们之间库仑力的大小为F，两小球相互接触后再放回原处 ，则两球之间库仑力的大小为
5F16 B. F5 C. 4F5 D. 16F5
3. 如图2所示，理想变压器的原线圈接在u=2202 sin 100πtV 的交流电源上，副线圈接有R=11 Ω 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1 ，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是
A. 原线圈的输入功率为110WB. 电流表的示数为20.0A
C. 电压表的示数约为110V D. 副线圈输出交流电的周期为0.01s
4. 甲、乙两个带电粒子的电荷量和质量分别为（-q，m）、（-q，4m），它们先后经过同一加速电场由静止开始加速后，由同一点进入同一偏转电场，两粒子进入时的速度方向均与偏转电场垂直，如图3所示。粒子重力不计，则甲、乙两粒子
A. 进入偏转电场时速度大小之比为1:2
B．在偏转电场中运动的时间相同
C．离开偏转电场时的动能之比为1:4
D．离开偏转电场时垂直于板面方向偏移的距离之比为1:1
5. 研究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置如图4所示。下列说法中正确的是
A. 实验中，只将电容器b 板向左平移，静电计指针的张角变小
B. 实验中，只将电容器b 板向上平移，静电计指针的张角变大
C. 实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大
D. 实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大
6．在匀强磁场中，一个矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图5甲所示。产生的交变电压随时间变化的图像如图5乙所示，则
A. t=0.005 s 时线框的磁通量变化率为零
B. t=0.01 s 时线框平面与磁场方向垂直
C. 线框产生的交变电压有效值为311 V
D. 线框产生的交变电压频率为100 Hz
7．在垂直纸面的匀强磁场中，有不计重力的甲、乙两个带电粒子，在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹如图6所示。则下列说法中正确的是
A. 甲、乙两粒子所带电荷是异种电荷
B. 该磁场方向一定是垂直纸面向里
C. 若甲、乙两粒子的动量大小相等，则甲粒子所带电荷量较大
D. 若甲、乙两粒子所带电荷量及运动的速率均相等，则甲粒子的质量较大
8 . 如图7甲所示是某电场中的一条电场线，A、B是这条电场线上的两点，一带正电的粒子只在静电力作用下，沿电场线从A运动到B。在这过程中，粒子的速度-时间图像如图7乙所示，比较A、B两点电场强度大小和电势的高低，下列说法正确的是
A．EA=EB，φA>φB B．EAC．EA=EB，φA<φB D．EA>EB，φA<φB
9.如图8所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零，L1、L2是两个相同的灯泡。下列说法正确的是
A．当开关S由断开变为闭合时，L1、L2同时发光，然后L2变得更亮，L1逐渐变暗，最终熄灭
B．当开关S由断开变为闭合时，L1先发光，L2后发光，L1亮度不变，L2逐渐变暗，最终熄灭
C．当开关S由闭合变为断开时，L1立即熄灭， L2突然发光，再逐渐变暗，最终熄灭
D．当开关S由闭合变为断开时，L2立即熄灭， L1突然发光，再逐渐变暗，最终熄灭
10. 某同学用图9所示装置探究影响感应电流方向的因素，将磁体从线圈中向上匀速抽出时，观察到灵敏电流计指针向右偏转。关于该实验，下列说法中正确的是
A．必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转
B．若将磁体向上加速抽出，灵敏电流计指针向左偏转
C．将磁体的N、S极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转
D．将磁体的N、S极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转
11. 如图10所示，真空中有等量异种点电荷+q、−q分别放置在M、N两点，在M、N的连线上有对称点a、c，M、N连线的中垂线上有对称点b、d，下列说法正确的是
A. 在M、N连线的中垂线上，O点电势最高
B. 正电荷从b点沿M、N连线的中垂线移到d点的过程中，受到的静电力先减小后增大
C. 正电荷在c点电势能大于在a点电势能
D. 正电荷在c点电势能小于在a点电势能
12. 如图11甲所示，电阻为5Ω、匝数为100匝的线圈（图中只画了2匝）两端A、B与电阻R相连，R=95Ω。线圈内有方向垂直于纸面向里的磁场，线圈中的磁通量在按图11乙所示规律变化。则下列说法不正确的是
A．A点的电势低于B点的电势
B．在线圈位置上感应电场沿逆时针方向
C．0.1s时间内通过电阻R的电荷量为0.05C
D．0.1s时间内非静电力所做的功为2.5J
3. 如图12所示，平行板电容器与电源连接，下极板B接地，开关S闭合，一带电油滴在电容器中的P点处于静止状态。下列说法正确的是
A. 保持开关闭合，A板竖直上移一小段距离，电容器的电容增大
B. 保持开关闭合，A板竖直上移一小段距离，P点的电势将升高
C. 保持开关闭合，A板竖直上移一小段距离过程中，电流计中电流方向向右
D. 开关S先闭合后断开，A板竖直上移一小段距离，带电油滴向下运动
14. 图13为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R1上。当大苹果通过托盘秤时，R1所受的压力较大因而电阻较小，R2两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为M0，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，其他条件不变的情况下，下面操作可行的是
A. 只适当减小R2的阻值
B. 只增大电源E1的电动势
C. 只增加缠绕电磁铁线圈的匝数
D.只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些
第二部分
本部分共6题，共58分。
15.（8分） 在“测量金属丝的电阻率”实验中，某同学用电流表和电压表测量一个金属丝的电阻。
（1）该同学先用欧姆表“”挡粗测该金属丝的电阻，示数如图14所示，对应的读数是_______。
图14
（2）用螺旋测微器测某金属丝的直径，示数如图15所示，则该金属丝的直径为______mm。
（3）测量一段金属丝电阻时所用器材和部分电路连线如图16所示，电流表0~0.6A，内阻约0.1Ω，0~3A，内阻约0.01Ω；电压表0~3V，内阻约3kΩ，0~15V，内阻约15kΩ。图中的导线a端应与________（选填电流表“-”、“0.6”或“3”）接线柱连接，b端应与___________（选填电流表“-”、“0.6”或“3”）接线柱连接。开关闭合前，图16中滑动变阻器滑片应置于____________（选填“左”或“右”）端。
（4）闭合开关，调节滑动变阻器，得到多组U和I数据。甲同学由每组U、I数据计算电阻，然后求电阻平均值；乙同学通过图像求电阻。则两种求电阻的方法误差较小的是___________（选填“甲同学”或“乙同学”）。
（5）设被测金属丝电阻为，金属丝直径为d，接入电路部分的长度为l，则计算该金属丝电阻率的表达式是______（用题目给出的物理量符号表示）。
16.（10分）用图17所示的电路图测量一节干电池的电动势和内阻。
在下表中选出适当的实验器材进行实验。
电流表A1：0~0.6A，内阻约0.1Ω；
电流表A2：0~3A，内阻约0.01Ω；
C．电压表V1：0~3V，内阻约3kΩ；
D．电压表V2：0~15V，内阻约15kΩ；
E．滑动变阻器R1：0~20Ω；
F．滑动变阻器R2：0~1000Ω；
G．待测干电池：电动势约为1.5V
H．开关，导线若干
实验中电流表应选用_____；电压表应选用_____；滑动变阻器应选用____（填器材前序号字母）。
(2)用笔画线完成图18中实物间的导线连接。
(3)甲同学在实验中记录了6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在坐标纸上，请标出余下一组数据对应的坐标点，在图19中画出U-I图线。
根据所画图线，可得出干电池的电动势_______。（保留3位有效数字）
(4)甲同学认为若不考虑电压表和电流表内阻对实验的影响，则电压表的读数与对应的电流表的读数的比值就等于干电池的内阻；乙同学认为电压表的读数变化量与相对应的电流表的读数变化量的比值的绝对值才等于电源的内阻。请判断哪位同学的观点是正确的，并说明你的判断依据___________。
17．（9分）图20所示，两根平行光滑金属导轨MN和PQ放置在水平面内，其间距L=0.4m，磁感应强度B=1.0T的匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接的电阻R=9.6Ω，在导轨上有一金属棒ab，其电阻r=0.4Ω，金属棒与导轨垂直且接触良好，在ab棒上施加水平拉力使其以速度v=1.0m/s向右匀速运动，设金属导轨足够长．求：
（1）金属棒ab产生的感应电动势；
（2）通过电阻R的电流大小和方向；
（3）金属棒a、b两点间的电势差；
（4）拉力做功的功率。
18．（9分）如图21所示，表面粗糙的平行金属导轨倾斜放置，间距d=0.4m，与水平面夹角θ=37º，导轨上端接有定值电阻R0=4Ω，电源电动势E=3V，内阻r=2Ω。导轨中间整个区域有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=2.5T。闭合开关后，将一质量m=0.2kg的导体棒ab垂直导轨放置，导体棒接入电路中的电阻R=4Ω，导体棒处于静止状态。导轨电阻不计，重力加速度取，，。最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
求：
（1）导体棒中的电流大小；
（2）导轨对导体棒的摩擦力大小和方向；
（3）导体棒与导轨间的动摩擦因数。
19. （10分）2023年是芯片行业重要的里程碑。中国会成为全球生产芯片的重要国家之一。离子注入是芯片制造过程中一道重要的工序。图22所示，是离子注入工作原理的示意图，A处的离子无初速的“飘入”加速电场，经电场加速后从P点沿半径方向进入半径为r的圆形匀强磁场区域，经磁场偏转，最后打在竖直放置的硅片上。离子的质量为m、电荷量为q，加速电场的电压为U，不计离子重力。求：
（1）离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小v；
（2）若磁场方向垂直纸面向外，离子从磁场边缘上某点出磁场时，可以垂直打到硅片上，求圆形区域内匀强磁场的磁感应强度的大小。
（3）为了追求芯片的精致小巧，需要对硅片材料的大小有严格的控制。如图23所示，在距O点为2r处的硅片下端与磁场中心O在同一水平线上，硅片长为l=233r，要求所有离子都打到硅片上，求磁感应强度B的取值范围。
20．（12分）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。
甲
（1）如图24甲所示，将一个半导体薄片垂直置于磁感应强度为B的磁场中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中能够自由移动的电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是在c、f间产生霍尔电压UH。已知半导体薄片的厚度为d，半导体薄片的宽度为L，假设半导体薄片元件内的导电粒子是电荷量为 e 的自由电子，薄片元件内单位体积中的自由电荷数n，求
①薄片元件内自由电荷定向移动的速率v；
②比较φc、φf的高低
③求c、f间产生的霍尔电压UH 。
（2）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量，如图24乙所示为利用霍尔元件制作的位移传感器，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图24丙所示的空间坐标系，保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH，在c、f之间连接一个电压表，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，电压表的示数为0，将该点作为位移的零点，在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比（比例系数为k），这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表（位移传感器）。
①推导薄片元件c、f之间的电势差Ucf与坐标z之间的定量关系并在图25中定性画出电势差Ucf与坐标z之间的图像。
②若∆Ucf∆z可以反映该位移传感器的灵敏度，则要提高该传感器的灵敏度可采取哪些可行措施。
参考答案
第一部分（选择题 共42分）
本部分共14,题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
第二部分（非选择题 共58分）
本部分共7题，共58分。
15. （8分）
图18
（1）6 ………………………………………（1分）
（2）0.185（0.184~0.186） ……………………（1分）
（3）0.6， 0.6，左 ……………………………（3分）
（4）乙 …………………………………………（1分）
（5）ρ=πRxd24l …………………………………（2分）
图19
16.（10分）
（1）A，C，E…………………………………（3分）
（2）如图18所示………………………………（1分）
（3）如图19所示，1.49V……………………（3分）
说明：补点、画线各1分。
（4） 乙同学正确 ，………………………………（1分）
甲同学计算的是外电路电阻；乙同学，任意取两个状态，U1=E－I1r，U2=E－I2r，
＝U1－U2，＝I1－I2，可以得出=r……………………（2分）
17（9分）
（1）E=BLv =1.0×0.4×1.0V=0.4V…………………………………（2分）
（2）I=BLvR+r=0.410 A=0.04A…………………………………………（2分）
（3）Uab=IR=BLvR+rR=0.04×9.6V=0.384V……………………………（2分）
（4）拉力功率等于电路热功率 P=IE=BLv2R+r =0.1610W=0.016W……（3分）
18.（9分）
（1）由闭合回路欧姆定律
代入数值解得 I=0.3A，…………………………………………（3分）
（2）导体棒受到的安培力F安=BId=0.3N
导体棒沿斜面方向平衡，则
代入数值解得 f=0.9N
方向：平行导轨向上。 ……………………………………………………（3分）
（3）导轨对导体棒的支持力
导体棒与导轨间的动摩擦因数为，则
代入数值解得 μ=34=0.75 ………………………………………………（3分）
19. （10分）
（1）离子通过加速电场，由动能定理可知
qU=12mv2
变形得到
v=2qUm……………………………（3分）
（2）根据题意，画出离子在磁场中运动的轨迹，如图所示
由几何关系知道，离子的轨迹半径
r'=r
由牛顿第二定律有
qvB0=mv2r
从而解得
……………………………（3分）
60°
l
C
M
B
D
（3）根据题意，画出离子在磁场中运动的轨迹，如图所示。
离子打在硅片上端时，设磁感应强度为B1，∠BOD=α，
由几何关系知道，tanα=l2r=232×3rr=33 ，α=30°，
∠QOB=60°，∠MOP=120°，∠COP=60°，∠OCP=30°
设离子的轨迹半径为R，tan30°=r/R，R=3r
由牛顿第二定律有
qvB1=mv23r
解得 B1= 2qUm3qr ………………………………………（2分）
离子打在硅片下端时，设磁感应强度为B0，由几何关系知道，离子的轨迹半径
r'=r
由牛顿第二定律有
qvB0=mv2r
从而解得
……………………（1分）
磁感应强度的取值范围2qUm3qr≤B≤2qUmqr………………………………………（1分）
20.（12分）
（1）①由电流的微观表达式I=nesv 和s=dL ∴v=InedL…………（2分）
②φc>φf ……………………………………………………………（2分）
③电子受到的洛伦兹力f=evB=IBndL ……………………………（1分）
电子受到的电场力F=UHeL ………………………………………（1分）
由平衡条件可知：f=F 即 UHeL=IBndL ∴UH=IBned…………（1分）
Z
UCf
O
图25
(2) ①由题意可知：磁感应强度B=kz
由上问可知 Ucf=UH=IBned=kzIned ………………（1分）
电势差Ucf与坐标z图像如图25所示： ………………………（2分）
②增大沿x方向的电流I，减小霍尔元件的厚度d。…………（2分）
序号
1
2
3
4
5
6
电压（）
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流（）
0.06
0.12
0.24
0.26
0.36
0.48
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
答案
D
C
C
D
B
B
D
A
C
D
D
A
C
A
2024.1
本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第一部分
本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 图1所示，原来不带电的金属导体MN固定在绝缘支架上，在其两端下面都悬挂着金属验电箔。若使带负电的金属球A靠近导体的M端，看到的现象是
A. 只有M端验电箔张开，且M端带正电
B. 只有N端验电箔张开，且N端带正电
C. M、N两端的验电箔都张开，且M、N两端都带正电
D. M、N两端的验电箔都张开，且N端带负电，M端带正电
2．两个分别带有电荷量为−Q 和+5Q 的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为r的两处，它们之间库仑力的大小为F，两小球相互接触后再放回原处 ，则两球之间库仑力的大小为
5F16 B. F5 C. 4F5 D. 16F5
3. 如图2所示，理想变压器的原线圈接在u=2202 sin 100πtV 的交流电源上，副线圈接有R=11 Ω 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1 ，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是
A. 原线圈的输入功率为110WB. 电流表的示数为20.0A
C. 电压表的示数约为110V D. 副线圈输出交流电的周期为0.01s
4. 甲、乙两个带电粒子的电荷量和质量分别为（-q，m）、（-q，4m），它们先后经过同一加速电场由静止开始加速后，由同一点进入同一偏转电场，两粒子进入时的速度方向均与偏转电场垂直，如图3所示。粒子重力不计，则甲、乙两粒子
A. 进入偏转电场时速度大小之比为1:2
B．在偏转电场中运动的时间相同
C．离开偏转电场时的动能之比为1:4
D．离开偏转电场时垂直于板面方向偏移的距离之比为1:1
5. 研究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置如图4所示。下列说法中正确的是
A. 实验中，只将电容器b 板向左平移，静电计指针的张角变小
B. 实验中，只将电容器b 板向上平移，静电计指针的张角变大
C. 实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大
D. 实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大
6．在匀强磁场中，一个矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图5甲所示。产生的交变电压随时间变化的图像如图5乙所示，则
A. t=0.005 s 时线框的磁通量变化率为零
B. t=0.01 s 时线框平面与磁场方向垂直
C. 线框产生的交变电压有效值为311 V
D. 线框产生的交变电压频率为100 Hz
7．在垂直纸面的匀强磁场中，有不计重力的甲、乙两个带电粒子，在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹如图6所示。则下列说法中正确的是
A. 甲、乙两粒子所带电荷是异种电荷
B. 该磁场方向一定是垂直纸面向里
C. 若甲、乙两粒子的动量大小相等，则甲粒子所带电荷量较大
D. 若甲、乙两粒子所带电荷量及运动的速率均相等，则甲粒子的质量较大
8 . 如图7甲所示是某电场中的一条电场线，A、B是这条电场线上的两点，一带正电的粒子只在静电力作用下，沿电场线从A运动到B。在这过程中，粒子的速度-时间图像如图7乙所示，比较A、B两点电场强度大小和电势的高低，下列说法正确的是
A．EA=EB，φA>φB B．EA
9.如图8所示，L是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零，L1、L2是两个相同的灯泡。下列说法正确的是
A．当开关S由断开变为闭合时，L1、L2同时发光，然后L2变得更亮，L1逐渐变暗，最终熄灭
B．当开关S由断开变为闭合时，L1先发光，L2后发光，L1亮度不变，L2逐渐变暗，最终熄灭
C．当开关S由闭合变为断开时，L1立即熄灭， L2突然发光，再逐渐变暗，最终熄灭
D．当开关S由闭合变为断开时，L2立即熄灭， L1突然发光，再逐渐变暗，最终熄灭
10. 某同学用图9所示装置探究影响感应电流方向的因素，将磁体从线圈中向上匀速抽出时，观察到灵敏电流计指针向右偏转。关于该实验，下列说法中正确的是
A．必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转
B．若将磁体向上加速抽出，灵敏电流计指针向左偏转
C．将磁体的N、S极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转
D．将磁体的N、S极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转
11. 如图10所示，真空中有等量异种点电荷+q、−q分别放置在M、N两点，在M、N的连线上有对称点a、c，M、N连线的中垂线上有对称点b、d，下列说法正确的是
A. 在M、N连线的中垂线上，O点电势最高
B. 正电荷从b点沿M、N连线的中垂线移到d点的过程中，受到的静电力先减小后增大
C. 正电荷在c点电势能大于在a点电势能
D. 正电荷在c点电势能小于在a点电势能
12. 如图11甲所示，电阻为5Ω、匝数为100匝的线圈（图中只画了2匝）两端A、B与电阻R相连，R=95Ω。线圈内有方向垂直于纸面向里的磁场，线圈中的磁通量在按图11乙所示规律变化。则下列说法不正确的是
A．A点的电势低于B点的电势
B．在线圈位置上感应电场沿逆时针方向
C．0.1s时间内通过电阻R的电荷量为0.05C
D．0.1s时间内非静电力所做的功为2.5J
3. 如图12所示，平行板电容器与电源连接，下极板B接地，开关S闭合，一带电油滴在电容器中的P点处于静止状态。下列说法正确的是
A. 保持开关闭合，A板竖直上移一小段距离，电容器的电容增大
B. 保持开关闭合，A板竖直上移一小段距离，P点的电势将升高
C. 保持开关闭合，A板竖直上移一小段距离过程中，电流计中电流方向向右
D. 开关S先闭合后断开，A板竖直上移一小段距离，带电油滴向下运动
14. 图13为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R1上。当大苹果通过托盘秤时，R1所受的压力较大因而电阻较小，R2两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为M0，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，其他条件不变的情况下，下面操作可行的是
A. 只适当减小R2的阻值
B. 只增大电源E1的电动势
C. 只增加缠绕电磁铁线圈的匝数
D.只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些
第二部分
本部分共6题，共58分。
15.（8分） 在“测量金属丝的电阻率”实验中，某同学用电流表和电压表测量一个金属丝的电阻。
（1）该同学先用欧姆表“”挡粗测该金属丝的电阻，示数如图14所示，对应的读数是_______。
图14
（2）用螺旋测微器测某金属丝的直径，示数如图15所示，则该金属丝的直径为______mm。
（3）测量一段金属丝电阻时所用器材和部分电路连线如图16所示，电流表0~0.6A，内阻约0.1Ω，0~3A，内阻约0.01Ω；电压表0~3V，内阻约3kΩ，0~15V，内阻约15kΩ。图中的导线a端应与________（选填电流表“-”、“0.6”或“3”）接线柱连接，b端应与___________（选填电流表“-”、“0.6”或“3”）接线柱连接。开关闭合前，图16中滑动变阻器滑片应置于____________（选填“左”或“右”）端。
（4）闭合开关，调节滑动变阻器，得到多组U和I数据。甲同学由每组U、I数据计算电阻，然后求电阻平均值；乙同学通过图像求电阻。则两种求电阻的方法误差较小的是___________（选填“甲同学”或“乙同学”）。
（5）设被测金属丝电阻为，金属丝直径为d，接入电路部分的长度为l，则计算该金属丝电阻率的表达式是______（用题目给出的物理量符号表示）。
16.（10分）用图17所示的电路图测量一节干电池的电动势和内阻。
在下表中选出适当的实验器材进行实验。
电流表A1：0~0.6A，内阻约0.1Ω；
电流表A2：0~3A，内阻约0.01Ω；
C．电压表V1：0~3V，内阻约3kΩ；
D．电压表V2：0~15V，内阻约15kΩ；
E．滑动变阻器R1：0~20Ω；
F．滑动变阻器R2：0~1000Ω；
G．待测干电池：电动势约为1.5V
H．开关，导线若干
实验中电流表应选用_____；电压表应选用_____；滑动变阻器应选用____（填器材前序号字母）。
(2)用笔画线完成图18中实物间的导线连接。
(3)甲同学在实验中记录了6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在坐标纸上，请标出余下一组数据对应的坐标点，在图19中画出U-I图线。
根据所画图线，可得出干电池的电动势_______。（保留3位有效数字）
(4)甲同学认为若不考虑电压表和电流表内阻对实验的影响，则电压表的读数与对应的电流表的读数的比值就等于干电池的内阻；乙同学认为电压表的读数变化量与相对应的电流表的读数变化量的比值的绝对值才等于电源的内阻。请判断哪位同学的观点是正确的，并说明你的判断依据___________。
17．（9分）图20所示，两根平行光滑金属导轨MN和PQ放置在水平面内，其间距L=0.4m，磁感应强度B=1.0T的匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接的电阻R=9.6Ω，在导轨上有一金属棒ab，其电阻r=0.4Ω，金属棒与导轨垂直且接触良好，在ab棒上施加水平拉力使其以速度v=1.0m/s向右匀速运动，设金属导轨足够长．求：
（1）金属棒ab产生的感应电动势；
（2）通过电阻R的电流大小和方向；
（3）金属棒a、b两点间的电势差；
（4）拉力做功的功率。
18．（9分）如图21所示，表面粗糙的平行金属导轨倾斜放置，间距d=0.4m，与水平面夹角θ=37º，导轨上端接有定值电阻R0=4Ω，电源电动势E=3V，内阻r=2Ω。导轨中间整个区域有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B=2.5T。闭合开关后，将一质量m=0.2kg的导体棒ab垂直导轨放置，导体棒接入电路中的电阻R=4Ω，导体棒处于静止状态。导轨电阻不计，重力加速度取，，。最大静摩擦力等于滑动摩擦力。
求：
（1）导体棒中的电流大小；
（2）导轨对导体棒的摩擦力大小和方向；
（3）导体棒与导轨间的动摩擦因数。
19. （10分）2023年是芯片行业重要的里程碑。中国会成为全球生产芯片的重要国家之一。离子注入是芯片制造过程中一道重要的工序。图22所示，是离子注入工作原理的示意图，A处的离子无初速的“飘入”加速电场，经电场加速后从P点沿半径方向进入半径为r的圆形匀强磁场区域，经磁场偏转，最后打在竖直放置的硅片上。离子的质量为m、电荷量为q，加速电场的电压为U，不计离子重力。求：
（1）离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小v；
（2）若磁场方向垂直纸面向外，离子从磁场边缘上某点出磁场时，可以垂直打到硅片上，求圆形区域内匀强磁场的磁感应强度的大小。
（3）为了追求芯片的精致小巧，需要对硅片材料的大小有严格的控制。如图23所示，在距O点为2r处的硅片下端与磁场中心O在同一水平线上，硅片长为l=233r，要求所有离子都打到硅片上，求磁感应强度B的取值范围。
20．（12分）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。
甲
（1）如图24甲所示，将一个半导体薄片垂直置于磁感应强度为B的磁场中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中能够自由移动的电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是在c、f间产生霍尔电压UH。已知半导体薄片的厚度为d，半导体薄片的宽度为L，假设半导体薄片元件内的导电粒子是电荷量为 e 的自由电子，薄片元件内单位体积中的自由电荷数n，求
①薄片元件内自由电荷定向移动的速率v；
②比较φc、φf的高低
③求c、f间产生的霍尔电压UH 。
（2）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量，如图24乙所示为利用霍尔元件制作的位移传感器，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图24丙所示的空间坐标系，保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH，在c、f之间连接一个电压表，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，电压表的示数为0，将该点作为位移的零点，在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比（比例系数为k），这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表（位移传感器）。
①推导薄片元件c、f之间的电势差Ucf与坐标z之间的定量关系并在图25中定性画出电势差Ucf与坐标z之间的图像。
②若∆Ucf∆z可以反映该位移传感器的灵敏度，则要提高该传感器的灵敏度可采取哪些可行措施。
参考答案
第一部分（选择题 共42分）
本部分共14,题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
第二部分（非选择题 共58分）
本部分共7题，共58分。
15. （8分）
图18
（1）6 ………………………………………（1分）
（2）0.185（0.184~0.186） ……………………（1分）
（3）0.6， 0.6，左 ……………………………（3分）
（4）乙 …………………………………………（1分）
（5）ρ=πRxd24l …………………………………（2分）
图19
16.（10分）
（1）A，C，E…………………………………（3分）
（2）如图18所示………………………………（1分）
（3）如图19所示，1.49V……………………（3分）
说明：补点、画线各1分。
（4） 乙同学正确 ，………………………………（1分）
甲同学计算的是外电路电阻；乙同学，任意取两个状态，U1=E－I1r，U2=E－I2r，
＝U1－U2，＝I1－I2，可以得出=r……………………（2分）
17（9分）
（1）E=BLv =1.0×0.4×1.0V=0.4V…………………………………（2分）
（2）I=BLvR+r=0.410 A=0.04A…………………………………………（2分）
（3）Uab=IR=BLvR+rR=0.04×9.6V=0.384V……………………………（2分）
（4）拉力功率等于电路热功率 P=IE=BLv2R+r =0.1610W=0.016W……（3分）
18.（9分）
（1）由闭合回路欧姆定律
代入数值解得 I=0.3A，…………………………………………（3分）
（2）导体棒受到的安培力F安=BId=0.3N
导体棒沿斜面方向平衡，则
代入数值解得 f=0.9N
方向：平行导轨向上。 ……………………………………………………（3分）
（3）导轨对导体棒的支持力
导体棒与导轨间的动摩擦因数为，则
代入数值解得 μ=34=0.75 ………………………………………………（3分）
19. （10分）
（1）离子通过加速电场，由动能定理可知
qU=12mv2
变形得到
v=2qUm……………………………（3分）
（2）根据题意，画出离子在磁场中运动的轨迹，如图所示
由几何关系知道，离子的轨迹半径
r'=r
由牛顿第二定律有
qvB0=mv2r
从而解得
……………………………（3分）
60°
l
C
M
B
D
（3）根据题意，画出离子在磁场中运动的轨迹，如图所示。
离子打在硅片上端时，设磁感应强度为B1，∠BOD=α，
由几何关系知道，tanα=l2r=232×3rr=33 ，α=30°，
∠QOB=60°，∠MOP=120°，∠COP=60°，∠OCP=30°
设离子的轨迹半径为R，tan30°=r/R，R=3r
由牛顿第二定律有
qvB1=mv23r
解得 B1= 2qUm3qr ………………………………………（2分）
离子打在硅片下端时，设磁感应强度为B0，由几何关系知道，离子的轨迹半径
r'=r
由牛顿第二定律有
qvB0=mv2r
从而解得
……………………（1分）
磁感应强度的取值范围2qUm3qr≤B≤2qUmqr………………………………………（1分）
20.（12分）
（1）①由电流的微观表达式I=nesv 和s=dL ∴v=InedL…………（2分）
②φc>φf ……………………………………………………………（2分）
③电子受到的洛伦兹力f=evB=IBndL ……………………………（1分）
电子受到的电场力F=UHeL ………………………………………（1分）
由平衡条件可知：f=F 即 UHeL=IBndL ∴UH=IBned…………（1分）
Z
UCf
O
图25
(2) ①由题意可知：磁感应强度B=kz
由上问可知 Ucf=UH=IBned=kzIned ………………（1分）
电势差Ucf与坐标z图像如图25所示： ………………………（2分）
②增大沿x方向的电流I，减小霍尔元件的厚度d。…………（2分）
序号
1
2
3
4
5
6
电压（）
1.45
1.40
1.30
1.25
1.20
1.10
电流（）
0.06
0.12
0.24
0.26
0.36
0.48
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
答案
D
C
C
D
B
B
D
A
C
D
D
A
C
A
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