吉林省长春市长春吉大附中实验学校2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试题

这是一份吉林省长春市长春吉大附中实验学校2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试题，共17页。试卷主要包含了选择题必须使用2B铅笔填涂等内容，欢迎下载使用。
考试时间：75分钟 试卷满分：100分
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，考试结束后，将答题卡交回。
注意事项：
1．答题前，考生先将自己的姓名、准考证号码填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂：非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．作图可先使用铅笔画出，确定后必须用黑色字迹的签字笔描黑。
5．保持卡面清洁，不得折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、选择题：本题共10小题，共46分。1~7题为单项选择，每题4分：8~10题为多项选择，每题6分，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
1. 关于机械振动，下列说法中正确的是（ ）
A. 简谐运动是匀变速运动
B. 弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零、动能最大
C. 单摆在任何情况下的运动都是简谐运动
D. 受迫振动的频率等于振动系统的固有频率
【答案】B
【解析】
【详解】A．简谐运动的加速度周期性发生变化，不是匀变速运动，故A错误；
B．弹簧振子每次经过平衡位置时，位移为零，势能最小，动能最大，故B正确；
C．若单摆在同一平面内摆动，且偏角小于5°，可以认为该单摆的运动是简谐运动，故C错误；
D．受迫振动的频率等于驱动力的频率，不一定等于振动系统的固有频率，故D错误。
故选B。
2. 指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其N极指向如图中虚线(南北向)所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线(N极指向北偏东)所示。则以下判断正确的是( )
A. 可能在指南针上面有一导线东西放置，通由东向西的电流
B. 可能在指南针上面有一导线东西放置，通由西向东的电流
C. 可能在指南针上面有一导线南北放置，通由北向南的电流
D. 可能在指南针上面有一导线南北放置，通由南向北的电流
【答案】C
【解析】
【详解】A．导线东西放置，通有向西的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向南偏转，故A错误；
B．导线东西放置，通有向东的电流，根据安培定则可知，小磁针N极不偏转，故B错误；
C．导线南北放置，通有向南的电流时，根据安培定则可知，小磁针N极将向东偏转，故可能转向图中实线所示位置，故C正确；
D．导线南北放置，通有向北的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向西偏转，与图中实线所示位置相反，故D错误；
故选C。
3. 两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图所示。左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是（ ）
A. 当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点
B. 当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点
C. 当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点
D. 当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点
【答案】D
【解析】
【详解】AB．当金属棒向右匀速运动时，根据右手定则可知ab棒中感应电流方向从，ab相当于电源，则b点电势高于a点，线圈中产生的感应电流是恒定的，原线圈中的磁场是恒定的，穿过副线圈的磁通量不变，没有感应电动势产生，cd中没有电流流过，故c点与d点电势相等，故AB错误；
CD．当金属棒向右加速运动时，根据右手定则可知ab棒中感应电流方向从，ab相当于电源，则b点电势高于a点，线圈中产生感应电流逐渐增大，根据安培定则可知原线圈中的向下磁场逐渐增大，副线圈中有向上的磁场逐渐增大，根据楞次定律可知副线圈中感应电流从d通过电阻到c，d点电势高于c点，故C错误，D正确。
故选D。
4. 如图甲所示，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，有一矩形单匝线圈，其面积为S，总电阻为r，线圈两端外接一电阻R和一个理想交流电流表。若线圈绕对称轴OO＇以角速度ω做匀速转动，图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像，下列说法正确的是（ ）
A. 在时间内，穿过线圈平面的磁通量的变化量为BS
B. 在时间内，通过电阻R的电荷量为
C. 在时刻穿过线圈平面的磁通量的变化率为BSω
D. 在时刻电流表的示数为
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图可知，在t1和t3时刻穿过线圈平面的磁通量大小为BS，方向相反，则在t1~t3时间内穿过线圈平面的磁通量变化量为2BS，A错误；
B．在t3~t4时间内，磁通量的变化量为BS，则平均电动势
因此通过电阻R的电荷量为
B错误；
C．在t3时刻电动势，由法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量变化率为，C正确；
D．在t3时刻电流表的示数为交变电流的有效值，则有
故D错误。
故选C。
5. 一个做简谐运动的质点，先后以同样的速度通过相距10cm的A、B两点，历时0.5s（如图）过B点后再经过t=0.5s质点以大小相等、方向相反的速度再次通过B点，则质点振动的周期是（ ）
A. 0.5sB. 1sC. 2sD. 4s
【答案】C
【解析】
【详解】简谐运动的质点，先后以同样大小的速度通过A、B两点，则可判定这两点关于平衡位置O点对称，所以质点由A到平衡位置O时间与由平衡位置O到B的时间相等，即平衡位置O到B点的时间，因过B点后再经过t=0.5s质点以方向相反、大小相同的速度再次通过B点，则有从B点到最大位置的时间因此，质点振动的周期是T=4×（t1+t2）=4×（0.25+0.25）=2s．
6. 如图，半径为r、粗细均匀的金属圆环放在绝缘水平面上，虚线MN左侧有垂直于水平面向下的匀强磁场，右侧有垂直于水平面向上的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B，MN与圆环的直径重合，PQ是圆环垂直MN的直径，将P、Q两端接入电路，从P点流入的电流大小为I，圆环保持静止不动，则下列判断正确的是（ ）
A. 整个圆环受到的安培力为2BIr
B. 整个圆环受到的安培力大小为
C. MN左侧半圆环受到的安培力大小为
D. MN左侧半圆环受到的安培力大小为BIr
【答案】D
【解析】
【详解】AB．圆环的上半部分的电流是顺时针，下半部分的电流是逆时针，把圆环平均分成左上、右上、左下、右下四部分，根据左手定则可知这四部分受力如图所示。
左上部分圆环受到的安培力为
其中L为导线的有效长度，四部分的有效长度都为，且通过圆环的上、下半部分的电流相同，为，故四部分所受的安培力大小相等，且与方向相反，与方向相反，故圆环所受安培力的合力为零，故AB错误；
CD．MN左侧半圆环受到的安培力大小为
故C错误，D正确。
故选D。
7. 如图，带电荷量之比为的带电粒子A、B以相等的速度从同一点出发，沿着跟电场强度垂直的方向射入平行板电容器中，分别打在C、D点，若OC=CD，忽略粒子重力的影响，则（ ）

A. A和B在电场中运动的时间之比为1∶1
B. A和B运动的加速度大小之比为1∶4
C. A和B的质量之比为1∶12
D. A和B的位移大小之比为1∶1
【答案】C
【解析】
【详解】A．A和B在电场中运动时水平方向做匀速运动，根据
则A和B在电场中运动的时间之比为
故A错误；
B．竖直方向做匀加速运动，根据
可得
则A和B运动的加速度大小之比为
故B错误；
C．根据牛顿第二定律可得
可得
则A和B的质量之比为
故C正确；
D．带电粒子的位移大小为
水平位移之比为，竖直位移相等，可知A和B的位移大小之比不等于 ，故D错误。
故选C。
8. 如图所示电路中，定值电阻，电源内阻r＝1.5R，滑动变阻器的总电阻为R。当滑动变阻器的滑片P由顶端向下滑动过程中，下列说法正确的是（ ）

A. 电压表示数增大，电流表示数减小
B. 定值电阻消耗的功率减小
C. 定值电阻消耗的功率减小
D. 电源的输出功率减小
【答案】CD
【解析】
【详解】A．滑片P向下滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的阻值变小，电路中总电阻减小，干路电流增大，路端电压减小，电压表示数减小，电阻R1分压增大，并联支路电压减小，通过电阻R2的电流减小，则通过电流表的电流增大，故A错误；
B．由于干路电流增大，即通过电阻R1上的电流增大，根据P=I2R可知，R1上消耗的功率增大，故B错误；
C．定值电阻R2消耗的功率，由并联支路电压减小，则电阻R2消耗的功率减小，故C正确；
D．当滑动变阻器的滑片P由顶端向下滑动过程中，滑动变阻器接入电路中的电阻小于R，则电路的外电路的总电阻
由于电源电阻，电源输出功率
当时，电源的输出功率最大，所以当滑动变阻器的滑片P由顶端向下滑动过程中，电源的输出功率减小。故D正确。
故选CD。
9. 如图甲所示，单匝正方形线框abcd的电阻R=0.5Ω，边长L=20cm，匀强磁场垂直于线框平面向里，磁感应强度的大小随时间的变化规律如图乙所示，则下列说法中正确的是（ ）

A. 线框中的感应电流沿逆时针方向，大小为0.24A
B. 0~2s内通过ab边横截面的电荷量为
C. 3s时ab边所受安培力的大小为
D. 0~4s内线框中产生的焦耳热为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．根据楞次定律可知，线框中的感应电流沿顺时针方向，线框中的感应电动势为
线框中的感应电流大小为
故A错误；
B．0~2s内通过ab边横截面的电荷量为
故B正确；
C．由图可知，3s时磁感应强度的大小为，ab边所受安培力的大小为
故C错误；
D．0~4s内线框中产生的焦耳热为
故D正确。
故选BD。
10. 如图所示是筛选纳米粒子大小的一种装置。待选粒子为球形，密度都相同，带正电且电荷量与其表面积成正比。待选粒子从进入小孔时可认为速度为零，加速电场区域Ⅰ的板间电压为，粒子通过小孔射入正交的匀强电场和匀强磁场区域Ⅱ，区域Ⅱ的a、b板间电压为，区域Ⅱ的出口小孔与、在同一竖直线上，若半径为、质量为、电荷量为的纳米粒子刚好能沿该直线通过装置，不计纳米粒子重力，则（ ）

A. 区域Ⅱ的电场的场强大小与磁场的磁感应强度大小比值为
B. 半径大于的纳米粒子进入区域Ⅱ时将向a极板偏转
C. 若要使半径大于的纳米粒子进入区域Ⅱ时仍沿直线运动，则需减小a、b板间电压
D. 若a、b板间电压为时，能沿该直线通过装置的纳米粒子半径为4
【答案】AC
【解析】
【详解】A．设半径为粒子加速后的速度为，则有
粒子刚好能沿该直线通过区域Ⅱ，有
区域Ⅱ的电场的场强大小与磁场的磁感应强度大小比值为
故A正确；
B．设半径为的粒子质量为，电荷量为，加速后的速度为，则
，
由
解得
若纳米粒子的半径，则，故半径大于的纳米粒子进入区域Ⅱ时受到的洛伦兹力小于电场力，粒子向b极板偏转，故B错误；
C．若要使半径大于的纳米粒子进入区域Ⅱ时仍沿直线运动，可减小纳米粒子所受的电场力，即减小a、b板间电压，故C正确；
D．区域Ⅱ中a、b板间电压为
若a、b板间电压为时，能沿该直线通过装置的纳米粒子半径为，故D错误。
故选AC。
二、实验题：本题共2小题，共14分。
11. 某同学测量某金属丝的电阻率，实验过程如下：
（1）装置安装和电路连接：
如图甲所示。金属丝的一端固定，另一端作为活动端来改变金属丝接入电路的长度，两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图乙所示的电路中。
（2）金属丝电阻率的测量：
①用刻度尺测量并记录A、B间的距离，即为导线的长度。用螺旋测微器测量此时金属丝的直径，示数如图丙所示，其直径为_______mm。
②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关，闭合开关，调节R，使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数和。
③闭合，电压表的示数变小。记录两表的示数和，则此时金属丝的电阻为_______（用、、、表示）。
④根据电阻定律求得金属丝的电阻率。
⑤断开，增大导线的长度，重复上述步骤，计算出电阻率的平均值。
（3）电压表内阻对该实验的测量结果，下列说法正确的是（ ）
A.金属丝电阻测量值一定偏大
B.金属丝电阻测量值一定偏小
C.电压表内阻对金属丝电阻的测量值无影响
【答案】 ①. 1.700 ②. ③. C
【解析】
【详解】（2）[1]金属丝的直径为
[2]设定值电阻阻值为，则定值电阻与电压表内阻的并联电阻为
断开开关，闭合开关，根据欧姆定律有
闭合，根据电流关系可得
此时金属丝的电阻为
（3）[3]由（2）可知，实验处理数据时考虑了电压表的内阻，电压表内阻对金属丝电阻的测量值无影响。
故选C。
12. 一同学用伏安法测量一节干电池的电动势和内电阻，可供选择的器材有：
A.毫安表A1（量程10mA，内阻为100Ω）
B.毫安表A2（量程120mA，内阻20Ω）
C.定值电阻R1=5Ω
D.定值电阻R2=0.1Ω
E.定值电阻R3=200Ω
F.定值电阻R4=1400Ω
G.滑动变阻器R
H.开关、导线若干

（1）要求使用已有器材改装一量程为0.6A的电流表，则需选择的器材为毫安表______、定值电阻______（填写器材前的字母）；
（2）要求改装一量程为3V的电压表，则需选择的器材为毫安表______、定值电阻______（填写器材前的字母）；
（3）利用改装后的电表设计电路如图甲，根据测量所得数据，描点作图，得到毫安表A1和A2的示数I1与I2关系曲线如图乙所示，则电池的电动势E=______V，内电阻r=______Ω。（结果均保留两位有效数字）
【答案】 ① B ②. C ③. A ④. E ⑤. 1.5 ⑥. 1.0
【解析】
【详解】（1）[1]由于使用已有器材改装一量程为0.6A的电流表，则改装毫安表的量程要大、内阻要小，可知毫安表选择B；
[2]根据
可知，定值电阻选C。
（2）[3]改装一量程为3V的电压表，则改装毫安表的内阻必须是已知值，根据上述，可知毫安表必定选A；
[4]根据
故定值电阻选E。
（3）[5][6]根据图甲分析，结合上述有
其中
代入上述整理有
代入图像中的坐标与，解得
，
三、计算题：本题共3小题，共40分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。
13. 如图，挡板MN位于水平面x轴上，在第一、二象限区域存在磁感应强度为B的矩形匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外。在MN上O点放置了粒子发射源，能向第二象限发射各个方向的速度为的带正电同种粒子，已知粒子质量为m、电荷量为q，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，粒子打到挡板上时均被挡板吸收，则：
（1）求所有粒子在磁场中做匀速圆周运动半径；
（2）粒子在磁场中运动的周期；
（3）所有粒子能够到达区域的面积。

【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）由洛伦兹力提供向心力有
代入数据解得
（2）粒子在磁场中运动的周期
（3）所有粒子运动的区域面积为图中阴影部分面积

由几何关系有
14. 如图，某个小型水电站发电机的输出功率为，发电机的电压为。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的双线总电阻为R=20Ω，在用户端用降压变压器把电压降为。要求输电效率（即用户得到的功率与发电机发出的功率之比）达到96％，也就是说在输电线上损失的功率控制在8kW，用户得到的功率为192kW。为此需要设计两个变压器的匝数比。请计算：
（1）升压变压器输入的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？
（2）从升压变压器的输出端到降压变压器的输入端，输电线损失的电压为多少？
（3）两个变压器的匝数比各应等于多少？
【答案】（1），；（2）；（3），
【解析】
【详解】（1）升压变压器输入的电流为
输电线上损失的功率为
输电线上通过的电流为
（2）输电线损失的电压为
（3）对于升压变压器，根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系
对于升压变压器，根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系
解得
降压变压器原线圈两端的电压为
对于降压变压器，根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系
15. 如图所示，无限长的“U”金属导轨ABCD和金属导轨EF、GH水平平行放置，AB、EF、GH、CD之间的距离均为L，AB和EF区域、GH和CD区域均有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为，EF和DH区域有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小也为，GH和CD左端连有带开关S的电容器，其电容为（电容器一开始不带电）。现有三根金属棒1、2、3如图所示垂直导轨放置，三根金属棒长度均为L，其中金属棒1、3质量均为m，电阻均为R。金属棒2质量为，电阻为。时刻金属棒1、3静止，开关S断开，金属棒2有垂直棒2大小为的速度，忽略所有的阻力和所有导轨的电阻。求：
（1）时刻通过金属棒2的电流I的大小；
（2）开关S处于断开状态下，金属棒1、2、3达到稳定运行时，金属棒2的速度大小；
（3）开关S处于断开状态下，从时刻到第（2）问所指状态的过程中，金属棒1产生的焦耳热；
（4）当到达第（2）问所指的状态时，撤去金属棒3，同时闭合开关S，在以后的运动中，当金属棒1、2达到稳定运行时，电容器带的电量大小Q。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）时刻满足
解得
（2）稳定运行时，棒1、3的速度均为
对棒2使用动量定理
对棒1使用动量定理
解得
（3）根据能量守恒
金属棒1产生的焦耳热
（4）稳定运行时，棒1的速度均为，棒2的速度均为，对棒1使用动量定理
对棒2使用动量定理
对于整个回路
解得