2024湖北省沙市中学高二上学期1月期末考试物理试题含解析

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时间：75分钟 满分：100分
一、单选题（每小题4分，共24分）
1. 如图所示，两根在同一水平面内、相互平行的长直导线A和B分别通有方向相同的电流I1和I2，且I1>I2。a点位于两根导线的正中间。不考虑地磁场的影响。下列说法中正确的是（ ）
A. 导线A和B间的安培力是斥力
B. A受的安培力比B受的安培力大
C. a点处磁感应强度方向垂直纸面向里
D. a点处的磁感应强度方向垂直纸面向外
【答案】C
【解析】
【详解】AB．根据左手定则可知，通有方向相同电流的长直导线相互吸引，导线A和B间的安培力是吸引力，A受的安培力与B受的安培力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故AB错误；
CD．根据右手螺旋定则可知，长直导线A在a点处产生的磁感应强度方向垂直纸面向里，长直导线B在a点处产生的磁感应强度方向垂直纸面向外，由于I1>I2，a点处的合磁感应强度方向垂直纸面向里，故C正确，D错误。
故选C。
2. 电场强度和电势是静电场中两个非常重要的物理量，场强反映电场力的性质，电势反映电场能的性质。在如图所示真空空间的静电场中，、两点的电场强度和电势均相同的是（ ）
A. 两个等量同种电荷连线上，与连线中点等距的、两点
B. 带电平行板电容器两极板间的、两点
C. 以正点电荷为圆心的圆周上的、两点
D. 位于静电平衡的导体内部的、两点
【答案】D
【解析】
【详解】A．两个等量同种电荷连线上，与连线中点等距的、S两点电场强度大小相等，方向相反，两点电势相等，故A错误；
B．带电平行板电容器两极板间的、S两点，两点电场强度大小相等，方向相同，点电势高于S点，故B错误；
C．以正点电荷为圆心的圆周上的、S两点，两点电场强度大小相等，方向不同，两点电势相等，故C错误；
D．静电平衡的导体内部，电场强度处处为零，导体是个等势体，位于静电平衡的导体内部的、S两点电场强度和电势均相同。故D正确。
故选D。
3. 如图所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知（ ）

A. 带负电的质点通过P点时的电势能比Q点大
B. 带负电的质点通过P点时的动能比Q点大
C. 三个等势面中，a的电势最高
D. P点的电场强度小于Q点的电场强度
【答案】A
【解析】
【详解】AC．根据曲线运动的合外力指向轨迹的凹侧、电场线与等势面垂直，可知负电荷所受的电场力向下，电场方向向上，根据沿电场线电势降低，可知三个等势面中，a的电势最低，负电荷在电势高处电势能小，故带负电的质点通过P点时的电势能比Q点大，故A正确，C错误；
B．粒子从P点运动至Q点，速度与电场力的夹角小于，电场力做正功，粒子的动能增大，故带负电的质点通过P点时的动能比Q点小，故B错误；
D．等势面越密，电场强度越大，故P点的电场强度大于Q点的电场强度，故D错误。
故选A。
4. 如图所示，电源电动势E=3V，内阻为1Ω；小灯泡L标有“2V 0.4W”。开关S接通时，小灯泡L正常发光、电动机M正常工作，则（ ）
A. 电动机正常工作的电压为1V
B. 电动机的内阻为4Ω
C. 电动机的输入功率为0.16W
D. 电源的效率为80%
【答案】C
【解析】
【详解】A．电流
电动机正常工作电压为
故A错误；
B．根据题中条件，无法求出电动机的内阻，故B错误；
C．电动机的输入功率为
故C正确；
D．电源的效率为
故D错误。
故选C。
5. 一列沿轴正方向传播的简谐机械横波，波速为。某时刻波形如图所示，下列说法正确的是（ ）
A. 此时刻处质点的加速度为零B. 此时刻处质点沿轴负方向运动
C. 这列波的振幅为D. 这列波的周期为
【答案】A
【解析】
【详解】A．此时处质点正通过平衡位置，回复力为零，所以加速度为零，故A正确；
B．根据“上坡下，下坡上”原则，可知此时处质点沿y轴正方向运动，故B错误；
C．由图可知，这列波的振幅为
故C错误；
D．从图中可知，故这列波的周期为
故D错误。
故选A。
6. 如图所示，水平金属圆环的半径为L，匀质导体棒OP的长度为2L，导体棒OP的电阻值为2R0 ，电阻R的阻值为，电路中的其他电阻不计。导体棒OP绕着它的一个端点O以大小为的角速度匀速转动，O点恰好为金属圆环的圆心，转动平面内还有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导体棒OP转动过程中始终与金属圆环接触良好。对金属棒OP转动一周的过程，下列说法正确的是（ ）
A. 电阻R两端的电压为
B. 电阻R的热功率为
C. 通过电阻R的电荷量为
D. 导体棒两端的电势差为
【答案】B
【解析】
【详解】A．金属杆在O点与圆环之间切割磁感线产生的感应电动势为
据题意可知
，
所以R两端的电压为
故A错误；
B．电阻R上产生的热量为
故B正确；
C．通过电阻R的电荷量为
故C错误；
D．圆外部分切割磁感线产生的感应电动势为
导体两端的电势差为
故D错误。
故选B。
二、多选题（每小题4分，共16分）
7. 如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电示意图，图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示。则当进入用电高峰时（ ）
A. 电压表V1、V2的示数均不变，电流表A2的示数增大，电流表A1的示数减小
B. 电压表V2、V3的示数之差与电流表A2的示数的比值不变
C. 电压表V3、V4示数的比值不变，电流表A2、 A3的示数均增大
D. 电压表V3、V4示数均减小，线路损耗功率增大，发电厂的输出功率不变
【答案】BC
【解析】
【详解】A．发电厂输出的电压一定，则电压表V1的示数不变，根据
可知，升压变压器次级电压一定，即电压表V2的示数不变，当进入用电高峰时，降压变压器次级消耗的功率变大，则次级电流变大，即电流表A3的示数增大，则初级电流变大，即输电线上的电流变大，即电流表A2的示数增大，根据
可知，升压变压器初级电流变大，即电流表A1的示数变大，故A错误；
B．电压表V2、V3的示数之差等于导线上的电压损失，则与电流表A2的示数的比值等于导线上的电阻R0的值不变，故B正确；
C．电压表V3、V4示数的比值等于降压变压器原副线圈的匝数比，则比值不变，结合A的分析可知，电流表A2的示数增大，电流表A3的示数增大，故C正确；
D．因输电线电流变大，则输电线上的电压以及功率损失变大，因升压变压器次级电压一定，可知降压变压器初级电压减小，次级电压减小，即电压表V3、V4的示数均减小，线路损耗功率增大，用户消耗的功率也变大，则升压变压器器的输入电流变大，则发电厂的输出功率增大，故D错误。
故选BC。
8. 第五代移动通信技术（简称5G）是目前普遍使用的蜂窝移动通信技术，5G的性能是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是（ ）
A. 5G和4G使用的电磁波都是横波
B. 5G使用的电磁波在真空中的传播速度比4G快
C. 5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象
D. 在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长
【答案】AC
【解析】
【详解】A．4G和5G信号均为电磁波，电磁波传播过程中，电场强度和磁感应强度的方向始终与传播方向垂直，故电磁波为横波，故A正确；
B．任何频率的电磁波在真空中传播的速度都一样，都等于光速，故B错误；
C．干涉和衍射现象是波特有的现象，所以5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象，故C正确；
D．由于5G的电磁波频率更高，根据公式
可得在真空中5G使用的电磁波波长比4G的短，故D错误。
故选AC。
9. 如图所示，在半径为R的圆形区域外有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。MN、PQ是相互垂直的两条直径。一带电粒子在M点以速度沿半径方向射入磁场，带电粒子的比荷（）为。若只考虑磁场力，则（ ）

A. 若粒子带正电，则从P点第一次进入圆形区域
B. 若粒子带负电，粒子第一次回到M点时间为
C. 不论粒子带何种电荷，粒子的在磁场中的运动半径都是2R
D. 不论粒子带何种电荷，粒子的运动周期都是
【答案】AD
【解析】
【详解】AC．根据洛伦兹力提供向心力有
解得
若粒子带正电，根据左手定则结合几何关系可知，粒子从P点第一次进入圆形区域，故A正确，C错误；
B．粒子在磁场中圆周运动的周期为
粒子在磁场中运动的时间为
粒子从P到Q经历时间为
则粒子第一次回到M点时间为
故B错误；
D．粒子从M点进入圆形区域，然后从最低点射出，进行循环，所以粒子运动的周期为
故D正确。
故选AD。
10. 如图，一光滑斜面固定在水平地面上，斜面倾角为30°，其底端固定一轻质弹簧，将质量为m的物块从斜面顶端由静止释放，弹簧的劲度系数为k，弹簧的最大压缩量为。已知，弹簧弹性势能为，其中x是形变量，简谐运动周期，则下列说法正确的是（ ）
A. 速度最大时的压缩量为
B. 物块的最大动能为
C. 物块的最大加速度为
D. 从静止释放到压缩量最大的时间为
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．速度最大时合力为零，则
得速度最大时的压缩量为
A正确；
B．设斜面顶端距弹簧上端距离为，由题意可知，物块运动到最低点，重力势能全部转化为弹性势能，则有
解得
根据机械能守恒
得物块的最大动能为
B正确；
C．弹簧压缩量最大时，根据牛顿第二定律
得物块最大加速度为
C错误；
D．从释放到与弹簧接触的过程中，加速度为
时间为
振幅为
压缩弹簧到平衡位置的过程中，位移为振幅的，时间为
从平衡位置到压缩量最大的时间为
从静止释放到压缩量最大的时间为
得
D正确。
故选ABD。
三、实验题
11. 小明同学在做“探究单摆周期与摆长的关系”实验中。
（1）将摆球悬挂于铁架台上，下列各图中悬挂方式正确的是______；测量小球直径时游标卡尺如图所示，其读数为______cm。

（2）测单摆周期时，当摆球经过平衡位置时开始计时并开始计1次，测出经过该位置N次所用时间为t，则单摆周期为T=______。
【答案】 ①. C ②. 2.06 ③.
【解析】
【详解】（1）[1]在做“探究单摆周期与摆长的关系”实验中摆长不变，悬点要固定。
故选C。
[2]10分度游标卡尺的精度为，故读数为
（2）[3]经过该位置N次时摆球经过的周期数为，故可知
解得
12. 沙市中学高二年级某实验小组在测量电源电动势和内阻的实验中，采用如图所示的电路进行实验。待测电源的电动势约2V，内阻约2Ω。
（1）电压表量程应选______（选填“0~3V”或“0~15V”）。
（2）按电路图连接电路后，在闭合开关S前，滑动变阻器滑片应置于______端（选填“a”或“b”）。
（3）根据实验数据绘出U-I图像如图，由图像可得电源电动势为______V，内阻为______Ω(结果保留两位有效数字)。
【答案】 ①. 0~3V ②. a ③. 1.9 ④. 2.0
【解析】
【详解】（1）[1]待测电源的电动势约2V，为减小实验误差，电压表量程应选0~3V；
（2）[2]由电路图可知滑动变阻器为限流式接法，在闭合开关S前，滑动变阻器滑片应置于最大值a端；
（3）[3]根据闭合电路的欧姆定律
整理得
电源电动势为
[4]图象斜率的绝对值表示内阻，为
四、解答题
13. 19世纪末，汤姆孙的学生阿斯顿设计了质谱议，后来经过多次改进，质谱议已经成为一种十分精密的仪器，是科学研究和工业生产中的重要工具。如图所示，质量为、电荷量为的粒子，从容器A下方的小孔飘入电势差为的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。
（1）求粒子进入磁场时速度v的大小；
（2）求D与之间的距离。

【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）粒子在加速电场中，根据动能定理有
解得
（2）在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力有
解得
所以
14. 如图所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R＝3 Ω的定值电阻，下端开口，轨道间距L＝1 m．整个装置处于磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上．质量m＝1 kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r＝1 Ω，电路中其余电阻不计．金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好．不计空气阻力影响．已知金属棒ab与导轨间动摩擦因数μ＝0.5，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，取g＝10 m/s2.
(1)求金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm；
(2)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，电阻R上产生的焦耳热总共为1.5 J，求流过电阻R的总电荷量q.
【答案】（1） （2）1C
【解析】
【详解】（1）金属棒由静止释放后，在重力、轨道支持力和安培力作用下沿斜面做变加速运动，加速度不断减小，当加速度为零时达到最大速度vm后保持匀速运动．有：
联解得：
（2）设金属棒从开始运动至达到最大速度过程中沿导轨下滑距离为x，由能量守恒定律：
根据焦耳定律：
联解得：
q＝1C
15. 如图甲所示，A、B间有一轻弹簧，弹簧一端固定在物块A上，另一端与物块B接触。用轻绳拴住A、B，使它们在足够长的光滑水平面上以的速度向右运动。在时剪断轻绳，此后至“A-弹簧”滑上斜面前A、B运动的图像如图乙所示。t=1s时B与弹簧分离。“A-弹簧”滑上粗糙斜面（与水平面平滑连接）后滑下，滑下斜面时的速度大小是滑上斜面时速度大小的一半。已知斜面倾角为，弹簧形变始终在弹性限度内，图中阴影部分的面积是1.6m。求：
（1）A、B的质量之比；
（2）物块A与斜面间的动摩擦因数；
（3）弹簧最初的压缩量x。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）滑上斜面前，B和“A-弹簧”系统动量守恒，有
由图像可知
，
解得
（2）A和弹簧第一次滑上斜面过程，根据动能定理
A和弹簧第一次滑下斜面过程，根据动能定理
且
解得
（3）由图像可知：在0~1.0s内，两个图线夹的图形面积等于弹簧的初始压缩量。A、B所受合外力相等，有
以速度为的系统为参考系
由已知阴影面积
则
解得在0~1.0s内，位移差