还剩11页未读，
继续阅读
2023-2024学年河北省保定市高二（上）期末考试物理试卷(含解析）
展开
这是一份2023-2024学年河北省保定市高二（上）期末考试物理试卷(含解析），共14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.英国物理学家麦克斯韦系统地总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，再加上他本人的创造性工作，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中不正确的是( )
A. 变化的电场所在空间一定会产生磁场
B. 电磁波和机械波一样，它们的传播离不开传播介质
C. 电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式c=λf
D. 红外线、可见光、紫外线都是电磁波
2.某实验小组通过测量一闭合电路中电源的输出电压U和流过电源的电流I，得到如图所示的U−I图象，已知A点的坐标为(0.1,3.6)，下列说法中正确的是( )
A. 电源电动势为3.6VB. 电源内阻为8Ω
C. 电源的短路电流为0.5AD. A点对应电源的输出功率为0.36W
3.关于电场强度和磁感应强度的描述，下列说法正确的是( )
A. 真空中点电荷的电场强度E=kQr2，由此可知E与Q成正比，与r2成反比
B. 某位置电场强度的方向就是试探电荷在该位置所受静电力的方向
C. 磁感应强度方向就是小磁针北极所指的方向
D. 一段通有电流I、长为L的短导线在磁场中受到安培力大小为F，则磁场的磁感应强度大小B=FIL
4.如图甲所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，当线圈匀速转动时产生的电动势按正弦规律变化且电动势随时间变化的图像如图乙所示。发电机线圈电阻为10Ω，外接一只电阻为100Ω的灯泡，下列说法正确的是( )
A. 0.01s时，穿过线圈的磁通量为0B. 电压表的示数为200V
C. 电压表的示数为200 2VD. 流过灯泡的电流最大值为1A
5.如图所示，虚线a、b、c代表电场中三条等势线，φa<φb<φc，实线为一试探电荷仅在静电力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、M、Q是运动轨迹与等势线的交点，由此可知( )
A. 试探电荷带负电
B. 试探电荷在P、M、Q三点受到的静电力方向相同
C. 试探电荷在P、M、Q三个位置中P点的动能最大
D. 试探电荷在P、M、Q三个位置中P点的电势能最大
6.如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一光滑的U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，圆形金属环T位于回路围成的区域内，金属环与导轨共面。现给金属杆PQ一个向右的初速度，在之后的运动过程中，下列说法正确的是( )
A. PQRS回路中产生顺时针方向的感应电流
B. 金属杆PQ向右匀速运动
C. 金属环T中无感应电流
D. 金属环T中产生逆时针方向的感应电流
7.如图，两个等量负点电荷分别位于x轴上的P、Q两点，其位置关于原点O对称。a、b、c、d四点位于以O点为圆心的圆周上，a、b连线平行于x轴，c、d是圆周与y轴的交点。下列说法正确的是( )
A. a、b两点的电场强度相同
B. a、b两点的电势不相等
C. 将正试探电荷从c点沿y轴移动到d点，电势能先增大后减小
D. 若两电荷在图中圆周上任一点的电场强度大小分别是E1、E2，则1E1+1E2为定值
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，电容为C的平行板电容器，B板接地。闭合开关稳定后，电容器所带电荷量为Q。仅将A板竖直向上移动一小段距离，下列说法正确的是( )
A. C变大B. C减小C. Q不变D. A板电势不变
9.两盏标有“8V，8W”的灯泡L1、L2、电动机和电源组成如图所示电路。当开关S2断开时闭合开关S1，两个灯泡正常发光，当开关S1、S2都闭合时，电动机正常工作。已知电源的内阻r=0.5Ω，电动机的额定电压为6V、线圈电阻为0.5Ω，灯泡的电阻恒定不变。下列说法中正确的是( )
A. 电源的电动势为9VB. 灯泡的电阻为4Ω
C. 电动机正常工作时的功率为27WD. 电动机正常工作时的功率为16.875W
10.如图所示，在竖直放置的平行金属板A、B之间加恒定电压U，A、B两板的中央有小孔O1、O2，在B板的右侧有平行于金属板的匀强电场，电场范围足够大，感光板MN垂直于电场方向放置。先后两次在小孔O1处由静止释放带正电的甲粒子和乙粒子，甲、乙两粒子的电荷量之比为2:1，质量之比为1:2，不计两粒子受到的重力和空气阻力，关于这两个粒子的运动，下列说法正确的是( )
A. 甲、乙两粒子在O2处的速度大小之比为2:1
B. 甲、乙两粒子在O2处的速度大小之比为1:1
C. 甲、乙两粒子打到感光板上时的动能之比为2:1
D. 甲、乙两粒子打到感光板上的位置相同
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.为探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，某实验小组利用可拆变压器进行如下操作：
①小组同学通过充分讨论，画出实验电路图如图所示，依据实验电路图准备实验器材。
②按照实验电路图连接学生电源和变压器。
③学生电源电压调整到12V，记录此时连接的原线圈匝数n1。
④对多用电表(如图所示)进行调零，打开学生电源的开关，依次测量副线圈不同匝数n2对应的接线柱间的电压U2。
⑤断开学生电源开关，多用电表表笔固定在副线圈匝数为n3的两个接线柱之间。
⑥改变原线圈的匝数n4，不改变电源的电压调整，打开学生电源开关，发现多用电表无示数，另一个同学立即动手检查接线柱的连接并把每一个接线柱都重新拧紧。记录此时多用电表的电压U3。
⑦多次改变原线圈匝数，测量并记录对应多用电表的读数。
(1)用如图所示的学生电源，共有两组接线柱C、D和E、F，应该接哪一组？_____；
(2)上面七个操作步骤中有一个不符合安全操作规范，请找出来并进行纠正。不正确的操作序号_____纠正_____
(3)某次实验时，变压器原、副线圈的匝数分别为220匝和110匝，多用电表的示数最有可能是_____。
B．6.2V C．5.8V D．3.6V
12.要测量一个由某种新材料制成的圆柱体的电阻。步骤如下：
(1)选用多用电表的电阻“×100”挡对电阻进行初步测量，表盘的示数如图所示，R=____________Ω。
(2)为更精确地测量此圆柱体的电阻，可供选择的器材如下：
电流表A1(量程0∼1mA，内阻约为30Ω)；
电流表A2(量程0∼0.6A，内阻约为0.05Ω)；
电压表V1(量程0∼1V，内阻r1=1000Ω)；
电压表V2(量程0∼15V，内阻r2=15000Ω)；
定值电阻R0=2000Ω；
滑动变阻器R(阻值范围0∼10Ω，额定电流2A)；
电源(电动势E约为4V，内阻r约为1Ω)；
开关，导线若干。
为了使测量尽量准确，电表读数不得小于其量程的三分之一，电压表应选____________，电流表应选____________(均填器材代号)
(3)根据你选择的器材，补全方框内的实验电路图。( )
(4)根据你所设计的电路图，实验中电压表的示数为U，电流表的示数为I，写出测量电阻的表达式R=____________。(要求用题目中已有的物理量进行表示)
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
13.如图所示，两平行光滑导轨所在的平面与水平面夹角θ=37∘，导轨的一端接有电动势E=3V、内阻r=0.5Ω的直流电源，两导轨间的距离L=0.8m，导轨所在空间内存在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场。现把质量m=0.1kg、电阻R=1Ω的导体棒ab垂直放在金属导轨上且与导轨接触良好，导体棒恰好静止不动。导轨电阻不计，g取10m/s2,sin37∘=0.6,cs37∘=0.8，求：
(1)匀强磁场的磁感应强度大小；
(2)将磁场的方向变为竖直向上，为使ab棒仍然静止在导轨上，磁感应强度应变为多大？
14.如图所示，竖直平行边界PQ、MN之间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两边界间距为d,PQ右侧存在垂直纸面向外的匀强磁场。边界MN上A点有一粒子源，可沿纸面水平射出质量为m、电荷量为−q(q>0)的带电粒子，粒子第一次经过PQ边界时与竖直方向夹角为45∘，一段时间后粒子的轨迹垂直AC经过某点，AC垂直MN。不计粒子重力。求：
(1)该粒子的发射速率v；
(2)PQ右侧匀强磁场的磁感应强度大小B1；
(3)粒子从A点运动到与AC相交的点所需的时间t。
15.如图所示，间距为L的光滑平行导轨竖直放置，顶端连接阻值为R的电阻，电阻下方有一矩形金属框abce。MN和PQ之间的距离为2d，区域内有垂直导轨平面的匀强磁场，ec与MN之间的距离为d。金属框从图示位置由静止释放，恰能匀速穿过磁场区域。已知重力加速度为g，运动过程中金属框与导轨接触良好，不计导轨电阻，金属框质量为m,bc=d,ab和ec部分电阻相等。求：
(1)ab和ec部分的电阻r；
(2)匀强磁场的磁感应强度B；
(3)金属框穿过磁场区域的过程中电阻R产生的焦耳热。
【可供参考的知识：两个电动势相同的电源并联后对电路供电时，电源的总电动势等于单个的电源的电动势，电源的总电阻等于两个电源内阻的并联电阻。】
答案和解析
1.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查的是电磁波的原理、电磁的传播、波长频率波速的关系、电磁波普等知识点，强化学生对电磁波的认识，提高学生的对电磁波的掌握能力。
【解答】
A、变化的电场所在空间一定会产生磁场，故A正确；
B、电磁波的产生原理是变化磁场产生电场，变化的电场产生磁场，它的传播不需要传播介质，故B不正确；
C、电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式c=λf，故C正确；
D、红外线、可见光、紫外线都是电磁波，故D正确。
选错误的，故选择B。
2.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了电源的伏安特性曲线结合物理公式计算电动势、电源内阻、短路电流和A点的电功率，考查了学生对电源的认识，提高学生的物理思维能力。
【解答】
A、由公式U=E−Ir，电源的U−I图像的纵截距为电源的电动势为E=4V，故A错误；
B、已知A点的坐标为(0.1,3.6)，代入公式计算得电源内阻为4Ω，故B错误；
C、通过计算得电源的短路电流为1A，故C错误；
D、由公式P=UI得，A点(0.1,3.6)对应电源的输出功率为0.36W，故D正确。
3.【答案】A
【解析】A.真空中点电荷的电场强度 E=kQr2 ，由此可知 E 与 Q 成正比，与 r2 成反比，故A正确；
B.某位置电场强度的方向与正试探电荷在该位置所受静电力的方向相同，与负试探电荷在该位置所受静电力的方向相反，故B错误；
C.磁感应强度方向是可以自由转动的小磁针北极所指的方向，故C错误；
D.一段通有电流 I 、长为 L 的短导线在磁场中受到安培力大小为 F ，如果电流方向与磁场方向垂直，则有F=BIL
可得磁场的磁感应强度大小为B=FIL
如果电流方向与磁场方向不垂直，则磁感应强度大小不等于 B=FIL ，故D错误。
故选：A。
4.【答案】B
【解析】A. 0.01s 时，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，故A错误；
BC.电动势的有效值为E=Em 2=220V
电压表的示数表示灯泡两端的电压U=RR+rE=100100+10×220V=200V
故B正确，C错误；
D.流过灯泡的电流最大值为Im=EmR+r=220 2100+10A=2 2A
故D错误。
故选：B。
5.【答案】C
【解析】【分析】
根据运动轨迹的弯曲方向，结合等势线与电场线垂直判断粒子受到的电场的方向，根据沿着电场线电势降低，判断电势的高低，进而得出粒子电势能的大小，根据能量守恒分析动能。
解题时注意电场线与等势线的关系。
【解答】
A.粒子受到的电场的方向指向运动轨迹的凹侧结合等势线与电场线垂直，试探电荷带正点，故A错误；
B.试探电荷在P、M、Q三点受到的静电力方向与等势线垂直指向轨迹的凹侧，故B错误；
CD.试探电荷在由P到Q的过程中，电场力做负功，电势能增大，动能减小，即P点的动能最大，Q点的电势能最大，故C正确，D错误。
6.【答案】D
【解析】【分析】应用右手定则判断出PQ切割磁感线产生的感应电流方向；由法拉第电磁感应定律结合安培力公式，左手定则判断金属杆PQ的受力方向，牛顿第二定律求加速度；根据PQ的运动情况判断PQ产生的感应电流如何变化，然后应用楞次定律判断T中感应电流的方向。
本题考查了感应电流的方向判断。
【解答】A、应用右手定则判断出PQ切割磁感线产生的感应电流方向由Q到P，PQRS回路中产生逆时针方向的感应电流，故A错误；
B、法拉第电磁感应定律E=BLv，电流I=ER，安培力F安=B2L2vR=ma，得a=B2L2vmR，故金属杆PQ向右加速度减小的减速运动，故B错误；
CD、由以上分析得随着金属杆PQ向右减速，回路中的电流减小，感应电流产生的磁场垂直纸面向外减小，由楞次定律金属环T中感应磁场的方向垂直纸面向外，产生逆时针方向的感应电流，故C错误，D正确。
7.【答案】D
【解析】A.由等量负电荷的电场线分布特点可知，a、b两点的场强大小相等，方向不同，故A错误；
B.由等量负电荷的电场线分布特点及对称性可知，a、b两点的电势相等，故B错误；
C.由等量负电荷的电场线分布特点可知，正检验电荷由静止开始仅在电场力作用下从c点运动到d点的过程中，电场力先做正功后做负功，所以检验电荷的电势能先减小后增大，故C错误；
D.设圆半径为R，M为半圆上任一点，P、Q带电量为q，PM与PQ夹角为 θ ，则P在M点的场强为E1=kq(2Rcsθ)2
Q在M点的场强为
E2=kq(2Rsinθ)2
则1E1+1E2=4R2kq
故D正确。
故选：D。
8.【答案】BD
【解析】【分析】
闭合开关S电容器与电源相连，两极板间的电压U保持不变，根据C=ɛS4πkd分析电容变化，根据Q=CU分析电荷量变化，判断A板电势。
这是一个电容器的动态变化题目，灵活运用公式C=QU , C=ɛS4πkd是解题的基础。
【解答】
当闭合开关S稳定后，两极板间的电压U保持不变，仅将A板竖直向上移动一小段距离，两极板间的距离d增大，根据C=ɛS4πkd可知电容器的电容C变小，根据Q=CU可知，电容器所带电荷量减小，B板接地电势为零，两板间的电压保持不变，则A板的电势不变，故BD正确，AC错误。
9.【答案】AC
【解析】【分析】
由灯泡正常发光可以得出路端电压、灯泡的电阻以及灯泡所在支路的电流大小，可以解得流经电源的电流大小，由闭合电路欧姆定律得电源电动势；由并联电流电流关系解得发动机所在支路的电流大小进而解得发动机正常工作时的功率。
本题重在考查学生对于含有电动机电路关系得掌握情况，要熟练理解各部分关系进行相应公式的运用。
【解答】
A、当开关S2断开时，流过灯泡的电流I1=8W8V=1A，电路中的总电流为I总=2I1=2A，由闭合电路欧姆定律得E=U+I总r=9V，故A正确；
B、灯泡的电阻R灯=8V1A=8Ω，即B错误；
CD、电动机的额定电压为6V，由欧姆定律得IL1=6V8Ω=34A，由闭合电路欧姆定律得I总=9−6V0.5Ω=6A，根据并联电路电流的特点得电动机正常工作时的电流IM=6−234A=92A，电动机正常工作时的功率由PM=UM×IM=27W，即C正确，D错误。
10.【答案】ACD
【解析】AB.在AB间加速时，根据动能定理有qU=12mv2
解得v= 2qUm∝ qm
可知粒子运动到O2处时的速度之比为 2:1 ，故A正确，B错误；
D.在偏转电场中粒子做类平抛运动，则有水平方向有x=vt
竖直方向有y=12at2
根据牛顿第二定律有a=qEm
解得x= U1yE
在竖直位移y相同的情况下，水平位移x也相同，故两粒子有相同的运动轨迹，甲、乙两粒子打到感光板上的位置相同，故D正确；
C.运动轨迹完全一样可知整个运动过程中两个粒子有共同的起点和终点，由动能定理得qU+U1=12mv′2
可知U、U1相同的情况下，两粒子的末动能之比等于电荷量之比，为2：1，故C正确。
故选：ACD。
11.【答案】(1)E、F (2)⑥ 另一个同学在检查前应该先关闭电源开关 (3)C
【解析】(1)[1]变压器的工作原理是互感，可知电源应为交流电源，即用如图所示的学生电源，应使用交流输出接线柱E、F。
(2)[2][3]根据电压与匝数关系可知，变压器可以将低压转变成高压，即若打开学生电源开关，发现多用电表无示数，此时，为了确保安全，另一个同学不能够立即动手检查接线柱的连接并把每一个接线柱都重新拧紧。即上面七个操作步骤中，⑥不符合安全操作规范，在另一个同学在检查前应该先关闭电源开关。
(3)[4]学生电源电压调整到 12V ，根据理想变压器的电压匝数关系有12VU=220110
解得U=6V
由于实际变压器有一定的磁损与铁损，导致变压器输出电压比理想状态的稍微小一点，可知，多用电表的示数最有可能是5.8V。
故选：C。
12.【答案】(1) 3000 (2) V1 A1 (3) (4)3UI−Ur1
【解析】(1)[1]圆柱体的电阻为R=30×100Ω=3000Ω
(2)[2]为了使测量尽量准确，电表读数不得小于其量程的三分之一，电压表 V2 量程过大，故电压表应选 V1 ，并通过串联分压电阻 R0 将 V1 改装成大量程电压表。改装后的电压表量程为U=Ugr1R0+Ug=3V
[3]通过圆柱体的电阻最大电流为I=ER=43000A≈1.3mA
故电流表应选 A1 。
(3)[4]改装后的电压表内阻已知，为减小实验误差，电流表应采用外接法。实验电路图如图所示。
(4)[5]根据欧姆定律，测量电阻的表达式R=Ur1R0+UI−Ur1=3UI−Ur1
13.【答案】(1)设通过导体棒的电流为I，磁感应强度大小为B，根据闭合闭合电路欧姆定律I=ER+r
导体棒受力平衡，则ILB=mgsin37
解得B=38 T
(2)磁场方向改为竖直向上，磁感应强度大小为 B′ ，导体棒受力依然平衡ILB′=mgtan37
解得B=1532 T
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】(1)如图所示，设粒子在MN、PQ之间运动时圆周半径为r1r1cs45=d
粒子在磁场中运动，如图qvB=mv2r1
解得v= 2qBdm
(2)粒子进入PQ右侧区域运动，圆周半径为r2，设磁感应强度为B1。由几何关系r2sin45=r2(1−sin45)
由洛伦兹力提供向心力qvB1=mv2r2
解得B1=( 2+1)B
(3)设粒子在MN、PQ之间的磁场中运动的周期为T1，运动时间为t1，在PQ右侧区域磁场中运动的周期为T2，运动的时间为t2
T1=2πr1v
t1=45360T1
T2=2πr2v
t2=135360T2
t=t1+t2
联立可得t=(3 2−2)πm4qB
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】(1)对金属框的运动过程进行分析，分三阶段：第一阶段ec边进入磁场到ab边进入磁场；第二阶段金属框全部进入磁场；第三阶段ec边出磁场到ab边出磁场。其中第一阶段和第三阶段电路完全相同，三个阶段电源电动势均相等(设为E)。三个阶段电路如图所示。
设第一阶段流过ec的电流为I1，金属框受力平衡I1LB=mg
设电路总电阻为R1I1R1=E，R1=r+rRr+R
设第二阶段流过ab、ec的电流均为I2，金属框受力平衡2I2LB=mg
设电路总电阻为R22I2R2=ER2=R+r2
整理得到方程 r2+rR−2R2=0
解得 r=R或者r=−2R(舍去)
(2)金属框自由下落，ec边刚进入磁场时速度为vmgd=12mv2，E=BLv
解得 B= 3mgR2L2 2gd
(3)设第一、三阶段电阻R分别产生的焦耳热为q1Q1=(I12)2Rt
vt=d
设第二阶段电阻R产生的焦耳热为q2Q2=(2I2)2Rt
金属框穿过磁场区域的过程中电阻R产生的焦耳热为QQ=2Q1+Q2
解得 Q=mgd
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
1.英国物理学家麦克斯韦系统地总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，再加上他本人的创造性工作，得出诸多关于电磁场和电磁波的科学结论。下列关于电磁场和电磁波的说法中不正确的是( )
A. 变化的电场所在空间一定会产生磁场
B. 电磁波和机械波一样，它们的传播离不开传播介质
C. 电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式c=λf
D. 红外线、可见光、紫外线都是电磁波
2.某实验小组通过测量一闭合电路中电源的输出电压U和流过电源的电流I，得到如图所示的U−I图象，已知A点的坐标为(0.1,3.6)，下列说法中正确的是( )
A. 电源电动势为3.6VB. 电源内阻为8Ω
C. 电源的短路电流为0.5AD. A点对应电源的输出功率为0.36W
3.关于电场强度和磁感应强度的描述，下列说法正确的是( )
A. 真空中点电荷的电场强度E=kQr2，由此可知E与Q成正比，与r2成反比
B. 某位置电场强度的方向就是试探电荷在该位置所受静电力的方向
C. 磁感应强度方向就是小磁针北极所指的方向
D. 一段通有电流I、长为L的短导线在磁场中受到安培力大小为F，则磁场的磁感应强度大小B=FIL
4.如图甲所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，当线圈匀速转动时产生的电动势按正弦规律变化且电动势随时间变化的图像如图乙所示。发电机线圈电阻为10Ω，外接一只电阻为100Ω的灯泡，下列说法正确的是( )
A. 0.01s时，穿过线圈的磁通量为0B. 电压表的示数为200V
C. 电压表的示数为200 2VD. 流过灯泡的电流最大值为1A
5.如图所示，虚线a、b、c代表电场中三条等势线，φa<φb<φc，实线为一试探电荷仅在静电力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、M、Q是运动轨迹与等势线的交点，由此可知( )
A. 试探电荷带负电
B. 试探电荷在P、M、Q三点受到的静电力方向相同
C. 试探电荷在P、M、Q三个位置中P点的动能最大
D. 试探电荷在P、M、Q三个位置中P点的电势能最大
6.如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一光滑的U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，圆形金属环T位于回路围成的区域内，金属环与导轨共面。现给金属杆PQ一个向右的初速度，在之后的运动过程中，下列说法正确的是( )
A. PQRS回路中产生顺时针方向的感应电流
B. 金属杆PQ向右匀速运动
C. 金属环T中无感应电流
D. 金属环T中产生逆时针方向的感应电流
7.如图，两个等量负点电荷分别位于x轴上的P、Q两点，其位置关于原点O对称。a、b、c、d四点位于以O点为圆心的圆周上，a、b连线平行于x轴，c、d是圆周与y轴的交点。下列说法正确的是( )
A. a、b两点的电场强度相同
B. a、b两点的电势不相等
C. 将正试探电荷从c点沿y轴移动到d点，电势能先增大后减小
D. 若两电荷在图中圆周上任一点的电场强度大小分别是E1、E2，则1E1+1E2为定值
二、多选题：本大题共3小题，共18分。
8.如图所示，电容为C的平行板电容器，B板接地。闭合开关稳定后，电容器所带电荷量为Q。仅将A板竖直向上移动一小段距离，下列说法正确的是( )
A. C变大B. C减小C. Q不变D. A板电势不变
9.两盏标有“8V，8W”的灯泡L1、L2、电动机和电源组成如图所示电路。当开关S2断开时闭合开关S1，两个灯泡正常发光，当开关S1、S2都闭合时，电动机正常工作。已知电源的内阻r=0.5Ω，电动机的额定电压为6V、线圈电阻为0.5Ω，灯泡的电阻恒定不变。下列说法中正确的是( )
A. 电源的电动势为9VB. 灯泡的电阻为4Ω
C. 电动机正常工作时的功率为27WD. 电动机正常工作时的功率为16.875W
10.如图所示，在竖直放置的平行金属板A、B之间加恒定电压U，A、B两板的中央有小孔O1、O2，在B板的右侧有平行于金属板的匀强电场，电场范围足够大，感光板MN垂直于电场方向放置。先后两次在小孔O1处由静止释放带正电的甲粒子和乙粒子，甲、乙两粒子的电荷量之比为2:1，质量之比为1:2，不计两粒子受到的重力和空气阻力，关于这两个粒子的运动，下列说法正确的是( )
A. 甲、乙两粒子在O2处的速度大小之比为2:1
B. 甲、乙两粒子在O2处的速度大小之比为1:1
C. 甲、乙两粒子打到感光板上时的动能之比为2:1
D. 甲、乙两粒子打到感光板上的位置相同
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.为探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，某实验小组利用可拆变压器进行如下操作：
①小组同学通过充分讨论，画出实验电路图如图所示，依据实验电路图准备实验器材。
②按照实验电路图连接学生电源和变压器。
③学生电源电压调整到12V，记录此时连接的原线圈匝数n1。
④对多用电表(如图所示)进行调零，打开学生电源的开关，依次测量副线圈不同匝数n2对应的接线柱间的电压U2。
⑤断开学生电源开关，多用电表表笔固定在副线圈匝数为n3的两个接线柱之间。
⑥改变原线圈的匝数n4，不改变电源的电压调整，打开学生电源开关，发现多用电表无示数，另一个同学立即动手检查接线柱的连接并把每一个接线柱都重新拧紧。记录此时多用电表的电压U3。
⑦多次改变原线圈匝数，测量并记录对应多用电表的读数。
(1)用如图所示的学生电源，共有两组接线柱C、D和E、F，应该接哪一组？_____；
(2)上面七个操作步骤中有一个不符合安全操作规范，请找出来并进行纠正。不正确的操作序号_____纠正_____
(3)某次实验时，变压器原、副线圈的匝数分别为220匝和110匝，多用电表的示数最有可能是_____。
B．6.2V C．5.8V D．3.6V
12.要测量一个由某种新材料制成的圆柱体的电阻。步骤如下：
(1)选用多用电表的电阻“×100”挡对电阻进行初步测量，表盘的示数如图所示，R=____________Ω。
(2)为更精确地测量此圆柱体的电阻，可供选择的器材如下：
电流表A1(量程0∼1mA，内阻约为30Ω)；
电流表A2(量程0∼0.6A，内阻约为0.05Ω)；
电压表V1(量程0∼1V，内阻r1=1000Ω)；
电压表V2(量程0∼15V，内阻r2=15000Ω)；
定值电阻R0=2000Ω；
滑动变阻器R(阻值范围0∼10Ω，额定电流2A)；
电源(电动势E约为4V，内阻r约为1Ω)；
开关，导线若干。
为了使测量尽量准确，电表读数不得小于其量程的三分之一，电压表应选____________，电流表应选____________(均填器材代号)
(3)根据你选择的器材，补全方框内的实验电路图。( )
(4)根据你所设计的电路图，实验中电压表的示数为U，电流表的示数为I，写出测量电阻的表达式R=____________。(要求用题目中已有的物理量进行表示)
四、计算题：本大题共3小题，共38分。
13.如图所示，两平行光滑导轨所在的平面与水平面夹角θ=37∘，导轨的一端接有电动势E=3V、内阻r=0.5Ω的直流电源，两导轨间的距离L=0.8m，导轨所在空间内存在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场。现把质量m=0.1kg、电阻R=1Ω的导体棒ab垂直放在金属导轨上且与导轨接触良好，导体棒恰好静止不动。导轨电阻不计，g取10m/s2,sin37∘=0.6,cs37∘=0.8，求：
(1)匀强磁场的磁感应强度大小；
(2)将磁场的方向变为竖直向上，为使ab棒仍然静止在导轨上，磁感应强度应变为多大？
14.如图所示，竖直平行边界PQ、MN之间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两边界间距为d,PQ右侧存在垂直纸面向外的匀强磁场。边界MN上A点有一粒子源，可沿纸面水平射出质量为m、电荷量为−q(q>0)的带电粒子，粒子第一次经过PQ边界时与竖直方向夹角为45∘，一段时间后粒子的轨迹垂直AC经过某点，AC垂直MN。不计粒子重力。求：
(1)该粒子的发射速率v；
(2)PQ右侧匀强磁场的磁感应强度大小B1；
(3)粒子从A点运动到与AC相交的点所需的时间t。
15.如图所示，间距为L的光滑平行导轨竖直放置，顶端连接阻值为R的电阻，电阻下方有一矩形金属框abce。MN和PQ之间的距离为2d，区域内有垂直导轨平面的匀强磁场，ec与MN之间的距离为d。金属框从图示位置由静止释放，恰能匀速穿过磁场区域。已知重力加速度为g，运动过程中金属框与导轨接触良好，不计导轨电阻，金属框质量为m,bc=d,ab和ec部分电阻相等。求：
(1)ab和ec部分的电阻r；
(2)匀强磁场的磁感应强度B；
(3)金属框穿过磁场区域的过程中电阻R产生的焦耳热。
【可供参考的知识：两个电动势相同的电源并联后对电路供电时，电源的总电动势等于单个的电源的电动势，电源的总电阻等于两个电源内阻的并联电阻。】
答案和解析
1.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查的是电磁波的原理、电磁的传播、波长频率波速的关系、电磁波普等知识点，强化学生对电磁波的认识，提高学生的对电磁波的掌握能力。
【解答】
A、变化的电场所在空间一定会产生磁场，故A正确；
B、电磁波的产生原理是变化磁场产生电场，变化的电场产生磁场，它的传播不需要传播介质，故B不正确；
C、电磁波传播的速度、波长和频率满足关系式c=λf，故C正确；
D、红外线、可见光、紫外线都是电磁波，故D正确。
选错误的，故选择B。
2.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了电源的伏安特性曲线结合物理公式计算电动势、电源内阻、短路电流和A点的电功率，考查了学生对电源的认识，提高学生的物理思维能力。
【解答】
A、由公式U=E−Ir，电源的U−I图像的纵截距为电源的电动势为E=4V，故A错误；
B、已知A点的坐标为(0.1,3.6)，代入公式计算得电源内阻为4Ω，故B错误；
C、通过计算得电源的短路电流为1A，故C错误；
D、由公式P=UI得，A点(0.1,3.6)对应电源的输出功率为0.36W，故D正确。
3.【答案】A
【解析】A.真空中点电荷的电场强度 E=kQr2 ，由此可知 E 与 Q 成正比，与 r2 成反比，故A正确；
B.某位置电场强度的方向与正试探电荷在该位置所受静电力的方向相同，与负试探电荷在该位置所受静电力的方向相反，故B错误；
C.磁感应强度方向是可以自由转动的小磁针北极所指的方向，故C错误；
D.一段通有电流 I 、长为 L 的短导线在磁场中受到安培力大小为 F ，如果电流方向与磁场方向垂直，则有F=BIL
可得磁场的磁感应强度大小为B=FIL
如果电流方向与磁场方向不垂直，则磁感应强度大小不等于 B=FIL ，故D错误。
故选：A。
4.【答案】B
【解析】A. 0.01s 时，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，故A错误；
BC.电动势的有效值为E=Em 2=220V
电压表的示数表示灯泡两端的电压U=RR+rE=100100+10×220V=200V
故B正确，C错误；
D.流过灯泡的电流最大值为Im=EmR+r=220 2100+10A=2 2A
故D错误。
故选：B。
5.【答案】C
【解析】【分析】
根据运动轨迹的弯曲方向，结合等势线与电场线垂直判断粒子受到的电场的方向，根据沿着电场线电势降低，判断电势的高低，进而得出粒子电势能的大小，根据能量守恒分析动能。
解题时注意电场线与等势线的关系。
【解答】
A.粒子受到的电场的方向指向运动轨迹的凹侧结合等势线与电场线垂直，试探电荷带正点，故A错误；
B.试探电荷在P、M、Q三点受到的静电力方向与等势线垂直指向轨迹的凹侧，故B错误；
CD.试探电荷在由P到Q的过程中，电场力做负功，电势能增大，动能减小，即P点的动能最大，Q点的电势能最大，故C正确，D错误。
6.【答案】D
【解析】【分析】应用右手定则判断出PQ切割磁感线产生的感应电流方向；由法拉第电磁感应定律结合安培力公式，左手定则判断金属杆PQ的受力方向，牛顿第二定律求加速度；根据PQ的运动情况判断PQ产生的感应电流如何变化，然后应用楞次定律判断T中感应电流的方向。
本题考查了感应电流的方向判断。
【解答】A、应用右手定则判断出PQ切割磁感线产生的感应电流方向由Q到P，PQRS回路中产生逆时针方向的感应电流，故A错误；
B、法拉第电磁感应定律E=BLv，电流I=ER，安培力F安=B2L2vR=ma，得a=B2L2vmR，故金属杆PQ向右加速度减小的减速运动，故B错误；
CD、由以上分析得随着金属杆PQ向右减速，回路中的电流减小，感应电流产生的磁场垂直纸面向外减小，由楞次定律金属环T中感应磁场的方向垂直纸面向外，产生逆时针方向的感应电流，故C错误，D正确。
7.【答案】D
【解析】A.由等量负电荷的电场线分布特点可知，a、b两点的场强大小相等，方向不同，故A错误；
B.由等量负电荷的电场线分布特点及对称性可知，a、b两点的电势相等，故B错误；
C.由等量负电荷的电场线分布特点可知，正检验电荷由静止开始仅在电场力作用下从c点运动到d点的过程中，电场力先做正功后做负功，所以检验电荷的电势能先减小后增大，故C错误；
D.设圆半径为R，M为半圆上任一点，P、Q带电量为q，PM与PQ夹角为 θ ，则P在M点的场强为E1=kq(2Rcsθ)2
Q在M点的场强为
E2=kq(2Rsinθ)2
则1E1+1E2=4R2kq
故D正确。
故选：D。
8.【答案】BD
【解析】【分析】
闭合开关S电容器与电源相连，两极板间的电压U保持不变，根据C=ɛS4πkd分析电容变化，根据Q=CU分析电荷量变化，判断A板电势。
这是一个电容器的动态变化题目，灵活运用公式C=QU , C=ɛS4πkd是解题的基础。
【解答】
当闭合开关S稳定后，两极板间的电压U保持不变，仅将A板竖直向上移动一小段距离，两极板间的距离d增大，根据C=ɛS4πkd可知电容器的电容C变小，根据Q=CU可知，电容器所带电荷量减小，B板接地电势为零，两板间的电压保持不变，则A板的电势不变，故BD正确，AC错误。
9.【答案】AC
【解析】【分析】
由灯泡正常发光可以得出路端电压、灯泡的电阻以及灯泡所在支路的电流大小，可以解得流经电源的电流大小，由闭合电路欧姆定律得电源电动势；由并联电流电流关系解得发动机所在支路的电流大小进而解得发动机正常工作时的功率。
本题重在考查学生对于含有电动机电路关系得掌握情况，要熟练理解各部分关系进行相应公式的运用。
【解答】
A、当开关S2断开时，流过灯泡的电流I1=8W8V=1A，电路中的总电流为I总=2I1=2A，由闭合电路欧姆定律得E=U+I总r=9V，故A正确；
B、灯泡的电阻R灯=8V1A=8Ω，即B错误；
CD、电动机的额定电压为6V，由欧姆定律得IL1=6V8Ω=34A，由闭合电路欧姆定律得I总=9−6V0.5Ω=6A，根据并联电路电流的特点得电动机正常工作时的电流IM=6−234A=92A，电动机正常工作时的功率由PM=UM×IM=27W，即C正确，D错误。
10.【答案】ACD
【解析】AB.在AB间加速时，根据动能定理有qU=12mv2
解得v= 2qUm∝ qm
可知粒子运动到O2处时的速度之比为 2:1 ，故A正确，B错误；
D.在偏转电场中粒子做类平抛运动，则有水平方向有x=vt
竖直方向有y=12at2
根据牛顿第二定律有a=qEm
解得x= U1yE
在竖直位移y相同的情况下，水平位移x也相同，故两粒子有相同的运动轨迹，甲、乙两粒子打到感光板上的位置相同，故D正确；
C.运动轨迹完全一样可知整个运动过程中两个粒子有共同的起点和终点，由动能定理得qU+U1=12mv′2
可知U、U1相同的情况下，两粒子的末动能之比等于电荷量之比，为2：1，故C正确。
故选：ACD。
11.【答案】(1)E、F (2)⑥ 另一个同学在检查前应该先关闭电源开关 (3)C
【解析】(1)[1]变压器的工作原理是互感，可知电源应为交流电源，即用如图所示的学生电源，应使用交流输出接线柱E、F。
(2)[2][3]根据电压与匝数关系可知，变压器可以将低压转变成高压，即若打开学生电源开关，发现多用电表无示数，此时，为了确保安全，另一个同学不能够立即动手检查接线柱的连接并把每一个接线柱都重新拧紧。即上面七个操作步骤中，⑥不符合安全操作规范，在另一个同学在检查前应该先关闭电源开关。
(3)[4]学生电源电压调整到 12V ，根据理想变压器的电压匝数关系有12VU=220110
解得U=6V
由于实际变压器有一定的磁损与铁损，导致变压器输出电压比理想状态的稍微小一点，可知，多用电表的示数最有可能是5.8V。
故选：C。
12.【答案】(1) 3000 (2) V1 A1 (3) (4)3UI−Ur1
【解析】(1)[1]圆柱体的电阻为R=30×100Ω=3000Ω
(2)[2]为了使测量尽量准确，电表读数不得小于其量程的三分之一，电压表 V2 量程过大，故电压表应选 V1 ，并通过串联分压电阻 R0 将 V1 改装成大量程电压表。改装后的电压表量程为U=Ugr1R0+Ug=3V
[3]通过圆柱体的电阻最大电流为I=ER=43000A≈1.3mA
故电流表应选 A1 。
(3)[4]改装后的电压表内阻已知，为减小实验误差，电流表应采用外接法。实验电路图如图所示。
(4)[5]根据欧姆定律，测量电阻的表达式R=Ur1R0+UI−Ur1=3UI−Ur1
13.【答案】(1)设通过导体棒的电流为I，磁感应强度大小为B，根据闭合闭合电路欧姆定律I=ER+r
导体棒受力平衡，则ILB=mgsin37
解得B=38 T
(2)磁场方向改为竖直向上，磁感应强度大小为 B′ ，导体棒受力依然平衡ILB′=mgtan37
解得B=1532 T
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
14.【答案】(1)如图所示，设粒子在MN、PQ之间运动时圆周半径为r1r1cs45=d
粒子在磁场中运动，如图qvB=mv2r1
解得v= 2qBdm
(2)粒子进入PQ右侧区域运动，圆周半径为r2，设磁感应强度为B1。由几何关系r2sin45=r2(1−sin45)
由洛伦兹力提供向心力qvB1=mv2r2
解得B1=( 2+1)B
(3)设粒子在MN、PQ之间的磁场中运动的周期为T1，运动时间为t1，在PQ右侧区域磁场中运动的周期为T2，运动的时间为t2
T1=2πr1v
t1=45360T1
T2=2πr2v
t2=135360T2
t=t1+t2
联立可得t=(3 2−2)πm4qB
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
15.【答案】(1)对金属框的运动过程进行分析，分三阶段：第一阶段ec边进入磁场到ab边进入磁场；第二阶段金属框全部进入磁场；第三阶段ec边出磁场到ab边出磁场。其中第一阶段和第三阶段电路完全相同，三个阶段电源电动势均相等(设为E)。三个阶段电路如图所示。
设第一阶段流过ec的电流为I1，金属框受力平衡I1LB=mg
设电路总电阻为R1I1R1=E，R1=r+rRr+R
设第二阶段流过ab、ec的电流均为I2，金属框受力平衡2I2LB=mg
设电路总电阻为R22I2R2=ER2=R+r2
整理得到方程 r2+rR−2R2=0
解得 r=R或者r=−2R(舍去)
(2)金属框自由下落，ec边刚进入磁场时速度为vmgd=12mv2，E=BLv
解得 B= 3mgR2L2 2gd
(3)设第一、三阶段电阻R分别产生的焦耳热为q1Q1=(I12)2Rt
vt=d
设第二阶段电阻R产生的焦耳热为q2Q2=(2I2)2Rt
金属框穿过磁场区域的过程中电阻R产生的焦耳热为QQ=2Q1+Q2
解得 Q=mgd
【解析】详细解答和解析过程见【答案】
相关试卷
2023-2024学年河北省保定市定州市第二中学高二（上）期末物理试卷（含解析）： 这是一份2023-2024学年河北省保定市定州市第二中学高二（上）期末物理试卷（含解析），共14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。
2023-2024学年河北省邢台市高二（上）期末考试物理试卷（含解析）： 这是一份2023-2024学年河北省邢台市高二（上）期末考试物理试卷（含解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，简答题，计算题等内容，欢迎下载使用。
2023-2024学年河北省唐山市高一（上）期末考试物理试卷(含解析）： 这是一份2023-2024学年河北省唐山市高一（上）期末考试物理试卷(含解析），共14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。
