安徽省合肥市第一中学2023-2024学年高一下学期期中联考物理试题（原卷版+解析版）

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注意事项：
1．答题前，务必在答题卡和答题卷规定的地方填写自己的姓名、准考证号和座位号后两位。
2．答题时，每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。
3．答题时，必须使用0.5毫米的黑色墨水签字笔在答题卷上书写，要求字体工整、笔迹清晰。作图题可先用铅笔在答题卷规定的位置绘出，确认后再用0.5毫米的黑色墨水签字笔描清楚。必须在题号所指示的答题区域作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上答题无效。
4．考试结束，务必将答题卡和答题卷一并上交。
一、单选题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合要求。
1. 传感器广泛应用在机器人、无人驾驶、智能制造等方面，以下关于传感器元件的说法正确的是（ ）
A. 光敏电阻能把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，其阻值随着光照强度的增大而增大
B. 金属热电阻和热敏电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，它们的阻值都会随着温度的升高而增大
C. 电阻应变片能把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量，物体表面拉伸时，贴在其表面的应变片阻值变大
D. 电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电阻这个电学量
【答案】C
【解析】
【详解】A．光敏电阻能把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，其阻值随着光照强度的增大而减小，选项A错误；
B．金属热电阻和热敏电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，它们的阻值会随着温度的升高而升高或降低，选项B错误；
C．电阻应变片能把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量，物体表面拉伸时，应变片阻值变大，选项C正确；
D．电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量，选项D错误。
故选C。
2. 如图所示，金属杆的质量为m，长为l，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面为角斜向上，结果静止于水平导轨上。下列说法正确的是（ ）
A. 金属杆所受安培力大小为
B. 金属杆所受安培力水平向左
C. 金属杆受到的摩擦力，方向水平向左
D. 金属杆对导轨的压力大小为
【答案】D
【解析】
【详解】A．金属杆所受安培力大小为
A错误。
B．根据左手定则，安培力方向垂直B、I构成的平面，斜向左上方；B错误。
C．金属杆受到的摩擦力
方向水平向右；C错误。
D．根据受力平衡，金属杆对导轨的压力大小为
D正确。
故选D。
3. 如图为远距离输电示意图，其中升压变压器输入的正弦式交流电的电压有效值保持不变，输入功率，升压变压器原副线圈的匝数比为，降压变压器原副线圈的匝数比为，输电线路总电阻。为了安全测量输电线路中的电压和电流，现在输电线路的起始端接入甲、乙两个特殊的变压器，甲、乙原副线圈匝数比分别为和，以上变压器均为理想变压器。下列判断正确的是（ ）
A. 电压表示数为200VB. 电流表示数为4A
C. 输电线路的中损失的功率D. 用户得到的电压为
【答案】B
【解析】
【详解】A．升压变压器次级电压
电压表示数为
选项A错误；
B．输电线上的电流
电流表示数为
选项B正确；
C．输电线路的中损失的功率
选项C错误；
D．降压变压器输入电压
用户的电压为
选项D错误。
故选B。
4. 某中学一物理兴趣小组制作了一个简易的风力发电机，如甲图所示，在有风吹动风叶时，风叶通过连杆带动磁铁转动，假设转速与风速成正比。在某一稳定的风速转轴下，线圈中产生的正弦式交变电流如图乙所示，则（ ）
A. 时穿过线圈的磁通量为零
B. 在的时间内，通过线圈导线某一截面的电荷量为
C. 风速减半时电流的表达式为
D. 风速减半时线圈中电流的有效值为
【答案】D
【解析】
【详解】A．时感应电动势为零，此时穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；
B．题中的，即该值是用电流的有效值与时间的乘积得到的，而在0~0.05s的时间内，通过线圈导线某一截面的电荷量不能用电流的有效值与时间的乘积运算，应该是电流的平均值与时间的乘积，选项B错误；
C．风速减半时，转速减半，根据
可知，电流的峰值减半，变为，周期变为0.2s，所以电流的表达式为
选项C错误；
D．风速减半时线圈中电流的有效值为
选项D正确。
故选D。
5. 合肥市某中学的一个科技兴趣小组为研究和观察线圈通电和断电自感实验现象，设计了如图所示的电路，、是两个规格相同的小灯泡，闭合开关S后，调节滑动变阻器电阻R，使两个灯泡的亮度相同，再通过调节滑动变阻器，使两灯都正常发光，然后断开开关S，再重新闭合开关S，则（ ）
A. 闭合瞬间，立刻变亮，逐渐变亮
B. 闭合瞬间，立刻变亮，逐渐变亮
C. 稳定后，L和两端电势差一定相同
D. 稳定后，和两端电势差不相同
【答案】A
【解析】
【详解】AB．根据题设条件可知，闭合开关S，调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，说明此时电阻R接入电路的阻值与线圈L的电阻一样大，断开开关S，再重新闭合开关S的瞬间，根据自感原理，可判断立刻变亮，而逐渐变亮，故A正确，B错误；
CD．稳定后，自感现象消失，根据题设条件，可判断线圈L和R两端的电势差一定相同，和两端电势差也相同，但两端电势差与L的两端的电势差无法确定，故CD错误。
故选A。
6. 如图，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件。下列说法正确是（ ）
A. 甲图中增加电压U，即可增大粒子获得的最大动能
B. 乙图可判断出通过电阻的电流从a流向b
C. 丙图粒子能够向右沿直线匀速通过速度选择器的条件是，但不能判断带电粒子的电性
D. 丁图中若载流子带正电，稳定时D板电势低
【答案】C
【解析】
【详解】A．甲图，粒子在回旋加速器中由洛伦兹力提供向心力
可得解得
由上式可知，若D形盒半径为R，当时，则粒子的最大动能为
可知粒子的最大动能与电压无关，A错误；
B．乙图，由左手定则可知，正离子向下偏转，因此下极板带正电，则A板是电源的负极，B板是电源的正极，所以电流从b流向a，B错误；
C．丙图，电场方向与磁场方向垂直，粒子复合场中受电场力和洛伦兹力，当二力平衡时则有
可得
由粒子的受力情况可知，不管粒子带正电还是负电，都可以沿直线匀速通过，因此不能判断带电粒子的电性，C正确；
D．丁图中若载流子带正电，由左手定则可知，正粒子向D板偏转，因此D板带正电，则有稳定时D板电势高，D错误。
故选C。
7. 如图所示，三个完全相同的竖直放置光滑半圆形轨道，分别处在真空（无电场、磁场）、匀强磁场和匀强电场中，轨道两端在同一高度上。三个相同的带正电小球同时从轨道左端最高点由静止开始沿轨道运动，P、M、N分别为轨道的最低点，如图所示，三个小球始终都不脱离轨道。则下列有关判断正确的是（ ）
A. 小球第二次到达轨道最低点的动量关系
B. 小球第二次到达轨道最低点时在P点对轨道的压力最大
C. 小球从开始运动到第一次到达轨道最低点的过程中重力的冲量大小关系
D. 三个小球到达轨道右端的高度都不相同，但都能回到原来的出发点位置
【答案】B
【解析】
【详解】A．小球沿轨道下滑过程都只有重力做功，根据动能定理
知到达底端速度相等；沿轨道下滑过程电场力做负功，根据动能定理
其到达最低点的速度和动量要小于沿轨道下滑情况，故选项A错误；
Ｃ．根据上述分析，根据
知第一次到达最低点的时间和冲量关系
故选项C错误；
B．小球沿轨道到达底端时
根据牛顿第二定律
所以
同理小球沿轨道第二次到达底端时
所以
小球沿轨道第二次到达底端时
所以
即小球第二次到达轨道最低点时在P点对轨道的压力最大，故B正确。
D．由以上分析可知，左侧的两个小球到达轨道右端的高度相同，最右侧的小球由于电场力做负功，则到达轨道右侧的高度较低，但三个球都能回到原来的出发点位置，选项D错误。
故选B。
8. 如图所示，原、副线圈总匝数为的理想变压器，滑动触头初始位置在副线圈距上端三分之一处，输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻的阻值为R，滑动变阻器的最大阻值为16R，滑片初始位置在最右端。理想电压表V的示数为U，理想电流表A的示数为I。下列说法错误的是（ ）
A. 保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中，I减小，U减小
B. 保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中，消耗的功率增大
C. 保持位置不变，向左缓慢滑动的过程中，I变大，U变小
D. 保持位置不变，向左缓慢滑动的过程中，消耗的功率增大
【答案】B
【解析】
【详解】AB．设原副线圈的匝数比为，将副线圈电阻等效到原线圈，阻值为
可得原线圈电压
则
整理可得
保持位置不变，向下缓慢滑动的过程中，不断变大，则变小，对由欧姆定律可知
可知不断变小，根据原副线圈的功率相等可知消耗的功率
整理可得
由题知
，
可知时，消耗的功率有最大值，由题知向下缓慢滑动的过程中由逐渐增大，可知消耗的功率先增大，后减小，故A正确，B错误。
CD．由题意可知，原副线圈的匝数比为2，则副线圈的电流为
根据欧姆定律可得副线圈的电压有效值为
则变压器原线圈的电压有效值为
设输入交流电的电压有效值为，则
可得
保持位置不变，向左缓慢滑动的过程中，变小，不断变大，根据欧姆定律
可知变压器原线圈的电压有效值变大，输入电压有效值不变，则两端的电压不断变小，则电压表示数变小，原线圈的电压电流都变大，则功率变大，根据原副线圈的功率相等，可知消耗的功率增大，故CD正确。
本题选错误的，故选B。
二、多选题：本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的选项中，有多项符合题目要求。全部选对得5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9. 如图所示，圆心为O、半径为l的金属半圆弧导轨固定在水平面上，间用导线连接一电阻M。金属棒一端固定在O点，另一端P绕过O点的轴，在水平面内以角速度为逆时针匀速转动，该过程棒与圆弧良好接触。半圆弧内磁场垂直纸面向外，半圆弧外磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小均为B，已知金属棒由同种材料制成且粗细均匀，棒长为、总电阻为2r，M阻值为r，其余电阻忽略不计。当棒转到图中所示的位置时，棒与圆弧的接触处记为Q点，则（ ）
A. 为
B. 棒受的安培力为
C. 通过M的电流大小为
D. 棒在半圆弧导轨上转动120°的过程中流经M的电量为
【答案】AB
【解析】
【详解】A．金属棒转动产生的电动势为
根据欧姆定律有
由于端为电源正极
金属棒PQ两点间的电压为
选项A正确；
C．金属棒转动产生的电动势为
根据欧姆定律有
电阻的电流
选项C错误；
B．棒受的安培力即QO段受的安培力为
选项B正确；
D．棒在半圆弧导轨上转动的过程中流经的电量为
选项D错误。
故选AB。
10. 如图，在光滑的水平面上静止着一个绝缘的、足够长的木板B，质量为，木板上有一质量为，带电量为的滑块A，空间有磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里的范围足够大的匀强磁场．A与B之间的动摩擦因数，现在对滑块A加一水平向右的恒力，重力加速度．下列说法正确的是（ ）
A. 时，B的速度为1.2m/s
B. 时，B受的摩擦力为6N
C. 当A的速度达到时A的加速度大小为
D. 当A的速度达到时B的加速度大小为0
【答案】BD
【解析】
【详解】假设AB的速度为时，AB间即将要滑动，取AB整体为对象，根据牛顿第二定律
取B为对象，根据牛顿第二定律
代入数据得
加速到所需时间
①当时，AB间未滑动，故取AB为对象
取B为对象，根据牛顿第二定律
时，B受的摩擦力也为；
②因，故AB间出现滑动
代入数据，得
对利用牛顿第二定律
对B利用牛顿第二定律
当的速度达到时，A离开B，B的加速度大小为0
A．时，B的速度为，选项A错误；
B．时，B受的摩擦力为，选项B正确；
C．当A的速度达到时A的加速度大小为，选项C错误；
D．当A的速度达到时B的加速度大小为0，选项D正确。
故选BD。
三、非选择题：本大题共5小题，共58分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
11. 有一个教学用的可拆变压器，如图所示，它由两个带有绝缘外层的铜质导线绕制而成的线圈A、B组成。
（1）如果把它看成理想变压器，则线圈A、B上的交变电流一定具有相同的______
A. 电压B. 电流C. 功率D. 频率
（2）某次实验中得到实验数据如下表所示，表中，分别为原、副线圈匝数，，分别为原、副线圈的电压，通过实验数据分析，你的结论是______
（3）原、副线圈上的电压之比是否等于它们的匝数之比呢？发现上述实验数据没有严格遵从这样的规律，而是______（填“”“”“”）出现了分析下列可能的原因，你认为正确的是______
A．原、副线圈的电压不同步
B．变压器线圈中有电流通过时会发热
C．铁芯在交变磁场的作用下会发热
D．原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失
【答案】（1）CD （2）在误差允许的范围内，原副线圈的电压比与匝数比相等，即
（3） ①. ②. BCD
【解析】
【小问1详解】
[1]理想变压器可以改变电压和电流，但不改变频率，故频率一定相同；又理想变压器没有能量损失，故功率一定相同。
故选CD。
【小问2详解】
[2]通过分析表中数据可得结论，在误差允许的范围内，原副线圈的电压比与匝数比相等，即。一定要注意是在误差允许的范围内，而不是严格相等关系。
【小问3详解】
[3]由实际的实验数据分析可得。
[4]变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是BCD项中的绕制线圈的铜导线发热损耗（俗称铜损）、铁芯中的涡流发热损耗（俗称铁损）、铁芯对磁场的约束不严密损耗（俗称磁损）。
故选BCD。
12. 如图1所示，一定厚度和宽度的导体板放在匀强磁场中，当导体板流过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，在导体板的上侧面A和下侧面之间会产生一定的电压，这就是霍尔效应霍尔器件具有灵敏度高、稳定性好、控制简单方便的特点，某研究学习小组利用霍尔元件测量匀强磁场的磁感应强度。
（1）若图1中的电流I是正电荷定向移动产生的，则______电势高；若图1中的电流I是负电荷定向移动产生的，则______电势高。（填“上侧面A”或下侧面）
（2）若图1中电流是电子定向移动形成的，该导体板单位体积中自由电子个数为n，导体板长度为L，宽度为d，高为h，通过导体电流为I，电子电荷量为e。将一个灵敏电压表的两端接在导体板的上、下侧面，测出导体板上、下侧面之间稳定电势差为，则磁感应强度______。用这个霍尔器件探测空间磁场时，由于摆放的方向不同，导致图中电流I和磁感应强度B的方向如图2所示，则导体板上、下侧面之间稳定电势差为______。（用和图中字母表示）
【答案】（1） ①. 上侧面A ②. 下侧面
（2） ①. ②.
【解析】
【小问1详解】
[1]由左手定则判断知，若图1中的电流I是正电荷定向移动产生的，则正电荷向上侧面聚集，故上侧面A的电势高；
[2]若图1中的电流I是负电荷定向移动产生的，负电荷的定向移动方向与电流方向相反，根据左手定则可知负电荷将向上侧面聚集，电势低，故下侧面电势高。
【小问2详解】
[1][2]当导体板上、下两侧面间电势差稳定时，电子受力平衡，即

根据电流的微观表达式有

联立解得
用这个霍尔器件探测空间磁场时，由于摆放的方向不同，导致图中电流I和磁感应强度B的方向如图2所示，则导体板上、下侧面之间电势差稳定时，电子受力平衡，即

根据电流的微观表达式有

联立解得导体板上、下侧面之间稳定电势差为
13. 如图所示，两根平行的光滑金属导轨和水平放置，导轨右端接理想变压器的原线圈，变压器副线圈与定值电阻构成一闭合电路．质量为m的导体棒放在导轨上，在水平外力F的作用下从时刻开始在图示两虚线范围内往复运动，其速度随时间的变化规律为。导轨的宽度为L，垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度大小为B，定值电阻阻值为R，变压器线圈匝数之比，导体棒和导轨的电阻均不计。求：
（1）从到时间内电阻R产生的热量Q；
（2）从到时间内外力F所做的功W．
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）棒产生的瞬时电动势为
则可知其产生的感应电动势的最大值为
故其有效值为
根据
可得
从到时间内电阻R产生的热量为
由以上可得
（2）从到时间内电阻产生的热量为
由于导体棒在磁场中做简谐振动，则可知从到时间内棒动能增加
由功能关系可知
以上可得
14. 如图所示，在第一象限内的虚线（与y轴正方向的夹角）与y轴所夹区域内（包括虚线）有磁感应强度大小为B、方向垂直于平面向外的匀强磁场，有一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从y轴上坐标为的A点平行于x轴正方向射入磁场，不计粒子所受重力。求：
（1）若粒子能垂直离开磁场，求带电粒子初速度的大小；
（2）粒子垂直离开磁场后到达x轴．求粒子在第一象限内运动的时间t；
（3）若在平面第一象限内x轴与虚线所夹区域加上平行x轴方向的匀强电场（图中未画出），粒子垂直离开磁场后进入电场，然后到达x轴的横坐标为，求所加电场的电场强度E的大小。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）粒子在磁场中的运动轨迹对应的圆心角为，粒子垂直离开磁场，在此种情况下，运动轨迹如图所示
粒子在磁场中运动的轨迹半径，有
解得
（2）粒子离开磁场，匀速直线运动经过轴，运动轨迹如图所示：
粒子在磁场中做圆周运动的周期
粒子在磁场中运动的时间
解得
设粒子离开磁场后在第象限内运动的时间为，有
解得
可得
（3）粒子在电场中运动时
得
15. 如图所示，光滑平行的金属导轨由半径为r的四分之一圆弧金属轨道和与足够长的水平金属轨道和连接组成，轨道间距为L，电阻不计；电阻为R，质量为m，长度为L的金属棒锁定在水平轨道上距离足够远的位置，整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。现在外力F作用下，使电阻为R、质量为，长度为L的金属棒从轨道最高端位置开始，以大小为的速度沿圆弧轨道做匀速圆周运动，金属棒始终与导轨垂直且接触良好，重力加速度为g，两棒始终未相撞。求：
（1）若运动到位置时撤去外力，则此后能够运动的距离；
（2）从运动到位置的过程中，回路中产生的焦耳热和外力F所做的功W；
（3）若运动到位置撤去外力的同时解除棒的锁定，则从开始运动到最后达到稳定状态的整个过程中回路产生的焦耳热Q和两棒水平间距的减小量。
【答案】（1）；（2），；（3），
【解析】
【详解】（1）从撤去外力到棒停止运动，设棒运动的距离为，回路中的平均电流为，运动时间为，根据动量定理有
其中
两式联立解得
（2）金属棒从运动到的过程中，做匀速圆周运动，设棒运动到某位置时与圆心连线跟水平方向的夹角为，运动时间为，有
产生电动势的表达式为
根据正弦式交变电流知识，可求电动势的有效值为
回路中电流的有效值为
金属棒的运动时间为
根据焦耳定律，回路中产生的焦耳热为
代入数据联立各式解得
根据功能关系
解得外力F所做的功为
（3）根据右手定则和左手定则可以判断，撤去外力同时解除棒的锁定后，棒和棒受到的安培力大小相等，方向相反，二者组成的系统动量守恒；设稳定时棒和棒的共同速度为，则有
根据能量守恒可求这个过程产生的焦耳热为
联立解得
可求整个过程中产生的焦耳热为
对动量定理
电量为
解得
两棒水平间距的减小量为
实验次数
匝
匝
1
300
600
3
5.94
2
300
1500
2.9
12.68
3
600
1500
2.95
7.21