山西省太原市2023-2024学年高二上学期期末物理试卷(含答案)

这是一份山西省太原市2023-2024学年高二上学期期末物理试卷(含答案)，共24页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题，实验题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．关于电源电动势，下列说法正确的是( )
A.电源电动势是反映电源把电能转化为其他形式能量本领大小的物理量
B.电动势与电压中的W都是指电场力做的功
C.外电路断路时，路端电压的大小等于电源电动势的大小
D.电动势越大表明电源储存的电能越多
2．下列说法正确的是( )
A.丹麦物理学家法拉第通过实验发现了电流的磁效应
B.两条通电导线平行且电流方向相同时会相互排斥
C.电流周围的磁场方向是用右手螺旋定则来判断的
D.安培认为磁体的磁场是由静止的电荷产生的
3．关于电流做功，下列说法正确的是( )
A.电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功
B.R是电动机的内阻，通过电动机的电流与其两端的电压满足
C.焦耳定律是由焦耳通过公式推导得到的
D.只适用于纯电阻电路计算电流做的功
4．关于磁感线，下列说法正确的是( )
A.磁感线是不闭合的有向曲线，从N极出发到S极终止
B.磁感线是为了研究磁场根据实验事实而假想出来的
C.磁感线是带电粒子在磁场中运动的轨迹
D.没有磁感线的地方就没有磁场存在
5．下列说法正确的是( )
A.安培力的方向一定与磁场的方向垂直
B.通电导线在磁场中一定受到安培力的作用
C.判定通电导线在磁场中受力的方向用右手定则
D.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力不做功，安培力也不做功
6．如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，关于穿过两环的磁通量和，下列说法正确的是( )
A.a、b环内磁通量由下向上，
B.a、b环内磁通量由上向下，
C.a、b环内磁通量由下向上，
D.a、b环内磁通量由上向下，
7．和是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的电阻，的尺寸小于的尺寸。现给加以相同的电压U，下列选项正确的是( )
A.的电阻
B.通过的电流
C.的电功率
D.在相同时间内产生的焦耳热
8．单根长直导线周围磁感应强度的大小（k为常数，I为导线中电流的大小，r为到导线的距离）。等边三角形的三个顶点处，三根完全相同的长直导线通有等大、垂直纸面向外的电流I。每根导线在中心O处产生的磁感应强度大小均为，若将P处导线的电流变为，中心O处磁感应强度的大小变为( )
A.B.C.D.
9．某带电粒子垂直射入匀强磁场，粒子使沿途的空气电离，动能逐渐减小，一段径迹如图所示。若粒子带电量不变，重力不计，下列说法正确的是( )
A.粒子从a到b运动，带正电B.粒子从b到a运动，带正电
C.粒子从a到b运动，带负电D.粒子从b到a运动，带负电
10．如图所示，电源电动势不变，金属杆ab处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与水平导轨平面成θ角，始终保持静止。下列选项正确的是( )
A.θ角由增加到的过程中，所受摩擦力先变大再变小
B.θ角由增加到的过程中，所受摩擦力先变小再变大
C.θ角由增加到的过程中，所受摩擦力先变大再变小
D.θ角由增加到的过程中，所受摩擦力与安培力的合力方向竖直向上
二、多选题
11．电源的电动势为、内阻为，“”的灯泡与一个线圈电阻为的电动机串联。当电动机正常工作时，灯泡也正常发光，下列选项正确的是( )
A.电路中的电流为B.电动机两端的电压为
C.电源的输出功率为D.电动机的输出功率为
12．电源电动势为、内阻为，定值电阻，滑动变阻器电阻最大阻值为，下列选项正确的是( )
A.滑动变阻器的最大功率为
B.定值电阻的最大功率为
C.滑动变阻器的滑片从左向右移动，R上消耗的功率一直减小
D.滑动变阻器的滑片从左向右移动，电源的输出功率一直增大
13．如图所示，在中有一垂直纸面向里匀强磁场，质量和电荷量大小都相等的带电粒子以不同的速率从O点垂直于射入磁场，图中实线是它们的轨迹。已知O是的中点，不计粒子重力，下列选项正确的是( )
A.射入磁场时粒子a的速率最大
B.粒子c在磁场中运动的周期最小
C.粒子b在磁场中运动的时间最小
D.若磁感应强度方向改成垂直于纸面向外，粒子在磁场中运动的周期均不变
14．如图所示，大量重力不计的不同带电粒子，以不同速度从小孔O射入速度选择器，通过速度选择器的粒子，再垂直射入右侧匀强磁场，做匀速圆周运动并打在底片上，下列选项正确的是( )
A.打在底片上不同位置的粒子进入右侧磁场速度不同
B.打在底片上不同位置的粒子在右侧磁场中运动时间不同
C.如果速度选择器平行板电荷量不变，板间距增大，能沿直线通过选择器的粒子速度不变
D.如果增大速度选择器中磁场的磁感应强度，比荷相同的粒子在右侧磁场中运动的半径变小
15．图甲是回旋加速器的示意图，图乙为其加速电压U的变化情况，质量为m、电荷量为q的粒子每次加速后的动能随时间t变化的规律如图丙所示。忽略带电粒子在电场中的加速时间，不计粒子重力，磁场的磁感应强度为B，下列选项正确的是( )
A.粒子在电场区域速度增大，在磁场区域速度也增大
B.图丙中，
C.加速电压U越大，粒子的加速次数越多
D.时间内，粒子做圆周运动的半径为
三、计算题
16．如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，O为圆心，P为圆形边界上的一点。质量为m、电荷量为的粒子以速率v在纸面内沿方向射入磁场，粒子又从Q点射出磁场，之间的弧长是圆周长的，不计粒子重力。求：
（1）圆形区域内磁场的方向；
（2）圆形区域内磁感应强度B的大小。
17．如图所示，竖直平面直角坐标系第一象限内，存在水平向右的电场、垂直纸面向里的磁场。质量、电荷量的小球由O到A恰好做直线运动，当小球运动到点时，电场方向瞬间变为竖直向上，小球继续运动一段时间后，垂直于y轴射出第一象限。不计一切阻力，重力加速度g取。求：
（1）电场强度E的大小，磁感应强度B的大小；
（2）小球在第一象限内运动的时间。
18．如图所示，匀强电场水平向右，将一带正电的小球从A点竖直上抛，小球经M点后运动至B点。M为轨迹最高点，A、B两点在同一水平线上。小球抛出时动能为2024J，在M点动能也为2024J，不计空气阻力。求：
（1）小球水平位移与的比值；
（2）小球从A点运动到B点过程中的最小动能。
19．水平分界线上方有竖直向下的匀强电场，电场强度为E。下方存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度均为分界线与平行。质量为m的带电粒子在O处由静止释放，下落一定高度h后穿过，进入宽度为d、垂直纸面向外的匀强磁场中做匀速圆周运动。粒子穿过后进入垂直纸面向内的匀强磁场，经过一段时间后返回出发点O。不计粒子重力，求：
（1）粒子的带电量；
（2）粒子从O点经过多长时间后返回O点。
四、实验题
20．实验小组测量某品牌手机电池的电动势和内阻，实验室可供使用的器材如下：
A.待测电池（电动势约为，内阻约为）
B.电压表V（量程，内阻约）
C.电流表A（量程，内阻为）
D.定值电阻（阻值）
E.定值电阻（阻值）
F.滑动变阻器（最大阻值）
G.开关、导线若干
（1）为了获取多组数据并保证实验测量的精度，该小组先改装了电流表A，图中的定值电阻R应选_______（填“”或“”）；
（2）他们设计了如图甲所示实验电路图，按照电路图连接好实验电路后，闭合开关，调节滑动变阻器的阻值，读出几组相应的电压表和电流表示数U和I，将测得的实验数据绘制成了如图乙所示的图像。则由图乙可以得到，电源的电动势为_______V，经过计算求得电源的内阻_______Ω。（结果保留两位有效数字）；
21．实验室提供了量程为，内阻为的电流表G，要求小明根据如下电路图，把它改装成简易的多用电表，该多用电表有5个挡位，分别为直流电压挡，直流电流挡，欧姆表挡。
（1）图甲中B接______（填“红”或“黑”）表笔；
（2）当选择开关连接触点______（选填“1、2、3、4、5”）时，对应直流电流挡；
（3）根据题设条件可得______Ω（结果保留两位有效数字）；
（4）选择开关与“3”相连，欧姆调零后进行测量某电阻阻值，指针位置如图乙所示，读数为______Ω。实际上因为电池老化，电源电动势已经由变为，内阻已经由变为，该电阻阻值应为______Ω（结果保留三位有效数字）。
参考答案
1．答案：C
解析：A.电源电动势是反映电源把其他形式能量转化为电能本领大小的物理量，A错误；
B.电动势中的W是非静电力做的功；电压中的W都是指电场力做的功，B错误；
C.由闭合电路欧姆定律可知，外电路断路时，闭合电路中电流是零，则路端电压的大小等于电源电动势的大小，C正确；
D.由可知，电动势越大，指电源内部非静电力移动单位正电荷从负极到正极做的功越多，不是电源储存的电能越多，D错误。
故选C。
2．答案：C
解析：A.奥斯特发现了电流的磁效应，故A错误；
B.根据右手定则可知两条通电导线平行且电流方向相同时会相互吸引，故B错误；
C.电流周围的磁场方向是用右手螺旋定则来判断，故C正确；
D.安培认为磁体的磁场合电流的磁场一致，是由运动的电荷产生的，故D错误。
故选C。
3．答案：A
解析：A.电流做功的实质是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功，故A项正确；
B.电动机是非纯电阻电路，因此通过电动机的电流与其两端的电压不满足
故B项错误；
C.焦耳通过实验，应用控制变量法得到焦耳定律，故C项错误；
D.公式
适用于任何电路中电功的计算，故D项错误。
故选A。
4．答案：B
解析：A.在磁铁外部，磁感线由N极指向S极，在磁铁内部，磁感线由S极指向N极，磁感线是闭合的曲线，A错误；
B.磁感线是为了更直观形象研究磁场的性质而假想的有方向的曲线，不是客观存在的，B正确；
C.磁感线表示磁场的强弱和方向，是假想的曲线，若磁感线是带电粒子在磁场中运动的轨迹，则带电粒子在磁场中不会受到洛伦兹力，因此磁感线不是带电粒子在磁场中运动的轨迹，C错误；
D.磁感线是为了形象描述磁场性质而假想的曲线，在磁场中没有磁感线的地方仍有磁场存在，D错误。
故选B。
5．答案：A
解析：AC.根据左手定则，安培力的方向既垂直于磁场方向又垂直于电流方向，即安培力的方向垂直于由磁场和电流决定的平面，故A正确，C错误；
B.当电流方向与磁场方向平行时，通电导线不受安培力作用，故B错误；
D.洛伦兹力与速度方向垂直，所以洛伦兹力一定不做功，但是安培力可以做正功、做负功也可以不做功，故D错误。
故选A。
6．答案：A
解析：根据磁感线的分布情况可知，磁铁内部穿过环面的磁感线方向向上，外部磁感线方向向下。由于磁感线是闭合曲线，磁铁内部的磁感线条数等于磁铁外部磁感线的总条数，而磁铁外部磁感线分布在无限大的空间，所以穿过环面的磁铁外部向下的磁感线将磁铁内部向上的磁感线抵消一部分，a的面积小，抵消较小，由
则a环磁通量较大，且两环的磁通量方向均由下向上，且
故选A。
7．答案：C
解析：A.根据
解得
两电阻厚度相同，所以
故A错误；
B.根据
可知
故B错误；
C.根据
可知
故C错误；
D.根据
可知在相同时间内产生的焦耳热相等。
故D错误。
故选C。
8．答案：B
解析：设，三根导线在三角形中心O处产生的磁感应强度大小为，则
根据磁感应强度的叠加可知导线在三角形中心O处的合磁感应强度为
方向垂直PO向左，P导线电流变化后，导线P在O处产生的磁感应强度为
方向垂直PO向左，则中心O处磁感应强度的大小变为
故选D。
9．答案：D
解析：由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小，速度逐渐减小，根据洛伦兹力提供向心力
可得，粒子在磁场中运动的半径公式
所以粒子的半径逐渐的减小，粒子的运动方向是从b到a，再根据左手定则可知，粒子带负电。
故选D。
10．答案：C
解析：ABC.导体棒始终静止，对导体棒受力分析，竖直方向有
水平方向
当θ从0增加到过程中，摩擦力增加；当θ从0增加到过程中，摩擦力先增加后减少，故AB错误，C正确；
D.当时，由左手定则可知，其安培力方向为水平向右，摩擦力为水平向左，且大小相等，方向相反，合力为零。故D项错误。
故选C。
11．答案：AD
解析：A.灯泡与电动机串联，灯泡正常发光，对灯泡由欧姆定律可得
则电路中的电流为，A正确；
B.由闭合电路欧姆定律可得路端电压为
则有电动机两端的电压为
B错误；
C.由电功率公式可得电源的输出功率为
C错误；
D.电动机的输出功率为
D正确。
故选AD。
12．答案：AD
解析：A.把R看作电源内阻，电源等效内阻为，当滑动变阻器的电阻等于等效内阻时，滑动变阻器的功率最大
故A正确；
BC.根据
当电路中的电流最大，即滑动变阻器的电阻最小，此时滑动变阻器的滑片在最右端时，电阻R的功率最大，所以滑动变阻器的滑片从左向右移动，R上消耗的功率一直增大，有
则最大功率为
故BC错误；
D.因为外电路的总电阻()总大于电源内阻r，滑动变阻器的滑片从左向右移动，外电路的总电阻减小，所以电源输出功率一直增大，故D正确。
故选AD。
13．答案：CD
解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力
得
据图可知b粒子的半径最大，所以射入磁场时粒子b的速率最大，故A错误；
B.根据
可知
因为粒子的质量和电荷量大小都相等，所以周期相等，故B错误；
C.设粒子在磁场中转过的圆心角为α，则粒子在磁场中运动的时间为
据图可知粒子b在磁场中转过的圆心角最小，所用时间最小，故C正确；
D.粒子运动的周期只与磁感应强度的大小有关，与方向无关，所以磁感应强度方向改成垂直于纸面向外，粒子在磁场中运动的周期均不变，故D正确。
故选CD。
14．答案：BCD
解析：A.只有在速度选择器沿水平直线运动才能进入右侧磁场，所以有
解得
所以打在底片上不同位置的粒子进入右侧磁场速度相同，A错误；
B.打在底片上不同位置的粒子在右侧磁场中运动时间均为半个周期，而周期为
因为粒子的比荷不同，所以周期不同，所以打在底片上不同位置的粒子在右侧磁场中运动时间也不同，B正确；
C.如果速度选择器平行板电荷量不变，板间距增大，而板之间的电场强度为
所以电场强度不变，能沿直线通过选择器的粒子速度不变，C正确；
D.在右侧磁场中运动的半径为
如果增大速度选择器中磁场的磁感应强度，则进入右侧磁场的粒子的速度减小，比荷相同的粒子在右侧磁场中运动的半径则减小，D正确；
故选BCD。
15．答案：BD
解析：A.在磁场中受到的洛伦兹力不做功，所以在磁场中速度大小不变，在电场中电场力做正功速度增大，故A错误；
B.粒子在磁场中运动
即粒子在磁场中运动的周期与速度无关，则
故B正确；
C.根据动能定理
得
所以，加速电压U越大，粒子的加速次数越少，故C错误；
D.当时，粒子在电场中加速一次，当时，加速一次，所以当时间内，粒子被加速两次，根据动能定理
洛伦兹力提供向心力
联立得
故D正确。
故选BD。
16．答案：（1）垂直纸面向里（2）
解析：（1）根据左手定则，可判断磁场方向垂直纸面向里；
（2）根据题意，带电粒子的运动轨迹如图
由几何关系得
解得
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动
解得
17．答案：（1），（2）
解析：（1）小球在到达A点之前做匀速直线运动，受力分析如图所示
有
则
解得
电场方向变化后，小球所受重力与电场力平衡，小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动
由几何关系得
联立解得
代入数据得
（2）小球做匀速直线运动的时间
小球做匀速圆周运动的周期
小球做匀速圆周运动转过的圆心角
小球做匀速圆周运动的时间
联立解得
小球在第一象限内运动的时间为
解得
18．答案：（1）（2）
解析：（1）带电小球水平方向只受电场力做初速度为零的匀加速直线运动、竖直方向只受重力做竖直上抛运动，从A到M的时间与从M到B的时间相等，轨迹如图所示
上升阶段的水平方向有
下降阶段的水平方向有
解得
（2）合运动与分运动具有等时性，小球所受的电场力为、重力为mg，小球从A到M，由动能定理有
水平方向，有牛顿第二定律有
上升过程的水平方向
竖直方向有
整理有
由图可知
所以解得
即
小球的合力为
小球从A运动到B的过程中，速度与合外力垂直时可取最小值
19．答案：（1）（2）（n取正整数）
解析：（1）粒子进入磁场后运动轨迹如图所示。
带电粒子从O点运动到边界
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径为R
由几何关系得
解得
，
（2）带电粒子在电场中加速时间为
两个磁场B大小相等，周期相同
带电粒子在之间做匀速圆周运动时，运动时间为
带电粒子在下方磁场运动，运动时间为
带电粒子第一次回到释放点O的时间为
根据周期性，粒子回到O点
（n取正整数）
20．答案：（1）（2）3.8；8.2
解析：（1）电池的电动势约为，内阻约为，则电路中最大电流约为
保证实验测量的精度，改装了电流表A，需给电流表并联一电阻扩大电流表的量程，因原电流表的内阻约为，量程是，因此图中的定值电阻R应选阻值较小的。
（2）图像的I轴为电流表示数，则由闭合电路欧姆定律可得
可知图像U轴上的截距表示电动势，则有
可知图像斜率大小为
解得
21．
答案：（1）红（2）1（3）30（4）140；131
解析：（1）为保证电流从红表笔流入，黑表笔流出，图甲中A接黑表笔，B接红表笔。
（2）根据电流表改装原理
将灵敏电流计改装成电流表需并联分流电阻，并联分流电阻越小，电流表量程越大，故当选择开关连接触点1时，对应直流电流挡。
（3）将灵敏电流计改装成电压表需串联分压电阻，串联分压电阻越大，电压表量程越大，当选择开关连接触点4时，对应直流电压为挡，由并联电路特点以及闭合电路的欧姆定律可得
其中
解得
（4）选择开关与“3”相连，为欧姆表挡，欧姆表读数为
电源电动势为，有
电源电动势为，有
欧姆表示数为时，有
电阻阻值为