河南省南阳市2022-2023学年高二上学期期终模拟测试物理试卷(解析版)

这是一份河南省南阳市2022-2023学年高二上学期期终模拟测试物理试卷(解析版)，共22页。试卷主要包含了选择题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，题只有一个选项正确，9-12题有多个选项正确。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有错选或不答的得0分）
1. 关于电场和磁场，下列说法正确的是（ ）
A. 由，电荷在电场中受到的电场力越大，该位置的电场强度越大
B. 由，通电导线在磁场中受到安培力越大，该位置的磁感应强度越大
C. 垂直磁场放置的通电导线受力的方向就是磁感应强度的方向
D. 因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显
【答案】D
【解析】A．电荷在电场中某点受到电场力越大，可能是由于试探电荷q的电荷量较大，故A错误；
B．磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，通过电流元垂直放置于磁场中所受的磁场力与电流元的比值来定义磁感应强度，磁感应强度与磁场本身有关，与通电导线所受的磁场力大小及电流元无关，故B错误；
C．垂直磁场放置的通电导线的受力方向与磁感应强度方向垂直，故C错误；
D．根据安培定则可知，通电导线产生的磁场方向与导线电流的方向垂直，可知因地磁场影响，在进行奥斯特实验时，通电导线南北放置时实验现象最明显，故D正确。
故选D。
2. 工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度，通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板，上、下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上。当流水线上通过的产品厚度增大时，下列说法正确的是（ ）
A. A、B平行板电容器的电容减小B. A、B两板间的电场强度增大
C. A、B两板上的电荷量变大D. 有电流从b向a流过灵敏电流计
【答案】C
【解析】A．根据公式可知，当产品厚度增大时，ε变大，电容变大，故A错误；
CD．根据，因为电容器的电容变大，两极板间的电压不变，A、B两板上的电荷量变大；此时有充电电流从a向b流过灵敏电流计，故C正确、D错误；
B．根据可知，两极板间电压不变，极板间距不变，故电场强度不变，故B错误。
故选C。
3. 如图，线圈L自感系数极大，直流电阻忽略不计；D1、D2是两个二极管，当电流从“＋”流向“-”时能通过，反之不通过；R0是保护电阻，则（ ）
A. 闭合S之后，B灯慢慢变亮
B. 闭合S之后，A灯亮且亮度不变
C. 断开S瞬时，A灯闪一下再慢慢熄灭
D. 断开S瞬时，B灯闪一下再慢慢熄灭
【答案】D
【解析】AB．闭合S瞬间，A灯二极管正向导通A灯亮，B灯二极管正向不能导通，因此不亮，之后线圈自感阻碍逐渐减小，电流从自感线圈流过的电流逐渐增大，A灯又熄灭，故AB错误；
CD．断开S瞬间，线圈L产生与原电流方向相同的自感电流，可通过D2，故B灯闪一下再慢慢熄灭，而不能通过D1，故A灯不亮，故C错误，D正确。
4. 如图所示，直角三角形ABC，∠A=60°，AD=DC，B、C两点在同一水平线上，垂直纸面的直导线置于B、C两点，通有大小相等、方向向里的恒定电流，D点的磁感应强度大小为B0。若把置于C点的直导线的电流反向，大小保持不变，则变化后D点的磁感应强度（ ）
A. 大小为B0，方向水平向左
B. 大小为B0，方向水平向右
C. 大小为B0，方向竖直向下
D. 大小为2B0，方向竖直向下
【答案】C
【解析】如图所示
由几何关系知θ=60°，设每根导线在D点产生的磁感强度为B，据平行四边形定则有
若把置于C点的直导线电流反向，据几何知识可得α=30°
D点合磁感强度大小为
方向竖直向下，C正确。
5. 自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上，轮子每转一圈，磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。如图乙所示，电源输出电压为，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差（前表面的电势低于后表面的电势）。下列说法中正确的是（ ）
A. 图乙中霍尔元件的载流子带正电
B. 已知自行车车轮的半径，再根据单位时间内的脉冲数，即获得车速大小
C. 若传感器的电源输出电压变大，则霍尔电势差变小
D. 霍尔电势差的大小与霍尔元件所用的材料无关
【答案】B
【解析】A．根据左手定则可判断，霍尔元件的电流是由负电荷定向移动形成的，故A错误；
B．根据单位时间的脉冲数，可求得车轮的转动周期，从而求得车轮的角速度，再根据
可求得车速的大小，故B正确；
CD．根据
可得
由电流的微观定义式
是单位体积内的电子数，是单个导电粒子所带的电量，是导体的横截面积，是导电粒子运动的速度，整理得出
则有
若传感器的电源输出电压变大，电流增大，也增大，不同的材料单位体积内的电子数不同，所以霍尔电势差的大小与霍尔元件所用的材料有关，故CD错误。
故选B。
6. 如图，在直角坐标系第一象限中轴与直线所夹范围内存在匀强磁场，磁感应强度大小为、方向垂直于纸面向里。一带负电的粒子以速度自轴上点垂直射入磁场，一段时间后，该粒子垂直直线射出磁场，自轴上点（图中未画出）离开第一象限。已知，不计粒子重力。则下列判断正确的是（ ）
A. 粒子在磁场中运动的轨道半径为
B. 点的横坐标为
C. 粒子在第一象限磁场中的运动时间为
D. 粒子在第一象限的运动时间为
【答案】D
【解析】AB.如图，轨迹圆心为点，所以
根据几何关系
即b点的横坐标为
故AB错误；
CD.磁场中运动时间
在第一象限的路程
所以时间
故C错误，D正确。
故选D。
7. 如图所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，则（ ）
A. 电压表读数变大B. 电流表读数变大
C. 质点P将向上运动D. R3上消耗的功率逐渐增大
【答案】B
【解析】BD．当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路得欧姆定律可知干路电流增大，电阻R1以及电源内阻上的电压变大，与电容器并联的支路电压减小，流过R3的电流减小，则R3上消耗的功率逐渐减小，且流过电流表的电流增大，故B正确、D错误；
A．流过电流表的电流增大，电阻R2两端的电压增大，与电容器并联的支路电压减小，可知电阻R4两端的电压减小，电压表读数减小，故A错误；
C．电容器两端电压减小，电容器间场强减小，质点P受到的电场力减小，小于重力，故质点P将向下运动，故C错误。
8. 如图甲所示，MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成角固定，间距为，质量为m的金属杆ab垂直放置在轨道上且与轨道接触良好，其阻值忽略不计。空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为。P、M间接有阻值为的定值电阻，Q、N间接电阻箱R。现从静止释放ab，改变电阻箱的阻值R，测得最大速度为，得到与的关系如图乙所示。若轨道足够长且电阻不计，重力加速度g取，则（ ）
A. 金属杆中感应电流方向为a指向bB. 金属杆所受的安培力沿轨道向下
C. 定值电阻的阻值为D. 金属杆的质量为
【答案】C
【解析】A．由右手定则可判断，金属杆中感应电流方向由b指向a，故A错误；
B．由左手定则可知，金属杆所受的安培力沿轨道向上，故B错误；
CD．总电阻为
通过ab的电流为
当达到最大速度时，金属杆受力平衡，则有
变形得
根据图像可得
解得
故C正确，D错误。
9. 如图所示的理想变压器，其输入端接在的交流电源上，原、副线圈的匝数比为，为电阻箱，副线圈中的电阻，电表均为理想电表。下列说法正确的是（ ）
A. 当时，电压表的读数为100V
B. 当时，电流表的读数为5A
C. 当时，电流表的读数为4A
D. 当时，电压表的读数为100V
【答案】BC
【解析】A．输入端电压的有效值为100V，当时，电压表的读数为
故A错误；
B．当时
次级线圈中的电流
A
故B正确；
CD．当时，设电流表的示数为，则此时初级电流为，初级电压为
则次级电压为
则有
解得
此时电压表读数为
故C正确，D错误；
10. 质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是（重力加速度为g）（ ）
A. 该微粒一定带负电荷
B. 微粒从O到A的运动可能是匀变速运动
C. 该磁场的磁感应强度大小为
D. 该电场的电场强度大小为
【答案】AC
【解析】A．若粒子带正电，电场力向左，洛伦兹力垂直于OA线斜向右下方，则电场力、洛伦兹力和重力不能平衡，则粒子带负电，故A正确；
B．粒子如果做匀变速运动，重力和电场力不变，而洛伦兹力随速度变化而变化，粒子不可能沿直线运动，故B错误；
CD．粒子受力如图，由平衡条件得
解得
由图可知
解得
故C正确，D错误。
11. 如图所示，匀强电场内有一矩形ABCD区域，电荷量为e的某带电粒子从B点沿BD方向以8eV的动能射入该区域，恰好从A点射出该区域，已知矩形区域的边长AB=8cm，BC=6cm，A、B、C三点的电势分别为6V、12V、18V，不计粒子重力，下列判断正确的是（ ）
A. 粒子带负电
B. 电场强度的大小为125V/m
C. 仅改变粒子在B点初速度的方向，该粒子可能经过C点
D. 粒子到达A点时的动能为12eV
【答案】BC
【解析】A．根据匀强电场中电势等分法，可知几何中心点P点的电势为12V，则BPD为等势线，过C点作垂直于BPD的电场线。如图所示
方向斜左下方，因带电粒子能从A点射出，则A带正电，A错误；
B．由几何关系可知，根据场强公式有
B正确；
C．设粒子经过C点，根据动能定理可得
解得
所以仅改变粒子在B点初速度的方向，该粒子可能经过C点，C正确；
D．根据动能定理可得，粒子到达A点时的动能为
解得
D错误。
12. 如图所示，金属杆MN在三角形金属框架上以速度v从图示位置起向右匀速滑动，框架夹角为θ，杆和框架由粗细均匀、横截面积相同的同种材料制成，则回路中的感应电动势E和电流I随时间t变化的规律分别是图中的（ ）
A. B.
C. D.
【答案】BD
【解析】AB．导体棒平动切割磁感线有
E = Bv(L0＋vt)tanθ
其中L0为金属杆MN距离O点初始长度，故A错误、B正确；
CD．根据欧姆定律可知
设杆和框架的横截面积为S、电阻率为ρ，则有
综上则
故C错误、D正确。
二、填空题（本题共2小题，共16分。把答案填在答题卡上对应的横线上）
13. 某实验小组做“测量一均匀新材料制成的圆柱体的电阻率”实验。
先用螺旋测微器测其直径，如图甲所示，其直径为__________ mm；再用游标卡尺测其长度，如图乙所示，其长度为__________ cm；最后用多用表粗测其电阻，如图丙所示，其电阻为__________ Ω。
【答案】1.845（1.843~1.847均可） 4.225 6
【解析】[1][2][3]螺旋测微器测其直径为
1.5 mm＋34.5×0.01 mm＝1.845 mm
游标卡尺测长度为
42 mm＋5×0.05 mm＝42.25 mm＝4.225 cm
多用电表测其电阻R＝6×1 Ω＝6 Ω
14. 在学校社团活动中，某实验小组先测量一只量程为300μA的微安表头G的内阻值，然后将其改装为量程为0.3A的电流表。可供选择的实验器材有：
微安表头G（量程300μA，内阻约为几百欧姆）
滑动变阻器
滑动变阻器
电阻箱
电源（电动势约为）
电源（电动势约为）
开关、导线若干
实验小组先用如图所示电路测量表头的内阻，实验方法是：
A．按图连接好电路，将滑动变阻器的滑片调至图中最右端
B．断开，闭合，调节滑动变阻器的滑片位置，使G满偏
C．闭合，并保持滑动变阻器的滑片位置不变，调节电阻箱的阻值，使表头G的示数为200μA，记录此时电阻箱的阻值。
（1）实验中电源应选用________，滑动变阻器应选用________（选填仪器字母代号）；
（2）测得表头的内阻__________，表头内阻的测量值较其真实值_________（选填“偏大”或“偏小”）；
（3）实验测得的内阻，要将表头改装成量程为的电流表，应选用阻值为__________的电阻与表头并联。
【答案】（1） （2） 偏小 （3）0.5
【解析】（1）[1][2]闭合S2开关时认为电路电流不变，实际上闭合开关S2时电路总电阻变小，电路电流增大，电源电动势越大、滑动变阻器阻值越大，闭合开关S2时微安表两端电压变化越小，实验误差越小，为减小实验误差，电源应选择，滑动变阻器应选择。
（2）[1][2]闭合开关S2时认为电路电流不变，流过微安表电流为满偏电流的，则流过电阻箱的电流为满偏电流的，微安表与电阻箱并联，流过并联电路的电流与阻值成反比，则；闭合开关时整个电路电阻变小，电路电流变大，大于300μA，当表头示数为200μA时，流过电阻箱的电流大于100μA，电阻箱阻值小于表头电阻的2倍，实验认为电流表内阻等于电阻箱阻值的一半，因此表头G内阻测量值偏小。
（3）把微安表改装成的电流表需要并联分流电阻，并联电阻阻值为
三、计算题（本题共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后结果的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
15. 如图所示，两根间距为的无限长光滑金属导轨，阻不计，其左端连接一阻值为10Ω的定值电阻，两导轨之间存在着磁感应强度为1T的匀强磁场，磁场边界虚线均为正弦曲线的一部分，一根接入电路中的电阻为10Ω的光滑导体棒，在外力作用下以10m/s的速度匀速向右运动（接触电阻不计），交流电压表和交流电流表均为理想电表。求：
（1）电压表的读数；
（2）导体棒上的热功率。
【答案】（1）1V；（2）0.1W
【解析】（1）磁场边界虚线为正弦曲线的一部分，可知回路中产生的是正弦式交变电流，感应电动势最大值
则感应电动势的有效值
电压表测量R两端的电压
即
（2）电流表示数为有效值
一直为
则导体棒上消耗的热功率
16. 如图为某种质谱仪的示意图，质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。静电分析器通道中心轴线的半径为R，通道内存在均匀辐向电场；磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外。质子和待测未知粒子x，先后从静止开始经加速电压为U的电场加速后沿中心轴线通过静电分析器，从P点垂直边界进入磁分析器，最终分别打到胶片上的C、D点。已知质子质量为m、电荷量为q，粒子x的电荷量是质子的2倍，PC=2R，。求：
（1）静电分析器中心轴线处的场强大小E；
（2）磁感应强度大小B；
（3）粒子x的质量M。
【答案】（1）；（2）；（3）M=4m
【解析】（1）设质子加速后的速度为，根据动能定理有
在通道内，电场力提供向心力，有
联立解得
（2）设质子在磁场运动的半径为r1，则有
又PC=2R，可得
在磁场中，洛伦兹力提供向心力，有
联立解得
（3）设未知粒子x在磁场中运动的半径为r2，则有
PD=2r2
又，可得
设未知粒子x加速后的速度为v2，则有
联立解得：
M=4m
17. 如图所示，在竖直平面内建立直角坐标系xOy，其第一象限存在着正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度的方向水平向右，磁感应强度的方向垂直纸面向里。一带电荷量为＋q、质量为m的微粒从原点出发，以某一初速度沿与x轴正方向的夹角为45°的方向进入复合场中，正好做直线运动，当微粒运动到A（l，l）时，电场方向突然变为竖直向上（不计电场变化的时间），微粒继续运动一段时间后，正好垂直于y轴穿出复合场。不计一切阻力，重力加速度为g，求：
（1）电场强度E的大小；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）微粒在复合场中的运动时间。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】（1）微粒到达A(l，l)之前做匀速直线运动
对微粒受力分析如图甲
可知
得
.
（2）由平衡条件得
电场方向变化后，微粒所受重力与静电力平衡，微粒在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图乙
由几何知识可得
联立解得
解得
（3）微粒做匀速直线运动的时间
微粒做匀速圆周运动的时间
微粒在复合场中的运动时间
18. 如图甲所示，相距的两根足够长的光滑平行金属导轨倾斜放置，与水平面夹角，导轨电阻不计，质量、电阻为的导体棒垂直于导轨放置，导轨的两端接在外电路上，定值电阻阻值，电容器的电容，电容器的耐压值足够大，导轨所在平面内有垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场。在开关S1闭合、S2断开的状态下将导体棒由静止释放，导体棒的图象如图乙所示，，，取重力加速度。
（1）求磁场的磁感应强度大小；
（2）在开关闭合、断开的状态下，当导体棒下滑的距离时，定值电阻产生的焦耳热为21J，此时导体棒的速度与加速度分别是多大？
（3）若导体棒电阻为零，其它条件不变，现在开关断开、闭合的状态下，由静止释放导体棒，求经过时导体棒的速度大小。
【答案】（1）；（2），；（3）
【解析】（1）由图乙可知，导体棒的最大速度为
对应的感应电动势为
感应电流为
当速度达到最大时，导体棒做匀速运动，导体棒受力平衡，有
解得
（2）导体棒和电阻是串联的，根据公式
可知，它们产生的热量之比为
则导体棒ab产生的热量为
导体棒下滑5m的距离，减少的重力势能转化为动能和热量，由能量守恒定律可知
解得导体棒的速度
此时感应电动势为
感应电流为
对于导体棒，根据牛顿第二定律有
解得加速度
（3）开关断开、闭合的状态下，根据牛顿第二定律有
感应电流
在时间内，有
解得
说明导体棒ab下滑过程中加速度不变，导体棒做匀加速直线运动，则时导体棒的速度为