辽宁省大连市滨城高中联盟2024-2025学年高二上学期期中考试物理试题（解析版）-A4

这是一份辽宁省大连市滨城高中联盟2024-2025学年高二上学期期中考试物理试题（解析版）-A4，共18页。试卷主要包含了选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
一、选择题（本题共10小题，1—7单选，每题4分，8—10多选，每题6分，共46分）
1. 科学研究表明，地球周围存在的磁场虽然微弱，但作用巨大，既可以抵御宇宙射线对地球的侵扰，也会影响生物的定向迁徙，甚至会影响人的身体健康。如图所示为地球周围的磁感线分布（磁偏角的影响可以忽略），下列关于地磁场的说法正确的是（ ）
A. 地面附近，赤道处的磁感应强度大小大于两极处的磁感应强度大小
B. 由外太空垂直射向赤道的带正电粒子将向东偏转
C. 地球周围的磁感线起始于地球南极附近，终止于地球北极附近
D. 地面附近，磁感应强度的方向与地面平行
【答案】B
【解析】
【详解】A．磁感线的疏密表示磁场的强弱。由磁感线分布情况可知，地面附近，赤道处的磁感应强度大小小于两极处的磁感应强度大小，A错误；
B．地球的磁场由南向北，当带正电粒子垂直于地面向赤道射来时，根据左手定则可以判断粒子的受力的方向为向东，所以粒子将向东偏转，B正确；
CD．磁场是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球，组成闭合曲线，曲线的切线为该点磁场的方向，所以地面附近的磁场方向不是都与地面平行，CD错误。
故选B。
2. 矩形线圈ABCD位于通电直导线附近，线圈与导线在同一平面内，线圈的两条边AB、CD与导线平行。下列哪种情况下，线圈中不产生感应电流（ ）
A. 导线中的电流I逐渐增大
B. 线圈以速度沿导线方向运动
C. 线圈以速度远离导线向右移动
D. 线圈以AB边为轴由图示位置向纸内转过
【答案】B
【解析】
【详解】A．导线中的电流I逐渐增大，穿过线圈的磁通量改变，线圈中产生感应电流，故A不符合题意；
B．线圈以速度沿导线方向运动，穿过线圈的磁通量不变，线圈中不产生感应电流，故B符合题意；
C．线圈以速度远离导线向右移动，穿过线圈的磁通量改变，线圈中产生感应电流，故C不符合题意；
D．线圈以AB边为轴由图示位置向纸内转过，穿过线圈的磁通量改变，线圈中产生感应电流，故D不符合题意。
故选B。
3. 如图所示，物块a带正电，表面都涂有绝缘层的物块b不带电，两物块叠放在光滑水平地面上，空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，现用水平恒力F拉物块b，两物块一起无相对滑动地沿地面加速向左运动，下列说法正确的是（ ）
A. 物块a受到的摩擦力变小
B. 物块b受到摩擦力变大
C. 物块b对地面压力变大
D. 地面对物块b的支持力变小
【答案】C
【解析】
【详解】A．对两物块整体分析有
对物块a分析有
可知物块a、b之间的摩擦力不变，故A错误；
B．b与地面之间无摩擦力，则b受到的摩擦力仅为a对其的摩擦力，则物块b受到的摩擦力不变，故B错误；
CD．地面对物块b的支持力
由于做加速运动，则速度增大，故面对物块b的支持力变大，则根据牛顿第三定律可得，物块b对地面的压力变大，故C正确，D错误。
故选C。
4. 如图甲所示，直导线P、Q分别被两根等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴上，且P固定于水平轴正下方，两组绳长也相同，其截面图如图乙所示。导线Р通以垂直纸面向里的电流，导线Q电流方向未知，平衡时两组绝缘轻绳之间的夹角为θ。已知Q的质量为m，重力加速度为g。下列说法正确的是（ ）
A. 图乙中导线Q中电流方向垂直纸面向里
B. 导线P、Q间的安培力大小为
C. 当导线Р中电流突然消失的瞬间，导线Q受到两绳的拉力大小之和为
D. 仅使导线Р中电流缓慢增大且θ不超过90°，导线Q对悬线的拉力大小保持不变
【答案】D
【解析】
【详解】A．对Q进行受力分析可知，P对Q的力为斥力，由安培定则和左手定则可知，则两导线的电流方向相反，即导线中电流方向垂直纸面向外，故A错误；
B．设导线Q受到两绳的拉力之和为T，导线P、Q间的安培力为F，对Q进行受力分析，根据三角形定则，受力如下图所示
由于两组绳长相同，则根据几何知识可得
故B错误；
C．当导线P中电流突然消失的瞬间，导线P、Q间的安培力消失，此时沿绳方向上的合力为零，则导线Q受到两绳的拉力大小之和为，故C错误；
D．由上述分析可知，导线Q受到两绳的拉力之和T始终为mg，与电流和角度无关，则导线Q对悬线的拉力大小不变，故D正确。
故选D。
5. 利用霍尔元件可以测定地球赤道上方的地磁场强弱，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，该电势差大小叫霍尔电压。下列说法中正确的是（ ）
A. 通电时间越长，霍尔电压越大
B. 霍尔电压的大小仅与磁感应强度有关
C. 若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势
D. 在霍尔元件测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
【答案】C
【解析】
【详解】AB．根据CD间存在电势差，CD之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有
又
可得
U与时间无关，与材料有关还与厚度c成反比，同时还与磁场B与电流I有关，AB错误；
C．根据左手定则，电子向D侧面偏转，D表面带负电，C表面带正电，所以C表面的电势高，则
即有
C正确。
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，D错误。
故选C。
6. 如图所示是质谱仪工作原理示意图。三个带电粒子先后从容器A正下方的小孔飘入电势差为U的加速电场，其初速度大小都几乎为零，经电场加速后，分别从小孔离开，再从小孔沿着与磁场垂直的方向竖直向下进入匀强磁场中，最后打到照相底片D上的a、b、c三个不同位置。整个装置放在真空中，均不计带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力。根据图中三个带电粒子在质谱仪中的运动轨迹，下列说法正确的是（ ）
A. 三个带电粒子均带负电荷
B. 三个带电粒子进入磁场的动能与带电量成反比
C. 打在c处的带电粒子的比荷最大
D. 打在a处的带电粒子在磁场中运动的时间最短
【答案】C
【解析】
【详解】A．由左手定则，带电粒子均带正电荷，故A错误；
B．在加速电场中，由动能定理，带电粒子进入磁场的动能为
所以三个带电粒子进入磁场的动能与带电量成正比，故B错误；
C．带电粒子进入磁场的动能，由动能定理
则
带电粒子在磁场中，由洛伦兹力提供向心力有
解得
由图可知打在c处的带电粒子在磁场中做圆周的轨道半径最小，比荷最大，故C正确；
D．由带电粒子在磁场中运动的周期，打在a处的带电粒子在磁场中运动的轨道半径最大，比荷最小，时间最长，故D错误。
故选C
7. 如图所示，在直线边界的上方存在垂直纸面向里磁感应强度为的匀强磁场，点在上。现从点垂直在纸面内向上发射速度大小不同、质量均为、电量均为的粒子，已知，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则粒子在磁场中运动的最长时间为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据题意可知，当粒子由N点飞出时，运动的时间最长，运动轨迹如图所示
设粒子做圆周运动的半径为R，由几何关系有
解得
由
联立解得
则
由牛顿第二定律有
解得
由几何关系可知，粒子运动轨迹的长度为
则粒子的运动时间为
故选C。
8. 我国建造的第一台回旋加速器的模型如图甲所示，该加速器存放于中国原子能科学研究院。其工作原理如图乙所示，回旋加速器的两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，电压大小为U，忽略粒子在电场中的运动时间。下列说法正确的是（ ）
A. 电荷量为q的粒子每次经过D形盒之间的缝隙后，动能均增加
B. 由于粒子速度被逐渐加大，极板所加交流电的周期要相应减小
C. 粒子从加速器出来的最大速度与D形盒的半径大小及磁场的磁感应强度有关
D. 粒子（）与氘核（）经同一回旋加速器加速后获得相同的动能
【答案】AC
【解析】
【详解】A．电荷量为q的粒子每次经过D形盒之间的缝隙后，根据动能定理有
可知动能均增加，故A正确；
B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，带电粒子转动一圈，要被加速两次，加速电场正好完成一次周期性变化，则粒子在磁场中运动的周期和交流电的周期相等，粒子在磁场中运动的周期为
故粒子速度被逐渐加大，极板所加交流电的周期不变，故B错误；
C．根据洛伦兹力提供向心力
设回旋加速器D形盒的半径为，可推导出粒子的最大动能为
故粒子从加速器出来的最大速度与D形盒的半径大小及磁场的磁感应强度有关，故C正确；
D．根据
可知粒子（）与氘核（）经同一回旋加速器加速后获得的动能不同，故D错误。
故选AC。
9. 如图是磁流体发电机工作原理示意图。发电通道是长方体结构，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个面是绝缘体，上下两个面是电阻可忽略的导体电极，这两个电极与负载电阻R相连。发电通道处于匀强磁场中，磁感应强度为B，方向如图所示。发电通道内有电阻率为的高温等离子电离气体沿通道以速度v向右流动，运动的电离气体受到磁场作用，使发电通道上下表面间产生了电势差。下列说法正确的是（ ）
A. 上表面的导体电极可视为电源的负极
B. 磁流体发电机的内阻为
C. 作为电源，磁流体发电机的电动势为Bav
D. 闭合开关S，通过电阻R的电流为
【答案】CD
【解析】
【详解】A．根据左手定则可知，电离气体中正离子向上偏，负离子向下偏，上表面的导体电极可视为电源的正极，A错误；
B．根据电阻定律可知，发电机的内阻为
B错误；
C．当发电通道上下表面间的电势差稳定时，有
解得电动势
C正确；
D．根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻R的电流为
D正确。
故选CD。
10. 如图所示，矩形ABCD区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，AB边长为d，BC边长为2d，O是BC边的中点，E是AD边的中点，在O点有一粒子源，可以在纸面内向磁场内各个方向射出质量均为m、电荷量均为q、有同种电性的带电粒子，粒子射出的速度大小相同，速度与OB边的夹角为600的粒子恰好从E点射出磁场，不计粒子的重力，则（ ）

A. 粒于带正电
B. 粒子运动的速度大小为
C. 粒子在磁场中运动的最长时间为
D. 磁场区域中有粒子通过的面积为
【答案】BD
【解析】
【详解】A．速度与OB的夹角为60°的粒子恰好从E点射出磁场，由粒子运动的轨迹根据左手定则可判断，粒子带负电，A错误；
B．由此粒子的运动轨迹结合几何关系可知，粒子做圆周运动的半径r=d，由牛顿第二定律
则粒子运动的速度大小为
B正确；
C．由于粒子做圆周运动速度大小相同，因此在磁场中运动的轨迹越长，时间越长，分析可知，粒子在磁场中运动的最长弧长为四分之一圆周，因此最长时间为四分之一周期，即最长时间为，C错误；
D．由图可知

磁场区域有粒子通过的面积为图中AOCDA区域的面积，即为
D正确。
故选BD。
二、实验题（每空2分，共14分）
11. 某兴趣小组测量表头G的内阻：按照如图1所示电路图连接电路。闭合开关前，滑动变阻器滑片应移到______（填“a端”或“b端”）。先闭合开关，调节滑动变阻器，直至表头G指针满偏；再闭合开关，保持滑动变阻器阻值不变，仅调节电阻箱阻值，直至表头G示数为满偏示数的一半，此时电阻箱的示数如图2所示，则表头G的内阻为______Ω。该测量值比实际值______。（填“偏大”、“偏小”或“准确”）
【答案】 ①. a端 ②. 11.0 ③. 偏小
【解析】
【详解】[1]闭合开关前，滑动变阻器接入电路电阻应最大保护电路，即滑片应移到a端；
[2]再闭合开关，保持滑动变阻器阻值不变，仅调节电阻箱阻值，直至表头G示数为满偏示数的一半，此时认为干路电流仍为，则有
由图2可得
[3]由于步骤2测电阻时，实际干路电流大于，则通过电阻箱的电流大于，则电阻箱电阻小于表头G的内阻，即所测表头G的内阻偏小。
12. 如图1所示是一个多用电表欧姆挡电路示意图，由表头、电源、调零电阻和表笔组成。其中表头满偏电池电动势、内阻；调零电阻阻值0~5000Ω。
（1）使用此欧姆挡测量电阻时，如图2所示，若表头G指针指在位置①处，则此刻度对应欧姆挡表盘刻度值为______Ω（选填“0”或“∞”）；若指针指在位置②处，则此刻度对应欧姆挡表盘刻度值为______Ω（选填“0”或“∞”）；若指针指在位置③处，则此刻度对应欧姆挡表盘刻度值为______Ω。
（2）该欧姆挡表盘的刻度值是按电池电动势为1.5V刻度的，当电池的电动势下降到1.45V、内阻增大到3Ω时仍可调零。若测得某电阻的阻值为3000Ω，则这个电阻的真实值是______Ω。
【答案】（1） ①. ∞ ②. 0 ③. 3000
（2）2900
【解析】
【小问1详解】
[1][2][3]根据欧姆表的工作原理可知，当电流最小时，电阻最大即∞，当电流最大时，电阻最小即为零，若指针指在中间刻度即为中值电阻等于欧姆表内阻
【小问2详解】
若电动势为1.45V，则此时调零时，内部电阻为
此时指针在指在中值位置时对应的电阻应为2900Ω，由3000Ω对应的电流列出关系式
故对应1.45V时的电阻
三、解答题（要求有必要的过程分析，只写答案不给分）
13. 如图所示，电源电动势，E=8V，内电阻 r=1Ω，小灯泡标有“3V3W”字样，小灯泡标有“2V4W”字样，电动机D的内阻rD=0.5Ω，当闭合电键S，将滑动变阻器 R的阻值调到1Ω时，两灯泡和电动机均能正常工作。求：
（1）流过电动机的电流；
（2）电动机输出的机械功率；
（3）电源的输出功率。
【答案】（1）1A （2）3.5W
（3）12W
【解析】
【小问1详解】
由题意可知，两灯泡和电动机均能正常工作时，由电功率公式可得，流过小灯泡的电流为
小灯泡的电流
由串、并联电路特点可得流过电动机的电流
【小问2详解】
小灯泡的电阻
则有电动机两端的电压为
则有电动机的输入功率为
电动机的热功率
电动机输出的机械功率
【小问3详解】
电源两端电压
电源的输出功率
14. 某磁防护装置截面如图所示，以点为圆心内外半径分别为、的环形区域内，有垂直纸面向外的匀强磁场，外圆为绝缘薄板，板上有一小孔。一质量为、电荷量为的带电粒子以速度从孔沿方向射入磁场，恰好不进入内圆，粒子每次与绝缘薄板碰撞后以原速率反弹且电荷量不变。不计粒子重力，求：
（1）粒子在磁场中运动的轨迹半径；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）粒子从射入孔到离开孔所需的时间。
【答案】（1）R；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据几何关系可知
解得
（2）根据洛伦兹力提供向心力有
解得
（3）设粒子在磁场中运动的轨迹所对应的圆心角为，由几何关系得
解得
粒子在磁场中运动的周期为
粒子从C点到第一次与绝缘薄板碰撞所需时间为
解得
由几何关系可得粒子在危险区运动时总共与绝缘薄板发生5次碰撞，所用时间为
15. 如图，直角坐标系Oxy中，在第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场；在第三、第四象限内分别有方向垂直于坐标平面向里和向外的有界匀强磁场。一质量为m、电荷量为q（q＞0）的粒子，从y轴上的P（0，L）点处，以初速度v0垂直于y轴射入电场，再经x轴上的M点沿与x轴正方向成45°角进入磁场，粒子重力不计。
（1）求M点的坐标；
（2）要使粒子能够与y轴正方向或负方向成60°角进入第三象限，求出两种情况下第四象限内磁感应强度B的取值；
（3）若第四象限内磁感应强度大小为，第三象限内磁感应强度大小为，且第三、第四象限的磁场下边界AB与x轴平行，则要使粒子能够从第四象限垂直边界AB飞出磁场，求边界AB与x轴间距离h的可能取值。
【答案】（1）；（2）见解析；（3）（n＝0，1，2，3…）
【解析】
【详解】（1）粒子离开电场时
解得
x＝2L
则M点的坐标为。
（2）粒子进入第四象限时速度大小
第一种情况速度方向与y轴负方向成60°，如图
粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
解得
第二种情况速度方向与y轴正方向成60°，如图
粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力
解得
（3）由牛顿第二定律可得粒子在第四象限中运动的半径为
在第三象限的半径为
粒子可能的运动轨迹如图所示
由运动分析可
（n＝0，1，2，3…）
解得