2023-2024学年福建省福州第一中学高二（上）期末考试物理试卷（含解析）

这是一份2023-2024学年福建省福州第一中学高二（上）期末考试物理试卷（含解析），共21页。试卷主要包含了下列各图所示能产生感应电流的是等内容，欢迎下载使用。
A. 一个闭合线圈绕平行于匀强磁场的转动轴匀速转动
B. 条形磁铁插入有开口的圆环
C. 闭合线圈与条形磁铁在同一平面远离磁铁
D. 平行金属导轨上两根金属棒向相反方向运动
2.比值定义法是物理学中定义物理量的一种常用方法，所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性。如电场强度E、导体的电阻R、电容C、电流强度I、电势φ都是用比值法定义的物理量，下列几组公式均属于比值定义的是( )
A. E=Fq C=QUB. E=kQr2 I=Qt
C. R=UI C=εS4πkdD. R=ρLS φ=Epq
3.如图甲所示，线圈ABCD固定于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，当磁场变化时，线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示，则磁场的变化情况可能是下图所示的哪一个( )
A. B.
C. D.
4.地磁场对宇宙高能粒子有偏转作用，从而保护了地球的生态环境。赤道平面的地磁场简化为如图所示，O为地球球心、R为地球半径，地磁场只分布在半径为R和2R的两边界之间的圆环区域内，磁感应强度大小均为B，方向垂直纸面向里。假设均匀分布的带正电高能粒子以相同速度垂直MN沿赤道平面射向地球。已知粒子质量均为m、电荷量均为q，不计粒子的重力及相互作用力。下列说法正确的是( )
A. 粒子无论速率多大均无法到达MN右侧地面
B. 若粒子速率为qBRm，正对着O处入射的粒子恰好可以到达地面
C. 若粒子速率为qBR2m，入射到磁场的粒子均可以到达地面
D. 若粒子速率为3qBR2m，入射到磁场的粒子恰好有一半可以到达地面
5.如图甲所示，a、b位于两个等量异种电荷的连线上，且a、b到O点的距离相等；如图乙所示，两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点，O′为MN的中点，c、d位于MN的连线上，且c、d到O点的距离相等，两导线中通有等大反向的恒定电流，下列说法正确的是( )
A. O点处的电场强度为零
B. a、b处的电场强度大小相等，方向相同
C. c、d处的磁感应强度大小相等，方向相同
D. O′点处的磁感应强度为零
6.热膨胀材料在生产生活中有着广泛的应用．某同学用平行板电容器设计制作了单电容热膨胀检测仪，原理如图所示．电容器上极板固定，下极板可随材料竖直方向的尺度变化而上下移动，平行板电容器的电容C=εS4πkd，S是电容器极板的正对面积，d是极板间的距离，其余均为常量。闭合开关S，若材料热胀冷缩，下列说法中正确的是
( )
A. 材料温度升高，极板所带电荷量增大
B. 滑动变阻器滑片向下滑动少许可以降低电容器的工作电压
C. 检测到灵敏电流计的电流方向为从a到b，说明材料温度降低
D. 检测结束，断开开关，灵敏电流计上有从a到b的短暂电流
7.图中关于磁场中的四种仪器的说法中正确的是( )
A. 甲图中要使粒子获得的最大动能增大，可以增大D形盒的半径
B. 乙图中击中光屏同一位置的粒子比荷一定不同
C. 丙图是霍尔元件通过如图所示电流和加上如图磁场时N侧带的一定是负电荷
D. 丁图长宽高分别为a、b、c的电磁流量计加上如图所示磁场，若流量Q恒定，则前后两个金属侧面的电压与a、b无关而与c有关
8.如图所示，在竖直平面内的虚线下方分布着互相垂直的匀强电场和匀强磁场，电场的电场强度大小为E，方向水平向左；磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。现将一质量为m、电荷量为+q的小球，从该区域上方的某点A以某一初速度水平抛出，小球进入虚线下方后恰好做直线运动。已知重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A. 小球平抛的初速度大小为EBB. 小球平抛的初速度大小为mgqB
C. A点距该区域上边界的高度为E22gB2D. A点距该区域上边界的高度为E2gB2
9.用20分度的游标卡尺测量其长度如图1所示，可知其长度为L=_______mm；用螺旋测微器测出其直径D如图2所示，则D=_______mm。
10.图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈，A1、A2和A3是三盏相同的灯泡。实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，此时A1中电流方向_________(选填“向右”、“向左”)，随后逐渐变暗；若已调节滑动变阻器R的电阻值与L2的电阻值相等，则闭合S2瞬间，电感线圈L2中电流_________(选填“大于”、“等于”、“小于”)变阻器R中的电流。
11.福州某学校研究小组为了研究发电机原理，把一条长约10m的导线两端连在灵敏电流计的两个接线柱上，形成闭合电路。两位同学迅速摇动这条导线，为了使灵敏电流计指针偏转更加明显，两位同学应该沿_____方向站立(选填“东西”、“南北”)；若导线经过最低点时的速度方向垂直纸面向里，则流过电流计的电流方向_____(选填“向右”、“向左”)。(不考虑地磁场的磁偏角)
12.用如图所示的多用电表测量电阻，要用到选择开关K和两个部件S、T。请根据下列步骤完成电阻测量：
(1)旋动部件__________(填写字母)，使指针对准电流的“0”刻线。
(2)将K旋转到电阻挡“×100”的位置。
(3)将插入“+”“−”插孔的表笔短接，旋动部件__________(填写字母)，使指针对准电阻的“0刻线”。
(4)将两表笔分别与待测电阻相接，发现指针偏转角度过小。为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，并按__________的顺序进行操作，再完成读数。
A.将K旋转到电阻挡“×1k”的位置
B.将K旋转到电阻挡“×10”的位置
C.将两表笔的金属部分分别与被测电阻的两根引线相接
D.将两表笔短接，旋动合适部件，对电表进行校准
(5)欧姆表内的电池使用时间太长，电动势减小，内阻明显变大，但是仍然能调零。分析用欧姆表测得的电阻值__________(选填“偏大”“偏小”或“准确”。)。
13.新能源汽车已经普遍走进了我们的生活，某校学生实验小组通过网络找到了比亚迪“秦”电池铭牌，电池采用的是比亚迪刀片电池技术。已知该车内的整块动力电池是由100块电芯串联而成，每块电池的额定电压为3.20V，每块电池的额定容量为0.26A·h。现将一块电芯拆解出来，测量其电动势E和内阻r。
(1)实验前利用1A恒流电源对一块电芯进行充电，充满的时间要_____h。
(2)为了能较准确的测量一块电芯的电动势E和内阻r，该同学设计了一个可以消除电流表A和电压表V内阻影响的实验方案，如图1所示，记录了单刀双掷开关S2分别接1、2对应的多组电压表的示数U和电流表的示数I，根据实验记录的数据绘制如图2中所示的A、B两条U−I图线，可以判断图线A是利用单刀双掷开关S2接_____(选填“1”或“2”)中的实验数据描出的，综合A、B两条图线，此电芯的内阻r=_____(用图中EA、EB、IA、IB表示)。
(3)考虑到刀片电池电芯的内阻较小，为了防止调节滑动变阻器电阻过小时由于电流过大而损坏器材，该同学在电路中用了一个保护电阻R0，如图3所示，除电芯、开关、导线外，可供选择使用的实验器材还有：
A.电流表(量程0.6A)
B.电流表(量程3A)
C.电压表(量程3V)
D.电压表(量程15V)
E.定值电阻(阻值2Ω，额定功率2W)
F.定值电阻(阻值20Ω，额定功率20W)
G.滑动变阻器(阻值20Ω)
H.滑动变阻器(阻值200Ω)
为了器材的安全、测量的准确和操作的方便，电流表应选_____；定值电阻R0选_____；滑动变阻器R应选_____。(填仪器前的字母)
14.如图所示，A、B、C为一等边三角形的三个顶点，某匀强电场的电场线平行于该三角形平面。现将电荷量为10−8C的正点电荷从A点移到B点，静电力做功为3×10−6J，将另一电荷量为1×10−8C的负点电荷从A点移到C点，克服静电力做功为3×10−6J。若AB边长为2 3cm，求：
(1)AB间的电势差UAB；
(2)AC间的电势差UAC；
(3)电场强度的大小为多大，方向如何。
15.如图，足够长的两光滑平行金属导轨MN、PQ所构成的斜面与水平面的夹角为θ，两导轨间距为L，两导轨顶端接一阻值为R的电阻，导轨所在的空间存在垂直于斜面向下的匀强磁场，磁感应强度的大小为B.一根质量为m的导体棒垂直放置于导轨底端，其在两导轨之间部分的电阻为R.现给导体棒一沿斜面向上的速度大小为v，导体棒上滑过程通过导体截面的电荷量为q；在运动过程中导体棒始终与导轨垂直且接触良好，两光滑平行金属导轨电阻忽略不计，重力加速度大小为g.求：
(1)导体棒刚进入磁场时的加速度大小；
(2)导体棒向上滑的最大位移x；
(3)上滑过程中，导体棒上产生的热量Q．
16.如图所示，在xOy平面内，以O1(0,R)为圆心、R为半径的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，x轴下方有一与其平行的直线ab，ab与x轴相距为d，x轴与直线ab间区域有沿y轴正方向的匀强电场，在ab的下方有一平行于x轴的感光板MN，ab与MN间区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，在0≤y≤2R的区域内，大量质量为m、电荷量为−e的电子从圆形区域左侧沿x轴正方向以速度v0射入圆形区域，经过磁场偏转后都经过O点，然后进入x轴下方。已知x轴与直线ab间匀强电场的场强大小E=8mv029ed，直线ab与感光板MN间的磁场的磁感应强度大小B2=mv0ed，不计电子重力，取sin37°=0.6，cs37°=0.8。
(1)求圆形区域内磁场的磁感应强度大小B1；
(2)若沿x轴负方向进入电场的电子恰好不能打到感光板MN上，MN与ab间的距离h1是多大？
(3)若要求从不同位置出发的所有电子都能打在感光板MN上，MN与ab间的最大距离h2是多大？
(4)在(3)的条件下，电子从O点到MN的运动时间最长是多少？
17.如图，P、Q是两根固定在水平面内的光滑平行金属导轨，间距为L，导轨足够长且电阻可忽略不计。图中EFHG矩形区域有一方向垂直导轨平面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。在零时刻，两均匀金属棒a、b分别从磁场边界EF、GH进入磁场，速度大小均为v0；一段时间后，金属棒a、b没有相碰，且两棒整个过程中相距最近时b棒仍位于磁场区域内。已知金属棒a、b相同材料制成，长度均为L，电阻分别为2R和R，a棒的质量为m，最终其中一棒恰好停在磁场边界处，在运动过程中两金属棒始终与导轨垂直且接触良好。求：
(1)两棒整个过程中相距最近的距离s=_____；
(2)整个过程中，a棒产生的焦耳热Qa=_____。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查感应电流的产生条件，感应电流的产生条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，基础题，试题较易。
【解答】
A.闭合线圈绕平行于匀强磁场的转动轴匀速转动，穿过闭合线圈的磁通量始终为零，因此闭合线框中无感应电流，故A错误；
B.条形磁铁插入有开口的圆环，会产生感应电动势，但由于圆环未闭合，因此圆环中无感应电流，故B错误；
C.闭合线圈与条形磁铁在同一平面远离磁铁，穿过闭合线圈的磁通量始终为零，因此闭合线圈中无感应电流，故C错误；
D.平行金属导轨上两根金属棒构成闭合回路，当向相反方向运动时，闭合回路面积增大，即穿过闭合回路的磁通量增大，回路中将产生感应电流，故D正确。
故选D。
2.【答案】A
【解析】A.公式 E=Fq ，电场强度的大小是由电场本身的性质决定的，与试探电荷的带电量以及试探电荷在电场中所受到的电场力无关，是比值定义法；公式 C=QU ，电容器的大小是由两个极板的正对面积以及两极板间的距离决定的，与电容器的带电量以及电容器两个极板之间的电压无关，是比值定义法，故A正确；
B.公式 E=kQr2 ，试点电荷点场的表达式，电场强度的大小与场源电荷带电量成正比，与到场源距离的平方都成反比，不是比值定义法；公式 I=Qt ，是电流的定义式，与流过导体横截面的电量无关，与时间也无关，是比值定义法，故B错误；
C.公式 R=UI ，是电阻的定义式，与电压、电流无关，是其本身的属性，是比值定义法；公式 C=εS4πkd ，表明电容器的大小与两极板的正对面积成正比，与两极板间的距离成反比，因此该公式不是比值定义法，故C错误；
D.公式 R=ρLS ，表明电阻的大小与导线的长度成正比，与导线的横截面积成反比，以导线的电阻率成正比，不是比值定义法；公式 φ=Epq ，是电势的定义式，电势与电势能、电量无关，电势的大小由电场本身决定，是比值定义法，故D错误。
故选A。
3.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律，及安培力表达式的应用，注意判定磁场变化率大小是解题的关键。
根据左手定则，结合安培力与磁场方向，可知，感应电流的方向，再由右手定则可知，磁场是如何变化的，最后由法拉第电磁感应定律，结合闭合电路欧姆定律，确定安培力的综合表达式，从而即可求解。
【解答】
由题意可知，安培力的方向向右，根据左手定则，可知：感应电流的方向由B到A；
再由楞次定律可知，当垂直向外的磁场在增加时，会产生由B到A的感应电流；
由法拉第电磁感应定律，结合闭合电路欧姆定律，则安培力的表达式F=BIL=BΔBΔtSLR；
因安培力的大小不变，则BΔBΔt是定值，若磁场B增大，则ΔBΔt减小，若磁场B减小，则ΔBΔt增大；
故D正确，ABC错误。
故选D。
4.【答案】D
【解析】A.射入方向在地球下表面以下的粒子，只要速率合适，粒子可到达MN右侧地面，故A错误；
B.若粒子的速率为 qBRm ，则粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力，有
qvB=mv2r
解得
r=R
若粒子正对着O处入射，且恰好可以到达地面，其轨迹如图所示
设该轨迹半径为 r1 ，由几何关系可得
r12+(2R)2−r1=R
解得
r1=32R≠r
故B错误；
C.若粒子的速率为 qBR2m ，则粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力，有
qv2B=mv22r2
解得
r2=R2