天津市五区县重点校2024-2025学年高二上学期1月期末物理试卷（解析版）

这是一份天津市五区县重点校2024-2025学年高二上学期1月期末物理试卷（解析版），共16页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
第Ⅰ卷（共40分）
一、单项选择题（本题包括5小题，每小题5分，共25分。每小题只有一个选项符合题意）
1. 比值法定义就是用两个物理量的比值来定义一个新的物理量的方法，如电场强度就是用试探电荷所受电场力与电量的比值来定义的，即下面四个物理量的表达式不属于比值法定义的是（ ）
A. 电势B. 电容
C. 电流强度D. 磁感应强度
【答案】C
【解析】A．电场中某点的电势取决于电场本身，则电势为比值定义式，故A错误；
B．电容器的电容与所带的电量和电势差并无直接的关系，则容为比值定义式，故B错误；
C．由欧姆定律可知，导体中的电流与导体两端电压成正比，与导体的电阻成反比，则电流强度并不是比值定义式，故C正确；
D．磁感应强度由磁场本身决定与电流元以及电流元受到的力无关，所以磁感应强度是比值定义式，故D错误。
故选C。
2. 如图为电容式话筒的原理图，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为电容器两金属极板，人对着P说话，P振动而Q不动，在P、Q间距离减小的过程中（ ）
A. P、Q两板构成的电容器的电容变小
B. Q极板的带电量不变
C. M点的电势比N点高
D. P、Q两板间的场强增大
【答案】D
【解析】A．在P、Q间距离减小的过程中，即电容器两板间距d减小，根据
可知，P、Q两板构成的电容器的电容变大，选项A错误；
B．根据
Q=CU
两板间电压U一定，C变大，则Q极板的带电量变大，选项B错误；
C．电容器充电，则流过电阻R的电流从N到M，则M点的电势比N点低，选项C错误；
D．根据
两板间电压U一定，d减小，可知P、Q两板间的场强增大，选项D正确。
故选D。
3. 如图所示，螺线管连接电阻R放置在水平地面上，上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的N极朝下，当磁铁向下运动过程中（未插入线圈内部），下列说法正确的是（ ）
A. 穿过螺线管的磁通量减少
B. 螺线管对地面的压力变小
C. 磁铁下落时的加速度等于g
D. 通过R的感应电流方向为从
【答案】D
【解析】A．当磁铁向下运动时（但未插入线圈内部），穿过螺线管的磁通量增大，故A错误；
B C．根据“来拒去留”可知，磁铁靠近线圈，则磁铁与线圈相互排斥，磁铁下落时的加速度小于g，故线圈对地面的压力变大，故B C错误；
D．由图可知，当磁铁竖直向下运动时，穿过线圈的磁场方向向下增大，由楞次定律可知感应电流的磁场应向上，由右手螺旋定则可知电流方向为从，故D正确。
故选D。
4. 如图甲所示的电路，其中电源电动势，内阻，定值电阻，已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是（ ）
A. 图乙中滑动变阻器的最大功率
B. 图乙中，
C. 滑动变阻器消耗功率P最大时，定值电阻R消耗的功率也最大
D. 将滑动变阻器的滑片从最右端滑到最左端，电源的效率先增大后不变
【答案】B
【解析】AB．由闭合电路欧姆定律的推论可知，当电源外电阻等于内阻r时，输出功率最大，最大值为
把定值电阻看成电源内阻，由图乙可知，当
滑动变阻器消耗的功率最大，最大功率为
由图乙可知滑动变阻器的阻值为时与阻值为时消耗的功率相等，有
解得
故B正确，A错误；
C．对于定值电阻电流越大功率越大，因此滑动变阻器的阻值为零时，此时滑动变阻器的功率为零，定值电阻R消耗的功率最大，故C错误；
D．电源的效率为
调整滑动变阻器的阻值从最右端滑到最左端时，RP变大，则变大，电源的效率一直增大，故D错误。
5. 霍尔元件是利用霍尔效应制成的传感器，如右图所示，长a、宽b、高c（）的长方体霍尔元件通以向右的电流，将其置于垂直上下表面的磁场时前后表面间出现电压，置于垂直前后表面的磁场时上下表面间出现电压，此电压即霍尔电压．将两个这样的霍尔元件按不同方式组合，通入大小相等的恒定电流，元件处于垂直于上下表面或前后表面、磁感应强度大小相等的匀强磁场中，则产生霍尔电压最大的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】霍尔元件中自由移动的电荷是电子，设电子定向移动的速度为v，单位体积内自由移动的电子数为n，导体的横截面积为S，电流的微观表达式为
其载流子在磁场中受到洛伦兹力为
电子在洛伦兹力作用下移动，上下表面出现电势差，当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，由
解得
由于电流大小，磁感应强度大小不变，同一种材料，所以沿磁感应强度方向的长度越小，其霍尔电压越大。
故选A。
二、多项选择题（本题包括3小题，每小题5分，共15分。每小题有多个选项符合题意，全都选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）
6. 物理学是一门以实验为基础的学科，很多生活中的应用都来自于物理学。对于下列教材中所列的实验和生活现象，说法正确的是（ ）
A. 图甲中，电磁波X射线可以拍摄X光照片，它的波长比紫外线更长
B. 图乙，生活中常用微波炉来加热食物，微波是一种电磁波，具有能量
C. 图丙中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过电场的相互作用来实现的
D. 图丁是库仑探究电荷间相互作用的扭秤实验装置，使用了放大法
【答案】BD
【解析】A．图甲中，电磁波X射线可以拍摄X光照片，它的波长比紫外线更短，故A错误；
B．图乙，生活中常用微波炉来加热食物，微波是一种电磁波，具有能量，故B正确；
C．图丙中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过磁场的相互作用来实现的，故C错误；
D．图丁是库仑探究电荷间相互作用的扭秤实验装置，使用了放大法，故D正确。
故选BD。
7. 如图，一粗糙绝缘竖直面与两个等量异种点电荷连线的中垂线重合，A、O、B为该竖直面上的三点，且O为等量异种点电荷连线的中点，。现有带电荷量为q、质量为m的小物块从A点以初速度向B滑动，到达B点时速度恰好为0，则（ ）
A. 小物块一定带负电，从A到B电势能不变
B. 从A到B，小物块受到的电场力不变
C. 从A到B，小物块的加速度一直减小
D. 从A到B，小物块到达O点时的动能为
【答案】AD
【解析】A．根据题意可知，AB是等势线，小物块从A到B电势能不变，由于到达B点时速度恰好为0，小物块从A到B过程中摩擦力一直大于重力，可知，小物块所受电场力水平向右，则小物块一定带负电，故A正确；
BC．从A到O的过程中，电场强度增大，则电场力增大，由于物块在水平方向上平衡，可知墙壁的弹力增大，导致滑动摩擦力增大，由于AO段和OB段的电场强度大小对称，可知小物块从O到B过程中电场力减小，墙壁的弹力减小，所受滑动摩擦力减小，由于小物块运动到B点时速度减为零，故小物块从A到B过程中摩擦力一直大于重力，根据牛顿第二定律，有
可知，小物块从A到B过程中，加速度先增大后减小，故BC错误；
D．由对称性可知，从A到O过程与从O到B过程的摩擦力做功相等，小物块动能的变化量相同，则小物块到达O点时的动能为
故D正确。
故选AD。
8. 如图所示，半轻分别为r和2r的两个同心圆，其圆心为O，只在环形区域内存在着磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场（磁场区域包括边界）大量质量为m、电荷量为的带电粒子从M点沿各个方向以不同速率射入磁场区域。不计粒子间的相互作用及重力，。下列判断正确的是（ ）
A. 沿MO方向射入磁场且恰好未能进入内部圆形区域的带电粒子的轨道半径为
B. 沿MO方向射入磁场且恰好未能进入内部圆形区域的带电粒子在磁场中运动的时间为
C. 第一次穿过磁场后恰能经过O点的带电粒子的最小入射速率为
D. 第一次穿过磁场后恰能经过O点带电粒子的最小入射速率为
【答案】B
【解析】A．带电粒子从P点沿方向射入磁场，恰好未能进入内部圆形区域，说明运动轨迹恰好与内圆相切，如图所示
设圆弧的半径为，圆心为，连接OA、AM和OM，在直角三角形OAM中，由于
即
解得
故A错误；
B．在直角三角形OAM中，由于
则
整个圆弧轨道所对的圆心角为，带电粒子做圆周运动，则

解得
粒子在磁场中的运动时间为
故B正确；
CD．带电粒子的入射速率最小，则粒子圆周运动的半径最小，粒子从M点经圆周运动通过圆心O，根据逆向运动，半径最小的圆周运动其圆弧与大圆相切，如图所示
设圆弧半径为，圆心为D，其中M、D、O在一条直线上，连接OM、CD，在直角三角形中，由于
即
解得
带电粒子做圆周运动，则
解得
故CD错误。
故选B。
第Ⅱ卷（共60分）
三、实验题（本题共2小题，每空2分，共16分。）
9. “梦天”实验小组测量一节干电池的电动势和内阻。现进行如下实验：
（1）先用多用电表直流电压2.5V挡粗测该电池电动势，将多用电表的红表笔与电池的_______（选填“正”或“负”）极相连，黑表笔与电池的另一电极相连。
（2）为准确的测量出该电池的电动势和内阻，实验室提供了如下器材：
电压表（量程0~3V，内阻约为3kΩ）；
电流表（量程0 ~0.6A，内阻为1.0Ω）；
滑动变阻器（阻值0~50Ω）；
干电池一节、开关一个和导线若干。
根据所给实验器材，图甲中电压表正极接线柱应连接在接线柱 _________（填“①”或“②”）。正确连接后，调节滑动变阻器阻值，测得多组电表读数，作出图乙所示的U-I图像，则待测干电池电动势E=________V，内阻r =________Ω（结果均保留2位小数）。
【答案】（1）正 （2）① 1.48 0.70
【解析】（1）先用多用电表直流电压2.5V挡粗测该电池的电动势，将多用电表的红表笔与电池的正极相连，黑表笔与电池的另一电极相连。
（2）[1]根据所给实验器材中电流表内阻已知，则图甲中电压表正极接线柱应连接在接线柱①。
[2][3]因为
U=E-Ir
则根据U-I图像，则待测干电池电动势
E=1.48V
内阻
10. 为研究某合金导线材料的电阻率，实验小组用如图甲所示电路进行实验，调节合金导线上可动接线柱Q的位置（如图乙所示），可以改变导线接入电路的长度。实验器材如下：
待测合金导线一根；
电压表，量程0~3V，内阻约为3kΩ；
电流表，量程0~0.6A，内阻约0.1Ω；
滑动变阻器（阻值范围0~100Ω，允许通过的最大电流为0.1A）；
滑动变阻器（阻值范围0~10Ω，允许通过的最大电流为1A）；
两节干电池，开关，导线若干，一只螺旋测微器。
（1）滑动变阻器应该选________（选填“”或“”）。图甲中开关S闭合之前，应将滑动变阻器的滑片P置于_________端（选填“A”或“B”）。
（2）用螺旋测微器测量该合金导线的直径，如图丙所示，则导线的直径D=__________mm。
（3）多次改变导线接入电路的长度L，测量不同长度时的电阻，作图像如图丁所示，测得图像中直线的斜率为k，则该合金材料的电阻率为__________（用k和D表示）。
【答案】（1） A （2）2.450 （3）
【解析】（1）[1] 由于滑动变阻器允许通过的最大电流只有0.1A，而滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，则滑动变阻器应该选；
[2] 为了保证电表安全，图甲中开关S闭合之前，应将滑动变阻器的滑片P置于A端。
（2）螺旋测微器的精确值为，由图丙可知导线的直径为
（3）根据电阻定律可动
可知图像的斜率为
可得该金属材料的电阻率为
四、解答题（本题共3小题，共44分，其中11题12分，12题15分，13题17分）
11. 如图所示，间距为d=1m的导轨竖直固定在绝缘地面上，导轨顶端连接电动势为E=1.5V、内阻为r=1Ω的电源，质量为m=0.01kg的金属杆垂直接触导轨，当在导轨所在的平面内加上方向与金属杆成角、磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场后，金属杆沿着导轨恰好不向下运动。已知电源两端的电压为U=1V，重力加速度为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求：
（1）金属杆的接入电阻R；
（2）金属杆与导轨间的动摩擦因数µ。
【答案】（1） （2）0.2
【解析】（1）由闭合电路欧姆定律可得回路的电流
由欧姆定律金属杆接入电阻
综合解得
（2）把磁感应强度B分别沿水平方向、竖直方向分解，B在竖直向上方向的分量为
B在水平方向的分量与金属杆平行，对金属杆没有安培力作用，根据左手定则，B在竖直方向的分量对金属杆的安培力垂直导轨与金属杆所在的竖直面向里
最大静摩擦力等于滑动摩擦力
对金属杆受力分析，由力的平衡可得
综合解得
12. 如图所示，竖直xOy平面第一二象限内有一圆心为O、半径为R的半圆形区域，M、N是半圆与x轴交点。该区域内存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在第一二象限有平行于x轴的匀强电场。O点处有一粒子源，能沿y轴正方向发射初速度为v的带负电粒子，粒子进入半圆形区域后做匀速直线运动，粒子的重力忽略不计。
（1）求电场强度E的大小和方向；
（2）现撤去匀强电场，粒子仍从O处以速度v沿y轴正方向射入，粒子从圆弧上的Q点离开，已知QO与ON的夹角为30°，求粒子的比荷和粒子在磁场中运动的时间t。
【答案】（1）vB，沿x轴正方向 （2），
【解析】（1）粒子进入半圆形区域后做匀速直线运动，由平衡条件得
得
磁场垂直纸面向里，粒子带负电且沿y轴正方向运动，由左手定则带电粒子所受洛伦兹力方向沿轴正方向。由电场力和洛伦兹力平衡可知，静电力沿轴负方向，因粒子带负电，可知电场方向沿轴正方向（或“沿+x方向”、“由O指向N”）。
（2）由几何关系可知
由洛伦兹力提供向心力得
解得
粒子运动周期
粒子转过角度
粒子运动时间
解得
13. 如图所示，空间有一边长为L的正方体区域，带电粒子从平行于OC边且与OCSR共面的线状粒子源连续不断地逸出，逸出粒子的初速度可视为0，粒子质量为m，电荷量为+q，经垂直于OC边的水平电场加速后，粒子以一定的水平初速度从OA段垂直进入正方体区域内，OA段长为，该区域内有垂直平面MQCS水平向左的匀强磁场，磁感应强度大小为B，从O点射入的粒子恰好从N点射出。忽略粒子间的相互作用，不计粒子重力。
（1）求线状粒子源处与正方体OA段之间的电压U；
（2）若该区域内只有垂直平面MQC S水平向左的匀强电场，电场强度大小为，已知从A点射入的粒子从SR边上的某点射出，求该点距S点的距离；
（3）若该区域内同时存在上述磁场与电场，通过计算判断从A点进入的粒子，离开该区域时的位置和速度大小。
【答案】（1） （2） （3）粒子从M点离开该区域；
【解析】（1）粒子经电场加速，则
可知粒子在磁场中运动的轨道半径为 r=L
则由
可得
（2）若该区域内只有匀强电场，则粒子在电场中做类平抛运动，则垂直电场方向
沿电场方向
其中
qE=ma
解得
该点距S点的距离
（3）该区域内同时存在上述磁场与电场时，从A点进入的粒子在正方体区域内做不等距螺旋线运动，将其运动分解为沿OC方向的初速为零的匀加速直线运动，和平行于MQCS平面的线速度为v，半径为R=L的匀速圆周运动。分运动的匀速圆周运动的周期为
假设粒子从MQCS面射出，则有
解得
可知分运动的匀速圆周运动的轨迹为圆周，该粒子恰好从M点离开该区域，假设成立。
离开该区域时沿OC方向的速度为v2=at2
解得
设离开该区域时速度大小为v′，则有
解得