河南省郑州市2023-2024学年高二上学期期末考试物理

郑州市20232024学年上期期末考试高二物理试题卷本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。考试时间90分钟，满分100分。考生应首先阅读答题卡上的文字信息，然后在答题卡上作答，在试题卷上作答无效。交卷时只交答题卡。第Ⅰ卷（选择题：共48分）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，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分。）1.下列关于电现象的说法中，正确的是（）A.在静电感应现象中，导体两端所带异种电荷量一定相等B.实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器C.库仑发现了点电荷间的相互作用规律并测出了静电力常量及其单位D.静电力对电荷所做的功等于电荷电势能的增量2.如图甲所示，A、B是某电场中一系电场线上的两点，一个负电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，其运动的图像如图乙所示。则以下说法中正确的是（）A.A、B两点的电场强度相同B.电荷在A点电势能小于B点的电势能C.电荷的动能先增大后减小D.A点的电势低于B点的电势3.如图所示电路，当变阻器滑片向上滑动时，电流表及电压表读数的变化是（）A.电流表、电压表读数都增大B.电流表、电压表读数都减小C.电流表读数增大、电压表读数减小D.电流表读数减小、电压表读数增大4.小王同学为了探究感应电流方向与什么因素有关，他将一灵敏电流计与一个线圈相连构成闭合电路，然后将条形磁铁插入或拔出线圈，如图所示。其中线圈中所标箭头方向为感应电流方向。则下列判断正确的是（）A.图甲磁铁正在向下运动 B.图乙磁铁正在向上运动C.图丙磁铁正在向上运动 D.图丁磁铁正在向上运动5.图（a）中变压装置可视为理想变压器，负载电路中R=55Ω，A、V均为理想电表。若原线圈接入如图（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是（）A.原、副线圈的匝数比为4：1B.原线圈的电流为1AC.原线圈的电压为D.原线圈中交变电压频率为100Hz6.近场通信（NFC）器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸由内向外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为0.8cm，1.0cm和1.2cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103T/s，则此线圈产生的感应电动势最接近（）A.0.31V B.0.42V C.0.53V D.4.3V7.如图所示，粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框abcd，置于有界匀强磁场中，图中虚线为磁场边界，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。现使线框以同样大小的速度匀速沿四个不同方向平动进入磁场，并且速度方向始终与线框先进如磁场的那条边垂直，则在通过如图所示位置时，下列说法正确的是（）A.图①中ab两点间的电势差最大 B.图②中ab两点间的电势差最大C.图③中回路电流最大 D.图④中回路电流最小8.通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示（前半个周期为正弦波形的），则该交变电流的有效值为（）A. B. C. D.9.用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素（如图）。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若（）A.保持S不变，增大d，则θ变大 B.保持S不变，增大d，则θ变小C.保持d不变，减小S，则θ变小 D.保持d不变，减小S，则θ变大10.血流计原理可以简化为如图所示模型，血液（内含少量正、负离子）从直径为d的血管右侧流入，左侧流出。流量Q等于单位时间内通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，M、N两点之间可以用电极测出电压U。下列说法正确的是（）A.正离子所受洛伦兹力方向由M指NB.负离子所受洛伦兹力方向由M指NC.正负离子达到稳定状态时，血液流速为D.血液流量11.如图所示为电流天平，它两臂等长。右臂下方挂着矩形线圈，线圈匝数为n，水平边长为L，线圈下部处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向垂直线圈平面向里。当线圈中通过电流Ⅰ时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中移走质量为的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡。则（）A.电流反向前，线圈所受安培力的方向向上B.电流反向前，线圈中的电流方向从外向里看为顺时针方向C.移走的砝码质量D.移走的砝码质量12.如图所示，A、B两点各放有电荷量为+Q和＋2Q的点电荷，A、B、C、D四点在同一直线上，且AC=CD=DB。将一个带正电的点电荷q从C点沿直线移到D点，则（）A.C点的电场强度等于零B.电场强度先减小后增大C.电场力先做正功再做负功D.电荷q的电势能先增大后减小第Ⅱ卷（非选择题：共52分）二、实验题（本题共2小题，共14分。）13.现有一合金制成的圆柱体。为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量其直径，用游标卡尺测量圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图（a）和图（b）所示。（1）由上图读得圆柱体的直径为_________mm，长度为__________cm。（2）若流经圆柱体的电流为Ⅰ，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用d和L表示，则用d、L、I、U表示它的电阻率的表达式为_____________。14.为了测量电源的电动势E和内阻r，实验器材有：待测电源，限流定值电阻，电流表A（量程为0.6A，内阻不计），电阻箱R（0~999.9Ω），开关S，导线若干。（1）请用笔画线代替导线，在图中完成实物电路的连接。（）（2）某实验小组正确连接好电路图后，闭合S，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数Ⅰ，如下表数据：组数12345电阻R/Ω0306.012.018.0电流I/A0.500.400.330.250.20①请根据图中给定的坐标系并结合以上数据描点作图。（）②利用图像求出该电源的电动势______V，内阻______Ω。（保留两位有效数字）三、计算题（本题共4小题，共38分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位。）15.如图所示为质谱仪工作原理示意图。质量为m，电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片D上。求：（1）粒子进入磁场时的速度多大？（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径多大？（3）图中B、C是a、b两种同位素的原子核打在D上的位置，测得长度之比S3C:S3B=1.08:1，则a、b的质量之比为多少？16.如图，水平放置的两平行金属板间存在匀强电场，板长是板间距离的倍。金属板外有一圆心为О的圆形区域，其内部存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场。质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子沿中线以速度水平向右射入两板间，恰好从下板边缘Р点飞出电场，并沿PO方向从图中O'点射入磁场。不计粒子重力。（1）求金属板间电势差U；（2）若粒子从磁场最下端竖直向下射出，磁场区域的半径多大?17.用一条长为L的绝缘轻绳从О点悬挂一个带电小球，小球质量为m，所带电荷量为q。现加一水平方向的匀强电场，平衡时小球静止于C点，此时绝缘绳与铅垂线成θ=30°夹角，重力加速度为g，求：（1）所加电场的电场强度E；（2）小球从B点由静止释放的过程中，小球的最大速度多大？此时绳中拉力多大？18.如图所示，足够长的光滑平行金属导轨cd和ef水平放置，在其左端连接倾角为θ=37°的光滑金属导轨ge、hc，导轨间距均为L=1m，在水平导轨和倾斜导轨上，各放一根与导轨垂直的金属杆，金属杆与导轨接触良好。金属杆a、b质量均为m=0.1kg，电阻Ra=2Ω，Rb=3Ω，其余电阻不计。在水平导轨和斜面导轨区域分别有竖直向上和竖直向下的匀强磁场B1、B2，且B1=B2=0.5T.已知从t=0时刻起，杆a在外力F作用下由静止开始水平向右运动，杆b在水平向右的外力F作用下始终保持静止状态，且（N）。（g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）（1）通过计算判断杆a的运动情况﹔（2）求通过杆b的电荷量随时间的变化关系。郑州市20232024学年上期期末考试高二物理试题卷本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。考试时间90分钟，满分100分。考生应首先阅读答题卡上的文字信息，然后在答题卡上作答，在试题卷上作答无效。交卷时只交答题卡。第Ⅰ卷（选择题：共48分）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，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分。）1.下列关于电现象的说法中，正确的是（）A.在静电感应现象中，导体两端所带异种电荷量一定相等B.实现静电屏蔽不一定要用密封的金属容器C.库仑发现了点电荷间的相互作用规律并测出了静电力常量及其单位D.静电力对电荷所做的功等于电荷电势能的增量【答案】B【解析】【详解】A．在静电感应现象中，导体两端所带异种电荷量不一定相等。静电感应现象中，当达到静电平衡时，导体内部没有净剩电荷，电荷只分布在导体的外表面。并且在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大。故A项错误；B．静电屏蔽不一定要用密封的金属容器，金属网也能起到屏蔽作用，故B项正确；C．库仑发现了点电荷间的相互作用规律，但是并没有测出了静电力常量，故C项错误；D．电荷克服电场力所做的功等于电荷电势能的增加量，故D项错误。故选B。2.如图甲所示，A、B是某电场中一系电场线上的两点，一个负电荷从A点由静止释放，仅在静电力的作用下从A点运动到B点，其运动的图像如图乙所示。则以下说法中正确的是（）A.A、B两点的电场强度相同B.电荷在A点的电势能小于B点的电势能C.电荷的动能先增大后减小D.A点的电势低于B点的电势【答案】D【解析】【详解】根据图像的切线斜率表示加速度，可知负电荷在静电力的作用下从A点运动到B点做加速度逐渐减小的加速运动，则A点的电场强度大于B点的电场强度，电荷的动能增大，电荷的电势能减小，电荷在A点的电势能大于B点的电势能，根据由于电荷带负电，所以A点电势低于B点的电势。故选D。3.如图所示电路，当变阻器滑片向上滑动时，电流表及电压表读数的变化是（）A.电流表、电压表读数都增大B.电流表、电压表读数都减小C.电流表读数增大、电压表读数减小D.电流表读数减小、电压表读数增大【答案】C【解析】【详解】当变阻器滑片向上滑动时，滑动变阻器接入电路阻值变小，电路总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电流增大，路端电压减小；由于通过的电流增大，两端电压增大，根据可知两端电压减小，即电压表读数减小；由于通过的电流减小，根据可知电流表读数增大。故选C。4.小王同学为了探究感应电流的方向与什么因素有关，他将一灵敏电流计与一个线圈相连构成闭合电路，然后将条形磁铁插入或拔出线圈，如图所示。其中线圈中所标箭头方向为感应电流方向。则下列判断正确的是（）A.图甲磁铁正在向下运动 B.图乙磁铁正在向上运动C.图丙磁铁正在向上运动 D.图丁磁铁正在向上运动【答案】D【解析】【详解】A.由图示可知，条形磁铁N极向下插入线圈时，向下穿过线圈的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，则线圈外侧的电流方向向右，与图中矛盾，故A错误；B.由图示可知，条形磁铁N极向上运动时，向下穿过线圈的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向下，则线圈外侧的电流方向向左，与图中矛盾，故B错误；C.由图示可知，条形磁铁S极向上运动时，向上穿过线圈的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，则线圈外侧的电流方向向右，与图中矛盾，故C错误；D.由图示可知，条形磁铁S极向上运动时，向上穿过线圈的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流的磁场的方向向上，则线圈外侧的电流方向向右，与图中方向一致。故D正确。故选D。5.图（a）中的变压装置可视为理想变压器，负载电路中R=55Ω，A、V均为理想电表。若原线圈接入如图（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是（）A.原、副线圈的匝数比为4：1B.原线圈的电流为1AC.原线圈的电压为D.原线圈中交变电压频率为100Hz【答案】B【解析】【详解】ACD．根据图（b）可知原线圈中交变电压的频率为原线圈的电压有效值为根据变压器原、副线圈的匝数比等于电压比可得故ACD错误；B．副线圈的电流为根据可得原线圈的电流为故B正确。故选B。6.近场通信（NFC）器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸由内向外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为0.8cm，1.0cm和1.2cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103T/s，则此线圈产生的感应电动势最接近（）A.0.31V B.0.42V C.0.53V D.4.3V【答案】A【解析】【详解】根据法拉第电磁感应定律可知故选A。7.如图所示，粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框abcd，置于有界匀强磁场中，图中虚线为磁场边界，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。现使线框以同样大小的速度匀速沿四个不同方向平动进入磁场，并且速度方向始终与线框先进如磁场的那条边垂直，则在通过如图所示位置时，下列说法正确的是（）A.图①中ab两点间的电势差最大 B.图②中ab两点间的电势差最大C.图③中回路电流最大 D.图④中回路电流最小【答案】A【解析】【详解】设正方形线框边长为，四个图中的电动势均为设正方形线框的电阻为，则四个图中回路的电流均为其中图①中ab边相当于电源，ab两点间的电势差为图②、③、④中ab两点间的电势差均为故选A。8.通过某用电器的电流和时间的关系图像如图所示（前半个周期为正弦波形的），则该交变电流的有效值为（）A. B. C. D.【答案】C【解析】【详解】设该交变电流的有效值为，根据有效值定义可得解得故选C。9.用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素（如图）。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若（）A.保持S不变，增大d，则θ变大 B.保持S不变，增大d，则θ变小C.保持d不变，减小S，则θ变小 D.保持d不变，减小S，则θ变大【答案】AD【解析】【详解】AB．根据电容的决定式得知，当保持S不变，增大d时，电容减小，电容器的电量Q不变，由电容的定义式分析可知板间电势差增大，则静电计指针的偏角θ变大，故A正确，B错误；CD．根据电容的决定式可知当保持d不变，减小S时，电容减小，电容器极板所带的电荷量Q不变，则由电容的定义式分析可知板间电势差增大，静电计指针的偏角θ变大，故C错误，D正确。故选AD。10.血流计原理可以简化为如图所示模型，血液（内含少量正、负离子）从直径为d的血管右侧流入，左侧流出。流量Q等于单位时间内通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，M、N两点之间可以用电极测出电压U。下列说法正确的是（）A.正离子所受洛伦兹力方向由M指NB.负离子所受洛伦兹力方向由M指NC.正负离子达到稳定状态时，血液流速为D.血液流量【答案】AD【解析】【详解】A．正离子从右向左运动时，根据左手定则可知，所受洛伦兹力方向向下，即正离子所受洛伦兹力方向由M指N，故A正确；B．负离子从右向左运动时，根据左手定则可知，所受洛伦兹力方向向上，即负离子所受洛伦兹力方向由N指M，故B错误；C．正负离子达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，则有解得故C错误；D．时间t内通过截面的液体的体积为流量Q等于单位时间内通过横截面的液体的体积，则有结合上述解得故D正确。故选AD。11.如图所示为电流天平，它两臂等长。右臂下方挂着矩形线圈，线圈匝数为n，水平边长为L，线圈下部处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向垂直线圈平面向里。当线圈中通过电流Ⅰ时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中移走质量为的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡。则（）A.电流反向前，线圈所受安培力的方向向上B.电流反向前，线圈中的电流方向从外向里看为顺时针方向C.移走的砝码质量D.移走的砝码质量【答案】BC【解析】【详解】AB．电流反向后需要在左盘中移走质量为的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡，可知电流反向后安培力向上，则电流反向前，线圈所受安培力方向应当向下，由左手定则可知，电流方向为顺时针方向，故A错误，B正确；CD．由题意有解得故C正确，D错误。故选BC。12.如图所示，A、B两点各放有电荷量为+Q和＋2Q的点电荷，A、B、C、D四点在同一直线上，且AC=CD=DB。将一个带正电的点电荷q从C点沿直线移到D点，则（）A.C点的电场强度等于零B.电场强度先减小后增大C.电场力先做正功再做负功D.电荷q的电势能先增大后减小【答案】BC【解析】【详解】A．设AC=CD=DB=r，C点电场强度方向向右，选项A错误；B．设在AB连线上场强为零的点距离A点为x，则解得则在CD之间存在一个场强为零的点，则从C到D电场强度先减小后增大，选项B正确；CD．在CD之间电场强度先向右后向左，则电场力对正电荷先做正功再做负功，电势能先减小后增大，选项C正确，D错误。故选BC。第Ⅱ卷（非选择题：共52分）二、实验题（本题共2小题，共14分。）13.现有一合金制成的圆柱体。为测量该合金的电阻率，现用伏安法测量圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量其直径，用游标卡尺测量圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数如图（a）和图（b）所示。（1）由上图读得圆柱体的直径为_________mm，长度为__________cm。（2）若流经圆柱体的电流为Ⅰ，圆柱体两端之间的电压为U，圆柱体的直径和长度分别用d和L表示，则用d、L、I、U表示它的电阻率的表达式为_____________。【答案】①.1.743##1.741##1.742##1.744②.4.255③.【解析】【详解】（1）[1]螺旋测微器的精确值为，由图（a）可知圆柱体的直径为[2]20分度游标卡尺的精确值为，由图（b）可知圆柱体的长度为（2）[3]根据电阻定律可得又，联立可得14.为了测量电源的电动势E和内阻r，实验器材有：待测电源，限流定值电阻，电流表A（量程为0.6A，内阻不计），电阻箱R（0~999.9Ω），开关S，导线若干。（1）请用笔画线代替导线，在图中完成实物电路的连接。（）（2）某实验小组正确连接好电路图后，闭合S，多次调节电阻箱，读出多组电阻箱示数R和对应的电流表示数Ⅰ，如下表数据：组数12345电阻R/Ω03.06.012.018.0电流I/A0.500.400.330.250.20①请根据图中给定的坐标系并结合以上数据描点作图。（）②利用图像求出该电源的电动势______V，内阻______Ω。（保留两位有效数字）【答案】①.②.③.6.0④.1.5【解析】【详解】解：（1）[1]本实验是利用电流表和电阻箱测量电源电动势E和内阻r，由题图可知，由电源的正极到开关S的左端相接，限流定值电阻的左端接电流表的正极，电路如图所示，（2）①[2]先对题表中的数据换算，如下数据：电流I/A0.500.400.330.250.202.02.53.04.05.0在给定的坐标系上由数据描点作图，如图所示②[3]由闭合电路欧姆定律可得可知图像是一条倾斜的直线，图像的斜率解得E=6.0V[4]图像在纵轴上的截距解得r=1.5Ω三、计算题（本题共4小题，共38分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位。）15.如图所示为质谱仪工作原理示意图。质量为m，电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片D上。求：（1）粒子进入磁场时的速度多大？（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径多大？（3）图中B、C是a、b两种同位素的原子核打在D上的位置，测得长度之比S3C:S3B=1.08:1，则a、b的质量之比为多少？【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）设粒子通过加速电场后的速度为v，根据动能定理有解得（2）粒子进入匀强磁场，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则有结合上述解得（3）粒子在匀强磁场中刚好运动半周后，垂直达到照相底片D上，根据几何关系有，根据上述有，解得a、b的质量之比为16.如图，水平放置的两平行金属板间存在匀强电场，板长是板间距离的倍。金属板外有一圆心为О的圆形区域，其内部存在磁感应强度大小为B