河北省石家庄二中教育集团2023-2024学年高二上学期期中考试物理试题（解析版）

石家庄二中教育集团2023-2024学年度高二年级上学期期中考试物理试卷（时间：75分钟，分值100分，）一、单选题（本大题共7小题，共28分）1.静电除尘器的工作原理是利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘在电场作用下与气流分离。如图所示为其电场分布简图，下列说法正确的是（）A.虚线可能是等势线 B.电场强度C.粉尘将在电场力作用下沿着虚线运动 D.负电荷在C点的电势能小于其在A点的电势能【答案】D【解析】【详解】A．电极是等势体，其表面是等势面，根据电场线与等势面垂直可知虚线应是电场线，故A错误；B．由电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线越密，电场强度越大，可知故B错误；C．电场线是曲线，若释放粉尘，在电场力作用下粉尘不会沿着虚线运动，故C错误；D．电场线由高压电源的正极到负极，所以C点的电势高，A点的电势低，由电势能公式可知，电子在C点的电势能小于其在A点的电势能，故D正确。故选D。2.某养殖场为了使饲养员及时关注动物们的饮水情况，设计了一款牛羊饮水提示器，其工作原理如图所示，动物们饮水过后滑片上移，电表均为理想电表．下列说法正确的是（）A.若电表为电压表，向水槽内添水时电压表示数变小B.若电表为电压表，减小可提高灵敏度C.若电表电流表，向水槽内添水时电流表示数变小D.若电表为电流表，与电压表相比，电路更节能【答案】B【解析】【详解】A．若电表为电压表，向水槽内添水时，弹簧被压缩，滑动变阻器滑片向下移动，则电压表示数变大，选项A错误；B．若电表为电压表，电压表读数为则（R＇为滑动变阻器滑片以上的电阻），则减小，可使变化单位电阻的电压变大，即可提高灵敏度，选项B正确；C．若电表为电流表，向水槽内添水时弹簧被压缩，滑动变阻器滑片向下移动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，则总电阻减小，则电流表示数变大，选项C错误；D．若电表为电流表，与电压表相比，滑动变阻器接入电路的电阻较小，则电路中的电流较大，则电路消耗的电能更大，选项D错误。故选B。3.如图为完全相同的两个正三角形ABC和DEF组成的正六角星，O点为图形正中心，现在A、D、B、E顶点各放一个电量为q的正电荷，在C、F顶点各放一个电量为q的负电荷，已知AB边长为a，则O点场强大小为（）A. B. C. D.【答案】A【解析】【详解】因AE两点的正电荷在O点的合场强为零；O点到六个点的距离均为则DC两点的电荷在O点的合场强为方向沿OC方向；同理BF两点的电荷在O点的合场强为方向沿OF方向，则合场强为故选A。4.扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘器、机器人吸尘器等，是智能家电的一种，能凭借人工智能，自动在房间内完成地板清理工作．扫地机器人由主机和充电座两部分构成，充电座可以对主机的电池进行充电．某品牌扫地机器人的说明书上有下列参数。由这些参数可知（）主机电池电动势电容量额定电压额定功率充电座额定功率额定电压额定输出电压额定输出电流A.该扫地机器人以额定功率工作时间约为B.该扫地机器人电池充电完毕储存电能约为C.充电座以额定功率工作时内产生的内能约为D.充电座以额定功率工作时内输出的电能约为【答案】C【解析】【详解】B．其中根据电能公式故B错误；A．根据可知故A错误；D．根据故充电座以额定功率工作时1s内输出的电能约为24J，故D错误；C．充电座以额定功率工作时1s内产生的内能为故C正确。故选C。5.空间中有沿y轴正向的匀强磁场，一通电直导线与x轴平行放置时受到的安培力为F。若将该导线做成圆环如图放置在xOy坐标平面内，并保持通过的电流不变，则圆环受到的安培力大小为（）A.F B. C. D.【答案】B【解析】【详解】设通电直导线的长度为L，电流为I，磁感应强度为B，则平行放置时受到的安培力为将该导线做成圆环后，设圆环半径为r，则此时导线在磁场中的与磁场垂直的有效长度为Ob，即为r，则圆环受到的安培力大小为根据数学知识有联立解得，圆环受到的安培力大小为故选B。6.某太空探测器上搭载了中性原子探测仪，在其入口处安装了高压偏转系统，形成强电场区域，对宇宙中其它带电粒子进行偏转，以免其射到探测器上产生干扰信号，已知该系统由长度、间距的两平行极板组成，当两板加一定电压时，恰好可将进入平行极板的动能为的氦核均偏转到极板而被全部吸收。若保持该电压不变，则（）A.若进入该偏转系统的为质子，只有动能不大于才能完全被极板吸收B.若进入该偏转系统的为质子，只有动能不大于才能完全被极板吸收C.若进入该偏转系统的为电子，只有动能不大于才能完全被极板吸收D.若进入该偏转系统的为电子，不论电子动能为多大，都不能被极板吸收【答案】B【解析】【详解】设平行板间电势差为U，当两板加一定的电压时，恰好可将进入平行极板的动能为的氦核均偏转到极板而被全部吸收，则有联立可得可知，能被极板全部吸收的带电粒子的最大初动能与粒子的带电量成正比，质子和电子的带电量是氦核带电量的一半，所以进入该偏转系统的电子或质子的最大初动能不大于时，才能完全被极板吸收。故选B。7.如图为直角三角形OAB，其中．现在空间中施加一个方向平行于该三角形平面的匀强电场，若O处有一个放射源，能沿平面向各方向射出动能为的电子，电子经过A、B两点时的动能分别为和，不考虑电子间的相互作用，则该电场的电场强度大小为（）A. B. C. D.【答案】B【解析】【详解】从O到A电场力做正功，则从O到B电场力做负功，则则场强沿AO方向的分量为场强沿OB方向的分量为则合场强故选B。二、多选题（本大题共3小题，共18分）8.小明同学在水平向右的匀强电场中做带电小球的竖直上抛实验，带电小球抛出后的运动轨迹如图所示，轨迹上A、B两点在同一水平线上，M为轨迹的最高点，上升高度为h，小球在A点抛出时的动能为，在M点的动能为，不计空气的阻力，下列说法正确的是（）A.全过程中小球水平位移与最大高度h的比值为3:4B.全过程中小球水平位移与的比值为1:3C.小球落到B点时的动能为D.小球从A点运动到B点的过程中最小动能为【答案】BD【解析】【详解】A．小球竖直方向做初速度为v匀减速直线运动，有初动能为水平方向做初速度为零的匀加速直线运动，有在M点的动能联立可得故A错误；B．因为上升和下落的时间相同，则水平方向的x1、x2是连续相等时间的位移，对于初速度为零的匀加速直线运动，在连续相等的时间间隔内位移之比为故B正确；C．由可得由可得由得小球落到B点时动能为故C错误；D．由可得可得合力与水平方向夹角为37°，则速度最小时，速度与合力垂直，则有则最小动能故D正确。故选BD。9.金属导体中自由电子在电场的作用下发生定向移动，在定向移动过程中会受到内部阻力，其方向与自由电子定向移动的速度方向相反，大小正比于自由电子定向移动的速率，比例系数为k．已知某种金属材料单位体积内的自由电子数为n，元电荷为e，忽略电子所受重力及其之间的相互作用，不计电子热运动的影响，自由电子的定向移动可视为匀速直线运动．如图所示，一段长为L、横截面积为S的该金属导体，当其两端电压为U时，下列说法正确的是（）A.该金属导体内自由电子定向移动的速率为B.由已知条件无法求出该金属导体内自由电子定向移动的速率C.该金属导体的电阻率为D.该金属导体的电阻率为【答案】AC【解析】【详解】AB．电子做匀速直线运动，则其合外力为零，根据平衡条件有求得故A正确，B错误；CD．根据电阻定律可得该段导体的电阻为根据欧姆定律可得又由电流的微观表达式联立求得故C正确，D错误。故选AC。10.某物理兴趣小组利用图示装置来探究影响电荷间的静电力的因素。A是一个带正电的物体，电荷量用Q表示，系在绝缘丝线上的带正电的小球会在静电力的作用下发生偏离，小球的电荷量用q表示、质量用m表示，物体与小球间的距离用d表示，静电力常量为k，重力加速度为g，可认为物体A与小球在同一水平线上，则下列说法正确的是（）A.该实验采用了理想实验法和控制变量法B.实验表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小C.由已知条件无法求得小球偏离竖直方向的角度D.由已知条件可以求得小球偏离竖直方向的角度的正切值为【答案】BD【解析】【详解】A．实验中将小球与物体看为点电荷，采用了理想模型法，并没有进行逻辑推理，即没有采用理想实验法，实验中研究静电力与间距关系时，保持电荷量不变，采用了控制变量法，故A错误；B．通过实验可以观察到，物体与小球间距一定时，电荷量增大，小球偏离竖直方向的角度增大，电荷量一定时，间距增大，偏离竖直方向的角度减小，表明，电荷之间的静电力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小，故B正确；C．令偏离竖直方向的角度为，对小球进行分析有解得可知，由已知条件可以求得小球偏离竖直方向的角度，故C错误；D．根据上述可知，由已知条件可以求得小球偏离竖直方向的角度的正切值为，故D正确。故选BD。三、实验题（本大题共2小题，共16.0分）11.在“测定金属的电阻率”的实验中，金属丝的阻值约为，某同学先用刻度尺测量金属丝的长度，用螺旋测微器测量金属丝直径时刻度位置如图所示，再用伏安法测出金属丝的电阻，然后算出该金属材料的电阻率。（1）该电阻丝直径的测量值_______mm；（2）实验中能提供的器材有：A．电压表（量程，内阻约）B．电压表（量程，内阻约）C．电流表（量程，内阻约）D．电流表（量程，内阻约）E．滑动变阻器F．滑动变阻器G．待测电阻H．电源E（电动势为）及开关和导线若干该同学从以上器材中选择合适的器材连接好电路进行测量，要求在流过金属丝的电流相同情况下，电源消耗功率最小，并能较准确地测出电阻丝的阻值，请在方框内画出实验电路图，并在图中标出所选器材代号_______。（3）该同学连接好电路后，某次测量结果如图所示，若电阻丝直径取，请计算出金属丝的电阻率为____（保留三位有效数字）。【答案】①0.978②.③.【解析】【详解】（1）[1]由螺旋测微器测量金属丝直径时刻度位置可知，该电阻丝直径的测量值（2）[2]金属丝的阻值约为，可知通过金属丝的最大电流约为电源电动势为，电源消耗功率最小，并能较准确地测出电阻丝的阻值，可知电压表选，电流表选，为便于调节，滑动变阻器选R1，并用限流接法，又有电流表用外接法，则有实验电路图如图所示。（3）[3]由题图可知，电流表的精确度为0.02A，电流表读数为0.5A，电压表的精确度为0.1V，电压表的读数为2.60V，若电阻丝直径取，由欧姆定律和电阻定律，则有12.随着时代的进步，如今各大商圈夜晚灯光秀都非常美丽。小张同学观看后对其中的发光单元产生了兴趣，他查找相关资料，发现一个发光单元是由一个定值电阻和三个发光二极管串联而成（如左图中虚线框内的结构），通过三个二极管发出红、绿、蓝三种颜色的光不同强弱的组合可以显现出任意颜色的效果。为研究发光二极管的伏安特性并测量的值，小张同学设计了左图的电路进行实验。若认为三个发光二极管完全相同，每个发光二极管的额定工作电压为。图中电源接DC直流电，电压表的量程为、内阻为，电流表为理想电表，量程为．完成下列操作中的要求或填空：（1）为完成实验并准确测量，定值电阻应该选择（）A．B．C．D．（2）正确选择后接通电源，小张由于失误在DC间接了电压，然后将R的滑动触头从M端向N端滑动，记录电压表的示数U和电流表的示数I，并在右图中绘出了部分图线．当R的滑动触头移动到最右端N时，电压表的示数为，电流表的示数为，不考虑电表内阻的影响，则的阻值为_______；（3）小张又将一个发光单元直接接到电动势为、内阻为的电源两端，在发光单元中，一个发光二极管的功率约为________mW。（计算结果保留整数）【答案】①.B②.60③.165【解析】【详解】（1）为完成实验并准确测量，则电压表的量程应该扩大到10V，则定值电阻故选B。（2）当R的滑动触头移动到最右端N时，三个二极管和电阻R0两端的总电压为21V，而电压表的示数为时，此时每个二极管两端的电压为6V，电阻R0两端的电压为电流表的示数为，则（3）设每个二极管两端电压为U，电流为I，则即将此函数关系的图像画在二极管的I-U图像上如图；由图像可知二极管的工作电压和电流分别为I=50mA，U=3.3V，功率为P=IU=0.165W=165mW四、计算题（本大题共3小题，13题10分，14题12分，15题16分，共38分）13.如图所示，一束电子流经的加速电压加速后，在距两极板等距离处垂直进入平行板间的匀强电场，两极板间所加电压如右图，电压最大值为，两极板间距，板长，平行板的右边缘与屏的距离。（电子流飞行速度极快，忽略其在电场中飞行过程中的电压变化）（1）若电子在时刻进入电场，则其在两极板间穿过时的偏移量y；（2）若该束电子流连续不断地进入电场，求一个周期后电子打在屏上的痕迹长度。【答案】（1）0.5cm；（2）3cm【解析】【详解】（1）电子在加速电场中有时刻，根据图像可知，偏转电场的电压为电子做类平抛运动，则有，解得（2）电子在偏转电场中水平方向做匀速直线运动，时间均为上述的，当偏转电压为0时，电子打在O点，当电压为最大值240V时有解得表明此时电子打在极板上，可知，电子在电压为适当值时，能够恰好从下极板右边缘飞出，此时打在屏上的侧移最大，其侧移等于一个周期后电子打在屏上的痕迹长度，则有令飞出极板时速度与水平方向夹角为，则有令一个周期后电子打在屏上的痕迹长度为L，根据相似三角形有解得14.一通电导体棒用两根相同的绝缘轻质细线悬挂在天花板上（如正面图），静止时每根细线张力为，细线长，通电导体棒长，棒两侧为轻质导线。现在空间中施加竖直向下的匀强磁场，场强，使导体棒能够到达偏离竖直方向最大摆角（如侧面图）的位置。（）（1）此时通入导体棒的电流为多大?（2）导体棒摆动过程中的最大