湖北省荆州市沙市中学2023-2024学年高二上学期1月期末考试物理试题 含解析

2023—2024学年度上学期2022级期末考试物理试卷时间：75分钟满分：100分一、单选题（每小题4分，共24分）1.如图所示，两根在同一水平面内、相互平行的长直导线A和B分别通有方向相同的电流I1和I2，且I1>I2。a点位于两根导线的正中间。不考虑地磁场的影响。下列说法中正确的是（）A.导线A和B间的安培力是斥力B.A受的安培力比B受的安培力大C.a点处磁感应强度方向垂直纸面向里D.a点处的磁感应强度方向垂直纸面向外【答案】C【解析】【详解】AB．根据左手定则可知，通有方向相同电流的长直导线相互吸引，导线A和B间的安培力是吸引力，A受的安培力与B受的安培力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，故AB错误；CD．根据右手螺旋定则可知，长直导线A在a点处产生的磁感应强度方向垂直纸面向里，长直导线B在a点处产生的磁感应强度方向垂直纸面向外，由于I1>I2，a点处的合磁感应强度方向垂直纸面向里，故C正确，D错误。故选C。2.电场强度和电势是静电场中两个非常重要的物理量，场强反映电场力的性质，电势反映电场能的性质。在如图所示真空空间的静电场中，、两点的电场强度和电势均相同的是（）A.两个等量同种电荷连线上，与连线中点等距的、两点B.带电平行板电容器两极板间的、两点C.以正点电荷为圆心的圆周上的、两点D.位于静电平衡的导体内部的、两点【答案】D【解析】【详解】A．两个等量同种电荷连线上，与连线中点等距的、S两点电场强度大小相等，方向相反，两点电势相等，故A错误；B．带电平行板电容器两极板间的、S两点，两点电场强度大小相等，方向相同，点电势高于S点，故B错误；C．以正点电荷为圆心的圆周上的、S两点，两点电场强度大小相等，方向不同，两点电势相等，故C错误；D．静电平衡的导体内部，电场强度处处为零，导体是个等势体，位于静电平衡的导体内部的、S两点电场强度和电势均相同。故D正确。故选D。3.如图所示，虚线a、b、c代表电场中的三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，即，实线为一带负电的质点仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，P、Q是这条轨迹上的两点，据此可知（）A.带负电的质点通过P点时的电势能比Q点大B.带负电的质点通过P点时的动能比Q点大C.三个等势面中，a的电势最高D.P点的电场强度小于Q点的电场强度【答案】A【解析】【详解】AC．根据曲线运动的合外力指向轨迹的凹侧、电场线与等势面垂直，可知负电荷所受的电场力向下，电场方向向上，根据沿电场线电势降低，可知三个等势面中，a的电势最低，负电荷在电势高处电势能小，故带负电的质点通过P点时的电势能比Q点大，故A正确，C错误；B．粒子从P点运动至Q点，速度与电场力的夹角小于，电场力做正功，粒子的动能增大，故带负电的质点通过P点时的动能比Q点小，故B错误；D．等势面越密，电场强度越大，故P点的电场强度大于Q点的电场强度，故D错误。故选A。4.如图所示，电源电动势E=3V，内阻为1Ω；小灯泡L标有“2V0.4W”。开关S接通时，小灯泡L正常发光、电动机M正常工作，则（）A.电动机正常工作的电压为1VB.电动机的内阻为4ΩC.电动机的输入功率为0.16WD.电源的效率为80%【答案】C【解析】【详解】A．电流电动机正常工作电压为故A错误；B．根据题中条件，无法求出电动机的内阻，故B错误；C．电动机的输入功率为故C正确；D．电源的效率为故D错误。故选C。5.一列沿轴正方向传播的简谐机械横波，波速为。某时刻波形如图所示，下列说法正确的是（）A.此时刻处质点的加速度为零 B.此时刻处质点沿轴负方向运动C.这列波的振幅为 D.这列波的周期为【答案】A【解析】【详解】A．此时处质点正通过平衡位置，回复力为零，所以加速度为零，故A正确；B．根据“上坡下，下坡上”原则，可知此时处质点沿y轴正方向运动，故B错误；C．由图可知，这列波的振幅为故C错误；D．从图中可知，故这列波的周期为故D错误。故选A。6.如图所示，水平金属圆环的半径为L，匀质导体棒OP的长度为2L，导体棒OP的电阻值为2R0，电阻R的阻值为，电路中的其他电阻不计。导体棒OP绕着它的一个端点O以大小为的角速度匀速转动，O点恰好为金属圆环的圆心，转动平面内还有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导体棒OP转动过程中始终与金属圆环接触良好。对金属棒OP转动一周的过程，下列说法正确的是（）

A.电阻R两端的电压为B.电阻R的热功率为C.通过电阻R的电荷量为D.导体棒两端的电势差为【答案】B【解析】【详解】A．金属杆在O点与圆环之间切割磁感线产生的感应电动势为据题意可知，所以R两端的电压为故A错误；B．电阻R上产生的热量为故B正确；C．通过电阻R的电荷量为故C错误；D．圆外部分切割磁感线产生的感应电动势为导体两端的电势差为故D错误。故选B。二、多选题（每小题4分，共16分）7.如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电示意图，图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表。设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示。则当进入用电高峰时（）A.电压表V1、V2的示数均不变，电流表A2的示数增大，电流表A1的示数减小B.电压表V2、V3的示数之差与电流表A2的示数的比值不变C.电压表V3、V4示数的比值不变，电流表A2、A3的示数均增大D.电压表V3、V4示数均减小，线路损耗功率增大，发电厂的输出功率不变【答案】BC【解析】【详解】A．发电厂输出的电压一定，则电压表V1的示数不变，根据可知，升压变压器次级电压一定，即电压表V2的示数不变，当进入用电高峰时，降压变压器次级消耗的功率变大，则次级电流变大，即电流表A3的示数增大，则初级电流变大，即输电线上的电流变大，即电流表A2的示数增大，根据可知，升压变压器初级电流变大，即电流表A1的示数变大，故A错误；B．电压表V2、V3的示数之差等于导线上的电压损失，则与电流表A2的示数的比值等于导线上的电阻R0的值不变，故B正确；C．电压表V3、V4示数的比值等于降压变压器原副线圈的匝数比，则比值不变，结合A的分析可知，电流表A2的示数增大，电流表A3的示数增大，故C正确；D．因输电线电流变大，则输电线上的电压以及功率损失变大，因升压变压器次级电压一定，可知降压变压器初级电压减小，次级电压减小，即电压表V3、V4的示数均减小，线路损耗功率增大，用户消耗的功率也变大，则升压变压器器的输入电流变大，则发电厂的输出功率增大，故D错误。故选BC。8.第五代移动通信技术（简称5G）是目前普遍使用的蜂窝移动通信技术，5G的性能是高数据速率、减少延迟、大规模设备连接等。与4G相比，5G使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是（）A.5G和4G使用的电磁波都是横波B.5G使用的电磁波在真空中的传播速度比4G快C.5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象D.在真空中5G使用的电磁波波长比4G的长【答案】AC【解析】【详解】A．4G和5G信号均为电磁波，电磁波传播过程中，电场强度和磁感应强度的方向始终与传播方向垂直，故电磁波为横波，故A正确；B．任何频率的电磁波在真空中传播的速度都一样，都等于光速，故B错误；C．干涉和衍射现象是波特有的现象，所以5G和4G使用的电磁波都可以发生干涉和衍射现象，故C正确；D．由于5G的电磁波频率更高，根据公式可得在真空中5G使用的电磁波波长比4G的短，故D错误。故选AC。9.如图所示，在半径为R的圆形区域外有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。MN、PQ是相互垂直的两条直径。一带电粒子在M点以速度沿半径方向射入磁场，带电粒子的比荷（）为。若只考虑磁场力，则（）A.若粒子带正电，则从P点第一次进入圆形区域B.若粒子带负电，粒子第一次回到M点时间为C.不论粒子带何种电荷，粒子的在磁场中的运动半径都是2RD.不论粒子带何种电荷，粒子的运动周期都是【答案】AD【解析】【详解】AC．根据洛伦兹力提供向心力有解得若粒子带正电，根据左手定则结合几何关系可知，粒子从P点第一次进入圆形区域，故A正确，C错误；B．粒子在磁场中圆周运动的周期为粒子在磁场中运动的时间为粒子从P到Q经历时间为则粒子第一次回到M点时间为故B错误；D．粒子从M点进入圆形区域，然后从最低点射出，进行循环，所以粒子运动的周期为故D正确。故选AD。10.如图，一光滑斜面固定在水平地面上，斜面倾角为30°，其底端固定一轻质弹簧，将质量为m的物块从斜面顶端由静止释放，弹簧的劲度系数为k，弹簧的最大压缩量为。已知，弹簧弹性势能为，其中x是形变量，简谐运动周期，则下列说法正确的是（

）A.速度最大时的压缩量为B.物块的最大动能为C.物块的最大加速度为D.从静止释放到压缩量最大的时间为【答案】ABD【解析】【详解】A．速度最大时合力为零，则得速度最大时的压缩量为A正确；B．设斜面顶端距弹簧上端距离为，由题意可知，物块运动到最低点，重力势能全部转化为弹性势能，则有解得根据机械能守恒得物块的最大动能为B正确；C．弹簧压缩量最大时，根据牛顿第二定律得物块最大加速度为C错误；D．从释放到与弹簧接触的过程中，加速度为时间为振幅为压缩弹簧到平衡位置的过程中，位移为振幅的，时间为从平衡位置到压缩量最大的时间为从静止释放到压缩量最大的时间为得D正确。故选ABD。三、实验题11.小明同学在做“探究单摆周期与摆长的关系”实验中。（1）将摆球悬挂于铁架台上，下列各图中悬挂方式正确的是______；测量小球直径时游标卡尺如图所示，其读数为______cm。（2）测单摆周期时，当摆球经过平衡位置时开始计时并开始计1次，测出经过该位置N次所用时间为t，则单摆周期为T=______。【答案】①.C②.2.06③.【解析】【详解】（1）[1]在做“探究单摆周期与摆长的关系”实验中摆长不变，悬点要固定。故选C。[2]10分度游标卡尺的精度为，故读数为（2）[3]经过该位置N次时摆球经过的周期数为，故可知解得12.沙市中学高二年级某实验小组在测量电源电动势和内阻的实验中，采用如图所示的电路进行实验。待测电源的电动势约2V，内阻约2Ω。（1）电压表量程应选______（选填“0~3V”或“0~15V”）。（2）按电路图连接电路后，在闭合开关S前，滑动变阻器滑片应置于______端（选填“a”或“b”）。（3）根据实验数据绘出U-I图像如图，由图像可得电源电动势为______V，内阻为______Ω(结果保留两位有效数字)。【答案】①.0~3V②.a③.1.9④.2.0【解析】【详解】（1）[1]待测电源的电动势约2V，为减小实验误差，电压表量程应选0~3V；（2）[2]由电路图可知滑动变阻器为限流式接法，在闭合开关S前，滑动变阻器滑片应置于最大值a端；（3）[3]根据闭合电路的欧姆定律整理得电源电动势为[4]图象斜率的绝对值表示内阻，为四、解答题13.19世纪末，汤姆孙的学生阿斯顿设计了质谱议，后来经过多次改进，质谱议已经成为一种十分精密的仪器，是科学研究和工业生产中的重要工具。如图所示，质量为、电荷量为的粒子，从容器A下方的小孔飘入电势差为的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过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，最后打到照相底片D上。（1）求粒子进入磁场时速度v的大小；（2）求D与之间的距离。【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）粒子在加速电场中，根据动能定理有解得（2）在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力有解得所以14.如图所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R＝3Ω的定值电阻，下端开口，轨道间距L＝1m．整个装置处于磁感应强度B＝2T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上．质量m＝1kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r＝1Ω，电路中其余电阻不计．金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好．不计空气阻力影响．已知金属棒ab与导轨间动摩擦因数μ＝0.5，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，取g＝10m/s2.(1)求金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm；(2)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，电阻R上产生的焦耳热总共为1.5J，求流过电阻R的总电荷量q.【答案】（1）（2）1C【解析】【详解】（1）金属棒由静止释放后，在重力、轨道支持力和安培力作用下沿斜面做变加速运动，加速度不断减小，当加速度为零时达到最大速度vm后保持匀速运动．有：联解得：（2）设金属棒从开始运动至达到最大速度过程中沿导轨下滑距离为x，由能量守恒定律：根据焦耳定律：联解得：q＝1C15.如图甲所示，A、B间有一轻弹簧，弹簧一端固定在物块A上，另一端与物块B接触。用轻绳拴住A、B，使它们在足够长的光滑水平面上以的速度向右运动。在时剪断轻绳，此后至“A-弹簧”滑上斜面前A、B运动的图像如图乙所示。t=1s时B与弹簧分离。“A-弹簧”滑上粗糙斜面（与水平面平滑连接）后滑下，