精品解析：上海市敬业中学2023-2024学年高二下学期6月期末物理试题

2023学年第二学期敬业中学高二物理期末考试 试卷 考生注意： 1.试卷满分100分，考试时间60分钟。 2.本考试分设试卷和答题纸。答题前，务必在答题纸上填写姓名、考号。作答必须写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。 3.标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。 4.标注“计算”、“简答”、“论证”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 家庭电路 随着电气化的发展，电在逐步改变着人们的生活方式。现代人生活已经离不开电。为了保障家庭用电的安全，我们需要掌握基本的用电知识，确保自己的生命和财产安全。 1. 接入小敏家电源为50Hz，220V的交流电，其中220V是指交流电压的（　　） A. 有效值 B. 瞬时值 C. 最大值 2. 如图，从发电站到小敏家附近的变电站需要经过一段远距离输送过程。已知发电站输出功率为P，输出电压为U，A到B间有两根长度为L的输电线，其电阻率为ρ，横截面积为S。 （1）在输电过程中输电线上损耗的功率__________。 （2）简要说明，为什么远距离输电需要采用高压输电?__________。 3. 空调的能效比是指额定制热（冷）功率与额定输入功率之比，一般都大于1，所以冬天用空调制热要比直接用电热器制热更节能。小敏家最近购买了一台1.5匹的空调，其制热时输出功率为P出=3kW，其能效比为n=2.5。空调工作时应选如图中__________孔插座（选涂A.“二”或B.“三”）；如果连续正常制热20分钟，消耗的电能为__________kW·h。 4. 小敏学习了电磁学知识以后，在家里制作了一个简单的电磁灶。如图所示，让线圈接上一个电源，在线圈上端放置一盛有冷水的玻璃杯，闭合开关一段时间，发现没有加热效果。请指出小敏同学这个实验装置中的两个主要错误，并说明原因： 错误1：__________； 理由：__________。 错误2：__________； 理由：__________ 5. 雷电 雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中。通常下部的雷云因摩擦而带负电，上部的雷云带正电。当某处积聚的电荷密度很大，周围产生强电场，就可击穿空气分子，形成雷电，释放巨大能量。 为避免雷电造成损害，高大的建筑物会装有避雷针。如图，雷雨天，在避雷针附近产生电场，其等势面的分布如虚线所示。 （1）A、B、C三点中，场强最大的位置是__________。一带电量为的电荷q，由B运动到到C点，则其电势能的变化量=__________J。 （2）沿水平方向在某区域建立坐标轴Ox，轴上各点电势分布如图所示，b为图线最高点，则（ ） A. b点场强为零 B. b点场强竖直向上 C. a、c两点场强方向相反 D. 沿水平方向b点距离避雷针比c点更近 6. 电感线圈 电感线圈是重要的电学元件。 1. 小李同学用图中两个电路研究通电自感和断电自感现象。图中L是自感系数很大的线圈，直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的小灯泡，直流电源为一节新的干电池。请将左侧栏对电键的实验操作与右侧栏可能观察到的小灯泡的现象用直线连接起来：对电键的操作以及实验过程中可能会观察到灯泡的现象； 电荷 电荷可以产生电场，奥斯特发现电流的磁效应。同时，磁场对运动电荷也具有作用。 7. 如图，长为L的绝缘轻绳悬挂一带正电的绝缘小球，处在垂直纸面向里的匀强磁场中。现将小球拉起一小角度（小于5°）释放。若逐渐减小磁感应强度（忽略空气阻力且细线始终拉直），下列关于小球说法正确的是（　　） A. 摆动的周期会变化 B. 摆动过程最高点位置不变 C. 每次经过A点速度大小相等 D. 每次经过A点时线上的拉力大小始终相等 8. 如图，带正电小球从水平面竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1（如图甲）；若加水平向里的匀强磁场（如图乙），小球上升的最大高度为h2；若加水平向右的匀强电场（如图丙），小球上升的最大高度为h3。每次抛出的初速度相同，不计空气阻力，试分析比较h1、h2、h3的大小关系。 9. 如图，从粒子源P发出的正离子经S1和S2之间高电压U加速后，以一定速率从S3缝射入磁场B。 （1）轨迹相同的粒子__________同种粒子；（选涂：A.是　　B.不一定是　　C.一定不是）。 （2）若B=2T，加速电压，该粒子的电荷量q与质量m之比为5×107C/kg，求：该粒子在磁场中的轨道半径R________。 交变电流 交变电流在工农业生产和日常生活中有着广泛的应用。大型电站发电机组产生的交变电流通过输电线向城市和农村源源不断地输送着强大的电能。 10. 如图（甲）所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴线逆时针匀速转动，线圈通过滑环电刷外接一只电阻为100Ω的灯泡。 （1）线圈在如图（甲）所示的位置，俯视看线圈，线圈中的电流方向为__________时针。 （2）图（乙）中，交流电电压u随时间t变化的函数式为__________（式中单位SI制） （3）灯泡上的电压随时间变化图像如图（乙）所示，则灯泡消耗的电功率为__________W。 （4）根据如图（乙）所示的图像，可知__________。 A.灯泡每秒内电流方向改变50次 B.t=0.01s时穿过线圈的磁通量为零 C.t=0.01s时穿过线圈的磁通量的变化率为零 11. 家用燃气灶点火装置的电路如图（甲）所示，转换器将直流电压转换为如图（乙）所示的正弦交流电，并接到理想变压器的原线圈上。当两点火针间电压大于5000V时就会产生电火花进而点燃燃气。 （1）要点燃燃气，变压器副线圈与原线圈的匝数之比k需满足条件：__________。 （2）当k=200时，点火针每次放电的时间为__________s（结果保留三位有效数字）。 电磁阻拦 某模型小组用小车探究电磁阻拦的效果如图所示（俯视），在遥控小车底面安装有单匝矩形金属线框（线框与水平地面平行），小车以初速度v0向右通过竖直向下的有界匀强磁场。已知小车总质量m=0.2kg，金属框宽为0.1m、长为0.2m，电阻R=2Ω，磁场宽度D=0.4m，磁感应强度B=1T，不计摩擦。 12. 若v0=4m/s，则ab边刚进入磁场时，线框中产生感应电流大小为__________A；小车的加速度大小为__________m/s2。 13. 若cd边刚离开磁场边界MN时，小车速度恰好为零。 （1）线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向____ A.均为abcda　　B.均为adcba C.先abcda再adcba　　D.先adcba再abcda （2）定性画出小车运动的速度v随时间t变化的关系图像__________； （3）求线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量q__________； （4）某同学认为“线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量”，请分析论证该观点__________。 14. 该小组利用如图（a）所示装置验证感应电动势大小与磁通量变化率之间的关系。线圈匝数和面积均不变，通过调节智能电源在线圈a中产生可控的变化的磁场，用磁传感器测量线圈b内的磁感应强度B，用电压传感器测量线圈b内的感应电动势E。某次实验中 （1）观察图（b）图像，可得：在线圈b中产生恒定感应电动势的条件是__________：感应电动势的大小与__________有关。 （2）为了进一步确定定量关系，可利用图（b）中的信息，做出____ A. 图像 B. E-Δφ图像 C. 图像 D. E-图像 15. 某兴趣小组设计了一种火箭电磁发射装置，简化原理如图所示。恒流电源能自动调节其输出电压确保回路电流恒定。弹射装置处在垂直于竖直金属导轨平面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小与回路中电流成正比，比例系数为k（k为常量）。接通电源，火箭和金属杆PQ一起由静止起沿导轨以大小等于g的加速度匀加速上升到导轨顶端，火箭与金属杆分离，完成弹射。已知火箭与金属杆的总质量为M，分离时速度为v0，金属杆电阻为R，回路电流为I。金属杆与导轨接触良好，不计空气阻力和摩擦，不计导轨电阻和电源的内阻。在火箭弹射过程中，求： （1）金属杆PQ的长度L； （2）金属杆PQ产生电动势E与运动时间t的关系； （3）恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系； （4）整个弹射过程电源输出的能量W。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2023学年第二学期敬业中学高二物理期末考试 试卷 考生注意： 1.试卷满分100分，考试时间60分钟。 2.本考试分设试卷和答题纸。答题前，务必在答题纸上填写姓名、考号。作答必须写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。 3.标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。 4.标注“计算”、“简答”、“论证”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 家庭电路 随着电气化的发展，电在逐步改变着人们的生活方式。现代人生活已经离不开电。为了保障家庭用电的安全，我们需要掌握基本的用电知识，确保自己的生命和财产安全。 1. 接入小敏家的电源为50Hz，220V的交流电，其中220V是指交流电压的（　　） A. 有效值 B. 瞬时值 C. 最大值 2. 如图，从发电站到小敏家附近变电站需要经过一段远距离输送过程。已知发电站输出功率为P，输出电压为U，A到B间有两根长度为L的输电线，其电阻率为ρ，横截面积为S。 （1）在输电过程中输电线上损耗功率__________。 （2）简要说明，为什么远距离输电需要采用高压输电?__________。 3. 空调的能效比是指额定制热（冷）功率与额定输入功率之比，一般都大于1，所以冬天用空调制热要比直接用电热器制热更节能。小敏家最近购买了一台1.5匹的空调，其制热时输出功率为P出=3kW，其能效比为n=2.5。空调工作时应选如图中__________孔插座（选涂A.“二”或B.“三”）；如果连续正常制热20分钟，消耗的电能为__________kW·h。 4. 小敏学习了电磁学知识以后，在家里制作了一个简单的电磁灶。如图所示，让线圈接上一个电源，在线圈上端放置一盛有冷水的玻璃杯，闭合开关一段时间，发现没有加热效果。请指出小敏同学这个实验装置中的两个主要错误，并说明原因： 错误1：__________； 理由：__________。 错误2：__________； 理由：__________ 【答案】1. A 2. ①. ②. 在输送功率P一定的情况下，输电线上能量损耗（损耗的功率P损）与输电电压U的平方成反比。为了减少能量损耗，需要高压输电 3. ①. B ②. 0.4 4. ①. 使用了直流电源 ②. 直流电产生的磁场不变，不能产生电磁感应，得不到涡流 ③. 盛水使用了玻璃杯 ④. 玻璃是绝缘体，不能产生涡流 【解析】 【1题详解】 接入小敏家的电源为50Hz，220V的交流电，其中220V是指交流电压的有效值。 故选A。 【2题详解】 （1）[1]在输电过程中输电线上损耗的功率为 又 联立，解得 （2）[2]在输送功率一定的情况下，输电线上能量损耗与输电电压的平方成反比。为了减少能量损耗，需要高压输电。 【3题详解】 [1]空调工作时，需要接地，应选如图中三孔插座。 故选B。 [2]依题意，可得 正常制热20分钟消耗的电能为 联立，解得 【4题详解】 [1][2]错误1：使用了直流电源（不能用直流电源；要使用交流电），理由：直流电产生的磁场不变，不能产生电磁感应，得不到涡流； [3][4]错误2：盛水使用了玻璃杯（不能用玻璃杯；用金属杯），理由：玻璃是绝缘体，不能产生涡流。 5. 雷电 雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中。通常下部的雷云因摩擦而带负电，上部的雷云带正电。当某处积聚的电荷密度很大，周围产生强电场，就可击穿空气分子，形成雷电，释放巨大能量。 为避免雷电造成损害，高大的建筑物会装有避雷针。如图，雷雨天，在避雷针附近产生电场，其等势面的分布如虚线所示。 （1）A、B、C三点中，场强最大的位置是__________。一带电量为的电荷q，由B运动到到C点，则其电势能的变化量=__________J。 （2）沿水平方向在某区域建立坐标轴Ox，轴上各点电势分布如图所示，b为图线最高点，则（ ） A. b点场强为零 B. b点场强竖直向上 C. a、c两点场强方向相反 D. 沿水平方向b点距离避雷针比c点更近 【答案】 ①. A点 ②. −4.0×10−4 ③. BD 【解析】 【小问1详解】 [1]等差等势面越密集的地方电场强度越大，根据等势面的分布可知A点处的等势面最密集，因此A点处的场强最大； [2]负电荷q，由B运动到到C点，其电势能的变化量 【小问2详解】 AB．在图像中，图线斜率表示电场强度，b点为图像中的最高点，则可知b点处的斜率为0，则b点处的水平场强为0，只有竖直方向的场强，故A错误，B正确； C．在图像中a、c两点处的斜率大小不同方向也不同，则可知a、c两点处的水平方向场强大小不同，方向也不同；竖直方向的场强方向竖直向上，所以合场强方向一定不相反，故C错误； D．离避雷针越近电势越高，b点处的电势高于c点处的电势，由此可知沿水平方向b点距离避雷针比c点更近，故D正确。 故选BD。 6. 电感线圈 电感线圈是重要的电学元件。 1. 小李同学用图中两个电路研究通电自感和断电自感现象。图中L是自感系数很大的线圈，直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的小灯泡，直流电源为一节新的干电池。请将左侧栏对电键的实验操作与右侧栏可能观察到的小灯泡的现象用直线连接起来：对电键的操作以及实验过程中可能会观察到灯泡的现象； 【答案】 【解析】 【详解】电键S1由断开到闭合，线圈和灯泡串联，因为线圈产生自感现象阻碍电流增加，所以灯泡慢慢变亮，最后亮度不变；电键S1由闭合到断开，虽然线圈也会产生断电自感，但不能形成闭合回路，故灯泡立即熄灭； 电键S2由断开到闭合，线圈和灯泡并联，线圈会产生通电自感，所以灯泡立即发光，但是稳定后灯泡会熄灭；电键S2由闭合到断开，线圈产生断电自感，由于灯泡此时能和线圈组成回路，所以灯泡会闪亮一下，然后熄灭。 电荷 电荷可以产生电场，奥斯特发现电流的磁效应。同时，磁场对运动电荷也具有作用。 7. 如图，长为L的绝缘轻绳悬挂一带正电的绝缘小球，处在垂直纸面向里的匀强磁场中。现将小球拉起一小角度（小于5°）释放。若逐渐减小磁感应强度（忽略空气阻力且细线始终拉直），下列关于小球说法正确的是（　　） A. 摆动的周期会变化 B. 摆动过程最高点位置不变 C. 每次经过A点的速度大小相等 D. 每次经过A点时线上的拉力大小始终相等 8. 如图，带正电小球从水平面竖直向上抛出，能够达到的最大高度为h1（如图甲）；若加水平向里的匀强磁场（如图乙），小球上升的最大高度为h2；若加水平向右的匀强电场（如图丙），小球上升的最大高度为h3。每次抛出的初速度相同，不计空气阻力，试分析比较h1、h2、h3的大小关系。 9. 如图，从粒子源P发出的正离子经S1和S2之间高电压U加速后，以一定速率从S3缝射入磁场B。 （1）轨迹相同的粒子__________同种粒子；（选涂：A.是　　B.不一定是　　C.一定不是）。 （2）若B=2T，加速电压，该粒子的电荷量q与质量m之比为5×107C/kg，求：该粒子在磁场中的轨道半径R________。 【答案】7. BC 8. 9. ①. B ②. 2m 【解析】 【7题详解】 A．洛伦兹力垂直于速度方向，沿运动方向没有分力，振动过程中不影响振动周期，A错误； BC．洛伦兹力对小球不做功，可知摆动过程小球的机械能守恒，则最高点的位置不变，每次经过A点的速度大小相等，BC正确； D．每次经过A点向右摆动时受洛伦兹力向上，向左摆动时受洛伦兹力向下，根据 故选BC。 【8题详解】 甲：仅受重力，做竖直上抛运动。丙：除重力外，受到恒定的水平方向电场力，竖直方向上做竖直上抛运动，水平方向做匀加速直线运动。甲、丙竖直方向运动情况相同，故上升高度相同 乙：除重力外，还受到洛伦兹力。除最初外，洛伦兹力存在竖直向下的分力，所以竖直方向加速度大于重力加速度。所以上升高度 故 【9题详解】 [1]由 可得 可见轨迹相同的粒子比荷相同，但不一定是同种粒子。 故选B。 [2]若B=2T，加速电压，该粒子的电荷量q与质量m之比为5×107C/kg，则该粒子在磁场中的轨道半径为 交变电流 交变电流在工农业生产和日常生活中有着广泛的应用。大型电站发电机组产生的交变电流通过输电线向城市和农村源源不断地输送着强大的电能。 10. 如图（甲）所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴线逆时针匀速转动，线圈通过滑环电刷外接一只电阻为100Ω的灯泡。 （1）线圈在如图（甲）所示的位置，俯视看线圈，线圈中的电流方向为__________时针。 （2）图（乙）中，交流电电压u随时间t变化的函数式为__________（式中单位SI制） （3）灯泡上的电压随时间变化图像如图（乙）所示，则灯泡消耗的电功率为__________W。 （4）根据如图（乙）所示的图像，可知__________。 A.灯泡每秒内电流方向改变50次 B.t=0.01s时穿过线圈的磁通量为零 C.t=0.01s时穿过线圈的磁通量的变化率为零 11. 家用燃气灶点火装置电路如图（甲）所示，转换器将直流电压转换为如图（乙）所示的正弦交流电，并接到理想变压器的原线圈上。当两点火针间电压大于5000V时就会产生电火花进而点燃燃气。 （1）要点燃燃气，变压器副线圈与原线圈的匝数之比k需满足条件：__________。 （2）当k=200时，点火针每次放电的时间为__________s（结果保留三位有效数字）。 【答案】10. ①. 逆 ②. u=-20sin(100πt)V ③. 2 ④. C 11. ①. k>100 ②. 6.67×10−3 【解析】 【10题详解】 （1）[1]由右手定则可知，俯视看线圈，其线圈中电流的方向为逆时针； （2）[2]由题图可知，通过灯泡的电流为正弦式交流电，其电压的峰值为 周期为 则 交流电电压u随时间t变化的函数式为 （3）[3]通过灯泡的电流为正弦式交流电，其电压的有效值为 灯泡消耗的功率为 （4）[4]A．由题图可知，该交流电的周期为0.02s，而每个周期内交变电流的方向改变两次，1s内其经过50个周期，所以电流方向改变100次，故A项错误； B．由题图可知，时，其灯泡的电压为零，即线圈两端的电压为零，此时线圈处于中性面的位置，穿过线圈的磁通量最大，故B项错误； C．由上述分析可知，此时线圈位于中性面位置，线圈两端的电压为零，即穿过线圈的磁通量的变化率为零，故C项正确。 故选C。 【11题详解】 （1）[1]理想变压器，原、副线圈的电压关系为 由于原线圈最大电压为50V，副线圈最大电压要大于5000V，所以 （2）[2]若原副线圈匝数比，最大值为10000V，根据三角函数关系可知，其在角度间其均在放电，所以每次放电时间 电磁阻拦 某模型小组用小车探究电磁阻拦的效果如图所示（俯视），在遥控小车底面安装有单匝矩形金属线框（线框与水平地面平行），小车以初速度v0向右通过竖直向下的有界匀强磁场。已知小车总质量m=0.2kg，金属框宽为0.1m、长为0.2m，电阻R=2Ω，磁场宽度D=0.4m，磁感应强度B=1T，不计摩擦。 12. 若v0=4m/s，则ab边刚进入磁场时，线框中产生的感应电流大小为__________A；小车的加速度大小为__________m/s2。 13. 若cd边刚离开磁场边界MN时，小车速度恰好为零。 （1）线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向____ A.均为abcda　　B.均为adcba C.先abcda再adcba　　D.先adcba再abcda （2）定性画出小车运动的速度v随时间t变化的关系图像__________； （3）求线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量q__________； （4）某同学认为“线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量”，请分析论证该观点__________。 14. 该小组利用如图（a）所示装置验证感应电动势大小与磁通量变化率之间的关系。线圈匝数和面积均不变，通过调节智能电源在线圈a中产生可控的变化的磁场，用磁传感器测量线圈b内的磁感应强度B，用电压传感器测量线圈b内的感应电动势E。某次实验中 （1）观察图（b）图像，可得：在线圈b中产生恒定感应电动势的条件是__________：感应电动势的大小与__________有关。 （2）为了进一步确定定量关系，可利用图（b）中的信息，做出____ A. 图像 B. E-Δφ图像 C. 图像 D. E-图像 【答案】12. ①. 0.2 ②. 0.1 13. ①. D ②. ③. 0.01C ④. 见解析 14. ①. 磁感应强度B随时间均匀变化 ②. 磁感应强度B的变化率 ③. C 【解析】 【12题详解】 [1]由 可得 [2]小车受到的安培力为 由牛顿第二定律 解得 【13题详解】 [1]由楞次定律，进入过程电流方向adcba，穿出过程电流方向为abcda。 故选D。 [2]由上述分析可知，小车在进入磁场、穿出磁场时的加速度为 ab边进入磁场后，受到向左的安培力，且安培力逐渐减小，线框做加速度减小的减速运动，线框全部进入磁场后，线框中没有感应电流，不受安培力作用，线框做匀速直线运动，ab边出磁场后，cd边切割磁感线，线框中有感应电流，cd边受到向左的安培力，线框又做加速度减小的减速运动，因此定性画出小车运动的速度v随时间t变化的关系图像如图所示。 [3]由 ，， 可得 [4]由 F安==ma 可知，进磁场过程中的平均安培力较大，进磁场和出磁场过程的位移相等，由W=Fs可知，进磁场过程中克服安培力做功多，因此线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量。 【14题详解】 [1]由图（b）图像可知，在线圈b中产生恒定感应电动势的条件是：线圈b内的磁感应强度B随时间t均匀变化。 [2]感应电动势的大小与线圈b内的磁感应强度B随时间的变化有关，即与磁感应强度B的变化率有关。 [3]由产生恒定感应电动势的条件可知，线圈面积不变，应作出感应电动势E与磁感应强度变化率的图像。 故选C。 15. 某兴趣小组设计了一种火箭电磁发射装置，简化原理如图所示。恒流电源能自动调节其输出电压确保回路电流恒定。弹射装置处在垂直于竖直金属导轨平面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小与回路中电流成正比，比例系数为k（k为常量）。接通电源，火箭和金属杆PQ一起由静止起沿导轨以大小等于g的加速度匀加速上升到导轨顶端，火箭与金属杆分离，完成弹射。已知火箭与金属杆的总质量为M，分离时速度为v0，金属杆电阻为R，回路电流为I。金属杆与导轨接触良好，不计空气阻力和摩擦，不计导轨电阻和电源的内阻。在火箭弹射过程中，求： （1）金属杆PQ的长度L； （2）金属杆PQ产生的电动势E与运动时间t的关系； （3）恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系； （4）整个弹射过程电源输出的能量W。 【答案】（1）；（2）；（3）；（4） 【解析】 【详解】（1）金属杆所受的安培力为 根据牛顿第二定律可得 联立可得 （2）由于金属杆做匀加速直线运动，则 所以金属杆PQ产生的电动势E与运动时间t的关系为 （3）根据闭合电路 所以恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系为 （4）电源输出的功率为 由此可知，电源输出功率与时间呈线性关系，则输出能量为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$