精品解析：上海市交通大学附属中学2024-2025学年高二下学期开学摸底考试物理试题

2024-2025学年度第二学期 高二物理摸底考试卷 （满分110分，60分钟完成。答案一律写在答题纸上。） 考试说明：试卷最后的挑战题为非必答题，分值10分 注意事项： 1、试卷无标注的选择题为单选题，每个小题只有1个正确选项；标注“不定项”的选择题，每小题有1个或多个正确选项；标注“多选”的试题，每小题有多个正确选项； 2、在计算、简答以及论述的过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等； 3、除特殊说明外，本卷所用重力加速度g的大小均取； 一、静电场中的带电体（15分） 如图，电荷量为Q的正点电荷固定在D处，A、B、C在D的竖直上方距D的距离分别为h、、。质量为m的带电小球在A点静止释放，到达B点时速度最大，到达C点时速度为零。已知静电力常量为k，重力加速度为g。 1. A处电场强度的方向为（　　） A. 竖直向上 B. 竖直向下 C. 水平向左 D. 水平向右 2. A处电场强度的大小为______。 3. 直接说出小球的电性，并求出小球所带电荷量的大小q。 4. 小球从A到C的过程中，机械能（　　） A. 增加 B. 减少 C. 先增加后减少 D. 先减少后增加 E. 保持不变 F. 与零势能面的选取有关，无法确定 5. AC两点间的电势差______。 【答案】1. A 2. 3. 正电， 4. B 5. 【解析】 【1题详解】 因场源电荷为正点电荷，由点电荷产生的电场的特点可得A处电场强度的方向为竖直向上，A正确。 故选A。 【2题详解】 根据点电荷的电场强度计算公式，即 【3题详解】 小球运动到B点时速度达到最大，此时小球运动的加速度为零，小球所受的重力与库仑力大小相等，方向相反，即 由此可知，小球必带正电，且电荷量为 【4题详解】 小球从A到C的过程中，除了重力之外，电场力一直做负功；由功能关系可得小球的机械能一直减少，B正确。 故选B。 【5题详解】 小球从A到C的过程中，电场力做负功，机械能转化为电势能，即 解得 二、电容器的充放电（14分） 用传感器观察电容器充放电过程的实验电路如图甲所示，已知电源电动势为6.0V，测得电容器在放电过程中的图像如图乙所示。 6. 得到图乙的图像时，单刀双掷开关应该接在（ ）处。【A.1 B.2】 7. 定值电阻R的作用有哪些？ 8. 从图中信息可以得到，电容器充满电时，单个极板存储的电荷量大小为______C，电容器的电容值为______F（均保留2位有效数字）。 9. 为提高平行板电容器存储电荷的能力，可以（　　） A. 延长电容器的充电时间 B. 提高电容器充电时所接的电压 C. 将正对的极板错开一段距离 D. 减小极板间距 【答案】6. B 7. 保护电路 8 ①. ②. ## 9. D 【解析】 【6题详解】 图乙是电容器在放电过程中的图像，电容器两极板上的电荷应通过定值电阻和电流表放电，所以单刀双掷开关应该接在2。 故选B。 【7题详解】 在电容器充电和放电过程中，定值电阻可以防止电路因电流过大而造成电路元件的损坏，所以定值电阻的作用是保护电路。 8题详解】 [1]图乙中的图像与横轴所包围的面积表示电荷量，一个小正方向的面积所表示的电荷量为 计算图像与横轴所包围的小正方形个数时，小于半个的舍去，大于半个的算一个，所以图乙中图像与横轴所包围的小正方形个数约为43个，即电容器充满电时，单个极板存储的电荷量大小为 [2]电容器充满电时两极板间的电压等于电源的电动势，所以电容器的电容值为 【9题详解】 根据可知，为提高平行板电容器存储电荷的能力，可以在两极板间插入电介质、增大两极板的正对面积、减小两极板间的距离。 故选D。 三、测量电源的电动势和内阻（12分） 某同学利用如图甲所示电路来测量一节蓄电池的电动势和内阻，实验时共记录了5组电压表和电流表的示数（电表均视为理想电表），并绘得如图乙所示的图线。 10. 由图线可知该电池的电动势______V，内阻______Ω。 11. 该同学选用的滑动变阻器标有“10Ω，2.5A”字样，实验过程中操作规范。他在记录第1组数据时，滑片大约移动了（　　）个滑动变阻器的长度。 A. B. C. D. E. 12. 电源的最大输出功率为______W，此时电源效率为______。（保留2位有效数字） 【答案】10. ①. 2.00 ②. 0.67 11. B 12. ①. 1.5 ②. 【解析】 【10题详解】 [1][2]电源的图像的纵截距表示电源电动势，斜率的绝对值表示电源内阻，所以， 【11题详解】 为了保护电路，闭合开关前滑动变阻器接入电路的阻值最大，闭合开关后滑动变阻器的阻值逐渐减小，电压表的示数逐渐减小，所以电压最大的那组数据是记录的第一组数据，结合图乙可知，记录的第一组数据为， 所以滑动变阻器接入电路的阻值为 所以滑片大约移动了滑动变阻器长度的 故选B。 【12题详解】 [1][2]当滑动变阻器接入电路的阻值等于电源内阻时，电源的输出功率最大，所以电源的最大输出功率为 此时电源的效率为 四、摆动的球（16分） 可视为质点的小球质量为m，用长度为l的细线悬挂于O点并在竖直平面内摆动，最大摆角为60°，匀强磁场垂直于小球摆动的平面向里，磁感应强度大小为B，不计空气阻力。 13. 若小球为带电的绝缘球，且小球从左边最大摆角处摆到最低点时，细线上的拉力恰为零。 （1）小球所带电性为（ ） A.正电 B.负电 C.既可以是正电、也可以是负电 （2）求小球所带电荷量的大小______。 （3）小球从右向左摆动到最低点时，绳子对小球的作用力大小为______。 14. 若小球为不带电的金属球，小球刚进入磁场时，细线与竖直方向成。 （1）画出小球进入磁场瞬间的受力分析图______。 （2）小球从最大摆角处静止释放，到最终稳定状态，产生的焦耳热为______。 【答案】13. ①. A ②. ③. 14. ①. 见解析 ②. 【解析】 【13题详解】 [1]小球做圆周运动，由沿半径方向的合力提供向心力，小球从左边最大摆角处摆到最低点时，细线上的拉力恰为零，表明洛伦兹力方向向上指向圆心，根据左手定则可知，小球带正电。 故选A。 [2]小球为带电的绝缘球，小球在进出磁场时不会产生感应电流，小球从左边最大摆角处摆到最低点过程，根据动能定理有 根据牛顿第二定律有 解得 [3]结合上述可知，绝缘小球机械能守恒，小球从右向左摆动到最低点时，洛伦兹力方向向下，则有 解得 14题详解】 [1]小球为不带电的金属球，小球进入磁场时，穿过小球的磁通量发生变化，在小球内部将产生涡流，磁场对小球有阻碍小球运动的安培力作用，小球还受到重力与绳的拉力，左手受力示意图，如图所示 [2]由于线圈进出磁场过程有感应电流产生，小球的机械能在进入磁场时进行，小球摆动的高度逐渐减小，稳定时，小球最大高度位置恰好位于磁场边界，根据能量守恒定律有 五、直流电与交流电（27分） 在电的发现和应用的过程中，曾经发生过一场激烈的“争论”，那就是直流电和交流电之争。这场“争论”不仅涉及到科学技术的问题，还牵扯到商业利益、政治斗争、社会变革等诸多方面。 15. 经典的金属电子论认为：某种金属导体与稳恒电源连接后，内部会形成恒定电场，这一电场可视为匀强电场。在横截面积为S的铁导线中通以某一稳恒电流时，导线中单位长度上的发热功率为p。若铁的电阻率为。则该导线中所通电流为______，导线中电场强度大小为______。 16. 如图所示是世界上第一台发电机———法拉第圆盘发电机，图中标出了磁场方向与紫铜圆盘绕水平轴转动方向。已知圆盘附近磁感应强度为B，圆盘的半径为l。电刷C、D间圆盘的电阻为r，外接电阻为R。 （1）当圆盘以角速度匀速转动，电刷C、D间的电势差______。 （2）当圆盘向同一个方向时快时慢地转动时，通过电阻器电流是（ ） A.直流电 B.交流电 17. 图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动。若发电机线圈匝数为100匝，内阻可忽略不计。某时刻开始，线圈中产生的交流电的电压随时间变化的图像如图乙所示。 （1）该发电机产生的交流电压随时间变化的瞬时值表达式为______，产生交流电压的有效值为______V。 （2）将发电机连接一个的定值电阻，通过线圈的磁通量变化率最大为______，线圈从时刻开始旋转半个周期的过程中，通过线圈的电荷量为______C。发电机工作1分钟，电阻产生的焦耳热为______J。（保留小数点后2位） 18. 如图为某发电站电能输送电路示意图，图中的变压器均为理想变压器。 （1）上述示意图中，原线圈与副线圈的匝数比大于1的变压器是（ ） A B. C.和 B.无 （2）已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想变压器匝数均不变，若用户电阻减小，下列说法正确的是（ ） A.变压器的输出电压增大 B.变压器的输出电压减小 C.变压器的输出电压增大 D.变压器的输出电压减小 E.变压器的输出功率增大 F.变压器的输出功率减小 G.输电线上的损耗功率增大 H.输电线上的损耗功率减小 【答案】15. ①. ②. 16. ①. ②. A 17. ①. ②. ③. ④. ⑤. 0.60 18. ①. B ②. DEG 【解析】 【15题详解】 [1]设在长度为L的导体棒上由可的 由电阻的决定式可得 [2]由可得 由可得 【16题详解】 [1] 电刷C、D间的电势差是外电路的电压，圆盘可以视为以半径为导体棒切割磁感线 感应电动势为 [2]由右手定则可以判断在圆盘上，电流由C到D，即D点电势高。当圆盘向同一个方向地转动时，电流方向始终不变，电流为直流电。 【17题详解】 [1]由图像可知， 即 [2]正弦式交流电有效值是最大值的倍，即 [3]磁通量变化率 [4]电荷量公式 在线圈转过半个周期过程中 由可得 联立可得 [5]由 【18题详解】 [1]是升压变压器，原线圈匝数小于副线圈。是降压变压器，原线圈匝数大于副线圈匝数，故选B。 [2]当阻值下降时，由于电路电阻减小，所以电流增大，输电线电阻的电压将增大，并且的原线圈电压和副线圈电压不变，所以的原线圈电压和副线圈电压将减小，故D正确。由于电流增大且的原线圈电压和副线圈电压不变，所以原线圈和副线圈的电功率将增大，故E正确。由于电流增大且输电线上的电阻不变，所以输电线上的损耗功率增大，故G正确。 六、静电场与感生电场（16分） 19. 静止电荷在其周围空间产生的电场，称为静电场；随时间变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感生电场。 （1）如图1所示，真空中一个静止的均匀带电球体，所带电荷量为+Q，半径为R，静电力常量为k。距球心r处电场强度的大小分布满足如下关系：； a．将电荷量为q的试探电荷放在距离带电球球心2R处，求其受到的静电力大小F； b．在图2坐标系中画出图像，并借助该图像求出带电球的球心与球面间的电势差U。 （2）如图3所示，在纸面内以O为圆心、半径为a的圆形区域内，分布着垂直纸面向里的磁场，磁感应强度B的大小随时间均匀增加，变化率为k。该变化磁场激发感生电场，距圆心r处的电场强度大小分布满足如下关系：； 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。一种电子感应加速器的简化模型如图4所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，在以O为圆心，半径小于r0的圆形区域内，磁感应强度B1=k1t，在大于等于r0的环形区域内，磁感应强度B2=k2t，其中k1、k2均为正的定值。电子能在环形区域内沿半径等于r0的圆形轨道运动，并不断被加速。 a．分别说明B1、B2的作用； b．推导k1与k2应满足的数量关系。 【答案】（1）a；b，；（2）a见解析；b 【解析】 【详解】（1）a由所给电场强度的表达式可得，当时 则带点球受到的静电力大小 b距球心处电场强度的大小分布满足的关系为 则关系如图所示 根据图像所围面积表示电势差，可求出球心到球面的电势差为 （2）a的作用是产生感生电场，使电子加速，的作用是为电子做圆周运动提供向心力； b电子在轨道运动的瞬时速度为v，电子的质量为m，电荷量为e，由牛顿第二定律得 经极短时间 根据牛顿第二定律可得 当时 则 综上得 七、挑战题（10分） 如图，cd边界与x轴垂直，在其右方竖直平面内，第一、二象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，第三、第四象限存在垂直纸面向内的匀强磁场，磁场区域覆盖有竖直向上的外加匀强电场。在xOy平面内，某质量为m、电荷量为q的带正电的绝缘小球从P点与cd边界成30°角以速度射入，小球到坐标原点O时恰好以速度竖直向下运动，此时撇去外加的匀强电场。重力加速度大小为g，已知磁感应强度的大小均为。 20. 电场强度的大小______。 21. P点到y轴的距离______。 22. 小球第一次到达最低点时速度的大小为______。 23. 小球从过坐标原点时到第一次到达最低点时所用的时间为______。 【答案】20. 21. 22. 23. 【解析】 【20题详解】 依题意，小球从P点运动到坐标原点O，速率没有改变，即动能变化为零，由动能定理可知合力功为零，电场力与重力等大反向，可得 解得 【21题详解】 可知小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图所示 根据洛伦兹力提供向心力可得 解得 由几何关系可得 联立解得 【22题详解】 小球到坐标原点O时恰好以速度竖直向下运动，此时撇去外加的匀强电场，把小球在坐标原点的速度分解为沿x轴正方向的和与x轴负方向成45°的，如图所示 其中沿x轴正方向的对应的洛伦兹力恰好与小球重力平衡，即 小球沿x轴正方向做匀速直线运动，与x轴负方向成45°的对应的洛伦兹力提供小球做逆时针匀速圆周运动的向心力，可知小球第一次到达最低点时速度的大小为 【23题详解】 由第3问分析可知小球在撤去电场后做匀速圆周运动的分运动轨迹如图所示 根据洛伦兹力提供向心力可得 又 由几何关系，可得小球从过坐标原点时到第一次到达最低点时圆弧轨迹对应的圆心角为135°，则所用时间为 联立解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2024-2025学年度第二学期 高二物理摸底考试卷 （满分110分，60分钟完成。答案一律写在答题纸上。） 考试说明：试卷最后的挑战题为非必答题，分值10分 注意事项： 1、试卷无标注的选择题为单选题，每个小题只有1个正确选项；标注“不定项”的选择题，每小题有1个或多个正确选项；标注“多选”的试题，每小题有多个正确选项； 2、在计算、简答以及论述的过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等； 3、除特殊说明外，本卷所用重力加速度g的大小均取； 一、静电场中的带电体（15分） 如图，电荷量为Q的正点电荷固定在D处，A、B、C在D的竖直上方距D的距离分别为h、、。质量为m的带电小球在A点静止释放，到达B点时速度最大，到达C点时速度为零。已知静电力常量为k，重力加速度为g。 1. A处电场强度的方向为（　　） A. 竖直向上 B. 竖直向下 C. 水平向左 D. 水平向右 2. A处电场强度的大小为______。 3. 直接说出小球的电性，并求出小球所带电荷量的大小q。 4. 小球从A到C的过程中，机械能（　　） A. 增加 B. 减少 C. 先增加后减少 D. 先减少后增加 E. 保持不变 F. 与零势能面的选取有关，无法确定 5. AC两点间的电势差______。 二、电容器的充放电（14分） 用传感器观察电容器充放电过程的实验电路如图甲所示，已知电源电动势为6.0V，测得电容器在放电过程中的图像如图乙所示。 6. 得到图乙的图像时，单刀双掷开关应该接在（ ）处。【A.1 B.2】 7. 定值电阻R作用有哪些？ 8. 从图中信息可以得到，电容器充满电时，单个极板存储的电荷量大小为______C，电容器的电容值为______F（均保留2位有效数字）。 9. 为提高平行板电容器存储电荷的能力，可以（　　） A. 延长电容器的充电时间 B. 提高电容器充电时所接的电压 C. 将正对的极板错开一段距离 D. 减小极板间距 三、测量电源的电动势和内阻（12分） 某同学利用如图甲所示电路来测量一节蓄电池的电动势和内阻，实验时共记录了5组电压表和电流表的示数（电表均视为理想电表），并绘得如图乙所示的图线。 10. 由图线可知该电池的电动势______V，内阻______Ω。 11. 该同学选用滑动变阻器标有“10Ω，2.5A”字样，实验过程中操作规范。他在记录第1组数据时，滑片大约移动了（　　）个滑动变阻器的长度。 A. B. C. D. E. 12. 电源的最大输出功率为______W，此时电源效率为______。（保留2位有效数字） 四、摆动的球（16分） 可视为质点的小球质量为m，用长度为l的细线悬挂于O点并在竖直平面内摆动，最大摆角为60°，匀强磁场垂直于小球摆动的平面向里，磁感应强度大小为B，不计空气阻力。 13. 若小球为带电的绝缘球，且小球从左边最大摆角处摆到最低点时，细线上的拉力恰为零。 （1）小球所带电性为（ ） A.正电 B.负电 C.既可以是正电、也可以是负电 （2）求小球所带电荷量的大小______。 （3）小球从右向左摆动到最低点时，绳子对小球的作用力大小为______。 14. 若小球为不带电的金属球，小球刚进入磁场时，细线与竖直方向成。 （1）画出小球进入磁场瞬间的受力分析图______。 （2）小球从最大摆角处静止释放，到最终稳定状态，产生的焦耳热为______。 五、直流电与交流电（27分） 在电的发现和应用的过程中，曾经发生过一场激烈的“争论”，那就是直流电和交流电之争。这场“争论”不仅涉及到科学技术的问题，还牵扯到商业利益、政治斗争、社会变革等诸多方面。 15. 经典的金属电子论认为：某种金属导体与稳恒电源连接后，内部会形成恒定电场，这一电场可视为匀强电场。在横截面积为S的铁导线中通以某一稳恒电流时，导线中单位长度上的发热功率为p。若铁的电阻率为。则该导线中所通电流为______，导线中电场强度大小为______。 16. 如图所示是世界上第一台发电机———法拉第圆盘发电机，图中标出了磁场方向与紫铜圆盘绕水平轴转动方向。已知圆盘附近磁感应强度为B，圆盘的半径为l。电刷C、D间圆盘的电阻为r，外接电阻为R。 （1）当圆盘以角速度匀速转动，电刷C、D间的电势差______。 （2）当圆盘向同一个方向时快时慢地转动时，通过电阻器的电流是（ ） A.直流电 B.交流电 17. 图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动。若发电机线圈匝数为100匝，内阻可忽略不计。某时刻开始，线圈中产生的交流电的电压随时间变化的图像如图乙所示。 （1）该发电机产生交流电压随时间变化的瞬时值表达式为______，产生交流电压的有效值为______V。 （2）将发电机连接一个的定值电阻，通过线圈的磁通量变化率最大为______，线圈从时刻开始旋转半个周期的过程中，通过线圈的电荷量为______C。发电机工作1分钟，电阻产生的焦耳热为______J。（保留小数点后2位） 18. 如图为某发电站电能输送电路示意图，图中的变压器均为理想变压器。 （1）上述示意图中，原线圈与副线圈的匝数比大于1的变压器是（ ） A. B. C.和 B.无 （2）已知发电机的输出电压、输电线的电阻及理想变压器匝数均不变，若用户电阻减小，下列说法正确的是（ ） A.变压器输出电压增大 B.变压器的输出电压减小 C.变压器的输出电压增大 D.变压器的输出电压减小 E.变压器的输出功率增大 F.变压器的输出功率减小 G.输电线上的损耗功率增大 H.输电线上的损耗功率减小 六、静电场与感生电场（16分） 19. 静止电荷在其周围空间产生的电场，称为静电场；随时间变化的磁场在其周围空间激发的电场称为感生电场。 （1）如图1所示，真空中一个静止的均匀带电球体，所带电荷量为+Q，半径为R，静电力常量为k。距球心r处电场强度的大小分布满足如下关系：； a．将电荷量为q的试探电荷放在距离带电球球心2R处，求其受到的静电力大小F； b．在图2坐标系中画出图像，并借助该图像求出带电球的球心与球面间的电势差U。 （2）如图3所示，在纸面内以O为圆心、半径为a的圆形区域内，分布着垂直纸面向里的磁场，磁感应强度B的大小随时间均匀增加，变化率为k。该变化磁场激发感生电场，距圆心r处的电场强度大小分布满足如下关系：； 电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备。一种电子感应加速器的简化模型如图4所示，空间存在垂直纸面向里的磁场，在以O为圆心，半径小于r0的圆形区域内，磁感应强度B1=k1t，在大于等于r0的环形区域内，磁感应强度B2=k2t，其中k1、k2均为正的定值。电子能在环形区域内沿半径等于r0的圆形轨道运动，并不断被加速。 a．分别说明B1、B2的作用； b．推导k1与k2应满足的数量关系。 七、挑战题（10分） 如图，cd边界与x轴垂直，在其右方竖直平面内，第一、二象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，第三、第四象限存在垂直纸面向内的匀强磁场，磁场区域覆盖有竖直向上的外加匀强电场。在xOy平面内，某质量为m、电荷量为q的带正电的绝缘小球从P点与cd边界成30°角以速度射入，小球到坐标原点O时恰好以速度竖直向下运动，此时撇去外加的匀强电场。重力加速度大小为g，已知磁感应强度的大小均为。 20. 电场强度的大小______。 21. P点到y轴的距离______。 22. 小球第一次到达最低点时速度大小为______。 23. 小球从过坐标原点时到第一次到达最低点时所用的时间为______。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$