北京市北京理工大学附属中学2022-2023学年高二上学期期末物理试题（等级考）

第1页/共7页 2023北京理工大附中高二（上）期末 物理（等级考） 一、本题共 10 小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。(每小题 3 分，共 30 分) 1.下图1 中分别标明了通电直导线中电流I、匀强磁场的磁感应强度 B 和电流所受安培力 F 的方向，其中正 确的是 2.带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用．下列表述正确的是 A．洛伦兹力对带电粒子做功 B．洛伦兹力不改变带电粒子的动能 C．洛伦兹力的大小与速度无关 D．洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向 3.如图2 所示，实线表示某静电场的电场线，虚线表示该电场的等势面．下列判断 正确的是 A．1、2 两点的场强相等 B．1、3 两点的场强相等 C．1、2 两点的电势相等 D．2、3 两点的电势相等 4.在如图3 所示的实验中，能在线圈中产生感应电流的情况是 A．磁铁静止在线圈上方 B．磁铁静止在线圈右侧 C．磁铁静止在线圈里面 D．磁铁插入或抽出线圈的过程 5.如图4 所示，在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，金属杆MN 在平行金属导轨上以速度 v 向右匀速 滑动，MN 中产生的感应电动势为E1；若磁感应强度为 2B，其他条件不变，MN 中产生的感应 电动势变为E2.则通过电 阻 R 的电流方向及E1 与 E2 之比E1∶E2 分别为( ) A．c→a,2∶1 B．a→c,2∶1 C．a→c,1∶2 D．c→a,1∶2 6.以下说法中正确的是（ ） A．穿过闭合电路中的磁通量不为零，则闭合电路中的感应电动势就为零 第2页/共7页 B．穿过闭合电路中的磁通量越大，则闭合电路中感应电动势就越大 C．穿过闭合电路中的磁通量变化越大，则闭合电路中感应电动势就越大 D．穿过闭合电路中的磁通量变化越快，则闭合电路中的感应电动势就越大 7.电流计的内阻是Rg=200Ω，满刻度电流值是 Ig=500μA，现欲把这电流计改装成量程为 1.0V 的电压表，正 确的方法是 A．应串联一个 0.1Ω 的电阻 B．应并联一个 0.1Ω 的电阻 C．应串联一个 1800Ω 的电阻 D．应并联一个 1800Ω 的电阻 8.在如图5 所示电路中，电源电动势为 12V，电源内阻为 l.0Ω，电路中的电阻R0 为1.5Ω，小型直 流电动机 M 的内阻为 0.5Ω，闭合开关 S 后，电动机转动，理想电流表的示数为 2.0A。则以 下判 断中正确的是 A．电动机的输出功率为 14W B．电动机两端的电压为 7.0V C．电动机产生的热功率 4.0W D．电源输出的电功率为 24W 9. 如图 6 所示，静止的电子在加速电压为 U1 的电场作用下从 O 经 P 板的小孔射出，又垂直进 入平行金属 板间的电场，在偏转电压为U2 的电场作用下偏转一段距离．现使U1 加倍，要想使电 子的运动轨迹不发生变化，应该( ) A．使U2 变为原来的4 倍 B．使U2 变为原来的 2 倍 C．使U2 变为原来的 2 倍 D．使 U2 变为原来的 1 2 10. 电子感应加速器的基本原理如图 7 所示。在上、下两个电磁铁形成的异名磁极之间有一个环形真空 室。图甲为侧视图，图乙为真空室的俯视图。电磁铁中通以交变电流，使两极间的磁场周期性变化，从而 在真空室内产生感生电场， 将电子从电子枪右端注入真空室，电子在感生电场的作用下被加速，同时在洛 伦兹力的作用下，在真空室中沿逆时针方向 (图乙中箭头方向)做圆周运动。由于感生电场 的周期性变化使电子只能在某段时间内被加 速，但由于电子的 质量很小，故在极短时间 内被加速的电子可在真空室内回 旋数 10 万 以至数百万次，并获得很高的能量。若磁场 的 磁感应强度B(图乙中垂直纸面向外为正)随 时间变化的关系如图丙所示，不考虑电子质 量的变化，则下列说法中正确的是 A.电子在真空室中做匀速圆周运动 B.电子在运动时的加速度始终指向圆心 C.在丙图所示的第一个周期中，电子只能在 0 ~ 4 T 内按图乙中逆时针方向做圆周运动且被加速 第3页/共7页 D.在丙图所示的第一个周期中，电子在0 ~ 4 T 和 3 4 T ~T 内均能按图乙中逆时针方向做圆周运动且被加速 二、本题共 5 小题，在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是符合题意的。(每小题 3 分，共 15 分。每小题全选对的得 3分，选对但不全的得 2分) 11. 在图8 所示的电路中，电源电动势为E，内阻为 r，闭合开关S，电流表示数为 I，电压表示数为U。现将 滑动变阻 器的滑动触头P 从图示位置向 a 端移动一些，则与P 移动前相比 （ ） A．U 变小 B．I 变小 C．U 变大 D．I 变大 12. 物理课上，老师做了一个奇妙的“自感现象”实验。按图9 连接电路，先闭合开关 S，电路稳定后小灯泡 A 正常发 光，然后断开开关S，同学们发现小灯泡A 闪亮一下再熄灭。已知自感线圈L 的直流电阻为RL， 小灯泡A 正常发光时 电阻为 RA。下列说法中正确的是 A．RL>RA B．RL<RA C．断开开关S 的瞬间，小灯泡A 中的电流方向为a→b D．断开开关S 的瞬间，小灯泡A 中的电流方向为b→a 13．在如图 10 所示的电路中，电源电动势为 E、内电阻为 r，电容器的电容为 C，灯泡 L 的灯丝电阻不随 温度变化， 电压表和电流表均为理想电表。闭合开关 S，待电路稳定后，缓慢减小电阻箱 R 接入电路中的 阻值，与调节电阻箱之 前相比，电压表示数变化量的绝对值为 ΔU，在这个过程中电路中所有器件均不会 被损坏，下列说法中正确的是 A．灯泡 L 将变亮 B．电压表和电流表的示数都将变大 C．电源两端电压变化量的绝对值将大于 ΔU D．电容器所带电荷量增加，增加量小于 CΔU 14. 如图 11 所示，U 形金属框架竖直放置在绝缘地面上，框架的上端接有一电容器 C，金属框架处于水平 方向的匀强 磁场中。将一电阻为 R 的金属棒 MN 从一定高度处由静止释放，下落过程中金属棒方向始终 平行于地面，且与金属框架接触良好。忽略金属棒与金属框架之间的摩擦，在金属棒由静止开始下落的过 程中，以下说法错误的是 第4页/共7页 A. 金属棒做自由落体运动 B. 电容器左侧极板将带上正电荷 C. 电容器储存的电能等于金属棒减少的重力势能 D. 金属棒减少的机械能大于电容器储存的电能 15．将一段裸铜导线弯成如图 12 甲所示形状的线框，将它置于一节 5 号干电池的 正极上（线框上端的弯折位置与正极 良好接触），一块圆柱形强磁铁吸附在电池 的负极，使铜导线框下面的两端 P、Q 与磁铁表面保持良好接触，放手后线 框就会发生转动，从而制成了 一个“简易电动机”，如图 10 乙所示。关于该“简易电动机”，下列 说法中正确的是 A．如果导线框下面的两端 P、Q 有一端与磁铁表面不接触，线 框也会发生 转动 B．如果磁铁吸附在电池负极的磁极调换一下，线框转动的方向 也应该改变 C．电池的输出功率一定大于线圈转动的机械功率 D．线框由静止开始转动的过程中，通过线框中的电流大小始终不变 三、实验题（共 14分）。 16.（9 分）多用电表是实验室和生产实际中常用的测量仪器。使用多用电表测 某段导体的电阻。 （1）主要的操作过程分以下三个步骤，请填写第②步操作。将红、黑表笔分 别插入多用电表的“＋”、“－”插孔；选择电阻档“×10”； ①将红、黑表笔分别插入多用电表的“＋”、“－”插孔；选择电阻档“×10”； ②____________________________________； ③把红、黑表笔分别与导体的两端相接，读取导体的电阻。 （2）采用上述的操作步骤后，多用表的示数如图13 所示。则该段导体的电阻 测量值为__________ 。 （3）另有一个电阻Rx，其阻值大约为 20Ω，现要更精确地测量其电阻，手边现有器材如下： A．电源E（电动势12.0V，内阻 0.5Ω）； B．电压表（0～3～15V，内阻大于 3kΩ）； C．电流表（0～0.6～3A，内阻小于 1Ω）； D．滑动变阻器 R1（0～10Ω，2.0A）； E．滑动变阻器 R2（0～1750Ω，0.3A）； F．开关 S 和导线若干。 ①滑动变阻器应选用__________（选填“R1”或“R2”）。连接电路 时，电压表的量程应选__________V， 电流表的量程应选__________A。 第5页/共7页 ②请在上边方框中画出实验电路图。 17．（5分）某同学对实验室的一个多用电表中的电池进行更换时，发现里 面除了一节1.5V的干电池外，还有一个方形的层叠电池。为了测定层叠电池 的电动势和内电阻，实验室中提供如下器材： A．电流表A1（满偏电流10mA，内阻10Ω）； B．电流表A2（0～0.6～3A，内阻未知）； C．滑动变阻器R0（0～100Ω，1.0A）； D．定值电阻R（阻值990Ω）； E．开关S 与导线若干。 （1）该同学根据现有的实验器材，设计了如图 14 所示的电路，请你按照电路图 14 在图15 中完成实物连 线。 （2）该同学根据上述设计的实验电路测出多组数据，绘出如图16所示的I1-I2图线（I1为电流表A1的示数， I2为电流表A2 的示数），则由图线可以得到被测电池的电动势E＝_______V，内阻r=_______Ω。（保留两 位有效数字） 四、计算题。本题包括4小题，共 41 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤， 只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 18．（8 分）如图17 所示，宽度 L＝0.40 m 的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻 值 R=1.5Ω 的 电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小B=0.50 T。一根导体棒 MN 放在导轨上，两导轨之间的导体棒的电阻 r=0.5Ω，导轨的电阻可忽略不计。现用一垂直于导体棒的水平拉 力拉动导体棒使其沿导轨以 v=10 m/s 的速度向右匀速运动，在运动过程中保持 导体棒与导轨垂直且接触良好。空气阻力可忽略不计，求： （1）通过导体棒的电流 I，并说明通过导体棒的电流方向； （2）作用在导体棒上的拉力大小 F； （3）电阻R 的电功率P。 第6页/共7页 19．（11 分）如图18 所示，长为 l 的绝缘细线一端悬于O 点，另一端系一质量为 m、电荷量为-q 的小球 （可视为质点）。 现将此装置放在水平的匀强电场中，小球静止在 A 点，此时细线与竖直方向成 370 角。 已知电场的范围足够大，空气 阻力可忽略不计，重力加速度为 g，sin370=0.6，cos370=0.8。 （1）请判断电场强度的方向，并求电场强度E 的大小； （2）求 AO 两点间的电势差 UAO； （3）若在 A 点对小球施加一个拉力，将小球从 A 点沿圆弧缓慢向左拉起至与 O 点处于同一水平高度且该 过程中细线 始终张紧，则所施拉力至少要做多少功。 20．（10 分）回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，图 19 为回旋加速器的示意图。D1、D2 是两个中空 的铝制半圆形 金属扁盒，在两个 D 形盒正中间开有一条狭缝，两个 D 形盒接在高频交流电源上。在 D1 盒 中心 A 处有粒子源，产生 的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2 盒中。两个D 形盒处于与盒面垂 直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的 作用下做匀速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交流电源电压的周期，保证带电 粒子经过狭 缝时再次被加速。如此，粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝，一次一次地被加 速，速度越来越大，运动 半径也越来越大，最后到达 D 形盒的边缘，沿切线方向以最大速度被导出。已 知带电粒子的电荷量为 q，质量为 m， 加速时狭缝间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D 形盒的半 径为R，狭缝之间的距离为 d。设从粒子源产生的 带电粒子的初速度为零，不计粒子受到的重力，求： （1）带电粒子能被加速的最大动能Ek； （2）带电粒子在D2 盒中第n 个半圆的半径； （3）若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I，求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率 P 。 21.(12 分) 对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加 深刻的理解 其物理本质。一段长为 l、电阻率为 ρ、横截面积为S 的细金属直导线，单位体积内有 n 个自由 电子，电子电荷量为 e、 质量为 m。 第7页/共7页 （1）当该导线通有恒定的电流 I 时： ①请根据电流的定义，推导出导线中自由电子定向移动的速率 v； ②经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部 分）的碰撞， 该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个 沿导线的平均阻力。若电 子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k。请根据以 上的描述构建物理模型，推导出比例系 数 k 的表达式。 （2）将上述导线弯成一个闭合圆线圈，若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴匀速率转 动，线圈中不 会有电流通过，若线圈转动的线速度大小发生变化，线圈中会有电流通过，这个现象首先由 斯泰瓦和托尔曼在 1917 年 发现，被称为斯泰瓦—托尔曼效应。这一现象可解释为：当线圈转动的线速度 大小均匀变化时，由于惯性，自由电子 与线圈中的金属离子间产生定向的相对运动。取线圈为参照物，金属离子相对静止，由于惯性影响，可认 为线圈中的 自由电子受到一个大小不变、方向始终沿线圈切线方向的力，该力的作用相当于非静电力的作 用。 已知某次此线圈匀加速转动过程中，该切线方向的力的大小恒为F。根据上述模型回答下列问题： ① 求一个电子沿线圈运动一圈，该切线方向的力F 做功的大小； ② 推导该圆线圈中的电流 I ' 的表达式。