精品解析：黑龙江省大庆市萨尔图区大庆实验中学2025-2026学年高二上学期1月期末物理试题

大庆实验中学2024级高二上学期期末考试 物理学科试题 说明： 1，请将答案填涂在答题卡的指定区域内。 2．满分100分，考试时间90分钟。 一、选择题（本题共14小题，共47分。在每小题给出的四个选项中，第1~9题只有一项符合题目要求，每小题3分；第10~14题有多项符合题目要求，每小题4分，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。） 1. 在物理学中，有些物理量是矢量、有些物理量是标量、矢量相加时遵从平行四边形定则，标量相加时遵从算术法则。下列四组物理量中，均为矢量的是（　　） A. 电场强度，磁感应强度 B. 电动势，磁通量 C. 电流，电压 D. 电功，电功率 【答案】A 【解析】 【详解】A．电场强度是矢量，磁感应强度是矢量，故A正确； B．电动势和磁通量都是标量，故B错误； C．电流和电压都是标量，故C错误； D．电功和电功率都是标量，故D错误。 故选A。 2. 如图所示，通有恒定电流的长直导线MN放在矩形绝缘线框ABCD上，长直导线与AD平行，与AB、CD的接触点分别为P、Q，APQD的面积是PBCQ面积的一半，整个线框的磁通量大小为，矩形PBCQ中的磁通量大小为，矩形APQD中的磁通量大小为，则下列判断正确的是（　　） A. B. C. D. 将直导线向右平移一小段距离，线框中磁通量增大 【答案】B 【解析】 【详解】AB．根据安培定则，可知直导线右侧的磁感应强度方向为垂直纸面向里，左侧为垂直纸面向外，即两侧的磁感应强度方向相反，故矩形PBCQ中的磁通量与矩形APQD中的磁通量会相互抵消，矩形PBCQ的面积大于矩形APQD的面积，根据 则有 故整个线框的磁通量大小为，故A错误，B正确； C．因离直导线越远，磁感应强度越弱，故矩形PBCQ中的平均磁感应强度小于矩形APQD中的平均磁感应强度，矩形PBCQ的面积为矩形APQD面积的两倍，故，选项C错误； D．根据安培定则，可知直导线右侧的磁感应强度方向为垂直纸面向里，左侧为垂直纸面向外，即两侧的磁感应强度方向相反，故矩形PBCQ中的磁通量与矩形APQD中的磁通量会相互抵消，矩形PBCQ的面积大于矩形APQD的面积，根据 则有 若将直导线向右平移一小段距离，则左侧面积增大，右侧的面积减小，则不断减小，不断增大，根据整个线框的磁通量大小为 可知不断减小，故D错误。 故选B。 3. 如图所示，真空内存在向右的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小为，磁感应强度大小为。电荷量为的正离子在此电场和磁场中运动，某时刻其速度平行于磁场方向的分量大小为，垂直于磁场方向的分量大小为，下列说法错误的是（　　） A. 电场力的瞬时功率为 B. 该离子受到的洛伦兹力大小为 C. 与的比值保持不变 D. 该离子的加速度大小保持不变 【答案】C 【解析】 【详解】A．电场力的瞬时功率为，故A正确； B．由于与磁场平行，则根据洛伦兹力的计算公式可知该离子受到的洛伦兹力大小为，故B正确； C．根据运动的叠加原理可知，离子在垂直于磁场方向做匀速圆周运动，在磁场方向做加速运动，则增大，不变，的比值不断增大，故C错误； D．离子受到的电场力不变，洛伦兹力大小不变，方向总是与电场力方向垂直，则该离子受到的合力大小不变，该离子的加速度大小保持不变，故D正确。 本题选择错的，故选C。 4. 在如图所示电路中，电源的电动势为E，内阻为r，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合开关S，将R2的滑动触点从a端向b端移动过程中，电流表示数为I，电压表V1和V2的示数分别为U1和U2，∆I、∆U1和∆U2分别表示此过程中电流表示数、电压表示数变化量的绝对值。下列说法中正确的是（　　） A. 电阻R1、R3功率都变大 B. 、的大小均不变 C. 若R1>r，电源的输出功率变小 D. 【答案】D 【解析】 【详解】A．将R2的滑动触点从a端向b端移动过程中，滑动变阻器接入电路的阻值变小，则电路总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，电流I变大，所以R1的电功率变大，内电压变大，则路端电压变小，R1两端的电压变大，则R3两端的电压变小，所以R3的电功率变小，故A错误； B．根据欧姆定律可得， 滑动变阻器接入电路的阻值变小，即R2减小，所以不变，减小，故B错误； C．若R1>r，则外电路电阻大于电源内阻，根据电源输出功率与外电路电阻的关系可知，随外电阻电阻减小，电源的输出功率变大，故C错误； D．根据以上分析可得 根据闭合电路欧姆定律可得 所以 由此可知，故D正确。 故选D。 5. 某学习小组设计了一台电磁滑梯装置，简化模型如图所示。足够长倾角为的光滑绝缘斜面上分布着间隔均匀的水平平行磁场带，内有磁感应强度均为，方向垂直斜面向下的匀强磁场，每个磁场带的宽度及相邻磁场带间隔均为。现将一个质量为，电阻为，边长为的正方形金属线框从斜面某处静止释放，已知重力加速度为，则下滑过程中，下列说法正确的是（ ） A. 线框重力做功等于其动能增加、安培力做功、电热能之和 B. 线框加速度随时间均匀减小 C. 线框匀速时的速度大小 D. 若线框从静止到速度为的过程中所用时间为，则正、反向通过导线横截面的电荷量之和 【答案】D 【解析】 【详解】A．由功能关系可知线框重力做功等于其动能增加以及电热能之和，A错误； B．当线框完全在磁场外或完全在磁场内时，磁通量不变，不受安培力，加速度为 当线框进入或穿出磁场时，对线框受力分析，由牛顿第二定律有 其中 联立可得 由于速度是变化的，且不是随时间线性变化的，所以加速度也不是随时间均匀变化的，B错误； C．线框匀速时，由受力平衡可得 解得线框匀速时的速度大小为，C错误； D．若线框从静止到速度为的过程中，由动量定理有 其中 由电流的定义式有 联立解得通过导线横截面的电荷量之和，D正确。 故选D。 6. 一水平放置光滑长半圆槽内有两根通以反向电流的水平长直平行导体棒，导体棒1固定于最低点处，可自由移动的导体棒2恰好处于静止状态（正视图如图所示）。已知导体棒1在导体棒2处产生的磁感应强度大小满足关系式（为常数，为两导体棒间距离，为导体棒1中电流强度），若缓慢增大导体棒2中电流强度，则将（ ） A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 无法确定 【答案】A 【解析】 【详解】对导体棒2受力分析，如图所示 根据三角形相似可得 可得 有， 可得 可得 缓慢增大导体棒2中电流强度，两导体棒间距离增大，可得将变大。 故选A。 7. 如图甲所示，左侧接有定值电阻R=1.5Ω的水平平行且足够长的光滑导轨处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=1T，导轨间距L=1m。一质量m=1kg、接入电路的阻值r=0.5Ω的金属棒在拉力F的作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动，金属棒的v-x图像如图乙所示。若金属棒与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计，取g=10m/s2，则金属棒从静止开始向右运动位移x=1m的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 通过电阻R的电荷量为0.25C B. 金属棒克服安培力做功为0.5J C. 电阻R产生的焦耳热为0.125J D. 金属棒做加速度减小的变加速运动 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据 求得 A错误； B．由速度位移图像得金属棒所受的安培力 求得 则知与x是线性关系，当时，，时，，从起点发生位移的过程中，克服安培力做功 B正确； C．根据功能关系知，整个电路产生的焦耳热等于克服安培力做功，所以整个电路产生的焦耳热 定值电阻R中产生的焦耳热 C错误； D．速度位移图像的斜率 得 则速度增大，金属棒的加速度也随之增大，金属棒做加速度增加的变加速运动，D错误。 故选B。 8. 如图所示，水平面内ab和cd是两条平行放置的足够长的固定粗糙金属直导轨，MN和M′N′是两根用细线连接的金属杆，其质量分别为2kg和1kg，两杆与导轨间的动摩擦因数相同。开始时恒定水平外力F作用在杆MN上，使两杆以大小为4m/s的速度水平向右匀速运动。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直，导轨电阻可忽略。在t=0时刻将细线烧断，保持外力F不变，金属杆和导轨始终接触良好，已知在t=t0时刻后杆MN速度大小为5m/s并保持不变，且在0~t0时间内两杆速度方向始终向右，下列说法正确的是（　　） A. 细线烧断后，流经MN的电流方向为由M到N B. M′N′稳定后的速度大小为3m/s C. 0~t0时间内MN和M′N′的位移大小之比大于3∶2 D. 整个过程中系统动能变化量的大小等于整个系统产生的焦耳热 【答案】C 【解析】 【详解】A．细线烧断前两杆做匀速运动，回路中无感应电流，烧断细线后，MN的速度大于M′N′的速度，根据右手定则可知MN切割磁感线产生的感应电动势大于M′N′产生的感应电动势，则回路中电流方向由N到M，故A错误； B．两杆组成的系统所受的合外力为零，系统动量守恒，设MN的质量为，M′N′的质量为，初始速度为，MN稳定后的速度大小为，M′N′稳定后的速度大小为。规定向右为正方向，由系统动量守恒定律 代入数据解得M′N′稳定后的速度大小为，故B错误； C．由题意可知做加速运动，做减速运动，两者速度差变大，电动势变大，电流变大，安培力变大，安培力向左，安培力向右。根据牛顿第二定律可知、的加速度大小都逐渐减小，则、的图像如图所示 由图可知，， 则，故C正确； D．根据能量守恒定律 故整个过程中系统动能变化量的大小不等于整个系统产生的焦耳热，故D错误。 故选C。 9. 现代科学仪器常用电场、磁场控制带电粒子的运动。真空中存在着如图所示的多层紧密相邻的匀强电场和匀强磁场，电场和磁场的宽度都相同，长度足够长。电场强度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。电场、磁场的边界互相平行且与电场方向垂直。一个带正电的粒子在第1层左侧边界某处由静止释放，不计粒子的重力及运动时的电磁辐射。已知粒子从第4层磁场右侧边界穿出时，速度的方向与水平方向的夹角为30°。若保证粒子不能从第n层磁场右边界穿出，至少为（　　） A. 12 B. 16 C. 20 D. 24 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】设粒子在第n层磁场中运动的速度为vn，轨道半径为rn，则有 设粒子进入第n层磁场时，速度的方向与水平方向的夹角为，从第n磁场右侧边界穿出时速度方向与水平方向的夹角为 ，粒子在电场中运动时，垂直于电场线方向的速度分量不变，则有 由图甲可知 则有 则 一组等差数列，公差为d，可得 当n=1时，由图乙可知 则 解得 若粒子恰好不能从第n层磁场右侧边界穿出，则 即 由题目可知当n=4时，，即 当时，联立解得 所以B正确；ACD错误； 故选B。 二、多选题 10. 以下四幅图片中：图甲是励磁线圈的应用；图乙是回旋加速器工作原理示意图；图丙是多级直线加速器的原理示意图；图丁是质谱仪原理图，下列说法中正确的是（　　） A. 图甲中，通过励磁线圈的电流越大，电子的运动径迹半径越小 B. 图乙中，电场进行偏转，磁场进行加速 C. 图丙中，多级直线加速器一定比回旋加速器更有优势 D. 图丁中，粒子打在上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大 【答案】AD 【解析】 【详解】A．图甲中，通过励磁线圈的电流越大，磁场越大，由洛伦兹力提供向心力有 可得 可知，磁场越大，电子的运动径迹半径越小，故A正确； B．图乙中，电场进行加速，磁场进行偏转，故B错误； C．图丙中，粒子通过多级直线加速器加速，加速电压越大，粒子获得的能量越高，但要产生这种高压所需的技术要求很高，同时加速装置的长度也要很长，故多级直线加速器不一定比回旋加速器更有优势，故C错误； D．图丁中，通过速度选择器后，所有的粒子速度相同，进入磁场中，根据 解得 可知，粒子打在上的位置越靠近狭缝P，半径越小，粒子的比荷越大，故D正确。 故选AD。 11. 如图所示，纸面为竖直面，MN为竖直线段，MN之间的距离为h，空间存在平行于纸面的足够宽广的匀强电场，其大小和方向均未知（图中未画出）。一带电量为q（q>0），质量为m的小球从M点在纸面内以的速度水平向左开始运动，以后恰好以大小为v=2v0的速度通过N点。已知重力加速度为g，不计空气阻力。则（　　） A. B. 小球经过N点时速度方向一定与水平向右的方向成60° C. 电场强度方向有可能斜向右上 D. 小球在运动过程中最小速度为 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．小球从M到N的运动过程中，根据动能定理有 解得，故A正确； B．小球在水平方向的运动具有对称性，故到达N点时，水平速度大小为，所以在竖直方向 设小球经过N点时速度方向与水平的夹角为，则 解得，故B正确； C．若小球在竖直方向只受重力，则 解得 所以小球一定受到竖直向下的电场力的分力，即电场强度一定有竖直向下的分量，故C错误； D．画出小球从M到N的速度变化矢量图，如图所示 可知，实际速度与垂直时速度最小，则 则，故D正确。 故选ABD。 12. 如图所示，ABCD—MNPQ是正方体，在顶点A、P分别固定电荷量为的点电荷，在顶点M点固定电荷量为+2q的点电荷，则下列说法正确的是（　　） A. 立方体内电势为零区域为一条线 B. 立方体内电势为零区域为一个平面 C. 将一个负的点电荷从B点移到Q点，电场力做正功 D. B、D两点电场强度相同 【答案】AC 【解析】 【详解】AB．将M点的电荷分成两个电荷量均为+q的点电荷，则其中一个点电荷与A点点电荷组成第一组等量异种电荷，另一个点电荷与P点点电荷组成第二组等量异种电荷，在第一组等量异种电荷的电场中，在立方体内AM的垂直平分面为零电势面，在第二组等量异种电荷的电场中，立方体内BDQN为零电势面，两个面的交线为零电势线，选项A正确，B错误； C．在第一组等量异种电荷的电场中，B点电势比Q点电势低，在第二组等量异种电荷电场中，B、D两点等势，叠加的结果，B点电势比Q点电势低，因此将一个负的点电荷从B点移到Q点，电势能减小，电场力做正功，选项C正确； D．根据电场叠加，B、D两点电场强度大小相等，方向不同，选项D错误。 故选AC。 13. 如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。M为磁场边界上一点，有无数个带电量为，质量为m的相同粒子（不计重力及粒子间相互作用）在纸面内向各个方向以相同的速率通过M点进入磁场，在磁场中运动时间最长的粒子运动时间为。N为磁场边界上的另一个点，。下列说法正确的是（　　） A. 粒子从M点进入磁场时的速率为 B. 若将磁感应强度的大小增加到2B，从N点离开磁场的粒子速度沿半径方向 C. 若将磁感应强度的大小增加到，所有粒子出射磁场边界的位置均处于劣弧MN上 D. 若将磁感应强度的大小增加到，从N点离开磁场的粒子运动时间 【答案】BC 【解析】 【详解】A．由题意可知，带电粒子从M点进入磁场，在磁场中做匀速圆周运动，在磁场中运动时间最长的粒子的圆弧所对应的弦应是圆磁场的直径，如图所示，设粒子进入磁场的速率为v，由洛伦兹力提供向心力可得 解得 粒子在磁场中运动的周期为 在磁场中运动时间最长的粒子运动时间为，则粒子在磁场中转动的时间为 可知粒子在磁场中转动的圆弧所对的圆心角为 可得粒子在磁场中运动的半径为 可得粒子从M点进入磁场时的速率为 A错误； B．若将磁感应强度的大小增加到2B，从N点离开磁场的粒子运动轨迹如图所示，由洛伦兹力提供向心力可得 解得 由图可知，即为从N点离开磁场的粒子速度沿半径方向，B正确； C．若将磁感应强度的大小增加到，可知粒子的圆周半径为 可知圆弧的直径为，圆心在MN连线的中点，则有在磁场中运动时间最长的粒子从N点离开磁场，因此所有粒子出射磁场边界的位置均处于劣弧MN上，C正确； D．若将磁感应强度的大小增加到，粒子的运动半径为，则圆弧的直径为，可知圆弧的圆心在MN连线的中点，其轨迹图如图所示。磁感应强度为B时，粒子运动周期为 若将磁感应强度的大小增加到，粒子的周期为 可知若将磁感应强度的大小增加到，从N点离开磁场的粒子运动时间为 D错误。 故选BC。 14. 如图所示，两条足够长的光滑平行导轨MN，水平放置，导轨间距为L=1m，电阻不计，两导体棒a、b静置于导轨上，导体棒a的电阻不计，b棒的阻值为R=1Ω，单刀双掷开关1接电容为C=0.5F的电容器上，初始状态，电容器不带电。电容器的右侧有垂直纸面向里的匀强磁场，电容器左侧有垂直纸面向外的匀强磁场，导体棒a通过细线跨过光滑滑轮与竖直悬挂的重物A相连，已知重物A、两导体棒a、b三者的质量均为m=1kg。现将开关S置于1位置，释放重物A，同时开始计时，时断开开关S，时将开关S置于2位置，导体棒b开始运动；时刻两导体棒的加速度大小相等。重力加速度，则下列说法正确的是（　　） A. 时刻导体棒a的速度为 B. 时刻导体棒a的速度为 C. 时刻导体棒a的加速度为 D. 时刻回路消耗的热功率为25W 【答案】AD 【解析】 【详解】A．对导体棒a和重物A为系统，根据牛顿第二定律 根据 ， 联立解得 时刻导体棒a的速度 故A正确； B．断开开关S后，不受安培力 时刻导体棒a的速度为 故B错误； CD．开关S置于2位置，时刻导体棒a的加速度 导体棒b的加速度 解得 回路消耗的热功率为 故C错误D正确。 故选AD。 二、非选择题（本题共5小题，共53分。） 15. 某实验小组设计了如下实验测量自来水的电阻率。实验器材有：绝缘性能良好的塑料圆柱形容器、金属探针、金属圆片、游标卡尺、电源、电压表、电流表等。 （1）先用游标卡尺测量塑料圆柱形容器的内径，结果如图甲所示，该读数_____。 （2）将采集的水样装入容器内。容器顶部等间距插有金属探针，两端用金属圆片密封（探针和圆片电阻均可忽略不计）。按图乙连接电路，将电压表与任意两探针相连，连接的两探针间距离记为。 （3）闭合开关，调节电阻箱阻值，使得电流表示数，读出电压表示数，断开开关。 （4）改变，重复步骤（3），测得多组数据，作出图像如图丙中①所示，得到直线的斜率为，则水样电阻率的表达式_____（用，，，表示），根据图像计算得出该水样的电阻率为_____（取3.14，结果保留两位有效数字）。 （5）给水样升温后，重复测量，作出图像如图丙中②所示，实验结果表明，温度越高，水样的电阻率越_____（填“大”或“小”）。 【答案】 ①. 20.0 ②. ③. 37或38 ④. 小 【解析】 【详解】[1]刻度尺的读数包含两部分，为 [2]由欧姆定律可得 由电阻定律可得 联立可得 可知图像的斜率为 可得水样电阻率的表达式为 [3]取点（0.01m，0.37V）代入 解得 [4]升温后，水中离子热运动加剧，导电能力增强，电阻率减小，从图丙中直线②相对于直线①的变化可知L相同，电压 U减小，由此可知电阻率 变小。 16. 某实验小组设计了如图甲所示的实验电路，来测量电源的电动势和内阻，实验器材有：待测电源，阻值为R0的定值电阻，内阻可忽略的电流表，总阻值为R0且阻值均匀的四分之一圆形变阻器，变阻器上有可指示滑片转过角度θ的刻度盘，开关、导线若干。回答下列问题： （1）闭合开关，滑片在顺时针转动的过程中，电流表示数_______（填“变大”或“变小”），电路消耗的总功率____（填“变大”或“变小”）。 （2）在实验中转动滑片，改变角度θ（弧度制），测量通过定值电阻R0的电流I，以为纵坐标，为横坐标，作出图像如图乙所示，已知图像的斜率为k，纵截距为b，则电源的电动势为E=_____。（用k、b、R。表示） （3）若时变阻器消耗的功率最大，则k和b应满足的关系式为b=___________。 【答案】（1） ①. 变小 ②. 变大 （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 [1]滑片顺时针转动，变阻器接入电路的阻值变小，外电阻变小，路端电压变小，电流表示数变小； [2]因为外电阻减小，可知电路总电阻减小，故干路电流变大，电路消耗的总功率 可知电路消耗的总功率P变大。 【小问2详解】 由闭合电路欧姆定律可知 整理可得 所以， 解得， 【小问3详解】 将电源与支路等效为一个新电源，当等效内阻等于对应的电阻时，变阻器消耗的功率最大，故 又因为 所以 17. 如图，光滑绝缘半球处在水平向右的匀强电场中，球心为。将带电量均为的小球、置于其内，平衡时，两球处于同一水平线上，且与垂直。已知球质量为，球质量为，重力加速度大小为，求两小球之间的库仑力大小和匀强电场的电场强度大小。 【答案】， 【解析】 【详解】对球合力为零，则 对球合力为零，则 联立求解得， 18. 如图所示，平行金属板C、D间存在匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，半径为R的圆形区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，矩形PQMN区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，三处磁场的磁感应强度大小均为B。金属板D的延长线过圆形区域的圆心O，金属板C的延长线、两金属板右边缘连线均与圆形区域相切，PN边与圆形区域在PN边的中点A处相切。一束宽度与平行金属板间距相等、比荷均为k的带负电粒子流（不计重力）从金属板左侧以水平向右的速度射入金属板间，恰能在金属板间做直线运动，进入圆形区域经磁场偏转后均过点A。已知PN=R，PQ=R。求： （1）平行金属板C、D间的电压U； （2）沿金属板C、D中轴线运动的粒子在圆形磁场中运动的时间t； （3）QM边上有粒子穿出的长度与MN边上有粒子穿出的长度。 【答案】（1） （2） （3）， 【解析】 【小问1详解】 因为粒子进入圆形区域经磁场偏转后均过点A，则粒子在圆形磁场中运动的半径与磁场的半径相等，根据牛顿第二定律可得 解得 粒子在金属板间做直线运动，所以电场力等于洛伦兹力，则 解得 【小问2详解】 沿金属板C、D中轴线运动的粒子从射出金属板到运动至A点的轨迹如图 由几何关系可得，在圆形磁场中做圆周运动的圆心角为 则粒子在圆形磁场中运动的时间为 且粒子在圆形磁场中运动的周期为 解得 【小问3详解】 分析带负电粒子流的运动轨迹可知，QM边上有粒子穿出的长度为线段EG的长度，MN边上有粒子穿出的长度为线段HF的长度，如图所示 由几何关系可知， QM边上有粒子穿出的长度为 MN边上有粒子穿出的长度为 19. 电磁制动是通过电磁规律实现制动的技术，具有响应速度快，方便控制，不易磨损等优点，广泛用于现代各种机械设备中。某学习小组对矩形线圈进入磁场的制动特点进行研究。如图甲所示是位于光滑水平桌面上的直角坐标系，在的一侧，存在匀强磁场，磁场方向垂直平面向里，磁感应强度的大小为。在水平面区域有矩形线框，边长分别为和，每个边电阻为0，每个边电阻为，线框初速度沿轴正方向。若矩形线框受力，其形变可忽略不计。 （1）研究小组发现线框进入磁场区域速度会逐渐变小。实验中小组成员给线框施加外力，使线框保持初速度大小和方向不变，匀速进入磁场区域，求此线框进入磁场全过程中外力做的功； （2）研究小组对线框进行改造，3个题干所述矩形线框，其中1个线框保持不变，其余2个线框各去掉一个边，如图乙所示焊接在一起。若要改造后大金属框能够整体进入题述磁场区域，求初速度大小的最小值。已知该大线框整体质量为，忽略自感效应； （3）研究小组对线框制动的另一改造设想为降低环境温度，使单个线框始终保持超导状态。若给线框初速度，线框沿轴正方向减速，边未全部进入磁场区域即减速为0。已知单个线框质量为，自感系数为。求此线框边进入磁场到减速为0所用时间。（提示：超导状态线圈电阻为零，自感电动势与动生电动势等大反向，即整个回路有：。） 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 线框进入磁场切割磁感线，产生的电动势大小为 线框中的电流大小 外力所做的功转化为焦耳热 【小问2详解】 在第一个边进入磁场的过程中，设第一个线框完全进入后的速度大小为 ，，其中 在第二个边进入磁场的过程中，设第二个线框完全进入后的速度大小为 ，，其中 在第三个边进入磁场的过程中，设第三个线框完全进入后的速度大小为，当取最小值时 ，，其中 由上述分析可知 解得 【小问3详解】 由自感电动势与动生电动势等大反向可知 在时间内 即 可得 线框所受安培力为 故线框所受合外力与位移成正比，且方向与位移方向相反，则线框做简谐运动 由简谐运动周期公式可得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 大庆实验中学2024级高二上学期期末考试 物理学科试题 说明： 1，请将答案填涂在答题卡的指定区域内。 2．满分100分，考试时间90分钟。 一、选择题（本题共14小题，共47分。在每小题给出的四个选项中，第1~9题只有一项符合题目要求，每小题3分；第10~14题有多项符合题目要求，每小题4分，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。） 1. 在物理学中，有些物理量是矢量、有些物理量是标量、矢量相加时遵从平行四边形定则，标量相加时遵从算术法则。下列四组物理量中，均为矢量的是（　　） A 电场强度，磁感应强度 B. 电动势，磁通量 C. 电流，电压 D. 电功，电功率 2. 如图所示，通有恒定电流的长直导线MN放在矩形绝缘线框ABCD上，长直导线与AD平行，与AB、CD的接触点分别为P、Q，APQD的面积是PBCQ面积的一半，整个线框的磁通量大小为，矩形PBCQ中的磁通量大小为，矩形APQD中的磁通量大小为，则下列判断正确的是（　　） A. B. C. D. 将直导线向右平移一小段距离，线框中磁通量增大 3. 如图所示，真空内存在向右的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小为，磁感应强度大小为。电荷量为的正离子在此电场和磁场中运动，某时刻其速度平行于磁场方向的分量大小为，垂直于磁场方向的分量大小为，下列说法错误的是（　　） A. 电场力的瞬时功率为 B. 该离子受到的洛伦兹力大小为 C. 与的比值保持不变 D. 该离子的加速度大小保持不变 4. 在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器。闭合开关S，将R2的滑动触点从a端向b端移动过程中，电流表示数为I，电压表V1和V2的示数分别为U1和U2，∆I、∆U1和∆U2分别表示此过程中电流表示数、电压表示数变化量的绝对值。下列说法中正确的是（　　） A. 电阻R1、R3功率都变大 B. 、的大小均不变 C. 若R1>r，电源的输出功率变小 D. 5. 某学习小组设计了一台电磁滑梯装置，简化模型如图所示。足够长倾角为的光滑绝缘斜面上分布着间隔均匀的水平平行磁场带，内有磁感应强度均为，方向垂直斜面向下的匀强磁场，每个磁场带的宽度及相邻磁场带间隔均为。现将一个质量为，电阻为，边长为的正方形金属线框从斜面某处静止释放，已知重力加速度为，则下滑过程中，下列说法正确的是（ ） A. 线框重力做功等于其动能增加、安培力做功、电热能之和 B. 线框加速度随时间均匀减小 C. 线框匀速时的速度大小 D. 若线框从静止到速度为的过程中所用时间为，则正、反向通过导线横截面的电荷量之和 6. 一水平放置的光滑长半圆槽内有两根通以反向电流的水平长直平行导体棒，导体棒1固定于最低点处，可自由移动的导体棒2恰好处于静止状态（正视图如图所示）。已知导体棒1在导体棒2处产生的磁感应强度大小满足关系式（为常数，为两导体棒间距离，为导体棒1中电流强度），若缓慢增大导体棒2中电流强度，则将（ ） A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 无法确定 7. 如图甲所示，左侧接有定值电阻R=1.5Ω的水平平行且足够长的光滑导轨处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=1T，导轨间距L=1m。一质量m=1kg、接入电路的阻值r=0.5Ω的金属棒在拉力F的作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动，金属棒的v-x图像如图乙所示。若金属棒与导轨垂直且接触良好，导轨电阻不计，取g=10m/s2，则金属棒从静止开始向右运动位移x=1m的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 通过电阻R的电荷量为0.25C B. 金属棒克服安培力做功为0.5J C. 电阻R产生的焦耳热为0.125J D. 金属棒做加速度减小的变加速运动 8. 如图所示，水平面内ab和cd是两条平行放置的足够长的固定粗糙金属直导轨，MN和M′N′是两根用细线连接的金属杆，其质量分别为2kg和1kg，两杆与导轨间的动摩擦因数相同。开始时恒定水平外力F作用在杆MN上，使两杆以大小为4m/s的速度水平向右匀速运动。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨所在平面垂直，导轨电阻可忽略。在t=0时刻将细线烧断，保持外力F不变，金属杆和导轨始终接触良好，已知在t=t0时刻后杆MN速度大小为5m/s并保持不变，且在0~t0时间内两杆速度方向始终向右，下列说法正确的是（　　） A. 细线烧断后，流经MN的电流方向为由M到N B. M′N′稳定后的速度大小为3m/s C. 0~t0时间内MN和M′N′的位移大小之比大于3∶2 D. 整个过程中系统动能变化量的大小等于整个系统产生的焦耳热 9. 现代科学仪器常用电场、磁场控制带电粒子的运动。真空中存在着如图所示的多层紧密相邻的匀强电场和匀强磁场，电场和磁场的宽度都相同，长度足够长。电场强度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。电场、磁场的边界互相平行且与电场方向垂直。一个带正电的粒子在第1层左侧边界某处由静止释放，不计粒子的重力及运动时的电磁辐射。已知粒子从第4层磁场右侧边界穿出时，速度的方向与水平方向的夹角为30°。若保证粒子不能从第n层磁场右边界穿出，至少为（　　） A. 12 B. 16 C. 20 D. 24 二、多选题 10. 以下四幅图片中：图甲是励磁线圈应用；图乙是回旋加速器工作原理示意图；图丙是多级直线加速器的原理示意图；图丁是质谱仪原理图，下列说法中正确的是（　　） A. 图甲中，通过励磁线圈电流越大，电子的运动径迹半径越小 B. 图乙中，电场进行偏转，磁场进行加速 C. 图丙中，多级直线加速器一定比回旋加速器更有优势 D. 图丁中，粒子打在上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大 11. 如图所示，纸面为竖直面，MN为竖直线段，MN之间的距离为h，空间存在平行于纸面的足够宽广的匀强电场，其大小和方向均未知（图中未画出）。一带电量为q（q>0），质量为m的小球从M点在纸面内以的速度水平向左开始运动，以后恰好以大小为v=2v0的速度通过N点。已知重力加速度为g，不计空气阻力。则（　　） A. B. 小球经过N点时速度方向一定与水平向右的方向成60° C. 电场强度方向有可能斜向右上 D. 小球在运动过程中的最小速度为 12. 如图所示，ABCD—MNPQ是正方体，在顶点A、P分别固定电荷量为的点电荷，在顶点M点固定电荷量为+2q的点电荷，则下列说法正确的是（　　） A. 立方体内电势为零区域为一条线 B. 立方体内电势为零区域为一个平面 C. 将一个负的点电荷从B点移到Q点，电场力做正功 D. B、D两点电场强度相同 13. 如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。M为磁场边界上一点，有无数个带电量为，质量为m的相同粒子（不计重力及粒子间相互作用）在纸面内向各个方向以相同的速率通过M点进入磁场，在磁场中运动时间最长的粒子运动时间为。N为磁场边界上的另一个点，。下列说法正确的是（　　） A. 粒子从M点进入磁场时的速率为 B. 若将磁感应强度大小增加到2B，从N点离开磁场的粒子速度沿半径方向 C. 若将磁感应强度的大小增加到，所有粒子出射磁场边界的位置均处于劣弧MN上 D. 若将磁感应强度的大小增加到，从N点离开磁场的粒子运动时间 14. 如图所示，两条足够长的光滑平行导轨MN，水平放置，导轨间距为L=1m，电阻不计，两导体棒a、b静置于导轨上，导体棒a的电阻不计，b棒的阻值为R=1Ω，单刀双掷开关1接电容为C=0.5F的电容器上，初始状态，电容器不带电。电容器的右侧有垂直纸面向里的匀强磁场，电容器左侧有垂直纸面向外的匀强磁场，导体棒a通过细线跨过光滑滑轮与竖直悬挂的重物A相连，已知重物A、两导体棒a、b三者的质量均为m=1kg。现将开关S置于1位置，释放重物A，同时开始计时，时断开开关S，时将开关S置于2位置，导体棒b开始运动；时刻两导体棒的加速度大小相等。重力加速度，则下列说法正确的是（　　） A. 时刻导体棒a的速度为 B. 时刻导体棒a的速度为 C. 时刻导体棒a的加速度为 D. 时刻回路消耗的热功率为25W 二、非选择题（本题共5小题，共53分。） 15. 某实验小组设计了如下实验测量自来水的电阻率。实验器材有：绝缘性能良好的塑料圆柱形容器、金属探针、金属圆片、游标卡尺、电源、电压表、电流表等。 （1）先用游标卡尺测量塑料圆柱形容器的内径，结果如图甲所示，该读数_____。 （2）将采集的水样装入容器内。容器顶部等间距插有金属探针，两端用金属圆片密封（探针和圆片电阻均可忽略不计）。按图乙连接电路，将电压表与任意两探针相连，连接的两探针间距离记为。 （3）闭合开关，调节电阻箱阻值，使得电流表示数，读出电压表示数，断开开关 （4）改变，重复步骤（3），测得多组数据，作出图像如图丙中①所示，得到直线的斜率为，则水样电阻率的表达式_____（用，，，表示），根据图像计算得出该水样的电阻率为_____（取3.14，结果保留两位有效数字）。 （5）给水样升温后，重复测量，作出图像如图丙中②所示，实验结果表明，温度越高，水样的电阻率越_____（填“大”或“小”）。 16. 某实验小组设计了如图甲所示的实验电路，来测量电源的电动势和内阻，实验器材有：待测电源，阻值为R0的定值电阻，内阻可忽略的电流表，总阻值为R0且阻值均匀的四分之一圆形变阻器，变阻器上有可指示滑片转过角度θ的刻度盘，开关、导线若干。回答下列问题： （1）闭合开关，滑片在顺时针转动的过程中，电流表示数_______（填“变大”或“变小”），电路消耗的总功率____（填“变大”或“变小”）。 （2）在实验中转动滑片，改变角度θ（弧度制），测量通过定值电阻R0的电流I，以为纵坐标，为横坐标，作出图像如图乙所示，已知图像的斜率为k，纵截距为b，则电源的电动势为E=_____。（用k、b、R。表示） （3）若时变阻器消耗的功率最大，则k和b应满足的关系式为b=___________。 17. 如图，光滑绝缘半球处在水平向右的匀强电场中，球心为。将带电量均为的小球、置于其内，平衡时，两球处于同一水平线上，且与垂直。已知球质量为，球质量为，重力加速度大小为，求两小球之间的库仑力大小和匀强电场的电场强度大小。 18. 如图所示，平行金属板C、D间存在匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，半径为R的圆形区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，矩形PQMN区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，三处磁场的磁感应强度大小均为B。金属板D的延长线过圆形区域的圆心O，金属板C的延长线、两金属板右边缘连线均与圆形区域相切，PN边与圆形区域在PN边的中点A处相切。一束宽度与平行金属板间距相等、比荷均为k的带负电粒子流（不计重力）从金属板左侧以水平向右的速度射入金属板间，恰能在金属板间做直线运动，进入圆形区域经磁场偏转后均过点A。已知PN=R，PQ=R。求： （1）平行金属板C、D间的电压U； （2）沿金属板C、D中轴线运动的粒子在圆形磁场中运动的时间t； （3）QM边上有粒子穿出的长度与MN边上有粒子穿出的长度。 19. 电磁制动是通过电磁规律实现制动的技术，具有响应速度快，方便控制，不易磨损等优点，广泛用于现代各种机械设备中。某学习小组对矩形线圈进入磁场的制动特点进行研究。如图甲所示是位于光滑水平桌面上的直角坐标系，在的一侧，存在匀强磁场，磁场方向垂直平面向里，磁感应强度的大小为。在水平面区域有矩形线框，边长分别为和，每个边电阻为0，每个边电阻为，线框初速度沿轴正方向。若矩形线框受力，其形变可忽略不计。 （1）研究小组发现线框进入磁场区域速度会逐渐变小。实验中小组成员给线框施加外力，使线框保持初速度大小和方向不变，匀速进入磁场区域，求此线框进入磁场全过程中外力做的功； （2）研究小组对线框进行改造，3个题干所述矩形线框，其中1个线框保持不变，其余2个线框各去掉一个边，如图乙所示焊接在一起。若要改造后大金属框能够整体进入题述磁场区域，求初速度大小的最小值。已知该大线框整体质量为，忽略自感效应； （3）研究小组对线框制动的另一改造设想为降低环境温度，使单个线框始终保持超导状态。若给线框初速度，线框沿轴正方向减速，边未全部进入磁场区域即减速为0。已知单个线框质量为，自感系数为。求此线框边进入磁场到减速为0所用时间。（提示：超导状态线圈电阻为零，自感电动势与动生电动势等大反向，即整个回路有：。） 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $