精品解析：上海市复旦大学附属中学2024-2025学年高二上学期期末等级性考试物理试卷

复旦大学附属中学2024学年第一学期高二年级 物理期末等级性考试试卷 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，务必在答题纸上填涂姓名、学号。每题作答必须写在答题纸上规定的位置上，在试卷上作答一律不得分。 3．未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。 4．可以使用计算器。 电感线圈 电感线圈（电感器）和电容器都是电子学与电气工程中的基础元件，在许多电子设备和系统中都有广泛应用。 如图所示，电路为用电感线圈演示自感现象的实验电路。实验时，先闭合开关S，电路达到稳定后，设通过线圈L的电流为I1，通过小灯泡L2的电流为I2。小灯泡L1、L2均处于正常发光状态。请回答以下1，2两题。 1. 在S闭合瞬间，线圈L的电流的变化情况是（　　） A. 逐渐变大 B. 逐渐变小 C. 保持不变 2. S断开瞬间，以下说法正确的是（　　） A. 小灯泡L2立即熄灭 B. 流经小灯泡L2中的电流由I2逐渐减为零 C. 流经小灯泡L2中的电流由I1逐渐减为零 3. 收音机里接收电路由接收天线和一个LC振荡电路组成，当把收音机的调谐电路的频率调到756kHz时，某无线电波在收音机中激起的感应电流最强，此波波长是_______m，无线电波是__________（选填“纵波”或“横波”）。 4. 在如图所示的LC振荡电路中，某时刻电容器上下极板带电情况和线圈L中的磁场方向如图所示，则此时（　　） A. 线圈中的自感电动势在增大 B. 电容器两端电压正在减小 C. 磁场能正在转化为电场能 D. 减小电容器的电容，可以减弱振荡电路向外界辐射能量的本领 家庭用电的输送 通过变压器人类实现了从发电厂发电输电到远距离的用户。我国生活用电的是220V正弦交流电，频率为50Hz，而有些国家交流电电压是110V，频率为60Hz。 5. 我国生活用电的周期T=________，电流方向一个周期内改变_________次。 6. 如图所示，不计电阻的矩形线圈100匝，在匀强磁场中绕垂直磁场的轴线逆时针匀速转动，产生的电动势瞬时值，线圈通过滑环电刷外接一只电阻为100Ω的灯泡。此灯泡消耗的电功率为________，当线圈转到图示的水平位置与磁场平行，俯视看线圈，线圈中的电流方向为__________时针，此时穿过线圈的磁通量的变化率为________Wb/s。 7. 小王同学用变压器替换灯泡，变压器原线圈匝数n=110匝，副线圈匝数n=10匝，他在多用表交流档测副线圈的电压前，用所学的公式算出电压为_________。实际测得电压为17.5V，测量和实验操作无误，可能的原因是变压器_____________（写出两种具体的影响因素）。 8. 若将阻值为100Ω的灯泡通以如图所示的交流电，则该元件的发热功率为（　　） A. 121W B. 302.5W C. 484W D. 605W 9. 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P损=___________； （2）简要说明，为什么远距离输电需要采用高压输电？________________________。 10. 小明同学按如图电路将长导线卷A、B来模拟输电线路，电源的输出电压恒定，导线卷的电阻不变。其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，忽略导线的自感作用。两次实验中使用的灯泡电阻不同，第二次灯泡的电阻较小，在两次实验中（　　） A. 都接直流电源 B. A两端的电压相等 C. 第二次电源输出功率较大 D. 第二次灯泡的电压增大 霍尔效应 1879年，美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形裁面的载流导体时，在垂直于电流方向上出现了电势差。这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。根据霍尔效应用半导体材料制成的元件叫霍尔元件，它可将许多非电、非磁的物理量转变成电学量来进行检测和控制，在自动化生产等技术领域具有广泛应用。 某型号霍尔元件的主要部分由一块长为L、厚度为d的长方形半导体薄片构成，CD间通有恒定电流。放入方向如图所示的匀强磁场。请回答下题。 11. 若移动电荷为电子，半导体的M面的电势_________N面的电势。 A. 高于 B. 低于 12. 在电子积聚一侧的对侧会同时积累等量的正电荷，从而在薄片中形成一个电场，当电子受力平衡时，电场可视作匀强电场。已知恒定电流I，匀强磁场磁感应强度B，该导体板单位体积中自由电子的个数为n，电子电荷量为e。求两侧的电势差的大小UH。 13. 若通电电流和磁场都不变，仅将电极N沿CD方向平移至N′，则电压UH的数值将______。 A. 变大 B. 变小 C. 不变 14. 利用霍尔元件构成的磁传感器可将_________变化转化为两侧的电势差变化，并加以测量。如图1所示，将这种磁传感器固定在自行车的车架上，并在车轮辐条上固定强磁铁，当车轮转动时，磁铁每次经过传感器都会在元件两侧产生一次电势差变化。某次行驶时磁传感器测得的UH-t图像如图2所示。若要获得自行车的平均速率，请写出还需要测量的物理量：___________，则自行车的平均速率可表示为：__________。 电磁感应的应用 电磁感应的应用非常广泛，比如电磁炉加热，汽车刹车的电磁制动，航母福建舰采用的电磁阻拦技术等。 15. 在国际单位制中，磁通量的国际单位是________，它用基本单位可表示为____________。 16. 如图所示，磁铁挂在一根上端固定的轻质弹簧下面，使磁铁从某高度下落它在竖直方向上下振动。现在磁铁下方竖直放一螺线管，开关断开时，由于空气阻力很小，磁铁的振动幅度几乎保持不变，线圈中________感应电动势。 A．有 B.无 C.无法确定 17. 开关S闭合时，电磁阻尼使磁铁的振动很快停止，在此过程有________能转化成________能。 18. 有人模拟设计电磁辅助减震系统，可等效简化为如图所示（俯视）的装置，减震线圈由10个相互绝缘的独立金属环组成，减震线圈处于辐射状的水平磁场中一起运动。若某时刻测得线圈内有逆时针方向且正在减小的感应电流，则图中线圈此时在竖直方向做_______________运动。已知每个减震线圈质量为0.05kg、周长为0.5m、电阻为0.04Ω，线圈所处磁场的磁感应强度大小为0.2T。以竖直向下为正方向，当整个线圈的加速度大小为1m/s2时其速度v=__________m/s。（重力加速度g取10m/s2） 19. 某航母的舰载机着舰时电磁阻拦技术的基本原理如图所示，平行导轨MN与PQ间距L=50m，电阻不计，MP间接有阻值R=10Ω的电阻。某舰载机质量M=2.5×104kg，金属棒ab质量m=5×103kg，电阻也为R=10Ω，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度B=5T。某次测试，舰载机以水平初速度通过绝缘阻拦索迅速钩住轨道上的金属棒后，立即关闭动力系统经短时间获得共同速度v=50m/s，以后在磁场中一起减速滑行至停下。若舰载机和金属棒一起减速滑行了x=60m后停下，在一起减速过程中除安培力外舰载机克服其它恒定阻力做功为1.5×106J。从舰载机与金属棒共速到它们停下来的过程中： （1）分析舰载机与金属棒它们在此过程的运动情况； （2）求此过程中恒定阻力的大小以及回路中产生的焦耳热； （3）求它们停下来所经历的时间。 电场中粒子的运动 利用电场可以控制带电粒子运动，可以使它直线加减速运动，也可以使杜子发生偏转。 20. 某装置用电场控制带电粒子运动，工作原理如图所示。矩形ABCD区域内存在多层紧邻的匀强电场，每层的高度均为d，电场强度大小均为E，方向沿竖直方向按图示交替变化，AB边长为12d，BC边长为8d。质量为m、电荷量为-q的粒子流从装置左端中点О射入电场，入射角为θ（未知）。粒子在纸面内运动，不计粒子重力及粒子间的相互作用力。 （1）当粒子以一定的初速度水平射入（θ=0），恰好从F点（在O'点正下方间距为d）射出、粒子做__________（选填“直线”或“曲线”）运动，电场力做________功，电势能__________； （2）求（1）问中粒子的加速度a以及它通过电场的时间t、初速度v； （3）当粒子更换成正电荷，电荷量为+q，射入初动能为，粒子在入射角θ为~范围内均匀射入电场时，求从CD边出射的粒子与入射粒子的数量之比N′：N。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 复旦大学附属中学2024学年第一学期高二年级 物理期末等级性考试试卷 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，务必在答题纸上填涂姓名、学号。每题作答必须写在答题纸上规定的位置上，在试卷上作答一律不得分。 3．未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。 4．可以使用计算器。 电感线圈 电感线圈（电感器）和电容器都是电子学与电气工程中的基础元件，在许多电子设备和系统中都有广泛应用。 如图所示，电路为用电感线圈演示自感现象的实验电路。实验时，先闭合开关S，电路达到稳定后，设通过线圈L的电流为I1，通过小灯泡L2的电流为I2。小灯泡L1、L2均处于正常发光状态。请回答以下1，2两题。 1. 在S闭合瞬间，线圈L的电流的变化情况是（　　） A. 逐渐变大 B. 逐渐变小 C. 保持不变 2. S断开瞬间，以下说法正确的是（　　） A. 小灯泡L2立即熄灭 B. 流经小灯泡L2中的电流由I2逐渐减为零 C. 流经小灯泡L2中的电流由I1逐渐减为零 【答案】1. A 2. C 【解析】 【1题详解】 在S闭合瞬间，线圈L的电流的将逐渐增加，由于线圈中产生自感电动势，使L中电流增加的速度减小；故选A。 【2题详解】 S断开瞬间，流经小灯泡L2中的原来的电流I2立刻减为零；由于线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，使得通过线圈的电流从I1逐渐减小，该电流在线圈和灯泡L2中重新组成回路，使得流经小灯泡L2中的电流由I1逐渐减为零，小灯泡L2逐渐熄灭，故选C。 3. 收音机里接收电路由接收天线和一个LC振荡电路组成，当把收音机的调谐电路的频率调到756kHz时，某无线电波在收音机中激起的感应电流最强，此波波长是_______m，无线电波是__________（选填“纵波”或“横波”）。 4. 在如图所示的LC振荡电路中，某时刻电容器上下极板带电情况和线圈L中的磁场方向如图所示，则此时（　　） A. 线圈中的自感电动势在增大 B. 电容器两端电压正在减小 C. 磁场能正在转化为电场能 D. 减小电容器的电容，可以减弱振荡电路向外界辐射能量的本领 【答案】3. ①. 396.8 ②. 横波 4. B 【解析】 【3题详解】 [1]当把收音机的调谐电路的频率调到756kHz时，无线电波在收音机中激起的感应电流最强，则无线电波的频率为756kHz，根据 [2]无线电波是横波。 【4题详解】 AB．根据线圈中的磁场方向，由安培定则可知，电路中的电流是逆时针方向，则电容器处于放电过程，电容器电荷量逐渐减小，所以电容器两端电压正在减小，由于放电过程电路中的电流慢慢增大，则线圈中的自感电动势在减小，则A错误，B正确； C．根据LC振荡电路中能量关系可知，此时电场能正在转化为磁场能，故C错误； D．增大电容器的电容，则电容器的容抗减小，可以减弱振荡电路向外界辐射能量的本领，故D错误。 故选B。 家庭用电的输送 通过变压器人类实现了从发电厂发电输电到远距离的用户。我国生活用电的是220V正弦交流电，频率为50Hz，而有些国家交流电电压是110V，频率为60Hz。 5. 我国生活用电的周期T=________，电流方向一个周期内改变_________次。 6. 如图所示，不计电阻的矩形线圈100匝，在匀强磁场中绕垂直磁场的轴线逆时针匀速转动，产生的电动势瞬时值，线圈通过滑环电刷外接一只电阻为100Ω的灯泡。此灯泡消耗的电功率为________，当线圈转到图示的水平位置与磁场平行，俯视看线圈，线圈中的电流方向为__________时针，此时穿过线圈的磁通量的变化率为________Wb/s。 7. 小王同学用变压器替换灯泡，变压器原线圈匝数n=110匝，副线圈匝数n=10匝，他在多用表交流档测副线圈的电压前，用所学的公式算出电压为_________。实际测得电压为17.5V，测量和实验操作无误，可能的原因是变压器_____________（写出两种具体的影响因素）。 8. 若将阻值为100Ω的灯泡通以如图所示的交流电，则该元件的发热功率为（　　） A. 121W B. 302.5W C. 484W D. 605W 9. 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P损=___________； （2）简要说明，为什么远距离输电需要采用高压输电？________________________。 10. 小明同学按如图电路将长导线卷A、B来模拟输电线路，电源的输出电压恒定，导线卷的电阻不变。其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，忽略导线的自感作用。两次实验中使用的灯泡电阻不同，第二次灯泡的电阻较小，在两次实验中（　　） A. 都接直流电源 B. A两端的电压相等 C. 第二次电源输出功率较大 D. 第二次灯泡的电压增大 【答案】5. ①. 0.02s ②. 2 6. ①. 484W ②. 逆时针 ③. 7. ①. 20V ②. 变压器不是理想变压器，存在磁损、铜损和铁损 8. B 9. ①. ②. 采用高压输电，即U较大，则P损减小 10. C 【解析】 【5题详解】 [1]我国生活用电的周期为 [2]电流方向在一个周期内改变两次。 【6题详解】 [1]根据闭合电路欧姆定律可得 所以灯泡消耗的电功率为 [2]当线圈转到图示的水平位置与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，根据楞次定律可知，俯视看线圈，线圈中的电流方向为逆时针方向； [3]根据法拉第电磁感应定律有 【7题详解】 [1]根据原副线圈电压与匝数的关系 可得 [2]实际测得电压为17.5V，测量和实验操作无误，可能的原因是变压器不是理想变压器，存在磁损、铜损和铁损。 【8题详解】 设电压的有效值为U，则 解得 所以该元件的发热功率为 故选B。 【9题详解】 [1]根据电阻定律可得，输电线的总电阻为 输电电流为 所以输电线上损耗的功率为 [2]由以上分析可知，若采用高压输电，即U较大，则P损减小，所以远距离输电应采用高压输电方式。 【10题详解】 A．电源必须接交流电源，否则变压器将不能工作，输电线中没有电流，故A错误； BCD．由于电源的输出电压恒定，导线卷的电阻不变，则升压变压器的输出电压U2不变，根据 可知，U1不变，U2不变，R线不变，RA不变，R灯减小，则I2增大，I1增大，则A两端的电压增大，电源输出功率增大，灯泡的电压减小，故BD错误，C正确。 故选C。 霍尔效应 1879年，美国物理学家霍尔观察到，在匀强磁场中放置一个矩形裁面的载流导体时，在垂直于电流方向上出现了电势差。这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。根据霍尔效应用半导体材料制成的元件叫霍尔元件，它可将许多非电、非磁的物理量转变成电学量来进行检测和控制，在自动化生产等技术领域具有广泛应用。 某型号霍尔元件的主要部分由一块长为L、厚度为d的长方形半导体薄片构成，CD间通有恒定电流。放入方向如图所示的匀强磁场。请回答下题。 11. 若移动电荷为电子，半导体的M面的电势_________N面的电势。 A. 高于 B. 低于 12. 在电子积聚一侧的对侧会同时积累等量的正电荷，从而在薄片中形成一个电场，当电子受力平衡时，电场可视作匀强电场。已知恒定电流I，匀强磁场磁感应强度B，该导体板单位体积中自由电子的个数为n，电子电荷量为e。求两侧的电势差的大小UH。 13. 若通电电流和磁场都不变，仅将电极N沿CD方向平移至N′，则电压UH的数值将______。 A. 变大 B. 变小 C. 不变 14. 利用霍尔元件构成的磁传感器可将_________变化转化为两侧的电势差变化，并加以测量。如图1所示，将这种磁传感器固定在自行车的车架上，并在车轮辐条上固定强磁铁，当车轮转动时，磁铁每次经过传感器都会在元件两侧产生一次电势差变化。某次行驶时磁传感器测得的UH-t图像如图2所示。若要获得自行车的平均速率，请写出还需要测量的物理量：___________，则自行车的平均速率可表示为：__________。 【答案】11. A 12. 13. C 14. ①. 磁感应强度变化 ②. 车轮半径R ③. 【解析】 【11题详解】 若移动电荷为电子，根据左手定则可知，电子受到向左的洛伦兹力，电子将打到N面，则半导体的M面的电势高于N面的电势。 故选A。 【12题详解】 电子受力平衡时，则 联立可得 【13题详解】 由以上分析可知，若通电电流和磁场都不变，仅将电极N沿CD方向平移至N′，则电压UH的数值将不变。 故选C。 【14题详解】 [1]利用霍尔元件构成的磁传感器可将磁感应强度变化转化为两侧的电势差变化； [2] 测量相邻两次电势差最大值之间的时间间隔以及车轮半径R，即可测得自行车的平均速率大小，由图可获得时间间隔，所以还需要测量的量为车轮半径R； [3]自行车车轮的周长与转动一周所用时间的比值即为自行车运动时的平均速率大小，其平均速率测量公式为 电磁感应的应用 电磁感应的应用非常广泛，比如电磁炉加热，汽车刹车的电磁制动，航母福建舰采用的电磁阻拦技术等。 15. 在国际单位制中，磁通量的国际单位是________，它用基本单位可表示为____________。 16. 如图所示，磁铁挂在一根上端固定的轻质弹簧下面，使磁铁从某高度下落它在竖直方向上下振动。现在磁铁下方竖直放一螺线管，开关断开时，由于空气阻力很小，磁铁的振动幅度几乎保持不变，线圈中________感应电动势。 A．有 B.无 C.无法确定 17. 开关S闭合时，电磁阻尼使磁铁的振动很快停止，在此过程有________能转化成________能。 18. 有人模拟设计电磁辅助减震系统，可等效简化为如图所示（俯视）的装置，减震线圈由10个相互绝缘的独立金属环组成，减震线圈处于辐射状的水平磁场中一起运动。若某时刻测得线圈内有逆时针方向且正在减小的感应电流，则图中线圈此时在竖直方向做_______________运动。已知每个减震线圈质量为0.05kg、周长为0.5m、电阻为0.04Ω，线圈所处磁场的磁感应强度大小为0.2T。以竖直向下为正方向，当整个线圈的加速度大小为1m/s2时其速度v=__________m/s。（重力加速度g取10m/s2） 【答案】15. ①. 韦伯（Wb） ②. 16. A 17. ①. 机械能 ②. 内能 18. ①. 向上减速 ②. 1.8 【解析】 【15题详解】 [1]在国际单位制中，磁通量的国际单位是韦伯（Wb）； [2]根据 可得 【16题详解】 由于磁铁上下振动过程中穿过线圈的磁通量不断变化，所以线圈中会产生感应电动势。 故选A。 【17题详解】 [1][2]开关S闭合时，电磁阻尼使磁铁的振动很快停止，在此过程磁铁的机械能转化为线圈产生的内能。 【18题详解】 [1]线圈内有逆时针方向的电流，由右手定则可知，线圈向上运动，感应电流减小，根据 可知，线圈应向上做减速运动； [2]根据安培力的计算公式可得 以竖直向下为正方向，根据牛顿第二定律可得 代入数据解得 19. 某航母的舰载机着舰时电磁阻拦技术的基本原理如图所示，平行导轨MN与PQ间距L=50m，电阻不计，MP间接有阻值R=10Ω的电阻。某舰载机质量M=2.5×104kg，金属棒ab质量m=5×103kg，电阻也为R=10Ω，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度B=5T。某次测试，舰载机以水平初速度通过绝缘阻拦索迅速钩住轨道上的金属棒后，立即关闭动力系统经短时间获得共同速度v=50m/s，以后在磁场中一起减速滑行至停下。若舰载机和金属棒一起减速滑行了x=60m后停下，在一起减速过程中除安培力外舰载机克服其它恒定阻力做功为1.5×106J。从舰载机与金属棒共速到它们停下来的过程中： （1）分析舰载机与金属棒它们在此过程的运动情况； （2）求此过程中恒定阻力的大小以及回路中产生的焦耳热； （3）求它们停下来所经历的时间。 【答案】（1）舰载机与金属棒它们在此过程做加速度减小的减速运动 （2）N；J （3）52.5s 【解析】 【小问1详解】 根据法拉第电磁感应定律结合欧姆定律有 根据牛顿第二定律有 则有 舰载机与金属棒它们在此过程做加速度减小的减速运动。 【小问2详解】 根据做功公式有 解得 N 舰载机与金属棒共速到它们停下来的过程中，根据功能关系得 其中 解得 J 【小问3详解】 舰载机与金属棒共速到它们停下来的过程中，根据动量定理得 安培力为 通过金属棒得电荷量为 解得 s 电场中粒子的运动 利用电场可以控制带电粒子运动，可以使它直线加减速运动，也可以使杜子发生偏转。 20. 某装置用电场控制带电粒子运动，工作原理如图所示。矩形ABCD区域内存在多层紧邻的匀强电场，每层的高度均为d，电场强度大小均为E，方向沿竖直方向按图示交替变化，AB边长为12d，BC边长为8d。质量为m、电荷量为-q的粒子流从装置左端中点О射入电场，入射角为θ（未知）。粒子在纸面内运动，不计粒子重力及粒子间的相互作用力。 （1）当粒子以一定的初速度水平射入（θ=0），恰好从F点（在O'点正下方间距为d）射出、粒子做__________（选填“直线”或“曲线”）运动，电场力做________功，电势能__________； （2）求（1）问中粒子的加速度a以及它通过电场的时间t、初速度v； （3）当粒子更换成正电荷，电荷量为+q，射入初动能为，粒子在入射角θ为~范围内均匀射入电场时，求从CD边出射的粒子与入射粒子的数量之比N′：N。 【答案】（1） ①. 曲线 ②. 正功 ③. 减小 （2），， （3） 【解析】 【小问1详解】 [1][2][3]当粒子以一定的初速度水平射入（θ=0），恰好从F点（在O'点正下方间距为d）射出，粒子受到向下的电场力，做类平抛运动，即粒子做曲线运动，电场力对粒子做正功，电势能减小； 【小问2详解】 由于粒子做类平抛运动，则 联立解得 ， 【小问3详解】 设粒子入射角为θ0时，粒子恰好从D点射出，由于粒子进入电场时，在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向反复做加速度大小相等的减速、加速运动，设粒子的初速度大小为v0，则 粒子运动的总时间为 粒子在沿电场方向、反复做加速度大小相等的减速、加速运动，则 则 则粒子在分层电场中运动时间相等，设为t0，则 代入数据化简可得 即 解得 或（舍去） 所以 则从CD边出射的粒子与入射粒子的数量之比为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $