广州市番禺区2023-2024学年上学期期末考试
高二物理科试题
本试卷分为选择题和非选择题两部分，共五页，满分100分。考试时间75分钟。
一、单选题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)
1．关于电磁波的发现及应用、能量量子化，下列说法正确的是（ ）
A．利用红外线的热效应能杀菌消毒，夜视仪利用了红外成像技术
B．X射线具有辐射性，可用来通信和广播
C．能量量子化指能量的连续性，微观粒子的能量值可以是任意值
D．普朗克提出了能量子假说，解决了黑体辐射的理论困难，提出了“量子”概念
2．有研究表明，当兴奋情绪传播时，在人的体表可以测出与之对应的电势变化。某一瞬间人体表面的电势分布图如图所示，图中实线为等差等势面，标在等势面上的数值分别表示该等势面的电势，、、、为等势面上的点，该电场可等效为两等量异种电荷产生的电场，、为两电荷连线上对称的两点，、为两电荷连线中垂线上对称的两点。下列说法中正确的是（ ）
A．点的电势大于点的电势
B．、两点的电场强度大小相等，方向相反
C．负电荷在点的电势能小于在点的电势能
D．将带正电的试探电荷从点移到点，电场力做负功
3．在磁感应强度为B0、竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根通电长直导线，电流的方向垂直纸面向里，如图所示，a、b、c、d是以直导线为圆心的圆周上的四点，c点的磁感应强度大小为0，则（ ）
A．a点的磁感应强度大小为0
B．d点的磁感应强度大小为2B0
C．b点的磁感应强度大小为B0
D．b、d两点的磁感应强度相同
4．根据磁场对电流有安培力作用的原理，人们研制出一种新型的发射炮弹的装置——电磁炮，其原理如图所示：间距为L的平行导轨水平放置，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源，带有可导电金属炮弹质量为m，垂直放在导轨上，电阻为R，导轨电阻不计。炮弹与导轨阻力忽略不计。则下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向应竖直向下
B．闭合开关瞬间，加速度的大小为
C．减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变大
D．若同时将电流方向和磁场方向反向，安培力方向也会反向
5．如图所示的电路中，E为电源，其内阻为r，V为理想电压表，L为阻值恒定的小灯泡，R1为定值电阻，R3为半导体材料制成的光敏电阻（光照越强，电阻越小），电容器两极板处于水平状态，闭合开关S，电容器中心P点有一带电油滴处于静止状态，电源负极接地。则下列说法正确的是（ ）
A．若将R2的滑片下移，电压表的示数增大
B．若光照变强，则油滴会向下运动
C．若光照变强，则灯泡变暗
D．若将电容器上极板上移，则P点电势升高
6．回旋加速器使人类对高能粒子的获得取得了跨越性的进步，图为一种改进后的回旋加速器示意图，A、C板间有电场，虚线（含A、C板）之外的D形盒区域有匀强磁场，粒子的运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．A、C间电场为交变电场
B．带电粒子每一次加速前后，速度增加量相同
C．粒子从离开A板到再次回到A板，其间被加速两次
D．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关
7．如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场。一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域，当速度大小为vb时，从b点离开磁场，在磁场中运动的时间为tb。当速度大小为vc时，从c点离开磁场，在磁场中运动的时间为tc，不计粒子重力。则（ ）
A．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝2∶1
B．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝1∶2
C．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝2∶1
D．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝1∶2
二、多选题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)
8．如右图所示，空间存在着垂直向里的匀强磁场B和竖直向上的匀强电场E，两个质量不同电量均为q的带电小球a和b从同一位置先后以相同的速度从场区左边水平进入磁场，其中a小球刚好做匀速圆周运动，b小球刚好沿直线向右运动。不计两小球之间库仑力的影响，重力加速度为则（ ）
A．a球一定带正电，b球可能带负电
B．a小球的质量等于
C．b小球的质量等于
D．a小球圆周运动的半径为
9．如图所示是法拉第圆盘发电机的示意图：铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘位于两磁极之间，圆盘平面与磁感线垂直。两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。从左往右看，铜盘沿顺时针方向匀速转动，CRD平面与铜盘平面垂直。如果圆盘的半径为r，匀速转动的周期为T，圆盘全部处在一个磁感应强度为B的匀强磁场之中。下列说法中正确的是（ ）
A．电阻R中电流方向向上
B．回路中有周期性变化的感应电流
C．圆盘转动产生的感应电动势为
D．若铜盘转速增大为原来的2倍，则R的电功率也将增大为原来的2倍
10．垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化，磁场方向取垂直纸面向里为正方向。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R=0.1Ω，边长l=0.2m，则下列说法正确的是（ ）
A．在t=0到t=0.1s时间内，金属框中的感应电动势为0.08V
B．在t=0.05s时，金属框ab边受到的安培力的大小为0.08N
C．在t=0.1s时，通过金属框ab横截面的电荷量为0.016C
D．在t=0到t=0.1s时间内，金属框中电流的电功率为0.064W
三、实验题
11．（6分）某同学测一节干电池的电动势和内阻，现备有下列器材。
A．被测干电池一节
B．电流表2：量程0～0.6A，内阻
C．电压表1：量程0～15V，内阻未知
D．电压表2：量程0～3V，内阻未知
E．滑动变阻器1：阻值范围为0～10Ω，允许通过最大电流2A
F．滑动变阻器2：阻值范围为0～100Ω，允许通过最大电流1A
G．开关、导线若干
（1）伏安法测电池电动势和内阻的实验，由于电流表和电压表内阻的影响，测量结果存在系统误差，在现有器材的条件下，要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。在上述器材中请选择适当的器材，电压表选择 ，滑动变阻器选择 。（填写器材前的字母）
（2）实验电路图应选择图 （填“甲”或“乙”）。
（3）根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的图像，则在修正了实验系统误差后，干电池的内阻 Ω。
（4）使用图乙电路图测得的电动势 真实值（填大于、等于或小于）。
12．（9分）某学生实验小组利用图甲所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“”挡内部电路的总电阻。使用的器材有：多用电表，电压表（量程5V，内阻十几千欧），滑动变阻器（最大阻值），导线若干。回答下列问题：
（1）旋动部件 （填“”或“”或“”），使指针对准电流的“0”刻线；
（2）将旋转到欧姆挡“”的位置；
（3）将插入“”“”插孔的两表笔短接，旋动部件 （填“”或“”或“”），使指针对准电阻的“0”刻线；随后将图甲中多用电表的黑表笔连接 端（填“1”或“2”）。
（4）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图乙所示，这时电压表的示数如图丙所示，多用电表和电压表的读数分别为 和 。
（5）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零，此时多用电表和电压表的读数分别为和。则电压表的内阻为 ，多用电表内电池的电动势为 。
四、解答题
13．（12分）如图所示的电路中，电源电动势E=12V，内阻r=1.0Ω，电动机的电阻R0=1.0 Ω，电阻R1=2.0 Ω。电动机正常工作时，理想电压表的示数U1=4.0 V，求：
（1）电源的输出功率；
（2）电动机转化为机械能的功率；
（3）若电动机被卡住不转了，它消耗的功率又是多少。
14．（13分）在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。2023年6月从中国电子科技集团有限公司获悉，该集团旗下中电科电子装备集团有限公司（简称电科装备）已实现国产离子注入机28纳米工艺制程全覆盖，有力保障我国集成电路制造行业在成熟制程领域的产业安全。如图所示是离子注入简化工作原理的示意图。静止于A处的离子，经电压为U的加速电场加速后，沿图中半径为R的虚线通过圆弧形静电分析器（静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场）后，从P点沿竖直方向进入半径为r的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面向外。该圆形磁场区域的直径PQ与竖直方向夹角为15°，经磁场偏转，离子最后垂直打在竖直放置的硅片上。已知离子的质量为m、电荷量为q，不计重力。求：
（1）离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小；
（2）静电分析器通道内虚线处电场强度的大小E；
（3）匀强磁场的磁感应强度B的大小。
15．（14分）如图所示，两根间距、电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角，导轨底端接有的定值电阻，导轨所在区域存在磁感应强度的匀强磁场，磁场方向垂直导轨平面向上。一质量、电阻的金属杆垂直于导轨放置，某时刻给金属杆一个沿斜面向上的恒力，使金属杆由静止开始运动时达到最大速度，重力加速度。求：
（1）金属杆获得的最大速度的大小和此时杆两端的 电势差；
（2）金属杆从静止到运动1.2m的过程中，通过电阻R的电荷量q和电阻R产生的焦耳热。
参考答案：
1．D
【解析】A．紫外线具有杀菌消毒的功能，红外线不具有该功能，故A错误；
B．X射线具有辐射性，不能用来通信和广播，故B错误；
C．能量量子化是指微观粒子的能量值只能是一个最小能量单位的整数倍，是不连续性，故C错误；
D．普朗克提出了能量子假说，不但解决了黑体辐射的理论困难，而且更重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学史上崭新的一页，故D正确。
故选D。
2．D
【解析】A．c、d两点位于同一条等势线上，则c点的电势等于d点的电势，故A错误；
B．该电势分布图可等效为等量异种电荷产生的，a、b为两电荷连线上对称的两点，根据等量异种电荷的电场的特点，可以判断、这两个对称点的电场强度大小相等、方向相同，故B错误；
C．负电荷在电势低的地方电势能大，所以负电荷在电势低的c点的电势能大于在电势高的a点的电势能，故C错误；
D．正电荷在电势高的地方电势能大，所以将带正电的试探电荷从电势低b点移到电势高d点，电场力做负功，电势能增加，故D正确。
故选D。
3．C
【解析】A．通电导线周围产生环形磁场，且距通电导线距离相等的位置处，由通电导线产生的磁场大小相等，则可知，a、b、c、d四点，由通电导线产生的磁场大小相等，根据安培定则可知，c点由通电导线产生的磁场方向竖直向下，而c点的磁感应强度大小为0，匀强磁场竖直向上且大小为，则可知由通电导线在a、b、c、d四点产生的磁场大小为，而a点由通电导线产生的磁场竖直向上，则可a点的磁感应强度大小为
方向竖直向上，故A错误；
B．由安培定则可知，d点处由通电导线产生的磁场方向水平向右，则d点处的合磁场
方向与水平方向的夹角为，斜向右上方，故B错误；
C．由安培定则可知，b点处由通电导线产生的磁场方向水平向左，则b点处的合磁场
方向与水平方向的夹角为，斜向左上方，故C错误；
D．根据以上分析可知，b、d两点的磁感应强度大小相同，方向不同，故D错误。
故选C。
4．B
【解析】A由图知炮弹向右加速，需受向右的安培力，根据左手定则可知，磁场方向应竖直向上，A错误；
B．闭合开关瞬间电流为
则安培力为
炮弹加速度为
故B正确；
C．根据安培力公式，即
可知，减小磁感应强度B的值，炮弹受到的安培力变小，C错误；
D．若同时将电流方向和磁场方向反向，根据左手定则可知，安培力方向不变，D错误。
故选B。
5．B
【解析】A．由于电容器在直流电路中相当于断路，所以当电路稳定时，相当于导线，将的滑片上移时，电压表的示数保持不变，故A错误；
BC．若光照变强，光敏电阻减小，总电阻变小，电流变大，则通过小灯泡的电流变大，灯泡变亮；
电容器两端电压为
I变大，则变小，即电容器两板间的电压变小，场强变小，油滴所受的电场力变小，因此油滴要向下极板运动，故B正确，C错误；
D．由于电路电阻不变，则电容器板间电压不变，若将电容器上极板上移，电容器两极板的距离增大，根据可知场强变小，而P点与下极板的距离不变，则P点与下极板的电势差减小，而电势下极板的电势始终为0，因此P点电势降低，故D错误。
故选B。
6．D
【解析】AC．带电粒子只有经过AC板间时被加速，即粒子从离开A板到再次回到A板，其间被加速一次，且板间电场方向保持不变，所以A、C间电场不是交变电场，故AC错误；
B．设带电粒子在AC板间被加速的加速度大小为，则有
由于AC板间距离保持不变，随着带电粒子被加速后每次经过AC板间的速度逐渐变大，带电粒子被加速的时间逐渐减小，则带电粒子每一次加速前后，速度增加量逐渐减小，故B错误；
D．当粒子从D形盒中出来时，速度最大，设D形盒半径为，则有
可得
可知加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关，故D正确。
故选D。
7．A
【解析】如图所示
设正六边形的边长为l，当带电粒子的速度大小为vb时，其圆心在a点，轨道半径
转过的圆心角
当带电粒子的速度大小为vc时，其圆心在O点（即fa、cb延长线的交点），故轨道半径
转过的圆心角
根据得
故
由得
所以两粒子在磁场中做圆周运动的周期相等，又因为，可得
A正确，BCD错误。
故选A。
8．BD
【解析】A．a小球刚好做匀速圆周运动，重力和电场力平衡，洛伦兹力提供向心力，所以
电场力方向竖直向上，则a球一定带正电，b小球刚好沿直线向右运动，如果b球带负电，电场力洛伦兹力均向下，重力也向下，不能平衡，无法做直线运动，所以b球带正电
故A错误；
B．根据A选项分析可知，a小球的质量等于
故B正确；
C．根据A选项分析可知，b小球的质量等于
故C错误；
D．a小球圆周运动的半径为
解得
故D正确。
故选BD。
9．AC
【解析】A．圆盘转动时，根据右手定则可知，圆盘电流方向由圆心流向边缘，则电阻R中电流方向向上，故A正确；
B．圆盘转动时，产生的感应电动势大小、方向均不变，则回路中的感应电流恒定不变，故B错误；
C．圆盘转动产生的感应电动势为
故C正确；
D．根据
若铜盘转速增大为原来的2倍，可知角速度增大为原来的2倍，感应电动势增大为原来的2倍，感应电流增大为原来的2倍，则R的电功率也将增大为原来的4倍，故D错误。
故选AC。
10．AD
【解析】A．根据法拉第电磁感应定律
金属框的面积不变，磁场的磁感应强度变化，故
解得
故A正确；
B．感应电流为
在时，受到的安培力为
故B错误；
C．在t=0.1s时，通过金属框ab横截面的电荷量为
故C错误；
D．电功率为
故D正确；
故选AD。
11． D E 甲 1.05 小于
【解析】（1）实验要尽可能准确地测量一节干电池的电动势和内阻，已知电流表2的内阻，可以把它串联在干路中，把它的内阻看成电源的一部分，而电压表测量得到的电压就可以看成是路端电压。由于一节干电池的电压约为，路端电压小于，读数误差太大，电压表选择D。
干电池内阻较小，则为了方便调节，减小误差，滑动变阻器选择E。
（2）因为电流表的内阻已知，把它接入干路中，可以准确测出流过电源的干路电流，把它的内阻等效为电源内阻，电压表的示数即可看做路端电压，则应选甲图。
（3）由闭合回路欧姆定律有
结合图像可得
解得
（4）[5]若使用图乙电路图测内阻相对于电源而言，电流表外接，由于电压表有分流作用，故电流表测量值偏小，当外电路短路时，电流测量值等于真实值，电源的图像如下图所示，由图可知，电源电动势的测量值小于真实值。
12． 2 15000 3.60 12000 9.00
【解析】（1）旋动机械调零旋钮，使指针对准电流的“0”刻线；
（3）旋动欧姆调零旋钮，使指针对准电阻的“0”刻线；
为保证电流从红表笔流入多用电表，从黑表笔流出，多用电表的黑表笔连接2。
（4）多用电表和电压表的读数分别为
（5）多用电表测电压表内阻，电压表的内阻为
根据闭合电路的欧姆定律，多用电表内电池的电动势为
13．（1）20W；（2）8W；（3）9W
【解析】（1）由欧姆定律可知，通过电阻R1的电流为
电源的输出电压为
电源的输出功率为
（2）电动机的电压为
电动机的输入功率
电动机的热功率为
电动机转化为机械能的功率为
（3）电动机被卡住不转时，电动机可看成纯电阻，则电路电流为
电动机消耗的功率为
14．（1）；（2）；（3）
【解析】（1）粒子通过加速电场，根据动能定理得
解得
（2）离子经过静电分析器，根据牛顿第二定律和运动学公式得
解得
（3）离子在磁场运动的轨迹如图所示
O1、O2分别为磁场圆和轨迹圆的圆心，M为射出点，PM为公共弦，连接O1O2，则,为等腰直角三角形，则
，,
设带电粒子在磁场中轨迹圆的半径为，则
根据牛顿第二定律和运动学公式得
解得
15．（1）3m/s；-2V；（2）0.4C；0.2J
【解析】（1）杆速度最大时，根据平衡可得
金属杆中电流为
解得金属杆获得的最大速度为
此时电动势为
根据右手定则可知，金属杆内电流方向为a到b，因此可得
（2）电阻R的电荷量为
根据动能定理可得
解得
因此电阻R产生的焦耳热为
