安徽省滁州市滁州中学2023-2024学年高二上学期期末测试
物理
考生注意：
1.本试卷满分100分，考试时间75分钟。
2.答题前，考生务必用直径0.5毫米黑色.墨水签字笔将密封线内项目填写清楚。
3.考生作答时，请将答案答在答题卡上。选择题每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑；非选择题请用直径0.5毫米黑色.墨水签字笔在答题卡上各题的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上作答无效。
4.本卷命题范围：必修三后三章、选择性必修二第一章、选择性必修二。
一、选择题（本题共46分，其中1 9为单选，每题4分，10 11为多选，每题5分，全对得5分，漏选得3分，错选不得分。）
1.法国科学家巴斯德曾言：“机遇只偏爱有准备的头脑”，翻开科学史的书页，曾有一位科学家深信电磁间有联系，并坚持研究，最终于1820年发现电流磁效应，请问这位科学家是（ ）
A.安培 法国 B.奥斯特 丹麦
C.欧姆 德国 D.麦克斯韦 英国
2.下列说法正确的是（ ）
A.由公式可知，导体的电阻与导体两端的电压成正比，与导体的电流成反比
B.由公式可知，电容器的电容与其所带的电荷量成正比，与两极板间的电压成反比
C.由公式可知，电场强度的大小与试探电荷所受电场力成正比，与试探电荷的带电量成反比
D.由公式可知，同一材料制成的金属导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比
3.如图所示为理想变压器，原线圈的匝数为100匝，上下两个副线圈的匝数分别为10匝和20匝，为“3V，1W”的小灯泡，为“6V，4W”的小灯泡，当原线圈接上交变电压时，、都正常发光，那么原线圈中的电流为（ ）
A. B. C. D.
4.电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象。在如图所示的实验电路中，L是自感线圈，其自感系数足够大，而直流电阻值小于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计。在时刻闭合开关S，经过一段时间后，在某一时刻断开开关S。下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是（ ）
A. B. C. D.
5.如图所示，有一块均匀的长方体样品，在上下两端加上的电压时，测得通过样品的电流是，在左右两端加上同样的电压时，测得通过样品的电流是，则长方体的高与长之比等于（ ）
A.1 B.2 C.4 D.8
6.自1957年苏联成功发射首颗人造卫星以来，截至2023年10月底，全球有近9500个航天器在轨工作，而这其中90%的发电比例都来源于太阳能电池，因此太阳能电池为人类探索浩瀚星空插上了一双强劲的“翅膀”。如图所示，曲线I为某太阳能电池在一定光照强度下路端电压U和电流I的关系图像，直线II是某定值电阻的图像，M为曲线I和直线II的交点，M点坐标为。过M点作曲线I的切线，分别与坐标轴相交于、。现将该电池和定值电阻组成闭合回路，保持上述光照强度照射时，下列计算式正确的是（ ）
A.电池的电动势为 B.此时电池的内阻为
C.电源的输出功率为 D.电源的效率为
7.在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的“花瓣”形线框，磁场方向垂直于线框平面，a、c两点接一直流电源，电流方向如图所示。已知边受到的安培力大小为F，则整个线框所受安培力大小为（ ）
A. B. C. D.
8.如图所示，直线沿竖直方向，的右方存在垂直纸面向外的匀强磁场，左方存在垂直纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B。一粒子源位于上的a点，能沿图示方向发射不同速率、质量为m、重力可忽略、电荷量为的同种粒子，所有粒子均能经过上的b点从右侧磁场进入左侧磁场，已知，则粒子的速度可能是（ ）
A. B. C. D.
9.如图所示，在倾角为的粗糙斜面上，质量为2m的滑块b和质量为m的滑块a通过轻弹簧相连并处于静止状态，弹簧处于原长状态；质量为的滑块c以初速度沿连线向下匀速运动，并与滑块b发生弹性碰撞，碰撞之后立即移走c。在滑块a左侧的斜面上某位置固定一块弹性挡板（图中未画出），当滑块a以非零速度与挡板发生正碰后，立刻将挡板撤走。不计所有碰撞过程中的机械能损失，弹簧始终处于弹性限度内，滑块a与挡板的碰撞时间极短，碰后滑块a的速度大小不变，但方向相反，所有滑块与斜面之间的动摩擦因数均为0.75，则a与挡板碰后弹簧弹性势能的最大值可能是（ ）
A. B. C. D.
10.如图所示，下列过程中始终有感应电流产生的有哪些（图中线圈均为闭合金属线圈）（ ）
A.甲图，线圈从位置A平移到位置B B.乙图，线圈从位置A旋转到位置B
C.丙图，磁铁从上端A降落到下端B D.丁图，导线从左侧A旋转到右侧B
11.如图，足够长的两平行光滑金属导轨、水平放置，导轨中间分布有磁感应强度为、间距为的匀强磁场，磁场边界为倒置的正弦曲线。一粗细均匀的导体棒以的速度从位置向右匀速滑动，定值电阻R的阻值为，导体棒接入回路的电阻也为，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，电压表为理想电压表且示数恒定，导轨电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A.理想电压表的示数为 B.导体棒运动到位置时，有电流流过R
C.导体棒上的热功率为 D.流经R的最大电流为
二、实验题（本题共16分，每空2分。）
12.碰撞的恢复系数为，其中和分别是碰撞前两物体的速度，和分别是碰撞后两物体的速度。若则为弹性碰撞；则为非弹性碰撞。某同学利用验证动量守恒定律的装置测量两球碰撞的恢复系数，使用半径相等的小球1和2，且小球1的质量大于小球2的质量。安装装置，做测量前的准备，并记下重垂线所指的位置O。
I.不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上。重复多次，用圆把小球的所有落点圈在里面，圆尽量小，其圆心就是小球落点的平均位置。
II.把小球2放在斜槽前端边缘处的B点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞。重复多次，分别标出碰撞后两小球落点的平均位置。
III.用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离，依次用、、表示。
（1）三个落地点距O点的距离、、中与所用的小球质量无关的是______；
（2）若测量量与的长度之比等于小球1与小球2的质量之比，则当满足下列______表达式时，可说明碰撞过程动量守恒；
A. B. C.
（3）本实验也可用测量量、、来表示恢复系数，则此时______，当越接近1时，碰撞越接近弹性碰撞。
13.某同学利用如图甲所示的电路测量电源的电动势E和内阻r。图中定值电阻和电流表内阻阻值之和为，操作步骤如下：
I.断开开关S，将电阻箱阻值调到最大
II.闭合开关S，多次调节电阻箱的阻值，记录每次调节后的电阻箱的阻值R及电流表的示数I
III.选适当的坐标系，描点画出图乙，根据图像和其它条件求出电源的电动势E和内阻r
请完成下列填空：
（1）物理量I、E、r、R、之间的关系式是：______。
（2）为了直观地得到I与R的关系，该同学以电阻箱的阻值R为横轴，则图乙坐标系的纵轴y应取______（填物理量的符号）。
（3）图乙中图像横、纵截距分别为、b。根据（2）选取的y轴，由图乙可求得电源的电动势______，内阻______。
（4）电阻箱在此实验中起的主要作用有：______（答出一点即可）。
三、解答题（本题共38分。）
14.（11分）如图所示，间距为的足够长的光滑金属导轨倾斜放置，倾角为30°，导轨上以下区域存在垂直于导轨平面向外的磁感应强度大小为的匀强磁场。一质量为的金属棒ab从磁场区域上方某位置由静止开始自由下落，进入磁场区域时恰好做匀速运动。设金属棒ab运动时与导轨充分接触，接入回路的电阻为，不计导轨电阻，不计空气阻力，重力加速度g取。求：
（1）金属棒在磁场中运动时感应电流的大小；
（2）从初始位置到磁场边界cd，重力沿导轨平面的分力对金属棒的冲量的大小。
15.（13分）如图，两个定值电阻的阻值分别为R和，直流电源的内阻为，平行板电容器两极板水平放置，板间距离为d，极板长为，极板间存在方向水平向外的匀强磁场，质量为m、带电量为的小球以初速度v沿水平方向从电容器下板左侧边缘进入电容器，做匀速圆周运动，恰从电容器上板右侧边缘离开电容器。此过程中，小球未与极板发生碰撞，重力加速度大小为g，忽略空气阻力。
（1）求直流电源的电动势E的大小；
（2）求磁场的磁感应强度B的大小。
16.（14分）电阻不计的平行金属导轨与如图所示放置，与段水平且粗糙，与段倾斜且光滑，C、F、G连接处接触良好，与与水平面成角，空间中存在匀强磁场，磁感应强度为，方向竖直向上，倾斜导轨间距为，水平导轨间距为，金属棒ab、cd质量相等，均为，接入回路的电阻均为，两金属棒间用轻质绝缘细线相连，中间跨过一个理想定滑轮，两金属棒运动时与导轨充分接触，两金属棒始终垂直于导轨且始终不会与滑轮相碰，金属导轨足够长，不计导轨电阻，不计空气阻力，，，现将两金属棒由静止释放，释放瞬间ab棒与cd棒的加速度均为。
（1）求cd棒与导轨间的动摩擦因数的大小；
（2）求两金属棒的速度的最大值；
（3）假设金属棒ab沿倾斜导轨下滑时达到最大速度，求由静止释放至达到最大速度所用的时间。
参考答案、提示及评分细则
1.B 发现电流磁效应的科学家是丹麦物理学家奥斯特，故ACD错误，B正确。故选：B。
【评析】本题考查物理学史，对于物理学上重大发现、发明、著名理论和实验要加强记忆，重视积累。
2.D A.因电阻是导体本身的一种性质，只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，与导体两端的电压和通过的电流无关，故A错误；B.电容器的电容由电容器本身决定，与其所带电荷量、两极板间的电压无关，故B错误；C.电场强度的大小由电场本身的性质决定，与试探电荷受到的电场力和试探电荷的带电量无关，故C错误；D.根据电阻的决定式可知，同一材料制成的金属导体的电阻跟导体的长度成正比，跟导体的横截面积成反比，故D正确。故选：D。
【评析】本题考查电磁学的基本概念，涉及电场强度、电容和电阻等知识点，属于小综合题目。
3.C 灯泡正常发光，可知副线圈2的电压为，根据电压与匝数成正比知原线圈两端电压为：，根据输入功率等于输出功率知：，可得，故C正确；故选：C。
【评析】本题考查了多个副线圈的情况，此时电压与匝数成正比，但电流与匝数不成反比，可用功率相等计算。
4.A 闭合S瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当于断路，此时通过电流传感器的电流最大；随线圈阻碍作用的减小，通过线圈的电流逐渐变大，通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈的直流电阻值小于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流大于通过电流传感器的电流。在中间某一时刻断开开关S，由于自感现象，电感线圈阻碍电流减小，原来通过线圈L的电流此时从左向右流过电流传感器，与原来方向相反，且逐渐减小。故A正确，BCD错误。故选：A。
【评析】解决本题的关键掌握电感对电流的变化起阻碍作用，电流增大，阻碍其增大，电流减小，阻碍其减小。
5.B 根据题意，由电阻定律可得，接上下端时导体电阻为，
接左右端时导体电阻为，
由欧姆定律有，则有，
解得，故B正确。故选：B。
【评析】本题考查电阻定律的应用，要分清在不同接法下的长度和横截面积的大小，代入数据运算即可，难度不大，属于基本的公式应用。
6.D A.根据闭合电路欧姆定律：，由题图可得时，，可得电池的电动势为，故A错误；B.根据两图线交点可知此时闭合回路的路端电压，电流为，由，解得此时电池的内阻为：，注意内阻并不等于曲线I在M点切线的斜率绝对值，故B错误；C.此回路电源的输出功率为：，故C错误；D.此回路电源的效率为：，故D正确；故选：D。
【评析】本题考查了闭合电路欧姆定律与图像的综合问题。注意当电源的内阻不恒定时，即电源的图像为曲线时，其图像的切线的斜率绝对值不等于电源的内阻。
7.D 根据并联电路分流规律可知，通过另一边的电流为边的，由知另一边受到的安培力为，因此整个线框所受安培力为，故ABC错误，D正确。故选：D。
【评析】解决本题时，要掌握并联电路、安培力等相关知识，本题运用等效思想可较快求出。
8.B 由题意可知，粒子能从右侧磁场进入左侧磁场，粒子可能在两个磁场间做多次的运动。画出可能的粒子轨迹如图所示，
由于粒子从b点右侧磁场进入左侧磁场，粒子在间做匀速圆周运动产生的圆弧数量必为奇数个，且根据几何关系可知，圆弧对应的圆心角均为60°，根据几何关系可得粒子运动的半径为，（，3，5…），
根据洛伦兹力充当向心力可得：，
联立解得（，3，5…），
结合选项可知，当时，，故B正确，ACD错误。故选：B。
【评析】本题考查带电粒子在有界磁场中的运动，解题关键是要画出粒子轨迹过程图，找到临界几何条件，再运用洛伦兹力提供向心力与几何关系结合求解即可，本题粒子可能在两个磁场间做周期性的运动，对同学们数学几何能力有一定的要求。
9.A 由于滑块c与滑块b质量相等，两者发生弹性正碰，则碰撞后b与c交换速度，c速度为零，b以速度向下运动，a、b、轻弹簧组成的系统机械能守恒，此系统总机械能为，若在a与b动量相同时，a与挡板碰撞，碰撞后a的速度大小不变，但方向相反，则碰撞后a与b动量等大反向，a、b的总动量为零，由动量守恒定律可知，两者速度能同时减至零，此时弹簧的弹性势能最大，且最大值为：，若a与挡板碰撞时，b的速度趋近于，a的速度趋近于零，则a与挡板碰撞后，当a、b速度相同时弹簧的弹性势能最大，设共同速度趋近于v，以沿斜面向下为正方向，由动量守恒定律得：
解得：，此速度是a、b共速时所能趋近的最大速度。
由机械能守恒定律可知，此情况的最大的弹性势能趋近于，解得：
考虑到a以非零速度与挡板碰撞后沿斜面向上，此时摩擦力沿斜面向下，故能量有损耗，
则弹簧弹性势能的最大值的范围为：，故BCD错误，A正确。故选：A。
【评析】本题考查了机械能守恒定律和动量守恒定律。掌握弹性碰撞的特点，要知道在弹簧的模型中a、b共速时弹簧的弹性势能最大，a、b共速时的速度越大，弹簧弹性势能的最大值就越小。
10.BCD A.甲图，线圈从位置A平移到位置B，穿过线圈的磁通量一直未发生变化，始终无感应电流产生；
B.乙图，线圈从位置A旋转到位置B，穿过线圈的磁通量一直在发生变化，始终有感应电流产生；
C.丙图，磁铁从上端A降落到下端B，穿过线圈的磁通量一直在发生变化，始终有感应电流产生；
D.丁图，导线从左侧A旋转到右侧B，穿过线圈的磁通量一直在发生变化，始终有感应电流产生。
故A错误，BCD正确。故选：BCD。
【评析】该题考查常见的磁场的特点以及产生感应电流的条件，注意产生感应电流的条件是解答的关键。
11.BC AD.导体棒切割磁感线时，产生的最大感应电动势
由闭合电路欧姆定律可知，流经电阻R的电流最大值为
因磁场边界为正弦曲线，故产生的感应电流按正弦规律变化，由于二极管的单向导电性，回路中的电流随时间变化规律如下图所示
设电流的有效值为I，根据有效值的定义可得：
可得流经电阻R的电流有效值为：
可得理想电压表示数为：，故AD错误；
B.导体棒运动到cd位置时，由右手定则判断，导体棒上的感应电动势方向由d到c，二极管正向通过，有电流流过电阻R，故B正确；
C.导体棒中的有效电流为，由焦耳定律可得导体棒上热功率为：
，故C正确。故选：BC。
【评析】本题考查了交流电的产生和有效值的求解问题，考查了电磁感应现象与电路结合问题。掌握交流电有效值的物理意义，注意电表示数、电功率、焦耳热都需要用有效值计算。
12.（1）OP （2）B （3）
解：本实验是通过平抛运动的规律求解小球碰撞前后的速度，在平抛运动中，初速度，，下落高度h一定，则下落时间t一定，设小球1碰撞前瞬时速度为，碰撞后瞬间小球1、2的速度分别为、。则有：，，
（1）位置P是小球1在无碰撞情况下的落点，其水平位移，初速度与小球质量无关，故的长度与小球质量无关。、分别是小球1与小球2碰撞后的平抛运动的水平位移，因小球1与小球2碰撞后速度与小球质量有关，故、的长度就与小球质量有关。
（2）若两球碰撞过程动量守恒，则有，
化简得：
可知当满足此式，说明碰撞过程动量守恒，故选B。
（3）由本题介绍的恢复系数定义可知，恢复系数的表达式为。
13.（1）（形式合理均可给分）
（2） （3）
（4）改变电路中的电阻（或改变电路中的电流）；实现多次测量；减少偶然误差等（答出一点即可）。
解：（1）由闭合电路的欧姆定律有
（2）从图乙可知图线是一次线性函数关系。根据（1）的表达式变形得到的关系式是
所以电阻箱的阻值R为横轴，坐标系的纵轴y应取；
（3）从（2）得到的函数关系式的斜率和纵截距有，
联立解得
（4）电阻箱在此实验中起的主要作用有：改变电路中的电阻（或改变电路中的电流）；实现多次测量；减少偶然误差等（答出一点即可）。
【评析】本题考查测量电源的电动势和内阻的实验，要求学生熟练掌握实验人原理、实验器材、数据处理和误差分析。
14.（1） （2）
解：（1）金属棒在进入磁场前做自由落体运动，进入磁场后做匀速运动，则金属棒在磁场中切割磁感线运动时安培力与其重力分力平衡，
即，解得，……3分
由，解得，……6分
（2）设金属棒在磁场中匀速运动的速度为，感应电动势，……8分
感应电流，解得，故。……11分
【评析】根据题意分析清楚金属棒的运动过程是解题的前提，应用动生电动势、平衡条件可以解题。
15.（1） （2）
解：（1）小球在电磁场中做匀速圆周运动，则电场力与重力平衡，由此可得：
……2分
根据闭合欧姆定律可得：……4分
联立解得：……6分
（2）设粒子在电磁场中做圆周运动的半径为，运动轨迹如图所示
根据几何关系，解得，……9分
粒子受到的洛伦兹力提供向心力，则
解得。……13分
【评析】本题主要考查了闭合电路的欧姆定律，熟悉电路构造的分析，结合牛顿第二定律和几何关系即可完成分析。
16.（1）0.4 （2） （3）
解：（1）释放瞬间，对金属棒ab、cd，由牛顿第二定律分别可得
……2分
联立解得：；……4分
（2）释放后，由楞次定律可知，整个回路中电流沿逆时针方向（俯视），经分析，当两金属棒加速度为0时速度最大，设最大速度为，此时：
对ab棒，由平衡条件有
对cd棒，由平衡条件有……6分
整个回路中感应电动势为
由闭合电路欧姆定律可得
联立解得：；……8分
（3）设金属棒由静止释放至最大速度所需时间为t，对ab棒，取沿斜面向下为正方向，由动量定理有
对cd棒，取向右为正方向，由动量定理有
同时，，，……13分
联立解得：。……14分
【评析】本题考查电磁感应现象的力学问题，本题为连接体模型，要抓住两金属棒的加速度关系，采用隔离法求解加速度。要把握速度最大的条件：加速度为零。
