上海市青浦高级中学2024-2025学年高二（上）期末
物理等级考试卷
一、家用电器（28分）
1.如图甲所示是吴老师家的部分家庭电路图，吴老师在家用甲台灯学习时，突然台灯的灯丝断了，而屋内的照明灯依然正常发光。甲、乙两根进户线中______选填“甲”或“乙”是火线，若吴老师将屋内的照明灯的开关闭合，用试电笔检测灯两端的、两点，会发现______选填“”、“”或“都”能使试电笔的管发光。
2.张老师有一款便携式打印机，其自带锂电池，但电池上的铭牌只能依稀看出“”，张老师借助青中物理实验室的器材测量了电池的电动势和内阻。定值电阻
测量电路图如图所示，请在图中帮助她完成实物电路的连接。
定值电阻所起的作用是______。
由实验数据获得的图像如图所示，则电池的电动势为______，内阻为______。结果均保留两位有效数字
若已知执行打印任务时锂电池的放电功率约为。该锂电池充满电后，储存的电荷量为______，若打印一张纸用时，则该打印机最多可以打印纸______张。
张老师突发奇想，将实验室中相同灵敏电流计和的对应接线柱相连接。将表的指针从中间用力向左拨动、发生偏转，此时静止的表指针偏转。对这一现象的分析正确的是______。
A.两表都是“发电机”
B.表是“发电机”，表是“电动机”
C.两表都是“电动机”
D.表是“电动机”，表是“发电机”
3.（计算）如图所示，韩老师家有一灯泡规格为“，”滑动变阻器的最大阻值为。开关闭合、断开，滑动变阻器接入电路的电阻时，灯泡正常发光。已知电源的输出功率与外电路的总电阻的关系如图所示，灯泡的电阻视为恒定。
求电源的电动势；
求图中的大小；
若开关、均闭合，为使灯泡正常发光，调节滑动变阻器，求滑动变阻器与灯泡并联部分的电阻。
一、通电螺线管的磁场（12分）
4.用如图所示的电路研究通电螺线管的磁场虚线框内是螺线管。用磁传感器测量螺线管内外的磁感应强度分布。
虚线框内螺线管空心线圈符号是______。
A. B. C. D.
如图，在通电螺线管中央轴线上、、三点和外侧的点中，磁感应强度最大的是______。
A. B. C. D.
移动滑片，多次测量通过螺线管的电流强度、通电螺线管内部正中间磁感应强度和电池两端电压，以此绘出和图线。根据图像，请分析并计算电源电动势。
如图所示，通电螺线管置于闭合金属环的轴线上且金属环位于通电螺线管中间位置，金属环在螺线管右侧附近，的环面与的环面平行，当螺线管中电流增加时，下列说法正确的是______。
A.环有缩小的趋势
B.环中无感应电流，不受安培力
C.环靠近螺线管
D.环有缩小的趋势
三、通信技术（16分）
5.第五代移动通信技术是一种新型移动通信网络，使用的通信频率在以上的超高频段和极高频段，比及以下网络通信频率在间的特高频段拥有更大的带宽和更快的传输速率。目前困扰发展的难题之一是供电，一个基站系统功耗为基站用电器功率，信号覆盖半径约为。
在技术领域，华为绝对是领跑者。与相比，使用的电磁波频率更高。下列说法中正确的是______。多选
A.使用的是电磁波 B.使用的电磁波在同种介质中传播速度比的快
C.使用的是横波 D.空间中的信号和信号相遇一定不会产生干涉现象
产生无线信号电波的振荡电路某时刻的工作状态如图所示，则该时刻______。
A.线圈中磁场的方向向上
B.电容器两极板间电场强度正在变大
C.电容器正在放电，线圈储存的磁场能正在增加
D.线路中的电流正在减小且与线圈中感应电流的方向相反
如图所示，某基站距离主供电线路一定距离，线路电阻为，线路损耗功率占总功率的变压器均视作理想变压器。
求输电回路的电流；
高压变压器原、副线圈的匝数比；
为了实现网络信号全覆盖面积约为平方公里城市，试估算全市的基站运行一天将消耗约多少？保留一位有效数字
四、电磁阻拦（23分）
6.居老师用小车探究电磁阻拦的效果如图所示俯视，在遥控小车底面安装有单匝矩形金属线框线框与水平地面平行，小车以初速度向右通过竖直向下的有界匀强磁场。已知小车总质量，金属框宽为、长为，电阻，磁场宽度，磁感应强度，不计摩擦。
若，则边刚进入磁场时，请计算线框中产生的感应电流大小和小车的加速度大小。
若边刚离开磁场边界时，小车速度恰好为零。
线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向______。
A.均为
B.均为
C.先再
D.先再
定性画出小车运动的速度随时间变化的关系图像。
求线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量。
居老师认为“线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量”，请分析并判断该观点是否正确。
居老师发现金属线框在磁场中的运动会产生感应电动势，于是进一步利用如图所示装置验证感应电动势大小与磁通量变化率之间的关系。线圈匝数和面积均不变，通过调节智能电源在线圈中产生可控的变化的磁场，用磁传感器测量线圈内的磁感应强度，用电压传感器测量线圈内的感应电动势。
观察图图像，可得：在线圈中产生恒定感应电动势的条件是______。
为了进一步确定定量关系，可利用图中的信息，做出______。
A.图像
B.图像
C.图像
D.图像
五、阿尔法质谱仪（12分）
7.如图所示为物理学家丁肇中研制的“阿尔法质谱仪”结构图。氢有三种同位素：氕原子核内有个质子，无中子；氘原子核内有个质子，个中子；氚原子核内有个质子，个中子。
氕核以速度进入速度选择器，两极板间电压为，两板长度为，相距为，磁感应强度大小为。要使原子核能匀速通过速度选择器，则 ______。
若氕核进入速度选择器的速度，则氕核在速度选择器中会做______。
A.变加速曲线运动 B.匀加速曲线运动
C.变加速直线运动 D.匀加速直线运动
现知道了仪器部分参数，速度选择器的匀强电场强度为，匀强磁场的磁感应强度为电场方向与磁场方向相互垂直。偏转分离器的磁感应强度为。
已知氕核质量为，：：，元电荷的电荷量为
如氕核和氚核以相同速度进入偏转分离器，试求在质谱仪底片上收集到的条纹之间的距离；
求氕子和氚核在磁场中运动的时间。
六、运动之量（9分）
8.世纪末，许多哲学家认为，宇宙间运动的总量是不会减少的，运动的总量应该是守恒的。牛顿支持该观点，他写道：“运动之量，以速度及物质之量联合度之”。
在任何相等时间内，物体动量的变化量总是相等的运动不可能是______。
A.匀速直线运动
B.自由落体运动
C.平抛运动
D.匀速圆周运动
中国空间站是一个在轨组装成的具有中国特色的太空实验室系统。如图，空间站内的航天员在方格布前研究两球碰撞的实验，静止释放质量为的球，同时给质量为的球初速度向球球心运动。某同学通过软件连续截取了的三张实验视频图片如图，忽略碰撞时间。
计算碰撞后球的速度为，则：是多少？
分析根据实验的相关信息，说明两球间的碰撞是否为弹性碰撞。
答案解析
1.甲
【解析】解：开关连在火线和用电器之间，说明甲是火线；孔不能使测电笔的氖管发光，则说明甲是零线；若吴老师将屋内的照明灯的开关闭合，用试电笔检测灯两端的、两点，点连接火线，点连零线，点发光。
故答案为：甲；。
测电笔是用来辨别火线和零线的设备，即当用测电笔检测时，若是碰到火线，氖管会发光的。
知道家庭电路的连接和安全用电的知识是解决该题的关键。
2.降低偶然误差对实验结果的影响
【解析】解：根据电路图连接实物图如下
正常电池的内阻一般比较小，故可以增加一个定值电阻，将其等效为电源内阻，降低偶然误差对实验结果的影响。
根据闭合电路欧姆定律有
图像的纵轴截距表示电源的电动势，由图可知
电源的等效内阻等于图像的斜率的绝对值
储存的电量为
打印机的工作电流为
工作总时长为
打印的纸张数为
张张
电流表主要部件是永久磁铁和带有指针的线圈，和用导线连接起来，当表向左拨动时，相当于中的线圈做切割磁感线运动，电路中产生感应电流，即为“发电机”；由于两个电表构成了闭合电路，则电流会通过表中的线圈，而该线圈处于磁场中，由于通电导线在磁场中受力的作用，所以指针也会偏转，为“电动机”。
故B正确，ACD错误；
故选：。
故答案为：见解析；降低偶然误差对实验结果的影响；；；；；
根据电路图连接实物图；
根据实验原理分析定值电阻的作用；
根据闭合电路欧姆定律结合图像斜率与截距解答；
根据电流的定义式解答；
根据发电机和电动机的特点解答。
本题考查测定电源电动势和内阻，要求掌握实验原理和利用图像处理数据。
3.解：当外电阻等于电源内阻时电源的输出功率最大，所以由图乙可知，电源的内阻为，
开关闭合、断开时，灯泡正常发光时，此时电路中的电流为，解得：，
根据闭合电路欧姆定律有，解得：；
由图可知，外电阻为和时电源的输出功率相等，
即，求得；
开关、均闭合时，电路中的总电流为，
根据闭合电路欧姆定律有，联立求得。
答：电源电动势为；
的大小为；
滑动变阻器与灯泡并联部分的电阻为。
【解析】由闭合电路欧姆定律的推论，可知电源输出功率最大值的条件，结合图，即可得到电源内阻；由灯泡正常发光时的电路参数，结合闭合电路欧姆定律，可计算电源电动势；
由图可知在电阻为和时，电源的输出功率相同，结合电功率公式，即可计算的阻值；
开关均闭合时，为使灯泡正常发光，可知滑动变阻器与灯泡并联的部分的电压，结合并联电路电压、电流特点，闭合电路欧姆定律，即可计算滑动变阻器这部分的电阻值。
本题考查恒定电流的计算，关键是掌握闭合电路欧姆定律的推论：电源输出功率最大值的条件。
4.
【解析】解：、该图即为螺线管符号，故A正确；
B、该图为电动机的符号，故B错误；
C、该图为固定电容器的符号，故C错误；
D、该图为可变电容器的符号，故D错误。
故选：。
根据通电螺线管磁场分布特点，处磁感线最密，磁感应强度最大，故ABD错误，C正确。
故选：；
由图可知，与成正比，当时，，即断路时，磁感应强度为；
由图可知，当时，，即此时为断路，路端电压与电源电动势相等，则电源电动势。
、根据安培定则可知，通电螺线管内部产生的磁场方向向右。穿过环的磁通量有两部分：螺线管内部向右的磁场和螺线管外部向左的磁场，整体方向向右。当螺线管中通过的电流增加时，电流产生的磁场增强，穿过环的磁通量增加，产生感应电流，为阻碍磁通量增加，环有扩张的趋势，可知环受到安培力，故AB错误；
、环处的磁场方向向右，当螺线管中通过的电流增加时，电流产生的磁场增强，穿过环的磁通量增加，为阻碍磁通量增加，环远离螺线管，且有缩小的趋势，故C错误，D正确。
故答案为：。
故答案为：；；电源电动势为；。
根据常用元件的符号分析解答即可；
根据通电螺线管磁场分布特点，确定磁感应强度最大的位置；
由图，可知与的关系，即断路时的值；由图像可知与的关系，可间接判断外电路电流为时的路端电压，即得到电源电动势；
根据楞次定律和安培定则相结合判断环和环的运动趋势。
解答本题的关键要掌握楞次定律，并能熟练运用。楞次定律可简单地记为“增反减同”、“来拒去留”。楞次定律可以直接用来判断导体的运动方向和形状变化趋势。
5.
【解析】解：根据题意可知，使用的是电磁波，故A正确；
B.使用的电磁波在同种介质中传播速度和的一样快，故B错误；
C.使用的是横波，故C正确；
D.根据干涉的条件可知，两种信号频率不等，故空间中的信号和信号相遇一定不会产生干涉现象，故D正确。
故选：。
根据线圈中电流方向，应用右手螺旋定则判断出线圈中磁场方向向下，故A错误；
B.电流方向流向正极板，表示电容器在充电，两极板电荷量增大，板间电场强度在变大，B正确；
电流方向流向正极板，表示电容器在充电，两极板电荷量增大，电路中电流在减小，线圈储存的磁场能正在减小，逐渐转化成电场能，根据“增反减同”可知，线圈中感应电流的方向与线路中原电流方向相同，故CD错误。
故选：。
由题意可知，总功率为，线路损耗功率为，由，代入，解得；
高压变压器副线圈的电压为，由，解得；
依题意，需要的基站个数，每个基站一天耗电量，则总耗电，得。
故答案为：；；输电回路的电流为；高压变压器原、副线圈的匝数比：；全市的基站运行一天将消耗约。
根据信号的电磁波特性、传播速度，横波以及干涉条件进行分析判断；
根据电路中的电流方向判断充放电过程，结合右手螺旋定则，楞次定律等进行分析解答；
根据总功率和损耗功率关系式，结合功率公式计算电流；
根据理想变压器的变压比进行计算求解；
根据题意先计算基站个数，再计算总功。
考查电磁振荡和电磁波，电容的充放电以及变压器的相关问题，会根据题意进行准确分析解答。
6. 磁感应强度随着时间均匀变化
【解析】解：根据法拉第电磁感应定律可得：
由欧姆定律可得：；
根据牛顿第二定律可得：；
根据右手定则可知，线框穿过磁场的过程中，感应电流的方向应为先再，故D正确，ABC错误；
故选：。
根据牛顿第二定律可得：，其中
联立解得加速度大小为：
线框向右运动过程，安培力阻碍线框进入磁场，因此线框的速度从逐渐减小，根据可知，线框向右运动第一个过程，线框做加速度减小的减速运动；
线框完全进入磁场后，线框的磁通量不变，没有感应电动势，没有感应电流，安培力为零，加速度为零，可知线框向右运动第二个过程，线框做匀速运动；
线框穿出磁场过程中，根据可知，线框向右运动第三个过程，线框做加速度减小的减速运动，直到速度变为零；
由以上分析画出小车运动的速度随时间变化的关系图像如图所示：
根据电荷量的计算公式可得：
其中
解得：
该观点正确。
由可知，线框进入磁场过程中的平均加速度大于穿出磁场中的平均加速度，安培力，可知线框进入磁场过程中的平均安培力大于穿出磁场中的平均安培力，进磁场和出磁场过程的位移相等，由可知，进磁场过程中克服安培力做功多，因此线框进入磁场过程的发热量大于穿出磁场过程的发热量。
根据图可知，当磁感应强度随着时间均匀变化时即可产生恒定的电动势；
根据实验中得到的、图像，经过分析可知，感应电动势的大小与图像的斜率大小一致，因此为了进一步确定定量关系，可利用图中的信息，做出图像，故C正确，ABD错误；
故选：。
故答案为：若，则边刚进入磁场时，线框中产生的感应电流大小为，小车的加速度大小为。；图像见解析；线框在进入磁场的过程中，通过导线截面的电量为；正确，理由见解析；磁感应强度随着时间均匀变化；。
由法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培定则以及牛顿第二定律进行解答；
根据右手定则判断电流方向；
根据加速度的表达式，分析线框穿过磁场过程的运动情况，由此画图；
根据电荷量与电流时间的关系进行求解；
根据进入磁场过程和穿出磁场过程克服安培力的功等于该过程线圈产生的热量进行分析；
根据实验数据进行分析即可确定感应电动势大小决定因素；
感应电动势的大小与图像的斜率大小一致，由此分析。
本题考查了法拉第电磁感应定律、欧姆定律、右手定则、牛顿第二定律以及有关安培力做功的功能关系等知识点的综合应用，题目涉及知识点较多，难度较大。
7.
【解析】原子核能匀速通过速度选择器，则电场力与洛伦兹力平衡，则有，其中，解得；
若氢原子核进入速度选择器的速度，即所受电场力大于洛伦兹力，氢原子核所受合力不为，合力方向与速度方向不在同一直线上，原子核向电场力方向偏转，速度大小发生变化，洛伦兹力大小发生变化，合力大小发生变化，可知，原子核将做变加速曲线运动。故BCD错误，A正确。
故选：。
质子和氘核在偏转分离器中均做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力可得：，解得运动半径：
氕的质量为，电荷量为，解得氕的运动半径为：
氚核的质量为，电荷量为，解得氚核的运动半径为：，根据几何关系可得在质谱仪底片上收集到的条纹之间的距离，解得：
粒子在磁场中做匀速圆周运动的运动周期，代入数据可得氕的运动周期，氚核的运动周期，氕和氚核运动轨迹均为半圆，运动时间均为各自周期的一半，则氕在磁场中运动的时间
氚核在磁场中运动的时间
故答案为：；；
在质谱仪底片上收集到的条纹之间的距离为；
氕和氚核在磁场中运动的时间分别为、
根据原子核能匀速通过速度选择器，则电场力与洛伦兹力平衡，结合洛伦兹力的变化分析求解；
，导致所受电场力大于洛伦兹力，洛伦兹力大小发生变化，合力大小发生变化，原子核将做变加速曲线运动；
根据洛伦兹力提供向心力，结合几何关系求解；
质子和氘核运动轨迹均为半圆，运动时间均为各自周期的一半，根据粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期求解。
本题考查了带电粒子在磁场中的运动，理解洛伦兹力和电场力的受力方向和大小是解决此类问题的关键。
8.
【解析】解：根据动量定理公式，即受到的合外力恒定或者合外力为的物体，相等时间内动量变化量一定相等，由于匀速圆周运动合外力是变力，故相等时间内动量变化量一定不等，故D正确，ABC错误。
故选：。
由图可知，球碰后的速度大小变为原来的，设碰撞后球的速度为，球的速度为，并规定球初速度的方向为正方向，系统所受合力为，水平方向上系统动量守恒，则有，其中，解得，故：：；
系统碰撞前的机械能，碰撞后系统的机械能，可见碰撞前后能量守恒，故两球的碰撞为弹性碰撞。
故答案为：；碰撞后球的速度为，则：是：；经过证明两球间的碰撞是弹性碰撞。
根据动量定理列式分析判断；
根据图中的小球位置变化情况判断小球碰撞前后的速度大小关系，结合动量守恒定律列式解答；
根据动能表达式分析碰撞前后系统的总动能变化情况，比较判断是否满足弹性碰撞。
考查动量定理和动量守恒定律，弹性碰撞的问题，关键是根据图像中提供的位置信息对速度的关系进行准确判断。
第1页，共1页
