吉林省通化市辉南县第六中学2023-2024学年高二上学期11月半月考物理试卷

这是一份吉林省通化市辉南县第六中学2023-2024学年高二上学期11月半月考物理试卷，共20页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。

1．下列说法正确的是（ ）
A．物理量电势，电阻，电容都是利用比值法定义的
B．电流强度，电场强度都是有方向的物理量，所以它们都是矢量
C．在电场中不同的点放入相同的电荷，电场强度越大的地方，电场力越大，电势越高的地方，电势能越大
D．电场中电势降低的方向就是电场的方向
2．某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，为了能让质子进入癌细胞，首先要实现质子的高速运动，该过程需要一种被称作“粒子加速器”的装置来实现。质子先被加速到较高的速度，然后轰击肿瘤并杀死癌细胞。如图所示，来自质子源的质子（初速度为零），经加速电压为U的加速器加速后，形成细柱形的质子流。已知细柱形的质子流横截面积为S，其等效电流为I；质子的质量为m，其电量为e。那么这束质子流内单位体积的质子数n是（ ）

A．B．C．D．
3．如图甲所示，横截面都是正方形的三段导体，它们的材料和长度都相同，导体B刚好能嵌入导体A，导体C刚好能嵌入导体B，现将三段导体按图乙方式接入到电路中，则（ ）
A．导体A、B、C的电阻之比为
B．导体A、B、C两端的电压之比为
C．流过导体A、C的电流之比为
D．导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为
4．如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ相交点的坐标分别为、。如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接，则下列说法正确的是（ ）
A．电源1与电源2的内阻之比是
B．电源1与电源2的电动势之比是
C．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻之比是
D．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是
5．如图所示，边长为a的等边的A、B、C三点处各放置一个点电荷，三个点电荷所带电荷量数值均为Q，其中A、B处为正电荷，C处为负电荷；边长为a的等边的E、F、G三点处均有一垂直纸面的电流大小为I的导线，其中E、F处电流垂直纸面向内，G处电流垂直纸面向外，O，H是三角形的中心，D为中点，若两三角形均竖直放置，且、相互平行，下列说法正确的是（ ）
A．O点处的电势高于D点处的电势
B．带负电的试探电荷沿直线从D点运动到O点的过程中电势能减小
C．A点电荷所受电场力方向与E点处通电直导线所受安培力方向相同
D．正电荷在O点处所受电场力方向与电流方向垂直纸面向外的通电导线在H点处所受安培力方向相同
6．如图所示，竖直平面内有一半径为R的圆形区域，其圆心为O，最高点为P，该区域内存在垂直圆面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。在圆形区域右侧竖直放置一粒子收集器， M、N为收集器上、下边缘的两点，MN与圆形区域在同一平面内，O与N在同一水平线上，，。从P点沿PO方向射入大量速率不等的同种粒子，粒子所带电荷量为q、质量为m。忽略粒子间的相互作用力和粒子重力，关于打在收集器MN上的粒子，下列说法正确的是（ ）

A．粒子带负电
B．粒子在磁场中运动的最短时间为
C．打在收集器上的粒子的最小速率为
D．从P点到 N点的粒子比从P点到 M点的粒子运动时间短
7．如图所示，在的区域内存在与平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B。在时刻，从原点O发射一束等速率的相同的带电粒子，速度方向与y轴正方向的夹角分布在范围内。其中，沿y轴正方向发射的粒子在时刻刚好从磁场右边界上点离开磁场，不计粒子重力，下列说法正确的是（ ）
A．粒子在磁场中做圆周运动的半径为
B．粒子的发射速度大小为
C．带电粒子的荷质比为
D．带电粒子在磁场中运动的最长时间为
二、多选题（每题6分，合计18分）
8．如图所示，电路中E、r为电源的电动势和内电阻，、、为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表，开关闭合时，平行金属板中一带电小液滴P处于静止状态。选地面为零电势参考面，当滑动变阻器的滑片向a端移动时，则（ ）
A．电源的效率减小B．电阻消耗的功率减小
C．带电小液滴加速向上运动D．电压表与电流表示数的比值不变化
9．磁场中的四种仪器如图所示，则下列说法中正确的是（ ）
A．甲中回旋加速器加速带电粒子的最大动能与回旋加速器的半径有关，与加速电压无关
B．乙中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中照相底片同一位置的粒子比荷相同
C．丙中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图所示磁场时，M侧带负电荷
D．丁中的电磁流量计加上如图所示磁场，则M侧电势高
10．如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆MN，与水平面的夹角为37°，固定在竖直平面内，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场充满杆所在的空间，杆与磁场方向垂直。质量为m的带电小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直杆向下的压力作用，压力大小为。已知小环的电荷量为，重力加速度大小为，，下列说法正确的是（ ）
A．小环带正电
B．小环滑到P处时的速度大小
C．当小环的速度大小为时，小环对杆没有压力
D．当小环与杆之间没有正压力时，小环到P的距离
三、实验题（18分）
11．（8分）色环电阻是电子电路中最常用的电子元件，在家用电器、电子仪表、电子设备中常常可以见到。色环电阻是在电阻封装上（即电阻表面）涂上一定颜色来代表这个电阻的阻值，其中四环电阻的识别方法如下表所示：

某四环电阻第一环为红色，第二环已经掉色，第三环为棕色。某实验小组为了给它添色需要较为准确地测量其阻值，根据下列实验器材设计实验电路原理图如图10所示，

①电流表A量程为20mA，内阻约为3Ω
②定值电阻R1
③滑动变阻器R（0~20Ω）
④电压表V量程为1V，内阻
⑤蓄电池E电动势为4V，内阻很小
⑥开关S，导线若干
（1）为了使电压表能够测量电压的最大值为4V，需将电压表和定值电阻R1串联使用，则R1= Ω。
（2）某次实验中两电表读数均为量程的，则待测电阻的测量值为 Ω（结果保留3位有效数字），由于系统误差的影响，测量值 真实值（填“>”、“=”或“<”）；
（3）电阻第二道色环的颜色为 。
12．（10分）如图1所示为某兴趣小组测量电池组的电动势和内阻的实验原理图，已知电池组的电动势约，内阻约。现提供的器材如下：
A．电池组
B．电压表（量程，内阻约）
C．电压表（量程，内阻约）
D．电阻箱（）
E．定值电阻
F．定值电阻
G．开关和导线若干
（1）如图1所示，要尽可能精确测量电源的电动势和内阻，电压表V应选择 （选填“B”或“C”）；定值电阻应选择 （选填“E”或“F”）；
（2）改变电阻箱的阻值R，记录对应电压表的读数U，作出的图像如图2所示，图线与横、纵坐标轴的截距分别为、a，定值电阻的阻值用表示，则可得该电池组的电动势为 ，内阻为 （用字母表示）；
（3）该实验测得的电动势与真实值相比 （选填“偏大”“偏小”或“不变”），内阻的测量值与真实值相比 （选填“偏大“偏小”或“不变”）。
四、解答题（32分）
13．（10分）如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电热丝，恒定电压，电解槽内阻，电动机的内阻。当闭合，、断开时，理想电流表A的示数为6A；当、闭合，断开时，电流表A的示数为11A；当、和都闭合时，电流表A的示数为15A。求：
（1）电热丝的电阻及热功率；
（2）电动机工作时，输出的机械功率；
（3）电解槽工作时，电能转化为化学能的功率。
14．（10分）如图所示，宽为L = 0.5m的粗糙导轨MN、PQ与水平面成θ = 37°角，导轨上端接有电阻箱R，电源E，电键S。一根质量m = 0.1kg、长也为L = 0.5m、电阻为R1 = 1Ω的金属杆ab水平放置在导轨上，金属杆与导轨垂直且接触良好，它们之间的动摩擦因素μ = 0.5，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。空间存在竖直向上的匀强磁场，电源电动势E = 3V，内阻r = 0.5Ω，当电阻箱的电阻调为R = 0.9Ω时，金属杆静止且与导轨无摩擦。取重力加速度g = 10m/s2，sin37° = 0.6，cs37° = 0.8，求：
（1）磁感应强度B的大小；
（2）金属杆要在导轨上保持静止，求电阻箱R接入电路中的阻值范围。
15．（12分）如图所示，三角形AQC是边长L=20cm的等边三角形，P、D分别为AQ、AC的中点，在水平线QC的下方有一水平向左的匀强电场，区域I（梯形PQCD）内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B1=0.5T，区域Ⅱ（三角形APD）内有垂直纸面向里的匀强磁场，区域Ⅲ（虚线PD以上，三角形PAD以外）有垂直纸面向外的匀强磁场，区域Ⅱ、Ⅲ内的磁场的磁感应强度大小均为B2=2.5T，一带电粒子从Q点正下方、与Q点相距d=10cm的O点处以某一初速度射出，在电场力的作用下从QC边的中点N以速度v0=5×106m/s垂直QC边射入区域I内，接着从P点垂直AQ边射入区域Ⅲ内，此后该带电粒子经历一系列运动后又以原速率返回到O点，粒子重力可忽略，π≈3，求：
（1）该带电粒子的比荷；
（2）匀强电场的电场强度大小E及该带电粒子从O点射出时初速度的大小v；
（3）该带电粒子从O点出发到再次返回到O点的整个运动过程所经历的时间t。
参考答案
1．A
解析：A．电势，电阻，电容，它们都是用比值来定义的，特点是被定义的物理量与它们没有正反比关系。故A正确；
B．电流强度有方向即为正电荷定向移动的方向，电流强度之间遵循代数运算法则，是标量，电场强度是矢量，电场强度之间遵循平行四边形法则，故B错误；
C．根据电场强度定义式知，电荷量相同时，电场强度越大的地方，电场力越大；根据电势定义式，电势能不仅与电势有关，还与电荷的正负有关，电荷量虽然相同，如果是正电荷，电势越高，电势能越大，而如果是负电荷，电势越高，电势能越小。故C错误；
D．电场中电势降低的方向不一定是电场的方向，电场方向是电势降低最快的方向，故D错误 。
故选A。
2．D
解析：质子在加速电场中加速，根据动能定理有
根据电流的微观表达式
联立解得
故选D。
3．D
解析：A．根据题意，三段导体的横截面积分别为
SC=L2
根据电阻计算公式
因为ρ、l、S均相同，所以三段导体的电阻相同，故选项A错误；
BC．由电路可知，导体A、B、C两端的电压之比为，流过导体A、C的电流之比为选项BC错误；
D．流过导体A、B、C的电流之比为，根据
Q=I2Rt
可知，导体A、B、C在相等时间内产生的热量之比为，选项D正确。
故选D。
4．B
解析：AB．根据图像可知
所以
选项A错误，B正确；
CD．曲线Ⅲ与其他两条直线的交点坐标表示该小灯泡在这两种连接状态下的工作电压和工作电流，根据坐标值可求出此时小灯泡消耗的功率分别为
小灯泡的电阻分别为
可得
选项CD错误。
故选B。
5．D
解析：A．结合三个点电荷分布可知，CD的电场线方向由D指向C，顺着电场线的方向电势逐渐降低，即O点处的电势低于D点处的电势，故A错误；
B．带负电的试探电荷沿直线从D点运动到O点的过程中，电势降低，故负电荷的电势能增大，故B错误；
C．在电场中，根据同种电荷排斥，异种电荷相吸引，分别作出B、C对A的作用力，再根据平行四边定则进行合成，得A点电荷所受电场力，其方向如左图所示；在磁场中，根据同向电流相吸引，反向电流相排斥，分别作出F、G对E的作用力，再根据平行四边定则进行合成，得E点处通电直导线所受安培力，其方向如右图所示
由图可知，A点电荷所受电场力方向与E点处通电直导线所受安培力方向不相同，故C错误；
D．在电场中，作出A、B、C三个点电荷在O点产生的电场强度方向，因正电荷A、B两点电荷产生的电场强度大小相等，与DC线的夹角相等，根据平行四边形定则可知，A、B的合电场强度方向由O指向C，而负电荷C在O点产生的电场强度方向，也是由O指向C，如左图所示，故三个点电荷在O点产生的电场强度方向最终也是由O指向C，所以将正电荷放在O点，其所受的电场力方向由O指向C；在磁场中，分别作出E、F、G三根通电导线在H点产生的磁感应强度方向，因E、F的电流大小相等，方向相同，且都向里，则两根通电导线在H点产生的磁感应强度大小相等，方向如右图所示
根据平行四边形定则，可知E、F两根通电导线的合磁感应强度方向沿水平向右，而G通的电流方向是垂直纸面向外，故在H点产生的磁感应强度方向是水平向右，故三根通电导线的最终合磁感应强度方向水平向右，所以根据左手定则可知，在H点放一根电流方向垂直纸面向外的通电导线，所受的安培力方向由H指向G，即正电荷在O点处所受电场力方向与电流方向垂直纸面向外的通电导线在H点处所受安培力方向相同，故D正确。
故选D。
6．D
解析：A．根据题意可知，粒子在磁场中向右偏转，根据左手定则可知，粒子带正电，故A错误；
B．打到M、N两点的粒子轨迹如图所示

由图可知，粒子打到N点时，在磁场中的轨迹对应的圆心角最小，在磁场中的运动时间最小，则有
故B错误；
C．粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力可得
解得
由图可知粒子打到M点时，在磁场中的轨道半径最小，粒子的速度最小，根据几何关系可得
可得
则最小半径为
联立解得打在收集器上的粒子的最小速率为
故C错误；
D．由图可知，从P点到 N点的粒子在磁场中的运动时间小于从P点到 M点的粒子在磁场中的运动时间；离开磁场到打到收集器，从P点到 N点的粒子通过的位移小于从P点到 M点的粒子通过的位移，从P点到 N点的粒子的速度大于从P点到 M点的粒子的速度，则从P点到 N点的粒子从离开磁场到打到收集器所用时间小于从P点到 M点的粒子从离开磁场到打到收集器所用时间，故从P点到 N点的粒子比从P点到 M点的粒子运动时间短，故D正确。
故选D。
7．D
解析：A．根据题意，做出沿y轴正方向发射的粒子的运动轨迹如图所示

根据几何关系可得
解得
故A错误；
B．根据几何关系可知粒子在磁场中偏转的角度为，其对应的弧长
则可得其发射速度大小为
故B错误；
C．根据
解得
则
故C错误；
D．当粒子轨迹恰好与磁场右边界相切时，粒子在磁场中运动的时间最长，画出粒子运动轨迹如图所示，粒子运动轨迹与磁场相切于M点，从E点射出

从P点射出的粒子转过的圆心角为，对应的时间为，而从E点射出的粒子转过的圆心角为，则对应的时间应为，因此可知带电粒子在磁场中运动的最长时间为，故D正确。
故选D。
8．BC
解析：A．当滑动变阻器的滑片向a端移动时，滑动变阻器阻值变大，则总电阻变大，干路电流减小。根据
路端电压变大。根据
可知，电源的效率增大，A错误；
B．根据
电阻消耗的功率减小，B正确；
C．电容器与滑动变阻器并联，则电容器电势差变大，根据
，
带电小液滴所受电场力变大，则带电小液滴加速向上运动，C正确；
D．根据“串反并同”，电压表示数变大，电流表示数减小，则电压表与电流表示数的比值增大，D错误。
故选BC。
9．AB
解析：A．图甲中，回旋加速器中带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，射出回旋加速器时有
可得，最大动能为
可知，回旋加速器加速带电粒子的最大动能与回旋加速器的半径有关，与加速电压无关，故A正确；
B．图乙中，在加速电场有
在速度选择器中有
在偏转磁场中有
解得
可知，乙中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中照相底片同一位置的粒子比荷相同，故B正确；
C．图丙中，自由电荷为负电荷，由左手定则可知，负电荷向板偏转，则N侧带负电荷，故C错误；
D．图丁中，由左手定则可知，带正电的粒子向板偏转，带负电的粒子向板偏转，则M侧电势低，故D错误。
故选AB。
10．BCD
解析：A．根据题意，假如没有磁场，由平衡条件及牛顿第三定律可知，小环对杆的压力大小为
然而此时小环对杆的压力大小为0.4mg，说明小环受到垂直杆向上的洛伦兹力作用，根据左手定则可知，小环带负电，故A错误；
B．设小环滑到P处时的速度大小为vp，在P处，小环的受力如图所示，
根据平衡条件得
由牛顿第三定律得，杆对小环的支持力大小=0.4mg，联立解得
故B正确；
CD．在小环由P处下滑到处的过程中，对杆没有压力，此时小环的速度大小为v'，则在P'处，小环的受力如图所示
由平衡条件得
变形解得
在小环由P处滑到P'处的过程中，由动能定理得
代入解得
故CD正确；
故选BCD。
11． 750 250 = 绿色
解析：（1）[1]为了使电压表能够测量电压的最大值为4V，需将电压表和定值电阻串联使用，则有
解得
（2）[2][3]某次实验中两电表读数均为量程的，则待测电阻的测量值为
由于各电表内阻均已知，该实验不存在系统误差，即测量值等于真实值。
（3）[4]由于
根据色环电阻读数规则可知第二位为5，故为绿色。
12． C E 偏小 偏小
解析：（1）[1]由于电源电动势约为3V，故电压表选择C；
[2]R2＝1000 Ω的定值电阻太大，使得电压表指针的偏角太小，且在改变电阻箱阻值时，电压表的示数变化不明显，故定值电阻选择E。
（2）[3][4]由闭合电路欧姆定律得
化简得
则有
得
，
（3）[5][6]考虑到电压表的分流作用，则有
变形得
纵轴截距变大，为，计算时依然用求解E和r，则求得的值均偏小。
13．（1）2Ω，72W；（2）；（3）
解：（1）电热丝为纯电阻元件，由欧姆定律得
热功率
（2）电动机为非纯电阻元件，由能量守恒定律得
解得
（3）电解槽为非纯电阻元件，由能量守恒定律得
解得
14．（1）1.2T；（2）0 ≤ R ≤ 8.4Ω
解：（1）由题知，当电阻箱的电阻调为R = 0.9Ω时，金属杆静止且与导轨无摩擦，则根据闭合回路欧姆定律可知，流过金属棒ab的电流
方向由b到a，根据题意及左手定则，对金属棒ab受力分析，受本身的重力，安培力，斜面的支持力，根据公式可知
如图（未画出静摩擦力）
沿斜面方向根据平衡条件有
解得
B = 1.2T
（2）根据以上分析，垂直斜面方向，根据平衡条件可得
则R在Rmin时有
解得
Rmin < 0
则
Rmin = 0
则R在Rmax时有
解得
Rmax = 8.4Ω
15．（1）；（2），；（3）
解：（1）由题意可知粒子在区域I中做匀速圆周运动的半径为
①
根据牛顿第二定律有
②
联立①②解得
③
（2）根据粒子在区域I中的偏转方向和左手定则可知粒子带正电，粒子从O点运动到N点的过程中，在水平方向做匀减速运动，由牛顿第二定律可得其加速度大小为
④
粒子在竖直方向以v0做匀速运动。设粒子从O点运动到N点的时间为t′，根据运动学规律有
⑤
⑥
联立③④⑤⑥解得
⑦
易知粒子到达N点时水平方向的末速度为0，则粒子在水平方向的初速度大小为
⑧
解得
⑨
（3）作出该带电粒子的运动轨迹如图所示。根据⑤式有
⑩
根据对称性可知，粒子在匀强电场中运动的时间为
⑪
粒子在区域I中运动的时间为
⑫
根据牛顿第二定律有
⑬
可得粒子在区域Ⅱ、Ⅲ中运动的周期均为
⑭
粒子在区域Ⅱ、Ⅲ中运动的总时间为
⑮
该带电粒子从O点出发到再次返回到O点的整个运动过程所经历的时间为
⑯