2022-2023学年高二下学期期末考前必刷卷：高二下期末物理（上海卷02）（全解全析）

上海市2022-2023学年度高二下学期期末考试

物理 考前必刷卷02

（考试时间：60分钟  试卷满分：100分）

注意事项：

1．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。

2．回答第Ⅰ卷时，选出每小题答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。写在本试卷上无效。

3．回答第Ⅱ卷时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。

4．测试范围：选择性必修第二册。

5．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

第I卷（选择题）

共40分。

第1-8小题，每小题3分，第9-12小题，每小题4分。每小题只有一个正确答案。

一、单选题

1．在19世纪60年代建立经典电磁理论，并预言了电磁波存在的物理学家是（　　）

A．麦克斯韦 B．马可尼 C．赫兹 D．柯林斯

【答案】A

【详解】建立经典电磁理论，并预言了电磁波存在的物理学家是麦克斯韦。故选A。

2．磁场中垂直于磁场方向固定一根直导线，在导线中通以大小不同的电流。导线受到的安培力大小F与电流I的关系图像正确的是（　　）

A． B．

C． D．

【答案】B

【详解】根据安培力的计算公式有，可知图象的斜率代表BL，不变，当电流I=0时，安培力F=0。故选B。

3．一个带电粒子，沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场，粒子的一段径迹如图所示，径迹上每小段可近似的看成圆弧，由于带电粒子使沿途空气电离，粒子的动能逐渐减小（带电荷量不变），则由图中情况可判定下列说法正确的是（    ）

A．粒子从a运动到b，带正电 B．粒子从b运动到a，带正电

C．粒子从a运动到b，带负电 D．粒子从b运动到a，带负电

【答案】B

【详解】由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的动能逐渐减小，速度逐渐减小，根据洛伦兹力提供向心力

可得，粒子在磁场中运动的半径公式

所以粒子的半径逐渐的减小，粒子的运动方向是从b到a，再根据左手定则可知，粒子带正电。故选B。

4．图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面积位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相等的电流，方向如图所示。一带负电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向里运动，它所受洛伦兹力的方向是（    ）

A．向左 B．向右 C．向上 D．向下

【答案】D

【详解】根据右手螺旋定则可知，a，c两导线在O点产生的磁感应强度方向均向左。b导线在O点产生的磁感应强度方向向上，d导线在O点产生的磁感应强度方向向下，b，d导线在O点产生的磁感应强度互相抵消。则O点实际磁感应强度方向向左，再根据左手定则可知，该粒子所受洛伦兹力方向向下。故选D。

5．如图所示，边长为L的等边三角形线框PMN由三根相同的导体棒连接而成，线框平面与磁感应强度方向垂直，当流入M点的电流为I时，导体棒MP受到的安培力大小为F，则（　　）

A．边受到的安培力的大小为  B．整个线框受到的安培力的大小为

C．匀强磁场的磁感应强度大小为  D．匀强磁场的磁感应强度大小为

【答案】B

【详解】CD．根据题意，由已知条件可知，边的有效长度与相同，等效后的电流方向也与相同，由电阻定律可知，边的电阻等于边的电阻的两倍，两者为并联关系，由于通过点的电流为，则中的电流大小为，中的电流为，由安培力公式有              解得

故CD错误；

AB．由安培力公式可得，边受到的安培力的大小为

由左手定则可知，方向为竖直向上，由于边的有效长度与相同，等效后的电流方向也与相同，则边受到的安培力的大小为

方向竖直向上，则整个线框受到的安培力的大小为

故A错误，B正确。故选B。

6．如图所示，条形磁铁固定在光滑水平桌面上。现有三个大小相同的立方体a、b、c，其中a为铁块，b为铅块，c为木块，它们分别从P点以相同的初速度正对着磁铁的S极滑去，设它们与S极相碰时的速度分别为、和，则有（　　）

A． B．

C． D．

【答案】C

【详解】铁块在磁场中能够被磁化，铁块将加速运动，铅块不能被磁化，但铅块时导体，向S极运动时，将产生涡流，根据楞次定律，原磁场对铅块有电磁阻尼作用，铅块将减速运动，木块是绝缘体，不受磁场影响，木块将匀速运动，可知

故选C。

7．在如图所示的电路中，A1和A2是两个相同的灯泡．线圈L的自感系数足够大，电阻不可以忽略。下列说法正确的是（　　）

A．闭合开关S时，A1和A2同时亮

B．闭合开关S时，A2先亮，A1逐渐变亮

C．断开开关S后的瞬间，A2闪亮一下再熄灭

D．断开开关S后的瞬间，流过A2的电流方向向右

【答案】B

【详解】AB．灯A1与电感线圈串联，当开关S闭合时，灯A2立即发光，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知线圈产生的感应电动势与原来电流方向相反，阻碍电流的增大，通过线圈的电流只能逐渐增大，A1逐渐亮起来．所以A2比A1先亮，故A错误，B正确；

C．由于线圈直流电阻不可以忽略，当电流逐渐稳定时，线圈不产生感应电动势，A2的电流比A1的电流大，当开关S断开后，由于自感，线圈中的电流只能慢慢减小，其相当于电源，与灯泡A1、A2构成闭合回路放电，两灯都过一会儿熄灭，由于稳定后A2的电流比A1的电流大，所以A2不会闪亮一下，故C错误；

D．断开开关S时，流过线圈L的电流逐渐减小，方向不变，所以流过A2的电流方向与开始相反，方向向左，故D错误。

故选B。

8．某同学做“旋转的液体”实验，实验装置如图所示，在玻璃皿中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极，蹄形磁铁两极正对部分的磁场可视为匀强磁场。已知电源的电动势为，内阻，限流电阻，玻璃皿中两电极间液体的等效电阻为。闭合开关后，当液体旋转稳定时，电压表的示数为，此时液体中产生的热功率为，则从上往下看，液体做（　　）

A．顺时针旋转，  B．顺时针旋转，

C．逆时针旋转，  D．逆时针旋转，

【答案】C

【详解】根据题意，由左手定则可知，液体逆时针旋转，由闭合回路欧姆定律有

解得

液体中产生的热功率为

故选C。

9．电磁驱动技术在生活生产、科研和军事中应用广泛。如图所示为一电磁驱动模型，在水平面上固定有两根足够长的平行轨道。轨道左端接有阻值为R的电阻，轨道电阻不计、间距为L，虚线区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直轨道平面向下。长度为L，质量为m、电阻为r的金属棒ab静置于导轨上，金属棒与导轨间的最大静摩擦力大小为，当磁场以速度v水平向右匀速移动时，下列说法中正确的是（　　）

A．金属棒中感应电流的方向为从b到a

B．金属棒被驱动后做水平向右的匀加速直线运动

C．金属棒受到安培力所做的功等于回路中产生的焦耳热

D．若磁场区域足够大，金属棒最终在磁场中达到稳定状态时的速度小于ν

【答案】D

【详解】A．当磁场开始运动后，棒相对于磁场向左运动，由右手定则得，电流从a到b，故A错误；

BD．金属棒被驱动意味着做加速运动

由

，，

得

由左手定则得，棒ab受向右的安培力，当

时，棒ab开始运动，即

得

当棒运动后，设棒相对于磁场向左运动的速度为，由，当减小到

即

时，棒相对于磁场向左匀速运动，即棒以小于v的速度向右匀速直线运动，故B错误，D正确；

C．此处能产生感应电流跟安培力做功无关，是因为磁场的匀速运动产生了感应电流，从而产生了焦耳热，故C错误；故选D。

10．如图所示的理想变压器初、次级匝数比为。图中4个灯泡规格相同。若、恰能正常发光，则（    ）

A．、正常发光

B．、比正常发光时暗些

C．、比正常发光时亮些

D．条件不足，无法判断

【答案】B

【详解】令灯泡额定电流为，由于、恰能正常发光，则副线圈中电流为，根据电流匝数关系有

解得

可知，、比正常发光时暗些。

故选B。

11．某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低电压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时（　　）

A．升压变压器的副线圈的电压变大

B．高压输电线路的电压损失变大

C．降压变压器的副线圈上的电压变大

D．升压变压器的原线圈的电压变大

【答案】B

【详解】AD．对于升压变压器，根据原副线圈电压比对于匝数比，可得

发电站的发电机输出电压稳定，可知升压变压器的原线圈的电压不变，升压变压器的副线圈的电压不变，故AD错误；

B．根据题意，用电总功率增加，根据

可知高压输电线路的电流变大，根据

可知高压输电线路的电压损失变大，故B正确；

C．根据

可知降压变压器原线圈的输入电压变小，根据

可知降压变压器的副线圈上的电压变小，故C错误。

故选B。

12．在电喷汽车的进气管道中，广泛地使用着一种叫“电热丝式”空气流量传感器的部件，其核心部分是一种用特殊合金材料制作的电热丝。如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R两端的电压就变得越高；反之，电压就越低。这样，管道内空气的流量就转变成了可以测量的电压信号，便于汽车内的电脑系统实现自动控制。如果将这种电热丝放在实验室中测量，得到的伏安特性曲线可能是（　　）

A． B．

C． D．

【答案】C

【详解】由题意知，电热丝是热敏电阻，温度越低，电阻越小，则知温度越高，电阻越大，而图线上任意一点与原点连线的斜率等于电阻，电压和电流增大时，电阻的温度升高，电阻增大，图线上的点与原点连线斜率越大。

故选C。

第II卷（非选择题）

二、填空题：本题共5小题，共20分。

13．一根长为10cm的通电直导线，放在磁感应强度为0.4T的匀强磁场中，导线与磁场方向垂直，则当导线中通入的电流I=_______，该导线受到的磁场力的大小为0.02N；若将导线中的电流减至0.1A，则该处的磁感应强度为B=_______。

【答案】     0.5A     0.4T

【详解】[1]由安培力公式可知

故导线中通入的电流为

[2]磁感应强度是用来描述磁场的性质的，是由磁场本身决定的，故导线中的电流变化时，该处的磁感应强度不变为

14．如图所示，空间某区域有一方向水平、磁感应强度为B＝0.20T的匀强磁场。一带正电微粒质量为，带电量为，当它以某一水平速度的大小为______m/s，垂直进入磁场后，恰能沿直线匀速通过此区域。如果微粒的速度大于，它将向______偏转。

【答案】     100；     向上

【详解】[1]一带正电微粒恰能沿直线匀速通过磁场，受到重力和洛伦兹力，微粒处于平衡状态，根据平衡条件有

解得

[2]如果微粒的速度大于，则有

微粒进入磁场时合力竖直向上，微粒将向上偏转。

15．一交流发电机给某一用电器供电，产生的正弦交变电流的图像如图所示，交变电流的瞬时值表达式为i=________A，若交流发电机线圈的电阻为0.6Ω，则其产生的热功率为___________W。

【答案】          30

【详解】[1]根据图像可知

，，

解得交变电流的瞬时值表达式为

[2]交流电的有效值

发电机的发热功率

16．如图所示，质量为m=0.02kg的通电细杆ab置于倾角为θ=37°的平行放置的导轨上，导轨的宽度d=0.2m，杆ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.4，磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，现调节滑动变阻器的滑片，为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流最大值为_______A，最小值为_______A（g取10m/s2）。

【答案】     0.46     0.14

【详解】当电流较大时，导体有向上的运动趋势，所受静摩擦力向下，当静摩擦力达到最大时， 磁场力为最大值，此时通过ab的电流最大为，受力分析如图所示

由平衡条件列方程组可得

最大静摩擦力为

安培力为

联立以上各式得

同理，当电流最小时，应该是导体受向上的最大静摩擦力，此时的安培力为，电流为，受力图如图所示

由平衡条件列方程组可得

最大静摩擦力为

安培力为

联立以上各式得

17．半径为R的通电圆软环，电流大小为I，空间有垂直于圆环面的匀强磁场（磁感应强度为B），若安培力使得圆环拉伸，圆环内部的张力大小为__________。若此圆软环绝缘，且均匀带上电荷量Q，半径仍为R，静电力常量为k，在圆心处放置一点电荷（电量为q），则库仑力使得圆环拉伸，不考虑圆环内电荷相互作用，圆环内部的张力大小为__________。

【答案】     BIR    

【详解】[1] 取软环上一长度为一段，安培力使得圆环拉伸，则安培力沿半径指向圆外，该小段软环所受张力如图所示

该圆弧所对圆心的角为，两侧张力夹角为，由受力平衡得

①

又

则，当很小时

②

由①②得

③

又

④

由③④得

[2]同理，取软环上一长度为一段，库仑力使得圆环拉伸，则库仑力沿半径指向圆外，该小段软环所受张力如图所示。

设圆环上电荷的线密度为，该小段软环所受库仑力大小

⑤

由受力平衡得

⑥

又

则，当很小时

⑦

⑧

由⑤⑥⑦⑧得

三、实验题：本题共1小题，共10分。

18．（I）（4分）图示为研究左手定则的实验装置图。闭合电键，铜棒P向右摆动，则U型磁铁的A端为______极（选填“N”或“S”）。铜棒P从静止开始起，第一次到达右侧最高点的过程中，不计空气阻力，其机械能_____________（选填“增大”、“减小”、“先增后减”、“先减后增”）。

【答案】          增大

【详解】[1]根据题意可知，闭合电键，铜棒P向右摆动，即铜棒P受向右的安培力，由左手定则可知，U型磁铁的A端为极。

[2]铜棒P从静止开始起，第一次到达右侧最高点的过程中，不计空气阻力，安培力做正功，机械能增大。

（II）（6分）如图所示为用DIS 研究通电螺线管的磁感应强度的实验：

（1）该实验用的是_________传感器（填传感器名称）；对该传感器调零时，应在螺线管通电_________进行。（选填“前”或“后”）

（2）甲同学实验得到的磁感应强度随传感器伸入的距离变化关系如图。图像在第四象限的原因是____________；

（3）若将通电螺线管内部的磁场近似看作匀强磁场，磁感应强度为B，已知：螺线管长度L、匝数N、横截面积S、电阻R，则穿过通电螺线管的磁通量为__________。

【答案】     磁     前     通过螺旋管的电流方向相反或将探管从螺线管的另一端插入     BS

【详解】（1）[1]研究通电螺线管的磁感应强度，用磁传感器。

[2]在对螺线管通电前必须对磁传感器进行调零，否则就会有测量误差。

（2）[3] 图像在第四象限的原因是通过螺旋管的电流方向相反或将探管从螺线管的另一端插入。

（3）[4]穿过通电螺线管的磁通量为

四、解答题：本题共2小题，共30分。

19．（15分）如图（甲）所示，左侧接有定值电阻的水平粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度，导轨间距为。一质量，阻值的金属棒在拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动，金属棒与导轨间动摩擦因数，。金属棒的速度—位移图像如图（乙）所示，则从坐标原点到的过程中求：

（1）通过电阻R的电量是多少；

（2）拉力F做的功是多少；

（3）整个系统产生的总的焦耳热是多少；

（4）试证明导体棒从坐标原点运动到所用的时间。

【答案】（1）0.25C；（2）9.25J；（3）5.25J；（4）见解析

【详解】（1）通过电阻R的电荷量

（2）由速度图像得，速度与位移的关系为

切割产生的电动势为

电流为

金属棒所受的安培力

则知F与x是一次函数关系，当时，安培力

当时，安培力

则从起点发生位移的过程中，安培力做功为

根据动能定理得

其中，，，代入解得，拉力做的功

（3）根据能量守恒得

可得

代入数据解得

（4）由图可知，图像的斜率

可得

可知速度增大，金属棒的加速度也随之增大，图像的斜率增大，金属棒做加速增大的变加速运动，在相同时间内，达到相同速度时通过的位移小于匀加速运动的位移，平均速度小于匀加速运动的平均速度，即

解得

20．（15分）如图所示，两根距离为d=1m的足够长的光滑平行金属导轨位于xoy竖直面内，一端接有阻值为R=2Ω的电阻。在y>0的一侧存在垂直纸面的磁场，磁场大小沿x轴均匀分布，沿y轴大小按规律分布。一质量为m=0.05kg、阻值为r=1Ω的金属杆与金属导轨垂直，在导轨上滑动时接触良好。金属杆始终受一大小可调节、方向竖直向上的外力F作用，使它能保持大小为a=2m/s2、方向沿y轴负方向的恒定加速度运动。t=0时刻，金属杆位于y=0处，速度大小为v0=4m/s，方向沿y轴的正方向。设导轨电阻忽略不计，空气阻力不计，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）当金属杆的速度大小为v=2m/s时直杆两端的电压；

（2）该回路中感应电流持续的时间；

（3）当时间分别为t=3s和t=5s时，外力F的大小；

（4）电阻R的最大电功率。

【答案】（1）；（2）；（3）1.1N，；（4）W

【详解】（1）当金属杆的速度大小为v=2m/s时，以y轴正方向为正，此时，位移

磁场

感应电动势

金属直杆两端的电压

（2）感应电流持续的时间为从直杆开始运动到再次回到出发点的时间，即

（3）当t=3s时，速度

直杆向上运动，此时，位移

磁场

直杆受竖直向下的重力G、竖直向上的外力F、竖直向下的安培力F安，由牛顿第二定律得

当t=5s>4s时，直杆已向上离开磁场区域，此时只受重力G和外力F作用，由牛顿第二定律得

（4）电阻R的功率

其中

，

代入，得

当v2=8，即时P最大

Pm=W