临泉县田家炳实验中学2024-2025学年高二下学期开学考试
物理试卷
(75分钟 100分)
一、单项选择题: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,只有一项符合题目要求。
1.智能道闸的原理如图甲所示,当车辆经过自动栏杆前的地下电感线圈时,线圈的自感系数发生变化,其内部电容器与电感线圈构成的LC振荡电路中电流频率发生变化,车辆检测器检测到这个变化就发出电信号,车牌识别器对车辆身份进行鉴别,然后控制自动栏杆抬起或落下。道闸中的LC振荡电路产生的振荡电流如图乙所示,下列说法正确的是
A.t1时刻,电容器两端电压最小
B.t3~t4时间内,电容器上的电荷量增加
C.t3时刻,线圈中的自感电动势最小
D.t1~t2时间内,电场能向磁场能转化
2.风能作为绿色能源,近几年来得到了快速发展,如图所示的风车阵中发电机的输出功率为100 kW,输出电压是250 V,用户需要的电压是220 V,输电线电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%,则在输电线路中设置的升、降压变压器(可视为理想变压器)原、副线圈的匝数比分别为
A.1∶20 240∶11 B.1∶200 240∶11
C.1∶20 20∶11 D.1∶200 2400∶11
3.如图,两半径相同、均匀带负电的塑料圆环共轴放置,所带电荷量相同,环面相距2l,O1、O2为两圆环的圆心。现使两环绕轴以相同的角速度ω同向匀速旋转,a、b、c是轴上三点,aO1=O1b=bO2=O2c=l,关于a、b、c三点处的磁感应强度,下列判断正确的是
A.a处的磁感应强度比c处的大
B.a、c两处的磁感应强度相同
C.a、c两处的磁感应强度方向相反
D.b处的磁感应强度为零
4.如图所示,图甲、图乙分别为两种交流电压随时间变化的图像,其中图甲所示的电压按正弦规律变化,下列说法正确的是
A.图甲中电压的瞬时值表达式为u=220sin 100πt(V)
B.两电压分别加在阻值相同的电阻上,一个周期内消耗的电能相同
C.两电压分别加在阻值相同的电阻上,0~0.01 s内通过电阻的电荷量不同
D.两电压分别加在击穿电压均为220 V的电容器上,电容器均能正常使用
5.如图所示,半径为R的金属环A与半径为r(R>r)的橡胶环B同轴共面放置,环B均匀带负电。现使环B由静止开始绕OO'轴顺时针旋转(从左往右看)并逐渐增大转速,在此过程中,下列说法正确的是
A.金属环A有扩大的趋势
B.金属环A有缩小的趋势
C.金属环A中没有感应电流产生
D.金属环A中有逆时针方向(从左往右看)的感应电流产生
6.如图甲所示,在真空中固定的两个相同点电荷A、B关于x轴对称,x轴上的E-x图像如图乙所示(规定x轴正方向为电场强度E的正方向)。若在坐标原点O由静止释放一个正点电荷q,它将沿x轴正方向运动,不计重力。则
A.A、B带等量正电荷
B.点电荷q在x1处时电势能最大
C.点电荷q在x3处时动能最大
D.点电荷q沿x轴正方向运动的最远距离为2x2
7.如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆。M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场(未画出),磁感应强度大小为B,现使金属杆从OQ位置以恒定的角速度ω逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ),再使磁感应强度的大小以恒定的变化率均匀变化(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ、Ⅱ中,流过OM的电流做功的功率相等,则过程Ⅱ中磁感应强度的变化率为
A. B. C. D.
二、多项选择题: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。
8.2022年12月28日,我国230 MeV超导回旋加速器研制取得突破,全面达到设计指标,标志着我国已全面掌握小型化、高剂量率超导回旋加速器的核心技术,进入国际先进行列。如图所示,回旋加速器的D形盒半径为R,两盒D1、D2间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计。D形盒处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向垂直盒面向里,D形盒分别与电压为U的交流电源相连,质量为m、电荷量为q的质子,从A处(靠近D1直径中点处)由静止加速,不考虑相对论效应,则
A.质子可获得的最大速度v=
B.质子在盒中运动过程中,角速度不变
C.质子从静止开始加速到最大速度所需的时间t=
D.回旋加速器中交变电场的周期为质子在磁场中运动周期的2倍
9.某电容式加速度传感器的简化原理图如图甲所示,杆和内圆筒可沿导轨在水平方向滑动,外圆筒、导轨和弹簧右侧均固定在物体上(未画出)。已知内、外圆筒所带电荷量不变,若杆相对导轨运动的位移(向右为正)-时间图像如图乙所示,其中t1~t2段的图线与t轴平行,初始时刻内、外圆筒的正对面积最大,则
A.初始时,物体可能水平向右做加速运动
B.t1~t2时间内,内、外圆筒所形成的电容器的电容C为恒定值
C.t3时刻内、外圆筒间的电场强度最大
D.t3~t4时间内,内、外圆筒间的电场强度逐渐增大
10.如图所示,绝缘轻细线一端固定于O点,另一端系一带正电的小球,小球的电荷量为q,质量为m,绝缘细线长为L。现在该区域加上竖直向下的匀强电场或垂直纸面向里的匀强磁场,使小球能在竖直平面内沿逆时针方向做圆周运动。若带电小球均恰好能通过最高点且速度大小为v,重力加速度为g,则
A.电场强度E与磁感应强度B的比值等于1∶v
B.所加的匀强电场的电场强度大小为
C.小球在匀强电场中通过最低点时的速度大于在匀强磁场中通过最低点时的速度
D.小球在匀强电场中通过最低点时所受的合力大于在匀强磁场中通过最低点时所受的合力
三、实验探究题:本题共2小题,共14分。将符合题意的内容填写在题目中的横线上或按题目要求作答。
11.(6分)某实验小组用如图甲所示电路“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”,图乙中变压器为可拆变压器。
实验提供的器材有:
A.多节干电池 B.学生电源 C.直流电压表 D.多用电表
(1)电源应选 ,测量电压应选 。(均选填字母代号)
(2)若用匝数N1=100匝和N2=200匝的变压器做实验,在原线圈N1的两端分别加上2 V、4 V、6 V和8 V的电压,测量出副线圈两端相应的电压,记录在下面的表格中。
实验次数 1 2 3 4
U1/V 2 4 6 8
U2/V 3.9 7.8 11.8 15.7
1∶1.95 1∶1.95 1∶1.97 1∶1.96
(3)实验可得结论为 。
(4)产生实验误差的原因可能是 。(填选项前的字母)
A.原线圈所加电压偏小
B.变压器的铁芯漏磁
C.变压器的铁芯产生涡流
12.(8分)待测电阻Rx的阻值约为20 Ω,现要准确测量其阻值,实验室提供的器材如下:
A.电流表(量程为150 mA,内阻r1 约为10 Ω)
B.电流表(量程为20 mA,内阻r2=30 Ω)
C.电压表(量程为3 V,内阻RV1=3000 Ω)
D.电压表(量程为15 V,内阻RV2约为10000 Ω)
E.滑动变阻器R1(最大阻值为5 Ω,额定电流为1.0 A)
F.滑动变阻器R2(最大阻值为200 Ω,额定电流为0.5 A)
G.电源E(电动势为4 V,内阻不计)
H.开关S及导线若干
(1)为了使电压调节范围从零开始,测量准确,测量时电表示数不得小于其量程的,请从所给的器材中选择合适的实验器材 (选填器材前对应的字母代号)。
(2)根据你选择的实验器材,请你在虚线框内画出测量Rx阻值的最佳实验电路图并标明器材符号。
(3)若考虑电表内阻的影响,则待测电阻的表达式为Rx= ,除题中给定的字母外,式中各符号的物理意义为 。
四、计算题:本题共3小题,共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。
13.(10分)如图,空间中存在水平向右的匀强电场(未画出),一带电荷量为q(q>0)、质量为m的小球,自距离地面高h的A点处由静止释放。小球落地点B到释放点的水平距离为h,重力加速度为g,忽略空气阻力。求:
(1)电场强度E的大小。
(2)落地时小球的动能。
(3)小球从A点运动到B点过程中的平均速度大小。
14.(13分)如图所示,水平面上足够长的两根平行光滑导轨间距为L,左端接有电容为C的电容器,电容器的两极板分别为A、A',电容器极板所带电荷量为Q,其中A板带正电。垂直于导轨水平放置一根质量为m的均匀导体棒,导体棒保持静止,不计导体棒及导轨的电阻,导体棒始终与导轨接触良好,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。闭合开关S,求:
(1)导体棒运动的最大速度。
(2)由静止开始至速度达到最大值的过程中,安培力对导体棒所做的功。
15.(17分)空间中有坐标系xOy,其中x轴水平,y轴竖直,如图甲所示。在第一象限有沿x轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E1;在第三、四象限有竖直向上的匀强电场,电场强度大小为E2;在-L
(1)液滴射入磁场Ⅰ时的速度大小v。
(2)磁感应强度大小B。
(3)液滴从y=-3L边界射出磁场Ⅱ时的位置坐标。
参考答案
题序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 D A B C A D D AB BD BCD
11.(6分) 【解析】(1)实验需要提供交流电源,干电池只能提供直流电源,所以电源应选学生电源。实验中要测量的是交流电压,故不能选直流电压表,只能选用多用电表。
(3)根据实验数据可得,在误差允许的范围内,理想变压器的原线圈与副线圈的电压之比等于线圈匝数之比。
(4)原线圈输入电压大小不会影响电压比和匝数比,A项错误;变压器的铁芯漏磁使得能量发生损耗,从而导致电压比与匝数比有差别,B项正确;变压器的铁芯产生涡流使得能量发生损耗,从而导致电压比与匝数比有差别,C项正确。
【答案】(1)B (1分) D (1分)
(3)在误差允许的范围内,理想变压器的原线圈与副线圈的电压之比等于线圈匝数之比 (2分)
(4)BC (2分)
12.(8分) 【解析】
根据测量时电表读数不得小于其量程的,电源电动势为4 V,选用15 V电压表不能达到要求,故选;估算电路中电流最大约为150 mA,电流表选;为了使测量尽量准确,使用电流表外接法;为了使电压调节范围从零开始,滑动变阻器用分压式接法,选R1。电路图如图所示。设电流表的示数为I1,电压表的示数为U1,流过Rx的电流为I1-,根据欧姆定律可知Rx=。
【答案】(1)ACEGH (2分)
(2)见解析 (2分)
(3) (2分) I1为电流表的示数,U1为电压表的示数 (2分)
13.(10分)
解:(1)小球在竖直方向做自由落体运动,有h=gt2 (1分)
在水平方向做匀加速直线运动,有h=at2 (1分)
根据牛顿第二定律,有qE=ma (1分)
联立解得E=。 (1分)
(2)根据动能定理有mgh+qE·h=Ek-0 (2分)
解得落地时小球的动能Ek=mgh。 (1分)
(3)小球的位移x==h (1分)
所用时间t= (1分)
小球的平均速度大小==。 (1分)
14.(13分)
解:(1)闭合开关后,电容器放电,在安培力作用下,导体棒开始运动,产生感应电动势,当感应电动势等于电容器两端电压时,电容器停止放电,导体棒中电流为零,此时导体棒运动的速度最大 (2分)
设导体棒的最大速度为vm
有U=BLvm (2分)
电容器放电的电荷量ΔQ=Q-CBLvm (2分)
对导体棒应用动量定理,有BΔQL=mvm (2分)
解得vm=。 (2分)
(2)根据动能定理,安培力对导体棒所做的功W=m=。 (3分)
15.(17分)
解:(1)液滴在电场中运动,有
ax==,ay=g (1分)
L=gt2,vy=gt (1分)
x=axt2,vx=axt (1分)
可得液滴射入磁场Ⅰ时的速度大小v==。 (1分)
(2)设射入磁场Ⅰ时液滴的速度方向与水平方向间的夹角为α,如图乙所示
乙
则tan α= (1分)
解得α=60° (1分)
液滴在磁场Ⅰ中运动时,由于mg=qE2,故做匀速圆周运动,设其轨迹半径为R1,由牛顿第二定律得qvB= (2分)
由几何知识得L=2R1cos 60° (1分)
解得B=。 (2分)
(3)由(1)知,液滴进入磁场Ⅰ时的位置坐标为(,0) (1分)
根据对称性可知,液滴离开磁场Ⅰ时的位置坐标为(,-L) (1分)
液滴在-2L
液滴在磁场Ⅱ中做圆周运动的半径R2=R1 (1分)
根据对称性可知,液滴离开磁场Ⅱ时的位置坐标为(0,-3L)。 (2分)
