辽宁省部分重点高中强基协作体2022-2023学年高二上学期物理期末质量检测试卷

试卷更新日期：2023-01-29 类型：期末考试

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一、单选题

1. 甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、质谱仪的结构示意图，下列说法中正确的是（）

A、图甲中增大交变电场的电压可增大粒子的最大动能 B、图乙中可以判断出通过R的电流方向为从a到b C、图丙中粒子沿PQ向右或沿QP向左直线运动的条件都是 $v = \frac{E}{B}$ D、图丁中在分析同位素时，磁场中半径最小的粒子对应质量也一定最小

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2. 如图，两根倾斜金属导轨 $M 、 N$ 与水平面的夹角 $θ = 37^{\circ}$ ，两导轨间距为d =0.6m，金属棒 $a b$ 的质量为 $m = 0.1 kg$ ， g=10 $m / s^{2}$ ，放在导轨上且与导轨垂直。磁场的磁感应强度大小为B =1T，方向垂直导轨平面向下，电源的电动势为E =5V，R为滑动变阻器，其他电阻不计，金属棒与导轨间的动摩擦因数为 μ=0.5，调节滑动变阻器，使金属棒在导轨上静止。关于滑动变阻器R的阻值的取值范围，下列说法正确的是（）

A、 $3 Ω \leq R \leq 7.5 Ω$ B、 $3 Ω \leq R \leq 15 Ω$ C、 $7.5 Ω \leq R \leq 15 Ω$ D、 $5 Ω \leq R \leq 7.5 Ω$

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3. 如图所示，垂直水平面的正方形匀强磁场区域内，有一位于光滑水平桌面内的、电阻均匀的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中（）

A、导体框中产生的感应电流方向相反 B、导体框中产生的焦耳热相同 C、导体框边ab两端电势差相同 D、通过导体框截面的电量相同

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4. 如图所示，LC电路中，电容C为0.4μF，电感L为1mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置。开关S断开时，极板间有一带电灰尘恰好处于静止状态。当开关S闭合时，灰尘开始在电容器内运动（设灰尘未与极板相碰），此时开始计时，在一个振荡周期内，下列说法正确的是（　　）

A、 $π \times 10^{- 5} s$ 时，回路中电流变化最快 B、 $π \times 10^{- 5} s$ 时，灰尘的速度最大 C、 $2 π \times 10^{- 5} s$ 时，灰尘的加速度最大 D、 $2 π \times 10^{- 5} s$ 时，线圈中磁场能最大

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5. 如图，两条间距为L的平行金属导轨位于同一水平面（纸面）内，其左端接一阻值为R的电阻；一金属棒垂直放置在两导轨上；在MN左侧面积为S的圆形区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场，磁感应强度大小B随时间t的变化关系为B=kt，式中k为常量，且k>0；在MN右侧区域存在一与导轨垂直、磁感应强度大小为B₀、方向垂直纸面向里的匀强磁场。t=0时刻，金属棒从MN处开始，在水平拉力F作用下以速度v₀向右匀速运动。金属棒与导轨的电阻及摩擦均可忽略。则（）

A、在t时刻穿过回路的总磁通量为B₀Lv₀t B、电阻R上的电流随时间均匀增大 C、在时间Δt内流过电阻的电荷量为 $\frac{k S + B_{0} L v_{0}}{R}$ Δt D、金属棒所受的水平拉力F随时间均匀增大

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6. 如图所示为模拟远距离输电的部分测试电路。a、b端接电压稳定的正弦交流电源，理想变压器的原、副线圈匝数比为k且 $k < 1$ ，定值电阻 $R_{1} < R_{2}$ ，电流表、电压表均为理想电表，其示数分别用I和U表示。当向上调节滑动变阻器 $R_{3}$ 的滑片P时，电流表、电压表示数变化量分别用 $Δ I$ 和 $Δ U$ 表示。则以下说法正确的是（）

A、 $R_{2} = \frac{Δ U}{Δ I}$ B、 $R_{1} = \frac{1}{k^{2}} | \frac{Δ U}{Δ I} |$ C、电阻 $R_{2}$ 消耗的功率 $P_{2} = U I$ D、电源的输出功率一定增大

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7. 如图所示，轻质弹簧下端固定在水平地面上，上端连接一轻质薄板。 $t = 0$ 时刻，一物块从其正上方某处由静止下落，落至薄板上后和薄板始终粘连，粘接时间可忽略，其位置随时间变化的图像（ $x - t$ ）如图乙所示，其中 $t = 0.2 s$ 时物块刚接触薄板。弹簧形变始终在弹性限度内，空气阻力不计，重力加速度 $g = 10 {m/s}^{2}$ ，则（）

A、 $t = 0.4 s$ 时物块的加速度等于重力加速度 B、 $t = 0.7 s$ 时物块的加速度小于重力加速度 C、该物块与薄板粘连后振动的周期为 $0.1 s$ D、 $t = 0.2 s$ 后物块坐标位置随时间变化关系为 $x = 0.3 + 0.2 sin [\frac{10 π}{3} (t - 0.2) - \frac{π}{6}] (m)$

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二、多选题

8. 如图所示，由N匝导线组成的矩形导线框，从图示位置开始。以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕对称轴OO'匀速转动。线框面积为S，线框总电阻为r，外电路接有电阻R和二极管D．二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零。反向电阻无穷大。下列说法正确的是（）

A、线框中交变电流的电动势 $e = \sqrt{2} N B S ω s i n ω t$ B、电阻R的发热功率为 $\frac{ω^{2} N^{2} B^{2} S^{2} R}{4 {(R + r)}^{2}}$ C、R两端电压的最大值 $\frac{\sqrt{2} ω N B S R}{R + r}$ D、一个周期内通过R的电荷量为 $\frac{2 N B S}{R + r}$

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9. 如图所示，一粒子发射源P位于足够大绝缘板AB的上方 $\frac{d}{2}$ 处，能够在纸面内向各个方向发射速率为v、电荷量为q、质量为m的带正电的粒子。空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，不考虑粒子间的相互作用和粒子重力，已知粒子做圆周运动的半径大小恰好为d，则（）

A、粒子能打在板上的区域长度是 $\sqrt{15} d$ B、粒子能打在板上的区域长度是 $\frac{\sqrt{3} + \sqrt{15}}{2} d$ C、粒子从出发至打到板上的最短时间为 $\frac{π d}{6 v}$ D、粒子从出发至打到板上的最长时间为 $\frac{5 π d}{3 v}$

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10. “日”字型硬质导线框如图所示，线框的ac，bd边长为2L（电阻不计），三条短边ab、ef、cd长均为L、电阻均为R，ef位于线框正中间。线框下方有一宽度为L的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场的上、下边界水平，且cd边与磁场边界平行。当cd距磁场上边界一定高度时无初速释放线框，线框cd边进入磁场时线框恰好匀速运动，下落过程中线框始终在竖直面内。已知线框质量为m，重力加速度为g，不计空气阻力，则下列判断正确的是（）

A、释放时cd边到磁场上边界高度为 $\frac{9 m^{2} g R^{2}}{8 B^{4} L^{4}}$ B、线框通过磁场过程中，e、f两点间电势差始终为 $U_{e f} = - \frac{m g R}{2 B L}$ C、线框通过磁场过程中流过ab边的电流大小不变 D、cd边通过磁场过程中，ab边产生的焦耳热为 $\frac{1}{3} m g L$

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三、实验题

11. 利用图甲电路测量某电池的内阻，其中AB 为一段粗细均匀的铅笔芯，笔芯上套有一金属滑环 $P$ （宽度和电阻不计，与笔芯良好接触并可自由移动）。实验器材还有：标准电池（电动势为 $E_{0}$ ，内阻不计），电阻箱（最大阻值为 $99.99 Ω$ ），灵敏电流计G（量程为 $\pm 600 μA$ ），待测电池（电动势 $E_{x}$ 小于 $E_{0}$ ，内阻 $r_{x}$ 未知），开关3个，刻度尺、导线若干等。

主要实验步骤如下：

a .测量出铅笔芯A 、B 两端点间的距离 $L_{0}$ ；

b .将电阻箱调至某一阻值R ，闭合开关 $S_{1}$ 、 $S_{2}$ 、 $S_{3}$ ，移动滑环P 使电流计G示数为零，测量出此时的AP 长度L ；

c .改变电阻箱的阻值R ，重复步骤b ，记录下多组R 及对应的L 值。

回答以下问题：

(1)、步骤b 中，移动滑环P 使G的示数为零。此时电阻箱两端电压 $U_{R} =$ （用 $L$ 、 $L_{0}$ 、 $E_{0}$ 表示）。

(2)、利用记录的多组R 、L 数据，作出 $\frac{1}{L} - \frac{1}{R}$ 图像如图乙，则 $\frac{1}{L}$ 随 $\frac{1}{R}$ 变化的关系式为 $\frac{1}{L} =$ （用 $E_{0}$ 、 $E_{x}$ 、 $r_{x}$ 、 $L_{0}$ 、 $R$ 表示），根据图像可得待测电池的内阻 $r_{x} =$ $Ω$ （保留两位有效数字）。

(3)、在步骤 $b$ 的操作过程中，若无论怎样移动滑环 $P$ ，也无法使G的示数为零，经检查发现，有一个开关未闭合，你认为未闭合的开关是（填“ $S_{1}$ ”“ $S_{2}$ ”或“ $S_{3}$ ”）。

(4)、本实验中若标准电池的内阻不可忽略，则待测电池内阻的测量结果将（填“偏大”“不变”或“偏小”）。

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12. 某同学在“探究单摆周期与摆长的关系”的实验中，

(1)、用游标卡尺测小球的直径如图a所示，其值为 $mm$ ；用秒表记录了单摆全振动 $n$ 次所用的时间如图b所示，秒表读数为s；

(2)、若测得的重力加速度数值大于当地的重力加速度的实际值，造成这一情况的原因可能是________（选填下列选项前的序号）

A、测量摆长时，把摆线的长度当成了摆长 B、摆线上端未牢固地固定于 $O$ 点，振动中出现松动，使摆线越摆越长 C、测量周期时，误将摆球 $(n - 1)$ 次全振动的时间 $t$ 记为了 $n$ 次全振动的时间，并由计算式 $T = \frac{t}{n}$ 求得周期 $T$ D、摆球的质量过大

(3)、在与其他同学交流实验方案并纠正了错误后，为了减小实验误差，他决定用图像法处理数据，并通过改变摆线长，测得了多组摆线长 $L$ 和对应的周期 $T$ ，并用这些数据作出 $T^{2} - L$ 图像如图甲所示，并根据图线拟合得到方程 $T^{2} = 4.04 L + 0.024 (s^{2})$ 。由此可以得出当地的重力加速度 $g =$ ${m/s}^{2}$ （取 $π^{2} = 9.86$ ，计算结果保留3位有效数字）。

(4)、这位同学查阅资料得知，单摆在最大摆角 $θ$ 较大时周期公式可近似表述为 $T = 2 π (1 + \frac{1}{4} \sin^{2} \frac{θ}{2}) \sqrt{\frac{l}{g}}$ 。为了用图像法验证单摆周期 $T$ 和最大摆角 $θ$ 的关系，他测出摆长为 $l$ 的同一单摆在不同最大摆角 $θ$ 时的周期 $T$ ，并根据实验数据描绘出如图乙所示的图线。设图线延长后与横轴交点的横坐标为 $b$ ，则重力加速度的测量值 $g =$ （用题中所给字母 $π$ 、 $l$ 、 $b$ 表示）。

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四、解答题

13. 如图所示，在平面直角坐标系xOy的y轴和虚线 $x = L$ 之间有垂直于坐标平面向里的匀强磁场区Ⅰ，在虚线右侧有垂直于坐标平面向外的匀强磁场区Ⅱ，在y轴左侧有沿x轴正方向的匀强电场，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子从点 $P (- \frac{1}{2} L ， L)$ 以初速度 $v_{0}$ 沿y轴负方向射出，该粒子恰好从原点O射出电场进入磁场区Ⅰ，第一次在磁场区Ⅰ中的运动轨迹与 $x = L$ 相切，不计粒子重力。求：

(1)、匀强电场的电场强度大小；

(2)、粒子第4次经过y轴的位置坐标；

(3)、仅改变磁场区Ⅰ的磁感应强度大小，使粒子第一次在磁场区Ⅰ中运动时，从O点进入磁场区Ⅰ，从点 $M (L ， 0)$ 离开磁场区Ⅰ，要使粒子能经过点 $N (L ， - 3 L)$ （图中未标出），磁场区Ⅱ的磁感应强度大小。

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14. 如图，一倾角为 $α$ 的光滑固定斜面的顶端放有质量 $M = 0.06 kg$ 的U型导体框，导体框的电阻忽略不计；一电阻 $R = 3 Ω$ 的金属棒 $C D$ 的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路 $C D E F$ ； $E F$ 与斜面底边平行，长度 $L = 0.6 m$ 。初始时 $C D$ 与 $E F$ 相距 $s_{0} = 0.4 m$ ，金属棒与导体框同时由静止开始下滑，金属棒下滑距离 $s_{1} = \frac{3}{16} m$ 后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行；金属棒在磁场中做匀速运动，直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的 $E F$ 边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小 $B = 1 T$ ，重力加速度大小取 $g = 10 {m/s}^{2} ， \sin α = 0.6$ 。求：

(1)、金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；

(2)、金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数；

(3)、导体框匀速运动的距离。

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15. 长度为L的轻杆和固定在杆自由端上的小铅球组成一个单摆，小铅球的质量为m。现在杆上再套一颗同质量的珍珠，它可以沿着过距轻杆上端 $\frac{L}{3}$ 处的水平线自由地滑动，如图所示，求这种异型摆微小振动时的周期。忽略空气阻力和一切摩擦。

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