湖北省武汉市江岸区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：2023-02-07 类型：期末考试

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一、单选题

1. 法拉第笼是一个由金属制成的球形状笼子，与大地连通。当高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压输送给放电杆，放电杆尖端靠近笼体时，出现放电火花。如图所示，体验者进入笼体后关闭笼门，操作员接通电源，用放电杆进行放电演示。下列说法正确的是（）

A、法拉第笼上的感应电荷均匀分布在笼体外表面上 B、法拉第笼内部任意两点间的电势差为零 C、法拉第笼上的感应电荷在笼内产生的电场强度为零 D、同一带电粒子在法拉第笼外的电势能大于在法拉第笼内部的电势能

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2. 静电植绒技术，于3000多年前在中国首先起步，现代静电植绒于50、60年代在德国首先研制出并使用，如图所示为植绒流程示意图，将绒毛放在带负电荷的容器中，使绒毛带负电，容器与带电极板之间加恒定的电压，绒毛成垂直状加速飞到需要植绒的物体表面上。下列判断正确的是（　　）

A、带电极板带负电 B、绒毛在飞往需要植绒的物体的过程中，电势能不断增大 C、若增大容器与带电极板之间的距离，植绒效果会更好 D、质量相同的绒毛，带电荷量越多，到达需要植绒的物体表面时速率越大

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3. 2022年2月，中国科学家通过冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面S蛋白与人体细胞表面ACE2蛋白的结合过程，首次揭开了新冠病毒入侵人体的神秘面纱。如图所示为双透镜电子显微镜内电场中等势面分布图。虚线为等势面，实线为电子枪射出的电子轨迹，a、b、c、d为轨迹上四点，下列说法正确的是（　　）

A、电子从a到d一直做加速运动 B、电子从a到b和从c到d电场力做功相同 C、电子在a点和在d点速度相同 D、电子从b到c电势能先减小后增大

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4. 如图所示，“日”字金属线框由七段粗细均匀的金属棒组成，每一段的长度均为L，电阻均为R，线框固定在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直。两段电阻不计的导线分别连接在左、右两侧金属棒的中点，通过导线给线框加上电压U，则金属线框受到的安培力大小为（）

A、 $\frac{3 B L U}{2 R}$ B、 $\frac{4 B L U}{3 R}$ C、 $\frac{3 B L U}{R}$ D、 $\frac{2 B L U}{3 R}$

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5. 电热膜供暖系统是区别于以散热器、空调、暖气片为代表的新型供暖系统。它工作时以电热膜为发热体，将热量以辐射的形式送入空间，使人体和物体首先得到热量，其综合效果优于传统的对流供暖方式。如图所示是一个表面镀有一层均匀电热膜的圆柱形长陶瓷管，长陶瓷管的长度为L、直径为D，镀膜的厚度为d、管两端有导电金属箍M、N。现把M、N接入电路中，当两端电压为U时，它的发热功率为P，则该电热膜的电阻率为（　　）

A、 $\frac{π D^{2} U^{2}}{P L}$ B、 $\frac{π d (D + d) U^{2}}{P L}$ C、 $\frac{π D d P}{L U^{2}}$ D、 $\frac{π D L P}{d U^{2}}$

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6. 如图所示，长为4l，倾角为37°的光滑绝缘细杆AD垂直穿过半径为l、带电量为－Q的固定大圆环圆心O，细杆上B、O、C三点等分细杆长度。现从细杆的顶端A无初速度地释放一个质量为m，带电量为＋q的套在细杆上的可视为点电荷的小滑环。已知静电力常量为k，重力加速度为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8，大圆环上的电荷均匀分布，小滑环上的电荷不影响电场分布，则下列说法正确的是（　　）

A、大圆环在B点产生的场强大小为 $\frac{k Q}{4 l^{2}}$ B、小滑环在B点的加速度大小为 $\frac{\sqrt{2} k Q q}{4 m l^{2}}$ C、小滑环从B到C的过程中电场力所做的功为 $\frac{\sqrt{10} k Q q}{25 l}$ D、小滑环在D点的速度大小为 $\sqrt{\frac{24}{5} g l}$

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二、多选题

7. 在x轴上固定两个点电荷A、B，其中A带电+4Q、坐标 $x_{A} = - d$ ， B带电-Q，位于坐标原点（ $x_{B} = 0$ ），如图甲所示，x轴上电场强度分布如图乙所示（规定x轴正方向为电场强度的正方向）。现将一个带负电的试探电荷C从坐标xC处（ $0 < x_{C} < d$ ）静止释放，用a、E_p和E_k分别表示C的加速度、电势能和动能，设x轴正方向为加速度的正方向，无穷远处为电势零点，则下列图像可能正确的是（　　）

A、 B、 C、 D、

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8. 某实验小组用如图所示的装置探究库仑力与电荷量的关系。A、B是均匀带电的塑料小球，其中A球的质量为m，用一根绝缘细线将A悬挂起来，实验时改变两小球所带的电荷量，移动B并保持A、B两球球心连线与细线垂直。用Q和q分别表示A、B的电荷量，d表示A、B球心间的距离，θ表示绝缘细线偏离竖直方向的角度，k为静电力常量，当地的重力加速度大小为g。下列说法正确的是（　　）

A、实验中两塑料小球的带电荷量必须相等 B、两个小球可以换成异种电荷进行实验 C、细线的拉力随着θ角的增大而增大 D、库仑力随着θ角的增大而增大

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9. 如图所示，氕、氘、氚（氕原子核内有1个质子，无中子，氘原子核内有1个质子，1个中子，氚原子核内有1个质子，2个中子）的原子核自初速度为零经同一电场加速后，又经同一匀强电场偏转，最后打在荧光屏上，那么（　　）

A、经过加速电场的过程中，静电力对氚核做的功最多 B、经过偏转电场的过程中，静电力对三种核做的功一样多 C、三种原子核打在屏上的速度一样大 D、三种原子核都打在屏的同一位置上

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10. 我国碳排放目标为：在2030年左右CO₂排放达到峰值且将努力早日达峰，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降60%—65%。为实现碳排放目标，我国正大力开发清洁新能源，硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示为一节硅光电池在一定强度光照下路端电压U和电流I的关系图像（电池电动势不变，内阻不是常量），给一个额定电压为6V，线圈电阻为 $R = 2 Ω$ 的小型直流电动机供电，电动机刚好正常工作（　　）

A、电动机正常工作时输出的机械功率P=2. 295W B、此时，硅光电池的内阻 $r = 8.89 Ω$ C、电动机的机械效率85% D、电池的效率66. 67%

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11. 如图所示，匀强电场中有一直角三角形abc， $∠ c = 30 °$ ， ab边长为L， $\bar{b d} = \frac{2}{3} \bar{b c}$ ，匀强电场的电场线平行于abc平面，从a点以速率v₀向abc所在平面内各方向发射电子，通过b点的电子速率为 $\sqrt{3} v_{0}$ ，通过c点的电子速率为3v₀。已知电子质量为m、电荷量为-e，忽略电子的重力及电子之间的相互作用，下列说法正确的是（　　）

A、匀强电场的方向由d指向a B、匀强电场的电场强度大小为 $\frac{2 m v_{0}^{2}}{e L}$ C、电子通过d点时的速率为 $\sqrt{5} v_{0}$ D、电子从a到c的时间可能为 $\frac{L}{v_{0}}$

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三、实验题

12. 在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图1所示连接电路。电源电动势为6.0V，内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。

(1)、开关S改接2后，电容器进行的是（选填“充电”或“放电”）过程。此过程得到的 $I - t$ 图像如图2所示，图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是。如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的 $I - t$ 曲线与坐标轴所围成的面积将（选填“减小”、“不变”或“增大”）。

(2)、若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量 $Q = 3 ． 45 \times 10^{- 3} C$ ，则该电容器的电容为 $μF$ 。

(3)、关于电容器在整个充、放电过程中的 $q - t$ 图像和 $U_{A B} - t$ 图像的大致形状，可能正确的有________（q为电容器极板所带的电荷量， $U_{A B}$ 为A、B两板的电势差）。

A、 B、 C、 D、

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13. 某物理兴趣小组设计了如图a所示的欧姆表电路，通过控制开关S和调节电阻箱，可使欧姆表具有“×1”和“×10”两种倍率。所用器材如下：
A．干电池：电动势E＝1.5V，内阻r＝0.5Ω；

B．电流表G：满偏电流 $I_{g} = 1 mA$ ，内阻 $R_{g} = 150 Ω$ ；

C．定值电阻 $R_{1} = 1200 Ω$ ；

D．电阻箱 $R_{2}$ 和 $R_{3}$ ：最大阻值都为999.9Ω；

E．电阻箱 $R_{4}$ ：最大阻值9999Ω；

F．开关一个，红、黑表笔各1支，导线若干。

(1)、该实验小组按图A符合题意连接好电路。当开关S断开时，将红、黑表笔短接，调节电阻箱 $R_{2} =$ Ω，使电流表达到满偏，欧姆表的倍率是（选填“×1”或“×10”）；欧姆表中值电阻刻度为。

(2)、该欧姆表的刻度值是按电动势为1.5V刻度的，当电池的电动势下降到1.4V时，欧姆表仍可调零。若重新调零后的欧姆表测得某待测电阻阻值为300Ω，则这个待测电阻的真实值为Ω（结果保留3位有效数字）。

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四、解答题

14. 串列加速器能将粒子加速两次，其结构如图所示。A、B、C极板竖直等距，A、C极板接地，B接高压正极。某负一价的离子在A极板中央处，由静止开始在AB间静电力的作用下水平向右加速运动，经过B极板中心处的剥离膜时被剥除两个电子转为正一价离子，正离子在BC间沿中央线加速向C极板运动，之后沿着束流管的中心进入束流管。已知B极板与A、C极板间的电势差均为U、间距均为d，离子到达C极板的速度大小为v，不计离子经过剥离膜前后的动能损失。（不考虑离子受到的重力及质量的变化，将极板间视为匀强电场）

(1)、求该一价离子的比荷 $\frac{q}{m}$ 。

(2)、实际上，离子经过剥离膜时会偏离原来的运动方向，动能也会有损失。若该一价离子经过剥离膜时运动方向改变了 $90 °$ ，速率变为原来的1%，则束流管的直径至少多大时才能收集到该类型的离子？

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15. 如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.25m，金属导轨所在的平面与水平面的夹角θ=30°，金属导轨的一端接有电动势E=12V、内阻r=0.50Ω的直流电源。现把一个质量m=0.2kg的导体棒ab放在金属导轨上，它与导轨间的动摩擦因数 $μ = \frac{\sqrt{3}}{6}$ ，整个装置放在磁感应强度大小B=0.8T、垂直导轨平面向上的匀强磁场中，导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R₀=3.5Ω，金属导轨电阻不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s²。

(1)、求电路的外电压及电源效率；

(2)、求导体棒受到的安培力及摩擦力的大小和方向；

(3)、若磁感应强度的方向不变而大小可以变化，要使导体棒能静止，求磁感应强度大小B的取值范围。

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16. 如图甲所示，两平行金属板水平放置，间距为 $d$ ，金属板长为 $L = 2 d$ ，两金属板间加如图乙所示的电压（ $U_{0} = \frac{16 m d^{2}}{q T^{2}}$ ，初始时上金属板带正电）。一粒子源射出的带电粒子恰好从上金属板左端的下边缘水平进入两金属板间。该粒子源能随时间均匀发射质量为 $m$ 、电荷量为 $+ q$ 的带电粒子，初速度 $v_{0} = \frac{4 d}{T}$ ，重力忽略不计。求：

(1)、若粒子在 $t = \frac{T}{4}$ 时刻进入两极板之间，粒子飞出极板时的偏移量y；

(2)、若发射时间足够长，则能够从两金属板间飞出的粒子占总入射粒子数的比例。

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