山东省济南市莱芜重点中学2022-2023学年高二（上）期末物理试卷

试卷更新日期：2023-09-07 类型：期末考试

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一、选择题（本大题共12小题，共48分）

1. 下列说法中正确的是（）

A、周期性变化的电场可以产生恒定的磁场 B、若有一小段通电导体在某点不受磁场力的作用，则该点的磁感应强度一定为 $0$ C、麦克斯韦最早通过实验证实了电磁波的存在 D、磁感应强度是用来表示磁场强弱的物理量

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2. $A$ 、 $B$ 、 $C$ 、 $D$ 是以 $A D$ 为直径的半圆弧上的四个点， $O$ 为半圆弧的圆心， $∠ A O B = ∠ D O C = 3 0^{∘}$ 。在 $A$ 、 $D$ 处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，此时 $O$ 点的磁感应强度大小为 $B_{0}$ 。若将 $A$ 、 $D$ 处的长直导线分别移至 $B$ 、 $C$ 处，则此时 $O$ 点的磁感应强度大小为（）

A、 $B_{0}$ B、 $\frac{B_{0}}{2}$ C、 $\frac{2 \sqrt{3}}{3} B_{0}$ D、 $\frac{\sqrt{3}}{2} B_{0}$

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3. 如图所示， $A$ 、 $B$ 是两个完全相同的灯泡， $D$ 是理想二极管， $L$ 是带铁芯的线圈，其自感系数很大，直流电阻忽略不计，下列说法正确的（）

A、 $S$ 闭合瞬间， $A$ 先亮 B、 $S$ 闭合瞬间， $A$ 、 $B$ 同时亮 C、 $S$ 断开瞬间， $A$ 闪亮一下，然后逐渐熄灭 D、 $S$ 断开瞬间， $A$ 逐渐熄灭，但不会闪亮一下

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4. 如图所示，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为 $d$ ，其右端接有阻值为 $R$ 的电阻，整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小为 $B$ 的匀强磁场中。一质量为 $m ($ 质量分布均匀 $)$ 的导体杆 $a b$ 垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为 $μ$ 。现杆在水平向左、垂直于杆的恒力 $F$ 作用下从静止开始沿导轨运动距离 $L$ 时，速度恰好达到最大 $($ 运动过程中杆始终与导轨保持垂直 $)$ 。设杆接入电路的电阻为 $r$ ，导轨电阻不计，重力加速度大小为 $g$ ，则此过程错误的是（）

A、杆的速度最大值为 $\frac{(F - μ m g) R}{B^{2} d^{2}}$ B、流过电阻 $R$ 的电荷量为 $\frac{B d L}{R + r}$ C、从静止到速度恰好达到最大经历的时间 $t = \frac{m (R + r)}{B^{2} d^{2}} + \frac{B^{2} d^{2} L}{(F - μ m g) (R + r)}$ D、恒力 $F$ 做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量

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5. 玩具水枪是儿童们夏天喜爱的玩具之一，但水枪伤眼的事件也时有发生，因此，限制儿童水枪的威力就成了生产厂家必须关注的问题。现有一水枪样品，如图所示，枪口直径为d，水的密度为 $ρ$ ，水平出射速度为v，垂直击中竖直目标后以大小为0.2v的速度反向溅回，则水柱水平击中目标的平均冲击力大小为（）

A、 $1.2 π d^{2} ρ v^{2}$ B、 $0.3 π d^{2} ρ v^{2}$ C、 $1.2 π d^{2} ρ v$ D、 $0.3 π d^{2} ρ v$

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6. 如图所示，回旋加速器两个 $D$ 形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为 $B$ 的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子 $($ 初速度不计 $)$ 电荷量为 $q$ ，质量为 $m$ ，粒子最大回旋半径为 $R$ ，则（）

A、粒子在盒内一直做加速圆周运动 B、所加交流电源的周期为 $\frac{π m}{q B}$ C、粒子加速后获得的最大动能小于 $\frac{{(q B R)}^{2}}{2 m}$ D、若将交流电源电压 $U$ 减小，粒子在 $D$ 形盒内运动的时间变长

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7. 如图所示，电源的电动势为 $E$ ，内阻为 $r$ ，电压表和电流表均为理想电表，电阻 $R_{A}$ 、 $R_{B}$ 的阻值与滑动变阻器的最大阻值相等。在滑动变阻器的滑片 $P$ 从 $a$ 端滑到 $b$ 端的过程中，下列说法正确的是（）

A、电压表示数 $U$ 与电流表示数 $I$ 的比值不变 B、电流表的示数增大 C、电压表的示数先增大后减小 D、电源的效率一直增大

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8. 我国超级电网，将热、水、风、光、核发电及电动汽车电池储能并入电网．如图所示为某小型发电站高压输电示意图．升压变压器原、副线圈两端的电压分别为 $U_{1}$ 和 $U_{2}$ ，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为 $U_{3}$ 和 $U_{4} .$ 在输电线路的起始端接入两个互感器，两个互感器原、副线圈的匝数比分别为10：1和1：10，各互感器和电表均为理想的，则下列说法正确酌是（）

A、两互感器均起到降压作用 B、若电压表的示数为 $220 V$ ，电流表的示数为 $10 A$ ，则线路输送电功率为 $220 k W$ C、若保持发电机输出电压 $U_{1}$ 和用户数一定，仅将滑片 $Q$ 下移，则输电线损耗功率减少 D、若发电机输出电压 $U_{1}$ 一定，若用户数增加，为维持用户电压 $U_{4}$ 一定，可将滑片 $P$ 下移

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9. 如图所示，电源电动势 $E = 6 V$ ，小灯泡 $L$ 标有“ $2 V$ ， $2 W$ ”字样，开关 $S$ 接 $1$ ，当电阻箱调到 $R = 3 Ω$ 时，小灯泡 $L$ 正常发光；然后将开关 $S$ 接 $2$ ，小灯泡 $L$ 和电动机 $M$ 均正常工作。电动机线圈的电阻 $R_{M} = 1 Ω$ 。则（）

A、电源内阻为 $1 Ω$ B、电动机的正常工作电流为 $1.5 A$ C、电动机的输出功率为 $2 W$ D、电源效率约为 $93.3 %$

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10. 图甲为小型交流发电机的原理图，发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 $O O'$ 匀速转动，从 $t = 0$ 时刻开始，通过矩形线圈的磁通量随时间变化的规律如图乙所示，已知线圈的匝数 $n = 50$ ，线圈的电阻 $r = 5 Ω$ ，线圈与外电路连接的定值电阻 $R = 45 Ω$ ，电压表为理想交流电表。则下列判断不正确的是（）

A、线圈转动的周期为 $6.28 s$ B、 $t = 0$ 时刻线圈平面与磁感线平行 C、线圈转动过程中产生的最大感应电动势为 $100 \sqrt{2} V$ D、电压表的示数为 $45 \sqrt{2} V$

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11. 如图所示，在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，有一竖直足够长固定绝缘杆 $M N$ ，小球 $P$ 套在杆上，已知 $P$ 的质量为 $m$ 、电荷量为 $+ q$ ，电场强度为 $E$ ，磁感应强度为 $B$ ， $P$ 与杆间的动摩擦因数为 $μ$ ，重力加速度为 $g$ 。小球由静止开始下滑直到稳定的过程中，下列说法中正确的是（）

A、小球的加速度一直增大 B、小球的机械能和电势能的总和逐渐不变 C、下滑加速度为最大加速度一半时的速度可能是 $v = \frac{2 μ q E - m g}{2 μ q B}$ D、下滑加速度为最大加速度一半时的速度可能是 $v = \frac{2 μ q E + m g}{2 μ q B}$

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12. 如图所示，在光滑绝缘的水平面上，相距为 $2 L$ 的两条直线 $M N$ 、 $P Q$ 之间存在着竖直向下的匀强磁场，一个用相同材料且粗细均匀的电阻丝制成的、边长为 $L$ 的正方形线框以速度 $v_{1}$ 从 $M N$ 左侧沿垂直于 $M N$ 的方向进入磁场区，线框完全离开磁场区域时速度大小变为 $v_{2}$ ，且 $v_{2} = \frac{1}{2} v_{1}$ ，则以下说法正确的是（）

A、整个线框处于磁场区域运动时， $A$ 、 $B$ 两点电势不相等 B、线框进入磁场过程与线框穿出磁场过程中通过线框截面的电量不相等 C、线框在进入磁场过程与穿出磁场两个过程中克服安培力做功之比为7：5 D、若只将线框进入磁场时的速度 $v_{1}$ 变为原来的两倍，则线框穿出磁场时的速度 $v_{2}$ 会为原来的三倍

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二、非选择题（52分）

13. 小明利用如图

1

所示的实验装置验证动量定理。将遮光条安装在滑块上，用天平测出遮光条和滑块的总质量

M = 200.0 g

，槽码和挂钩的总质量

m = 50.0 g

。实验时，将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上。滑块由静止释放，数字计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间

Δ t_{1}

和

Δ t_{2}

，以及这两次开始遮光的时间间隔

Δ t

，用游标卡尺测出遮光条宽度，计算出滑块经过两光电门速度的变化量

Δ v

。

(1)、游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示，其宽度

d =

m m

；

(2)、打开气泵，带气流稳定后，观察到，说明气垫导轨水平。

(3)、多次改变光电门

2

的位置进行测量，得到

Δ t

和

Δ v

的数据如下表请根据表中数据，在方格纸上作出

Δ v - Δ t

图线。

$Δ t / s$	$0.721$	$0.790$	$0.854$	$0.913$	$0.968$
$Δ v / (m \cdot s^{- 1})$	$1.38$	$1.52$	$1.64$	$1.75$	$1.86$

查得当地的重力加速度 $g = 9.80 m / s^{2}$ ，根据动量定理， $Δ v - Δ t$ 图线斜率的理论值为 $m / s^{2}$ ；

(4)、实验结果发现，图线斜率的实验值总小于理论值，产生这一误差的两个可能原因（）

A、选用的槽码质量偏小 B、细线与气垫导轨不完全平行 C、每次释放滑块的位置不同 D、实验中

Δ t

的测量值偏大

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14. 某实验小组为了测量某一电阻 $R_{x}$ 的阻值，他们先用多用电表进行粗测，测量出 $R_{x}$ 的阻值约为 $18 Ω .$ 为了进一步精确测量该电阻，实验台上备有以下器材：
A.电流表 $($ 量程 $15 m A$ ，内阻未知 $)$
B.电阻箱 $(0 ～ 99.99 Ω)$
C.电阻箱 $(0 ～ 999.9 Ω)$
D.电源 $($ 电动势约 $3 V$ ，内阻约 $1 Ω)$
E.开关 $2$ 只
F.导线若干

(1)、甲同学设计了如图甲所示的实验原理图并连接好实验器材，按照如下步骤完成实验：
      $a .$ 先将电阻箱阻值调到最大，闭合 $S_{1}$ ，断开 $S_{2}$ ，调节电阻箱阻值，使电流表指针有较大的偏转，读出此时电阻箱的阻值 $R_{1}$ 和电流表的示数 $I$ ；
      $b .$ 保持开关 $S_{1}$ 闭合，再闭合开关 $S_{2}$ ，调节电阻箱的阻值，使电流表的示数仍为 $I$ ，记下此时电阻箱的阻值 $R_{2}$ ．
      $①$ 根据实验步骤和实验器材规格可知，电阻箱应选择 $($ 选填器材前的字母 $)$ ；
      $②$ 根据实验步骤可知，待测电阻 $R_{x} =$ $($ 用步骤中所测得的物理量表示 $)$ ．

(2)、乙同学认为该电路也可以用来测量电源的电动势和内阻．若已知所选电流表的内阻为 $R_{A}$ ，同时闭合开关 $S_{1}$ 和 $S_{2}$ ，调节电阻箱 $R$ ，读出多组电阻值 $R$ 和电流 $I$ 的数据；由实验数据绘出的 $\frac{1}{I} - R$ 图象如图乙所示，图象的斜率为 $k$ 、截距为 $b$ ，由此可求得电源电动势 $E =$ ，内阻 $r =$ $($ 用本题所给物理量表示 $)$ ．

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15. 如图所示，运动员练习用头颠球。某一次足球由静止下落 $0.6 m$ ，被重新顶起，离开头部后竖直上升至 $1 m$ 处。已知足球与头部的作用时间为 $0.1 s$ ，足球的质量为 $0.4 k g$ ，足球在空中时空气阻力为 $1 N$ ，大小不变，其他时间空气阻力不计。重力加速度 $g$ 取 $10 m / s^{2}$ ，在此过程中，求：

(1)、足球在空中时空气阻力对它的冲量；

(2)、足球与头部作用过程中，合力对足球的冲量。

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16. 如图所示，线框由裸导线组成， $c d$ 、 $e f$ 两边竖直放置且相互平行，导体棒 $a b$ 水平放置并可沿 $c d$ 、 $e f$ 无摩擦滑动，导体棒 $a b$ 所在处有垂直线框所在平面向里的匀强磁场且 $B_{2} = 2 T$ 。已知 $a b$ 长 $L = 0.1 m$ ，整个电路总电阻 $R = 0.5 Ω$ ，螺线管匝数 $n = 4$ ，螺线管横截面积 $S = 0.1 m^{2}$ ，在螺线管内有如图所示方向的磁场 $B_{1}$ ，若磁场 $B_{1}$ 以 $\frac{Δ B_{1}}{Δ t} = 10 T / s$ 均匀增加时，导体棒恰好处于静止状态， $g$ 取 $10 m / s^{2}$ ，试求：

(1)、通过导体棒 $a b$ 的电流 $I$ 的大小；

(2)、导体棒 $a b$ 的质量 $m$ 的大小；

(3)、现去掉磁场 $B_{1}$ ，导体棒 $a b$ 下落时能达到的最大速度。

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17. 如图所示，在坐标系第一象限内有正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度为 $E$ ，方向未知，磁感应强度为 $B$ ，方向垂直纸面向里；在第二象限的某个三角形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场 $($ 图中未画出 $)$ 。一质量为 $m$ 、电荷量为 $q$ 的带正电粒子以某一速度 $v ($ 大小未知 $)$ 沿与 $x$ 轴负方向成 $θ$ 角 $(θ < \frac{π}{2})$ 的方向从 $A$ 点进入第一象限，在第一象限内做直线运动，而后从 $y$ 轴上的 $C$ 点进入三角形磁场区域。一段时间后，粒子经过 $x$ 轴上的 $D$ 点且速度方向与 $x$ 轴负方向成 $θ$ 角。已知 $A$ 点坐标为 $(L ， 0)$ ， $D$ 点坐标为 $(- 3 L ， 0)$ ，不计粒子所受的重力。求：

(1)、匀强电场 $E$ 的方向与 $x$ 轴正方向的夹角 $α$ 的大小和粒子速度的大小；

(2)、三角形区域内磁场的磁感应强度 $B'$ 的大小；

(3)、三角形区域磁场的最小面积。

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18. 如图所示，质量为 $m$ 的物块 $A$ 与质量为 $2 m$ 的物块 $B$ 静置于光滑水平面上， $B$ 与一个水平轻质弹簧拴接。现使物块 $A$ 获得水平向右的初速度 $v_{0}$ ， $A$ 与弹簧发生相互作用，最终与弹簧分离，全过程中弹簧始终处于弹性限度内。

(1)、求两物块最终分离时各自的速度；

(2)、在两物块相互作用过程中，求当物块 $A$ 的速度大小为 $\frac{v_{0}}{4}$ 时弹簧的弹性势能；

(3)、如果在物块 $B$ 的右侧固定一挡板 $($ 挡板的位置未知，图中未画出 $)$ ，在物块 $A$ 与弹簧分离之前，物块 $B$ . 与挡板发生碰撞，碰撞时间极短，碰撞后物块 $B$ 以碰撞前的速率反向弹回，碰撞后的瞬间立即撤去挡板，求碰撞后的过程中弹簧最大弹性势能可能的取值范围。

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