浙江省绍兴会稽联盟2023-2024学年高二（上）期末联考物理试卷

试卷更新日期：2024-04-11 类型：期末考试

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一、单选题：本大题共13小题，共39分。

1. 下列物理量是矢量且其在国际单位制 $(S I)$ 的单位正确的是（）

A、电场强度， $V \cdot m$ B、冲量， $kg \cdot m \cdot s^{- 1}$ C、时间， $s$ D、磁通量， $W b$

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2. 关于电磁波，下列说法正确的是（　　）

A、只要存在电场和磁场，就能产生电磁波 B、电视遥控器利用的是紫外线 C、法拉第预言了电磁波的存在 D、真空中，不同频率的电磁波传播速度与光速相同

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3. 青岛二中是一所有近百年历史的老牌名校，敬教乐学的扎实学风与智慧现代的科技于此碰撞。如图是青岛二中 $2022$ 级学生的校园一卡通，在校园内将一卡通靠近读卡器，读卡器向外发射某一特定频率的电磁波，一卡通内线圈产生感应电流，驱动卡内芯片进行数据处理和传输，读卡器感应电路中就会产生电流，从而识别卡内信息。图中具有同一原理的是（）

A、 B、
C、 D、

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4. 如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 $B$ 和 $E$ 。平板 $S$ 上有可让粒子通过的狭缝 $P$ 和记录粒子位置的胶片 $A_{1} A_{2}$ 平板 $S$ 下方有强度为 $B_{0}$ 的匀强磁场。下列表述正确的是（）

A、速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
B、质谱仪是分析同位素的重要工具
C、能通过狭缝 $P$ 的带电粒子的速率等于 $\frac{B}{E}$
D、粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 $P$ ，粒子的荷质比越小

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5. 如图所示，质量为 $3 m$ 、半径为 $R$ 的四分之一光滑圆弧体静止在光滑的水平面上，质量为 $m$ 的小球 $($ 可视为质点 $)$ 从圆弧体的最高点由静止释放，已知重力加速度为 $g$ ，则小球下滑过程中（）

A、小球和圆弧体组成的系统动量守恒 B、小球的机械能守恒
C、小球运动到最低点时速度大小为 $\frac{\sqrt{6 g R}}{2}$ D、小球运动到最低点时速度大小为 $\frac{\sqrt{3 g R}}{2}$

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6. 如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个 $D$ 形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个 $D$ 形金属盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个 $D$ 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，忽略粒子在电场中的运动时间，下列说法正确的是（）

A、粒子射出时的最大动能与 $D$ 形金属盒的半径无关
B、加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大
C、若增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间不变
D、若增大磁感应强度 $B$ ，为保证粒子总被加速，必须增大周期性变化电场的频率

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7. 如图所示，在垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m，带电量为+q的小球穿在足够长的水平固定绝缘的直杆上处于静止状态，小球与杆间的动摩擦因数为μ。现对小球施加水平向右的恒力F₀ ，在小球从静止开始至速度最大的过程中，下列说法中正确的是（）

A、直杆对小球的弹力方向不变 B、直杆对小球的摩擦力一直减小 C、小球运动的最大加速度为 $\frac{F_{0}}{m}$ D、小球的最大速度为 $\frac{F_{0} + m g}{μ q B}$

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8. 如图甲所示，线圈套在长玻璃管上，线圈的两端与电流传感器 $($ 可看作理想电流表 $)$ 相连。将强磁铁从长玻璃管上端由静止释放，磁铁下落过程中将穿过线圈，并不与玻璃管摩擦。实验观察到如图乙所示的感应电流随时间变化的图像，从上往下看线圈中顺时针为电流的正方向。下列判断正确的是（）

A、本次实验中朝下的磁极是 $N$ 极
B、 $t_{1} \sim t_{2}$ 与 $t_{2} \sim t_{3}$ 两段时间里图线与坐标轴围成的面积相等
C、磁铁下落过程减少的重力势能等于增加的动能
D、磁铁若从更高处释放， $t_{2}$ 时刻穿过线圈的磁通量更大

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9. 在远距离输电技术上，中国 $1100 k V$ 特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程。输电线路流程可简化为：
如虚线框所示，若直流输电线电阻为 $10 Ω$ ，直流电输送功率为 $5.5 \times 1 0^{9} W$ ，不计变压器、整流与逆变等造成的能量损失，则
（）

A、直流电输电线路上的电流为 $500 A$
B、直流电输电线路上损失的电压为 $100 k V$
C、降压变压器的输出功率是 $4.5 \times 1 0^{9} W$
D、若将 $1100 k V$ 直流输电降为 $550 k V$ 直流输电，受端获得的功率将比原来减少 $7.5 \times 1 0^{8} W$

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10. 两个相同的小灯泡 $L_{1}$ 、 $L_{2}$ 和自感线圈 $L$ 、电容器 $C$ 、开关 $S$ 、直流电源连接成如图所示的电路。已知自感线圈 $L$ 的自感系数较大且直流电阻为零，电容器 $C$ 的电容较大，下列判断正确的是

A、开关 $S$ 闭合稳定后， $L_{1}$ 灯泡一直亮着
B、通过自感线圈 $L$ 的电流越大，线圈的自感电动势越大
C、去掉电容器 $C$ ，开关 $S$ 闭合待稳定后再断开的瞬间， $L_{1}$ 和 $L_{2}$ 灯泡均逐渐熄灭
D、开关 $S$ 闭合待稳定后再断开的瞬间， $L_{1}$ 灯泡突然亮一下，然后熄灭， $L_{2}$ 灯泡逐渐熄灭

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11. 在以下四种情景中，线圈中产生的电流与其正下方所示的 $i - t$ 图线相对应的是（）

A、图甲 B、图乙 C、图丙 D、图丁

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12. 变压器是日常生活中必不可少的重要元器件，小明同学从功率放大器中拆解出一个如图甲所示的环形变压器，该变压器可视为理想变压器，铭牌上显示该变压器原线圈的匝数为 $880$ 匝，当原线圈接人 $220 V$ 的交流电时，副线圈两端的电压为 $22 V$ 。小明同学在环形变压器原线圈中串入一个理想交流电流表，在副线圈两端接一个铭牌为“ $2.5 V, 0.3 A$ ”的小灯泡，如图乙所示。当原线圈两端接如图丙所示的正弦交变电压时，小灯泡恰好能正常发光，下列说法正确的是（）

A、变压器副线圈的匝数为 $80$ 匝 B、图丙中交流电的频率为 $100 H z$
C、小灯泡正常发光时电流表的示数为 $0.03 A$ D、图丙中正弦交变电压的峰值 $U_{m} = 25 V$

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13. 在如图所示的平面内，存在宽为 $L$ 的匀强磁场区域 $($ 足够长、边界上有磁场 $)$ ，匀强磁场的磁感应强度大小为 $B$ ，左侧边界上有一离子源 $S$ ，可以向纸面内各方向发射质量为 $m$ 、带电荷量 $+ q (q > 0)$ 、速度大小为 $\frac{q B L}{m}$ 的离子。不计离子受到的重力和空气阻力，下列说法正确的是（）

A、离子在磁场中运动的最长时间为 $\frac{π m}{2 q B}$
B、离子从右侧边界离开磁场时，在磁场中运动的最短时间为 $\frac{π m}{3 q B}$
C、离子从右侧边界离开磁场时，在磁场中运动的最长时间为 $\frac{5 π m}{12 q B}$
D、离子从左侧边界离开磁场时，射入点与射出点间的最大距离为 $3 L$

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二、多选题：本大题共3小题，共9分。

14. 当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中会产生感应电流。实际上，这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以把它叫做涡电流。下列关于涡流的应用说法正确的是（）

A、图 $1$ 中炉外有线圈，线圈中通以反复变化的电流，利用涡流产生的热量使金属熔化
B、图 $2$ 中为了减少涡流，利用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯
C、图 $3$ 中探雷器遇见金属时，金属会感应出涡流，涡流的磁场反过来影响线圈中的电流，使仪器报警
D、图 $4$ 中两个磁性很强的小圆柱形永磁体同时从铝管上端管口落入，无论铝管有无裂缝，它们同时从铝管下端管口落出

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15. 如图甲所示，边长为 $L$ 、电阻为 $R$ 的正三角形金属框 $A C D$ 由粗细均匀的金属棒组成，绝缘细线一端连接 $A C$ 的中点 $G$ 将金属框吊在天花板上的 $O$ 点，金属框处于静止状态，金属框部分处于垂直金属框平面向外的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为 $B$ ，金属框 $A D$ ， $C D$ 边的中点 $E$ 、 $F$ 在磁场的水平边界上，重力加速度为 $g$ 。现让磁感应强度按如图乙所示规律变化，图甲中磁场方向为正方向， $t = 0$ 时刻悬线的拉力恰好为零，细线能承受的最大拉力为金属框重力的 $2$ 倍，则下列判断正确的是（）

A、细线未断时，金属框中感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向
B、 $t = t_{0}$ 时刻，线框中感应电流不为零，细线上拉力大小等于金属框重力
C、细线能承受的最大拉力等于 $\frac{3 \sqrt{3} B_{0}^{2} L^{3}}{16 R t_{0}}$
D、 $t = 2 t_{0}$ 时刻细线断开

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16. 如图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机。利用这个发电机给平行金属板电容器供电，如图乙。已知铜盘的半径为 $L$ ，加在盘下侧的匀强磁场磁感应强度为 $B_{1}$ ，盘匀速转动的角速度为 $ω$ ，每块平行板长度为 $d$ ，板间距离也为 $d$ ，板间加垂直纸面向内、磁感应强度为 $B_{2}$ 的匀强磁场，重力加速度为 $g$ 。下列选项正确的是（）

A、若铜盘按照图示方向转动，那么平行板电容器 $C$ 板电势高
B、铜盘产生的感应电动势为 $E$ _感 $= \frac{1}{2} B_{2} ω L^{2}$
C、若一电子 $($ 不计重力 $)$ 从电容器两板中间水平向右射入，恰能匀速直线运动从右侧水平射出，则电子射入时速度为 $v = \frac{B_{1} ω L^{2}}{B_{2} d}$
D、若有一带电量为 $- q$ 的小球从电容器两板中间水平向右射入，在复合场中做匀速圆周运动，则小球的质量为 $m = \frac{B_{1} ω L^{2} q}{2 g d}$

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三、实验题：本大题共3小题，共24分。

17. 某同学做“探究感应电流产生的条件”的实验时，由于没有滑动变阻器，于是他用一个光敏电阻 $($ 光照越强电阻越小，反之越大 $)$ 和一个可调节光照强度的光源替代滑动变阻器。图甲中实验器材有部分已用导线连接。

(1)、请用笔画线代替导线将图中的实验电路连接完整。

(2)、闭合电键的瞬间，观察到电流表 $G$ 的指针向右偏转。那么闭合电键后，增强可调光源强度，电流表 $G$ 的指针将向偏转 $($ 填“左”或“右” $)$ 。

(3)、该同学根据感应电流产生的条件，想利用摇绳发电。如图乙所示，把一条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上，形成闭合导体回路。两个同学沿（选填“东西”或“南北”）方向站立并迅速摇动这条电线时，发电的可能性比较大。

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18. 某兴趣小组用如图甲所示的可拆变压器进行“探究变压器线圈两端电压与匝数的关系”实验。

(1)、下列说法正确的是。 $($ 多选 $)$
A.变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈
B.变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能
C.理想变压器的输入功率等于输出功率，没有能量损失
D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零

(2)、实际操作中将电源接在原线圈的“ $0$ ”和“ $8$ ”两个接线柱之间，测得副线圈的“ $0$ ”和“ $4$ ”两个接线柱之间的电压为 $3.0 V$ ，则可推断原线圈的输入电压可能为。
A. $3 V$ $B . 5.5 V$ $C . 6.0 V$ $D . 6.5 V$

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19. 某物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置。在足够大的水平平台上的 $A$ 点设置一个光电门。其右侧可看作光滑，左侧为粗糙水平面。当地重力加速度大小为 $g$ 。采用的实验步骤如下：
A.在小滑块 $a$ 上固定一个宽度为 $d$ 的窄挡光片
B.用天平分别测出小滑块 $a ($ 含挡光片 $)$ 和小球 $b$ 的质量 $m_{a}$ 、 $m_{b}$ ；
C.在 $a$ 和 $b$ 间用细线连接，中间夹一被压缩了的请短弹簧，静止放置在平台上；
D.细线烧断后， $a$ 、 $b$ 瞬间被弹开，向相反方向运动；
E.记录滑块 $a$ 通过光电门时挡光片的遮光时间 $t$ ；
F.小球 $b$ 从平台边缘飞出后，落在水平地面的 $B$ 点，用刻度尺测出平台距水平地面的高度 $h$ 及平台边缘铅垂线与 $B$ 点之间的水平距离 $s$ ；
G.改变弹簧压缩量，进行多次测量。

(1)、用螺旋测微器测量挡光片的宽度，如图乙所示，则挡光片的宽度为 $m m$ 。

(2)、针对该时间装置和实验结果，同学们做了充分的讨论。讨论结果如下：
①该实验要验证“动量守恒定律”，则只需验证 $($ 用上述实验所涉及物理量的字母表示 $)$ ；
②若该实验的目的是求弹簧的最大弹性势能，则弹簧的弹性势能为 $($ 用上述实验所涉及物理量的字母表示 $)$ ；
③改变弹簧压缩量，用刻度尺测量出小滑块每次停止位置到光电门的距离 $x_{a}$ ，该实验小组得到 $x_{a}$ 与 $\frac{1}{t^{2}}$ 的关系图像如图所示，图线的斜率为 $k$ ，则平台上 $A$ 点左侧与滑块 $a$ 之间的动摩擦因数大小为 $($ 用上述实验数据字母表示 $)$ 。

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四、计算题：本大题共3小题，共28分。

20. 如图所示，一高空作业的工人重为 $600 N$ ，系一条长为 $L = 5 m$ 的安全带，若工人不慎跌落，在安全带拉伸过程中给工人的缓冲时间 $t = 1 s$ ， $g$ 取 $10 m / s^{2}$ 。求：

(1)、人从跌落到安全带最长时重力对人的冲量；

(2)、人从跌落到安全带最长的过程中，安全带对人的平均冲力是多大？

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21. 如图所示，在平面直角坐标系 $x O y$ 中，第Ⅰ象限内存在匀强电场，电场方向沿 $y$ 轴负方向，第Ⅱ象限内存在垂直于 $x O y$ 平面、半径为 $R$ 的有界圆形匀强磁场，边界线与 $x$ 轴相切于 $A$ 点、与 $y$ 轴相切于 $M$ 点，第Ⅳ象限存在矩形边界的匀强磁场 $($ 图中未画出 $)$ ，第Ⅱ、Ⅳ象限匀强磁场的磁感强度大小相等、方向相反。有一电荷量为 $q$ 、质量为 $m$ 的带正电的离子从 $P$ 点 $(- R, 2 R)$ 以初速度 $v_{0}$ 向着圆心方向射入磁场，从 $M$ 点进入电场，从 $x$ 轴上的 $N (2 R, 0)$ 点进入第Ⅳ象限矩形边界的匀强磁场内，经磁场偏转后，粒子打到 $- y$ 轴上的 $Q$ 点时速度方向与 $- y$ 轴成 $45 °$ 角，粒子重力不计。求：

(1)、匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强度分别为多大；

(2)、第Ⅳ象限内矩形磁场面积的最小值；

(3)、若在第Ⅳ象限整个区域分布着匀强磁场，磁感应强度大小为第Ⅱ象限磁场的 $2$ 倍，方向垂直平面向外，求粒子经过电场第三次进入磁场时离 $O$ 点的距离 $x_{1}$ 。

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22. 如图所示， $M N$ 、 $P Q$ 为间距 $L = 0.5 m$ 足够长的平行导轨， $N Q ⊥ M N$ ，导轨的电阻均不计。导轨平面与水平面间的夹角 $θ = 37^{\circ}$ ， $N Q$ 间连接有一个 $R = 4 Ω$ 的电阻。有一匀强磁场垂直于导轨平面且方向向上，磁感应强度为 $B_{0} = 1 T$ 。将一根金属棒 $a b$ 紧靠 $N Q$ 放置在导轨上，且与导轨接触良好。金属棒的电阻为 $r = 1 Ω$ 、质量为 $m = 0.05 k g$ ，与导轨间的动摩擦因数为 $μ = 0.5$ 。现由静止释放金属棒，当金属棒滑行至 $c d$ 处时达到最大速度 $v$ ，已知在此过程中通过金属棒截面的电荷量 $q = 0.15 C$ 。设金属棒沿导轨向下运动过程中始终与 $N Q$ 平行。 $(g = 10 m / s^{2}, s i n 37^{\circ} = 0.6, c o s 37^{\circ} = 0.8)$ 求：

(1)、金属棒的最大速度 $v$ 的大小；

(2)、 $c d$ 离 $N Q$ 的距离 $x$ ；

(3)、金属棒滑行至 $c d$ 处的过程中，电阻 $R$ 上产生的热量 $Q_{R}$ ；

(4)、金属棒从静止滑行至 $c d$ 处的过程经过的时间 $t$ 。

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