陕西省西安中学2023-2024学年高二上学期期中考试物理（Word版附答案）

西安中学2023—2024学年度第一学期期中考试高二物理试题（时间：75分钟满分：100分）一、选择题（其中1-7为单选题,每题4分，8-10为多选题,每题5分,漏选给3分,有错选不给分.共43分）1.电荷量分别为+2q和-q的异种点电荷，在空间产生的电场分布如图所示，a、b为电场中两点，则(  )A.a点的电场强度小于b点的电场强度B.a点的电势低于b点的电势C.将负检验电荷从a点移到b点的过程中，电场力做正功D.负检验电荷在a点的电势能小于在b点的电势能2.一段粗细均匀、横截面积为S的金属导线接到输出电压为U的稳压电源上，此时导线中自由电子定向移动速率为v，电子的电荷量大小为e，导线接入电路中的部分电阻为R，则这导线单位体积内自由电子的数量n等于( )A.ReUSvB.UeRSvC.UReSvD.eSvUR3.如图所示，长方体金属块边长之比a：b：c=3：1：2，将A与B接入电压为U的电路中时，电流为I；若将C与D接入电压为U的电路中，则电流为(设金属块的电阻率不变)(  )A.IB.9I/4C.4I/9D.2I4.小灯泡通电后，其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I 轴的垂线，则下列说法不正确的是 (    )A.随着所加电压的增大，小灯泡的电阻增大B.对应P点，小灯泡的电阻为R=U1I2C.对应P点，小灯泡的电阻为R=U1I2-I1D.对应P点，图中矩形PQOM所围的面积表示小灯泡的功率 5.如图所示，电源电动势为E，内阻为r，闭合开关S，不考虑灯丝电阻随温度的变化，电流表、电压表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片由左端向右端滑动时，下列说法正确的是(  )A.电流表读数减小，小灯泡L1变暗B.电压表读数变大C.电压表读数的变化量与电流表读数变化量的比值变大D.电容器所带电荷量增大6.如图所示的U-I图象中，直线I为某电源的路端电压与电流的关系，直线Ⅱ为某一电阻R的伏安特性曲线，用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知(    )A.R的阻值为1.5ΩB.电源电动势为3V，内阻为0.5ΩC.电源的输出功率为3.0WD.电源内部消耗功率为0.5W7.如图所示电路中，电压表V是内阻无穷大的理想电压表，电流表A是内阻为0的理想电流表，电源电压恒定为U=4.20 V，定值电阻R 1=R 2=R 3=3 Ω，R 4=6 Ω.关于电表示数，下列说法中正确的是(    )A.电压表V的示数为0.70 V，电流表A的示数为0.20 AB.电压表V的示数为1.40 V，电流表A的示数为0.20 AC.电压表V的示数为0.70 V，电流表A的示数为0D.电压表V的示数为1.40 V，电流表A的示数为08.如图所示，两个质量分别是m1，m2的小球，各用丝线悬挂在同一点，当两球分别带同种电荷，且电荷量分别为q1、q2时，两丝线张开一定的角度分别为θ1、θ2，θ1>θ2，且此时两个小球处于同一水平面上，则下列说法正确的是(  )A.q1>q2，B.m1<m2C.m1所受细线拉力比m2所受细线拉力大D.m2对m1的库仑力大小为m1gtan θ1 9.某组同学在实验室利用如图所示的电路图连接好电路，并用于测定定值电阻R0和描绘电源的伏安特性曲线．调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录了电流表A和电压表V1测量数据，另一同学记录了电流表A和电压表V2的测量数据．根据所得数据描绘了如图所示的两条U-I直线．则(    )A.图象中的图线乙是电压表V1的测量值所对应的图线B.由图象可以得出电源电动势和内阻分别是E=1.50V，r=1.0ΩC.当该电源只给定值电阻R0供电时R0消耗的功率为0.55WD.图象中两直线的交点表示在本电路中该电源的效率达到最小值10.如图中电源的电动势为6V，内阻为1Ω，R1为2Ω，R2的最大阻值为3Ω，闭合开关，下列说法正确的是(    )A.当R2为1Ω时，R1消耗的功率最大B.通过改变R2的阻值，路端电压的最大值为5V，最小值为4VC.R2的阻值越小，R1消耗的功率越大D.当R2的阻值为3Ω时，R2消耗的功率最大二、实验题（本大题共2小题，每空2分,共20.0分）11.(1)用螺旋测微器测量某金属丝直径时的刻度位置如图甲所示，从图中读出金属丝的直径为________mm。用游标卡尺可以测量某些工件的外径。在测量时，示数如图乙所示，则读数为________mm。(2)在“测定金属丝的电阻率”的实验中，如果测出金属丝接入电路的长度l、直径d和金属丝接入电路时的电流I和其两端的电压U，就可求出金属丝的电阻率。用以上实验中直接测出的物理量来表示电阻率，其表达式为ρ=__________。(3)在此实验中，金属丝的电阻大约为4Ω，在用伏安法测定金属丝的电阻时，除被测电丝外，选用了如下实验器材：A.直流电源：电动势约4.5V，内阻不计；B.电流表A：量程0～0.6A，内阻约0.125Ω；C.电压表V：量程0～3V，内阻约3kΩ；D.滑动变阻器R：最大阻值10Ω； E.开关、导线等。在上边可供选择的实验电路中，应该选图________(选填“丙”或“丁”)，选择的接法为电流表________接法(选填“内”或“外”)，此接法测得的电阻值将__________(选填“大于”“小于”或“等于”)被测电阻的实际阻值。12.某同学利用下列实验器材测量电源的电动势和内阻。A.待测电源；B.电阻箱R(最大电阻值为20Ω)；C.定值电阻R0(电阻值为4000Ω)；D.小量程电流表G(内阻不计)；E.开关、导线若干。该同学设计的实验电路图如图甲所示：(1)在闭合开关前，电阻箱应调到______(填“最大值”“中间值”“最小值”)。(2)该实验可以近似认为通过电源内部的电流等于流过电阻箱的电流，则电阻箱的阻值R、小量程电流表的示数I、电源的电动势E、内阻r和定值电阻R0之间的关系为E=______。(3)某次改变电阻箱的阻值R，读出对应电流表的示数I，作出图像如图乙所示，则电源的电动势E=______V、内阻r=______Ω。(结果均保留2位有效数字)三、计算题（本大题共3小题，共37.0分）13.(10分)如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间距离为d，上极板正中间有一小孔。质量为m、电荷量为+q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处速度恰为零。空气阻力忽略不计，极板间电场可视为匀强电场，重力加速度为g。求：(1)小球到达小孔处的速度大小；(2)极板间电场强度大小和电容器所带电荷量；(3)小球从开始下落到运动到下极板，其所受重力的冲量大小。14.(12分)如图所示，M为一线圈电阻r=0.4 Ω的电动机，R=24 Ω，电源电动势E=40 V.当S断开时，电流表的示数I1=1.6 A，当开关S闭合时，电流表的示数I2=4.0 A.求：(1)电源内阻； (2)开关S闭合时电动机发热消耗的功率和转化为机械能的功率；(3)开关S闭合时电源的输出功率和电动机的机械效率．15.(15分)某游戏公司的设计人员，构想通过电场来控制带电小球的运动轨迹。如图1所示，绝缘光滑圆轨道竖直放在水平方向的匀强电场中，一个质量为m、电荷量为+q的小球位于轨道内侧的最高点A处。小球由静止释放后沿直线打到与圆心O等高的B点；当给小球一个水平方向的初速度，小球恰能在竖直平面内做完整的圆周运动。小球可视为质点，已知圆轨道的半径为R，重力加速度为g．(1)求匀强电场的电场强度E1大小。(2)求小球做圆周运动时，通过A点的动能Ek．(3)将原电场更换为如图2所示的交变电场(正、负号分别表示与原电场强度方向相同或相反)，小球在A点由静止释放，欲使小球能在一个周期(T未知)内恰能运动到最低点C，且运动过程中不与圆轨道相碰，试求所加电场强度E2不应大于多少。 西安中学2023—2024学年度第一学期期中考试高二物理答案和解析1.D 2.B 3.B 4.C 5.B 6.A 7.A 8.BD 9.BD 10.BCD 11.(1)0.680；29.8；(2) πd2U4Il ；(3)丙；外；小于；12.(1)最大值 (2)IR0+IR0Rr (3)4.0；1.6 13.(1)根据动能定理有mgh= 12mv02 ，解得v0=2gh(2)对小球，根据动能定理有mg(h+d)-qEd=0，解得E=mg(h+d)qd电容器所带电荷量Q=CU，U=Ed，解得Q=Cmg(h+d)q(3)小球全程的平均速度为v02，则小球全程时间为t，t=h+dv02，解得t=h+dh2hg小球所受重力的冲量大小为I=mgt=mgh+dh2hg14.(1)根据闭合电路的欧姆定律I1=ER+r0；代入数据解得r0=EI1-R=(401.6-24) Ω=1 Ω；(2)开关S闭合后路端电压U=E-I2r0=(40-4.0×1) V=36 V流过R的电流为IR=UR=1.5 A流过电动机的电流为I=I2-IR=(4.0-1.5)A=2.5 A电动机发热消耗的功率为P热=I2r=(2.52×0.4)W=2.5 W电动机转化为机械能的功率P机=UI-P热=87.5 W；(3)开关S闭合时电源输出功率为P=UI2=144 W电动机的机械效率η=P机UI×100%=87.536×2.5×100%≈97.2%．  15.解：(1)根据小球由静止沿直线打到B点，可得合力的方向沿AB方向，则：mg=qE1可得E1=mgq(2)根据小球合力方向可知，小球能通过圆轨道等效最高点D点(位于O点左上侧45∘处)，则能做完整的圆周运动，小球的合力大小：F=(mg)2+(qE)2=2mg小球在D点：2mg=mvD2RA到D过程，由动能定理有：mgR(1-sin45∘)-qE1Rsin45∘=12mvD2-Ek解得：Ek=32-22mgR(3)小球在1个周期内，0∽T4周期内，做直线运动T4∽T周期内做曲线运动，T时刻回到A点的正下方在水平方向上，0∽T4周期内，向右运动x1=12qE2m(T4)2T4∽T2周期内，做曲线运动，水平方向上，向右运动位移仍为x1T2∽T周期内返回竖直方向上做自由落体运动：2R=12gT2则T=4Rg由运动的分析可知，要使小球由A点运动到最低处C点且不与轨道相碰，需T2时刻到达最大水平位移处，并满足向右运动的最大位移为32R(由几何关系可得)由此可得12qEm(T4)2×2=32R解得E2=23mgq故所加电场强度的最大值不能超过23mgq