陕西省西安市铁一中学2023-2024学年高二上学期期中物理试题（Word版附解析）

物理试卷一、单项选择题（共7小题，每题4分，共28分）1.如图所示，把一个架在绝缘支架上的枕形导体放在正电荷形成的电场中，导体处于静电平衡时，下列说法正确的是（）A.A、B两点电场强度相等，且都不为零B.A、B两点的电场强度不相等C.感应电荷产生的附加电场的电场强度大小EA>EBD.当开关S闭合后，A、B两点的电场强度不为零【答案】C【解析】【详解】AB．导体处于静电平衡状态，导体是一个等势体，导体内部场强处处为零，A、B两点电场强度都为零，AB错误；C．在导体内部，感应电荷产生的附加电场与正电荷在同一点产生的场强等值反向，正电荷在A点产生的场强较大，故EA>EBC正确；D．当电键S闭合时，电子从大地沿导线向导体移动，导体依然是一个等势体，导体内部场强处处为零，D错误。故选C。2.我国拥有世界上最大的单口径射电望远镜，被称为“天眼”。如图所示，“天眼”的“眼眶”所围圆面积为S，其所在处地磁场的磁感应强度大小为B，与“眼眶”平面垂直，平行的分量分别为、，则（　　）A.穿过“眼眶”的磁通量大小为BS B.穿过“眼眶”的磁通量大小为C.在地球自转180°的过程中，穿过“眼眶”磁通量的变化量为D.在地球自转180°的过程中，穿过“眼眶”磁通量的变化量为0【答案】D【解析】【详解】AB．穿过“眼眶”磁通量大小为，故AB不符合题意；CD．在地球自转180°过程中，“眼眶”相对地磁场静止，穿过“眼眶”磁通量的变化量为0，故C不符合题意，D符合题意。故选D。3.热膨胀材料在生产生活中有着广泛的应用，有些材料因热膨胀导致的尺寸变化很小，难以测量。某同学用平行板电容器设计制作了单电容热膨胀检测仪，原理如图所示。电容器上极板固定，下极板可随材料竖直方向的尺度变化而上下移动，平行板电容器的电容，S是电容器极板的正对面积，d是极板间的距离，其余均为常量。闭合开关，若材料热胀冷缩，下列说法中正确的是（　　）A.材料温度升高，极板所带电荷量增大B.滑动变阻器滑片向下滑动少许可以提高检测仪的工作电压C.检测到灵敏电流计的电流方向为从到，说明材料温度降低D.检测结束，断开开关，灵敏电流计上有从到的短暂电流【答案】A【解析】【详解】A．材料温度升高，材料膨胀，电容器两板间距减小，根据电容增大。由于电容器两板电势差不变，根据 极板所带电荷量增大，A正确；B．滑动变阻器滑片向下滑动，阻值减小，根据可知检测仪的工作电压降低，B错误；C．材料温度降低，同理A选项，极板所带电荷量减小，则灵敏电流计的电流方向为从b到a，C错误；D．断开开关，电容器放电，则灵敏电流计上有从b到a短暂电流，D错误。故选A。4.在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路。电源电动势为20V，内阻为1.5Ω，当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为1.0A和1.0V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和14.0V。则当这台电动机正常运转时（）A.电动机的内阻为7ΩB.滑动变阻器R的电阻为3ΩC.电动机的输出功率为24WD.电源的输出功率为32W【答案】C【解析】【详解】A．电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为和。则电动机的电阻故A错误；B．电动机恢复正常运转时，滑动变阻器R的电阻故B错误；C．电动机恢复正常运转时，电流表和电压表示数分别为和，电动机的总功率为电动机内电阻消耗的热功率为 电动机正常运转时的输出功率是故C正确；D．电源的输出功率故D错误。故选C。5.如图所示，在水平面内有一质量分布均匀的木杆可绕端点O在水平面上自由转动。一颗子弹以垂直于杆的水平速度v0击中静止木杆上的P点，并随木杆一起转动（碰撞时间极短）。已知木杆质量为M，长度为L，子弹质量为m，点P到点O的距离为x。忽略木杆与水平面间的摩擦。设子弹击中木杆后绕点O转动的角速度为。下面给出的四个表达式中只有一个是合理的。根据你的判断，的合理表达式应为（　　）A.B.C.D.【答案】C【解析】【详解】B．从单位的推导判断，B中表达式的单位为，是线速度的单位，故B错误；D．假设点P到点O的距离则角速度为零，把代入各表达式，D中表达式不为零，故D错误；AC．如果是轻杆，则 即轻杆对子弹没有阻碍作用，相当于子弹做半径为的圆周运动，则A错误C正确。故选C。6.三个相同的带孔金属小球A、B、C串在环形绝缘细绳上，A、B所带的电荷量分别为、，C不带电。将三个小球放在绝缘水平桌面上，保持静止时三个小球的位置如图甲所示。将三个球一起接触后释放，再次静止时，三个小球的位置如图乙所示。不计小球的体积与一切摩擦，则前后两次静止时，细绳中张力大小之比为（　　）A.B.C.D.【答案】A【解析】【详解】令绳的全长为L，三个球一起接触之前，对A分析有三个球一起接触后，对A分析有解得故选A。7.平行板间距为d，长度为l，加上电压后，可在A、B之间的空间中（设为真空）产生电场（设为匀强电场）。在距A、B两平行板等距离的O点处，有一电荷量为、质量为m的粒子以初速度沿水平方向（与A、B板平行）射入，不计重力，要使此粒子恰好能从C处射出，则A、B间的电压应为（　　） A.B.C.D.【答案】D【解析】【详解】带电粒子只受电场力作用，在平行板间做类平抛运动。设粒子由O点到C处的运动时间为t，则有设A、B间的电压为U，则偏转电极间的匀强电场的电场强度为粒子所受电场力为根据牛顿第二定律得粒子沿电场方向的加速度为粒子在沿电场方向做匀加速直线运动，位移为，由匀加速直线运动的规律得联立解得故选D。二、多项选择题（共3小题，每题6分，少选得3分，错选不得分，共18分）8.如图甲所示为利用静电除尘原理做成的空气净化器，为了提高除尘效率，放电极做成带芒刺的圆柱体装在集尘极的中心轴上，接通直流高压电源，放电极周围形成电晕，电晕能将空气分子电离，产生电子和正离子。设喷进来的灰尘的质量均为、初速度均为，经过电晕周围瞬间吸附电子后带电量为，在电场力的作用下向集尘极运动，且运动过程中灰尘的重力忽略不计。集尘极的半径为，集尘极的最大电势为，放电极接地，放电极与集尘极之间的电势大小与 （距放电极中心的距离）的关系如图乙所示，下列说法正确的是（　　）A.直流高压电源的右侧是负极B.越靠近放电极，电场强度越小C.带电灰尘在向集尘极运动的过程中，电势能增大D.带电灰尘到达集尘极的速度不可能大于【答案】AD【解析】【分析】【详解】A．由题意可知，灰尘吸附电子后向集尘极运动，故集尘极带正电，所以放电极连接直流高压电源的负极，A正确；B．由图乙可知，图像的斜率表示场强，靠近放电极，斜率变大，变大，B错误；C．带电灰尘在向集尘极运动的过程中，电场力做正功，电势能减小，C错误；D．灰尘从靠近放电极出发至到达集尘极，电场力做功最多，速度最大，由动能定理解得D正确。故选AD。9.两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的O、M 两点，规定无穷远处为电势能零点，一带负电的试探电荷在x轴上各点具有的电势能随x变化的关系如图所示，其中试探电荷在A、N两点的电势能为零，在ND段中C点的电势能最大，则下列说法正确的是（）A.O处点电荷带正电，M处点电荷带负电B.q1的值大于q2的值C.将一正点电荷从N点由静止释放后，点电荷会沿x轴正方向运动且到达C点时速度最大D.将一正点电荷从N点移到D点，电场力先做负功后做正功【答案】BC【解析】【详解】A．带负电的粒子在电势越低的地方电势能越大，而沿着电场线的方向电势降低，根据所给图像可知，该带负电的粒子从O到A电势能逐渐减小，则可知从O到A电势升高，因此可知O点处的点电荷带负电，M点处的点电荷带正电，故A错误；B．图中A点处的电势能为零，而根据可知，A点处的电势为零，设OA之间的距离为，AM之间的距离为，则根据点电荷在某点产生的电势公式以及电势所满足的代数运算可知由于则可知故B正确；CD．负电荷由N到D电势能先增大后减小，则正电荷由N到D 电势能先减小后增大，由此可知电场力先做正功后做负功，而负电荷在C点的电势能最大，因此可知正电荷在C点的电势能最小，动能最大，故C正确，D错误。故选BC。10.如图所示，A、B之间用一根轻质弹簧连接在一起，斜面B的倾角α＝30°，C带正电，带电量为q，静止在B上，其中mA=2m、mB=3m、mC=m，在空间中增加一个场强大小为、方向竖直向下的静电场，下列说法正确的是（　　）A.加电场的瞬间，地面对A的支持力大小变为7mgB.加电场的瞬间，B对C的摩擦力变大C.加电场的瞬间，C可能相对于B滑动D.加电场的瞬间，C对B的弹力大小为【答案】BD【解析】【详解】A．加电场之前，对ABC整体分析，可知地面对A的支持力大小为加电场的瞬间，弹簧的弹力不能突变，对A分析可知地面对它的支持力大小仍然为6mg，故A错误；B．加电场之前对C受力分析，如图所示，则B对C的摩擦力大小为 加电场之前对BC整体分析可知弹簧的弹力大小为加电场的瞬间，弹簧弹力不会突变，设BC整体的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有解得加电场的瞬间，对C在沿斜面方向根据牛顿第二定律有解得所以加电场的瞬间，B对C的摩擦力变大，故B正确；C．加电场之前，对C分析可知加电场的瞬间，同理可知一定满足所以此时C不可能相对B滑动，故C错误；D．加电场的瞬间，对C在垂直斜面方向根据牛顿第二定律有解得故D正确。故选BD。三、实验题（11题8分，12题6分）11.某同学利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。细绳跨过固定的轻质滑轮，两端分别挂质量为、的物块1和物块2。用手托住物块1，让细绳伸直，系统保持静止后释放物块1，测得物块2经过光电门的挡光时间为t。以物块1和物块2组成的系统为研究对象，计算并比较物块2 从静止至通过光电门的过程中，系统重力势能的减少量。与动能的增加量，就可以验证物块1和物块2组成的系统的机械能是否守恒，取重力加速度大小。（1）用20分度的游标卡尺测得物块2的厚度如图乙所示，则厚度______mm。（2）某次实验时测得释放前物块2与光电门的距离，物块2通过光电门的时间，则物块2通过光电门时的速度大小______；从释放物块1到物块2通过光电门的过程中，系统动能的增加量为______J；重力势能的减少量为______J。（结果均保留三位有效数字）【答案】①.7.25②.1.96③.0.768④.0.784【解析】【详解】（1）[1]20分度游标卡尺的精确值为，由图可知物块的厚度为（2）[2]物块2通过光电门时速度大小[3]系统动能的增加量为[4]重力势能的减少量为12.如图所示为指针式多用电表内部欧姆表的结构示意图。已知：E=1.5V，灵敏电流表的满偏电流为，为滑动变阻器。 （1）下列关于多用电表的说法，正确的是（）A.与接线柱A相连的是黑表笔B.每测量一个电阻Rx时，都必须进行欧姆调零C.测量电阻时，如果指针偏转角度过大，应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新欧姆调零后测量D.欧姆表使用完后，应该把档位旋到OFF档，或者交流电压最大档位（2）小王将多用表欧姆调零后，测量某一电阻，发现电流表的指针偏转了总量程的，则________Ω。（3）小王同学再次测量另一电阻时重新进行了欧姆调零，由于欧姆调零旋钮出现故障，两表笔短接后，只能使得指针调到接近满偏电流处（未达到满偏）。但是小王觉得依然可以测量，打开两表笔测电阻，发现指针刚好偏转了一半，则的测量值与真实值相比________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。【答案】①.ACD②.1000③.偏大【解析】【详解】（1）[1]A．接线柱A与内部电源的正极连接，可知与接线柱A相连的是黑表笔，选项A正确；B．每测量一个电阻Rx时，若不换挡，则不需要重新进行欧姆调零，选项B错误；C．测量电阻时，如果指针偏转角度过大，则倍率档选择过高，则应将选择开关拨至倍率较小的挡位，重新欧姆调零后测量，选项C正确；D．欧姆表使用完后，应该把档位旋到OFF档，或者交流电压最大档位，选项D正确。故选ACD。（2）[2]当指针满偏时解得 （3）[3]两表笔短接后，只能使得指针调到接近满偏电流处（未达到满偏）；说明实际阻值本应该从“0”刻度左侧作为起始值去读数，则现在的测量值偏大。四、解答题（13题10分，14题12分，15题18分）13.半径为R的半圆柱形玻璃砖的截面如图所示，O为圆心。单色光A沿半径方向从a处射入玻璃砖后，恰在O点发生全反射，∠AOM=45°。平行于A的同种单色光B从最高点b射入玻璃砖后，折射到MN上的一点D（D点在图中未画出），光在真空中传播的速度为c，求：（1）玻璃砖的折射率；（2）光线B在玻璃中由b点传播至D点的时间。【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）依题意，临界角C=45°，由公式可得（2）由折射定律有可得，r=30°根据几何关系可知，光在玻璃中传播的路程s，有该单色光在玻璃中的传播速度v，有 故传播时间t，有可得14.如图所示的电路中，电表均为理想电表，，，电容器的电容，变阻器最大阻值为，闭合开关S电路稳定后：当的阻值为时，电压表的示数为3V；，当的阻值为时，电流表的示数为1A，求：（1）电源电动势和内阻；（2）调节变阻器的阻值，当消耗的功率最大时，求电容器上容纳的电量。【答案】（1）,；（2）【解析】【详解】（1）闭合开关S电路稳定后，电容器所在支路断路，由题意可知，当时根据闭合电路欧姆定律有当时联立解得 （2）根据题意可知，R3的功率为当时，P3取最大值，因为解得电容器两端的电压为通过电容器的电量为：15.如图，圆弧轨道AB的圆心为O，半径为，圆弧轨道AB的B点与水平地面BE相切，B点在O点的正下方，在B点的右侧有一竖直虚线CD，B点到竖直虚线CD的距离为，竖直虚线CD的左侧有一水平向左的匀强电场，场强大小为（大小未知），竖直虚线CD的右侧有场强大小为（大小未知）、竖直向上的匀强电场。竖直虚线CD的右侧有一竖直墙壁EF，墙壁EF到竖直虚线CD的距离为，墙壁EF底端E点与水平地面BE相连接，墙壁EF的高度也为。现将一电荷量为、质量为的完全绝缘的滑块从A点由静止释放沿圆弧轨道AB下滑，过B点时的速度大小为4m/s，最后进入竖直虚线CD右侧。已知滑块可视为质点，圆弧轨道AB光滑，水平地面BE与滑块间的动摩擦因数为，，，，。求：（1）场强的大小；（2）滑块到达竖直虚线CD时速度的大小和滑块从B点到达竖直虚线CD所用时间；（3）要使滑块与竖直墙壁EF碰撞，求的取值范围。 【答案】（1）；（2），；（3）的取值范围为【解析】【详解】解：（1）滑块从A点运动到B点的过程中，由动能定理有滑块从A点运动到B点的过程中解得（2）滑块从B点运动到竖直虚线CD的过程中，由牛顿第二定律有得根据运动学公式有解得（3）当较小时，滑块刚好与竖直墙壁底端E点碰撞，有 解得当较大时，滑块刚好与竖直墙壁顶端F点碰撞，从C点到F点做类平抛运动，在水平方向有竖直方向有解得综上，的取值范围为