山东省青岛市即墨区2023-2024学年高二上学期1月教学质量检测物理试题含解析

20232024学年度第一学期教学质量检测高二物理试题2024.01注意事项：1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。3.本试卷共18小题，考试时间为90分钟，考试结束后，将答题卡交回。一.单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。1.匀强磁场中放置一根通电导线，流过导线的电流为，导线长度为，它受到的磁场力为，关于该磁场，下列说法正确的是（）A.该匀强磁场磁感应强度大小为2TB.该匀强磁场的磁感应强度大小为4TC.该匀强磁场的磁感应强度大小可能为1TD.该匀强磁场磁感应强度大小最小为【答案】D【解析】【详解】根据题意，设导线与磁场方向的夹角为，则有解得可知，当时，最小，最小值为则该匀强磁场的磁感应强度大小为故选D。2.我国超远距离输电技术世界领先，白鹤滩—江苏输电工程全长2087km，采用±800千伏特高压直流输电，如图为白鹤滩—江苏输电线路中3根水平导线a、b、c，3根导线互相平行且间距相等，其中a、b导线位于同一水平面内，3根导线流过的电流大小关系为，方向如图。已知通电直导线周围磁场磁感应强度大小（r为磁场中某点到直导线的距离，k为常数），下列说法正确的是（）Aa、c两根导线相互吸引B.b、c两根导线对a的安培力方向竖直向下C.a、b两根导线对c的安培力方向竖直向下D.图中三角形中心处的磁场磁感应强度为零【答案】B【解析】【详解】A．a、c两根导线电流反向，根据安培定则与左手定则，a、c两根导线相互排斥，A错误；B．根据，，得如图则得则b、c两根导线对a的安培力方向竖直向下，B正确；C．a、b两根导线对c的安培力均为排斥力，且大小相等，则a、b两根导线对c的安培力方向竖直向上，C错误；D．如图三角形中心处的磁场磁感应强度不为零，D错误。故选B。3.如图，是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2部分插在线圈3中，并且可以随着物体1在线圈中左右平移。要能够准确反映出物体1的左右位置变化，那么应该在a、b间连接的是（）A.在a、b间串接干电池和灵敏电流计B.在a、b间接灵敏电流计C.在a、b间串接交流电源和灵敏电流计D.在a、b间电压表【答案】C【解析】【详解】根据题意可知，软铁芯2随着物体1向左平移，可以使线圈3的自感系数增大，同理软铁芯2随着物体1向右平移，可以使线圈3的自感系数减小，这一变化通过转换电路和检测电路输出电流，就得到了被测物体位移的变化，则应将线圈3与灵敏电流计串联后与交流电源相连，线圈自感系数的变化将使它对交变电流的感抗发生变化，从而引起电路中电流的变化，再由灵敏电流计显现出来。故选C4.如图，回旋加速器两个D形金属盒分别与高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源A位于盒的圆心，两D形盒的半径为，两盒间的狭缝很小。粒子源释放的粒子电荷量为，质量为，下列说法正确的是（）A.所接交流电源的频率B.粒子加速后获得的最大动能C.若增大两盒间的加速电压，则粒子离开出口时的动能也增大D.若两盒间加速电压为U，则粒子从释放到离开出所需时间为【答案】A【解析】【详解】A．根据回旋加速器的原理可知，所接交流电源的频率与粒子在磁场中做圆周运动的频率相等，则所接交流电源的频率故A正确；BC．根据洛伦兹力提供向心力，有得粒子加速后获得的最大速度大小为粒子加速后获得的最大动能等于可知，粒子离开出口时的动能与盒间的加速电压大小无关，若增大两盒间的加速电压，则粒子离开出口时的动能不变，故BC错误；D．若两盒间加速电压为U，则有则粒子从释放到离开出所需时间为故D错误。故选A。5.同位素质谱仪是用来分离和检测不同同位素的专用仪器，如图是同位素质谱仪结构示意图，电离室A中产生质量不同、带电量相同的两种离子，它们从电离室A下方小孔不断飘入电压为U的加速电场中，沿直线垂直磁场进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在照相底片D上。由于实际加速电压在范围内有微小变化，离子打到底片上是一个区域，因而这两种离子在底片D上的落点可能会发生重叠。离子初速度及重力不计，下列说法正确的有（）A.两种离子都带负电荷B.打到底片上P区域的离子比荷较大C.若一定，U越大越容易发生重叠D.若U一定，越大越容易发生重叠【答案】D【解析】【详解】A．由图可知，离子进入磁场时，受水平向左的洛伦兹力，由左手定则可知，两种离子都带正电荷，故A错误；B．离子经过加速电场，由动能定理有离子在磁场中运动，由牛顿第二定律有离子在底片D上的落点到的距离为整理可得可知，打到底片上P区域的离子比荷较小，故B错误；CD．根据题意，设两种离子的质量分别为、，且有则的落点到的距离最小为的落点到的距离最大为两轨迹发生重叠，有则有可知，若一定，越大越容易发生重叠，若一定，U越小越容易发生重叠，故C错误，D正确。故选D。6.如图，条形磁铁竖直放置，磁铁固定不动，在磁铁正上方有一个金属圆环，圆环轴线与磁铁轴线重合。现让圆环由静止开始下落，圆环最终通过磁铁远离磁铁而去。图中圆环的虚线位置为圆环经过磁铁中点O时的中间位置，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A.圆环通过磁铁过程中，圆环的机械能先减小后增大B.圆环经过中间位置时，其加速度等于g，穿过圆环的磁通量变化率最小C.圆环向中间位置运动过程中，圆环加速度小于g，圆环有沿径向扩大的趋势D.圆环从中间位置向下运动过程中，圆环加速度小于g，圆环有沿径向收缩的趋势【答案】B【解析】【详解】A．根据“来拒去留”可知圆环在通过磁铁的过程中，所受安培力始终向上，安培力始终做负功，因此圆环的机械能始终减小，故A错误；B．从上方接近中间位置时，穿过圆环的磁通量逐渐增加，通过中间位置再向下运动过程中，穿过圆环的磁通量又逐渐减小，因此在中间位置时，穿过圆环的磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，回路中没有感应电流，不受安培力，加速度为g，故B正确；C．圆环在靠近磁铁的过程中，穿过圆环的磁通量增加，圆环中有感应电流，受向上的安培力，加速度小于g，根据“增缩减扩”可知，圆环缩小的趋势；当圆环跨过磁铁上端磁极后，再向下运动的过程中，磁铁外的磁场和磁铁内部的磁场反向，圆环才有扩张的趋势，故C错误；D．圆环从中间位置向下运动过程中，根据“来拒去留”可知圆环受向上的安培力，加速度小于g；从中间位置到磁铁下端磁极过程，穿过圆环的磁通量逐渐减小，由于磁铁外的磁场和磁铁内部的磁场反向，根据楞次定律可知圆环有收缩的趋势；从磁铁下端磁极继续向下运动的过程，穿过圆环的磁通量逐渐减小，根据“增缩减扩”，可知圆环有扩张的趋势，故D错误。故选B。7.如图甲，某实验小组用电压传感器研究电感线圈特性，图甲中三个灯泡相同，灯泡电阻不变。闭合开关S，当电路达到稳定状态后再断开开关，与传感器相连的电脑记录的电感线圈L两端电压u随时间t变化的ut图像如图乙所示。不计电源内阻及电感线圈L的直流电阻，下列说法正确的是（）A.图乙中电压U1与U2的比值为3：4B.开关S闭合瞬间，L2、L3同时点亮C.开关S断开瞬间，灯L2闪亮一下再逐渐熄灭D.从开关S闭合瞬间至断开前，流经灯L1的电流保持不变【答案】A【解析】【详解】A．开关闭合瞬间，L1和L2串联，电压传感器测量L2两端电压，则稳定后，通过L3的电流为开关断开瞬间，自感电流与原电流等大，则得A正确；B．开关闭合瞬间，由于L3与线圈串联，线圈阻碍电流增大，则L3逐渐变亮，B错误；C．L2和L3电流相等，则开关断开的瞬间，自感电流不会使L2闪亮，直接逐渐熄灭，C错误；D．开关闭合瞬间，L3逐渐变亮，即电流逐渐增大，则L1的电流逐渐增大，D错误。故选A。8.如图，足够长柱形绝缘直杆与水平面间夹角θ=30°，直杆处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁场磁感应强度大小为B，杆上套有一个带电量为q、质量为m的小球，小球孔径略大于杆的直径，球与直杆间的动摩擦因数。现将小球由静止释放，当小球下滑距离x1时其加速度最大，当球再下滑距离x2时其速度刚好达到最大，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A.小球的最大加速度为B.小球的最大速度为C.小球下滑距离x1过程中克服摩擦力做的功D.小球下滑距离x2过程中克服摩擦力做的功为【答案】D【解析】【详解】A．根据题意可知，当其加速度最大时，沿杆方向合力最大，摩擦力为零，此时解得最大加速度故A错误；B．当速度最大时，合力为零解得最大速度故B错误；C．小球下滑距离x1时，解得故C错误；D．小球下滑距离x2过程中解得故D正确。故选D。二.多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，选错或不选得0分。9.如图所示的LC电路中，电容C的电容量为，电感L的自感系数为1mH。已充电的平行板电容器两极板水平放置，开关S断开时，极板间有一颗带电灰尘在靠近上极板处恰好静止；时刻闭合开关S，灰尘在电容器内运动，重力加速度，下列说法正确的是（）A.带电灰尘在两极板间做往复运动B.时刻，带电灰尘的加速度大小为C.时刻，带电灰尘运动的速度最大D.当带电灰尘的加速度大小为时，电感线圈中的磁场磁感应强度最大【答案】BD【解析】【详解】根据题意可知，开关断开时，灰尘恰好静止，则有由公式可得，LC电路振荡电流的周期为内，电容器放电，电场强度减小，磁场磁感应强度增大，灰尘向下加速，加速度逐渐增大，时，电容器放电结束，电场强度为0，灰尘只受重力，此时有可知，加速度大小为，此时电感线圈中的磁场磁感应强度最大；内，电容器反向充电，电场反向增大，则灰尘受到电场力向下，灰尘继续向下加速，时，电场强度最大，此时有可得，加速度大小为，内，电容器反向放电，电场强度减小，灰尘受到电场力仍然向下，灰尘继续向下加速，加速度减小，内，电容器正向充电，灰尘受向上的电场力，但电场力小于灰尘的重力，则灰尘继续向下加速AC．综上所述，灰尘在遇到下极板之前，一直向下加速，它的速度不断增大，故AC错误；B．时刻，带电灰尘的加速度大小为，故B正确；D．时，带电灰尘的加速度大小为时，电感线圈中的磁场磁感应强度最大，故D正确。故选BD。10.如图甲，为革命战争时期我军常用的手摇交流发电机，可以随时方便地为发报联络提供可靠电力。图乙为该发电机结构示意图，大轮与小轮通过皮带传动，大小轮半径之比为，小轮与线圈固定在同一转轴上；线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为r；磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。转动手柄使大轮以角速度匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值为R的灯泡。发电时灯泡两端电压不超出其额定电压，皮带不打滑，下列说法正确的是（）A.若增大大轮转速，灯泡亮度不变B.若增大小轮半径，灯泡亮度变暗C.灯泡两端电压有效值为D.若绕制线圈的漆包线总长度不变，改绕成矩形线圈，其他都不变，则灯泡亮度不变【答案】BC【解析】【详解】A．大轮与小轮通过皮带传动，若增大大轮转速，则小轮转速同样增大，则感应电动势的最大值变大，有效值变大，灯泡亮度变亮，故A错误；B．若增大小轮半径，由可知，小轮转动的角速度变小，则感应电动势的最大值变小，有效值变小，灯泡亮度变暗，故B正确；C．大轮与小轮通过皮带传动，轮子边缘线速度相等，由可知，小轮转动的角速度为，感应电动势的最大值为灯泡两端电压有效值为故C正确；D．若绕制线圈的漆包线总长度不变，改绕成矩形线圈，由数学知识可知，线圈面积变小，则感应电动势的最大值变小，有效值变小，灯泡亮度变暗，故D错误。故选BC。11.风能是一种清洁无公害可再生能源，风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，截至2023年底，中国风电装机容量接近4亿千瓦，位居世界第一。如图为某风力发电场向一学校供电线路图，发电场的输出功率为10kW，输出电压为250V，用户端电压为220V，输电线总电阻，升压变压器原、副线圈匝数比，变压器均为理想变压器，下列说法正确的是（）A.降压变压器的匝数比B.输电线上的电流为40AC.该输电系统的输电效率为D.深夜学校的用电器减少，输电线上损失的功率将变大【答案】AC【解析】【详解】AB．根据题意，由可得，升压变压器原线圈的电流为输电线上的电流为升压变压器副线圈的电压为降压变压器原线圈的电压为降压变压器的匝数比故A正确，B错误；C．该输电系统的输电效率为故C正确；D．深夜用户的用电器减少，则降压变压器的输入功率减小，输入电流减小，输电线上损失的功率减小，故D错误。故选AC。12.如图甲，MN、PQ为两根间距为L的足够长固定平行光滑金属导轨，导轨平面与水平面间夹角，上端M、P间接一个阻值为R的定值电阻，两导轨间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场，长为L、质量为m的金属棒ab放置在导轨上。现将棒由静止释放，同时对棒施加一个沿导轨向下的恒定拉力F，当棒下滑距离d时，棒刚好达到匀速运动状态，此过程中棒的加速度大小随其速度变化的关系图像如图乙。重力加速度为g，金属棒及导轨电阻不计，棒始终与导轨垂直且接触良好，下列说法正确的是（）A.拉力的大小B.匀强磁场的磁感应强度C.金属棒加速过程中通过棒某一截面的电量为D.金属棒加速过程中，电阻上产生的焦耳热【答案】CD【解析】【详解】AB．根据题意，由图乙可知，当棒的速度为0时，加速度为，则有当棒的速度为时，加速度为0，则有感应电动势为感应电流为金属棒受到的安培力为又有解得，故AB错误；C．根据题意，由公式、和可得，金属棒加速过程中通过棒某一截面的电量为故C正确；D．根据题意，金属棒加速过程中，由能量守恒定律有解得故D正确。故选CD。三.非选择题：本题共6小题，共60分。13.某实验小组用图（a）所示装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验。该小组同学在纸上画出实验草图，记录磁极运动的四种情况，根据实验结果，分别标出不同情况下磁体的N极、S极运动方向以及相应感应电流的方向，如图（b）所示，请回答下面问题：（1）甲、乙两次实验记录表明，当磁体靠近线圈运动，即穿过线圈的磁通量__________（选填“增大”或“减小”）时，根据右手螺旋定则可以判定感应电流的磁场方向与磁体的磁场方向__________（选填“相同”或“相反”）；（2）丙、丁两次实验记录表明，当磁体远离线圈运动，即穿过线圈的磁通量__________（选填“增大”或“减小”）时，根据右手螺旋定则可以判定感应电流的磁场方向与磁体的磁场方向__________（选填“相同”或“相反”）；（3）总结上述实验结果，可以得到关于感应电流方向的规律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要__________引起感应电流的磁通量的变化。【答案】①.增大②.相反③.减小④.相同⑤.阻碍【解析】【详解】（1）[1][2]当磁体靠近线圈运动时，穿过线圈的磁感线条数增加，即穿过线圈的磁通量增大；根据右手螺旋定则可以判定感应电流的磁场方向与磁体的磁场方向相反。（2）[3][4]当磁体远离线圈运动时，穿过线圈的磁感线条数减少，即穿过线圈的磁通量减小；根据右手螺旋定则可以判定感应电流的磁场方向与磁体的磁场方向相同。（3）[5]感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。14.水的硬度是指水中钙、镁离子含量，水的硬度可以用水的电阻率来反映。某自来水厂的技术人员要通过测量水样的电阻率来判断水质是否达标，技术人员先将水样注入绝缘性能良好的圆柱形细直透明塑料管，再用圆形金属电极将管中水密封，如图甲所示。请回答下面问题：（1）技术人员用游标卡尺测量塑料管的内径，读数如图乙，则塑料管的内径__________mm；（2）技术人员用图丙所示电路来测量水样的电阻率，方法如下：①调整电阻箱的阻值，使灵敏电流表满偏，记录电阻箱的读数，并用刻度尺测量管中水柱长度；②改变管中水柱长度，重复步骤①，得到多组R、L值；③根据测得数据，以管中水柱长度L为横轴，以电阻箱读数R为纵轴，作图像，如图丁所示，图像中图线的纵、横截距分别为、，则水样的电阻率为__________（用表示）；（3）测中，当塑料管中水柱的长度为时，水柱的电阻为__________；（4）本实验中灵敏电流表的内阻Rg对实验结果__________（选填“有”或“无”）影响，电源内阻r对实验结果__________（选填“有”或“无”）影响。（5）本实验在操作中，如果发现在调整电阻箱R的阻值时灵敏电流表不能达到满偏，__________（选填“能”或“不能”）实现对水样电阻率的测量。【答案】①.5.80②.③.④.无⑤.无⑥.能【解析】【详解】（1）[1]由图乙可知，塑料管的内径为（2）[2]根据题意可知，每次调整电阻箱，均使电流表满偏，即电路的总电阻不变，由图丁可知，当时，电阻箱的读数为，此时电路的总电阻为则有整理可得结合图丁图像可得解得（3）[3]由电阻定律可得，当塑料管中水柱的长度为时，水柱的电阻为（4）[4][5]由（2）分析可知，本实验中灵敏电流表的内阻与电源内阻r对实验结果均无影响。（5）[6]由（2）分析可知，本实验在操作中，如果发现在调整电阻箱R的阻值时灵敏电流表不能达到满偏，只需每次调整电阻箱和水柱长度时，让电流表达到相同数值即可，即保证每次调整电路的总电阻不变，实现对水样电阻率的测量。15.光伏发电可以有效解决偏远农村地区用电难的问题，相对于传统发电机，光伏发电系统更为便捷，电池板只需安装在屋顶上，就可直接将太阳能转化为电能供应，完全不受供电通道的限制。如图，某户农家将输出电压交流电的光伏发电系统接到变压器上，通过副线圈分别向10只标称为“12V、1.5A”的灯泡和一台电动机供电，电动机线圈电阻，原线圈上所接灯泡L的额定电压，副线圈的匝数为匝。电路接通后，各用电器都正常工作，光伏发电系统的输出功率，电压表的示数为，变压器为理想变压器，求：（1）原线圈上所接灯泡L消耗的功率；（2）变压器原线圈的匝数；（3）电动机输出的机械功率。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）根据题意，设原线圈上的电流为，则有解得（2）根据题意，设原线圈匝数为，则有解得匝（3）根据题意，设副线圈上的电流为，则有又有联立解得16.如图，在直角坐标xOy平面内，存在半径为R的圆形匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，磁场边界与x、y轴分别相切于a、b两点，ac为圆形边界的直径。质量为m、电荷量为的带电粒子从b点以某一初速度沿平行于x轴方向射入磁场，粒子从a点垂直于x轴离开磁场，不计粒子重力。（1）求初速度；（2）若粒子以某一初速率在xOy平面内从b点沿各个方向射入磁场，粒子从a点射出磁场时离b点最远，求粒子初速率的大小；（3）若粒子以大小的速率在xOy平面内从b点沿各个方向射入磁场，求粒子在磁场中运动的最长时间。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）根据题意，设粒子在磁场中做圆周运动的半径为，则有由几何关系得解得（2）根据题意，设粒子在磁场中运动半径为，粒子运动轨迹如图所示则有由几何关系得解得（3）若粒子以大小的速度射入磁场，设粒子在磁场中运动半径为，粒子在磁场中运动时间最长时的运动轨迹如图则有解得由几何关系可得，圆弧所对圆心角为，则有，解得17.如图，两根平行光滑金属导轨