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2023-2024学年山西省长治市 期末考试

注意事项：

1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在试卷和答题卡指定位置上。

2.回答选择题时，选出每小题答案后，用2B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，将答案用0.5mm的黑色笔迹签字笔写在答题卡上，写在本试卷上无效。

3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。

一、单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1．关于能源、能量，下列说法正确的是（　　）

A．能量是守恒的，所以不会发生能源危机

B．能量利用过程中存在能量耗散，说明能量在不断减少

C．能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源

D．能量守恒定律说明能量的转化或转移不具有方向性

2．如图所示，带负电的点电荷在匀强电场中，只在静电力的作用下沿曲线由A点运动到B点，其电势能减小。则该电场方向可能是（　　）

A．由A指向B B．由B指向A

C．沿x轴正方向 D．沿y轴正方向

3．如图所示的电路中，A、B是相同的两个小灯泡，L是一个带铁芯的线圈，电阻极小。调节R，稳定后两灯泡均能正常发光。则（　　）

A．闭合S时，A立即变亮，B逐渐变亮

B．闭合S时，B立即变亮，A逐渐变亮

C．断开S时，A会突然闪亮一下而B立即熄灭

D．断开S时，B会突然闪亮一下而A立即熄灭

4．水平桌面上固定着一根绝缘长直导线，矩形导线框abcd靠近长直导线静止放在桌面上，如图甲所示。当长直导线中的电流按图乙的规律变化时（图甲所示电流方向为其正方向），则（　　）

A．0~t₁，线框内电流的方向为abcda

B．t₁~t₂，线框内电流的方向为abcda

C．t₂~t₃，线框所受安培力方向一直向左

D．t₁~t₃，线框所受安培力方向一直不变

5．如图所示，R₁为光敏电阻（其电阻随光照强度增大而减小），R₂为定值电阻，当S闭合时，极板水平的电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是（　　）

A．只逐渐增大光照强度，带电微粒会向上运动

B．只逐渐增大光照强度，带电微粒会向下运动

C．只缓慢将P向上端移动，带电微粒会向下运动

D．只缓慢将P向上端移动，带电微粒会向上运动

6．回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中，其原理如图所示，两个铜质D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略。若用它对氕核（）加速，所需的高频电源的频率为f。已知磁场的磁感应强度为B，加速电压大小为U，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（　　）

A．U越大，氕核在加速器中运动的总时间越短

B．U越大，氕核射出加速器时的动能越大

C．随着速度的增加，氕核在一个D形盒中运动一次的时间在减小

D．不改变f和B也可对氘核（）加速，但氘核射出加速器时的速度较小

7．如图所示，abc为等腰直角三角形，ac边长为L、∠a=90°。两根通电长直导线垂直纸面分别放在a、b两点处。a点处导线中的电流大小为I，方向垂直纸面向外；b点处导线中的电流方向垂直纸面向里。已知直线电流在周围某点产生的磁感应强度（r表示该点到导线的垂直距离，k为常量），经测量发现c点的磁场方向沿ac向上，则（　　）

A．b点处导线中的电流大小为

B．c处磁感应强度的大小为

C．bc中点处磁感应强度的方向平行ab向左

D．bc中点处磁感应强度的大小为

8．如图所示，矩形ABCD中、。其内部有一圆形匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一个质量为m、电荷量为q（q>0）的带电粒子，从CD的中点以速度v垂直于CD射入正方形区域，经圆形磁场偏转后沿着AC方向从C点飞出矩形区域，不计粒子的重力，下列说法正确的是（　　）

A．粒子在磁场里运动的时间为

B．粒子在磁场里运动的时间为

C．圆形磁场区域的最小面积为

D．圆形磁场区域的最小面积为

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项正确。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9．关于下列图片说法正确的是（　　）

A．图甲中，摇动手柄使蹄形磁铁转动铝框会同向转动，且它们转动的角速度相同

B．图乙中，当线圈通入高频交流电时，线圈中会产生大量热量冶炼金属

C．图丙中，对着话筒讲话线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理

D．图丁中，运输中，将表头的接线柱用导线连接可保护指针，这利用了电磁阻尼原理

10．如图所示的平面内，固定有等量异种点电荷，M、N两点关于两电荷连线对称，N、P两点关于两电荷连线的中垂线对称。下列说法正确的是（　　）

A．M点的电场强度与P点的相同

B．M点的电场强度与N点的相同

C．M点的电势与N点的电势相同

D．将电子从P点沿直线移动到N点，静电力一直做负功

11．如图所示，三个完全相同的半圆形光滑绝缘轨道竖直放置，图乙、图丙分别置于匀强磁场B和匀强电场E中，轨道两端点在同一高度上。现将a、b、c三个相同的带正电小球同时从轨道左端的最高点由静止释放，小球均能经过轨道最低点。已知小球的带电荷量不会发生变化，则a、b、c三个小球（　　）

A．在向右运动过程中始终不会脱离轨道

B．到达轨道最低点时的速率均相同

C．向右经过轨道最低点时，b球对轨道的压力最大

D．向左经过轨道最低点时，a球对轨道的压力最小

12．水平固定的圆形线圈，上方有条形磁铁，其中轴与线圈的中心轴线保持重合，线圈的两端接电流传感器，如图甲所示。现让条形磁铁由高处从静止落下，以线圈中心位置为原点O、竖直向下为x正方向，俯视逆时针方向为感应电流i的正方向，图乙记录了a、b两次实验中i随条形磁铁的中点位置x的变化关系，下列说法正确的是（　　）

A．条形磁铁的上端为S极，下端为N极

B．两次实验中，当条形磁铁的中点位于x=0时，其速度最大

C．a实验中条形磁铁释放时的高度等于b实验中条形磁铁释放时的高度

D．穿过线圈的过程中，b实验中有更多的机械能转化为电能

三、实验探究题：本题包括2小题，共16分。请将正确答案填在答题卡中的横线上，或按要求作答。

13．用如图装置探究感应电流产生的条件时，有下列操作，请按要求完成步骤：

（1）在图中用笔画线代替导线，将实验电路补接完整         ；

（2）根据完善的电路，闭合S前，滑片P应置于变阻器的         （选填“C”或“D”）端；

（3）闭合S，将螺线管A插入B的过程中，观察到电流计的指针向左偏转；

（4）保持A插入B中静止，减小滑动变阻器接入电路的阻值，电流计的指针将会         （选填“偏转”或“不偏转”）；

（5）断开S的瞬间，电流计的指针将会         （选填“向左”或“向右”）偏转。

14．在吉县苹果上插上一个铜片和一个锌片，这就做成了一个苹果电池，用多用电表的直流电压挡测其开路电压，示数如图甲所示。为精确测量该苹果电池的电动势E和内电阻r，小梁同学设计了图乙的电路进行实验，请按要求完成下列任务：

A.电压表（0~3V），内阻约3kΩ

B.电压表（0~1V），内阻约1kΩ

C.电阻箱（999.9Ω）

D.电阻箱（99999Ω）

（1）实验中，所需部分器材如上，电压表应选择的是         （选填“A”或“B”），电阻箱应选择的是         （选填“C”或“D”）；

（2）正确选择器材后闭合S，多次改变电阻箱的阻值R，记录电阻箱和电压表对应的值，并算出和的值描到图丙中。某次当R=4000Ω时U=0.551V，将该组数据的和的值描到图丙中，连同其他已描出的点绘出该电池的图线         ；

（3）由图线可得该苹果电池的电动势E=         V，内电阻r=         Ω。（计算结果保留两位有效数字）

四、计算题：本题包括4小题，共36分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位。

15．如图，在（0≤x≤L）区域内存在匀强磁场，方向垂直于纸面向外。一带电荷量为+q、质量为m的粒子从y轴上P点，以速率v沿x轴的正方向射入磁场，从磁场右边界上某点离开磁场，并经过x轴上的Q（2L，0）点，此时速度方向与x轴正方向的夹角为45°。不计粒子的重力，求粒子穿过磁场右边界时的纵坐标值和磁场磁感应强度的大小。

16．蹄形磁铁的中心区域附近的磁场可看成匀强磁场。为近似测量该区域磁感应强度的大小，如图所示，将蹄形磁铁固定在两平行导轨间，两导轨间距d略大于磁铁宽度，d=10cm，质量m=20g的不锈钢尺ab垂直轨道支架放置。为导轨接上电源，将电流调节为2.00A。已知不锈钢尺与轨道间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

（1）将支架的底板水平放置，判断不锈钢尺ab所受安培力的方向；

（2）缓慢抬高支架底板的左端，发现当底板与水平面成15°角时，钢尺ab开始沿轨道下滑，求磁场磁感应强度的大小。（取g=10m/s²，sin15°=0.26，cos15°=0.97）

17．海浪发电装置的俯视图可简化为图甲所示：圆柱体磁芯N极和外壳S极间形成均匀辐射状的磁场，它们可随着海浪上下浮动；磁芯与外壳的间隙中固定有环面水平的环形线圈，线圈半径为d、匝数为n、总电阻为r。当磁体随海浪上下浮动时，线圈切割磁感线，就会产生感应电动势对外供电。已知线圈所在处磁感应强度的大小恒为B，将线圈与阻值为R的电阻组成闭合回路，则当磁体的速度v随t按图乙的规律变化时，求：

（1）线圈中的最大感应电动势E_m；

（2）线圈所受的最大安培力F_m；

（3）内通过线圈的电荷量。

18．如图，一种质谱仪可简化为由粒子源A、加速电场（匀强电场）、静电分析器和磁分析器组成。其中加速电场电压为U，极板间距d=5cm；静电分析器是圆心为O、半径为R（15cm≤R≤20cm）的圆弧通道，其中半径为R处各点的电场强度大小；磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.0T，PQ为胶片。粒子源逸出（初速度可忽略）的某种粒子，经加速电场加速后，垂直加速极板从R=15cm处进入并沿圆弧虚线通过静电分析器，之后进入磁分析器，最终打在胶片上的M点，测得PM的距离L=40cm。不考虑粒子间的相互作用，求：

（1）带电粒子的比荷；

（2）从粒子源到胶片，粒子运动的时间；

（3）若粒子垂直加速极板从R（15cm≤R≤20cm）间进入静电分析器，通过计算分析粒子打到胶片上的位置范围。

参考答案与详解

1．C

【解析】AC．能量是守恒的，能量耗散说明便于利用的能源最终会转化为不便于利用的能源，会发生能源危机，故A错误，C正确；

B．在自然界中能量是守恒的，能量耗散只是能量从一种形式转化成另一种形式，故B错误；

D．由于能量耗散，能量的转化或转移具有方向性，故D错误。

故选C。

2．D

【解析】AB．由图可知，点电荷所受合力方向应指向曲线凹侧，因为点电荷带负电，所以电场方向与点电荷在该点所受电场力方向相反，则有电场方向指向曲线凹侧的反方向；AB错误；

CD．已知点电荷带负电，则电场方向与点电荷在该点所受电场力方向相反，因为由A点运动到B点，点电荷电势能减小，所以电场力做正功，则所受电场力方向可能竖直向下，则电场方向可能竖直向上，故该电场方向可能是沿y轴正方向，C错误，D正确。

故选D。

3．B

【解析】AB．合上S，B灯立即正常发光，A灯支路中，由于L产生的自感电动势阻碍电流增大，A灯逐渐变亮，故A错误，B正确；

CD．断开S后，由L作为电源的供电电流是从原来稳定时通过L中的电流值逐渐减小的，故A、B两灯只是延缓一些时间熄灭，并不会比原来更亮，故CD错误。

故选B。

4．B

【解析】A．0~t₁，长直导线中电流沿正方向增大，由安培定则可知线框内磁通量垂直纸面向里增大，根据楞次定律判断线框内电流的方向为adcba。故A错误；

B．同理，t₁~t₂，长直导线中电流沿正方向减小，由安培定则可知线框内磁通量垂直纸面向里减小，根据楞次定律判断线框内电流的方向为abcda。故B正确；

CD．根据B选项分析，由左手定则可判断t₁~t₂，线框所受安培力方向向左。t₂~t₃，长直导线中电流沿负方向增大，由安培定则可知线框内磁通量垂直纸面向外增大，根据楞次定律判断线框内电流的方向为abcda。由左手定则可判断线框所受安培力方向向右。故CD错误。

故选B。

5．A

【解析】AB．依题意，电路稳定时电容器所在之路处于断路状态，只逐渐增大光照强度，光敏电阻阻值减小，外电路电阻减小，根据闭合电路欧姆定律

可知干路电流增大，由

可知电容器极板间电压增大，根据

可知极板间电场强度增强，带电微粒所受电场力变大，会向上运动。故A正确；B错误；

CD．与电容器串联，只将的滑动端向上端移动时，电路稳定时相当于导线，故改变的滑片的位置不会影响电路中电流及电压，故带电微粒静止不动。故CD错误。

故选A。

6．A

【解析】B．设D形盒半径为,氕核的电荷量和质量分别为和，氕核射出加速器时速度大小为，的动能，氕核离开加速器时满足

则氕核离开加速器时的动能与交变电压无关，故B错误；

A．设氕核在回旋加速器中被加速次，由动能定理得

而

因此粒子在回旋加速器中运动的时间

整理得

故U越大，氕核在加速器中运动的总时间越短。故A正确；

C．氕核在磁场中的周期

即氕核在回旋加速器中不断被加速，但是它做匀速圆周运动一周的时间不变，故C错误；

D．氕核在磁场中的频率与高频电源的频率相同

氘核电荷量与氕核相同，但质量是氕核的二倍，氘核在磁场中的周期

若氘核也能在回旋加速器中加速，氘核在磁场中运动的频率等于高频电源的频率相同，则

不改变f和B不能对氘核（）加速。故D错误。

故选A。

7．D

【解析】A．根据安培定则可知导线a在c的磁场水平向左，c点的磁场方向沿ac向上，则根据矢量的合成可知，b点处导线中的电流在c点的磁场满足

由于，解得b点处导线中的电流大小为

=

故A错误；

B．c处磁感应强度的大小为

故B错误；

CD．导线a在bc中点处磁感应强度沿bc方向，b点处导线中的电流在中点处磁感应强度方向背离a，大小分别为

，

根据矢量的合成可知该处磁感应强度大小为

方向不是平行ab向左。

故C错误，D正确；

故选D。

8．C

【解析】AB．依题意，该粒子的运动轨迹如图所示

由几何关系可知

解得

可知粒子在磁场中轨迹所对的圆心角为，所以粒子在磁场里运动的时间为

又

联立，解得

故AB错误；

CD．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，可得

当ab为匀强磁场的直径时，圆形磁场面积最小，设其半径为R，由几何关系可得

可得最小面积为

联立，解得

故C正确；D错误。

故选C。

9．CD

【解析】A．由电磁驱动原理，图甲中，摇动手柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且比磁铁转的慢，即同向异步，所以两者的角速度不相同，故A项错误；

B．图乙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，炉内金属块中会产生涡流，金属块中就会产生大量热量，从而冶炼金属，故B项错误；

C．图丙中，当人对着话筒讲话时线圈就做受迫振动，线圈在磁场中运动，线圈中会产生强弱变化的电流，这利用了电磁感应原理，故C项正确；

D．图丁是毫安表的表头，运输时要把正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故D项正确。

故选CD。

10．AC

【解析】AB．根据等量异种电荷周围电场分布规律以及对称性可知M、N两点的电场强度大小相同、方向不同，M、P两点的电场强度相同。故A正确；B错误；

C．根据等量异种电荷周围电势分布规律可知M点的电势与N点的电势相同，均高于P点电势。故C正确；

D．根据

可知电子从P点沿直线移动到N点，其电势能一直降低，由静电力做功与电势能变化关系可知静电力一直做正功。故D错误。

故选AC。

11．AC

【解析】A．当小球从不高于圆心的位置由静止释放，其不会脱离轨道，所以在小球向右运动过程中始终不会脱离轨道，故A项正确；

B．对于a球，到达最低点有

对于b球，由于洛伦兹力不做功，所以到达最低点有

对于c球，由于电场力做功，所以到达最低点有

有上述式子分析可知，到达最低点时，a球和b球的速度大小相同，c球的速度大小小于a球和b球的速度大小，故B项错误；

C．向右经过最低点时，由牛顿第二定律，对a球有

对于b球有

对于c球有

结合之前的分析有，所以其b球对于轨道的压力最大，故C项正确；

D．向左经过最低点时，对a球有

由于整个运动过程中，只有重力做功，重力做功只与始末位置高度差有关，所以

对于b球有

由于整个运动过程中，只有重力做功，重力做功只与始末位置高度差有关，所以

对于c球有

由于整个运动过程只有重力和电场力做功，而电场力做功只与始末位置有关，重力做功只与始末位置高度差有关，所以有

结合上述分析可知，b球对轨道的压力小于a球对轨道的压力，所以a球不是对轨道的压力最小的，故D项错误。

故选AC。

12．AD

【解析】A．由图像可知，当磁铁在线圈上方下落时，感应电流为逆时针方向，根据楞次定律可知，条形磁铁的上端为S极，下端为N极，选项A正确；

B．两次实验中，当条形磁铁的中点位于x=0时，感应电流为零，此时磁铁受安培力为零，加速度为g，此时其速度不最大，选项B错误；

C．a实验中线圈中感应电流的最大值小于b实验中感应电流的最大值，可知a实验中条形磁铁释放时的高度小于b实验中条形磁铁释放时的高度，选项C错误；

D．穿过线圈的过程中，b实验中感应电流的最大值较大，b实验中有更多的机械能转化为电能，选项D正确。

故选AD。

13．          C     偏转     向右

【解析】（1）[1]实验电路如图所示。

（2）[2]由图可以看出，滑动变阻器采用限流式接法接入电路中，开关闭合之前，要将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，即滑片P应置于变阻器的C端。

（4）[3]保持A插入B中静止，减小滑动变阻器接入电路的阻值，流过A线圈的电流增大，穿过B线圈的磁通量增大，电流计的指针将会偏转。

（5）[4]闭合S，将螺线管A插入B的过程中，穿过B线圈的磁通量增大，观察到电流计的指针向左偏转，断开S的瞬间，A线圈中电流减小，穿过B线圈的磁通量减小，电流计的指针将会向右偏转。

14．     B     D          0.8     1.8×10³

【解析】（1）[1][2]用多用电表的直流电压挡2.5V测其开路电压即电动势为0.55V，则电压表选择B；电阻箱应选择的是D；

（2）[3]某次当R=4000Ω时U=0.551V，则

将该组数据的和的值描到图丙中，连同其他已描出的点绘出该电池的图线如图

（3）[4][5]根据

可得

由图像可知

解得

E=0.80V

15．，

【解析】粒子运动轨迹如图所示。

设粒子在磁场中的运动半径为，粒子穿过磁场右边界时的纵坐标值为，根据几何关系有

根据洛伦兹力提供向心力

磁场磁感应强度的大小为

16．（1）向左；（2）0.066T

【解析】（1）由左手定则可知，不锈钢尺ab所受安培力的方向水平向左；

（2）由平衡可知

解得B=0.066T

17．（1）；（2）；（3）

【解析】（1）由法拉第电磁感应定律，磁体的速度最大时，线圈中的感应电动势最大

（2）线圈中的感应电动势最大时，感应电流最大，由闭合电路欧姆定律

线圈所受的最大安培力

（3）内通过线圈的平均感应电动势

内通过线圈的平均感应电流

内通过线圈的电荷量

18．（1）；（2）；（3）35cm≤R≤40cm

【解析】（1）粒子进入静电分析器中做匀速圆周运动，有

粒子进入磁场中做匀速圆周运动

又

联立，解得

（2）设粒子在加速电场中加速用时t₁，在静电分析器中用时t₂，在磁分析器中用时t₃，则有

粒子从粒子源到胶片所用时间为

（3）若粒子垂直加速极板从R（15cm≤R≤20cm）间进入静电分析器，总能满足

在静电分析器中做匀速圆周运动，当R=15cm时，粒子刚好贴着圆弧通道的内侧做匀速圆周运动，从P点进入磁分析器中。当R=20cm时，粒子刚好贴着圆弧通道的外侧做匀速圆周运动，从磁分析器的边界处进入。粒子进入磁分析器中均做匀速圆周运动，满足

轨迹半径不变，如图所示

实际轨迹在图中两虚线间变化，打到胶片上的位置范围在距离P点

35cm≤R≤40cm