物 理
2024.1
本试卷共 8 页，100 分。考试时长 90 分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试
结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第一部分
本部分共 14 题，每题 3 分，共 42 分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 图 1 所示，原来不带电的金属导体 MN 固定在绝缘支架上，在其两端下面都悬挂着金属验电箔。若使带
负电的金属球 A 靠近导体的 M 端，看到的现象是
A. 只有 M 端验电箔张开，且 M 端带正电
B. 只有 N 端验电箔张开，且 N 端带正电
C. M、N 两端的验电箔都张开，且 M、N 两端都带正电
D. M、N 两端的验电箔都张开，且 N 端带负电，M 端带正电
2．两个分别带有电荷量为 和+5 的相同金属小球（均可视为点电荷），固定在相距为的两处，它们
之间库仑力的大小为，两小球相互接触后再放回原处 ，则两球之间库仑力的大小为
5 4 16
A. B. C. D.
16 5 5 5
3. 如图 2 所示，理想变压器的原线圈接在 = 2202 sin 100(V) 的交流电源上，副线圈接有 = 11 的
负载电阻，原、副线圈匝数之比为2: 1 ，电流表、电压表均为理想电表。下列说
法正确的是
A. 原线圈的输入功率为 110W B. 电流表的示数为 20.0A
C. 电压表的示数约为 110V D. 副线圈输出交流电的周期为 0.01s
4. 甲、乙两个带电粒子的电荷量和质量分别为（-q，m）、（ -q，4m），它们先后经过同一加速电场由静止开
始加速后，由同一点进入同一偏转电场，两粒子进入时的速度方向均与偏转
电场垂直，如图 3 所示。粒子重力不计，则甲、乙两粒子
A. 进入偏转电场时速度大小之比为 1:2
B．在偏转电场中运动的时间相同
C．离开偏转电场时的动能之比为 1:4
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D．离开偏转电场时垂直于板面方向偏移的距离之比为 1:1
5. 研究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置如图 4 所示。下列说法中
正确的是
A. 实验中，只将电容器 板向左平移，静电计指针的张角变小
B. 实验中，只将电容器 板向上平移，静电计指针的张角变大
C. 实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大
D. 实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大
6．在匀强磁场中，一个矩形金属线框绕与磁感线垂直的转
轴匀速转动，如图 5 甲所示。产生的交变电压随时间变化的
图像如图 5 乙所示，则
A. = 0.005 s 时线框的磁通量变化率为零
B. = 0.01 s 时线框平面与磁场方向垂直
C. 线框产生的交变电压有效值为311 V
D. 线框产生的交变电压频率为100 Hz
7．在垂直纸面的匀强磁场中，有不计重力的甲、乙两个带电粒子，在纸面内做匀速圆周运动，运动方向
和轨迹如图 6 所示。则下列说法中正确的是
A. 甲、乙两粒子所带电荷是异种电荷
B. 该磁场方向一定是垂直纸面向里
C. 若甲、乙两粒子的动量大小相等，则甲粒子所带电荷量较大
D. 若甲、乙两粒子所带电荷量及运动的速率均相等，则甲粒子的质量较大
8 . 如图 7 甲所示是某电场中的一条电场线，A、B 是这条电场线上的两点，一带正电的粒子只在静电力作用
下，沿电场线从 A 运动到 B。在这过程中，粒子的速度-时间图像如图 7
乙所示，比较 A、B两点电场强度大小和电势的高低，下列说法正确的是
A．EA=EB，A>B B．EA C．EA=EB，AEB，A 9.如图 8 所示，L 是自感系数很大的线圈，但其自身的电阻几乎为零，L1、L2 是两个相同的灯泡。下列说法 正确的是 A．当开关 S 由断开变为闭合时，L1、L2 同时发光，然后 L2 变得更亮，L1 逐渐变暗，最终熄灭 B．当开关 S 由断开变为闭合时，L1 先发光，L2 后发光，L1 亮度不变，L2 逐渐变暗，最终熄灭 C．当开关 S 由闭合变为断开时，L1 立即熄灭， L2 突然发光，再逐渐变暗，最终熄灭 D．当开关 S 由闭合变为断开时，L2 立即熄灭， L1 突然发光，再逐渐变暗，最终熄灭 第2页/共11页 10. 某同学用图 9 所示装置探究影响感应电流方向的因素，将磁体从线圈中向上 匀速抽出时，观察到灵敏电流计指针向右偏转。关于该实验，下列说法中正确的 是 A．必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转 B．若将磁体向上加速抽出，灵敏电流计指针向左偏转 C．将磁体的 N、S 极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转 D．将磁体的 N、S 极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转 11. 如图 10 所示，真空中有等量异种点电荷+、分别放置在、两点，在、的连线上有对称点、 ，、连线的中垂线上有对称点、，下列说法正确的是 A. 在、连线的中垂线上，点电势最高 B. 正电荷从点沿、连线的中垂线移到点的过程中，受到的静电力先减小 后增大 C. 正电荷在点电势能大于在点电势能 D. 正电荷在点电势能小于在点电势能 12. 如图 11 甲所示，电阻为 5、匝数为 100 匝的线圈（图中只画了 2 匝）两端 A、B 与电阻 R 相连， R=95。线圈内有方向垂直于纸面向里的磁场，线圈中的磁通 量在按图 11 乙所示规律变化。则下列说法不正确的是 A．A 点的电势低于 B 点的电势 B．在线圈位置上感应电场沿逆时针方向 C．0.1s 时间内通过电阻 R 的电荷量为 0.05C D．0.1s 时间内非静电力所做的功为 2.5J 3. 如图 12 所示，平行板电容器与电源连接，下极板接地，开关闭合，一带电油滴在电容器中的点处于 静止状态。下列说法正确的是 A. 保持开关闭合，板竖直上移一小段距离，电容器的电容增大 B. 保持开关闭合，板竖直上移一小段距离，点的电势将升高 C. 保持开关闭合，板竖直上移一小段距离过程中，电流计中电流方向向右 D. 开关先闭合后断开，板竖直上移一小段距离，带电油滴向下运动 第3页/共11页 14. 图 13 为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以1 为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器1上。当大苹果通过托盘秤时，1所受的压力较大因而电阻 较小，2两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开 下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，2两端的电压不足以激励放大电路，分拣开 关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果 进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下 面通道的大苹果最小质量为0，若提高分拣标 准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量大 于0，其他条件不变的情况下，下面操作可行 的是 A. 只适当减小2的阻值 B. 只增大电源 E1 的电动势 C. 只增加缠绕电磁铁线圈的匝数 D.只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些 第二部分 本部分共 6 题，共 58 分。 15.（8 分） 在“测量金属丝的电阻率”实验中，某同学用电流表和电压表测量一个金属丝的电阻。 （1）该同学先用欧姆表“1”挡粗测该金属丝的电阻，示数如图 14 所示，对应的读数是_______ 。 图 14 第4页/共11页 （2）用螺旋测微器测某金属丝的直径，示数如图 15 所示， 则该金属丝的直径为______mm。 （3）测量一段金属丝电阻时所用器材和部分电路连线如图 16 所示，电流表 0~0.6A，内阻约 0.1，0~3A，内阻约 0.01；电压表 0~3V，内阻约 3k，0~15V，内阻约 15k。 图中的导线 a 端应与________（选填电流表“-”、“0.6”或 “3”）接线柱连接，b 端应与___________（选填电流表“-”、 “0.6”或“3”）接线柱连接。开关闭合前，图 16 中滑动变阻器 滑片应置于____________（选填“左”或“右”）端。 （4）闭合开关，调节滑动变阻器，得到多组 U 和 I 数据。甲 同学由每组 U、I 数据计算电阻，然后求电阻平均值；乙同学 通过UI 图像求电阻。则两种求电阻的方法误差较小的是___________（选填“甲同学”或“乙同学”）。 （5）设被测金属丝电阻为 Rx ，金属丝直径为 d，接入电路部分的长度为 l，则计算该金属丝电阻率的表达 式是 = ______（用题目给出的物理量符号表示）。 16.（10 分）用图 17 所示的电路图测量一节干电池的电动势和内阻。 (1) 在下表中选出适当的实验器材进行实验。 A．电流表 A1：0~0.6A，内阻约 0.1； B．电流表 A2：0~3A，内阻约 0.01； C．电压表 V1：0~3V，内阻约 3k； D．电压表 V2：0~15V，内阻约 15k； E．滑动变阻器 R1：0~20； F．滑动变阻器 R2：0~1000； G．待测干电池：电动势约为 1.5V H．开关，导线若干 实验中电流表应选用_____；电压表应选用_____；滑动变阻器应选用 ____（填器材前序号字母）。 (2)用笔画线完成图 18 中实物间的导线连接。 (3)甲同学在实验中记录了 6 组数据如下表所示，其中 5 组数据的对 应点已经标在坐标纸上，请标出余下一组数据对应的坐标点，在图 19 中画出 U-I 图线。 根据所画图线，可得出干电池的电动势 E = _______ V 。（保留 3 位 有效数字） (4)甲同学认为若不考虑电压表和电流表内阻对实验的影响，则电压 第5页/共11页 U 表的读数U 与对应的电流表的读数 I 的比值 就等于干电池的内阻；乙同学认为电压表的读数变化量 I U U 与相对应的电流表的读数变化量 I 的比值的绝对值 才等于电源的内阻。请判断哪位同学的观点 I 是正确的，并说明你的判断依据___________。 17．（9 分）图 20 所示，两根平行光滑金属导轨 MN 和 PQ 放置在水平面内，其间距 L=0.4m，磁感应强度 B=1.0T 的匀强磁场垂直轨道平面向下，两导轨之间连接的电阻 R=9.6，在导轨上有一金属棒 ab，其电阻 r=0.4，金属棒与导轨垂直且接触良好，在 ab 棒上施加水平拉力使其以速度 v=1.0m/s 向右匀速运动，设 金属导轨足够长．求： （1）金属棒 ab 产生的感应电动势； （2）通过电阻 R 的电流大小和方向； （3）金属棒 a、b 两点间的电势差； （4）拉力做功的功率。 18．（9 分）如图 21 所示，表面粗糙的平行金属导轨倾斜放置，间距 d=0.4m，与水平面夹角 =37，导轨 上端接有定值电阻 R0=4，电源电动势 E=3V，内阻 r=2。导轨中间整个区域有垂直于导轨平面向上的匀 强磁场，磁感应强度 B=2.5T。闭合开关后，将一质量 m=0.2kg 的导体棒 ab 垂直导轨放置，导体棒接入电 路中的电阻 R=4，导体棒处于静止状态。导轨电阻不计，重力加速 度取 g =10m/s2 ， sin 370.6 = ， cos370.8 = 。最大静摩擦力等于滑动摩 擦力。 求： （1）导体棒中的电流大小； 序号 1 2 3 4 5 6 电压 （ V ） 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 电流 （ A ） 0.06 0.12 0.24 0.26 0.36 0.48 （2）导轨对导体棒的摩擦力大小和方向； （3）导体棒与导轨间的动摩擦因数。 第6页/共11页 19. （10 分）2023 年是芯片行业重要的里程碑。中国会成为全球生产芯片的重要国家之一。离子注入是芯 片制造过程中一道重要的工序。图 22 所示，是离子注入工作原理的示意图，A 处 的离子无初速的“飘入”加速电场，经电场加速后从 P 点沿半径方向进入半径为 r 的圆形匀强磁场区域，经磁场偏转，最后打在竖直放置的硅片上。离子的质量为 m、电荷量为 q，加速电场的电压为 U，不计离子重力。求： （1）离子进入圆形匀强磁场区域时的速度大小 v； （2）若磁场方向垂直纸面向外，离子从磁场边缘上某点出磁场时，可以垂直打到 硅片上，求圆形区域内匀强磁场的磁感应强度 B0 的大小。 （3）为了追求芯片的精致小巧，需要对硅片材料的大小有严格的控制。如图 23 所示，在距 O 点为 2r 处的硅片下端与磁场中心 O 在同一水平线上，硅片长为 l= 23r，要求所有离子都打到硅片上，求磁感应强度 B 的取值范围。 3 第7页/共11页 20．（12 分）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。 （1）如图 24 甲所示，将一个半导体薄片垂直置于磁感应强度为 B 的磁场中，在薄片的两个侧面 a、b 间 通以电流 I 时，另外两侧 c、f 间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中能够自由移动的电 荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是在 c、f 间产生霍尔电压 UH。已知半导体薄片的厚度为 d，半 导体薄片的宽度为 L，假设半导体薄片元件内的导电粒子是电荷量为 e 的自由电子，薄片元件内单位体积 中的自由电荷数 n，求 甲 薄片元件内自由电荷定向移动的速率 v； 比较、的高低 求 c、f 间产生的霍尔电压 UH 。 （2）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量，如图 24 乙所示为利用霍尔元件制作的位移传感器，将固定 有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图 24 丙所示的空间坐标 系，保持沿 x 方向通过霍尔元件的电流 I 不变，当物体沿 z 轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度 B 不同，霍尔元件将在 y 轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压 UH，在 c、f 之间连接一个电压表，当 霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度 B 为 0，电压表的示数为 0，将该点作为位移的零点，在小范围 内，磁感应强度 B 的大小和坐标 z 成正比（比例系数为 k），这样就可以把电压表改装成测量物体微小位 移的仪表（位移传感器）。 推导薄片元件 c、f 之间的电势差cf与坐标 z 之间的定量关系并在图 25 中定性画出电势差cf与坐标 z 之 间的图像。 若cf可以反映该位移传感器的灵敏度，则要提高该传感器的灵敏度可采取哪些可行措施。 第8页/共11页 参考答案 第一部分（选择题 共 42 分） 本部分共 14,题，每题 3 分，共 42 分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 答案 D C C D B B D A C D D A C A 第二部分（非选择题 共 58 分） 本部分共 7 题，共 58 分。 15. （8 分） （1）6 ………………………………………（1 分） （2）0.185（0.184~0.186） ……………………（1 分） （3）0.6， 0.6，左 ……………………………（3 分） （4）乙 …………………………………………（1 分） 2 （5） = …………………………………（2 分） 4 16.（10 分） 图 18 （1）A，C，E…………………………………（3 分） （2）如图 18 所示………………………………（1 分） （3）如图 19 所示，1.49V……………………（3 分） 说明：补点、画线各 1 分。 （4） 乙同学正确 ，………………………………（1 分） 甲同学计算的是外电路电阻；乙同学，任意取两个状态，U1=EI1r，U2=EI2r， 图 19 U U U1U2， I I1I2，可以得出 =r……………………（2 分） I 17（9 分） （1）E=BLv =1.00.41.0V=0.4V…………………………………（2 分） 0.4 （2） = = A=0.04A…………………………………………（2 分） + 10 （3）Uab=IR= =0.049.6V=0.384V……………………………（2 分） + 2 0.16 （4）拉力功率等于电路热功率 P=IE=() = W=0.016W……（3 分） + 10 18.（9 分） （1）由闭合回路欧姆定律 E I = RrR++0 代入数值解得 I=0.3A，…………………………………………（3 分） （2）导体棒受到的安培力 F 安=BId=0.3N 第9页/共11页 导体棒沿斜面方向平衡，则 mgfFsin 37 =+安 代入数值解得 f=0.9N 方向：平行导轨向上。 ……………………………………………………（3 分） （3）导轨对导体棒的支持力 FN m= g c o s3 7 导体棒与导轨间的动摩擦因数为 ，则 fFmg==N cos37 3 代入数值解得 = =0.75 ………………………………………………（3 分） 4 19. （10 分） （1）离子通过加速电场，由动能定理可知 1 = 2 2 变形得到 2 = ……………………………（3 分） （2）根据题意，画出离子在磁场中运动的轨迹，如图所示 由几何关系知道，离子的轨迹半径 = 由牛顿第二定律有 2 = 0 从而解得 2qUm B = ……………………………（3 分） 0 qr （3）根据题意，画出离子在磁场中运动的轨迹，如图所示。 B 离子打在硅片上端时，设磁感应强度为 B1，BOD=， 60 M l 由几何关系知道，tan= = 23 r=3 ，=30， 2 23 3 D QOB=60，MOP=120，COP=60，OCP=30 C 设离子的轨迹半径为 R，tan30=r/R， = 3 由牛顿第二定律有 2 = 1 3 2 解得 1= ………………………………………（2 分） 3 离子打在硅片下端时，设磁感应强度为 B0，由几何关系知道，离子的轨迹半径 = 第10页/共11页