安徽省池州市2020学年高二物理下学期期中试题（含解析）
2020学年高二年级下学期期中联考
物理
第Ⅰ卷（选择题共48分）
一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分，在每小题给出的四个选项中，第1-8题只有一个选项正确，第9-12题有多个选项正确，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错的或不答的得0分。）
1.如图所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落，如果线圈受到的磁场力总小于其重力，则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为（）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】未进磁场前和全部进入磁场后，都仅受重力，所以加速度a1=a3=g．进入磁场的过程中，受到重力和向上的安培力， ，根据牛顿第二定律知 。可知加速度a2＜g。而由于线框在磁场中也做加速度为g的加速运动，故4位置时的速度大于2时的速度，故4位置时受到的安培力比2位置时受到的安培力大，则此时加速度一定小于2时的加速度，故a4＜a2；故关系为：a1=a3＞a2＞a4，故选C。
2.水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中，金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好，从某时刻开始，磁感应强度均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则（ ）
A. ab中电流增大，ab棒所受摩擦力增大
B. ab中电流不变，ab棒所受摩擦力增大
C. ab中电流不变，ab棒所受摩擦力不变
D. ab中电流增大，ab棒所受摩擦力不变
【答案】B
【解析】
【详解】磁感应强度均匀增大，穿过回路的磁通量均匀增大，根据法拉第电磁感应定律得知，回路中产生恒定的电动势，感应电流也恒定不变，ab棒所受的安培力F=BIL，可知安培力F均匀增大，金属棒ab始终保持静止，则摩擦力也均匀增大。故B正确，ACD均错误。
3.如图，边长L=20cm的正方形线框abcd共有10匝，靠着墙角放着，线框平面与地面的夹角。该区域有磁感应强度B=0.2T、水平向右的匀强磁场，现将cd边向右拉动，ab边经0.1s着地，在这个过程中线框中产生的感应电动势的大小与方向（）
A. 0.8V 方向：adcb B. 0.8V 方向：abcd
C. 0.4V 方向：abcd D. 0.4V 方向：adcb
【答案】D
【解析】
【详解】初状态的磁通量Φ1=BSsinα，末状态的磁通量Φ2
=0；根据法拉第电磁感应定律得：；根据楞次定律可知，感应电流的方向：adcba，故D正确，ABC错误；
4.如图所示，有两个相邻的有界匀强磁场区域，磁感应强度的大小均为B，磁场方向相反，且与纸面垂直，两个磁场区域在x轴方向宽度均为a，在y轴方向足够宽。现有一个菱形导线框abcd，ac长为2a，从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域。若以逆时针方向为电流的正方向，在线框中感应电流i与线框移动距离x的关系图象中正确的是（）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
如图所示，在线圈进入左侧磁场区域的过程中，穿过线圈的磁通量增加，磁场垂直与纸面向里，根据楞次定律可判断，线圈中产生逆时针方向的电流，所以B错误；当位移x=a的时候，线圈切割磁感线的有效长度最大，根据E=Bav可知，产生的感应电动势最大为I0
，感应电流最大，然后开始减小。当线圈在两侧磁场区域中切割的有效长度相等时，感应电流减小为零，然后开始反向增大，当x=2a时，磁通量减小为零，感应电动势增大到最大E=B2av，感应电流为-2I0，所以A、D错误；C正确。
5.一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知（）
A. 该交流电的电压瞬时值的表达式为u=100sin(25t)V
B. 该交流电的频率为4Hz
C. 该交流电的电压有效值为
D. 若将该交流电压加在阻值R=100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50W
【答案】D
【解析】
【详解】由图象可知交流电的电压最大值为Um=100V，T=4×10-2s，故频率为：；ω=2πf=50π rad/s，该交流电的电压瞬时值表达式为：u＝Umsinωt＝100sin50t V，故AB错误；该交流电的电压有效值为，故C错误；若将该交流电加在阻值为R=100Ω的电阻两端，则电阻消耗功率为，故D正确；
6.如图所示，在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B，直角扇形导线框半径为l、总电阻为R，在坐标平面内绕坐标原点O以角速度ω匀速转动。线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是（）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】线框从图示的位置逆时针开始运动，上边切割磁感线，产生的电动势：，1/4周期后上边从磁场中出来，下边切割磁感线，电动势仍然是，但此时的电流的方向与开始时相反；再经过1/4周期后线框进入第二象限的磁场，经过1/4周期又从磁场中出来，电动势都是．所以在一个周期中，线框内产生的电动势大小始终是，所以感应电流的大小始终是：．所以线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值。故选A。
7.一理想变压器原、副线圈匝数比 ，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如右图所示，副线圈仅接入一个10Ω的电阻，则（）
A. 原线圈电流表示数是22A
B. 与电阻并联的电压表的示数是
C. 经过1分钟电阻发出的热量是
D. 变压器的输入功率是
【答案】D
【解析】
【详解】由图象可知，原线圈中电压的最大值为Um=220V，副线圈中电压的最大值
，副线圈电压有效值：，则与电阻并联的电压表的示数是100V，选项B错误；经过1分钟电阻发出的热量是，选项C错误；流过电阻的电流：，则次级消耗的功率：P2=I2U2=1000W，则变压器的输入功率是1000W，选项D正确；原线圈电流表的示数是，选项A错误.
8.如图所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，质量为m、电阻为R的正方形线圈abcd边长为L（L
φc，金属框中电流方向沿a→b→c→a
C. ,金属框中无电流
D. ，金属框中电流方向沿a→b→c→a
【答案】AC
【解析】
【详解】导体棒bc、ac做切割磁感线运动，产生感应电动势，根据右手定则，感应电动势的方向从b到c，或者说是从a到c，故φa=φb＜φc，磁通量一直为零，不变，故金属框中无电流，故A正确，B错误；感应电动势大小
，由于φb＜φc，所以Ubc=-Bl2ω，由于磁通量一直为零，所以金属框中无电流，故C正确，D错误；
10.如图所示是调压变压器的原理图，线圈AB绕在一个圆形的铁芯上，总匝数为1000匝，AB间加上如图所示的正弦交流电压，移动滑动触头P的位置，就可以调节输出电压。在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q。已知开始时滑动触头位于变阻器的最下端，且BP间线圈匝数刚好是500匝，变阻器的最大阻值等于72欧姆，则下列判断中正确的是（）
A. 开始时，流过R的交流电频率为25Hz
B. 0.01s时，电流表示数0
C. 保持P的位置不动，将Q向下移动时，R消耗的功率变小
D. 保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向转动少许，R消耗的功率变大
【答案】CD
【解析】
【详解】变压器不变频，所以周期为0.02秒，频率等于50Hz．故A错误。电流表示数为有效值，则0.01s时，交流电压瞬时值为零，但是有效值不为零，即电流表示数不为零，选项B错误；保持P的位置不动，副线圈上的输出电压不变。将Q向下移动时，R上的有效阻值增加，故消耗的功率变小，C正确。保持Q的位置不动，R上的有效阻值不变，将P沿逆时针方向移动少许时，副线圈的匝数增大，输出电压增大，故R消耗的功率变大。D正确。
11.如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是（）
A. 开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
B. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D. 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
【答案】AD
【解析】
【详解】开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，左边线圈中产生电流，电流的方向由北到南，根据安培定则，直导线上方的磁场方向垂直纸面向外，则小磁针N极向纸外偏转，故A正确。干电池开关闭合并保持一段时间后，根据安培定则可知，左边线圈中有磁通量，却不变，因此左边线圈中不会产生感应电流，那么小磁针也不会偏转，故BC错误。开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，由A选项分析可知，根据楞次定律，左边线圈中产生电流，电流的方向由南到北，根据安培定则，直导线上方的磁场方向垂直纸面向里，则小磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动，故D正确；
12.如图甲所示，倾角30°、上侧接有R=1Ω的定值电阻的粗糙导轨（导轨电阻忽略不计，且ab与导轨上侧相距足够远），处于垂直导轨平面向上、磁感应强度大小B=1T的匀强磁场中，导轨间距L=1m，—质量m=2kg、阻值r=1Ω的金属棒，在作用于棒中点、沿斜面且平行于导轨的拉力F作用下，由静止开始从ab处沿导轨向上加速运动，金属棒运动的速度-位移图象如图乙所示（b点为位置坐标原点）。若金属棒与导轨间动摩擦因数，g=10m/s2，则金属棒从起点b沿导轨向上运动x=lm的过程中（）
A. 金属棒做匀加速直线运动
B. 金属棒与导轨间因摩擦产生的热量为10J
C. 通过电阻R的感应电荷量为1C
D. 电阻R产生的焦耳热为0.25J
【答案】BD
【解析】
【详解】v-x图象是直线，如果是匀加速直线运动，根据可知，v-x图象应该是曲线，故金属棒做变加速直线运动，故A错误；金属棒与导轨间因摩擦产生的热量等于克服摩擦力做的功，为：；故B正确；通过电阻R的感应电荷量：；故C错误；电路中产生的焦耳热等于克服安培力做的功，为：；结合v-x图象，其中v•∑x为图象与横轴包围的面积，故v•∑x=1；故，由于R=r，故R产生的焦耳热为0.25J，故D正确；
第II卷（非选择题共52分）
二、填空题（本题共2小题，每空2分，共10分。）
13.如图所示，在方向垂直向里，磁感应强度为B的匀强磁场区域中有一个由均匀导线制成的单匝矩形线框abcd，线框以恒定的速度v沿垂直磁场方向向右运动，运动中线框dc边始终与磁场右边界平行，线框边长ad=l，cd=2l，线框导线的总电阻为R。则线框离开磁场的过程中，流过线框截面的电量为________；ab间的电压为________；线框中的电流在ad边产生的热量为________。
【答案】 (1). (2). (3).
【解析】
【详解】感应电量。产生的感应电动势：E=2Blv，感应电流：；则ab间的电压为 ；线框中的电流在ad边产生的热量：。
14.某电厂要将电能输送到较远的用户，输送的总功率为，电厂输出电压仅为350V，为减少输送功率损失，先用一理想升压变压器将电压升高到2800V再输出，之后用降压变压器降压到220V给用户使用，已知输电线路的总电阻为4Ω，则损失的电功率为________W，降压变压器的原、副线圈的匝数之比为________。
【答案】 (1). 4900 (2). 133：11
【解析】
【详解】输送的总功率为9.8×104W，将电压升高到2800V再输出，故传输电流为：
故功率损耗为：△P=I2R=352×4=4900W
电压损耗为：△U=IR=35×4=140V
故降压变压器的输入电压为：U3=U-△U=2800-140=2660V
故降压变压器的原、副线圈的匝数之比为：
三、解答题(本题共4小题，共42分。请在答题卡上作答，应写出必要的文字说明，方程式和重要的演算步骤，只写出最后结果的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数据值和单位。)
15.如图所示，小灯泡的规格为“4V，4W”，接在两光滑水平导轨的左端，导轨间距L=0.5m，电阻不计。金属棒ab垂直搁置在导轨上，电阻r为1Ω，整个装置处于垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度B为1T。为使小灯泡正常发光，求：
（1）金属棒ab匀速滑行的速率；
（2）拉动金属棒ab的外力的功率。
【答案】（1）（2）
【解析】
试题分析:（1）正常发光时，有（2分）
得：（1分）
灯泡电阻为（1分）
得：（1分）
由欧姆定律得（1分）
得：（1分）
由电磁感应定律：（2分）
解得：（1分）
（2）金属棒匀速运动，则外力等于安培力，由能量守恒定律可知：（4分）
解得：（2分）
考点：本题考查了电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、能量守恒定律。
16.如图所示，一矩形线圈面积为S，匝数为N，总电阻为r，绕其垂直于磁感线的对称轴以角速度ω匀速转动，匀强磁场只分布于的左侧区域，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，外接电阻为R，从图示位置转180°的过程中，试求
（1）从图示位置开始计时，感应电动势随时间变化的规律；
（2）外力做功的平均功率；
（3）电阻R产生的焦耳热。
【答案】(1) (2) (3)
【解析】
【详解】（1）感应电动势的最大值
感应电动势随时间变化的规律：
（2）线圈产生的感应电动势的有效值 ，
故外力做功的平均功率
（3）从图示位置转180°的时间
则电阻R产生的焦耳热
17.如图(甲)所示，AB、CD是间距为L=1m的足够长的光滑平行金属导轨，导轨平面与水平面夹角为α，在虚线下方的导轨平面内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，导轨电阻不计，长为1m的导体棒ab垂直放置在导轨上，导体棒电阻R=1Ω；AB、CD右侧连接一电路，已知灯泡L的规格是“3V，3W”，定值电阻R1=10Ω，R2=15Ω。在t=0时，将导体棒ab从某一高度由静止释放，导体棒的速度—时间图像如图(乙)所示，其中OP段是直线，PM段是曲线。若导体棒沿导轨下滑12.5m时，导体棒达到最大速度，并且此时灯泡L已正常发光，假设灯泡的电阻恒定不变，重力加速度g=10m/s2，试求：
（1）导轨平面与水平面的夹角α；
（2）匀强磁场的磁感应强度大小B0；
（3）从导体棒静止释放到速度达到最大的过程中，通过电阻R1的电荷量。
【答案】(1) (2) B0=1T (3)
【解析】
【详解】（1）0~1s内， ，而 ，可得
（2）小灯泡正常发光时，，即此时导体棒中电流为 ；
导体棒达到最大速度时满足 ，其中 ，
，vm=10m/s，
解得B0=1T
（3）导体棒在磁场中滑行的距离为；
从导体棒静止释放至速度达到最大过程中，通过导体棒的总电荷量为：
通过电阻R1的电荷量为
18.如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L=1m，导轨平面与水平面夹角，导轨电阻不计。磁感应强度为B=1.0T的匀强磁场垂直导轨平面斜向下，金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量m=0.01kg、电阻不计。定值电阻R1=30Ω，电阻箱电阻调到R2=120Ω，电容C=0.01F，重力加速度g=10m/s2.现将金属棒由静止释放，则：
（1）若在开关接到1的情况下，求金属棒下滑的最大速度；
（2）若在开关接到2的情况下，求经过时间t=2.0s时金属棒的速度；
（3）若在开关接到2的情况下，求电容器极板上积累的电荷量Q随时间t变化的关系。
【答案】(1) (2) 5m/s (3)
【解析】
【详解】解：（1）当金属棒匀速下滑时速度最大，设最大速度为vm，此时棒处于平衡状态，
故有，
而 ， ，其中 ，
由以上各式得： ，
代入数值得最大速度：
（2）对任意时刻，由牛顿第二定律 ，
滑过程中通过金属棒瞬时电流 ，
在时间内电容器充入的电荷量 ，
电容器两极板在时间内电压的变化量 ，
金属棒下滑过程中的加速度满足 ，
由以上各式得
此式表明棒下滑过程中，加速度保持不变，棒做匀加速直线运动，代入数据可得a=2.5m/s2，
故金属棒的瞬时速度为v=at=5m/s
（3）设t时刻金属棒下滑的速度大小为 ，
则金属棒产生的感应电动势为，
电容器两极板之间的电势差为，
设t时刻电容器极板上积累的电荷量为Q，由 得 ，
联立以上各式得，
即电容器极板上积累的电荷量随时间变化的关系为
