黑龙江省鹤岗市第一中学2020学年高二物理上学期期末考试试题（含解析）

黑龙江省鹤岗市第一中学2020学年高二物理上学期期末考试试题（含解析）

鹤岗一中2020学年度（上）学期期末考试 ‎ 高二物理试题 一、选择题 ‎1.在如图所示电路中，电池均相同，当电键S分别置于a、b两处时，导线MM′与NN′之间的安培力的大小分别为Fa、Fb，则这两段导线 A. 相互吸引，Fa＞Fb B. 相互排斥，Fa＞Fb C. 相互吸引，Fa＜Fb D. 相互排斥，Fa＜Fb ‎【答案】D ‎【解析】‎ 试题分析：两平行导线电流方向相反，则两通电导线相互排斥．由于电流越强，产生的磁场B越强，根据F=BIL可知电流越大则相互作用力越大．‎ 当电键S置于a处时电源为一节干电池电流的方向是M′MNN′，电流大小为，由于导线MM′与NN′中电流方向相反故两段导线相互排斥；当电键S置于b处时电源为两节干电池，电流的方向仍是M′MNN′，由于导线MM′与NN′中电流方向相反故两段导线相互排斥．又由于电路中灯泡电阻不变，此时电路中电流大小为；显然Ib＞Ia，MM′在NN′处的磁感应强度Ba＜Bb，应用安培力公式F=BIL可知fa＜fb．综上所述这两段导线相互排斥，fa＜fb．故D正确，‎ 故选D 考点：安培力；闭合电路的欧姆定律．‎ 点评：励磁电流越大，产生的磁场越强，而安培力F=BIL，故两通电导线之间的安培力越大．通电导线处于磁场中要受到安培力作用，可得：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥．可作为结论让学生记住．‎ ‎【此处有视频，请去附件查看】‎ ‎2.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示．现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是(　　)‎ A. 减小磁场的磁感应强度 B. 减小狭缝间的距离 C. 增大高频交流电压 D. 增大金属盒的半径 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ 解：带电粒子从D形盒中射出时的动能 Ekm=mvm2 （1）‎ 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，则圆周半径 R=（2）‎ 由（1）（2）可得Ekm=显然，当带电粒子q、m一定的，则Ekm∝R2B2‎ 即Ekm随磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R的增大而增大，与加速电场的电压和狭缝距离无关，‎ 故选：D．‎ ‎【点评】本题回旋加速器考查电磁场的综合应用：在电场中始终被加速，在磁场中总是匀速圆周运动．所以容易让学生产生误解：增加射出的动能由加速电压与缝间决定．原因是带电粒子在电场中动能被增加，而在磁场中动能不变．‎ ‎3.如图所示为一个圆环形导体，有一个带负电的粒子沿直径方向在圆环表面匀速掠过的过程，环中感应电流的情况是(　　)‎ A. 无感应电流 B. 有逆时针方向的感应电流 C. 有顺时针方向的感应电流 D. 先逆时针方向后顺时针方向的感应电流 ‎【答案】A ‎【解析】‎ 由题意可知，带负电的粒子沿直径方向运动，周围会产生磁场，但因沿着直径运动，则穿过圆环的合磁通量为零，因此没有感应电流，故A正确，BCD错误；故选A．‎ 点睛：解决此题的关键是知道产生感应电流的条件是：闭合电路的磁通量发生变化，并根据穿过圆环的磁通量分清正反面，从而求解．‎ ‎4.甲、乙两个同心的闭合金属圆环位于同一平面内，甲环中通以顺时针方向电流I，如图所示，当甲环中电流逐渐增大时，乙环中每段导线所受磁场力的方向是(　　)‎ A. 指向圆心 B. 背离圆心 C. 垂直纸面向内 D. 垂直纸面向外 ‎【答案】A ‎【解析】‎ 当甲环中电流逐渐增大时，在环内产生的磁场增大，乙环内的磁通量增大，为阻碍磁通量的增大，乙环有面积减小的趋势．故乙环受力的方向指向圆心．故选A.‎ 点睛：本题综合考查电流的磁场（安培定则），磁通量，电磁感应，楞次定律，磁场对电流的作用力，左手定则等．灵活运用楞次定律，理解 “增扩减缩”即可很快解答，当然也可根据楞次定律先判断乙中电流方向，再用左手定则判断受力方向.‎ ‎5.一个由电阻均匀的导线绕制成的闭合线圈放在匀强磁场中，如图所示，线圈平面与磁场方向成60°角，磁感应强度随时间均匀变化，用下列哪种方法可使感应电流增加一倍(　　)‎ A. 把线圈匝数增加一倍 B. 把线圈面积增加一倍 C. 把线圈半径增加一倍 D. 改变线圈与磁场方向的夹角 ‎【答案】C ‎【解析】‎ 选C.设导线的电阻率为ρ，横截面积为S0，线圈的半径为r，则I＝＝＝＝··sinθ.可见将r增加一倍，I增加一倍，将线圈与磁场方向的夹角改变时，sinθ不能变为原来的2倍(因sinθ最大值为1)，若将线圈的面积增加一倍，半径r增加到原来的倍，电流也增加到原来的倍，I与线圈匝数无关．综上所述，只有C正确．‎ ‎6.如图所示，MN、PQ为两条平行的水平放置的金属导轨，左端接有定值电阻R，金属棒ab斜放在两导轨之间，与导轨接触良好，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面，设金属棒与两导轨接触点之间的距离为L，金属棒与导轨间夹角为60°，以速度v水平向右匀速运动，不计导轨和棒的电阻，则流过金属棒中的电流为(　　)‎ A. I＝ B. I＝‎ C. I＝ D. I＝‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ 试题分析：当金属棒以速度v水平向右匀速运动，金属棒切割磁感线，产生感应电动势和感应电流，金属棒有效的切割长度为 ab中产生的感应电动势为通过R的电流为 故选B．‎ 考点：导体切割磁感线时的感应电动势；‎ 点评：本题容易产生的错误是认为金属棒的切割长度为L，感应电动势为E=BLv．‎ ‎7.如图所示，一个边长为2L的等腰直角三角形ABC区域内，有垂直纸面向里的匀强磁场，其左侧有一个用金属丝制成的边长为L的正方形线框abcd，线框以水平速度v匀速通过整个匀强磁场区域，设电流逆时针方向为正。则在线框通过磁场的过程中，线框中感应电流i随时间t变化的规律正确的是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 解答本题的关键是正确利用几何关系弄清线框向右运动过程中有效切割长度的变化，然后根据法拉第电磁感应定律求解，注意感应电流方向的正负．‎ ‎【详解】线框开始进入磁场运动L的过程中，只有边bc切割，感应电流不变，且为逆时针方向（正方向）；前进L后，边bc开始出磁场，边ad开始进入磁场，回路中的感应电动势为边ad产的减去在bc边在磁场中产生的电动势，随着线框的运动回路中电动势逐渐增大，电流逐渐增大，方向为负方向；当再前进L时，边bc完全出磁场，ad边也开始出磁场，有效切割长度逐渐减小，电流方向不变，故A正确，BCD错误。‎ 故选A。‎ ‎【点睛】图象具有形象直观特点，通过图象可以考查学生综合知识掌握情况，对于图象问题学生在解答时可以优先考虑排除法，通过图象形式、是否过原点、方向等进行排除．‎ ‎【考点】本题主要考查了电磁感应的综合应用与图象问题，属于中档偏高题。‎ ‎8.关于磁场和磁感线的描述，下列说法正确的是(　　)‎ A. 磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向表示该点的磁场方向 B. 磁感线是从磁铁的N极指向S极 C. 磁极间的相互作用是通过磁场产生的 D. 磁感线就是磁场中碎铁屑排列成的曲线 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】磁感线可以形象地描述各点磁场的强弱和方向，它每一点的切线方向都与小磁针放在该点静止时北极所指的方向，故A正确；对于磁体的外部，磁感线都是从磁体的北极出发，回到磁体的南极，但对于磁体的内部，磁感线是从S极出发，回到N极，故B错误；磁场是客观存在的，磁体间的相互作用就是通过磁场发生的，故C正确；磁感线是人们假想出来的用于描述磁场的一些有方向的曲线，并不是放在磁场中的细铁屑连成的曲线，故D错误；故选AC。‎ ‎9.如图所示的电路中，线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A、B是两个相同的灯泡，下列说法中正确的是(　　)‎ A. S闭合后，A、B同时发光且亮度不变 B. S闭合后，A立即发光，然后又逐渐熄灭 C. S断开的瞬间，A、B同时熄灭 D. S断开的瞬间，A再次发光，然后又逐渐熄灭 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ 考点：电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用．‎ 专题：交流电专题．‎ 分析：电感总是阻碍电流的变化．线圈中的电流增大时，产生自感电流的方向更原电流的方向相反，抑制增大；线圈中的电流减小时，产生自感电流的方向更原电流的方向相同，抑制减小，并与灯泡1构成电路回路．‎ 解答：解：L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，LA、LB是两个完全相同的小灯泡 A、B、S闭合瞬间，但由于线圈的电流增加，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加，所以两灯同时亮，当电流稳定时，由于电阻可忽略不计，所以以后LA熄灭，LB变亮．故A错误B正确；‎ C、S断开的瞬间， LB立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，所以LA亮一下再慢慢熄灭，故C错误D正确；‎ 故选：BD．‎ 点评：线圈中电流变化时，线圈中产生感应电动势；线圈电流增加，相当于一个瞬间电源接入电路，线圈上端是电源正极．当电流减小时，相当于一个瞬间电源，线圈下端是电源正极．‎ ‎10. 如图所示，用绝缘轻绳悬吊一个带正电的小球，放在匀强磁场中．现把小球拉至悬点右侧a点，轻绳被水平拉直，静止释放后，小球在竖直平面内来回摆动．在小球运动过程中，下列判断正确的是( )‎ A. 小球摆到悬点左侧的最高点与a点应在同一水平线上 B. 小球每次经过最低点时所受洛伦兹力大小相等 C. 小球每次经过最低点时所受洛伦兹力方向相同 D. 小球每次经过最低点时轻绳所受拉力大小相等 ‎【答案】AB ‎【解析】‎ 由于洛伦兹力不做功，小球机械能守恒，每次到达的高度相同；每次运动到最低点的速度大小相等，所受洛伦兹力大小相等。但是由于运动方向有向左或向右，所以洛伦兹力方向可能向下或向上。每次需要的向心力 一样大，则拉力不同。所以答案选AB。‎ ‎11. 如下图所示，在半径为R的圆形区域内有匀强磁场．在边长为2R的正方形区域里也有匀强磁场，两个磁场的磁感应强度大小相同．两个相同的带电粒子以相同的速率分别从M、N两点射入匀强磁场．在M点射入的带电粒子，其速度方向指向圆心；在N点射入的带电粒子，速度方向与边界垂直，且N点为正方形边长的中点，则下列说法正确的是(　　)‎ A. 带电粒子在磁场中飞行的时间可能相同 B. 从M点射入的带电粒子可能先飞出磁场 C. 从N点射入的带电粒子可能先飞出磁场 D. 从N点射入的带电粒子不可能比M点射入的带电粒子先飞出磁场 ‎【答案】ABD ‎【解析】‎ 画轨迹草图如图所示，‎ 由图可知粒子在圆形磁场中的轨迹长度(或轨迹对应的圆心角)不会大于在正方形磁场中的，故A、B、D正确．‎ ‎12. 如图所示,质量为m、电荷量为q的微粒,在竖直向下的匀强电场、水平指向纸内的匀强磁场以及重力的共同作用下做匀速圆周运动,下列说法正确的是 ( )‎ A. 该微粒带负电,电荷量q=‎ B. 若该微粒在运动中突然分成荷质比相同的两个粒子,分裂后只要速度不为零且速度方向仍与磁场方向垂直,它们均做匀速圆周运动 C. 如果分裂后,它们的荷质比相同,而速率不同,那么它们运动的轨道半径一定不同 D. 只要一分裂,不论它们的荷质比如何,它们都不可能再做匀速圆周运动 ‎【答案】ABC ‎【解析】‎ 试题分析：在电场、磁场、重力场中，带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，重力与电场力合力为零；对粒子受力分析，由牛顿第二定律分析答题．在电场、磁场、重力场中，带电粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，重力与电场力合力为零，即mg=qE，，故A正确；若该微粒在运动中突然分成荷质比相同的两个粒子，则粒子所受重力与电场力的合力为零，分裂后只要速度不为零且速度方向仍与磁场方向垂直，洛伦兹力提供向心力，它们均做匀速圆周运动，故B正确；带电粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：，则轨道半径：；如果粒子分裂后，它们的荷质比相同，而速率不同，由可知，它们运动的轨道半径一定不同，故C正确；分裂后，如果它们的荷质比相同，它们可能做匀速圆周运动，故D错误；‎ 故选：ABC 考点：带电粒子在混合场中的运动；向心力 二、实验题 ‎13.用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组(电动势约4.5V,内电阻约1Ω)的电动势和内电阻,除了待测电池组,电建,导线外,还有下列器材供选用:‎ A.电流表:量程0.6A,内电阻约1Ω B.电流表:量程3A,内电阻约0.2Ω C.电压表:量程3V,内电阻约30kΩ D.电压表:量程6V,内电阻约60kΩ E.滑动变阻器:0~1000Ω,额定电流0.5A F.滑动变阻器:0~20Ω,额定电流2A ‎（1）为了使测量结果尽量准确,电流表应选用________,电压表选用________,滑动变阻器应选用________(均填仪器的字母代号)‎ ‎（2）下图为正确选择仪器后,连好的部分电路,为了使测量误差尽量小,还需要在电路中用导线将________和________相连、________和________相连、________和________相连.(均填仪器上接线柱的字母代号)‎ ‎（3）.实验时发现电流表坏了,于是不再使用电流表,剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器,重新连接电路,仍能完成实验,实验中读出几组电阻箱的阻值R和对应电压表的示数U;用图像法处理采集到数据,为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线,则可以_________为纵坐标,以________为横坐标。‎ ‎【答案】 (1). （1）A (2). D (3). F (4). （2）a (5). d (6). c (7). g (8). f (9). h (10). （3）； (11). ‎ ‎【解析】‎ ‎①按仪器选择顺序，先选电表，电池电动势为4.5V，故电压表选择6V量程的D； 电路的最大电源不超过0.45A，故电流表选择0.6A量程的A即可；‎ ‎ 因要求测量结果尽量准确，为方便调节，变阻器选择20Ω的F即可；‎ ‎②为减小误差，电流表应采用内接法，同时注意电表的正、负接线柱，故可知导线应连接aD.fh、cg；‎ ‎③换用电阻箱后，根据闭合电路欧姆定律有，变形后得到或或，故图像坐标可以为 或U或R（横纵坐标互换亦可）‎ 考点：测定电池的电动势和内阻实验 ‎【此处有视频，请去附件查看】‎ ‎14. （8分）小明利用如图所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻 ‎（1）图中电流表的示数为__________A ‎（2）调节滑动变阻器，电压表和电流表的示数记录如下 请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出U-I图线 由图线求得：电动势E=_________V，内阻r=_________________Ω。‎ ‎（3）实验时，小明进行了多次测量，花费了较长时间，测量期间一直保持电路闭合，其实从实验误差考虑，这样的操作不妥，因为 。‎ ‎【答案】（1）0.44 （2）U-I图像见解析 1. 60 （1. 58 ~ 1. 62 都算对） 1.2（1.18 ~1.26 都算对）（3）干电池长时间使用后，电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大.‎ ‎【解析】‎ ‎（1）由题目表格测量数据知，电流表使用0.6A量程，所以读数为0.44A；（2）描点画图，如图所示；根据可得：电动势为E=1.6V；图线的斜率等于内阻r=1.2Ω；（3）干电池长时间使用后,电动势和内阻会发生变化，导致实验误差增大.‎ ‎【考点】测量电池的电动势和内阻 ‎【方法技巧】本题主要是理解测量电动势和内阻的原理，根据闭合电路的欧姆，理解U-I图像的意义，并利用由计算电动势和内阻。‎ ‎【此处有视频，请去附件查看】‎ 三、解答题：‎ ‎15.在倾角θ＝30°的光滑导体滑轨A和B的上端接入一个电动势E＝3 V，内阻不计的电源，滑轨间距L＝10 cm，将一个质量m＝30 g，电阻R＝0.5 Ω的金属棒水平放置在滑轨上，若滑轨周围存在着垂直于滑轨平面的匀强磁场，当闭合开关S后，金属棒刚好静止在滑轨上，如图所示，求滑轨周围空间的磁场方向和磁感应强度的大小．‎ ‎【答案】0.25T 磁场方向垂直导轨面斜向下 ‎【解析】‎ 试题分析：合上开关S后，由闭合电路欧姆定律得：（2分）‎ 经分析可知，金属棒受力如下图所示，‎ 金属棒所受安培力：（2分）‎ 沿斜面方向受力平衡：（2分）‎ 以上各式联立可得：（1分）‎ 磁场方向垂直导轨面斜向下（1分）‎ 考点：安培力 共点力的平衡 ‎16.如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.1 T，金属棒AD长0.4 m，与框架宽度相同，电阻r＝1.3 Ω，框架电阻不计，电阻R1＝2 Ω，R2＝1 Ω.当金属棒以5 m/s速度匀速向右运动时，求：‎ ‎(1)流过金属棒的感应电流为多大？‎ ‎(2)若图中电容器C为0.3 μF，则电容器中储存多少电荷量？‎ ‎【答案】（1）0.1A（2）‎ ‎【解析】‎ ‎(1)金属棒产生的电动势 E＝BLv＝0.2 V 外电阻R＝＝Ω ‎(2)电容器两板间的电压U＝IR＝V 带电荷量Q＝CU＝4×10－8C.‎ ‎17.如图所示，在第一象限有一匀强电场，场强大小为E，方向与y轴平行；在x轴下方有一匀强磁场，磁场方向与纸面垂直。一质量为m、电荷量为-q（q>0）的粒子以平行于x轴的速度从y轴上的P点处射入电场，在x轴上的Q点处进入磁场，并从坐标原点O离开磁场。粒子在磁场中的运动轨迹与y轴交于M点。已知OP=l，OQ=2l。不计重力。求：⑴M点与坐标原点O间的距离；⑵粒子从P点运动到M点所用的时间。‎ ‎【答案】见解析 ‎【解析】‎ ‎（1）带电粒子在电场中做类平抛运动，在轴负方向上做初速度为零的匀加速运动，设加速度的大小为；在轴正方向上做匀速直线运动，设速度为 ‎，粒子从P点运动到Q点所用的时间为，进入磁场时速度方向与轴正方向的夹角为，则①‎ ‎②‎ ‎③‎ 其中。又有④‎ 联立②③④式，得 因为点在圆周上，，所以MQ为直径。从图中的几何关系可知。‎ ‎⑥⑦‎ ‎（2）设粒子在磁场中运动的速度为,从Q到M点运动的时间为,‎ 则有⑧⑨‎ 带电粒子自P点出发到M点所用的时间为为⑩‎ 联立①②③⑤⑥⑧⑨⑩式，并代入数据得⑾‎ ‎18.如图所示，P、Q为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨，间距为L1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中．一导体杆ef垂直于P、Q放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动．质量为m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框abcd置于竖直平面内，两顶点a、b通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为B2的匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态．不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力．‎ ‎(1)通过ab边的电流Iab是多大？‎ ‎(2)导体杆ef的运动速度v是多大？‎ ‎【答案】（1） （2）‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 外电路是ad、dc、cb三边电阻串联后再与ab边电阻并联构成，竖直方向上ab边与cd边所受安培力均向上，根据受力平衡列方程即可求解，注意并联电路中电流与电阻关系；根据闭合电路欧姆定律求出电源的电动势，根据E=BLv，即可求出导体棒的速度。‎ ‎【详解】(1)设通过正方形金属框的总电流为I，ab边的电流为Iab，dc边的电流为Idc，有 ‎ ‎ 金属框受重力和安培力，处于静止状态，有mg＝B2IabL2＋B2IdcL2‎ 联立以上解得：‎ ‎(2)由(1)可得 设导体杆切割磁感线产生的电动势为E，有E＝B1L1v 设ad、dc、cb三边电阻串联后与ab边电阻并联的总电阻为R，则 根据闭合电路欧姆定律，有 联立以上解得：‎ ‎【点睛】本题主要考查了电磁感应与电路的结合问题一定分析整个电路的组成情况，然后根据闭合电路的欧姆定律求解。‎