【物理】江西省南昌市第二中学2019-2020学年高二上学期期末考试试题（解析版）

【物理】江西省南昌市第二中学2019-2020学年高二上学期期末考试试题（解析版）

南昌二中2019—2020学年度上学期期末考试高二物理试卷 一、选择题 ‎1.在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是（ ）‎ A. 将绕在磁铁上的线圈与电流表组合成一闭合回路，然后观察电流表的变化 B. 在一通电线圈旁放置一连有电流表闭合线圈，然后观察电流表的变化 C. 将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化 D. 绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】法拉第发现的电磁感应定律并总结出五种情况下会产生感应电流，其核心就是通过闭合线圈的磁通量发生变化，选项AB中，绕在磁铁上面的线圈和通电线圈，线圈面积都没有发生变化，前者磁场强弱没有变化，后者通电线圈中若为恒定电流则产生恒定的磁场，也是磁场强弱不变，都会导致磁通量不变化，不会产生感应电流，选项A、B错．选项C中往线圈中插入条行磁铁导致磁通量发生变化，在这一瞬间会产生感应电流，但是过程短暂，等到插入后再到相邻房间去，过程已经结束，观察不到电流表的变化．选项C错．选项D中，线圈通电或断电瞬间，导致线圈产生的磁场变化，从而引起另一个线圈的磁通量变化产生感应电流，可以观察到电流表指针偏转，选项D对．‎ ‎2. 中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图．结合上述材料，下列说法不正确的是 A. 地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B. 地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C. 地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D. 地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．根据题意可知，地理南、北极与地磁场存在一个夹角，为磁偏角，故两者不重合，A正确； ‎ B．地磁南极在地理的北极附近，地磁北极在地理的南极附近，B正确；‎ C．由于地磁场的磁场方向沿磁感线切线的方向，故只有赤道处地磁场的磁场方向才与地面平行，C错误；‎ D．在赤道处，磁场方向水平，而射线是带电的粒子，运动方向垂直磁场方向，根据左手定则可得射向赤道的粒子受到洛伦兹力的作用，D正确．‎ ‎【点睛】地球本身是一个巨大的磁体．地球周围的磁场叫做地磁场．地磁北极在地理南极附近，地磁南极在地理北极附近，所以地磁场的方向是从地磁北极到地磁南极．‎ ‎3.如图所示，同一平面内三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里．导体棒的电阻可忽略，当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是(　　)‎ A. 流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a B. 流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a C. 流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b D. 流过R的电流为由c到d，流动r的电流为由a到b ‎【答案】B ‎【解析】‎ 由右手定则可判断切割磁感线形成电源的正负极如图所示，由闭合电路电流流向可知B对；‎ ‎4.如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为q的某种自由运动电荷．导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B．当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、下表面之间的电压为U，且上表面的电势比下表面的低．由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为 A. ，负 B. ，正 C. ，负 D. ，正 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】因为上表面的电势比下表面的低，根据左手定则，知道移动的电荷为负电荷；根据电荷所受的洛伦兹力和电场力平衡可得：‎ 解得：‎ 因为电流为：‎ 解得：‎ A.与分析不符，故A错误；B.与分析不符，故B错误；‎ C.与分析相符，故C正确；D.与分析不符，故D错误．‎ ‎5.如图，是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布，线圈中a、b两条导线长均为，通以图示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B。则（ ）‎ A. 该磁场是匀强磁场 B. 线圈平面总与磁场方向垂直 C. 线圈将逆时针方向转动 D. a、b导线受到的安培力大小总为 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A.该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误；‎ B.由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故B错误；‎ C.由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故C错误；‎ D.a、b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为，故D正确。‎ ‎6.图甲为列车运行的俯视图，列车首节车厢下面安装一块电磁铁，电磁铁产生垂直于地面的匀强磁场，列车经过放在铁轨间的线圈时，线圈产生的电脉冲信号传到控制中心，如图乙所示．则列车的运动情况可能是( )‎ A. 匀速运动 B. 匀加速运动 C. 匀减速运动 D. 变加速运动 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】由U−t图象得到，线圈两端的电压大小与时间呈线性关系，即有：‎ U=U0−kt 由法拉第电磁感应定律 E=U=BLv，‎ B. L、k均一定，则速度v随时间均匀减小，所以火车做匀减速直线运动。‎ A. 匀速运动。与上述结论不符，故A错误；B. 匀加速运动。与上述结论不符，故B错误；‎ C. 匀减速运动。与上述结论相符，故C正确；D. 变加速运动。与上述结论不符,故D错误。‎ 故选：C.‎ ‎7.如图，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场．一质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子垂直于x轴射入第二象限，随后垂直于y轴进入第一象限，最后经过x轴离开第一象限．粒子在磁场中运动的时间为 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】运动轨迹如图:‎ 即运动由两部分组成,第一部分是个周期,第二部分是个周期, 粒子在第二象限运动转过的角度为90°，则运动的时间为；粒子在第一象限转过的角度为60°，则运动的时间为；则粒子在磁场中运动的时间为：，故B正确，ACD错误．.‎ ‎8.我校高二学生吴伟同学，学习完速度选择器后，设计了一款新式速度选择器， 如图所示，OO′为圆柱筒的轴线，磁感应强度大小为B 的匀强磁场的磁感线平行于轴线方向，在圆筒壁上有许多小孔，许多比荷为的正粒子以不同速度、入射角在垂直于轴线的平面内射入小孔，且均从与OO′轴线对称的小孔中射出，入射角为30°的正粒子的速度大小为6 km/s，则入射角为37°的粒子速度大小为 A. 1 km/s B. 3.75 km/s C. 5 km/s D. 7.2 km/s ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】正粒子在匀强磁场中在洛伦兹力作用下进行匀速圆周运动，则有洛伦兹力作为向心力，即，‎ 得：‎ ‎，‎ 匀强磁场的磁感应强度B不变，正粒子的比荷不变，所以为常数。‎ 设圆柱筒半径为R，则有如图所示几何关系：‎ 那么，入射角为θ的正粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径 ‎，‎ 入射角为30°正粒子的速度v1=6km/s，半径 ‎，‎ 入射角为37°的粒子速度为v2，半径 ‎，‎ 因为 ‎，‎ 所以 ‎。‎ A. 1 km/s。与上述结论不符，故A错误；B. 3.75 km/s。与上述结论不符，故B错误； ‎ C. 5 km/s。与上述结论相符，故C正确；D. 7.2 km/s。与上述结论不符，故D错误。‎ 故选：C ‎9.如图所示,小灯泡A1、A2规格相同，线圈L自感系数很大，现闭合开关S，通过调R、R1，使A1、A2正常发光，下列说法正确有 A. 若断开S，A1、A2并未立即熄灭，A2闪亮一下再慢慢熄灭，A1不会闪亮只会慢慢熄灭 B. 若断开S，A1、A2均慢慢熄灭 C. S断开后，再重新闭合S，A1A2会立即正常发光 D. S断开后，再重新闭合S，A2会立即正常发光，A1只能逐渐地亮起来 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】AB. 电路稳定时，A1、A2正常发光，说明电流相等。若断开S，由于线圈中自感电动势的阻碍，A1、A2并未立即熄灭， 流过A2的电流与原来的电流大小相等，方向相反，并不出现闪亮一下的情况，所以A1、A2均慢慢熄灭，故A错误，B正确；‎ CD.闭合开关的瞬间，由于线圈中自感电动势的阻碍，A2会立即正常发光，A1只能逐渐地亮起来，故C错误，D正确。‎ 故选：BD ‎10.如图1所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒．从t ‎＝0时刻起，棒上有如图2所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为Im，图1中I所示方向为电流正方向．则金属棒 A. 一直向右移动 B. 速度随时间周期性变化 C. 受到的安培力大小不随时间而变化 D. 受到的安培力在一个周期内做正功 ‎【答案】ABC ‎【解析】‎ ‎【详解】AB. 由于电流大小不变，安培力大小不变。根据左手定则，0～时间内，金属棒受到的安培力向右，做匀加速运动；～T时间内，金属棒受到的安培力向左，做匀减速运动，T时刻速度减为零。T～时间内，金属棒受到的安培力向右，做匀加速运动；～2T时间内，金属棒受到的安培力向左，做匀减速运动，2T时刻速度减为零。所以金属棒一直向右运动，速度随时间做周期性变化，故A正确，B正确；‎ C. 根据公式F=BIL，安培力的大小随时间周期性变化，故C正确；‎ D. 根据动能定理，一个周期内，动能变化量为零，安培力做功为零，故D错误。‎ 故选：ABC。‎ ‎11.如图，方向竖直向下匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上．t=0时，棒ab以初速度v0向右滑动．运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示．下列图像中可能正确的是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】ab棒向右运动，切割磁感线产生感应电流，则受到向左的安培力，从而向右做减速运动，；金属棒cd受向右的安培力作用而做加速运动，随着两棒的速度差的减小安培力减小，加速度减小，当两棒速度相等时，感应电流为零，最终两棒共速，一起做匀速运动，故最终电路中电流为0，故AC正确，BD错误．‎ ‎12.速度可以用光电门测量，物理兴趣小组的同学设想了一个通过测量速度来得到磁感应强度的方法。他们用密度为d、电阻率为ρ、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形线框cbb′c′。如图甲所示，金属方框水平放在磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行。设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，其他地方的磁场忽略不计。可认为方框的cc′边和bb′边都处在磁极间。方框从静止开始释放，其平面在下落过程中保持水平（不计空气阻力）。设磁场区域在竖直方向上足够长，若测得方框下落的最大速度为vm，则下列说法正确的是 A. 线框切割磁感线产生的最大感应电动势为2BLvm B. 线框下落速度为时所受的安培力大小为 C. 线框下落速度为时的加速度大小为 D. 磁极间磁感应强度B的大小为 ‎【答案】ABD ‎【解析】‎ ‎【详解】A.‎ ‎ 方框被释放后受到重力、安培力作用，由于安培力随速度的增大而增大，由牛顿第二定律知，方框被释放后先做速度增大、加速度逐渐减小的直线运动，当加速度等于零时方框的速度达到最大，此后方框以最大速度vm匀速下落。当方框以最大速度vm匀速下落时，感应电动势最大为2BLvm，故A正确；‎ BC.方框下落速度为时其产生的感应电动势和感应电流均为最大值的一半，由安培力公式可知，其所受安培力F'A也为最大值FA(即重力mg)的一半，由牛顿第二定律可知 mg-F'A=ma，‎ 解得方框的加速度大小为 a=，‎ 选项B正确，C错误；‎ D.速度最大时，依据二力平衡条件得 mg=FA，‎ 质量 m=4AdL，‎ 方框所受安培力的合力 FA=2BIL ，‎ 方框中电流 ‎，‎ 方框切割磁感线产生的最大等效感应电动势 E=2BLvm，‎ 方框电阻 ‎，‎ 联立上述各式解得磁极间磁感应强度大小 ‎，‎ 选项D正确；故选：ABD 二、实验题 ‎13.学校物理兴趣小组为探究多用表欧姆档的原理，决定自己动手设计一个可以测量电阻的装置．手边的器材有：干电池组，电流计A，电阻箱，待测电阻Rx . 其中电流计刻度盘刻线清晰，但是读数已经模糊．‎ ‎（1）小组成员先将电池组与电流计电流计A进行串联，电路两端分别接好表笔，如图（1）所示；将表笔短接，发现电流表指针刚好能够指在刻度盘最右端刻度处．‎ ‎（2）将两表笔分别与电阻箱两接线柱相连，调节电阻箱，直到电流计指针指在刻度盘正中央，电阻箱示数如图（2），则电阻箱接入电路的电阻值为_______Ω．‎ ‎（3）用待测电阻Rx代替电阻箱接入两表笔之间，则电流表指针指示如图（3）所示，则可知待测电阻Rx=_______Ω．（保留小数点后一位）‎ 此次实验快结束时，有同学拿来一块内阻为2803Ω的电压表，将所设计装置的两表笔正确接在电压表的两接线柱上，电压表示数为2.8V，可以推知实验中使用的电池组的电动势为________V（保留小数点后一位）‎ ‎【答案】 (1). 97Ω (2). 48.5Ω (3). 2.9V ‎【解析】（2）根据图2可知，电阻箱接入电路的电阻值为：R=9×10+7×1=97Ω， （3）设电流表满偏电流为Im，短接时，根据闭合电路欧姆定律得：，接入电阻箱时有：，接入电阻Rx有：，解得：Rx=48.5Ω，r=97Ω， 当两表笔正确接在电压表的两接线柱上时，根据闭合电路欧姆定律得：．‎ ‎14.某小组利用图（a）所示的电路，研究硅二极管在恒定电流条件下的正向电压U与温度t的关系，图中V1和V2为理想电压表；R为滑动变阻器，R0为定值电阻（阻值100 Ω）；S为开关，E为电源．实验中二极管置于控温炉内，控温炉内的温度t由温度计（图中未画出）测出．图（b）是该小组在恒定电流为50.0μA时得到的某硅二极管U-t 关系曲线．回答下列问题：‎ ‎（1）实验中，为保证流过二极管的电流为50.0μA，应调节滑动变阻器R，使电压表V1的示数为U1=______mV；根据图（b）可知，当控温炉内的温度t升高时，硅二极管正向电阻_____（填“变大”或“变小”），电压表V1示数_____（填“增大”或“减小”），此时应将R的滑片向_____（填“A”或“B”）端移动，以使V1示数仍为U1．‎ ‎（2）由图（b）可以看出U与t成线性关系，硅二极管可以作为测温传感器，该硅二极管的测温灵敏度为=_____×10-3V/℃（保留2位有效数字）．‎ ‎【答案】 (1). 500 变小 增大 B (2). 2.8‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）U1=IR0=100Ω×50×10-6A=5×10-3V=5mV由 ，I不变，温度升高，U减小，故R减小；由于R变小，总电阻减小，电流增大；R0两端电压增大，即V1表示数变大，只有增大电阻才能使电流减小，故滑动变阻器向右调节，即向B端调节．‎ ‎（2）由图可知， =2.8×10-3V/℃‎ 三、计算题 ‎15.做磁共振检查时，对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流．某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响，将包裹在骨骼上一圈肌肉组织等效成单匝线圈，线圈的半径r＝5.0 cm，线圈导线的横截面积A＝0.80 cm2，电阻率ρ＝1.5 Ω·m，如图所示，匀强磁场方向与线圈平面垂直，若磁感应强度B在0.3 s内从1.5 T均匀地减小为零，求(计算结果保留一位有效数字)：‎ ‎(1)该圈肌肉组织的电阻R；‎ ‎(2)该圈肌肉组织中的感应电动势E；‎ ‎(3)0.3 s内该圈肌肉组织中产生的热量Q.‎ ‎【答案】（1）6×103Ω （2）4×10-2V （3）8×10-8J ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）由电阻定律，解得R=6×103Ω ‎（2）感应电动势，解得E=4×10-2V ‎（3）由焦耳定律得：，解得：Q=8×10-8‎ ‎【点睛】本题主要是公式及计算，理解法拉第电磁感应定律，磁通量的变化可以是磁感应强度的变化引起的，也可以是面积的变化引起的，另外要注意计算的正确性．‎ ‎16.半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感应强度为B=0.2T，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环面与磁场垂直，其中a＝0.4m，b＝0.6m.金属环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R＝2Ω，一金属棒MN与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计.‎ ‎（1）若棒以v0＝10m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径的瞬时，（如图），MN中的电动势和流过灯L1的电流.‎ ‎（2）撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环以为轴向上翻转90o ‎，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为，求L1的功率.‎ ‎【答案】（1）1.6V，0.8A；（2）3.2×10-3W ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）棒滑过圆环直径OO′的瞬时，MN中的电动势 E1=B⋅2av=0.2×0.8×10V=1.6V           ①‎ 等效电路如图(1)所示，流过灯L1的电流 ‎；②‎ 故流过灯L1的电流为0.8A；  ‎ ‎（2）撤去中间的金属棒MN，将右面的半圆环OL2O′以OO′为轴向上翻转90°，半圆环OL1O′中产生感应电动势，相当于电源，灯L2为外电路，等效电路如图(2)所示，感应电动势 ‎     ③‎ L1的功率 ‎17.小明同学设计了一个电磁天平，如图1所示，等臂天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，两臂平衡．线圈的水平边长L=0.1m，竖直边长H=0.3m，匝数为．线圈的下边处于匀强磁场内，磁感应强度 ‎，方向垂直线圈平面向里．线圈中通有可在0~2.0A范围内调节的电流I．挂盘放上待测物体后，调节线圈中电流使得天平平衡，测出电流即可测得物体的质量．（重力加速度取）‎ ‎（1）为使电磁天平的量程达到0.5kg，线圈的匝数至少为多少 ‎（2）进一步探究电磁感应现象，另选匝、形状相同的线圈，总电阻，不接外电流，两臂平衡，如图2所示，保持不变，在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感应强度B随时间均匀变大，磁场区域宽度．当挂盘中放质量为0.01kg的物体时，天平平衡，求此时磁感应强度的变化率．‎ ‎【答案】（1）匝（2）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）线圈受到安培力①‎ 天平平衡②‎ 代入数据得匝 ③‎ ‎（2）由电磁感应定律得④‎ ‎⑤‎ 由欧姆定律得⑥‎ 线圈受到安培力⑦‎ 天平平衡⑧‎ 代入数据可得⑨‎ ‎【点睛】该题的关键是分析好安培力的方向，列好平衡方程，基础题 ‎18.如图，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽度为d、高为h，上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连．整个管道置于磁感应强度大小为B，方向沿z轴正方向的匀强磁场中．管道内始终充满电阻率为ρ的导电液体（有大量的正、负离子），且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率v0沿x轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变．‎ ‎（1）求开关闭合前，M、N两板间的电势差大小U0；‎ ‎（2）求开关闭合前后，管道两端压强差的变化Δp；‎ ‎（3）调整矩形管道的宽和高，但保持其它量和矩形管道的横截面S=dh不变，求电阻R可获得的最大功率Pm及相应的宽高比d/h的值．‎ ‎【答案】（1）（2）（3）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）设带电离子所带的电量位q，当其所受的洛伦兹力与电场力平衡时，U0保持恒定，有 得：‎ ‎（2）设开关闭合前后，管道两端压强差分别为p1、p2，液体所受的摩擦阻力均为f，开关闭合后管道内液体受到的安培力为F安，有：p1hd=f，p2hd=f+F安，F安=Bid 根据欧姆定律，有 两道题板间液体的电阻 联立解得：‎ ‎（3）电阻R获得的功率为：，，当时 电阻R获得的最大功率 ‎19.如图所示，在平面直角坐标系xoy中，在第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场；在第一象限内某区域存在方向垂直于坐标平面向里的有界圆形匀强磁场(图中未画出)．一粒子源固定在x轴上坐标为(-L,0)的A点，粒子源沿y轴正方向释放出速度大小为v的电子，电子恰好能通过y轴上坐标为(0,2L)的C点，电子继续前进距离L后进入磁场区域，再次回到x轴时与x轴正方向成45°夹角．已知电子的质量为m，电荷量为e，有界圆形匀强磁场的磁感应强度，不考虑粒子的重力好粒子之间的相互作用，求：‎ ‎(1)匀强电场的电场强度E的大小；‎ ‎(2)圆形磁场的最小面积；‎ ‎(3)电子从进入电场到再次回到x轴过程的总时间。‎ ‎【答案】（1）（2）（3）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）电子在从A运动到C的过程中，做类平抛运动，‎ 在x方向上 在y方向上 ‎2L＝vt 由①②式联立解得：‎ ‎（2）电子离开电场时的速度的反向延长线将交于y方向位移的中点，故 tan θ＝1，θ＝45°‎ 电子进入磁场后仅受洛伦兹力evCB作用，在磁场中做匀速圆周运动，‎ 由牛顿第二定律 根据几何关系可知 根据题意作出电子的运动轨迹示意图如图所示 由图中几何关系可知，电子在磁场中偏转90°后射出，‎ 当图中PQ为圆形磁场的直径时其半径最小，即：‎ Rmin＝rsin 45°‎ 由③④⑤式联立解得：‎ Smin＝‎ ‎（3）运动过程经历的总时间为 ‎ ‎