山东省济南市第一中学2020-2021学年高二上学期期中考试物理试题 Word版含解析

山东省济南市第一中学2020-2021学年高二上学期期中考试物理试题 Word版含解析

- 1 - 济南一中 2019 级高二上学期期中考试 物理试题 一、单项选择题：本题共 10 小题，每小题 3 分，共 30 分。每小题只有一个选项 符合题目要求。 1. 如图所示，一个闭合导体圆环固定在水平桌面上，一根条形磁铁沿圆环的轴线运动，使圆 环内产生了感应电流．下列四幅图中，产生的感应电流方向与条形磁铁的运动情况相吻合的 是（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】A．由图示可知，在磁铁 S 极上升过程中，穿过圆环的磁场方向向上，在磁铁远离圆 环时，穿过圆环的磁通量变小，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿逆时针 方向，故 A 错误； B．由图示可知，在磁铁 S 极下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿 过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流顺时针方向，故 B 错误； C．同时，在磁铁 N 极上升过程中，穿过圆环的磁场方向向上，在磁铁远离圆环时，穿过圆环 的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流沿顺时针方向，故 C 错误； D．由图示可知，在磁铁 N 极下落过程中，穿过圆环的磁场方向向下，在磁铁靠近圆环时，穿 过圆环的磁通量变大，由楞次定律可知，从上向下看，圆环中的感应电流逆时针方向，故 D 正确。 - 2 - 故选 D。 2. 有一灵敏电流表，内阻 30gR   ，满偏电流 1g mAI  ，现将其改装为3V 电压表，下列 说法正确的是（ ） A. 需与它并联一个30 的电阻 B. 需与它串联一个3000 的电阻 C. 需与它串联一个 2970 的电阻 D. 需与它串联一个1000 的电阻 【答案】C 【解析】 改装成电压表要串联电阻的 XR ，则有： g g x VI R R U （ ） ，即： 31 10 30 3xR   （ ） ， 解得： 2970xR   ，故选项 C 正确，选项 ABD 错误． 点睛：电流表改装成电压表要串联电阻分压，改装成电流表要并联电阻分流． 3. 如图所示，通电直导线 ab 位于两平行导线横截面 MN 的连线的中垂线上，当平行导线通以 同向等值电流时，以下说法中正确的是： A. ab 顺时针旋转 B. ab 逆时针旋转 C. a 端向外，b 端向里旋转 D. a 端向里，b 端向外旋转 【答案】C 【解析】 【详解】导线 M 和 N 的磁感线都是同心圆。因此对 ab 上半段，M 导线的磁感线指向右下， 可以用左手定则判断：a 端受到向外的力。N 导线的磁感线指向右上，也使 a 端受向外的力； 同理也可以分析出 b 端受向里的力。从而使得 a 端转向纸外，b 端转向纸里； A．ab 顺时针旋转，与结论不相符，选项 A 错误； B．ab 逆时针旋转，与结论不相符，选项 B 错误； C．a 端向外，b 端向里旋转，与结论相符，选项 C 正确； - 3 - D．a 端向里，b 端向外旋转，与结论不相符，选项 D 错误； 故选 C。 4. 在研究微型电动机的性能时，可采用如图所示的实验电路．当调节滑动变阻器 R，使电动 机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为 1.0 A 和 1.0 V；重新调节 R，使电动机恢复正常 运转时，电流表和电压表的示数分别为 2.0 A 和 15.0 V．则当这台电动机正常运转时( ) A. 电动机的内阻为 7.5 Ω B. 电动机的内阻为 2.0 Ω C. 电动机的输出功率为 30.0 W D. 电动机的输出功率为 26.0 W 【答案】D 【解析】 【分析】 电动机的内阻及输出功率的计算 【详解】AB．因为电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为 1.0A 和 1.0V，说明电 动 机 在 没 有 将 电 能 转 化 为 机 械 能 时 属 于 纯 电 阻 电 路 ， 故 说 明 电 动 机 的 内 阻 为 r= 1.0 1.0 U V I A  =1.0Ω，选项 AB 错误； CD．当电动机正常运转时，电流表和电压表的示数分别为 2.0A 和 15.0V，则电动机的总功率 为 P 总=2.0A×15.0V=30.0W，此时电动机的发热功率为 P 热=（2.0A）2×1.0Ω=4.0W，故电动机 的输出功率为 P 出=P 总－P 热=30.0W－4.0W=26.0W，选项 C 错误，D 正确． 5. 在如图所示的电路中，闭合开关后，相同的两个灯泡 A、B 均正常发光，当滑动变阻器的 滑片 P 向下滑动时，则（ ） A. A 灯变亮，B 灯变暗 - 4 - B. A 灯变暗，B 灯变亮 C. A、B 灯均变亮 D. A、B 灯均变暗 【答案】A 【解析】 【详解】当滑动变阻器的滑片 P 向下滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，根据串反并 同可知，由于灯泡 B 与滑动变阻器并联，则灯泡 B 的电功率减小，即 B 灯变暗，灯泡 A 与滑 动变阻器串联，则灯泡 A 的电功率增大即 A 灯变亮，故 A 正确，BCD 错误。 故选 A。 6. 如图，圆环形导体线圈 a 平放在水平桌面上，在 a 的正上方固定一竖直螺线管 b，二者轴 线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片 P 向下 滑动，下列表述正确的是（ ） A. 线圈 a 中将产生俯视逆时针方向的感应电流 B. 穿过线圈 a 的磁通量变小 C. 线圈 a 有扩张的趋势 D. 线圈 a 对水平桌面的压力 FN 将减小 【答案】A 【解析】 【详解】A．由图根据右手定则可知，线圈产生向下的磁场，当滑动变阻器的滑片 P 向下滑动 时，电阻减小，电流增大，磁感应强度变大，因此根据楞次定律线圈中会产生阻碍磁场变大 的感应电流，即将产生俯视逆时针方向的感应电流，故选项 A 正确； B．因为滑动变阻器的滑片 P 向下滑动时，电阻减小，电流增大，磁感应强度变大，所以线圈 中磁通量变大，故选项 B 错误； C．因为滑动变阻器的滑片 P 向下滑动时，线圈中磁通量增加，因此之后线圈面积减小时才能 阻碍磁通量的增加，所以线圈 a 有收缩的趋势，故选项 C 错误； D．通过楞次定律可知线圈电流，可以将线圈等效为条形磁铁，则两磁铁都是 N 极相对，因此 - 5 - 线圈 a 对水平桌面的压力 FN 将增大，故选项 D 错误。 故选 A。 7. 如图所示的天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽度为 L＝ 20.0cm，共 N＝10 匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。当线圈中通有电流 I ＝0.20A 时（方向如图），调节砝码使天平达到平衡，此时 m1＞m2．当电流反向（大小不变） 时，右边再加上质量为 m＝10g 的砝码后，天平重新平衡，重力加速度取 g＝10m/s2，由此可 知（ ） A. 磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为 0.25T B. 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为 0.25T C. 磁感应强度的方向乖直纸面向外，大小为 0.125T D. 磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为 0.125T 【答案】D 【解析】 【详解】ABCD.线圈通入如图所示的电流调节砝码使天平平衡，由于 1 2m m ，故线圈所受安 培力向下，根据左手定则知磁感应强度的方向垂直于纸面向里，当电流方向反向时，则安培 力方向反向，变为竖直向上，相当于右边少了两倍的安培力大小，所以需要在右边加砝码。 则有 =2mg NBIL 解得： =0.125TB 故 D 正确 ABC 错误。 故选 D。 8. 如图所示，A、B 两个闭合单匝线圈用完全相同的导线制成，半径 rA=3rB，图示区域内有匀 强磁场，且磁感应强度随时间均匀减小，则（ ） - 6 - A. A、B 线圈中产生的感应电动势 EA:EB=3:1 B. A、B 线圈中产生的感应电动势 EA:EB=6:1 C. A、B 线圈中产生的感应电流 IA:IB=3:1 D. A、B 线圈中产生的感应电流 IA:IB=1:1 【答案】C 【解析】 【详解】AB．根据法拉第电磁感应定律，可得 2 BE n n rt t      则有 2 2 2 2 (3 ) 9 1 A A B B B B E r r E r r    故 AB 错误； CD．设线圈单位长度的电阻为 R，根据闭合电路的欧姆定律有 2 EI rR 联立解得 9 1 3 1 3 1 A A B B B A I E r I E r      故 C 正确，D 错误。 故选 C。 9. 在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，紧贴边缘内壁放一个圆环形电极，并把它们与电池的 两极相连，然后在玻璃皿中放入导电液体，例如盐水．如果把玻璃皿放在磁场中，如图所示， 通过所学的知识可知，当接通电源后从上向下看( ) - 7 - A. 液体将顺时针旋转 B. 液体将逆时针旋转 C. 若仅调换 N、S 极位置，液体旋转方向不变 D. 若仅调换电源正、负极位置，液体旋转方向不变 【答案】B 【解析】 【详解】AB．根据电势的高低可知电流由边缘流向中心，器皿所在处的磁场竖直向上，由左 手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针方向旋转，故 A 错误， B 正确； CD．仅仅调换 N、S 极位置或仅仅调换电源的正负极位置，安培力方向肯定改变，故 CD 均 错误 10. 如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场和匀强电场组 成的速度选择器，然后粒子通过平板 S 上的狭缝 P 进入平板下方的匀强磁场，平板下方的磁 场方向如图所示。粒子最终打在 S 板上，粒子重力不计，则下面说法正确的是（ ） A. 粒子带负电 B. 粒子打在 S 板上的位置离狭缝 P 越远，粒子的比荷 q m 越大 C. 能通过狭缝 P 的带电粒子速率等于 E B D. 速度选择器中的磁感应强度方向垂直纸面向里 【答案】C - 8 - 【解析】 【详解】A.带电粒子在磁场中向左偏转，由左手定则，知粒子带正电，故 A 错误； B.经过速度选择器进入磁场 B'的粒子速度相等，根据 = mvr qB 知，粒子打在 S 板上的位置离狭 缝 P 越远，则半径越大，粒子的比荷越小，故 B 错误； CD.粒子经过速度选择器时所受的电场力和洛伦兹力平衡，有： =qE Bvq 则有： = Ev B 而粒子的电场力水平向右，那么洛伦兹力水平向左，粒子带正电，则磁场垂直纸面向外，故 C 正确 D 错误。 故选 C。 二、多项选择题：本题共 4 小题，每小题 4 分，共 16 分。每小题有多个选项符合 题目要求。全部选对得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分。 11. 下列情况能产生感应电流的是（ ） A. 如图甲所示，导体棒 OC 以 O 点为轴在导轨 ab 上以角速度ω转动时 B. 如图乙所示，导体框在匀强磁场中向右加速运动时 C. 如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，当开关闭合或断开时 D. 如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通，当改变滑动变阻器阻 值时 【答案】ACD 【解析】 【详解】当闭合回路中磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。 A．如图甲所示，导体棒 OC 以 O 点为轴在导轨 ab 上以角速度ω转动时，切割磁感线，产生 - 9 - 感应电流，故 A 正确，符合题意； B．如图乙所示，导体框在匀强磁场中向右加速运动时，闭合回路磁通量不变，不会产生感应 电流，故 B 错误，不符合题意； C．如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，当开关闭合或断开时，原电流变化，原 磁场变化导致穿过 B 的磁通量变化，产生感应电流，故 C 正确，符合题意； D．如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通，当改变滑动变阻器 阻值时，原电流变化，原磁场变化导致穿过 B 的磁通量变化，产生感应电流，故 D 正确，符 合题意。 故选 ACD。 12. 如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图象，下面结论正确的是（ ） A. 电源的电动势为 6.0V B. 电源的内阻为 12Ω C. 电源的短路电流为 3A D. 外电路接入了一个阻值是 18Ω的电动机，电路中的电流一定为 0.3A 【答案】AC 【解析】 【详解】A．由 U-I 图像可知，电源的电动势为 6.0V，选项 A 正确； B．电源的内阻为 6.0 5.0 Ω 2Ω0.5r   选项 B 错误； C．电源的短路电流为 6 A=3A2 EI r   选项 C 正确； D．外电路接入了一个阻值是 18Ω的电动机，若是纯电阻元件，则电路中的电流为 - 10 - 6 A=0.3A18 2 EI R r    电动机是非纯电阻元件，则电路中的电流不等于 0.3A，选项 D 错误。 故选 AC。 13. 空间中存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面的磁场（图中未画出），一带电小球在竖直平 面内沿逆针方向做匀速圆周运动，最高点为 a，最低点为 b，不计空气阻力，则下列说法正确 的是（ ） A. 小球带正电 B. 磁场方向垂直纸面向外 C. 小球在从 a 点运动到 b 点的过程中，电势能减小 D. 运动过程突然将磁场反向，小球仍能做匀速圆周运动 【答案】AD 【解析】 【详解】A．小球在竖直平面内做匀速圆周运动，受到重力、电场力和洛伦兹力，电场力与重 力平衡，则知小球带正电，故 A 正确； B．电小球在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由左手定则可 知，磁场方向垂直纸面向里，故 B 错误； C．小球在从 a 点运动到 b 点的过程中，电场力做负功，小球的电势能增大，故 C 错误； D．运动过程突然将磁场反向，重力与电场力仍平衡，洛伦兹力反向，带电小球仍做匀速圆周 运动，故 D 正确。 故选 AD。 14. 电磁炮是目前许多国家热衷发展的一种新式武器，其工作原理如图所示。当两平行导轨接 入电源时，强电流从一导轨流入，经滑块（炮弹）从另一导轨流回时，在两导轨平面间产生 强磁场，磁感应强度大小与电流成正比。通有电流的滑块在安培力的作用下加速一段距离后， 炮弹会以很大的动能射出。关于电磁炮，下列说法正确的是（ ） - 11 - A. 当水平放置的平行导轨通有如图所示的电流时，导轨间的磁场方向竖直向下 B. 当回路中电流一定时，炮弹将做匀加速直线运动 C. 若只将电流增大 2 倍，炮弹射出的动能也会增大 2 倍 D. 若只将导轨长度增大 2 倍，炮弹射出的动能会增大 2 倍 【答案】BD 【解析】 【详解】A．根据安培定则可知，导轨上的电流在导轨平面产生的磁场方向向上，A 错误； B．炮弹在安培力的作用下运动，回路中电流一定，磁感应强度一定，根据牛顿第二定律 BIL ma 可知加速度恒定，所以炮弹做匀加速直线运动，B 正确； C．若只将电流增大 2 倍，磁感应强度也增大 2 倍，根据动能定理 kBIL x E   可知动能变为原来的 4 倍，C 错误； D．若只将导轨长度增大 2 倍，根据动能定理可知炮弹射出的动能会变为原来的 2 倍，D 正确。 故选 BD。 三、非选择题：本题共 4 小题，共 54 分。 15. 同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ。步骤如下 - 12 - ①用螺旋测微器测量其直径如图所示，可知其直径为______mm； ②用多用电表的电阻“×10”档，按正确步骤测此圆柱体的电阻，表盘示数如图，则该电阻的阻 值约为______Ω，他还需要换档重新测量吗？______（答“需要”或“不需要”）； ③为更精确地测量其电阻，现有的器材及其代号和规格如下： 待测圆柱体电阻 R 电流表 A1（量程 0～3mA，内阻约 50Ω） 电流表 A2（量程 0～15mA，内阻约 30Ω） 电压表 V1（量程 0～3V，内阻约 10kΩ） 电压表 V2（量程 0～15V，内阻约 25kΩ） 直流电源 E（电动势 4V，内阻不计） 滑动变阻器 R1（阻值范围 0～15Ω） 滑动变阻器 R2（阻值范围 0～2kΩ） 开关 S，导线若干 为使实验误差较小，要求尽可能测得多组数据进行分析，电流表应选用______，电压表应选 用______，滑动变阻器应选用______； ④请在图中补充连线完成本实验。______ - 13 - 【答案】 (1). 6.125 (2). 220 (3). 不需要 (4). A2 (5). V1 (6). R1 (7). 【解析】 【详解】(1)[1]螺旋测微器读数=固定刻度读数+可动刻度读数为：6mm+0.01mm×12.5=6.125mm (2)[2]欧姆表读数=表盘读数×倍率=22Ω×10=220Ω [3]中值电阻附近刻度最均匀，读数误差最小，故不需要重新换挡 (3)[4]根据欧姆定律，最大电流约为 18mAEI R   故电流表选择 A2 [5]电源电动势 4V，故电压表选择 V1 [6]要求测得多组数据进行分析，滑动变阻器采用分压式接法，用小电阻控制大电阻，故滑动 变阻器选择 R1 (4)[7]由于 3 V A 10 10 220 220 30 x x R R R R    - 14 - 说明待测电阻较小，电流表外接，滑动变阻器采用分压式接法，如图 16. 在如图所示的电路中，R3=4  ，A 的示数为 0.75A，V 的示数为 2V．突然有一个电阻被 烧断，使得 A 的示数变为 0.80A，V 的示数变为 3.2V（不考虑电表内阻的影响）． （1）哪一个电阻被烧断？ （2）求电阻 R1 和 R2 的阻值． （3）求电源的电动势和内电阻． 【答案】(1)必定是 R2 发生断路，(2)电阻 R1 和 R2 的阻值分别是 4Ω和 8Ω；(3)电源的电动势和 内电阻分别是 4V，1Ω． 【解析】 【详解】（1）R2 断路；因为当 R2 断路时，电路总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，电 压表测量的是电源路端电压，则读数变大，因 R1 两端电压变大，则电流表读数变大； （2）由题意可知，电阻 R2 被烧断后，V 的示数就是电源的路端电压，也就是电阻 R1 两端的 电压； 1 3.2 40.8 UR I     电阻 R2 烧断前，通过 R2 的电流为: - 15 - 1 1 1 2 3 3 0.75 4 2 0.25A4 I R UI I R       电阻 R2 的阻值为: 1 2 2 2 80.25 UR I     （3）由闭合电路欧姆定律得 E=I1R1+（I1+I2）r E=U +Ir 联立上面两式解得 E=4V，r=1Ω． 17. 如图甲所示，电阻 r＝2Ω的金属棒 ab 垂直放置在水平导轨正中央，导轨由两根长 L＝2m、 间距 d＝1m 的平行金属杆组成，其电阻不计，在导轨左端接有阻值 R＝4Ω的电阻，金属棒与 导轨接触良好，从 t＝0 时刻开始，空间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度随时 间变化如图乙所示，在 t＝0.1s 时刻，金属棒恰好沿导轨开始运动.取重力加速度 g＝10m/s2.求： (1)在 0.1s 内，导体棒上所通过的电流大小和方向: (2)在 0.1s 内，电阻 R 上所通过的电荷量 q 及产生的焦耳热 Q (3)在 0.05s 时刻，导体棒所受磁场作用力的大小 F 和方向 【答案】(1)I=1.2A，方向由 b 到 a(2)1.6J(3)1.2N，水平向左 【解析】 【详解】(1)由法拉第电磁感应定律可知，在 0.1s 时间内回路中感应电动势 2 B LdE t   由欧姆定律可得： EI R r   ， 由图像可得： - 16 - 1.2T 12T / s0.1s B t    ， 代入数据可得 I=2A， 电流方向：从 b 到 a (2)在 0.1s 时间内通过电阻 R 的电荷量 q I t  得 q=0.2C 电阻 R 产生的焦耳热： 2Q I R t  ， 解得 Q=1.6J (3)导体棒所受磁场作用力的大小： F BId ， 0.6TBB tt   ， 代入数据可得 F=1.2N； 根据左手定则，磁场作用力方向向左． 18. 如图所示，在无限长的竖直边界 AC 和 DE 间，上、下部分分别充满方向垂直于平面 ADEC 向外的匀强磁场，上部分区域的磁感应强度大小为 B0，OF 为上、下磁场的水平分界线，质 量为 m、带电荷量为＋q 的粒子从 AC 边界上与 O 点相距为 a 的 P 点垂直于 AC 边界射入上方 磁场区域，经 OF 上的 Q 点第一次进入下方磁场区域，Q 与 O 点的距离为 3a，不考虑粒子重 力． （1）求粒子射入时的速度大小； - 17 - （2）要使粒子不从 AC 边界飞出，求下方磁场区域的磁感应强度 B1 应满足的条件； （3）若下方区域的磁感应强度 B=3B0，粒子最终垂直 DE 边界飞出，求边界 DE 与 AC 间距离 的可能值． 【答案】（1） 05aqBv m  ；（2） 0 1 8 3 BB＞ ；（3） 1 4 1 2 3L nPP na n   （ ，， ） 【解析】 试题分析：（1）设粒子在 OF 上方做圆周运动半径为 R，由几何关系可知； 2 2 23R R a a  （ ） （ ）， 5R a 由牛顿第二定律可知： 2 0 vqvB m R  ，解得： 05aqBv m  ； （2）当粒子恰好不从 AC 边界飞出时，设粒子在 OF 下方做圆周运动的半径为 1r ， 由几何关系得： 1 1 3r rcos a  ， 3 5cos  ，所以 1 15 8 ar  ，根据 2 1 1 mvqvB r  解得： 0 1 8 3 BB  ，当 0 1 8 3 BB＞ 时，粒子不会从 AC 边界飞出． （3）当 03B B 时，粒子在 OF 下方的运动半径为： 5 3r a ，设粒子的速度方向再次与射入 磁场时的速度方向一致时的位置为 1P ，则 P 与 1P 的连线一定与 OF 平行，根据几何关系知： 4PP a ；所以若粒子最终垂直 DE 边界飞出，边界 DE 与 AC 间的距离为： - 18 - 1 4 1 2 3L nPP na n   （ ，， ）； 考点：带电粒子在磁场中的运动 【名师点睛】带电粒子在磁场中运动，关键在于分析粒子的运动情况，明确粒子可能运动轨 迹，根据几何关系确定圆心和半径；同时注意临界条件的应用才能顺利求解．