2017-2018学年内蒙古集宁一中高二上学期期末考试物理试题 解析版

2017-2018学年内蒙古集宁一中高二上学期期末考试物理试题 解析版

集宁一中2017—2018年度第一学期期末考试高二年级物理试题 一、选择题：（本题共12小题，每小题4分，共48分，其中1-8为单项选择；9-12为多项选择，全选对得4分，选对但不全，得2分，有选错得0分）‎ ‎1. 下列说法正确的是（ ）‎ A. 首先发现电流磁效应的科学家是洛伦兹 B. 只有磁铁周围才存在磁场，磁场是假想的，不是客观存在的 C. 磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流之间都是通过磁场发生相互作用的 D. 磁感线上各点的切线方向就是小磁针北极的指向 ‎【答案】C ‎【解析】最先发现电流磁效应的科学家是奥斯特，最先发现电磁感应现象的科学家是法拉第，故A错误；电流也可以产生磁场，故B错误；磁场是存在与磁体或电流周围的传递磁体与磁体、磁体与电流、电流与电流之间相互作用力的一种物质，故C正确；磁感线上各点的切线方向就是磁场的方向，与小磁针静止时北极指向的方向相同，故D错误。所以C正确，ABD错误。‎ ‎2. 两条长直导线AB和CD相互垂直，彼此相隔一很小距离，通以如图所示方向的电流，其中AB固定，CD可以其中心为轴自由转动或平动，则CD的运动情况是（ ）‎ A. 顺时针方向转动，同时靠近导线AB B. 顺时针方向转动，同时离开导线AB C. 逆时针方向转动，同时离开导线AB D. 逆时针方向转动，同时靠近导线AB ‎【答案】D ‎【解析】电流AB产生的磁场在右边垂直纸面向里，在左边垂直纸面向外，在CD 左右两边各取一小电流元，根据左手定则，左边的电流元所受的安培力方向向下，右边的电流元所受安培力方向向上，知CD导线逆时针方向转动，当CD导线转过90°后，两电流为同向电流，相互吸引。所以导线CD逆时针方向转动，同时靠近导线AB，故D正确，ABC错误。‎ ‎3. 电荷量分别为q和－q的两个带电粒子分别以速度va和vb射入匀强磁场，两粒子的入射方向与磁场边界的夹角分别为30°和60°，磁场宽度为d，两粒子同时由A点出发，同时到达B如图所示（）‎ A. a粒子带负电，b粒子带正电 B. 两粒子的轨道半径之比ra∶rb＝‎ C. 两粒子的速度之比va∶vb＝1∶2‎ D. 两粒子的质量之比ma∶mb＝1∶‎ ‎【答案】C ‎【解析】试题分析：根据左手定则可判出：a粒子带负电，b粒子带正电，故A正确；两粒子在磁场中做圆周运动，Oa、Ob分别为其轨迹圆心，磁场宽度为d，由几何关系可知：，，所以ra∶rb＝1∶，故B错误；两粒子的轨迹所对圆心角分别为：，，两粒子在磁场中的运动时间相等，即，，洛伦兹力提供向心力，根据，运动周期，两粒子的电荷量，在同一磁场中，B相同，周期与质量成正比，所以ma∶mb＝Ta∶Tb=1∶2，故D正确，由得，即速度与轨迹半径成正比，与质量成反比，，故C错误。‎ 考点：带电粒子在磁场中的运动 ‎4. 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法正确的是（ ） ‎ A. 增大电场的加速电压 B. 增大D形金属盒的半径 C. 减小狭缝间的距离 D. 减小磁场的磁感应强度 ‎【答案】B ‎【解析】试题分析：由，解得．则动能，知动能与加速的电压无关，狭缝间的距离无关，与磁感应强度大小和D形盒的半径有关，增大磁感应强度和D形盒的半径，可以增加粒子的动能，故BD正确，‎ 考点：考查回旋加速器工作原理 ‎5. 甲、乙两个完全相同的铜环均可绕竖直固定轴O1O2旋转，现让它们以相同角速度同时开始转动，由于阻力作用，经相同的时间后停止．若将圆环置于如图所示的匀强磁场中，甲环的转轴与磁场方向垂直，乙环的转轴与磁场方向平行．再让甲、乙两环同时以相同的初始角速度开始转动后，下列判断正确的是(　　)‎ A. 乙环先停下 B. 甲环先停下 C. 两环同时停下 D. 两环都不会停下 ‎【答案】B ‎【解析】当金属环转动时，乙环一直与磁场方向平行，磁通量为零，甲环磁通量不断变化，不断有感应电流；产生感应电流后，一定受到安培力，安培力一定是阻碍圆环的转动，即一定阻碍圆环与磁场间的相对运动，所以甲环先停止运动，故B正确，ACD错误。‎ ‎6. 如图所示，虚线上方空间有垂直线框平面的匀强磁场，直角扇形导线框绕垂直于线框平面的轴O以角速度ω匀速转动．设线框中感应电流方向以逆时针为正，那么在图中能正确描述线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流随时问变化情况的是（   ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】试题分析：从图示位置转过90°时，线圈中无电流；再转过90°时，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向（正向）的电流；再转过90°时，线圈中无电流；再转过90°时产生顺时针方向（负向）的电流，选项A正确。‎ 考点：楞次定律 ‎7. ．矩形金属导线框abcd在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的图像如图甲所示。T=0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里，则在0-4s时间内，图中能正确表示线框ab边所受的安培力F随时间t变化的图像是（规定ab边所受的安培力方向向左为正）（）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】试题分析: 根据法拉第电磁感应定律，在0～2s内电流的大小恒定；根据法拉第电磁感应定律，在2～4s电流的大小也是恒定。3s～4s内，磁场向里且增大，线框中电流方向a→b，根据左手定则，ab边受到向右的力，为反方向．综合上述三项，知A正确；0～1s内，由楞次定律可判断电流方向为b→a，由左手定则可判断ab边受到的安培力向左，为正方向的力．故B错误；2s～3s内，磁场向外且减小，线框中电流方向为a→b，ab边受到向左的力，为正方向．故C错误；1s～2s内，磁场向外且增大，线框中电流方向为b→a， ab边受到向右的力，为反方向．故D错误．‎ 考点：法拉第电磁感应定律，楞次定律，左手定则 ‎8. 如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度。给该台灯接220 V的正弦交变电流后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为(　　)‎ A. 220 V B. 110 V C. V D.  V ‎【答案】C ‎【解析】‎ 设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：交流电产生的热量： ‎ 直流电产生的热量： ,解得：U=110V，选项B正确；故选B.‎ 点睛：求解交流电的有效值，从有效值的定义出发，根据一个周期内通过相同的电阻，发热量相同，此直流的值即为交流电的有效值.‎ ‎9. 下列关于磁场对通电导线和运动电荷的说法中，正确的是（ ）‎ A. 磁场对通电导线的作用力的方向一定与磁场方向垂直 B. 带电粒子只受洛伦兹力作用时，其动能不变，速度一直改变 C. 有固定转动轴的通电线框在磁场中一定会转动 D. 电荷在磁场中不可能做匀速直线运动 ‎【答案】AB ‎【解析】磁场对通电导线的作用力即安培力方向与磁场方向一定垂直，故A正确；带电粒子只受洛伦兹力作用时，洛伦兹力与速度方向始终垂直，对电荷不做功，动能不变，而速度方向发生变化，速度一直在变，故B正确；有固定转动轴的通电线框在磁场中不一定会转动，当合力矩为零，通电线圈在磁场不会转动，故C错误；当电荷与磁场方向平行时，不受洛伦兹力，电荷在磁场中做匀速直线运动，故D错误。所以AB正确，CD错误。‎ ‎10. 如图所示，电路中A和B是两个完全相同的小灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的电感线圈，C是电容很大的电容器．当S闭合与断开时，对A、B的发光情况判断正确的是(　)‎ A. S闭合时，A立即亮，然后逐渐熄灭 B. S闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭 C. S闭合足够长时间后，B发光而A不发光 D. S闭合足够长时间后再断开，B立即熄灭而A逐渐熄灭 ‎【答案】AC ‎【解析】解：AB、S闭合之后，由于L的阻碍作用AB立即亮，之后，L的直流电阻为零，A被短路，B发光，而A不发光，故A正确，B错误；‎ C、S闭合足够长时间后，L线圈相当于导线，则A不发光，而B正常发光，故C正确；‎ D、S闭合足够长时间再断开S后，电容器对B放电，所以导致B逐渐熄灭，故D错误；‎ 故选：AC．‎ ‎【点评】做好本题的关键是知道电容器是通高频阻低频，线圈会阻碍电流的突变，从电容和线圈对电流的作用角度分析．‎ ‎11. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势图象如图，则（ ）‎ A. t1、t3线圈通过中性面 B. t2、t4线圈中磁通量最大 C. t1、t3线圈中磁通量变化率最大 D. t2、t4线圈平面与中性面垂直 ‎【答案】AD ‎【解析】试题分析：t1，t3时刻，感应电动势为零，故线圈通过中性面，此时磁通量最大，磁通量的变化率最小，故选项A正确，BC错误；t2，t4时刻，感应电动势最大，此时线圈平面与中性面垂直，选项D正确。故选AD.‎ 考点：交流电的产生及变化规律.‎ ‎12. 如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B1=1T。位于纸面内的细直导线，长L=1 m，通有I=1 A的恒定电流。当导线与B1成60°夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的可能值（ ）‎ A. T B. T C. 1T D. T ‎【答案】BCD 考点：磁场强度的合成。‎ 二、填空题：（21分，每空3分，将符合题意的内容填在横线上，）‎ ‎13. 两位同学在实验室中利用如图(a)所示的电路测定定值电阻R0、电源的电动势E和内电阻r，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时，一个同学记录的是电流表A和电压表V1的测量数据，另一同学记录的是电流表A和电压表V2的测量数据.并根据数据描绘了如图(b)所示的两条U－I图线.回答下列问题：‎ ‎ (1)根据甲、乙两同学描绘的图线，可知  （____）‎ A.甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据 B.甲同学是根据电压表V2和电流表A的数据 C.乙同学是根据电压表V1和电流表A的数据 D.乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据 ‎(2)图象中两直线的交点表示的物理意义是   （____）‎ A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端      B.电源的输出功率最大 C.定值电阻R0上消耗的功率为0.5 W          D.电源的效率达到最大值 ‎(3)根据图(b)，可以求出定值电阻R0＝___Ω，电源电动势E＝__V，内电阻r＝__Ω.（结果都保留两位有效数字）‎ ‎(4) 该电路中电流表的读数__________（填：“可能”或“不可能”）达到0.6A，理由是    ___________。.‎ ‎【答案】 (1). AD (2). BC (3). 2.0Ω (4). 1.5V (5). 1.0Ω (6). 不可能 (7). 当R阻值最小时电流取得最大值0.5A ‎【解析】（1）从电路图可知，电流表A的读数增大时，电压表V1的读数减小，电压表V2的读数增大；甲同学是根据电压表V1和电流表A的数据绘制图象的，故A正确，B 错误；乙同学是根据电压表V2和电流表A的数据绘制图象的，故C错误，D正确。所以选AD。 （2）图象中两直线的交点表示电压表V1的读数与电压表V2的读数相等，即滑动变阻器的阻值为零。滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端，故A错误；图象可以得出电阻R0的阻值大于电源的内阻，滑动变阻器的阻值减小，电源的输出功率增大，两直线的交点对应滑动变阻器的阻值为零，即电源的输出功率最大，故B正确；定值电阻R0消耗功率为：P=U2I=1.0×0.5 W=0.5 W，故C正确；电源的效率为：，即U越大，效率越大，故D错误。所以选BC。‎ ‎（3）从图象可以得出定值电阻R0的阻值为：，从甲同学的图象可以得出图象在U轴上的截距为1.50 V，即电源的电动势为1.50 V，内阻为图象斜率的绝对值即：。‎ ‎（4）由上面分析知，当滑动变阻器被短路时电流表的最大值为0.5A，故该电路中电流表的读数不能达到0.6A。‎ 三、计算题：（本大题包含3小题，共41分，解答应写出必要的文字说明、方程式和主要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）。‎ ‎14. 发电机转子是匝数n=100，边长L=20cm的正方形线圈，其置于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，绕着垂直磁场方向的轴以ω=100π(rad／s)的角速度转动，当转到线圈平面与磁场方向垂直时开始计时.线圈的电阻r=1Ω，外电路电阻R=99Ω.试求：‎ ‎(1)写出交变电流瞬时值表达式；‎ ‎(2)外电阻上消耗的功率；‎ ‎(3)从计时开始，线圈转过过程中，通过外电阻的电荷量是多少?‎ ‎【答案】（1）i=6.28sin100πt   （2）1.95×103W  （3）1×10-2C ‎【解析】试题分析： （1）电动势的最大值：Em=nBωL2=200π=628（V）‎ 根据闭合电路欧姆定律得 Im==6．28A 故交变电流瞬时值表达式：i=6．28sin100πt ‎（2）电流的有效值I=‎ 由P=I2R得外电阻上的消耗功率： P=（）2R=1．95×103W ‎（3）从计时开始到线圈转过过程中，平均感应电动势由E=n得 平均电流：=/（ R+r）=nBL2／2（R+r）·Δt 通过外电阻的电荷量：q=·Δt= nBL2／2（R+r）=1×10-2C 考点：交流电；法拉第电磁感应定律 ‎15. 如图所示有一个圆环形区域，区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，已知其截面内半径为R1＝1.0 m，磁感应强度为B＝1.0 T，被约束粒子的比荷为＝4.0×107 C/kg，该带电粒子从中空区域与磁场交界面上的P点以速度v0＝4.0×107 m/s沿环的半径方向射入磁场(不计带电粒子在运动过程中的相互作用，不计带电粒子的重力)．求 ‎（1）粒子在磁场中做圆周运动的半径r ‎（2）如果被约束粒子不穿越磁场外边界，求磁场区域的最小外半径R2.‎ ‎【答案】（1）1.0m （2）2.41 m ‎ ‎ ‎（1）粒子在磁场中做圆周运动时，洛伦兹力提供向心力：‎ 解得：‎ 代入数据可得：r=1.0m ‎(2)粒子运动轨迹如图所示：‎ 由几何关系得R2=R1+r 解得：‎ 点睛：本题主要考查了粒子在有圆形边界的磁场做匀速圆周运动的问题，画出轨迹，根据几何知识分析临界条件，求半径和圆心角是常用的思路。‎ ‎16. 如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨与水平面成53°夹角固定放置，导轨间连接一阻值为6Ω的电阻R，导轨电阻忽略不计．在两平行虚线m、n间有一与导轨所在平面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场．导体棒a的质量为ma=0.4kg，电阻Ra=3Ω；导体棒b的质量为mb=0.1kg，电阻Rb=6Ω；它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好．a、b从开始相距L0=0.5m处同时将它们由静止开始释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时，a正好进入磁场（g取10m/s2，不计a、b之间电流的相互作用sin53°=0.8）．求：‎ ‎（1）当a、b分别穿越磁场的过程中，通过R的电荷量之比；‎ ‎（2）在穿越磁场的过程中，a、b两导体棒匀速运动的速度大小之比；‎ ‎（3）磁场区域沿导轨方向的宽度d为多大；‎ ‎（4）在整个过程中，产生的总焦耳热．‎ ‎【答案】（1）2：1 （2）3：1 （3）0.25m （4）1J ‎【解析】试题分析：导体棒进入磁场切割磁感线，从而产生感应电动势，电路出现感应电流，则由法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律，可推出通过导体棒的电量表达式即可求解；两棒匀速穿越磁场的过程中，安培力等于重力的分力，根据平衡条件即可求得速度之比；当b棒到达m时，两棒的速度相等，根据两棒匀速运动的速度关系，求出两速度，根据速度位移公式即可求出磁场区域沿导轨方向的宽度d；在a穿越磁场的过程中，因a棒切割磁感线产生感应电流，可求出对应的安培力做功，同理b棒切割磁感线，产生感应电流，从而求出安培力做功，则两棒整个过程中，产生的总焦耳热为两者之和。‎ ‎（1）根据电量表达式：‎ 由闭合电路欧姆定律： ‎ 法拉第电磁感应定律：‎ 联立可得：‎ 在b穿越磁场的过程中，b是电源，a与R是外电路，电路的总电阻R总1=8Ω，‎ 通过R的电荷量为：‎ 同理a棒在磁场中匀速运动时：R总2=6Ω，‎ 通过R的电荷量为：‎ 可得：qRa：qRb=2：1‎ ‎（2）设b在磁场中匀速运动的速度大小为vb，产生的感应电动势为：‎ 则b中的电流：‎ 由于b在磁场中做匀速运动由以上两式得：‎ 同理a棒在磁场中匀速运动时：‎ 可得va：vb=3：1‎ ‎（3）设a、b穿越磁场的过程中的速度分别为va和vb，‎ 由题意得：va=vb+gsin53°t 匀速直线运动，则有d=vbt 根据速度位移公式：‎ 代入数据解得：d=0.25m ‎（4）由功能关系，焦耳热等于导体克服安培力做的功 a受的安培力大小为：F安a=magsin53°‎ 安培力做功为：Wa=magdsin53°=0.8J 同理Wb=mbgdsin53°=0.2J ‎ 在整个过程中，电路中共产生多少焦耳热为：Q=Wa+Wb=1J 点睛：本题主要考查了关键能够正确地对a、b棒进行受力分析，根据受力情况判断物体的运动情况，以及知道在匀速运动时，安培力等于重力沿斜面方向的分力。‎ ‎ ‎ ‎ ‎