安徽省合肥市肥东县第二中学2020学年高二物理下学期期中试题（含解析）

安徽省合肥市肥东县第二中学2020学年高二物理下学期期中试题（含解析）

肥东二中2020学年第二学期期中考试 ‎ 高二年级物理试题 一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1—7小题，只有一个选项正确；第8—10小题，有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。)‎ ‎1.关于物理学发展过程中的认识，下列说法正确的是( )‎ A. 奥斯特发现了电流磁效应，并发现了电磁感应现象 B. 楞次发现了电流的磁效应，揭示了磁和电的联系 C. 在法拉第、纽曼、韦伯等人工作的基础上，人们认识到：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为法拉第电磁感应定律 D. 法拉第在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A.奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，A错误。‎ B.奥斯特发现了电流的磁效应，B错误。‎ C.在法拉第、纽曼、韦伯等人工作的基础上，人们认识到：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，后人称之为法拉第电磁感应定律，C正确。‎ D.楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，D错误。‎ ‎2.如图所示，导线框abcd与导线在同一平面内，直导线通恒定电流I，当线框由左向右匀速通过直导线时，线框中感应电流的方向是（　　）‎ A. 始终dcba B. 先abcd，后dcba C. 先abcd，后dcba，再abcd D. 先dcba，后abcd，再dcba ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】根据右手定则可以判断，线圈所在位置磁场垂直纸面向外，根据电流磁场分布，线圈向右移动过程中，回路磁通量向外变大，感应电流磁场向里，根据右手定则判断，电流方向dcba，当dc边通过直导线位置后，磁通量向外减小，感应电流磁场向外，感应电流方向abcd，当ab过直导线后，磁通量向里减小，感应电流磁场向里，电流为dcba，ABC错误D正确。‎ ‎3.通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1s，电阻两端电压的有效值为( )‎ A. 12V B. 8V C. 4V D. 15V ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】根据电流的热效应，设有效值为I，，解得：，所以电压有效值：，ABD错误C正确。‎ ‎4.如图所示，螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间，并处于静止状态，若条形磁铁突然插入线圈时，小球的运动情况是( )‎ A. 向左摆动 B. 向右摆动 C. 保持静止 D. 无法判断 ‎【答案】A ‎【解析】‎ 条形磁铁S极突然插入线圈时，螺线管磁场向左增加，楞次定律得左板为正极，右侧负极，带负电的通草球受向左电场力，将向左偏。A正确。故本题选A。‎ ‎5.如图所示的电路中，AB是相同的两小灯，L是一个带铁芯的线圈，电阻可不计，调节R，电路稳定时两灯都正常发光，在在开关合上和断开时( )‎ A. 两灯同时点亮、同时熄灭 B. 合上S时，B比A先到达正常发光状态 C. 断开S时，A灯会突然闪亮一下后再熄灭 D. 断开S时，通过B灯的电流方向与原电流方向相同 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】AB.因为A灯支路有电感线圈的存在会阻碍电流的变化，所以合上S时，A灯支路电流缓慢增加，A灯逐渐变亮，B灯瞬间正常发光，所以B比A先到达正常发光状态，A错误B正确。‎ CD.断开S时，电感线圈要阻碍电流的减小，A支路电流从原值缓慢减小，所以A灯逐渐熄灭，不会闪亮一下；而此时A、B组成闭合回路，流经B灯泡的电流方向与原方向相反，CD错误。‎ ‎6.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2:1，电池和交变电源的电动势都为6V，内阻不计，下列说法正确的是( )‎ A. S与a接通的瞬间，R中无感应电流 B. S与b接通稳定后，R两端的电压为3V C. S与a接通稳定后，R两端的电压为3V D. S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为2：1‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】AC.S与a接通的瞬间，原线圈电流突然增大，产生的磁场突然变强，副线圈回路磁通量变大，R中有感应电流；S与a接通稳定后，原线圈电流不再发生变化，产生恒定磁场，副线圈磁通量不变，副线圈没有感应电流，AC错误。‎ BD. S与b接通稳定后，根据变压器原理，副线圈电压；变压器无法改变交流电的频率，所以频率比为1：1，B正确D错误。‎ ‎7.等腰三角形内有垂直纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L，t=0时刻，边长为L的正方形导线框从图示位置沿x轴匀速穿过磁场，取顺时针方向为电流的正方向，则能够正确表示导线框中电流-位移（i-x）关系的是（　　）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ 试题分析：设线圈bc边的位置坐标为x，当x在0-L过程，线框bc边有效切线长度为l=x，‎ 感应电动势为：E=Blv=Bxv 感应电流为：‎ 根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→b→c→d→a，正值，且随i与x成正比；‎ 当xL-L过程中，bc边和ad边同时切割磁感线，且切割磁感线的长度bc＞ad，感应电动势为：‎ E=B（2L-x）v-B（x-L）v=B（3L-2x）v 感应电流为：根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→b→c→d→a，为正值，且随x增大i减小；当x在L-2L过程中，bc边和ad边同时切割磁感线，且切割磁感线的长度bc＞＜ad，感应电动势为：E=B（x-L）v-B（2L-x）v=B（2x-3L）v 感应电流为：‎ 根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，且随x增大i增大；‎ 当x在2L-3L过程，线框bc边有效切线长度为：l=3L-x 感应电动势为：E=Blv=B（3L-x）v 感应电流为：； 根据楞次定律判断出来感应电流方向沿a→d→c→b→a，为负值，且随x增大i减小；由数学知识可得A符合．故选A．‎ 考点：电磁感应的图线问题 ‎【名师点睛】本题关键确定线框有效切割长度与x的关系，再结合数学知识选择图象；解题时要分段确定线框有效的切割长度，分析线框中感应电动势的大小与位置坐标的关系．线框的电阻一定，感应电流与感应电动势成正比。‎ ‎8.如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ，分别用相同材料，不同粗细的导线绕制（Ⅰ为细导线）．两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面．运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界．设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为v1、v2，在磁场中运动时产生的热量分别为Q1、Q2．不计空气阻力，则（　　）‎ A. v1＜v2 B. v1=v2 C. Q1＞Q2 D. Q1＜Q2‎ ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】由于从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度v，切割磁感线产生感应电流同时受到磁场的安培力为：，由电阻定律有： （ρ为材料的电阻率，l为线圈的边长，S为单匝导线横截面积），所以下边刚进入磁场时所受的安培力为： ，此时加速度为： ，将线圈的质量m=ρ0S•4l（ρ0‎ 为材料的密度）代入上式，所以得加速度为： 经分析上式为定值，线圈Ⅰ和Ⅱ同步运动，落地速度相等v1=v2，由能量守恒可得： （H是磁场区域的高度），Ⅰ为细导线m小，产生的热量小，所以Q1＜Q2，AC错误BD正确。‎ ‎9.如图（a）所示，半径为r的带缺口刚性金属圆环固定在水平面内，缺口两端引出两根导线，与电阻R构成闭合回路．若圆环内加一垂直于纸面变化的磁场，变化规律如图（b）所示．规定磁场方向垂直纸面向里为正，不计金属圆环的电阻．以下说法正确的是（　　）‎ A. t=2s时，Uab=πr2B0‎ B. 1-2s内，回路中的电流逐渐减小 C. 2-3s内，穿过金属圆环的磁通量在增加 D. 0-1s内，流过电阻R的电流方向为a→b ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】A.t=2s时，感应电动势：，A正确。‎ B.1-2s内，根据，可知，感应电动势不变，则感应电流不变，B错误。‎ C. 2-3s内，磁感应强度大小在增大，方向为负方向，所以磁通量在增大，C正确。‎ D.0-1s内，磁感应强度向里增大，感应电流磁场向外，根据右手定则判断流过电阻R电流方向为b→a，D错误。‎ ‎10.如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1=500匝，副线圈匝数n2‎ ‎=100匝，原线圈中接一交变电源，交变电源电压u=220sin100πt（V）副线圈中接一电动机内阻为10Ω，电流表A2示数为1A．电表对电路的影响忽略不计，则下列说法正确的是（　　）‎ A. 电流表A1示数为0.2A B. 此交流电的频率为100Hz C. 此电动机输出功率为44W D. 如果电动机被卡住而不损坏，则电源的输出功率变为原来的4.4倍 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【详解】A.根据变压器原理可知A1示数：，A正确。‎ B.根据题意可知，角速度为100πrad/s，所以频率：，B错误。‎ C.电动机两端电压：，所以电动机的输出功率：，C错误。‎ D.如果电动机被卡住而不损坏，副线圈的电流，根据，电源的输出功率，D正确。‎ 二、填空题（共12分，把答案填在题中的横线上）‎ ‎11.图为“研究电磁感应现象”的实验装置。‎ ‎（1）将图中所缺导线补接完整__________。‎ ‎（2）如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上电键后：‎ A．将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将_____。(填“向左偏转一下”或“向右偏转一下”或“不偏转”)‎ B．原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针______。(填“向左偏转一下”或“向右偏转一下”或“不偏转”)‎ ‎【答案】 (1). 如图所示：‎ ‎ (2). 向右偏转一下 (3). 向左偏转一下 ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使原线圈产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路，如图所示：‎ ‎（2）闭合开关，穿过副线圈的磁通量增大，灵敏电流表的指针向右偏；‎ A．将原线圈迅速插入副线圈时，磁场方向不变，穿过副线圈的磁通量增大，灵敏电流计指针将向右偏转一下；‎ B．原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，原线圈电流变小，穿过副线圈的磁场方向不变，但磁通量变小，灵敏电流计指针将向左偏转一下。‎ ‎12.普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则ab接_______cd接 _______（选填MN或PQ），Iab_______Icd。（选填“>”或“<”）‎ ‎【答案】 (1). ab接MN (2). cd接PQ (3). Iab>Icd ‎【解析】‎ ‎【详解】根据变压器原理，电流与匝数成反比，电流互感器目的是将大电流变成小电流，所以交流电流表PQ应接cd端，MN接ab端；所以Iab>Icd 三、解答题（共48分，解答时写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。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）‎ ‎13.如图所示，水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ，它们的电阻可忽略不计，在M和P之间接有阻值为R的定值电阻。导体棒ab长l＝0.5m，其电阻为r，与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝0.4T。现在在导体棒ab上施加一个水平向右的力，使ab以v＝10m/s的速度向右做匀速运动时，求：‎ ‎⑴ab中的感应电动势多大？‎ ‎⑵ab中电流的方向如何？‎ ‎⑶若定值电阻R＝3.0Ω，导体棒的电阻r＝1.0Ω，多大？‎ ‎【答案】（1）2V（2）b→a  （3）0.5A ‎【解析】‎ ‎（1）ab中的感应电动势为：E＝Blv（3分）‎ 代入数据得：E=2．0V （1分）‎ ‎（2）ab中电流方向为b→a（3分）‎ ‎（3）由闭合电路欧姆定律，回路中的电流（3分）‎ 代入数据得：I＝0．5A （2分）‎ ‎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=1T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=4πsin100πtA.（2）7.8×103W（3）2×10-2C ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）因为转到线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，所以感应电动势的表达式：，感应电流表达式：。‎ ‎（2）根据分析可知，感应电流的有效值为：，所以外电阻功率：。‎ ‎（3）从计时开始转过过程中，，感应电动势：，感应电流：，通过截面电量。‎ ‎15.一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给某工厂，已知发电机的输出功率为50 kW，输出电压为500‎ ‎ V，升压变压器原、副线圈匝数比为1:5，两个变压器间的输电导线的总电阻为15 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，变压器本身的损耗忽略不计，在输电过程中电抗造成电压的损失不计，求：‎ ‎（1）升压变压器副线圈两端的电压；‎ ‎（2）输电线上损耗的电功率；‎ ‎（3）降压变压器原、副线圈的匝数比。‎ ‎【答案】（1） （2） （3）‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）根据理想变压器原、副线圈的匝数比等于电压比即可求出；‎ ‎（2）关键输入的电功率，求出输送电路中的电流，由P=I2R即可求出损耗的电功率；‎ ‎（3）根据输电线上的电压损失，可知降压变压器的输入电压，再根据理想变压器原、副线圈的匝数比等于电压比即可求出降压变压器原、副线圈的匝数比．‎ ‎【详解】（1）因为，所以 ‎（2），‎ 输电线中电流：‎ 则输电线损耗功率：‎ ‎（3）输电线上损耗的电压：‎ 降压变压器原线圈：‎ 降压变压器匝数比：‎ ‎【点睛】考查了远距离输电、理想变压器的特点，理解功率关系输出决定输入是关键．‎ ‎16.如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角θ＝30°的绝缘斜面上，两导轨间距为l＝0.5m，M、P两点间接有阻值为R＝2Ω的电阻。一根质量为m＝0.1kg的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，导轨和金属杆的电阻可忽略。导轨的下端处于方向垂直斜面向下、磁感应强度为B＝2T的匀强磁场中，磁场区域的宽度d＝1.2m，导体杆ab静止在距磁场的上边界s＝0.4m处。让ab杆沿导轨由静止开始下滑，已知导体杆接近磁场下边界时匀速运动，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦，重力加速度g取10m/s2。求：‎ ‎(1)导体杆刚进入磁场时，通过导体杆上的电流大小和方向；‎ ‎(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量；‎ ‎(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热。‎ ‎【答案】（1），方向：由向 ‎（2）‎ ‎（3）‎ ‎【解析】‎ 试题分析：（1）设金属杆刚进入磁场时速度v1，则 得 ‎，方向：由向。‎ ‎（2）导体穿过磁场的过程中通过R的电量，，。‎ ‎（3）设金属杆出磁场时速度为，由导体杆匀速运动可知：‎ v2=1m/s 设产生焦耳热为Q，从开始下落到穿出磁场过程中，由功能关系得 ‎，‎ 考点：电磁感应中的力学问题 ‎