2017-2018学年河北省张家口市高二上学期期末考试物理试题 解析版

2017-2018学年河北省张家口市高二上学期期末考试物理试题 解析版

河北省张家口市2017-2018学年高二上学期期末考试物理试题 一、选择题(第1～8小题单选，第9～12小题多选)‎ ‎1. 下列说法正确的是 A. 库仑提出了库仑定律，并最早用实验测得元电荷e的数值 B. 库仑定律中的平方反比关系由库仑通过库仑扭秤实验获得 C. 奥斯特首先发现了磁场对电流的作用规律 D. 楞次发现了电磁感应现象，首先提出了场的观点 ‎【答案】B ‎【解析】库仑提出了库仑定律，密里根最早用实验测得元电荷e的数值，故A错误；库仑用他发明的扭秤研究带电体间的相互作用，建立了库仑定律，故B正确；安培发现了磁场对电流的作用规律，故C错误；法拉第发现了电磁感应现象，首先提出了场的观点．故D正确．选B.‎ ‎2. 图中标出了磁场B的方向，通电直导线中电流I的方向以及通电直导线所受磁场力F的方向，其中正确的是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎ ‎ 解：A、如图所示，由安培定则可知，安培力方向垂直于电流方向向上，故A错误；‎ B、如图所示，由安培定则可知，电流方向与磁场方向平行，因此不受安培力作用，故B错误；‎ C、如图所示，由安培定则可知，安培力方向竖直向下，故C正确；‎ D、如图所示，由安培定则可知，安培力垂直于导线向外，故D错误．‎ 故选C．‎ ‎【点评】左手定则中涉及物理量及方向较多，在应用过程中容易出现错误，要加强练习，增加熟练程度．判断通电导线的安培力方向，既要会用左手定则，又要符合安培力方向的特点：安培力方向既与电流方向垂直，又与磁场方向垂直．‎ ‎3. 如图所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相同、大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内。下列说法正确的是 A. a点的磁感应强度一定为零 B. b点的磁感应强度一定为零 C. ef导线受到的安培力方向向左 D. cd导线在a 点产生的磁场方向垂直纸面向外 ‎【答案】C ‎【解析】根据安培定则可知，通电导线cd在a点产生的磁场方向垂直纸面向里，通电导线ef在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，但a点离cd较近，故a点的磁场方向垂直纸面向里，故a点的磁感应强度一定不为零，故AD错误；根据安培定则可知，通电导线ef和cd在b点产生的磁场方向相同，均为垂直纸面向外，所以b点的磁场方向向外，故b点的磁感应强度一定不为零，故B错误；根据左手定则可判断，电流方向相反的两根导线所受的安培力互相排斥，所以ef导线受到的安培力方向向右，故C正确；选C.‎ ‎4. 如图所示，四边形线圈abcd放在范围足够大的匀强磁场中并做下列运动，能产生感应电流的是 ‎ ‎ A. 向上平移 B. 向右平移 C. 向左平移 D. 以bd 为轴转动 ‎【答案】D ‎【解析】由于磁场是匀强磁场且范围足够大，因此线圈无论向那个方向平移，磁通量都不会发生变化，故ABC都错误；当线圈以bd为轴旋转时，其磁通量发生变化，有感应电流产生，故D正确；故选D．‎ ‎5. 如图A、B、C是点电荷Q形成的电场中的点，BC是以O为圆心的一段圆弧。，正电荷q沿A→B→C移动，则 A. 点电荷Q带正电 B. 沿BC运动时电场力做正功 C. 的电场强度与C 点的相同 D. q在A点时具有的电势能比在C点时的大 ‎【答案】D ‎【解析】根据AB两点的电势差为+5v，可知电场方向沿AB，可知Q为负电荷，故A错误；BC为等势面，故沿BC运动时电场力不做功；根据点电荷的电场强度公式，可知两点的电场强度大小相等，但方向不同，故C错误；根据AB两点的电势差为+5v，且q为正电荷，故在A点时具有的电势能比在B点时的大，而BC电势相等，则在A点时具有的电势能比在C点时的大，故D正确；故选D.‎ ‎【点睛】根据AB两点的电势差为+5v，可知电场方向沿AB，可判断Q的电性；点电荷的电场线、等势面、电场强度的特点；电势能电场力做功．‎ ‎6. 如图所示，两平行金属板P、Q水平放置，上极板带正电下极板带负电板间存在匀强电场和强磁场(图中未面出)，一个带电粒子在两平行板间做匀速直线运动后，从O点垂直进入另一个垂直纸而向外的匀强磁场中，粒子做匀速圆周运动，最后打在挡板MN上的A点，不计粒子重力。下列说法正确的是 A. 此粒子一定带负电 B. P、Q间的磁场一定垂直纸面向外 C. 若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的荷质比 D. 若另个带电粒子也能做匀速直线运动，则它一定与该粒子具有相同的荷质比 ‎【答案】C ‎【解析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子向下偏转，粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力竖直向下，应用左手定则可知，粒子带正电，故A错误；粒子在复合场中做匀速直线运动，粒子所受合力为零，粒子所受电场力竖直向下，则粒子所受洛伦兹力竖直向上，由左手定则可知，P、Q间的磁场垂直于纸面向里，故B错误；粒子在复合场中做匀速直线运动，由平衡条件可知：，解得：，粒子具有相同的速度，不一定具有相同的荷质比；粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得，由于粒子匀速通过P、Q间的复合场，则粒子速度v相同，粒子运动轨迹相同，则粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r相同，则粒子的荷质比相同，故C正确，D错误；选C. ‎ ‎【点睛】粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力，根据粒子偏转方向应用左手定则可以判断出粒子的电性；粒子在复合场中做匀速直线运动，根据平衡条件判断出洛伦兹力方向，然后应用左手定则可以判断出磁场方向；根据粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径，结合半径公式求出粒子电荷量与质量的比值 ，然后分析答题．‎ ‎7. 如图所示电路中，A、B为完全相同的两个灯泡，L是一直流电阻可忽略的电感线圈。a、b为线圈的左右两端点，原来开关S是闭合的。两个灯泡亮度相同、将开关S断开后，下列说法正确的是 A. a点电势高于b点，A灯立即熄灭 B. a点电势低于b点，B灯立即熄火 C. a点电势高于b点，B灯缓慢熄灭 D. a点电势低于b点，B灯缓慢想灭 ‎【答案】D ‎【解析】开关闭合稳定时，两个灯泡亮度相同，则流过A的电流等于流过B的电流，开关由闭合到断开瞬间，A灯原来的电流瞬间消失，而线圈产生自感电动势阻碍A灯中电流减小，并与AB组成回路，原来两支路电流相等，则开关断开瞬间，电流都从原来A的值开始减小，所以两灯均过一会儿才熄灭．由于电流的方向与A的原电流的方向相反，则流过两个灯的电流的方向为逆时针方向，b点电势高于a点．故选D．‎ ‎【点睛】开关由闭合到断开瞬间，B灯原来电流立即消失，而线圈产生自感电动势与AB组成回路，由于阻碍作用使电流逐渐减小．‎ ‎8. 如图所示，两个较大的平行金属板A、B分别接在电源正、负极上，这时质量为m，带电的油滴恰好静止在两极板之间。在其他条件不变的情况下，如果将B板非常缓慢地向下移动一些，那么在移动的过程中 A. 油滴将向上加速运动，电流计中的电流从a流向b B. 油滴将向下加速运动，电流计中的电流从a流向b C. 油滴静止不动，电流计中的电流从b流向a D. 油滴静止不动，电流计中的电流从a流向b ‎【答案】B ‎【解析】将B板非常缓慢地向下移动一些，两板间距增大，根据电容的决定式 分析知，电容减小，而电容器板间电压不变，由分析知，电容器带电量减小，处于放电状态，而电容器上板带正电，则电路中顺时针方向的电流，即电流计中有a→b的电流．由于板间电压不变，则板间场强变小，油滴所受电场力变小，向下加速运动．故B正确，ACD错误．故选B．‎ ‎9. 如图所示，磁场的方向垂直纸面向里，大小随时间的变化率增加。用电阻率为、横截面积为S的硬导线做成一边长为L的方框abcd。将方框固定于纸面内，其右半部位于磁场区域中，下列说法正确的是 A. 线框中产生的感应电动势为 B. 线框中感应电流的大小为 C. 线框产生的焦耳热的功率为 D. 磁场对方框作用力的大小随时间的变化率为 ‎【答案】AD ‎【解析】根据法拉第电磁感应定律得：感应电动势，线框电阻，感应电流有，线框产生的焦耳热的功率为，磁场对方框作用力的大小，则安培力为，故磁场对方框作用力的大小随时间的变化率为，故AD正确，BC错误；选AD.‎ ‎10. 如图所示的电路中，电源的电动势为3.2V，电阻R的阻值为30Ω，小灯泡L的额定电压为3.0V，额定功率为4.5W.当开关S接位置1时，电压表的读数为3V，下列说法正确的是 A. 电源的内电阻为4Ω B. 小灯泡的电阻为2Ω C. 当开关S接到位置2时，小灯泡很暗 D. 当开关S接到位置2时，小灯泡两端的电压为3V ‎【答案】BC ‎【点睛】灯泡的电阻不变，发光情况根据实际电流如何变化来判断．当开关接1时，根据闭合欧姆定律，求出电源的内阻．再根据闭合电路欧姆定律，研究开关接2时，灯泡的电流与额定电流比较，确定发光情况，由求出电压． ‎ ‎11. 如图所示，真空中O点有一点电荷，在它产生的电场中，a点的场强大小为，方向与ab连线成角，b点的场强大小为，方向与ab连线成角，关于a、b两点场强大小及电势、的高低关系正确的是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】AC ‎【解析】a点到O点的距离，b点到O点距离，由公式，得，即，由图可知，电场是由负点电荷产生的，故在点电荷的周围越靠近场源电势越低，则有有，故AC正确，BD错误；故选AC．‎ ‎【点睛】要比较两点的场强的大小，必需求出两点各自的场强E，根据可知必需知道ab两点到O的距离大小关系，再根据沿电场线方向电势降低确定两点电势的高低．‎ ‎12. 如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截而是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿a轴正方向、大小为I的电流，已知金属导体中单位体积的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子做定向移动可视为匀速运动，测出金属导体前后两个侧面间的电势差的大小为U，则下列说法正确的是 A. 前侧面电势较高 B. 后侧面电势较高 C. 磁感应强度的大小为 D. 磁感应强度的大小为 ‎【答案】BC ‎【解析】电子定向移动的方向沿x轴负向，所以电子向前表面偏转，则前表面带负电，后表面失去电子带正电，后侧面的电势较高，当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向前侧面偏转，使得前后两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差．则可得，，，由以上几式解得磁场的磁感应强度：，故BC正确，AD错误；选BC.‎ ‎【点睛】电子定向移动形成电流，根据电流的方向得出电子定向移动的方向，根据左手定则，判断出电子的偏转方向，在前后两侧面间形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下平衡，根据平衡求出磁感应强度的大小．‎ 二、填空题(共2小题)‎ ‎13. 如图所示，电流表G的内阻，满偏电流为.将此电流表G量程扩大，改装成双量程的电流表，若，，则接Oa时，电流表的量程为________A，接Ob时，电流表的量程为_______A．‎ ‎【答案】 (1). 1 (2). 0.1‎ ‎【解析】，接Oa时，电流表的量程为：；接Ob时，电流表的量程为：.‎ ‎14. 甲、乙、丙位同学协作满定某电池的电动势和内阳。他们设计的电路原理如图1，其中R为电阻箱，电流表A的内阻为.他们改变R的阻值，记下多组R和电流表示数I.‎ 甲同学以作纵坐标，以I作横坐标作图处理数据；乙同学以)为纵坐标，以I为横坐标处理数据。他们在同一张坐标纸上画出的图如图2所示。‎ ‎(1)由图2可知，甲同学绘制的是图线_____(填“a”或“b”)，电源电动势为_______V，内阻为________Ω。‎ ‎(2)丙同学打算以作纵坐标，以R作横坐标，请根据(1)中计算的结果将丙所作图线在图3中画出.____‎ ‎(3)分析可知，在图1所示电路中，当电阻箱的阻值R=_____________Ω时，电阻箱消耗的电功率最大。‎ ‎【答案】 (1). a (2). 1.5 (3). 10 (4). (5). 15‎ ‎【解析】（1）在闭合电路中，由闭合电路的欧姆定律有：，整理得： ，，则图象的斜率绝对值大于图象的斜率绝对值，由图2可知，甲绘制的图线是a，由图2可知：，解得：；（2）在闭合电路中：，整理得：，故图象如图所示：‎ ‎（3）把电流表与电源整体当作等效电源，此时等效的内阻为；故当电阻箱阻值等于等效电源的内阻时电源输出功率最大，电阻箱功率最大，故此时电阻箱阻值为.‎ 三、计算题(4小题)‎ ‎15. 如图所示，在垂直挡板NN方向的右侧存在一垂直纸面向里的匀强磁场。一质量为m，电荷量为q的带负电的粒子以速度v从小孔O垂直射人该匀强磁场中，轨迹经过磁场中某点P。已知O、P两点间距为，该磁场的磁感应强度为。求：‎ ‎(1)电子在磁场中做圆周运动的半径；‎ ‎(2)电子由O运动至P点的时间。‎ ‎【答案】(1)，(2) . ‎ ‎【解析】试题分析：（1）画出电子的运动轨迹图，根据洛伦兹力提供向心力，求出半径；（2）根据几何关系找出圆心角，则运动时间为.‎ ‎(1)如图所示电子的运动轨迹 ‎ 由 得 ‎(2)由几何知识知圆弧对应的圆心角等于 ‎，‎ 联立得：‎ ‎16. 如图所示，匀强电场方向与水平方向的夹角，方向斜向右上方，电场强度为E。质量为m、电荷量带负电的小球，以初速度开始运动，在恒力下作用下，沿电场方向做匀速直线运动。求：恒力F的大小和方向。‎ ‎ ‎ ‎【答案】，与水平方向的夹角为 ‎【解析】对带负电小球进行受力分析，根据带负电小球做匀速直线运动，由共点平衡条件进行求解.‎ 欲使小球做匀速直线运动，必须使其合外力为0‎ 设对小球施加的力F且和水平方向夹角为，则 ‎ ‎ 解得：，‎ ‎17. 如图所示，在第一象限有向下的匀强电场，在第四象限内位于x≤4b范围内有垂直纸面向里的有界匀强磁场，在y轴上坐标为(0，b)的M点，一质量为m，电荷量为q的正点电荷(不计重力)，以垂直于y轴的初速度水平向右进人匀强电场。恰好从轴上坐标为(2b，0)的N点进人有界磁场，最终粒子从磁场右边界离开。求：‎ ‎(1)匀强电场的场强大小E；‎ ‎(2)磁感应强度B的最大值。‎ ‎ ‎ ‎【答案】(1) ，(2).‎ ‎【解析】试题分析：（1）粒子在电场中做的是类平抛运动，根据分位移公式和牛顿第二定律列式，求解场强E的大小．（2）由动能定理求出粒子进入磁场时的速度大小，由速度的分解得到速度的方向．粒子进入磁场后做匀速圆周运动．磁场越强，粒子运动的半径越小，从右边界射出的最小半径即从磁场右上角（4b，0）处射出，由几何关系求出轨迹半径，根据洛伦兹力提供向心力，列式求解磁感应强度强B的最大值．‎ ‎(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动：‎ 竖直位移为 ‎ 水平位移为t 其加速度 ‎ 可得电场强度 ‎(2)根据动能定理，设粒子进入磁场时的速度大小为v 有 ‎ 代人E可得 ‎ v与正x轴的夹角，则有 ‎ 所以 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有 解得：‎ 磁场越强，粒子运动的半径越小，从右边界射出的最小半径即从磁场右上角(4b，0)处射出，由几何关系得：‎ 可得 ‎ ‎18. 如图所示，两根平行竖直金属导轨相距，导轨上端串接一个R=0.5Ω的电阻。在导轨间长d=0.56m的区域内，存在方向垂直导轨平面向右的匀强磁场，磁感应强度B=2.0T。质量m=0.4kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距x=0.24m。现用恒力F=8.8N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直且接触良好。重力加速度，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量。求：‎ ‎(1)CD棒进入磁场时速度v的大小；‎ ‎(2)CD棒进入磁场时所受的安培力的大小；‎ ‎(3)在拉升CD棒的过程中，电阻产生的焦耳热Q.‎ ‎【答案】(1),(2) 4.8N,（3）2.688J.‎ ‎【解析】试题分析：（1）CD棒进入磁场前，由牛顿第二定律求出加速度，再由运动学公式求CD棒进入磁场时速度v．（2）CD棒进入磁场后切割磁感线产生感应电动势，先由E=BLv求感应电动势，再由欧姆定律求出感应电流，最后由安培力公式求解CD棒安培力的大小．（3）由牛顿第二定律求出CD棒进入磁场后的加速度，知道CD棒做匀速运动，求出运动时间，再由焦耳定律求焦耳热．‎ ‎(1)由牛顿第二定律 进人磁场时的速度 ‎(2)感应电动势E=Blv 感应电流 ‎ 安培力 ‎ 代入得 ‎（3）由牛顿第二定律得： ‎ CD棒在磁场区做匀速运动 在磁场中运动时间 焦耳热 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎