- 2021-05-26 发布 |
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文档介绍
【物理】天津市第一中学2019-2020学年高二上学期期末考试试题(解析版)
天津一中2019-2020-1高二年级期末考试物理学科试卷 一、单项选择题(共6小题,每题仅有一个正确选项) 1.如图所示的电路中,两个相同的电流表G1和G2,零点均在刻度盘的中央.当电流从“+”接线柱流入时,指针向左摆;当电流从“-”接线柱流入时,指针向右摆.在电路接通后再断开开关S的瞬间,下述说法中正确的是 ( ) A. G1指针向右摆,G2指针向左摆 B. G1、G2的指针都向右摆 C. G1指针向左摆,G2指针向右摆 D. G1、G2的指针都向左摆 【答案】C 【解析】 【详解】电路稳定后断开,通过电阻这一支路的电流立即消失,由于电感器对电流的变化有阻碍作用,会阻碍其减小,通过电感器的电流并且通过电阻.所以含有电感器的支路的电流从“+”接线柱流入,指针向左摆.含有电阻的支路电流从“-”接线柱流入,指针向右摆.故C正确,ABD错误. 故选C 【点睛】解决本题的关键知道电感器对电流的变化有阻碍作用:当电流增大时,会阻碍电流的增大,当电流减小时,会阻碍其减小,而电阻没有此特点,当K断开电阻、电容构成一回路. 2.航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示.当固定线圈上突然通过直流电时,线圈左侧的金属环被弹射出去.现在线圈左侧同一位置,先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环,电阻率ρ铜<ρ铝.则合上开关S的瞬间,下列() A. 从右侧看,环中产生逆时针方向的感应电流 B. 铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力 C. 若将金属环置于线圈右侧,环将向右弹射 D. 电池正、负极调换后,金属环能向右弹射 【答案】C 【解析】 【详解】A.线圈中电流为左侧流入,磁场方向为向右,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,感应电流由左侧看为逆时针,由右侧看为顺时针,故A错误; B.由于铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大;故铜环受到的安培力要大于铝环,故B错误; C.若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动;故C正确; D.电池正负极调换后,金属环受力向左,故仍将向左弹出;故D错误; 故选C。 3.如图所示,MN、PQ为两平行金属导轨,M、P间连有一阻值为R的电阻,导轨处于匀强磁场中,磁感应强度为B,磁场方向与导轨所在平面垂直,图中磁场垂直纸面向里.有一金属圆环沿两导轨滑动,速度为v,与导轨接触良好,圆环的直径d与两导轨间的距离相等.设金属环与导轨的电阻均可忽略,当金属环向右做匀速运动时 A. 有感应电流通过电阻R,大小为 B. 有感应电流通过电阻R,大小为 C. 有感应电流通过电阻R,大小为 D. 没有感应电流通过电阻R 【答案】B 【解析】 【详解】当金属圆环运动时,相当于电源。即两个电动势相等的电源并联,根据法拉第电磁感应定律,则电路中电动势为: 根据闭合电路欧姆定律,则通过电阻电流的大小为: 故B正确,ACD错误。 故选B. 4.两金属导轨和三根电阻丝如图连接,虚线框内存在均匀变化的匀强磁场,三根电阻丝的电阻大小之比R1:R2:R3=1:2:3,金属导轨电阻不计.当S1、S2闭合,S3断开时,闭合回路中感应电流为I,当S2、S3闭合,S1断开时,闭合回路中感应电流为5I,当S1、S3闭合,S2断开时,以下说法中正确的是() A. 闭合回路中感应电流为7I B. 闭合回路中感应电流为6I C. 上下两部分磁场的面积之比为3:20 D. 无法确定上下两部分磁场的面积比值关系 【答案】A 【解析】 【详解】AB.设磁场上下两部分面积分别为S1和S2,磁场的磁感应强度的变化率为k,三个电阻分别为R、2R、3R;则当S1、S2闭合,S3断开时感应电动势 则 同理当S2、S3闭合,S1断开时,闭合回路中感应电流 则当S1、S3闭合,S2断开时闭合回路中感应电流为 选项A正确,B错误; CD.上下两部分磁场的面积之比为 选项CD错误;故选A. 5.如图为远距离输电示意图,n1、n2和,n3、n4分别是升、降压变压器的原、副线圈,已知发电机的输出电压一定.用电高峰时,某同学发现当他家的大功率电器开启后,家中的自炽灯变暗.下列说法正确的是 A. 该同学家开启大功率电器后,输电线上损失的功率减小 B. 若减小降压变压器原线圈n3的匝数,可能会使白炽灯正常发光 C. 若减小降压变压器副线圈n4的匝数,可能会使自炽灯正常发光 D. 若减小升压变压器副线圈n2的匝数,可能会使白炽灯正常发光 【答案】B 【解析】 【详解】A、用电高峰时,开启大功率电器,用户用电的总功率增加,升压变压器、降压变压器的原、副线圈电流都要增加,功率损失增大,故A错误; B、若减小降压变压器原线圈n3的匝数,根据可知U4增大,根据可知可能会使白炽灯正常发光,故B正确; C、若减小降压变压器副线圈n4的匝数,根据可知U4减小,根据可知使白炽灯更暗,故C错误; D、若减小升压变压器副线圈n2的匝数,根据可知U2减小,根据可知输送电流增大,损失电压增大,功率损失增大,降压变压器的原、副线圈的电压减小,使白炽灯更暗,故D错误; 故选B. 6.如图所示,abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨,间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计.已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd 的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好).则( ) A. 电路中感应电动势的大小为 B. 电路中感应电流的大小为 C. 金属杆所受安培力的大小为 D. 金属杆的发热功率为 【答案】B 【解析】 【详解】A、导体棒切割磁感线产生感应电动势,故A错误; B、感应电流的大小,故B正确; C、所受的安培力为,故C错误; D、金属杆的热功率,故D错误. 二、多项选择题(共4小题,每题至少有两个正确选项) 7.如图所示,虚线间空间存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电场和磁场,有一个带正电小球(电荷量为+q,质量为m)从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下,那么,带电小球可能沿直线通过下列的哪个电磁混合场() A. B C. D. 【答案】CD 【解析】 【详解】A.小球受重力、向左的电场力、向右的洛伦兹力,下降过程中速度一定变大,故洛伦兹力一定变化,不可能一直与电场力平衡,故合力不可能一直向下,故一定做曲线运动,故A错误; B.小球受重力、向左的电场力、垂直向外的洛伦兹力,合力与速度一定不共线,故一定做曲线运动,故B错误; C.小球受重力、向左上方的电场力、水平向右的洛伦兹力,若三力平衡,则粒子做匀速直线运动;故C正确; D.粒子受向下的重力和向上的电场力,合力一定与速度共线,故粒子一定做直线运动,故D正确; 故选CD。 8.调压变压器是一种自耦变压器,它的构造如图所示.线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上.AB间加上正弦交流电压U,移动滑动触头P的位置,就可以调节输出电压.在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表,变阻器的滑动触头为Q.则( ) A. 保持P的位置不动,将Q向下移动时,电流表的读数变大 B. 保持P的位置不动,将Q向下移动时,电流表的读数变小 C. 保持Q的位置不动,将P沿逆时针方向移动时,电流表的读数变大 D. 保持Q的位置不动,将P沿逆时针方向移动时,电流表的读数变小 【答案】BC 【解析】 【详解】保持P的位置不动,U2不变,将Q向下移动时,R变大,故电流表的读数变小;保持Q的位置不动,R不变,将P沿逆时针方向移动时,n2变大,U2变大,故电流表的读数变大. 思路分析:保持P的位置不动,U2不变,将Q向下移动时,R变大,根据欧姆定律可得电流表的读数变化,保持Q的位置不动,R不变,将P沿逆时针方向移动时,n2变大,根据公式可得电压的变化, 试题点评:本题综合考查了带有变压器的电路的动态分析, 9.图示为手机无线充电装置,手机和充电板内部均安装了金属线圈,将手机置于通电的充电板上,便实现了“无线充电”.下列说法正确的是( ) A. 无线充电的原理是电磁感应 B. 将手机旋转一小角度放置,便不能充电 C. 在手机和充电板间垫上几张A4纸,也能充电 D. 充电板不论通入交变电流还是恒定电流均可充电 【答案】AC 【解析】 【详解】ABC项:手机内部的线圈,能将充电板中变化的磁场转化为电流给手机电池充电,是利用电磁感应原理工作的,故AC正确,B错误; D、充电底座利用的电磁感应原理工作的,故不能直接使用直流电进行充电;故D错误. 10.如图所示,一匀强磁场B垂直于倾斜放置的光滑绝缘斜面斜向上,匀强磁场区域在斜面上虚线ef与gh之间.在斜面上放置一质量为m、电阻为R的矩形铝框abcd,虚线ef、gh和斜面底边pq以及铝框边ab均平行,且eh>bc.如果铝框从ef上方的某一位置由静止开始运动.则从开始运动到ab边到达gh线之前的速度(v)﹣时间(t)图象,可能正确的有( ) A. B. C. D. 【答案】AD 【解析】 【详解】线框开始阶段,未进入磁场,做匀加速直线运动,进入磁场时,切割磁感线产生感应电流,受到沿斜面向上的安培力,若速度适中,安培力与重力沿斜面向下的分力大小相等,则线圈做匀速直线运动,由于磁场的长度大于线圈的长度,所以当线圈在磁场中运动的位移大于线圈的宽度后,线圈完全进入磁场中,由于磁通量不变,不产生感应电流,线圈做匀加速直线运动,线圈dc边出磁场时,开始做加速度减小的减速运动,最后可能做匀速运动,速度大于等于线圈进入磁场时的速度,故A正确BC错误;若线圈进入磁场时速度较小,线圈做加速度减小的加速运动,线圈完全进入磁场中,由于磁通量不变,不产生感应电流,线圈做匀加速直线运动,线圈dc边出磁场时,开始做加速度减小的减速运动,最后可能做匀速运动,速度大于等于线圈进入磁场时的速度,故D正确. 【点睛】线框未进入磁场前做匀加速直线运动,进入磁场时,切割磁感线产生感应电流,受到沿斜面向上的安培力,根据安培力与重力沿斜面向下的分力关系,判断线框的运动情况. 三、填空题(共4小题) 11.如图所示为质谱仪的原理图,利用这种质谱仪可以对氢元素的各种同位素迚行测量。从容器A下方的小孔S1迚入加速电压为U的加速电场,可以认为从容器出来的粒子初速度为零,粒子被加速后从小孔S2迚入磁感应强度为B的匀强磁场,最后打在照相底片D上,形成a、b、c三条质谱线,关于氢的三种同位素氕、氘、氚迚入磁场时速率最大的是_________;三条谱线中a是粒子形成的_________。(填“氕”、“氘”或“氚”) 【答案】 (1). 氕 (2). 氚 【解析】 【详解】[1].粒子在电场中被加速,由动能定理得; 粒子进入磁场时的速度大小 由于氕氘氚的电荷量q相等、加速电压U相等、m氕<m氘<m氚,则它们的速度关系为:v氕>v氘>v氚,即速率最大的是氕; [2].粒子进入磁场后做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得: 粒子轨道半径 由于氕氘氚的电荷量q相等、磁感应强度B相等、加速电压U相等、m氕<m氘<m氚,则R氕<R氘<R氚,a、b、c分别对应:氚、氘、氕。 12.两条平行且足够长的金属导轨置于磁感应强度为B的匀强磁场中,B的方向垂直导轨平面。两导轨间距为L,左端接一电阻R,其余电阻不计。长为2L的导体棒ab如图所示放置,开始时ab棒不导轨垂直,在ab棒绕a点紧贴导轨以角速度顺时针旋转90°的过程中,通过电阻R的电流方向为_________(填“由上到下”或者“由下到上”);电动势的最大值为_________;通过电阻R的电荷量是_________。 【答案】 (1). 由上到下 (2). (3). 【解析】 【详解】[1][2].由右手定则可知,通过电阻R的电流方向为由上到下;电动势的最大值为 ; [3].第一阶段:平均电动势 通过R的电荷量 第二阶段ab棒脱离导轨后,电路中没有电流.所以总电量: 13.理想变压器的原、副线圈匝数比n1:n2=1:10,副线圈与阻值R=20W的电阻相连。原线圈接在以速度v=40m/s向右匀速运动的金属棒两端,金属棒的电阻可忽略不计,棒所切割磁场的边界变化规律为y=±,副线圈输出交流电的频率为_________;匀强磁场的磁感应强度B=0.25T,则交流电压表的示数为_________;电阻R上消耗的电功率为_________。 【答案】 (1). 10Hz (2). 20V (3). 2kW 【解析】 【详解】[1].原线圈产生的交流电的周期 则频率为 ; [2].产生交流电最大值 则交流电压表的示数为 [3].变压器次级电压值 电阻R上消耗的电功率为 14.如图所示,一无限长通电直导线固定在光滑水平面上,金属环质量为0.02kg,在该平面上以、与导线成60°角的初速度运动,其最终的运动状态是__________,环中最多能产生__________J的电能. 【答案】 (1). 匀速直线运动 (2). 0.03 【解析】 【详解】金属环最终会沿与通电直导线平行的直线,做匀速直线运动;最终速度v=v0cos60°由能量守恒定律,得环中最多能产生电能E=ΔEk=0.03J 四、计算题(共3小题) 15.如图所示,半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO′以角速度做匀速转动,匀强磁场的磁感应强度为B,从金属环面不磁场方向重合时开始计时,如果组成金属环材料单位长度的电阻值为R, (1)在转过30°角的过程中,感应电动势的平均值是多大?流过金属环的电量是多少? (2)在转过180°角的过程中,环产生的热量是多少? 【答案】(1)(2) 【解析】 【详解】(1)图示位置时穿过线圈的磁通量为:Φ1=0; 转过 30°时穿过线圈的磁通量为: Φ2=BSsin30°=Bπr2 转过 30°用的时间为: 由法拉第电磁感应定律得感应电动势的平均值为: 金属环电阻 R 环=2πrR 感应电流: I=E/R 环 电荷量: q=I△t 解得: (2)金属环匀速转动,产生正弦式交变电流, Em =BSω=Bπr2ω 有效值: 转过 180°需要的时间: 在转过 180°角的过程中,环产生的热量: 解得: 16.如图,在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后,沿平行于x轴的方向射入磁场;一段时间后,该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出.已知O点为坐标原点,N点在y轴上,OP与x轴的夹角为30°,粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为 d,不计重力.求 (1)带电粒子的比荷; (2)带电粒子从射入磁场到运动至x轴时间. 【答案】(1) (2)或 【解析】 【详解】(1)粒子从静止被加速的过程,根据动能定理得:,解得: 根据题意,下图为粒子的运动轨迹,由几何关系可知,该粒子在磁场中运动的轨迹半径为: 粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即: 联立方程得: (2)根据题意,粒子在磁场中运动的轨迹为四分之一圆周,长度 粒子射出磁场后到运动至轴,运动轨迹长度 粒子从射入磁场到运动至轴过程中,一直匀速率运动,则 解得:或 17.如图所示,电阻忽略不计的、两根两平行的光滑金属导轨竖直放置,导轨的间距L=0.5m,其上端接一阻值为的定值电阻。在水平虚线L1、L2间有一不导轨所在平面垂直的匀强磁场B=3T,磁场区域的高度为d=0.8m。导体棒a的质量ma=0.18kg、电阻Ra=6Ω;导体棒b的质量mb=0.18kg、电阻Rb=3Ω,它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑动。若b棒能匀速穿过磁场区域,且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场。设重力加速度为g=10m/s2,不计a、b棒之间的相互作用,导体棒始终不导轨垂直且不导轨接触良好。求: (1)b棒匀速穿过磁场区域时的速度大小vb; (2)M点和N点相距的高度h; (3)a棒穿过磁场区域时的过程中,电阻R产生的热量Q。 【答案】(1)4m/s(2)1m(3)0.144J 【解析】 【详解】(1)设 b 切割磁感线时,总电阻 R1=5Ω,速度为 vb,b棒穿过磁场过程 可得 vb=4m/s; (2)b 棒落到 L1 的时间 tb=0.4s,N 到 L1 的距离为 hN= a 棒落到 L1 的时间 ta=0.6s,M 到 L1 的距离为 hM= M 点和 N 点相距的高度 h=hM - hN =1m; (3)a 在磁场中匀速运动时,总电阻 R2=7.5Ω,速度为 va==6m/s。 恰好有 故 a 棒匀速穿过磁场 此过程全电路产生的总电热 Q 总=magd=1.44J 电阻 R 产生的热量 Q=0.1Q 总=0.144J查看更多