2017-2018学年湖北省沙市中学高二上学期期末考试物理试题 解析版

2017-2018学年湖北省沙市中学高二上学期期末考试物理试题 解析版

湖北省沙市中学2017-2018学年高二上学期期末考试物理试题 一、选择题 ‎1. 物理来源于人们的生活实践，揭示的是自然规律，我们学习物理的目的就是要将所学习的知识应用于社会。下面四幅图中展示了一些应用，关于这些应用说法正确的是( )‎ ‎ ‎ A. 甲图是天宫一号中太空“质量测量仪”测质量的实验，其测量原理是根据胡克定律 B. 乙图是罗盘，它可以指示南北方向，其原理是由于指针受到重力作用 C. 丙图是防辐射服，其内部是用包含金属丝的织物制成，是因为金属丝很坚韧，有利于保护人体 D. 丁图是家用电磁炉，其原理是利用了电磁感应的涡流来进行加热 ‎【答案】D ‎【解析】A、甲图是天空一号太空“质量测量仪”测质量的实验，其测量原理是根据牛顿第二定律，故A错误；‎ B、乙图是罗盘，它可以指示南北方向，其原理是由于指针受到磁场力作用，故B错误；‎ C、丙图是防辐射服，其内部是用包含金属丝的织物制成，是因为起到静电屏蔽作用，有利于保护人体，故C错误；‎ D、丁图是家用电磁炉，其原理是利用了电磁感应的涡流来进行加热，故D正确；‎ 点睛：根据牛顿第二定律求出物体的质量；罗盘是利用地磁场；内部是用包含金属丝的织物制成，是利用静电屏蔽；电磁炉，其原理是利用了电磁感应的涡流来进行加热。‎ ‎2. 关于电荷所受电场力和洛伦兹力，正确的说法是（ ）‎ A. 电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用 B. 电荷在电场中一定受电场力作用 C. 电荷所受电场力一定与该处电场方向一致 D. 电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直 ‎【答案】B ‎【解析】解：A、当电荷静止或电荷运动方向与磁场方向平行时，电荷不受洛伦兹力作用，故A错误；‎ B、电荷在电场中一定受电场力作用，故B错误；‎ C、正电荷所受电场力方向一定与该处电场方向一致，故C正确；‎ D、电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直，故D错误；‎ 故选C．‎ ‎【点评】电荷在电场中一定受到电场力作用，电荷在磁场中不一定受磁场力作用，要注意电场力与磁场力的区别．‎ ‎3. 一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中错误的是（ ）‎ A. 只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变 B. 只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大 C. 只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短 D. 只增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多 ‎【答案】C ‎【解析】根据光电效应方程可知，Ek=hγ-W；可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，即使只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能也将不变，故A正确；根据光电效应方程可知，Ek=hγ-W；可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，故B正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，光电子逸出所经历的时间几乎同时，故C错误；光的强弱不影响光电子的能量，只影响单位时间内发出光电子的数目，只增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多，故D正确．此题选择错误的选项，故选C．‎ ‎4. 利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，CD两侧面会形成电势差UCD，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 电势差UCD仅与材料有关 B. 若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD>0‎ C. 仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大 D. 在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平 ‎【答案】C ‎【解析】根据左手定则，电子向C侧面偏转，C表面带负电，D表面带正电，所以D表面的电势高，则UCD＜0．CD间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有q=qvB，I=nqvs=nqvbc，则．故AB错误，C正确．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过．故D错误．故选C．‎ 点睛：解决本题的关键知道霍尔元件中移动的是自由电子，以及自由电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡．‎ ‎5. 一带正电的粒子在仅受电场力作用下，从坐标原点O以一定的初速度v0沿电场中的x轴正向做直线运动，x轴上的电势分布如图所示，则粒子从O点运动到x=x0的过程中，下列说法正确的是（ ）‎ A. 粒子的电势能先增大后减小 B. 粒子的动能先增大后减小 C. 粒子运动的加速度先增大后减小 D. 粒子受到的电场力一直沿轴正方向 ‎【答案】A ‎【解析】A、粒子从O点运动到x=x0的过程中，电势先升高后降低，根据正电荷在电势高处电势能大，在电势低处电势能小，知粒子的电势能先增大后减小故A正确；‎ B、粒子在运动过程中电势能和动能的总量保持不变，粒子的电势能先增大后减小，则知粒子的动能先减小后增大，故B错误；‎ C、根据E=△φ/△x知φ−x图象的斜率大小等于场强，由图知，图线切线斜率的绝对值先减小后增大再减小，则场强先减小后增大再减小，由牛顿第二定律知qE=ma，知粒子的加速度先减小后增大再减小，故C错误；‎ D、从O点运动到x=x0的过程中，电势先升高后降低，则电场方向先沿x轴负方向后沿x轴正方向，而正电荷所受的电场力方向与场强方向相同，所以粒子运动的电场力先沿x 轴负方向后沿x轴正方向，故D错误。‎ 故选：A。‎ ‎【名师点睛】‎ 根据正电荷在电势高处电势能大，在电势低处电势能小，判断电势能的变化；由能量守恒定律分析动能的变化；根据φ-x图象的斜率大小等于场强，分析场强的变化，由牛顿第二定律分析加速度的方向；由电势的变化分析场强的方向，再判断电场力的方向。‎ ‎6. 如图所示，有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域其直角边长为L，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B.边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd，从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域．取沿abcda的感应电流为正，则表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图象正确的是(　　)‎ ‎ ‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】试题分析：bc边的位置坐标x在L-2L过程，线框bc边有效切线长度为，感应电动势为，感应电流，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿，为正值；x在2L-3L过程，根据楞次定律判断出来感应电流方向沿，为负值，线框ad边有效切线长度为，感应电动势为感应电流，故C正确。‎ 考点：考查了电磁感应与图像 ‎【名师点睛】本题关键是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，再结合数学知识选择图象 ‎7. 如图所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图2所示的变化电流，t=0时电流方向为顺时针（如图中箭头所示）．在t1～t2时间内，对于线圈B，下列说法中正确的是（   ） ‎ ‎  ‎ A. 线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有扩张的趋势 B. 线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有收缩的趋势 C. 线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有扩张的趋势 D. 线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有收缩的趋势 ‎【答案】A ‎【解析】试题分析：在t1～t2时间内，由于线圈A的逆时针方向电流增大，导致线圈B磁通量增大，感应电流的磁场与它相反，根据安培定则可知，线圈A在线圈B内部产生磁场方向垂直纸面向外，则线圈B内有顺时针方向的电流．此时线圈B的电流方向与线圈A电流方向相反，由异向电流相互排斥，可知线圈间有相互排斥，所以线圈B有扩张的趋势．故B、C、D、误，A正确．故选A.‎ 考点：安培定则、楞次定律 ‎【名师点睛】此题主要是考查学生对楞次定律的理解运用；解决本题的关键掌握安培定则、楞次定律的内容，知道感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．同时注意t=0时电流方向为顺时针，而在t1～t2时间内电流方向为逆时针。‎ ‎8. 电源、开关S、定值电阻R1、灯泡L、光敏电阻R2和电容器连接成如图所示的电路，电容器的两平行板水平放置。当开关S闭合，并且无光照射光敏电阻R2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点。当用强光照射时，光敏电阻的阻值变小，则(　　) ‎ A. 灯泡亮度变暗 B. 电容器两极板间电压变小 C. 电容器所带电荷量减小 D. 液滴向上运动 ‎【答案】D ‎..................‎ 考点：本题考查了电容器的动态分析、闭合电路的欧姆定律、部分电路的欧姆定律、匀强电场.‎ ‎9. 如图所示，A、B完全相同的两个小灯泡，L为自感系数较大电阻可以忽略的线圈，则（ ）‎ A. 开关S闭合瞬间，A、B同时发光，随后A灯熄灭，B灯变亮 B. 开关S闭合瞬间，B灯亮，A灯不亮 C. 断开开关S瞬间，A、B灯同时熄灭 D. 断开开关S瞬间，B灯立即熄灭，A灯亮一下再熄灭 ‎【答案】AD ‎【解析】试题分析：电键S闭合瞬间，通过L的电流增大，产生很大的阻抗，类似L断路，故AB串联在电路中，同时亮起来，稳定后L阻抗消失，相当于一根导线，A被短路，通过B的电流增大，故随后随后A灯变暗直至熄灭，B灯变亮，A正确B错误；断开电键S的瞬间，L和A组成闭合回路，L产生感应电流，相当于电源，B灯立即熄灭，A灯突然亮一下再熄灭，C错误D正确 考点：考查了自感现象 ‎【名师点睛】在分析此类型题目时，一定要注意线圈的特点，如果是理想线圈，则阻抗很大，类似与断路，阻抗消失后，电阻为零，类似一条导线，另外需要注意在开关闭合时，线圈和谁串联，则影响谁，在开关断开时，线圈和谁能组成闭合回路，则影响谁 ‎10. 用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子，当光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，若以W表示逸出功，m、e表示电子的质量和电量，h表示普朗克常数，则电子的最大初动能是(　　)‎ A. hν＋W B. C. hν－W D. ‎ ‎【答案】CD ‎【解析】试题分析：根据光电效应方程得：，故C正确；光电子在磁场中做匀圆周运动，由洛仑兹力提供向心力，根据牛顿第二定律得：，则，最大初动能的光电子垂直进入匀强磁场，半径最大，所以最大初动能，故D正确。所以选CD。‎ 考点：本题考查光电效应及带电粒子在匀强磁场中的运动，意在考查考生对光电效应方程的理解及利用牛顿运动定律、圆周运动处理电子在磁场中运动问题的能力。‎ ‎11. 如图，含有、、的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P2两点，则（ ）‎ A. 打在P1点的粒子是 B. 打在P2点的粒子是和 C. O2P2的长度是O2P1长度的2倍 D. 粒子在偏转磁场中运动的时间都相等 ‎【答案】BC ‎【解析】粒子在电磁场中做匀速直线运动，，进入偏转磁场后，由于粒子的速度相同，所以荷质比较大的粒子半径较小，故打在P1点的粒子是，打在P2点的粒子是和；选项A错误，B正确；根据荷质比可知O2P2的长度是O2P1‎ 长度的2倍，选项C正确；粒子在偏转磁场中运动的时间均为半个周期， ，荷质比不同，所以运动时间不同，选项D错误；综上本题选BC.‎ ‎12. 如图甲所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为55∶6，其原线圈两端接入如图乙所示的正弦交流电，副线圈通过电流表与负载电阻R相连。若交流电压表和交流电流表都是理想电表，则下列说法中正确的是( )‎ A. 变压器输入电压的最大值是220V B. 若电流表的示数为0.50A，变压器的输入功率是12W C. 原线圈输入的正弦交变电流的频率是50Hz D. 电压表的示数是24 V ‎【答案】BC ‎【解析】由图乙可知变压器输入电压的最大值是， 故A错误； 原线圈输入交流电压有效值为220V，理想变压器原、副线圈匝数之比为55：6，副线圈电压为24V，即电压表的示数是24V，则变压器的输入功率是： ，故B正确，D错误；由图乙可知交流电周期T=0.02s，可由周期求出正弦交变电流的频率是50Hz，故C正确。所以BC正确，AD错误。‎ 点睛：根据图象准确找出已知量，并准确掌握理想变压器的特点及电压、电流比与匝数比的关系即可解题。 ‎ 二、实验题 ‎13. 有一内阻未知（约2kΩ~6kΩ）、量程（0~3V）的直流电压表。某同学用一多用电表的欧姆档，直接去测量该电压表的内阻，则欧姆档的选择开关应拨至倍率“×_________”档。该同学先将红黑表笔短接调零后，应选图___________（选填“甲”或“乙”）的方式连接。在实验中，欧姆表的刻度盘如图丙所示，则电压表的电压应为_______________Ω。‎ ‎【答案】 (1). 100； (2). 甲； (3). 4000Ω ‎【解析】试题分析：当欧姆表的指针指在中间位置附近时，测量值较为准确，电压表内阻约为，表盘中央刻度线约为30，为准确测量电压表内阻，应选择×100挡，欧姆表的正极插孔与内部电源的负极相连，与电压表构成一闭合回路，电流从负极流出，进入电压表的正极，应选择图甲正确；由图示表盘可知，电压表内阻为：；‎ 考点：考查了多用电表的使用 ‎【名师点睛】本题考查了用欧姆表测电阻的注意事项、欧姆表读数，用欧姆表测电阻时要选择合适的挡位，使指针指在中央刻度线附近；知道欧姆表的结构、掌握欧姆表的读数方法即可解题．‎ ‎14. 老师要求同学们测出一待测电源的电动势及内阻，所给的实验器材有：待测电源E，定值电阻R1（阻值未知），电压表V（量程为3．0 V，内阻很大），电阻箱R（0～99．99 Ω），单刀单掷开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。某同学连接了一个如图1所示的电路，他接下来的操作是：‎ 将S2拨到a，拨动电阻箱旋钮，使各旋钮盘的刻度处于如图2所示的位置后，闭合S1，记录此时电压表示数为2．20 V，然后断开S1；保持电阻箱示数不变，将S2切换到b，闭合S1，记录此时电压表的读数（电压表的示数如图4所示），然后断开S1。‎ ‎（1）请你解答下列问题：‎ 图2所示电阻箱的读数为___________Ω，图3所示的电压表读数为__________V。由此可算出定值电阻R1的阻值为____________Ω（计算结果保留三位有效数字）‎ ‎（2）在完成上述操作后，该同学继续以下的操作：‎ 将S2切换到a，多次调节电阻箱，闭合S1，读出多组电阻箱的示数R和对应的电压表示数U，由测得的数据绘出了如图4所示的－图像。由此可求得该电池组的电动势E及内阻r，其中E＝__________V，电源内阻r＝_________Ω。（计算结果保留三位有效数字）‎ ‎【答案】 (1). （1）20； (2). 2.80 (3). 5.45 (4). （2）2.86 (5). 0.270‎ ‎【解析】试题分析：（1）读出电阻箱的示数为20Ω，电压表的示数为2．8V，当开关接a时，电压表测R的电压，为2．20V，当开关接到b时，电压表测R与R1的总电压，示数为2．80V，故R1==5．45Ω；（2）由全电路欧姆定律得：E=U+（r+R1），则=+，故=0．35V-1，则E=2．86V，当=0．10Ω-1时，=0．55V-1，故r=0．26Ω。‎ 考点：待测电源的电动势及内阻。‎ 三、解答题 ‎15. 如图所示，在匀强电场中，有A、B两点，它们间距为2cm ，两点的连线与场强方向成60°角。将一个不知道电荷性质，电量为2×10-5C的电荷由A移到B，其电势能增加了0.2J。求：‎ ‎（1）判断电荷带正电还是负电，由A到B电场力做的功WAB ‎（2）A、B两点的电势差UAB为多少 ‎（3）匀强电场的场强的大小 ‎【答案】（1）−0.1J ；（2）5000V ；（3）5.0×105 V/m ‎【解析】（1）带负电，电势能增加0.2 J，即电场力做功为W="–0.2" J ‎（2）由A→B电场力做负功，q=–2×10–5 C，则 ‎（3）根据匀强电场中的关系式有：，由几何关系可知 则E=106 V/m ‎【名师点睛】解决本题的关键知道电场力做功等于电势差的减小量，掌握电场力做功与电势差的关系。注意运用计算时，功的正负、q的正负都要代入计算，以及在中，表示沿电场线方向上的距离。‎ ‎16. 如图所示。在xOy平面直角坐标系内，y轴右侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B=0．05T，虚线AC平行y轴，与y相距d=m，在x轴下方虚线与y轴所夹的区域存在如图所示的有界匀强电场，场强大小E=1V/m，方向与y轴成450角，比荷=102C/kg的带正电的粒子，从A(m，0)点静止释放．粒子所受重力不计．求：‎ ‎（1）粒子从释放到离开磁场所用时间．‎ ‎（2）粒子再次到达虚线AC时的纵坐标．‎ ‎【答案】（1）1.14s  （2）2m ‎【解析】试题分析：（1）粒子在电场中做匀加速直线运动经时间t进入磁场．①‎ ‎②‎ 入射速度③‎ 粒子在磁场中做匀速圆周运动的时间④‎ ‎⑤‎ ‎⑥‎ 总时间⑦‎ ‎（2）粒子运动轨迹如下图 由几何关系知粒子到AC时的纵坐标 ‎⑧‎ 解得：⑨‎ 评分标准：⑦⑧⑨每式2分，其余每式1分，共12分 考点：带电粒子在匀强磁场和电场中的运动 ‎17. 如图所示，无限长金属导轨EF、PQ固定在倾角为θ=53°的光滑绝缘斜面上，轨道间距L=1 m，底部接入一阻值为R=0.4Ω的定值电阻，上端开口。垂直斜面向上的匀强磁场的磁感应强度B=2T。一质量为m=0.5kg的金属棒ab与导轨接触良好，ab与导轨间动摩擦因数μ=0.2，ab连入导轨间的电阻r=0.1Ω，电路中其余电阻不计。现用一质量为M=2.86kg的物体通过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与ab相连。由静止释放M，当M下落高度h=2.0‎ ‎ m时，ab开始匀速运动（运动中ab始终垂直导轨，并接触良好）。不计空气阻力，sin53°=0.8，cos53°=0.6，取g=10m/s2。求：‎ ‎（1）ab棒沿斜面向上运动的最大速度vm；‎ ‎（2）ab棒从开始运动到匀速运动的这段时间内电阻R上产生的焦耳热QR和流过电阻R的总电荷量q。‎ ‎【答案】（1）3 m/s（2）26.3J；8.0C ‎【解析】试题分析：（1）由静止释放M，ab棒先向上做加速运动，随着速度增大，产生的感应电流增大，所受的安培力增大，加速度减小，当加速度为零时做匀速运动，速度就达到最大值．根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律推导出安培力与速度的关系式，结合平衡条件求解最大速度．‎ ‎（2）在ab棒从开始运动到匀速运动的过程中，系统的重力势能减小，转化为系统增加的动能和焦耳热，根据能量守恒求出总的焦耳热，再由焦耳定律求电阻R上产生的热量．根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电量公式求解电量．‎ 解：‎ ‎（1）由题意知，由静止释放M后，ab棒在绳拉力T、重力mg、安培力F和轨道支持力N及摩擦力f共同作用下做沿轨道向上做加速度逐渐减小的加速运动直至匀速运动，当达到最大速度时，由平衡条件有：‎ T﹣mgsinθ﹣F﹣f=0…①‎ N﹣mgcosθ=0…②‎ T=Mg…③‎ 又由摩擦力公式得 f=μN…④‎ ab所受的安培力 F=BIL…⑤‎ 回路中感应电流 I=…⑥‎ 联解①②③④⑤⑥并代入数据得：‎ 最大速度 vm=3m/s…⑦‎ ‎（2）由能量守恒定律知，系统的总能量守恒，即系统减少的重力势能等于系统增加的动能、焦耳热及摩擦而转化的内能之和，有：‎ Mgh﹣mghsinθ=+Q+fh…⑧‎ 电阻R产生的焦耳热 QR=Q…⑨‎ 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律有：‎ 流过电阻R的总电荷量 q=△t…⑩‎ 电流的平均值…⑪‎ 感应电动势的平均值=…⑫‎ 磁通量的变化量△Φ=B•（Lh）…⑬‎ 联解⑧⑨⑩⑪⑫⑬并代入数据得：QR=26.3J，q=8C 答：‎ ‎（1）ab棒沿斜面向上运动的最大速度vm是3m/s．‎ ‎（2）ab棒从开始运动到匀速运动的这段时间内电阻R上产生的焦耳热QR是26.3J，流过电阻R的总电荷量q是8C．‎ ‎【点评】本题有两个关键：一是推导安培力与速度的关系；二是推导感应电荷量q的表达式，对于它们的结果要理解记牢，有助于分析和处理电磁感应的问题．‎ ‎18. 半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面上，一长为r，质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨的中心O，装置的俯视图如图所示；整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下；在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻（图中未画出）。直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略，重力加速度大小为g，求：‎ ‎（1）通过电阻R的感应电流的方向和大小；‎ ‎（2）外力的功率。‎ ‎【答案】（1） （2） ‎ ‎【解析】试题分析：（1）在时间内，导体棒扫过的面积为：①‎ 根据法拉第电磁感应定律，导体棒产生的感应电动势大小为：②‎ 联立①②③可得：④‎ ‎（2）在竖直方向有：mg-2N=0 ⑤‎ 式中，由于质量分布均匀，内外圆导轨对导体棒的正压力相等，其值为N，两导轨对运动的导体棒的滑动摩擦力均为：⑥‎ 在时间内，导体棒在内外圆导轨上扫过的弧长分别为：⑦‎ 和⑧‎ 克服摩擦力做的总功为：⑨‎ 在时间内，消耗在电阻R上的功为：⑩‎ 根据能量转化和守恒定律，外力在时间内做的功为：（11）‎ 外力的功率为：（12）‎ 由④至（12）式可得：（13）‎ 考点：法拉第电磁感应定律；电功率及能量守恒定律。‎ ‎ ‎