2017-2018学年四川省石室中学高二上学期半期考试物理试题

2017-2018学年四川省石室中学高二上学期半期考试物理试题

‎2017-2018学年四川省石室中学高二上学期半期考试 物 理 ‎（满分100分，考试时间100分钟）‎ 第Ⅰ卷（40分）‎ 一.本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中只有一项是正确的。‎ ‎1． 在研究长度为L、横截面积为S的均匀导体中电流时，在导体两端加上电压U，导体中有匀强电场产生，在导体中移动的自由电子（带电量e）受匀强电场作用而加速，并和做热运动的正离子碰撞而减速，反复碰撞且向前移动。假定阻碍电子向前运动的阻力大小与电子移动的平均速率v成正比，其大小可表示成kv（k是恒量）。当电场力和碰撞的阻力相平衡时，导体中自由电子定向运动的速率v为一定值。这一定值为（  ）‎ A． B． C． D． ‎ ‎2． 某静电场沿x轴方向的电势分布如图所示，如果仅考虑x轴上的电场情况，则（   ）‎ A．0～l 和2l～3l之间均为匀强电场，且0～l之间的场强一定比2l～3l之间的场强大 B．l～2l和3l～4l之间均为匀强电场，且这两处的电场方向一定相反 C．l～2l和4l～5l之间均为非匀强电场，且这两处的电场方向一定相同 D．3l～4l和4l～5l之间均为匀强电场，且3l～4l之间的场强一定比4l～5l之间的场强大 ‎3． 如图所示，将带正电的甲球放在不带电的乙球左侧，两球在空间形成了稳定的静电场，实线为电场线，虚线为等差等势线。A、B两点与两球球心连线位于同一直线上，C、D两点关于直线AB对称，则（   ）‎ A．A点和B点的电势相同 B．C点和D点的电场强度相同 C．正电荷从A点移至B点，电场力做正功 D．负电荷从C点移至D点，电势能增大 ‎4． 无限长导线，均通以恒定电流I。直线部分和坐标轴接近重合，弯曲部分是以坐标原点O为圆心的相同半径的一段圆弧，已知直线部分在原点O处不形成磁场，则图乙中O处磁感应强度和图甲中O处磁感应强度相同的是（  ）‎ 图乙 A B C D ‎5． 在如图（a）所示的电路中，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器（最大阻值20 Ω）。闭合电键S，将滑动变阻器的滑动触头P从最右端滑到最左端，两个电压表（内阻极大）的示数随电路中电流变化的完整过程图线如图（b）所示。则下列说法正确的是（   ）‎ ‎ ‎ A．图线甲是电压表V1示数随电流变化的图线 B．电源内电阻的阻值为10Ω C．电源的最大输出功率为1.5W D．滑动变阻器R2的最大功率为0.9W ‎6． 如图所示，平行板电容器AB两极板水平放置，A在上方，B在下方。现将其和二极管串联接在电源上，已知A和电源正极相连，二极管具有单向导电性，一带电小球沿AB中心水平射入，打在B极板上的N点，小球的重力不能忽略，现通过上下移动A板来改变两极板AB间距（两极板仍平行），则下列说法正确的是（   ）‎ A．若小球带正电，当AB间距增大时，小球打在N的右侧 B．若小球带正电，当AB间距增大时，小球打在N的左侧 C．若小球带负电，当AB间距减小时，小球打在N的右侧 D．若小球带负电，当AB间距增大时，小球打在N的左侧 ‎7． 如图所示，BD是竖直平面内圆上的一条竖直直径，AC是该圆的另一条直径，该圆处于匀强电场中，场强方向平行于圆周平面。将带等量负电荷的相同小球从O点以相同的动能射出，射出方向不同时，小球会经过圆周上不同的点，在这些所有的点中，到达A点时小球的动能总是最小。忽略空气阻力，小球重力不能忽略，则下列说法中正确的是（  ）‎ A．可以断定电场方向由O点指向圆弧AEB上的某一点 B．到达B点时小球的动能和电势能之和总是最小 C．到达C点时小球的电势能总是最小 D．到达圆上的所有小球中，机械能最小的小球应落在圆弧CFD上的某一点 ‎8． 某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器（传感器内阻无限大）接收相应的电压信号。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度转动时，不计摩擦，则（  ）‎ A．电路中电流随角速度的增大而增大 B．电路中电流随角速度的增大而减小 C．弹簧的伸长量为 D．输出电压U与的函数式为 二. 本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项正确。全部选对得4分，选不全得2分，有选错或不答得0分。‎ ‎9． 如图所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5T的匀强磁场，一质量为0.2kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速度放置一质量为0.1kg、电荷量为q=+0.2C的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。现对木板施加方向水平向左，大小为0.6N的恒力，（g=10m/s2），则（      ）‎ A．木板和滑块一直做加速度为2m/s2的匀加速运动 ‎ B．滑块开始做匀加速直线运动，然后做加速度减小的变加速运动，最后做匀速运动 ‎ C．最终木板做加速度为2m/s2的匀加速运动，滑块做速度为10m/s的匀速运动 ‎ D．最终木板做加速度为3m/s2的匀加速运动，滑块做速度为10m/s的匀速运动 ‎10．如图所示，有两根长为L、质量为m的细导体棒a、b（截面可视为点）。a被水平放置在倾角为的光滑斜面上，b被水平固定在与a在同一水平面的另一位置，且a、b平行，它们之间的距离为x。当两细棒中均通以大小为I的同向电流时，a恰能在斜面上保持静止（近似认为b在a处产生的磁感应强度处处相等，且与到b的距离成反比），则下列说法正确的是（  ）‎ A．b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度方向竖直向上 B．b的电流在a处产生的磁场的磁感应强度大小为 ‎ C．电流不变，若使b向上平移，a仍可能在原处保持静止 ‎ D．电流不变，若使b向下平移，a将不能在原处保持静止 ‎11．如图所示电路中，电源的内电阻为r，R2、R3、R4均为定值电阻，电表均为理想电表。闭合电键S，当滑动变阻器R1的滑动触头P向右滑动时，电流表和电压表的示数变化量的大小分别为、，下列说法正确的是（ ）‎ A．电压表示数变大 B．电流表示数变大 C．‎ D．‎ ‎12．如图所示，光滑绝缘水平桌面上有A、B两个带电小球（可以看成点电荷），A球带电量为+2q，B球带电量为-q，将它们同时由静止开始释放，A球加速度的大小为B球的3倍。现在 AB中点固定一个带电小球C（也可看作点电荷），再同时由静止释放A、B两球，释放瞬间两球加速度大小相等。则C球带电量大小可能为（   ） ‎ A． B． C． D． ‎ 第Ⅱ卷（60分）‎ 三．本题共2小题，共17分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作图。‎ ‎13．（1）（5分）某同学设计如A图所示电路研究电源电流和内电压的关系，用伏特表测内电压U，用电流表测电流I，通过活塞改变内电阻r，做出如B图所示U-I图线。若电池的电动势为E，外电路阻值R一定，则UM=     ，斜率k=     。U随I变化的表达式为      ，IM表示r趋近     （选“无限大”或“0”）的电流且IM=    。（用E、R、U、I、r表示）‎ ‎（2）（2分）如图所示为欧姆表原理示意图，电流表满偏电流3mA，变阻器R0电阻调节范围为0~5000 Ω，内部电源标称值为6V，但实际电动势为5.4V，且内阻增大，但仍能调零，调零后测得电阻读数比实际值      （填“偏大”、“偏小”）。‎ ‎14．有一根细而均匀的管状导电原件（如图所示），此原件长L约为3cm，电阻约为100 Ω ，已知这种材料的电阻率为，因该样品的内圆直径太小，无法直接测量，为了测量其内圆直径可先测其电阻Rx，现提供以下实验器材：‎ A．20分度的游标卡尺 B．螺旋测微器 C．电流表A1（量程50mA，内阻r1为100 Ω）‎ D．电流表A2（量程100mA，内阻r2约为40 Ω）‎ E．电流表A3（量程1A，内阻r3约为0.1 Ω）‎ F．滑动变阻器R1（20 Ω ，额定电流1A）‎ G．滑动变阻器R2（0~20kΩ ，额定电流0.1A）‎ H．直流电源E（12V，内阻不计）‎ I．导电材料样品Rx（长约为3cm，电阻Rx约为100 Ω）‎ J．开关一只，导线若干 ‎（1）（4分）用游标卡尺测得该样品的长度如图甲所示，其示数L=      mm；用螺旋测微器测得该样品的外径如图乙所示，其示数D=      mm。‎ ‎ ‎ 甲 乙 ‎（2）（3分）为了尽可能精确地测量原件电阻Rx，请设计合适电路，选择合适电学仪器，在方框中画出实验电路图，所选器材注意角标区分。‎ ‎（3）（3分）除了需要测量样品长度L、外径D外，还需要测量      ，用已知物理量的符号和测量的符号来表示样品的内径d=      。‎ 四．本题共4小题，43分。解答应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。‎ ‎15．（10分）如图所示，电源电动势E=30V，内阻，，滑动变阻器的总电阻。间距d=0.1m的两平行金属板M、N水平放置，闭合开关K，板间电场视为匀强电场，板间竖直放置一根长也为d的光滑绝缘细杆AB，带负电小球C穿过细杆，小球质量m=0.01kg、电荷量C（可视为点电荷，不影响电场的分布）。调节滑动变阻器的滑片p，使小球C恰能静止在A处，重力加速度g=10m/s2。‎ ‎ （1）求M、N两极板间的电压以及滑动变阻器pb段的阻值；‎ ‎ （2）调节滑动变阻器，使pb段的阻值，待电场重新稳定后释放小球C，求小球C到达杆的中点O时的速度大小。‎ ‎16．（10分）如图所示，沿水平方向放置一条平直光滑槽，它垂直穿过开有小孔的两平行薄板，板相距3.5L。槽内有两个质量均为m的小球A和B，A球带电量为+q，B球带电量为-3q，两球由长为2L的轻杆相连，组成一带电系统。最初A和B分别静止于左板的两侧，离板的距离均为L。若视小球为质点，不计轻杆的质量，现在两板之间加上与槽平行，场强为E的向右的匀强电场后（设槽和轻杆由特殊绝缘材料制成，不影响电场的分布），带电系统开始运动。试求：‎ ‎ （1）从开始运动到B球刚进入电场时，带电系统电势能的改变量；‎ ‎ （2）以右板电势为零，带电系统从开始运动到速度第一次为零时，A球所在位置的电势为多大？‎ ‎ （3）带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间。‎ ‎17．（11分）中国著名物理学家、中国科学院院士何泽慧教授曾在1945年首次通过实验观察到正、负电子的弹性碰撞过程。有人设想利用电场、磁场控制正、负电子在云室中运动来再现这一过程。实验设计原理如下：在如图所示的xOy平面内，A、C二小孔距原点的距离均为L，每隔一定的时间源源不断地分别从A孔射入正电子，C孔射入负电子，初速度均为v0，方向垂直x轴，正、负电子的质量均为m，电荷量分别为e和-e（忽略电子之间的相互作用及电子重力）。在y轴的左侧区域加一水平向右的匀强电场，在y轴的右侧区域加一垂直纸面的匀强磁场（图中未画出），要使正、负电子在y轴上的P（0，L）处相碰。求：‎ ‎ （1）磁感应强度B的大小和方向；‎ ‎ （2）在P点相碰的正、负电子射入小孔的时间差；‎ ‎ （3）由A孔射入电场的正电子，有部分在运动过程中没有与负电子相碰，最终打在x正半轴上D点，求OD间距离。‎ ‎18．（12分）如图所示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动，其在纸面上的长度为L1，垂直纸面的宽度为L2。在膜的下端(图中A处)挂有一平行于转轴，质量为m，长为L2的导体棒使膜成平面。在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板，能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能，并将光能转化成电能。光电池板可等效为一个电池，输出电压恒定为 U；输出电流正比于光电池板接收到的光能（‎ 设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定）。导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场B中，并与光电池构成回路，流经导体棒的电流垂直纸面向外（注：光电池与导体棒直接相连，连接导线未画出）。‎ ‎（1）现有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成θ=60°时，导体棒处于受力平衡状态，求此时电流强度的大小和光电池的输出功率；
‎ ‎（2）当θ变成45°时，光电池输出电流I`与60°时输出电流I之比为多少；‎ ‎（3）当θ变成45°时，光电池除维持导体棒平衡外，还能输出多少额外电功率？‎ 石室中学高2019届2017～2018学年度上期半期考试参考答案 物 理 ‎1．B 2．B 3. C 4．A 5．D 6．C 7．B 8．D 9．BD 10．ACD ‎11．AD 12．CD ‎ ‎13．（1）E R U=E-IR 0 （每空1分）‎ ‎ （2）偏大（2分）‎ ‎14．（1）30.25 3.204~3.206 （每空2分）‎ ‎ （2）（3分）‎ ‎ （3） 电流表A1示数I1、电流表A2示数I2 （1分） （2分）‎ ‎15．（10分）解：‎ ‎（1）根据电路图可知，金属板M为正极板，由于小球静止，因此小球所受电场力与重力大小相等，方向相反，所以小球带负电….….…..….….….….….….….…..….….………（1分）‎ 设小球恰能静止时M、N两极板间的电压为U，板间电场强度为E，则：‎ mg=Eq，且.….….…..….….….….….….….….….….….….….…..….….….………（1分）‎ 解得：U=10V….…….….….…..….….….….….….….….….….….….….…..….….….……（1分）‎ 小球恰能静止时，根据闭合电路欧姆定律有：‎ ‎…….….….…..….….….….….….….….….….….….….…..….….….……（1分）‎ 解得：R2=10 Ω.…….….….…..….….….….….….….….….….….….….…..….….….……（1分）‎ ‎（2）调节滑动变阻器，使pb段的阻值R3=7.5 Ω ，设电场稳定时的电压为U3，则有：‎ ‎….….….…..….….….….….….….….….…..…….….….…..….….….……（2分）‎ 解得：U3=7.5V。‎ 设小球c到达杆的中点O时的速度为v，则有：‎ ‎….…..….….….….….….….….….…..…….….….…..….……....……（2分）‎ 解得：v=0.5m/s.…..….….….….….….….… ….…..….…..…….….….…..….….….……（1分） ‎ ‎16．（10分）解：‎ ‎（1）球B刚进入电场时，电场力做正功，带电系统电势能减少：‎ ‎.…..….….….….….….… …..… ….…..….…..…….….….…..….….….….…（2分）‎ ‎（2）设B进入电场后带电系统又运动了s速度变为零，由动能定理得：‎ ‎.….….….… …..… ….…..….…..…….….….…..….….…...……（1分）‎ 解得，即离右板距离为L带电系统速度第一次为零….….….….…..….….….……（1分）‎ 以右板电势为零，速度第一次为零的位置电势大于零，所以带电系统速度第一次为零时，球A所在位置的电势为：‎ ‎.…..….….….….….….….…..…….…..….…..…….….….…..….….….…...…（1分）‎ ‎（3）设A球运动了L时速度为v1，由动能定理得：‎ ‎ 解得：.….….….….….…....….…..…….……..….….….…...…（1分）‎ 仅有A在电场内时，系统加速度：‎ ‎….….….….….…..…...….…....….…................…….….….…..….….….…...…（1分）‎ B进入电场后，系统加速度：‎ ‎….….….….….…..…...….…....….…................…….….….…..….….….…...…（1分）‎ 由运动学关系得：‎ ‎….…....….…....................…….….….…..….….….…...…（2分）‎ ‎17．（11分）解：‎ ‎（1）负电子在磁场中做圆周运动，由图可知，圆周运动的半径为r=L，由 ‎ 得到：  ….….…..…...…...…….…………….….…..…….….…...…（1分）‎ 方向垂直纸面向外….…..…...….…....….................…….………….….…..…….….…...…（1分）‎ ‎（2）负电子在磁场中圆周运动的时间为：‎ ‎….….…..…...….…....….…................…….………….…...…..…….….…...…（1分）‎ 正电子在电场中运动的时间为： ............…….………….…...…..…….….…...…（1分）‎ 时间差为：.…................…….………….…....…..……….….…...…（1分）‎ ‎（3）正电子在电场中偏转角为，则：‎ ‎，则sin，cos........…….………….……....…..…….….…...…（1分）‎ 正电子此时速度大小为：.........…….………….…………....…..…….….…...…（1分）‎ 在P点没有与负电子相碰的正电子，在第一象限的匀强磁场中顺时针由P点运动到D点。轨迹如图所示：‎ 正电子在磁场中的轨道半径为：，即O`P=O`D=..…….….…...…（1分）‎ ‎........…….………….… . . .… .… .… .…………....…..…….….…...…（1分）‎ ‎….………….… . . .… .… .… . ………………....…..…….….…...…（1分）‎ 解得：…….… . . .… .… .… . ………………....…..…….….…...…（1分）‎ ‎18．（12分）解：‎ ‎（1）导体棒受力如图：‎ ‎.… .… .… . ……………………....…..…….….…...…（2分）‎ 光电池输出功率（即光电池板接收到的光能对应的功率）为：‎ ‎….………….… . . .… .… .… . …………………....…..…….….…...…（1分）‎ ‎（2）∵输出电流正比于光电池板接收到的光能，设单位面积上的光功率为P0。如图示：‎ 则，………………....…..…….….…...…（2分）‎ ‎………………....…..…….………………………………….…...…（2分）‎ ‎（3）当时，流过导体棒电流，< I。…....…..…...….…...…（1分）‎ 但θ变为45°时光电池板因被照射面积增大使电池输出的电流也增大。所以需要在导体棒两端并联一个电阻，题目要求的就是这个电阻上的功率。‎ 由（2）问可知，时，光电池输出电流….....……...….…...…（1分）‎ 由并联电路特点得：流过并联电阻的电流...…（1分）‎ 因光电池输出电压恒为U，‎ 则该并联电阻上的功率即光电池额外提供的电功率：‎ ‎………....…..…….……………………………………….…...…（2分）‎ ‎ ‎