【物理】安徽省池州市贵池区2019-2020学年高二下学期开年考试试题（解析版）

【物理】安徽省池州市贵池区2019-2020学年高二下学期开年考试试题（解析版）

‎2019—2020学年第二学期开年考试 高二物理试卷 一、单项选择题（共6小题，每小题4分，满分24分。每小题所给的四个选项中，只有一个符合题意）‎ ‎1.如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是（　　）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】天平原本处于平衡状态，所以线框所受安培力越大，天平越容易失去平衡，‎ 由于线框平面与磁场强度垂直，且线框不全在磁场区域内，所以线框与磁场区域的交点的长度等于线框在磁场中的有效长度，由图可知，A图的有效长度最长，磁场强度B和电流大小I相等，所以A所受的安培力最大，则A图最容易使天平失去平衡． A正确； BCD错误；故选A．‎ ‎2.M和N是绕在一个环形铁心上的两个线圈，绕法和线路如图所示．现将开关K从a处断开，然后合向b处，在此过程中，通过电阻R2的电流方向是（ ）‎ A. 先由c流向d，后又由c流向d B. 先由c流向d，后又由d流向c C. 先由d流向c，后又由d流向c D. 先由d流向c，后又由c流向d ‎【答案】A ‎【解析】开关接a时，线圈M中的电流在环形铁芯内产生顺时针的磁场，开关K从a处断开，磁场减弱为零，线圈N中的磁通量发生了变化向右减小，由楞次定律得出线圈N中产生向右的感应磁场，进而在N中有了感应电流，电流方向c到d．‎ 开关接b时，线圈M中的电流在环形铁芯内产生逆时针的磁场，线圈N中的磁通量发生了变化向左增加，由楞次定律得出线圈N中产生向右的感应磁场，进而在N中有了感应电流，电流方向c到d．‎ ‎3.如图所示，a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长la＝3lb，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则(　　)‎ ‎ ‎ A. 两线圈内产生顺时针方向的感应电流 B. a、b线圈中感应电动势之比为9∶1‎ C. a、b线圈中感应电流之比为3∶4 D. a、b线圈中电功率之比为3∶1‎ ‎【答案】B ‎【解析】根据楞次定律可知，两线圈内均产生逆时针方向的感应电流，选项A错误；因磁感应强度随时间均匀增大，则，根据法拉第电磁感应定律可知，则，选项B正确；根据，故a、b线圈中感应电流之比为3:1，选项C错误；电功率，故a、b线圈中电功率之比为27:1，选项D错误；故选B．‎ ‎4.用规格完全相同的导线制作的半径之比的两个闭合导线环P和Q，两导线环同圆心、同平面放置，其中导线环Q所包围的区域有与Q的面积完全相同的匀强磁场(其它区域无磁场)，匀强磁场的方向垂直于导线环平面，如图甲所示，匀强磁场的磁感应强度B 随时间变化规律如图乙所示，规定磁场方向垂直于圆环平面向里为正。则以下判断中正确的是（ ）‎ A. P、Q两环中的感应电动势大小之比 B. P、Q两环中感应电流的大小之比 C. 时间内与时间内感应电流方向相反 D. 时间内与时间内环中感应电流的大小都是逐渐增大的 ‎【答案】B ‎【解析】A．磁通量可以用穿过线圈的磁感线条数表示，由于穿过两个线圈的磁感线条数一样多，故穿过两个线圈的磁通量相等，根据法拉第电磁感应定律可知两个线圈的感应电动势相等，故A错误；‎ B．根据电阻定律，，、相同，则电阻之比为 根据闭合电路欧姆定律得产生的感应电流之比为 故B正确；‎ C．时间内磁感应强度垂直于圆环平面向里且减小，穿过两个线圈的磁通量减小，根据楞次定律和安培定则可得线圈的感应电流方向为顺时针方向，时间内磁感应强度垂直于圆环平面向外且增大，穿过两个线圈的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则可得线圈的感应电流方向为顺时针方向，故C错误；‎ D．根据法拉第电磁感应定律和图像的斜率可知在时间内线圈的感应电动势逐渐减小，所以时间内环中感应电流的大小都是逐渐减小的，在 时间内线圈的感应电动势逐渐减小，所以时间内环中感应电流的大小是逐渐减小的，故D错误；故选B。‎ ‎5.图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈，A1、 A2、 A3是三个完全相同的灯泡．实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同．下列说法正确的是( 　)‎ A. 图甲中，A1与L1的电阻值相同 B. 图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流 C. 图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同 D. 图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等 ‎【答案】C ‎【解析】断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，由于线圈L1的自感，通过L1的电流逐渐减小，且通过A1，即自感电流会大于原来通过A1的电流，说明闭合S1，电路稳定时，通过A1的电流小于通过L1的电流，L1的电阻小于A1的电阻，AB错误；闭合S2，电路稳定时，A2与A3的亮度相同，说明两支路的电流相同，因此变阻器R与L2的电阻值相同，C正确；闭合开关S2，A2逐渐变亮,而A3立即变亮，说明L2中电流与变阻器R中电流不相等，D错误．‎ ‎6.如图所示，有上下放置的两个宽度均为L=0.5m的水平金属导轨，左端连接阻值均为2的电阻r1、r2，右端与竖直放置的两个相同的半圆形金属轨道连接在一起，半圆形轨道半径为R=0.1 m．整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=2T．初始时金属棒放置在上面的水平导轨上，金属棒的长刚好为L，质量m=2kg，电阻不计．某时刻金属棒获得了水平向右的速度v0=2m/s，之后恰好水平抛出．已知金属棒与导轨接触良好，重力加速度g=10m/s2，不计所有摩擦和导轨的电阻，则下列正确的是 A. 金属棒抛出时的速率为 B. 整个过程中，流过电阻r1的电荷量为2C C. 整个过程中，电阻r2上产生的焦耳热为1.5J D. 最初金属棒距离水平导轨右端4m ‎【答案】C ‎【解析】金属棒经过半圆形金属轨道的时候恰好水平抛出说明在此点只有重力提供向心力，因此有，．A错误；‎ 取向右为正，对导体棒写动量定理有代入数据解得，因导体棒在运动的时候相当于电源，电阻r1和电阻r2串联，故流过电阻r1的电荷量为导体棒电荷量的一半，即1C，所以B错误；‎ 由能量转换可知，导体棒损失的动能转化为电阻r1和电阻r2消耗的焦耳热，而电阻r1和电阻r2并联且任何时候电流都一样，因此焦耳热也一样，因此有，，C对；‎ 由，得，则最初导体棒离右端的距离为8m，D错误．‎ 二、多项选择题（共4小题，每小题4分，满分16分。在每小题所给的四个选项中，有多个选项符合题意。全部选对得4分，选对但不全得2分，有选错得0分）‎ ‎7.目前无线电力传输已经比较成熟，如图所示为一种非接触式电源供应系统．这种系统基于电磁感应原理可无线传输电力，两个感应线圈可以放置在左右相邻或上下相对的位置，原理示意图如图所示．利用这一原理，可以实现对手机进行无线充电．下列说法正确的是 A. 若A线圈中输入电流，B线圈中就会产生感应电动势 B. 只有A线圈中输入变化电流，B线圈中才会产生感应电动势 C. A中电流越大，B中感应电动势越大 D. A中电流变化越快，B中感应电动势越大 ‎【答案】BD ‎【解析】A项：根据感应电流产生的条件，若A线圈中输入恒定的电流，则A产生恒定的磁场，B中的磁通量不发生变化，则B线圈中就会不产生感应电动势，但在图A输入过程中，A线圈中的电流从无到有，因此B线圈中会产生感应电动势，然而不是总会有的，故A错误；‎ B项：若A线圈中输入变化的电流，根据法拉第电磁感应定律：可得，则B线圈中就会产生感应电动势，故B正确；‎ C、D项：根据法拉第电磁感应定律：可得，A线圈中电流变化越快，A线圈中电流产生的磁场变化越快，B线圈中感应电动势越大．故C错误；D正确．‎ 故应选：BD．‎ ‎8.如图所示，在匀强磁场的上方有一半径为R、质量为m的导体圆环，圆环的圆心距离匀强磁场上边界的距离为h．将圆环静止释放，圆环刚进入磁场的瞬间和完全进入磁场的瞬间，速度均为v．已知圆环的电阻为r，匀强磁场的磁感应强度大小为B，重力加速度为g．下列说法正确的是 A. 圆环进入磁场的过程中，圆环的右端电势高 B. 圆环进入磁场的过程做的是匀速直线运动 C. 圆环进入磁场的过程中，通过导体某个横截面的电荷量为 D. 圆环进入磁场的过程中，电阻产生的热量为2mgR ‎【答案】AD ‎【解析】A．根据楞次定律可判断电流为逆时针，内部电流流向电势高，选项A正确；‎ B．圆环进入磁场的过程中，切割磁感线的有效长度不同，受到的安培力大小不同，不能做匀速直线运动，选项B错误；‎ C．圆环进入磁场的过程中，通过导体某个横截面的电荷量 选项C错误；‎ D．根据功能关系，圆环进入磁场的过程中，电阻产生的热量为等于机械能的减小量，大小为2mgR，选项D正确；故选D．‎ ‎9.如图，两条相距 l 的足够长的平行光滑导轨放置在倾角为 θ=30°的斜面上，阻值为 R的电阻与导轨相连．质量为 m的导体棒 MN垂直于导轨放置.整个装置在垂直于斜面向下的匀强 磁场中，磁感应强度的大小为 B.轻绳一端与导体棒相连，另一端跨过定滑轮与一个质量为m的物块相连，且滑轮与杄之间的轻绳与斜面保持平行．物块距离地面足够高，导轨、导体 棒电阻不计，轻绳与滑轮之间的摩擦力不计．已知重力加速度为 g.将物块从静止释放，下面说法正确的是 A. 导体棒 M 端电势高于 N 端电势 B. 导体棒的加速度不会大于 C. 导体棒的速度不会大于 D. 通过导体棒的电荷量与金属棒运动时间的平方成正比 ‎【答案】BC ‎【解析】A、根据右手定则可知导体棒M端电势低于N端电势，故选项A错误；‎ BC、设导体棒上升速度，根据，，可知导体棒所受安培力为，根据牛顿第二定律可得，当导体棒的上升速度为零时，导体棒的加速度最大，最大加速度为；当导体棒的上升加速度为零时，导体棒的速度最大，最大速度为，故选项B、C正确；‎ D、通过导体棒的电荷量为：，由于导体棒先做加速度减小的加速度运动，后做匀速运动，所以导体棒运动的位移与金属棒运动时间的平方不成正比，故选项D错误；故选BC．‎ ‎10.用一段横截面半径为r、电阻率为ρ、密度为d均匀导体材料做成一个半径为R(r<”“<”或“=”）‎ ‎【答案】(1). 2； (3). ； (4). 2.08； (5). =；‎ ‎【解析】(1)根据串联电路电流相等，当电流表满偏时改装后的电压表达到最大量程即；‎ ‎(2)根据闭合电路欧姆定律可得：，整理得：；‎ ‎(3) 由对应的图象可知，，解得；‎ ‎(4)通过（3）分析可知，本实验中不存大原理误差，即为真实的路端电压，为流过电源的真实电流，故电动势的测量值与真实值相同．‎ 四、计算题（本题共4小题，满分44分。解答应写出重要公式和必要的文字说明与计算过程，只有最后答案的不能得分）‎ ‎13.如图甲所示，水平面上固定着两根间距L=0.5m的光滑平行金属导轨MN、PQ，M、P两点间连接一个阻值R=3Ω的电阻，一根质量m=0.2kg、电阻r=2Ω的金属棒ab垂直于导轨放置．在金属棒右侧两条虚线与导轨之间的矩形区域内有磁感应强度大小B=2T、方向竖直向上的匀强磁场，磁场宽度d=5.2m．现对金属棒施加一个大小F=2N、方向平行导轨向右的恒力，从金属棒进入磁场开始计时，其运动的v-t图象如图乙所示，运动过程中金属棒与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计．求：‎ ‎（1）金属棒刚进入磁场时所受安培力的大小F安；‎ ‎（2）金属棒通过磁场过程中电阻R产生的热量QR．‎ ‎【答案】（1）0.8N（2）1.2J ‎【解析】（1）由图乙可知，金属棒ab刚进入磁场时速度v0=4m/s，此时，感应电动势：‎ E=BLv0‎ 感应电流：‎ 安培力的大小：‎ F安=BIL 解得：‎ ‎（2）设金属棒在磁场中最大速度为vm，此时安培力与恒力F大小相等，则有：‎ 代入数据解得：‎ 设金属棒通过磁场的过程中回路产生的总热量为Q，由功能关系，得：‎ 解得：Q=2J 所以电阻R产生的热量：‎ 答：（1）金属棒刚进入磁场时所受安培力的大小.‎ ‎（2）金属棒通过磁场过程中电阻R产生的热量.‎ ‎14.如图所示，两水平导轨间距，处于竖直向上的匀强磁场中，磁感强度，一金属杆与导轨垂直放置并接触良好，，电容，理想电流表0刻线在刻度盘中央，金属杆接入电路部分电阻，框架电阻不计，导轨足够长，金属杆向左以的速度匀速运动，单刀双掷开关S开始接触点2。‎ ‎(1)当单刀双掷开关S接触点1，求电流表的示数和通过电流表的电流方向；‎ ‎(2)一段时间后再把单刀双掷开关S接触点2，直到电流表示数为0，求通过电流表的电荷量。‎ ‎【答案】(1) ，方向；(2) ‎ ‎【解析】(1)导体棒切割磁感应线产生的感应电动势为：‎ 当单刀双掷开关S接触点1，根据闭合电路的欧姆定律可得：‎ 根据右手定则可知P端为高电势，所以通过电流表的电流方向为；‎ ‎(2)当单刀双掷开关S接触点1时，两端电压为：‎ 电容器所带的电荷量为：‎ 单刀双掷开关S接触点2，根据并联电路的特点可知，通过电流表的电流是通过电流的一半，则通过电流表的电荷量为：‎ ‎15.如图所示，倾角θ=37°，间距L=0.1m的足够长光滑金属导轨底端接有阻值R=0.16Ω的电阻，不计其它电阻。质量m=1kg的金属棒ab始终垂直导轨。以O为原点，建立如图所示方向沿导轨向上的坐标轴x。在0.2m≤x≤0.8m区间有垂直导轨平面向上的匀强磁场。棒ab在沿x轴正方向的外力F作用下从x=0处由静止开始沿斜面向上运动，其速度v与位移x满足v=kx，加速度a与速度v满足a=kv，k值为k=5s-1。当棒ab运动至x1=0.2m处时，电阻R消耗的电功率P=0.16W。重力加速度为g=10m/s2。（sin37°=0.6）求：‎ ‎（1）磁感应强度B的大小;‎ ‎（2）0≤x≤0.8m范围内外力F随位移x变化的关系式；‎ ‎（3）在棒ab穿过磁场运动过程中，电阻R产生的焦耳热Q。‎ ‎【答案】（1）1.6T；（2）0≤x＜0.2m时，F=25x+6；0.2≤x≤0.8m时，F=25.8x+6；（3）0.24J。‎ ‎【解析】（1）感应电动势为：‎ ‎①‎ 电功率 ‎②‎ 当棒ab运动至x1=0.2m处时，电阻R消耗的电功率为：P=0.16W 联立解得B=1.6T③‎ ‎（2）由牛顿第二定律得：‎ ‎0≤x＜0.2m时 ‎④‎ ‎0.2≤x≤0.8m时 ‎⑤‎ ‎⑥‎ 又 联立③④⑤得：‎ ‎0≤x＜0.2m时 ‎⑦‎ ‎0.2≤x≤0.8m时 ‎⑧‎ ‎（3）由和⑤式得：‎ 根据功能关系可得：‎ ‎⑨‎ 解得：J ‎16.离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图所示，截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区．I为电离区，将氙气电离获得1价正离子；II为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场．I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区，被加速后以速度vM从右侧喷出．I区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子．假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图所示（从左向右看）．电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角（0<α<90◦）．推进器工作时，向I区注入稀薄的氙气．电子使氙气电离的最小速度为v0，电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好．已知离子质量为M；电子质量为m，电量为e．（电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞）．‎ ‎（1）求II区的加速电压及离子的加速度大小；‎ ‎（2）为取得好的电离效果，请判断I区中的磁场方向（按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）；‎ ‎（3）α为90°时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v的范围；‎ ‎（4）要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率vmax与α角的关系．‎ ‎【答案】（1）（2）垂直于纸面向外（3）（4）‎ ‎【解析】（1）离子在电场中加速，由动能定理得：,得：．‎ 离子做匀加速直线运动，由运动学关系得:,得：．‎ ‎（2）要取得较好的电离效果，电子须在出射方向左边做匀速圆周运动，即为按逆时针方向旋转，根据左手定则可知，此刻Ⅰ区磁场应该是垂直纸面向外．‎ ‎（3）当时，最大速度对应的轨迹圆如图一所示，与Ⅰ区相切，此时圆周运动的半径为 洛伦兹力提供向心力，有 得 即速度小于等于 此刻必须保证．‎ ‎（4）当电子以角入射时，最大速度对应轨迹如图二所示，轨迹圆与圆柱腔相切，此时有：‎ ‎，，‎ 由余弦定理有，‎ 联立解得：‎ 再由：，得．‎