安徽省安庆市第一中学2021-2022学年高二下学期期中物理Word版含解析.docx

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安庆一中2021～2022学年度高二年级第二学期期中考试物理试题总分：100分考试时间：100分钟注意事项：1.答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息.2.请将答案正确填写在答题卡.一、选择题（本题共10小题，每小题4分.在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一个选项符合题目要求；第7～10题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分.选对但不全的得2分、有选错的得0分）1.在物理学发展中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法起到了重要作用。下列叙述符合史实的是（　　）A.安培根据通电直导线的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说B.奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应说明了电和磁之间存在联系C.法拉第在实验中观察到，通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，出现了感应电流D.楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反【答案】B【解析】【详解】A．根据通电螺线管产生的磁场与条形磁铁的磁场的相似性，安培提出了磁性是分子内环形电流产生的，即分子电流假说，故A不符合题意；B．奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在联系，故B符合题意；C．法拉第探究磁产生电的问题，发现导线中电流“通、断”时导线附近的固定导线圈中出现感应电流，而导线中通有恒定电流时导线圈中不产生感应电流，故C不符合题意；D．楞次定律指出感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故D不符合题意。故选B。2.如图所示，铝管竖直置于水平桌面上，小磁体从铝管正上方由静止开始下落，在磁体穿过铝管的过程中，磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。下列选项正确的是（　　） A.磁体做匀加速直线运动B.磁体的机械能守恒C.磁体动能的增加量小于重力势能的减少量D.铝管对桌面的压力大于铝管和磁体的重力之和【答案】C【解析】【分析】【详解】A．磁体在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力作负功现象，从而磁体的加速度小于重力加速度；根据法拉第电磁感应定律可知，磁体运动的速度越快，则产生的感应电动势越大，所以受到的安培力也越大，所以磁体的加速度是逐渐减小的，磁体不是做匀加速运动，故A错误；BC．磁体在整个下落过程中，除重力做功外，还有产生感应电流对应的安培力做功，导致减小的重力势能，部分转化动能外，还要产生内能，故机械能不守恒，且磁体动能的增加量小于重力势能的减少量，故B错误，C正确；D．以铝管和磁体整体为研究对象，因磁体有向下的加速度，则整体合力向下，故地面对整体的支持力小于总重力，根据牛顿第三定律可知，铝管对桌面的压力小于铝管和磁体的重力之和，故D错误。故选C。3.如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。加速电场的加速压为U，静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。下列说法不正确的是（　　） A.磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外B.磁分析器中圆心到Q点的距离可能为C.不同离子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器D.静电分析器通道中心线半径为【答案】B【解析】【分析】【详解】A．粒子在静电分析器中受电场力指向圆心，可知粒子带正电，在磁分析器中沿顺时针转动，所受洛伦兹力指向圆心，根据左手定则，磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外，故A正确，不符合题意；B．离子在静电分析器时速度为，离子在加速电场中加速的过程中，根据动能定理可得离子在磁分析器中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可得联立以上等式可得因此即磁分析器中圆心到点的距离为，故B错误，符合题意；CD．在通过静电分析器时，电场力提供向心力，由此可得 结合之前分析所得通过静电分析器的速度结果，可化简得即静电分析器通道中心线半径为，与离子的比荷无关，所以不同粒子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器，故CD正确，不符合题意。故选B。4.回旋加速器利用磁场和电场使带电粒子作回旋运动，经过多次加速，粒子最终从D形盒边缘引出，成为高能粒子。若D形盒中磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。D形盒的半径为R，则下列判断正确的是（　　）①被加速粒子的比荷为②被加速粒子获得的最大速度为③粒子被加速的次数为④粒子获得的最大动能会随着加速电压的变化而变化A.①②B.②③C.③④D.①④【答案】A【解析】【详解】忽略粒子在电场中加速时间，则交变电场变化周期等于粒子在磁场中圆周运动周期，有可知故①正确；粒子在磁场中匀速圆周运动 知速度最大时圆周半径达到最大，等于D型盒半径R，则粒子被加速的最大速度为故②正确；粒子最大动能为粒子每被加速一次，动能增加qU，所以粒子被加速的次数为故③错误；由可知，粒子获得的最大动能与加速电压无关，故④错误。故选A。5.如图所示，、是两个完全相同的灯泡，其额定电压均为，图中电源电动势，其内阻不计，是具有单向导电性的理想二极管，是带铁芯的线圈，其直流电阻忽略不计。则下列说法正确的是（　　）A.电键闭合瞬间，、同时逐渐变亮B.电键闭合瞬间，逐渐变亮，不亮C.电键断开瞬间，、均立即熄灭D.电键断开瞬间，立即熄灭，逐渐熄灭【答案】B 【解析】【详解】AB．闭合开关，二极管接反向电压，因此A灯不亮，线圈电流在逐渐增大，因此B灯逐渐变亮，故A错误，B正确；CD．断开瞬间，B灯立即熄灭，A灯与线圈构成回路，先闪亮再逐渐熄灭，故CD错误。故选B。6.如图所示，两电阻不计的足够长光滑导轨MN、PQ水平放置，导轨间距为l，左端连接一电动势为E、内阻不计的电源，空间有垂直于导轨平面竖直向下的、磁感应强度为B匀强磁场，一质量为m、电阻为R的导体棒ab与导轨接触良好，从某处自由释放，经过一段时间，运动的位移为x，速度大小为v，通过导体棒电量为q。则（）A.此时导体棒加速度B.此过程中通过导体棒电量C.此过程导体棒中产生的内能为qED.电源的路端电压最终为E【答案】D【解析】【详解】A．导体棒受到安培力作用向右运动，导体切割磁感线产生和电源相反的电动势，导体棒速度大小为v时则电路中的电流为受到的安培力则加速度 A错误；B．经过一段时间，运动的位移为x，速度大小为v，感应电流流过导体棒电量但是电源电流也有流过导体棒的电荷量，则此过程中通过导体棒电量不一定等于，B错误；C．根据能量守恒即产生的热量是C错误；D．从某处自由释放，导体棒受安培力做减速运动，最终产生的感应电动势和电源的电动势大小相等，导体棒做匀速运动，则电源的路端电压最终为E，D正确。故选D。7.如图所示，水平放置足够长光滑金属导轨和，与平行，是以O为圆心的圆弧导轨，圆弧左侧和扇形内有方向如图的匀强磁场，金属杆的O端与e点用导线相接，P端与圆弧接触良好，初始时，可滑动的金属杆静止在平行导轨上，若杆绕O点在匀强磁场区内从b到c匀速转动时，回路中始终有电流，则此过程中，下列说法正确的有（　　）A.杆产生的感应电动势恒定B.杆受到的安培力不变C.杆做匀加速直线运动D.杆中的电流逐渐减小【答案】AD【解析】【分析】 【详解】A．OP转动切割磁感线产生的感应电动势为因为OP匀速转动，所以杆OP产生的感应电动势恒定，故A正确；BCD．杆OP匀速转动产生的感应电动势产生的感应电流由M到N通过MN棒，由左手定则可知，MN棒会向左运动，MN棒运动会切割磁感线，产生电动势与原来电流方向相反，让回路电流减小，MN棒所受合力为安培力，电流减小，安培力会减小，加速度减小，故D正确，BC错误。故选AD。8.如图所示，在地球附近上方的空间，存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向水平且垂直于纸面向里，一带电油滴P在竖直面内恰好做匀速圆周运动，则下列说法中正确的是（　　）A.若撤去电场，油滴P可能做匀变速曲线运动，且机械能不断增加B.若撤去磁场，油滴P可能做匀速直线运动，且机械能不变C.若改变油滴P的初速度，P也可能做匀速直线运动，且机械能保持不变D.油滴P带负电且做匀速圆周运动时，在最高点电势能最大【答案】BC【解析】【详解】D．由于做匀速圆周运动，电场力竖直向上与重力等大反向，因此油滴P带负电，在最高点时，电势能最小，D错误；A．由于洛伦兹力大小与速度有关，因此若撤去电场，油滴P只要速度改变，受洛伦兹力就会发生变化，从而加速度改变，因此不可能做匀变速曲线运动，A错误；B．若撤去磁场，油滴P受力平衡，可能做匀速直线运动，如果速度沿水平方向，机械能不变，B正确；C．若将油滴P的初速度改为垂直纸面方向，油滴P不受洛伦兹力作用，做匀速直线运动，且机械能保持不变，C正确。故选BC。9.如图所示，相距L的光滑金属导轨，半径为R的圆弧部分竖直放置，平直部分固定于水平地面上，MNQP范围内有方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场。金属棒ab和cd垂直导轨且接触良好，cd 静止在磁场中；ab从圆弧导轨的顶端由静止释放，进入磁场后与cd没有接触，cd离开磁场时的速度是此刻ab速度的一半，已知ab的质量为m、电阻为r，cd的质量为2m、电阻为2r。金属导轨电阻不计，重力加速度为g。下列说法正确的有（　　）A.cd在磁场中运动时电流的方向为c→dB.cd在磁场中做加速度减小的加速运动C.cd在磁场中运动的过程中流过的电荷量为D.cd在磁场中运动过程，cd上产生的焦耳热为【答案】BD【解析】【分析】【详解】A．cd在磁场中运动时，回路中磁通量减小，根据楞次定律可知，cd电流的方向为d→c，A错误；B．当ab进入磁场后回路中产生感应电流，则ab受到向左的安培力而做减速运动，cd受到向右的安培力而做加速运动，由于两者的速度差逐渐减小，可知感应电流逐渐减小，安培力逐渐减小，可知cd向右做加速度减小的加速运动，B正确；C．ab从释放到刚进入磁场过程，由动能定理得对ab和cd系统，合力为零，则由动量守恒mv0=m·2vcd＋2mvcd解得对cd由动量定理得其中 解得C错误；D．ab从圆弧导轨的顶端由静止释放，至cd刚离开磁场时由能量关系得其中解得D正确。故选BD。10.两个有界匀强磁场宽度均为L，磁感应强度大小相等，磁场方向如图所示，有一电阻均匀的、边长为L的等腰直角三角形金属线框在垂直于磁场边界的外力F作用下匀速通过整个磁场区域，线框平面始终与磁场垂直，初始时刻，三角形金属线框的前端恰处在磁场左边界处，规定线框中的逆时针电流方向为正，垂直纸面向里的磁通量方向为正方向，则在穿过磁场的整个过程中，下列线框中的感应电流和穿过线框中的磁通量随位移变化的图像中可能正确的是（　　） A.B.C.D.【答案】BD【解析】【分析】【详解】AB．在0~L过程中，由右手定则可知感应电流方向为逆时针，且电流大小线性增大，在L~2L过程中，电流为顺时针方向，且电流大小线性增大，故A错误，B正确；CD．0~L过程中，根据则可知C错误，D正确。故选BD。二、实验题（本题共2小题，每空2分，满分16分，依据题目要求作答，并将答案填写在答题卡相应空白处）11.某校物理探究小组探究电磁感应规律的实验器材和电路如图所示。回答下列问题：（1）请用笔画线代替导线，将图中各器材连接，构成正确的实验电路_________； （2）实验中发现：闭合开关时，灵敏电流计的指针向左偏转了一下。闭合开关后，若将线圈A快速插入线圈B中，灵敏电流计的指针会_____________（选填“向左偏”、“不偏转”或“向右偏”）；开关保持闭合，线圈A保持静止，若把滑动变阻器的滑片快速向左滑动，灵敏电流计的指针会_________（选填“向左偏”、“不偏转”或“向右偏”）；（3）通过实验可以得出：当穿过闭合回路的_________________时，闭合回路中就会产生感应电流。【答案】①.②.向左偏③.向右偏④.磁通量变化【解析】【详解】（1）[1]探究感应电流产生条件的电路是两个回路，按两个回路的思路连接，如图所示；（2）[2]闭合开关时，穿过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针向左偏一下．将线圈A快速插入线圈B中，则穿过线圈B的磁通量增大，灵敏电流计的指针也应该向左偏转；[3]若将滑动变阻器的滑片P向左滑动，左侧电路中的电流减小，穿过线圈B的磁通量减小，则灵敏电流计的指针应该向右偏转；（3）[4]通过实验可以得出：当穿过闭合线圈的磁通量变化时，闭合回路中就会产生感应电流。 12.电磁血流量计是基于法拉第电磁感应定律，运用在心血管手术和有创外科手术的精密监控仪器，可以测量血管内血液的流速。如图甲所示，某段监测的血管可视为规则的圆柱体模型，其前后两个侧面a、b固定两块竖直正对的金属电极板（未画出，电阻不计），匀强磁场方向竖直向下，血液中的正负离子随血液一起从左至右水平流动，则a、b电极间存在电势差。（1）若用电压表监测a、b电极板间的电势差，则与电压表“+”接线柱相连的是图甲中__________电极板（选填“a”或“b”）。（2）某次监测中，用电压表测出a、b电极间的电势差U，已知a、b电极板间的距离d，磁感应强度B，血管壁厚度不计，则用上述物理量表示血流速度的表达式为_________；若，d=3.0mm，B=0.12T，根据数据可估算出血流速度为_________m/s（结果保留两位有效数字）。（3）为了测量动脉血流接入电路的电阻，某研究性学习小组在a、b间设计了如图乙所示的测量电路。闭合开关S，调节电阻箱的阻值，由多组灵敏电流计G的读数I和电阻箱的示数R，绘制出—R图像为一条倾斜的直线，且该直线的斜率为k，纵截距为b，如图丙所示。已知灵敏电流计G的内阻为Rg，则血液接入电路的电阻为_________（用题中的字母k、b、Rg表示）。【答案】①.a②.③.0.42④.【解析】【详解】(1)[1]由于电荷在磁场中受洛伦兹力的作用，故可得电极为正，电极为负，故图甲中与相连的是电压表的正极。(2)[2][3]根据可得代入数据，解得 (3)[4]由闭合电路的欧姆定律可得变形可得由于该直线的斜率为，纵截距为，解得三、解答题（本题共4小题，满分44分.要求在答题卡中每题的空白处写出必要的文字说明、原始方程或原始数学表达式以及重要的演算步骤和最终结果。）13.如图所示，在绝缘光滑水平面上，有一个边长为L单匝正方形线框，在外力的作用下以恒定的速率v进入磁感应强度为B的有界匀强磁场区域。在被拉入的过程中线框平面与磁场方向垂直，线框的边平行于磁场的边界，外力方向在线框平面内且与边垂直。已知线框的四个边的电阻值相等，均为R。求：（1）在边刚进入磁场区域时，线框内电流大小：（2）在边刚进入磁场区域时，两端的电势差；（3）在线框被拉入磁场的整个过程中，线框产生的焦耳热。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）ab边切割磁感线产生的感应电动势为E=BLv通过线框的电流为（2）ab边两端的电压为路端电压 Uab＝E所以（3）线框被拉入磁场的整个过程所用时间线框中电流产生的热量14.如图所示，在倾角为θ＝37°斜面上，固定一宽为L＝1.0m的平行金属导轨。现在导轨上垂直导轨放置一质量m＝0.4kg、电阻R0＝2.0Ω、长为1.0m的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5．整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B＝2T的匀强磁场中。导轨所接电源的电动势为E＝12V，内阻r＝1.0Ω，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，滑动变阻器的阻值符合要求，其他电阻不计，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8．现要保持金属棒在导轨上静止不动，求：（1）金属棒所受安培力大小的取值范围；（2）滑动变阻器接入电路中的阻值范围。【答案】（1）N≤F≤8N；（2）0≤R≤30Ω【解析】【详解】（1）当金属棒刚好达到向上运动的临界状态时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向下，对金属棒受力分析，如图甲所示，此时金属棒所受安培力最大，设为F1，则有垂直斜面方向 FN＝F1sinθ＋mgcosθ沿斜面方向F1cosθ＝mgsinθ＋Ffmax又Ffmax＝μFN以上三式联立并代入数据可得F1＝8N当金属棒刚好达到向下运动的临界状态时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向上，其受力分析如图乙所示，此时金属棒所受安培力最小，设为F2，则有FN′＝F2sinθ＋mgcosθF2cosθ＋Ffmax′＝mgsinθFfmax′＝μFN′以上三式联立并代入数据可得F2＝N所以金属棒受到的安培力的取值范围为N≤F≤8N。（2）因磁场与金属棒垂直，所以金属棒受到的安培力为F＝BIL因此有I＝由安培力的取值范围可知电流的取值范围为A≤I≤4A设电流为I1＝A时滑动变阻器接入电路中的阻值为R1，由闭合电路欧姆定律，有E－I1r＝I1（R0＋R1）代入数据可得R1＝30Ω设电流为I2＝4A时滑动变阻器接入电路中的阻值为R2，由闭合电路欧姆定律，有 E－I2r＝I2（R0＋R2）代入数据可得R2＝0所以滑动变阻器接入电路中的阻值范围为0≤R≤30Ω。15.如图所示，在矩形区域ABCD内存在竖直向上的匀强电场，在BC右侧Ⅰ、Ⅱ两区域存在匀强磁场，L1、L2、L3是磁场的边界（BC与L1重合），宽度相同，方向如图所示，区域Ⅰ的磁感应强度大小为B1。一电荷量为＋q、质量为m的粒子（重力不计）从AD边中点以初速度v0沿水平向右方向进入电场，粒子恰好从B点进入磁场，经区域Ⅰ后又恰好从与B点同一水平高度处进入区域Ⅱ.已知AB长度是BC长度的倍。（1）求带电粒子到达B点时的速度大小；（2）求区域Ⅰ磁场的宽度L；（3）要使带电粒子在整个磁场中运动的时间最长，求区域Ⅱ的磁感应强度B2的最小值。【答案】（1）；（2）；（3）1.5B1【解析】【详解】（1）设带电粒子进入磁场时速度大小为v，与水平方向成θ角，粒子在匀强电场中做类平抛运动，由类平抛运动的速度方向与位移方向的关系有则θ＝30°根据速度关系有 （2）设带电粒子在区域Ⅰ中的轨道半径为r1，由牛顿第二定律得轨迹如图甲所示由几何关系得L＝r1解得（3）当带电粒子不从区域Ⅱ右边界离开磁场时，在磁场中运动的时间最长．设区域Ⅱ中最小磁感应强度为B2m，此时粒子恰好不从区域Ⅱ右边界离开磁场，对应的轨迹半径为r2，轨迹如图乙所示：同理得 根据几何关系有L＝r2（1＋sinθ）解得B2m＝1.5B1.16.如图，MN、PQ为足够长平行光滑水平金属导轨，处于竖直向下的匀强磁场中，GH、JK为足够长倾斜粗糙平行金属导轨，处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，底端接的电容器。NQ端与GJ端高度差m，水平距离m。现将导体棒cd静置在水平分导轨固定小钉的右侧，导体棒ab以速度m/s从MP端滑入，一段时间后cd棒从NQ端抛出，恰能无碰撞从GJ端进入斜导轨。已知导轨间距均为1m，两磁场的磁感应强度均为2T，两棒质量均为0.01kg、接入电阻均为1Ω，导轨电阻不计，棒始终与导轨垂直且接触良好，棒与斜导轨的动摩擦因数，g取。求：（1）cd棒从NQ端抛出时的速度大小；（2）cd棒抛出前瞬间ab棒所受安培力的功率P；（3）最终电容器存储的电荷量Q。【答案】（1）4m/s；（2）W；（3）【解析】【详解】（1）cd棒从NQ端抛出后做平抛运动，设运动时间为t，竖直方向有水平方向有联立解得m/s （2）设cd棒抛出时，ab棒速度大小为，由动量守恒定律可得此时回路感应电动势为E、感应电流为I、安培力为F联立解得W（3）cd棒运动到GJ端时速度为v，斜面与水平夹角为又联立解得m/scd棒沿倾斜轨道下滑时，由于，重力下滑分力与滑动摩擦力等大反向，所以棒所受合力为安培力，设稳定时速度为，电容器带电量为q，则又根据联立解得