2018-2019学年陕西省西安中学高二上学期期末考试物理（理科）试题 解析版 17页

陕西省西安市西安中学2018—2019学年高二上学期期末考试物理试卷 一、选择题 ‎1.a、b、c是三个固定于同一平面内的通电直导线，通入大小相等方向如图所示的电流。ab与bc间距相等，则电流a、b、c受力方向分别是（ ）‎ A. 向右、向左、向右 B. 向右、向右、向左 C. 向左、向右、向右 D. 向左、向左、向右 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据通电导线来确定磁场的分布，再由左手定则来确定处于磁场中通电导线所受到的安培力方向，最后进行力的合成从而确定导线受力方向．‎ ‎【详解】根据右手螺旋定则可确定，导线b在导线a处产生的磁场方向均垂直纸面向外，而导线c在导线a处产生的磁场方向垂直纸面向里。由靠近导线的磁场强远离导线的磁场弱，则导线b、c在导线a的合磁场方向垂直纸面向外，则由左手定则可知，安培力方向向右。同理，导线c的安培力方向向右，导线b的受力方向向左，故A正确，BCD错误；故选A。‎ ‎【点睛】考查右手螺旋定则、左手定则及磁场的叠加，同时还可以利用同向电流相互吸引、异向电流相互排斥，可知：导线b与导线a电流方向相反，则导线b对导线a存在排斥，而导线c对导线a存在吸引，由于排斥力大于吸引力，所以导线a所受力方向左．同理可确定其它导线的受力．‎ ‎2.在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里．许多质量为m带电量为的粒子，以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域．不计重力，不计粒子间的相互影响. 下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中．正确的图是（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ 试题分析：据题：粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力即：，故圆周运动的半径为：,所有粒子的速率相等，可知所有粒子在磁场中圆周运动半径相同，由图可知，由O点射入水平向右的粒子恰好应为最右端边界，MO=2r=2R；随着粒子的速度方向偏转，粒子转动的轨迹圆可认为是以O点为圆心以2R为半径转动，故B正确．所以B正确，ACD错误。‎ 考点：带电粒子在匀强磁场中的运动。‎ ‎【名师点睛】带电粒子在匀强磁场中中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据题意，画出粒子的运动轨迹，正确确定圆心和半径，再利用洛伦兹力提供带电粒子做圆周运动的向心力即得：,找到几何图形与半径的关系，相同速率的粒子在磁场中圆周运动的半径相同，根据带电粒子的进入磁场的方向可确定出圆心的位置，则可得出所有粒子能到达的最远位置，即可确定出粒子的范围。‎ ‎3.如图所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面内，在下列情况中不能使线圈产生感应电流的是 （ ）‎ A. 导线中电流强度变大 B. 线框向右平动 C. 线框向下平动 D. 线框以ab边为轴转动 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 产生感应电流的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化．若闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，闭合电路中也可能产生感应电流．对照条件分析电路中有无感应电流产生．‎ ‎【详解】导线中电流强度变大，磁场增大，线框中的磁感应强度增大，故磁通量增大，可以产生感应电流，故A错误；线框向右平动，线框中的磁感应强度减小，故磁通量减小，可以产生感应电流，故B错误；线框向下运动时，线框中的磁感应强度不变，磁通量不变，故不会产生感应电流，故C正确；线框以ab直导线为轴转动，穿过线框的磁通量变化，则有产生感应电流，故D错误；故选C。‎ ‎【点睛】判断电路中能否产生感应电流，应把握两点：一是要有闭合回路；二是回路中的磁通量要发生变化．‎ ‎4.如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面，MN线与线框的边成45°角，E、F分别为PS和PQ的中点．关于线框中的感应电流，正确的说法是 A. 当E点经过边界MN时，线框中感应电流最大 B. 当P点经过边界MN时，线框中感应电流最大 C. 当F点经过边界MN时，线框中感应电流最大 D. 当Q点经过边界MN时，线框中感应电流最大 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 当P点经过边界MN时，切割磁感线的有效长度最大为SR，感应电流达到最大．‎ ‎5.手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为，不计线圈电阻，则发电机输出电压 （ ）‎ A. 峰值是 B. 有效值是 C. 峰值是 D. 有效值是 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势求出整个矩形线圈产生的感应电动势的最大值； 根据正弦交变电压电动势最大值与有效值的关系求解发电机输出电压．‎ ‎【详解】矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以矩形线圈产生的感应电动势的最大是2Ne0，根据正弦交变电压电动势最大值与有效值的关系得发电机输出电压有效值，故选D。‎ ‎【点睛】本题考查了交流电产生的原理和最大值、有效值的关系，知道整个矩形线圈产生的感应电动势是ab边和cd边产生的感应电动势之和．‎ ‎6.让一价氢离子、一价氦粒子和二价氦粒子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，则（ ）‎ A. 它们会分成三股射出 B. 它们会分成两股射出 C. 它们会沿同一轨迹运动 D. 它们只是在同一位置射出 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 三个离子先加速后偏转，先由动能定理得到加速获得的速度，再运用运动的分解法，得到离子离开偏转电场时的侧向距离和偏转角度，即可进行分析．‎ ‎【详解】设任一正电荷的电量为q，加速电压为U1，偏转电压为U2，偏转电极的极板为L，板间距离为d．在加速电场中，根据动能定理得： qU1=mv02；在偏转电场中，离子做类平抛运动，运动时间 ；偏转距离，联立以上各式得： ；设偏转角度为θ，则 ；由上可知y、θ与带电粒子的质量、电荷量无关，则一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子在偏转电场轨迹重合，所以它们不会分成三股，而是会聚为一束射出，选项C正确，ABD错误；故选C．‎ ‎【点睛】本题一方面要熟记结论：同种带电粒子经同一加速电场加速，再经同一偏转电场偏转时轨迹重合．另一方面要能运用力学方法进行推导．‎ ‎7.如图所示，一电动机与一电阻R串联接在电源上，电源电动势E＝20V，内电阻r＝1Ω，用理想电压表测出电动机两端的电压为10V，已知电动机的电阻RM＝1Ω，电阻R＝9Ω，则 （ ）‎ A. 流过电动机的电流为10A B. 电动机消耗的热功率为100W C. 电动机的机械功率为9W D. 电动机消耗的热功率为1W ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 电动机正常工作时的电路是非纯电阻电路，欧姆定律U＞IR．对于R是纯电阻，可以用欧姆定律求电流．根据功率关系求出电动机输出功率．‎ ‎【详解】根据闭合电路欧姆定律得回路中的电流，则通过电动机的电流为1A．故A错误；电动机发热消耗的功率 P消=I2RM=1×1=1W，故B错误，D正确；电动机消耗的功率即输入功率为 P入=UI=10W， 电动机输出功率为P出=UI-I2RM=（10×1-12×1）W=9W，故C正确。故选CD。‎ ‎【点睛】对于电动机电路区分是纯电阻电路还是非纯电阻电路，可从从能量转化的角度理解：电能全部转化内能时，是纯电阻电路．电能转化为内能和其他能时，是非纯电阻电路．‎ ‎8.如图所示，两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上，A、B可以左右摆动，则（ ）‎ A. 在S闭合的瞬间，A、B必相吸 B. 在S闭合的瞬间，A、B必相斥 C. 在S断开的瞬间，A、B必相吸 D. 在S断开的瞬间，A、B必相斥 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ A、在S闭合瞬间，穿过两个线圈的磁通量变化相同，线圈中产生同方向的感应电流，同向电流相吸，则A、B 相吸，A正确，B错误； C、在S断开瞬间，穿过两个线圈的磁通量变化相同，线圈中产生同方向的感应电流，同向电流相吸，则A、B 相吸，C正确，D错误。‎ 点睛：本题考查了楞次定律的应用，同时要掌握：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥，也可以使用楞次定律的规范化的步骤解答，比较麻烦。‎ ‎9.如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有 （ ）‎ A. 当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮 B. 当S闭合时，L1一直不亮，L2逐渐变亮 C. 当S断开时，L1立即熄灭, L2也立即熄灭 D. 当S断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 当开关接通和断开的瞬间，流过线圈的电流发生变化，产生自感电动势，阻碍原来电流的变化，根据自感现象的规律，以及二极管具有单向导电性进行分析。‎ ‎【详解】闭合开关的瞬间，由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过L1，由于线圈中自感电动势的阻碍，L2灯逐渐亮，故A错误，B正确。待电路稳定后断开开关，线圈L产生自感电动势，两灯串联，所以L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭。故C错误，D正确。故选BD。‎ ‎【点睛】对于线圈要抓住双重特性：当电流不变时，它是电阻不计的导线；当电流变化时，产生自感电动势，相当于电源；同时运动注意二极管的作用。‎ ‎10.如图所示，在水平通电直导线正下方，有一半圆形光滑弧形轨道，一导体圆环自轨道右侧的P点无初速度滑下，下列判断正确的是（　　）‎ A. 圆环中将有感应电流产生 B. 圆环能滑到轨道左侧与P点等高处 C. 圆环最终停到轨道最低点 D. 圆环将会在轨道上永远滑动下去 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 水平通电导线周围有磁场，且离导线越远磁场强度越小，在圆环下落过程中，通过圆环的磁通量变小故能判断圆环中是否有感应电流．‎ ‎【详解】水平通电导线周围有磁场，且离导线越远磁场强度越小，在圆环下落过程中，通过圆环的磁通量变小，故有感应电流产生，故A正确；因为圆环在上滑的过程中，有感应电流，对整个过程由能量守恒定律得，重力势能转化为电能，故不能上升到左侧与P点等高处，故B错误；整个过程重力势能转化为电能，故小球最终停在最低点，不会在轨道上永远滑动下去，故C正确，D错误；故选AC。‎ 二、实验题 ‎11.用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻, 要求尽量减小实验误差。‎ ‎（1）应该选择的实验电路是图中的________（选项“甲”或“乙”）。‎ ‎（2）现有电流表（0—0.6A），开关和导线若干，以及以下器材：‎ A.电压表（0—15V） ‎ B.电压表（0—3V）‎ C.滑动变阻器（0—50Ω） ‎ D.滑动变阻器(0至500）‎ 实验中电压表应选用____，滑动变阻器应选用______（选填相应器材前的字母）。‎ ‎（3）某同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图中的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U-I图线（ ）。‎ 序号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 电压U（V）‎ ‎1.45‎ ‎1.40‎ ‎1.30‎ ‎1.25‎ ‎1.20‎ ‎1.10‎ 电流I（A）‎ ‎0.060‎ ‎0.120‎ ‎0.240‎ ‎0.260‎ ‎0.360‎ ‎0.480‎ ‎（4）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势E=____V，内电阻r=_____ 。‎ ‎（5）实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U以及干电池的输出功率P都会发生变化，下列各示意图中正确反映P—U关系的是____‎ ‎【答案】 (1). （1） 甲 (2). （2） B (3). C (4). （3）‎ ‎ (5). （4） 1.50 (6). 0.81到0.85 (7). （5） C ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）分析图示电路结构，然后答题； （2）根据电源电动势选择电压表，为方便实验操作应选最大阻值较小的滑动变阻器； （3‎ ‎）应用描点法作出图象； （4）根据电源的U-I图象求出电源电动势与内阻； （5）求出电源输出功率表达式，然后答题．‎ ‎【详解】（1）干电池的内阻较小，电压表的分流作用可以忽略，可以用滑动变阻器中的电流来代替干路中的电流，所以选甲图电路。（注意：两种实验电路都存在系统误差，题图甲实际测量的电阻是电源内阻与电压表的并联电阻，而图乙测量的电阻是电池内阻与电流表内阻之和）‎ ‎（2）一节干电池的电动势为1.5V，依据精确测量的原则，电压表应该选用B，电源的内阻较小，为了调节方便，滑动变阻器应该选C。‎ ‎（3）画线时第4个点的误差较大，将其舍去，其他点连成直线，就得到电源的U-I图线。‎ ‎（4）在（3）中图线中，U轴上的截距为该电源的电动势，则E=1.5V，图线的斜率为该电源的内阻.‎ ‎（5）当滑动变阻器的阻值等于电源内阻时，电源的输出功率最大，即电源的输出功率随着U先变大再变小，A、B错误；输出功率与路端电压的关系可以表示为：，由数学知识可得C正确，D错误。故选C.‎ ‎【点睛】本题考查了实验电路选择、实验器材选择、作图象、求电源电动势与内阻等问题，要知道实验原理，要掌握应用图象法处理实验数据的方法；电源的U-I图象与纵轴交点坐标值是电源电动势图象斜率的绝对值是电源内阻．‎ ‎12.某学生实验小组利用图(a)所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×1k”挡内部电路的总电阻。使用器材有： ‎ 多用电表； ‎ 电压表：量程5V，内阻十几千欧； ‎ 滑动变阻器：最大阻值5kΩ； ‎ 导线若干。 ‎ 回答下列问题： ‎ ‎（1）将多用电表档位调到电阻“×1k”挡，再将红表笔和黑表笔______，调零点。‎ ‎（2）将图（a）中多用电表的红表笔和__________（填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端。‎ ‎（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多用电表的示数如图(b)所示，这时电压表的示数如图(c)所示。多用电表和电压表的读数分别为_____kΩ 和_____V。 ‎ ‎（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零。此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00V。从测量数据可知，电压表的内阻为_________kΩ。‎ ‎【答案】 (1). （2）1 (2). （3）15kΩ； (3). 3.50V； (4). （4）12.0kΩ；‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（2）万用表接线柱接法为红正黑负，电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表；电流从电压表正接线柱流入，故红表笔接触1，黑表笔接2； （3）欧姆表读数等于倍率与表盘读数的乘积；故读数为1k×15.0Ω=15kΩ； 电压表量程为5V，最小分度为0.1V，故读数为3.50V； ‎ ‎（4）由于滑动变阻器被短路，故欧姆表读数即为电压表阻值，为12.0kΩ；‎ ‎【点睛】本题关键是明确实验原理，会使用欧姆表和电压表测量电阻和电压，同时能根据闭合电路和欧姆定律分析电源内部结构，能根据闭合电路欧姆定律灵活地列式分析.‎ 三、解答题 ‎13.如图所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ、Ⅱ中，A2A4与A1A3的夹角为60º。一质量为m、带电量为+q的粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成30º角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场。已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求Ⅰ区和Ⅱ区中磁感应强度的大小（忽略粒子重力）。‎ ‎【答案】 ； ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题意可知粒子在两磁场中的转动轨迹，由几何关系可知两圆的半径，则由洛仑兹力充当向心力可列出方程；再根据在两磁场中转过的圆心角可求得在两磁场中的时间，则由两粒子在两磁场中运动的总时间可列出关于时间的表达式，联立可解得磁感应强度．‎ ‎【详解】设粒子的入射速度为v，已知粒子带正电，故它在磁场中先顺时针做圆周运动，再逆时针做圆周运动，最后从A4点射出，用B1、B2、R1、R2、T1、T2分别表示在磁场Ⅰ区Ⅱ磁感应强度、轨道半径和周期qvB1＝m qvB2＝m ‎ ‎ ‎ 设圆形区域的半径为r，如图所示，已知带电粒子过圆心且垂直A2A4进入Ⅱ区磁场，连接A1A2，△A1OA2为等边三角形，A2为带电粒子在Ⅱ区磁场中运动轨迹的圆心，其半径R1=A1A2=OA2=r 圆心角∠A1A2O=60°，带电粒子在Ⅰ区磁场中运动的时间为t1＝ T1 带电粒子在Ⅱ区磁场中运动轨迹的圆心在OA4的中点，即R=r  在Ⅱ区磁场中运动时间为t2＝T2 带电粒子从射入到射出磁场所用的总时间t=t1+t2 由以上各式可得B1＝ ‎ B2＝ 故I区磁感应强度为 ‎；II区磁感应强度为．‎ ‎14.如图（a）所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图（b） 所示图线与横、纵轴的截距分别为和, 导线的电阻不计，求0至t1时间内：‎ ‎（1）通过电阻R1上的电流大小和方向；‎ ‎（2）通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量。‎ ‎【答案】 ； ； ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）由B-t图象的斜率读出磁感应强度的变化率，由法拉第电磁感应定律求出线圈中产生的感应电动势，由欧姆定律求出感应电流的大小． （2）由公式q=It求出通过电阻R1上的电量q，由焦耳定律求出电阻R1上产生的热量．‎ ‎【详解】（1）由图象分析可知，0至t1时间内 由法拉第电磁感应定律有： ‎ 而：S=πr22 由闭合电路欧姆定律有： 联立以上各式解得，通过电阻R1上的电流大小为： ． （2）通过电阻R1上的电量：q=I1t1=t1； 通过电阻R1上产生的热量为：Q=I12R1t1=‎ ‎【点睛】本题是法拉第电磁感应定律、欧姆定律、焦耳定律的综合应用，应用法拉第定律时要注意s是有效面积，并不等于线圈的面积．‎ ‎15.如图所示，在一个磁感应强度为B的匀强磁场中，有一弯成45°角的金属导轨，且导轨平面垂直磁场方向。导电棒MN以速度v从导轨的O点处开始无摩擦地匀速滑动，速度v的方向与Ox方向平行，导电棒与导轨单位长度的电阻为r.‎ ‎（1）写出t时刻感应电动势的表达式；‎ ‎（2）感应电流的大小如何?‎ ‎（3）写出在t时刻作用在导电棒MN上的外力瞬时功率的表达式。‎ ‎【答案】（1） （2） （3）‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）MN棒匀速运动，经过时间t通过的位移为 x=vt，有效的切割长度为L=vt•tan45°，根据E=BLv求解感应电动势的瞬时表达式． （2）由数学知识求得回路的总长，得到总电阻，可由闭合电路欧姆定律求解感应电流的大小． （3）金属棒匀速运动时，外力的功率等于回路总的电功率，由功率公式P=I2R求解．‎ ‎【详解】（1）MN匀速运动，则经过时间t导线离开O点的长度：x=vt； MN切割磁感线的有效长度是 L=vt•tan45°=vt． t时刻回路中导线MN产生的感应电动势为：E=BLv=Bv2t； （2）回路的总电阻为：R=（2vt+vt）r 感应电流的大小为： ； （3）由上式分析可知，回路中产生的感应电流不变．金属棒匀速运动时，外力的功率等于回路总的电功率，则外力瞬时功率的表达式为：P=I2R=；‎ ‎【点睛】本题的关键要理解“有效”二字，要注意回路中有效电动势和总电阻都随时间增大，实际感应电流并没有变化．‎ ‎ ‎ ‎ ‎