【物理】天津市第一中学2019-2020学年高二上学期期末考试试题（解析版） 15页

天津一中2019-2020-1高二年级期末考试物理学科试卷 一、单项选择题（共6小题，每题仅有一个正确选项）‎ ‎1.如图所示的电路中，两个相同的电流表G1和G2，零点均在刻度盘的中央．当电流从“＋”接线柱流入时，指针向左摆；当电流从“－”接线柱流入时，指针向右摆．在电路接通后再断开开关S的瞬间，下述说法中正确的是 (　　)‎ A. G1指针向右摆，G2指针向左摆 B. G1、G2的指针都向右摆 C. G1指针向左摆，G2指针向右摆 D. G1、G2的指针都向左摆 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】电路稳定后断开，通过电阻这一支路的电流立即消失，由于电感器对电流的变化有阻碍作用，会阻碍其减小，通过电感器的电流并且通过电阻．所以含有电感器的支路的电流从“+”接线柱流入，指针向左摆．含有电阻的支路电流从“-”接线柱流入，指针向右摆．故C正确，ABD错误．‎ 故选C ‎【点睛】解决本题的关键知道电感器对电流的变化有阻碍作用：当电流增大时，会阻碍电流的增大，当电流减小时，会阻碍其减小，而电阻没有此特点，当K断开电阻、电容构成一回路．‎ ‎2.航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示．当固定线圈上突然通过直流电时，线圈左侧的金属环被弹射出去．现在线圈左侧同一位置，先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环，电阻率ρ铜<ρ铝．则合上开关S的瞬间，下列（）‎ A. 从右侧看，环中产生逆时针方向的感应电流 B. 铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力 C. 若将金属环置于线圈右侧，环将向右弹射 D. 电池正、负极调换后，金属环能向右弹射 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】A．线圈中电流为左侧流入，磁场方向为向右，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由左侧看为逆时针，由右侧看为顺时针，故A错误；‎ B．由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大；故铜环受到的安培力要大于铝环，故B错误；‎ C．若环放在线圈右方，根据“来拒去留”可得，环将向右运动；故C正确；‎ D．电池正负极调换后，金属环受力向左，故仍将向左弹出；故D错误；‎ 故选C。‎ ‎3.如图所示，MN、PQ为两平行金属导轨，M、P间连有一阻值为R的电阻，导轨处于匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向与导轨所在平面垂直，图中磁场垂直纸面向里.有一金属圆环沿两导轨滑动，速度为v，与导轨接触良好，圆环的直径d与两导轨间的距离相等.设金属环与导轨的电阻均可忽略，当金属环向右做匀速运动时 A. 有感应电流通过电阻R，大小为 ‎ B. 有感应电流通过电阻R，大小为 C. 有感应电流通过电阻R，大小为 ‎ D. 没有感应电流通过电阻R ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】当金属圆环运动时，相当于电源。即两个电动势相等的电源并联，根据法拉第电磁感应定律，则电路中电动势为：‎ 根据闭合电路欧姆定律，则通过电阻电流的大小为：‎ 故B正确，ACD错误。‎ 故选B．‎ ‎4.两金属导轨和三根电阻丝如图连接，虚线框内存在均匀变化的匀强磁场，三根电阻丝的电阻大小之比R1:R2:R3＝1:2:3，金属导轨电阻不计．当S1、S2闭合，S3断开时，闭合回路中感应电流为I，当S2、S3闭合，S1断开时，闭合回路中感应电流为5I，当S1、S3闭合，S2断开时，以下说法中正确的是（）‎ A. 闭合回路中感应电流为7I B. 闭合回路中感应电流为6I C. 上下两部分磁场的面积之比为3:20 D. 无法确定上下两部分磁场的面积比值关系 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】AB．设磁场上下两部分面积分别为S1和S2，磁场的磁感应强度的变化率为k，三个电阻分别为R、2R、3R；则当S1、S2闭合，S3断开时感应电动势 则 同理当S2、S3闭合，S1断开时，闭合回路中感应电流 则当S1、S3闭合，S2断开时闭合回路中感应电流为 选项A正确，B错误； CD．上下两部分磁场的面积之比为 选项CD错误；故选A.‎ ‎5.如图为远距离输电示意图，n1、n2和，n3、n4分别是升、降压变压器的原、副线圈，已知发电机的输出电压一定．用电高峰时，某同学发现当他家的大功率电器开启后，家中的自炽灯变暗．下列说法正确的是 A. 该同学家开启大功率电器后，输电线上损失的功率减小 B. 若减小降压变压器原线圈n3的匝数，可能会使白炽灯正常发光 C. 若减小降压变压器副线圈n4的匝数，可能会使自炽灯正常发光 D. 若减小升压变压器副线圈n2的匝数，可能会使白炽灯正常发光 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A、用电高峰时，开启大功率电器，用户用电的总功率增加，升压变压器、降压变压器的原、副线圈电流都要增加，功率损失增大，故A错误；‎ B、若减小降压变压器原线圈n3的匝数，根据可知U4增大，根据可知可能会使白炽灯正常发光，故B正确；‎ C、若减小降压变压器副线圈n4的匝数，根据可知U4减小，根据可知使白炽灯更暗，故C错误；‎ D、若减小升压变压器副线圈n2的匝数，根据可知U2减小，根据可知输送电流增大，损失电压增大，功率损失增大，降压变压器的原、副线圈的电压减小，使白炽灯更暗，故D错误；‎ 故选B．‎ ‎6.如图所示，abcd为水平放置的平行“”形光滑金属导轨,间距为l，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计．已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成θ角，单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd 的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)．则(　　)‎ A. 电路中感应电动势的大小为 B. 电路中感应电流的大小为 C. 金属杆所受安培力的大小为 D. 金属杆的发热功率为 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A、导体棒切割磁感线产生感应电动势，故A错误；‎ B、感应电流的大小，故B正确；‎ C、所受的安培力为，故C错误；‎ D、金属杆的热功率，故D错误．‎ 二、多项选择题（共4小题，每题至少有两个正确选项）‎ ‎7.如图所示，虚线间空间存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电场和磁场，有一个带正电小球(电荷量为＋q，质量为m)从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下，那么，带电小球可能沿直线通过下列的哪个电磁混合场（）‎ A. B C. D. ‎ ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．小球受重力、向左的电场力、向右的洛伦兹力，下降过程中速度一定变大，故洛伦兹力一定变化，不可能一直与电场力平衡，故合力不可能一直向下，故一定做曲线运动，故A错误；‎ B．小球受重力、向左的电场力、垂直向外的洛伦兹力，合力与速度一定不共线，故一定做曲线运动，故B错误；‎ C．小球受重力、向左上方的电场力、水平向右的洛伦兹力，若三力平衡，则粒子做匀速直线运动；故C正确；‎ D．粒子受向下的重力和向上的电场力，合力一定与速度共线，故粒子一定做直线运动，故D正确；‎ 故选CD。‎ ‎8.调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示．线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上．AB间加上正弦交流电压U，移动滑动触头P的位置，就可以调节输出电压．在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q．则（ ）‎ A. 保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变大 B. 保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变小 C. 保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变大 D. 保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变小 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】保持P的位置不动，U2不变，将Q向下移动时，R变大，故电流表的读数变小；保持Q的位置不动，R不变，将P沿逆时针方向移动时，n2变大，U2变大，故电流表的读数变大．‎ 思路分析：保持P的位置不动，U2不变，将Q向下移动时，R变大，根据欧姆定律可得电流表的读数变化，保持Q的位置不动，R不变，将P沿逆时针方向移动时，n2变大，根据公式可得电压的变化，‎ 试题点评：本题综合考查了带有变压器的电路的动态分析，‎ ‎9.图示为手机无线充电装置，手机和充电板内部均安装了金属线圈，将手机置于通电的充电板上，便实现了“无线充电”．下列说法正确的是（　　）‎ A. 无线充电的原理是电磁感应 B. 将手机旋转一小角度放置，便不能充电 C. 在手机和充电板间垫上几张A4纸，也能充电 D. 充电板不论通入交变电流还是恒定电流均可充电 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】ABC项:手机内部的线圈，能将充电板中变化的磁场转化为电流给手机电池充电，是利用电磁感应原理工作的，故AC正确，B错误； ‎ D、充电底座利用的电磁感应原理工作的，故不能直接使用直流电进行充电；故D错误．‎ ‎10.如图所示，一匀强磁场B垂直于倾斜放置的光滑绝缘斜面斜向上，匀强磁场区域在斜面上虚线ef与gh之间．在斜面上放置一质量为m、电阻为R的矩形铝框abcd，虚线ef、gh和斜面底边pq以及铝框边ab均平行，且eh＞bc．如果铝框从ef上方的某一位置由静止开始运动．则从开始运动到ab边到达gh线之前的速度（v）﹣时间（t）图象，可能正确的有（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【详解】线框开始阶段，未进入磁场，做匀加速直线运动，进入磁场时，切割磁感线产生感应电流，受到沿斜面向上的安培力，若速度适中，安培力与重力沿斜面向下的分力大小相等，则线圈做匀速直线运动，由于磁场的长度大于线圈的长度，所以当线圈在磁场中运动的位移大于线圈的宽度后，线圈完全进入磁场中，由于磁通量不变，不产生感应电流，线圈做匀加速直线运动，线圈dc边出磁场时，开始做加速度减小的减速运动，最后可能做匀速运动，速度大于等于线圈进入磁场时的速度，故A正确BC错误；若线圈进入磁场时速度较小，线圈做加速度减小的加速运动，线圈完全进入磁场中，由于磁通量不变，不产生感应电流，线圈做匀加速直线运动，线圈dc边出磁场时，开始做加速度减小的减速运动，最后可能做匀速运动，速度大于等于线圈进入磁场时的速度，故D正确．‎ ‎【点睛】线框未进入磁场前做匀加速直线运动，进入磁场时，切割磁感线产生感应电流，受到沿斜面向上的安培力，根据安培力与重力沿斜面向下的分力关系，判断线框的运动情况．‎ 三、填空题（共4小题）‎ ‎11.如图所示为质谱仪的原理图，利用这种质谱仪可以对氢元素的各种同位素迚行测量。从容器A下方的小孔S1迚入加速电压为U的加速电场，可以认为从容器出来的粒子初速度为零，粒子被加速后从小孔S2迚入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条质谱线，关于氢的三种同位素氕、氘、氚迚入磁场时速率最大的是_________；三条谱线中a是粒子形成的_________。（填“氕”、“氘”或“氚”）‎ ‎【答案】 (1). 氕 (2). 氚 ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．粒子在电场中被加速，由动能定理得；‎ 粒子进入磁场时的速度大小 由于氕氘氚的电荷量q相等、加速电压U相等、m氕＜m氘＜m氚，则它们的速度关系为：v氕＞v氘＞v氚，即速率最大的是氕； [2]．粒子进入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：‎ 粒子轨道半径 由于氕氘氚的电荷量q相等、磁感应强度B相等、加速电压U相等、m氕＜m氘＜m氚，则R氕＜R氘＜R氚，a、b、c分别对应：氚、氘、氕。‎ ‎12.两条平行且足够长的金属导轨置于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向垂直导轨平面。两导轨间距为L，左端接一电阻R，其余电阻不计。长为‎2L的导体棒ab如图所示放置，开始时ab棒不导轨垂直，在ab棒绕a点紧贴导轨以角速度顺时针旋转90°的过程中，通过电阻R的电流方向为_________（填“由上到下”或者“由下到上”）；电动势的最大值为_________；通过电阻R的电荷量是_________。‎ ‎【答案】 (1). 由上到下 (2). (3). ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1][2]．由右手定则可知，通过电阻R的电流方向为由上到下；电动势的最大值为 ‎；‎ ‎[3]．第一阶段：平均电动势 通过R的电荷量 第二阶段ab棒脱离导轨后，电路中没有电流．所以总电量：‎ ‎13.理想变压器的原、副线圈匝数比n1:n2=1:10，副线圈与阻值R=20W的电阻相连。原线圈接在以速度v=‎40m/s向右匀速运动的金属棒两端，金属棒的电阻可忽略不计，棒所切割磁场的边界变化规律为y=±，副线圈输出交流电的频率为_________；匀强磁场的磁感应强度B=0.25T，则交流电压表的示数为_________；电阻R上消耗的电功率为_________。‎ ‎【答案】 (1). 10Hz (2). 20V (3). 2kW ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．原线圈产生的交流电的周期 则频率为 ‎；‎ ‎[2]．产生交流电最大值 则交流电压表的示数为 ‎ ‎ ‎[3]．变压器次级电压值 电阻R上消耗的电功率为 ‎14.如图所示，一无限长通电直导线固定在光滑水平面上，金属环质量为‎0.02kg，在该平面上以、与导线成60°角的初速度运动，其最终的运动状态是__________，环中最多能产生__________J的电能．‎ ‎【答案】 (1). 匀速直线运动 (2). 0.03‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】金属环最终会沿与通电直导线平行的直线，做匀速直线运动；最终速度v=v0cos60°由能量守恒定律，得环中最多能产生电能E=ΔEk=0.03J 四、计算题（共3小题）‎ ‎15.如图所示，半径为r的金属环绕通过某直径的轴OO′以角速度做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，从金属环面不磁场方向重合时开始计时，如果组成金属环材料单位长度的电阻值为R,‎ ‎（1）在转过30°角的过程中,感应电动势的平均值是多大？流过金属环的电量是多少?‎ ‎（2）在转过180°角的过程中，环产生的热量是多少？‎ ‎【答案】（1）（2）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）图示位置时穿过线圈的磁通量为：Φ1=0；‎ 转过 30°时穿过线圈的磁通量为：‎ Φ2=BSsin30°=Bπr2‎ 转过 30°用的时间为：‎ 由法拉第电磁感应定律得感应电动势的平均值为：‎ 金属环电阻 R 环=2πrR 感应电流：‎ I=E/R 环 电荷量：‎ q=I△t 解得：‎ ‎（2）金属环匀速转动，产生正弦式交变电流，‎ Em =BSω=Bπr2ω 有效值：‎ ‎ ‎ 转过 180°需要的时间：‎ 在转过 180°角的过程中，环产生的热量：‎ 解得：‎ ‎16.如图，在直角三角形OPN区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外．一带正电的粒子从静止开始经电压U加速后，沿平行于x轴的方向射入磁场；一段时间后，该粒子在OP边上某点以垂直于x轴的方向射出．已知O点为坐标原点，N点在y轴上，OP与x轴的夹角为30°，粒子进入磁场的入射点与离开磁场的出射点之间的距离为 d，不计重力．求 ‎（1）带电粒子的比荷；‎ ‎（2）带电粒子从射入磁场到运动至x轴时间．‎ ‎【答案】（1） （2）或 ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）粒子从静止被加速的过程，根据动能定理得：，解得：‎ 根据题意，下图为粒子的运动轨迹，由几何关系可知，该粒子在磁场中运动的轨迹半径为：‎ 粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即：‎ 联立方程得：‎ ‎（2）根据题意，粒子在磁场中运动的轨迹为四分之一圆周，长度 粒子射出磁场后到运动至轴，运动轨迹长度 粒子从射入磁场到运动至轴过程中，一直匀速率运动，则 解得：或 ‎17.如图所示，电阻忽略不计的、两根两平行的光滑金属导轨竖直放置，导轨的间距L=‎0.5m，其上端接一阻值为的定值电阻。在水平虚线L1、L2间有一不导轨所在平面垂直的匀强磁场B=3T，磁场区域的高度为d=‎0.8m。导体棒a的质量ma=‎0.18kg、电阻Ra=6Ω；导体棒b的质量mb=‎0.18kg、电阻Rb=3Ω，它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑动。若b棒能匀速穿过磁场区域，且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场。设重力加速度为g=‎10m/s2，不计a、b棒之间的相互作用，导体棒始终不导轨垂直且不导轨接触良好。求：‎ ‎（1）b棒匀速穿过磁场区域时的速度大小vb；‎ ‎（2）M点和N点相距的高度h；‎ ‎（3）a棒穿过磁场区域时的过程中，电阻R产生的热量Q。‎ ‎【答案】（1）‎4m/s（2）‎1m（3）0.144J ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）设 b 切割磁感线时，总电阻 R1=5Ω，速度为 vb，b棒穿过磁场过程 ‎ ‎ 可得 vb=‎4m/s；‎ ‎（2）b 棒落到 L1 的时间 tb=0.4s，N 到 L1 的距离为 hN=‎ a 棒落到 L1 的时间 ta=0.6s，M 到 L1 的距离为 hM=‎ M 点和 N 点相距的高度 h=hM - hN =‎1m；‎ ‎（3）a 在磁场中匀速运动时，总电阻 R2=7.5Ω，速度为 ‎ va==‎6m/s。 ‎ 恰好有 ‎ ‎ 故 a 棒匀速穿过磁场 此过程全电路产生的总电热 Q 总=magd=1.44J 电阻 R 产生的热量 ‎ Q=0.1Q 总=0.144J