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- 2021-05-31 发布
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昆明第一中学2019-2020学年度上学期期末考试
高二物理
第Ⅰ卷(12小题,共48分)
一、选择题,共12小题,每小题4分,共48分。(第1~6题为单项选择题,第7~12题为多项选择题,全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。)
1. 中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也.”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图.结合上述材料,下列说法不正确的是
A. 地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B. 地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
C. 地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D. 地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
【答案】C
【解析】A.根据题意可知,地理南、北极与地磁场存在一个夹角,为磁偏角,故两者不重合,A正确; B.地磁南极在地理的北极附近,地磁北极在地理的南极附近,B正确;
C.由于地磁场的磁场方向沿磁感线切线的方向,故只有赤道处地磁场的磁场方向才与地面平行,C错误;D.在赤道处,磁场方向水平,而射线是带电粒子,运动方向垂直磁场方向,根据左手定则可得射向赤道的粒子受到洛伦兹力的作用,D正确.
2. 图中虚线所示为某一静电场的等势面.一点电荷仅在静电力作用下先后经过A、B、C三点,在经过A、C点时,其动能分别为5eV和25eV.当这一点电荷经过到B点时,其动能应为( )
A. 10eV B. 15eV C. 40eV D. 55eV
【答案】B
【解析】由于电荷在电场中运动时,只受电场力作用,所以电荷的电势能和动能之和守恒,由于从A到C动能增加,故电场力做正功,电荷带正电,则根据能量守恒定律可得
,
解得Ek=15eV,故选B。
3. 如图所示的电路中,电源电动势为E,内电阻为r,当变阻器R的滑动触头向a端移动时,下列判断正确的是( )
A. 电流表A1的示数变大 B. 电流表A2的示数变小
C. 电流表A2的示数不变 D. 电压表V的示数变小
【答案】B
【解析】D.当变阻器R的滑动触头向a端移动时,变阻器的电阻变大,它与R0并联的总电阻变大,故外电路电阻变大,路端电压增大,即电压表的示数变大,选项D错误;
A.总电阻变大,由欧姆定律可得,总电流减小,即电流表A1的示数变小,选项A错误;
BC.电阻R0的两端电压增大,则R0支路上的电流变大,由于总电流等于R0的电流加上变阻器支路上的电流,故变阻器支路上的电流变小,即电流表A2的示数变小,选项B正确,C错误.故选B。
4. 法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机.铜质圆盘竖直放置在水平向左的匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个摇柄,边缘和圆心处各有一个铜电刷与其紧贴,用导线将电刷与电阻R连接起来形成回路.转动摇柄,使圆盘沿如图方向转动.已知匀强磁场的磁感应强度为B,圆盘半径为r,圆盘匀速转动的角速度为ω.下列说法正确的是( )
A. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从b到a
B. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从a到b
C. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从b到a
D. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从a到b
【答案】A
【解析】将圆盘看成由无数根辐条组成,它们均切割磁感线,从而产生感应电动势,产生感应电流,根据右手定则,圆盘上感应电流从边缘流向圆心,则流过电阻R的电流方向为从b到a.根据法拉第电磁感应定律得圆盘产生的感应电动势.
A. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从b到a,与结论相符,选项A正确;
B. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从a到b,与结论不相符,选项B错误;
C. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从b到a,与结论不相符,选项C错误;
D. 圆盘产生的电动势为,流过电阻R的电流方向为从a到b,与结论不相符,选项D错误;
5. 如图所示,质量为、长度为的金属棒两端由等长的轻质细线水平悬挂在、点,处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为;棒中通以某一方向的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均 为,重力加速度为.则( )
A. 金属棒中的电流方向由指向
B. 金属棒所受安培力的方向垂直于平面向上
C. 金属棒中的电流大小为
D. 每条悬线所受拉力大小为
【答案】C
【解析】A:根据左手定则,可以知道金属棒中的电流方向由指向,故A项错误.
B:金属棒所受安培力的方向垂直于和磁场方向水平向右,与平面不垂直,故B项错误.
C:对金属棒受力分析如图:
则,得,故C选项是正确的.
D:由受力分析可以知道,,得,故D项错误.所以选C.
6. 如图,半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面),磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.一电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域,射入点与ab的距离为.已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60°,则粒子的速率为(不计重力)( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】带电粒子从距离ab为处射入磁场,且射出时与射入时速度方向的夹角为60°,粒子运动轨迹如图,ce为射入速度所在直线,d为射出点,射出速度反向延长交ce于f
点,磁场区域圆心为O,带电粒子所做圆周运动圆心为O′,则O、f、O′在一条直线上,由几何关系得带电粒子所做圆周运动的轨迹半径为R,由F洛=Fn得qvB=
解得v=
A.,与结论不相符,选项A错误;B.,与结论相符,选项B正确;
C.,与结论不相符,选项C错误;D.,与结论不相符,选项D错误;
故选B。
7. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形盒、构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )
A. 离子由加速器的边缘附近进入加速器 B. 离子所获得的最大速度与所加电压的大小无关
C. 离子从磁场中获得能量 D. 离子从电场中获得能量
【答案】BD
【解析】A.被加速离子只能由加速器的中心附近进入加速器,而从边缘离开加速器,故A错误;
B.当离子离开回旋加速器时,动能最大,根据解得
与加速电压无关,故B正确;
CD.由于洛伦兹力并不做功,而离子通过电场时有,故离子是从电场中获得能量,故C错误,D正确。故选BD。
8. 如图,两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流。a、O、b在M、N的连线上,O为MV的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到O点的距离均相等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是( )
A. O点处的磁感应强度为零
B. a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反
C. c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同
D. a、c两点处磁感应强度的方向相同
【答案】CD
【解析】A.根据右手螺旋定则,M处导线在O点产生的磁场方向竖直向下,N处导线在O点产生的磁场方向竖直向下,合成后磁感应强度不等于零,故A错误;
B.M在a处产生的磁场方向竖直向下,在b处产生的磁场方向竖直向下,N在a处产生的磁场方向竖直向下,b处产生的磁场方向竖直向下,根据场强的叠加知,a、b两点处磁感应强度大小相等,方向相同,故B错误;
C.M在c处产生的磁场方向垂直于cM偏下,在d处产生的磁场方向垂直dM偏下,N在c处产生的磁场方向垂直于cN偏下,在d处产生的磁场方向垂直于dN偏下,根据平行四边形定则,知c处的磁场方向竖直向下,d处的磁场方向竖直向下,且合磁感应强度大小相等。故C正确;
D.由上分析可知,a、c两点的磁场方向都是竖直向下,故D正确。故选CD。
9. 如图所示,由M、N两块相互靠近的平行金属板组成的平行板电容器,极板N与静电计的金属球相接,极板M与静电计的外壳均接地。给电容器充电,静电计指针张开一定角度。实验过程中,电容器所带电荷量不变。下面操作能使静电计指针张角变大的是( )
A. 将M板向上平移 B. 将M板沿水平向左方向远离N板
C. 在M、N之间插入有机玻璃板 D. 在M、N之间插入金属板,且不和M、N接触
【答案】AB
【解析】A.极板M和静电计外壳均接地,相当于以大地为导向连接在一起,那么两极板之间的电压即静电计的指针和外壳之间的电压越大,指针偏角越大,平行板电容器电压
M板上移,正对面积S变小,电压变大,故A正确;
BCD.将M板沿水平向左方向远离N板,板间距离变大,电压变大,张角变大,在M、N之间插入有机玻璃板相对介电常数变大,在M、N之间插入金属板,且不和M、N接触,板间距离变小,都会导致电压变小,指针张角变小,故B正确,CD错误。故选AB。
10. 如图为欧姆表原理图,其中电流表的满偏电流微安,内阻欧,可变电阻R的最大值为10千欧,电池的电动势,内阻欧,图中与接线柱A相连的表笔颜色应该是什么色?按照正确使用方法测量电阻的阻值时,指针指在刻度盘的正中央,则等于多少千欧?以下选项正确的是( )
A. 红 B. 黑 C. 5 D. 10
【答案】AC
【解析】欧姆表是电流表改装的,必须满足电流的方向“”进“
”出,即回路中电流从标有“+”标志的红表笔进去,所以与A相连的表笔颜色是红色;当两表笔短接(即)时,电流表应调至满偏电流,设此时欧姆表的内阻为此时有关系
得内
当指针指在刻度盘的正中央时
有
代入数据可得
故选AC。
11. 如图所示,其中电流表A的量程为0.6A,表盘均匀划分为30个小格,每一小格表示0.02A,的阻值等于电流表内阻的;的阻值等于电流表内阻的2倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值,则下列分析正确的是( )
A. 将接线柱1.2接入电路时,每一小格表示0.04A
B. 将接线柱1.2接入电路时,每一小格表示0.06A
C. 将接线柱1.3接入电路时,每一小格表示0.06A
D. 将接线柱1.3接入电路时,每一小格表示0.01A
【答案】BC
【解析】AB.当接线柱1、2接入电路时,电流表A与R1并联,由串并联电路规律可知,R1分流为1.2A,因此电流表量程为1.2A+0.6A=1.8A,则每小格表示0.06A,A错误,B正确;
CD.当接线柱1、3接入电路时,电流表A与R1并联后与R2串联,电流表量程仍为1.8A,因此每小格表示0.06A,C正确,D错误。故选BC。
12. 如图甲所示,导线MN和矩形线圈abcd共面且均固定.在MN中通以图乙所示的电流(电流正方向为M指向N),则在0-T时间内( )
A. 线圈感应电流方向始终abcda B. 线圈感应电流方向始先abcda后adcba
C. ab边始终不受安培力作用 D. bc边受安培力方向先右后向左
【答案】AD
【解析】时间内,电流方向,根据右手定则,线框所在平面产生垂直平面向里的磁场,随电流逐渐减小,磁场减弱,根据楞次定律增反减同,线框的感应电流产生垂直平面向里的磁场,感应电流方向为顺时针方向即abcda,根据左手定则,ab边受力竖直向上,bc边受安培力水平向右;,电流变为负向,即,根据右手定则,线框所在平面产生垂直平面向外的磁场,随电流增大,磁场增强,根据楞次定律增反减同,线框的感应电流产生垂直平面向里的磁场,感应电流方向为顺时针方向即abcda,,根据左手定则可知,bc边受安培力向左,故选AD。
第Ⅱ卷(共60分)
二、实验题(本题共2小题,每小题10分,共20分。)
13. 某同学用伏安法测一节干电池的电动势和内阻,现备有下列器材:
A.被测干电池一节
B.电流表1:量程0~0.6A,内阻
C.电流表2:重相0~0.6A,内阻约为
D.电压表1:量程0~3V,内阻未知
E.电压表2:量程0~15V,内阻未知
F.滑动变阻器,2A
G.滑动变阻器,1A
H.开关、导线若干
伏安法测电池电动势和内阻的实验中,由于电流表和电压表内阻的影响,测量结果存在系统误差;在现有器材的条件下,要尽可能准确地测量电池的电动势和内阻。
(1)在上述器材中请选择适当的器材:_______(填写选项前的字母);
(2)实验电路图应选择下图中的_______(“甲”或“乙”);
(3)根据实验中电流表和电压表的示数得到了如图丙所示的图象,则在修正了实验系统误差后,干电池的电动势______V,内电阻______。
【答案】 (1). ABDFH (2). 甲 (3). 1.50 (4). 0.7
【解析】(1)[1]在上述器材中请选择适当的器材:
A.干电池是唯一电源,必选;
B.考虑到干电池电流不宜过大,同时为了精确,电流表应该选量程0~0.6A的电流表;
D.根据干电池电压,应该选择量程为0~3V电压表;
F.滑动变阻器阻值较小有利于电表数值变化,减小误差,故应选规格为,2A的变阻器;
H.开关、导线若干必选。
故选ABDFH。
(2)[2]因电流表内阻已知,故应采用相对电源的电流表内接法,故选甲;
(3)[3]由图可知,电源的电动势
[4]内电阻
14. 为了测量某一未知电阻Rx的阻值,某实验小组找来以下器材:电压表(0~3V,内阻约3kΩ)、电流表(0~0.6A,内阻约0.5Ω)、滑动变阻器(0~15Ω,2A)、电源(E=3V,内阻很小)、开关与导线,并采用如图甲所示的电路图做实验.
①请按图甲所示的电路图将图乙中实物连线图补齐___________;
②图乙中,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P置于______端(选填“a”、“b”).
③闭合开关,缓慢调节滑动变阻器,得到多组电压表与电流表的读数,根据实验数据在 坐标系中描出坐标点,请你完成U-I图线_________;
④根据U-I图可得,该未知电阻的阻值Rx=______.(保留两位有效数字)
⑤由于实验中使用的电表不是理想电表,会对实验结果造成一定的影响,则该小组同学实验测出的电阻值______Rx的真实值(填“>”、“<”或“=”).
⑥利用现有的仪器,为了更加精确地测量这个电阻的阻值,请你给该实验小组提出建议并说明理由______.
【答案】 (1). (2). a (3). (4). Rx=5.0Ω (5). > (6). 由于待测电阻相对较小,所以建议电流表外接
【解析】①根据电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示;
②由图示电路图可知,闭合开关前,滑片应置于a端,此时滑动变阻器接入电路的阻值最大;
③将偏离较远的点舍掉,连成直线如图:
④由图示U-I图象可知,待测电阻阻值;
⑤由电路图可知,电流表采用内接法,由于电流表的分压作用,所测电压偏大,由欧姆定律可知,电阻测量值大于真实值.
⑥由于,,因为,则电流表应采用外接法,即电流表采用外接法可以减小实验误差.
三、计算题(本题共4小题,共32分,解答应写出必要的文字说明、公式、主要步骤及单位。)
15. 如图所示,固定在匀强磁场中的水平导轨ab、cd的间距L1=0.5 m,金属棒ad与导轨左端bc的距离L2=0.8 m,整个闭合回路的电阻为R=0.2Ω,匀强磁场的方向竖直向下穿过整个回路.ad棒通过细绳跨过定滑轮接一个质量为m=0.04kg的物体,不计一切摩擦,现使磁感应强度从零开始以=0.2T/s的变化率均匀增大,求经过多长时间物体刚好能离开地面(g取10 m/s2).
【答案】
【解析】物体刚要离开地面时,其受到的拉力F等于它的重力mg,而拉力F等于棒ad所受的安培力,即mg=BIl1 其中B=t
感应电流由变化的磁场产生I===· 联立可解得t=10s
16. 如图所示,两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上,两导轨间距为L.M、P两点间接有电阻值为R的电阻,一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦.求:
(1)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时杆中的电流及杆的加速度大小;
(2)在下滑过程中,ab杆可以达到的速度最大值。
【答案】(1),;(2)
【解析】(1)当ab加速下滑时,速度大小为v时,根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
解得,方向由a到b
由安培力公式
根据牛顿第二定律
整理得
(2)当时ab杆的速度可以达到最大值,则有
解得
17. 如图所示为一示波管中的水平偏转极板,已知极板的长度为L,两板距离为d,所加偏转电压为U,且下板带正电;若一束电子以初速沿极板的中线进入偏转电场,最终电子从P点飞出。设电子的质量为m,电量为e,不计电子的重力。试求
(1)电子在极板间运动的加速度大小;
(2)电子通过极板发生偏转距离y;
(3)若规定图中的上极板电势为零,试求P点的电势。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】(1)不计电子的重力,电子在极板间仅受到电场力
则电子在极板间运动的加速度
(2)电子在极板间做类平抛运动,平行于极板方向
垂直于极板方向做初速度为零的匀加速直线运动,故偏转距离为
(3)电子在极板间向下偏转,则上极板带负电,下极板带正电,规定图中的上极板电势为零。则P点的电势
18. 如图所示,在空间中有一坐标系,其第一象限内充满着两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ,直线OP是它们的边界。区域Ⅰ中的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外;区域Ⅱ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内。边界上的P点坐标为。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从P点平行于y轴负方向射入区域Ⅰ,经过一段时间后,粒子恰好经过原点O.忽略粒子重力,已知,,求:
(1)该粒子在磁场中运动的最短时间;
(2)该粒子运动的可能速度。
【答案】(1) ; (2) (n=1、2,3,…)
【解析】(1)设粒子的入射速度为v,用R1,R2,T1,T2分别表示粒子在磁场I区和II区中运动的轨道半径和周期,根据牛顿第二定律
周期分别为
粒子先在磁场I区中做顺时针的圆周运动,后在磁场II区中做逆时针的圆周运动,然后从O点射出,这样粒子从P点运动到O点所用的时间最短,轨迹如图所示
可得
α=37°
α+β=90°
粒子在磁场I区和II区中的运动时间分别为
粒子从P点运动到O点的时间至少为t=n(t1+t2) (n=1,2,3,…)
由以上各式解得(n=1、2,3,…)
当n=1时,时间最短即
(2)粒子的速度大小满足一定条件时,粒子先在磁场I区中运动,后在磁场II区中运动,然后又重复前面的运动,直到经过原点O,这样粒子经过n个周期性的运动到过O点,每个周期的运动情况相同,粒子在一个周期内的位移为
(n=1、2,3,…)
粒子每次在磁场I区中运动的位移为
由图中几何关系可知
由以上各式解得粒子的速度大小为(n=1、2,3,…)