【物理】天津市静海区第一中学2019-2020学年高二上学期期末考试学生学业能力调研试题（解析版） 13页

静海一中 2019-2020 第一学期高二物理期末学生 学业能力调研试卷 一、单项选择题 1.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈 A、线圈 B、电流计及开关按如右图所示连接．下 列说法中正确的是( ) A. 开关闭合后，线圈 A 插入或拔出都会引起电流计指针偏转 B. 线圈 A 插入线圈 B 中后，开关闭合或断开瞬间电流计指针均不会偏转 C. 开关闭合后，滑动变阻器的滑片 P 匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度 D. 开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片 P 加速滑动，电流计指针才能偏转 【答案】A 【解析】 试题分析：电键闭合后，线圈 A 插入或拔出都会引起穿过线圈 B 的磁通量发生变化，从而 电流计指针偏转，选项 A 正确；线圈 A 插入线圈 B 中后，电键闭合和断开的瞬间，线圈 B 的磁通量会发生变化，电流计指针会偏转，选项 B 错误；电键闭合后，滑动变阻器的滑片 P 无论匀速滑动还是加速滑动，都会导致线圈 A 的电流发生变化，线圈 B 的磁通量变化，电 流计指针都会发生偏转，选项 C、D 错误． 故选 A 考点：本题考查了感应电流产生 条件， 点评：知道感应电流产生条件，认真分析即可正确解题． 2.发射地球同步卫星时，先将卫星发射至近地圆轨道 1，然后经点火，使其沿椭圆轨道 2 运 行，最后再次点火，将卫星送入同步圆轨道 3．轨道 1、2 相切于 Q 点．轨道 2、3 相切于 P 点（如图），则当卫星分别在 1，2，3，轨道上正常运行时，以下说法正确的是（ ） 的 A. 卫星在轨道 3 上的速率大于在轨道 1 上的速率 B. 卫星在轨道 3 上的角速度大于在轨道 1 上的角速度 C. 卫星在轨道 1 上经过 Q 点时的加速度大于它在轨道 2 上经过 Q 点时的加速度 D. 卫星在轨道 2 上经过 P 点时的加速度等于它在轨道 3 上经过 P 点时的加速度 【答案】D 【解析】 【详解】万星做圆周运动时万有引力提供圆周运动的向心力有 解得 ， ， A．由 知，在轨道 1 上卫星的速率大于轨道 3 上的速率，故 A 错误； B．由 知，在轨道 1 上的角速度大于在轨道 3 上的角速度，故 B 错误； C．由 知，在轨道 1 上经过 Q 点和轨道 2 上经过 Q 点的加速度大小相等，故 C 错 误； D．由 知，在轨道 2 上经过 P 点和轨道 3 上经过 P 点的加速度大小相等，故 D 正 确. 故选 D。 3.如图所示的交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有效值是（ ） A. 5 A B. 5A 2 2 2 Mm vG m m r mar r ω= = = GMv r = 3 GM r ω = 2 GMa r = GMv r = 3 GM r ω = 2 GMa r = 2 GMa r = C. 3．5A D. 3．5 A 【答案】B 【解析】 【详解】根据交流电的有效值的定义： ,解得：I=5A， 故选 B． 【点睛】对于非正弦式电流可根据有效值的定义求解有效值．取一个周期时间，将交流与直 流分别通过相同的电阻，若产生的热量相同，直流的电流值，即为此交流的有效值． 4.一正三角形导线框高为从图示位置沿 x 轴正方向匀速穿过两匀强磁场区域．两磁场区域磁 感应强度大小均为 B、磁场方向相反且均垂直于 xOy 平面，磁场区域宽度均为 a．则感应电 流 I 与线框移动距离 x 关系图象可能是（以逆时针方向为感应电流的正方向 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 当线框移动距离 x 在 a～2a 范围，线框穿过两磁场分界线时，BC、AC 边在右侧磁场中切割 磁感线，有效切割长度逐渐增大，产生的感应电动势 E1 增大，AC 边在左侧磁场中切割磁感 线，产生的感应电动势 E2 不变，两个电动势串联，总电动势 E=E1+E2 增大，故 A 错误；当 线框移动距离 x 在 0～a 范围，线框穿过左侧磁场时，根据楞次定律，感应电流方向为逆时 针，为正值，故 B 错误；当线框移动距离 x 在 2a～3a 范围，线框穿过左侧磁场时，根据楞 次定律，感应电流方向为逆时针，为正值，故 C 正确，D 错误．所以 C 正确，ABD 错 的 2 2 2(4 2 3 22 2 T TR R I RT⋅ + ⋅ =） （ ） 误． 5.磁电式电流表的构造如图(a)所示，在踹形磁铁的两极间有一个可以绕轴转动的线圈，转轴 上装有螺旋弹簧和指针．蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，如图(b)所示．当电流通 过线圈时，线圈在安培力的作用下转动，螺旋弹赞被扭动，线图停止转动时满足 NBIS=kθ， 式中 N 为线圈的匝数，S 为线圈的面积，I 为通过线圈的电流，B 为磁感应强度，θ 为线圈(指 针)偏角，k 是与螺旋弹簧有关的常量．不考虑电磁感应现象，由题中的信息可知（ ） A. 该电流表的刻度是均匀的 B. 线圈转动过程中受到的安培力的大小变大 C. 若线圈中通以如图(b)所示的电流时，线圈将沿逆时针方向转动 D. 更换 k 值更大的螺旋弹簧，可以增大电流表的灵敏度(灵敏度即 ) 【答案】A 【解析】 【详解】A 项：磁场是均匀辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变， 螺旋弹簧的弹力与转动角度成正比，所以该电流表的刻度是均匀的，故 A 正确； B 项：磁场是均匀辐向分布，线圈转动过程中各个位置的磁感应强度的大小不变，线圈转动 过程中各个位置时产生的感应电流大小也不变，所以受到的安培力的大小不变，故 B 错误； C 项：若线圈中通以如图(b)所示的电流时，根据左手定则，左侧受安培力向上，右侧受安 培力向下，所以顺时针转动，故 C 错误； D 项：更换 k 值更大的螺旋弹簧，同样的电流变化导致同样的安培力变大，但转动角度变化 减小，所以灵敏度减小，故 D 错误． 二、多项选择题 6.如图是通过变压器降压给用户供电的示意图.负载变化时变压器输入电压保持不变.输出电 压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用 R0 表示，开关 S 闭合后，相当于接入电路中工 作的用电器增加．变压器可视为理想变压器，则开关 S 闭合后，以下说法正确的是 l θ∆ ∆ A. 变压器的输入功率减小 B. 电表 V1 示数与 V2 示数的比值不变 C. 输电线的电阻 R0 消耗的功率增大 D. 流过电阻 R1 的电流增大 【答案】BC 【解析】 【详解】A 项：因 负载增加，则副线圈总电阻减小，副线圈电压不变，则副线圈电流增 大，由 P=UI 知功率增加，故 A 错误； B 项：电表 V1 示数与 V2 示数的比值等于原、副线圈的匝数比，所以电表 V1 示数与 V2 示数 的比值不变，故 B 正确； C 项：因为负载增加，则副线圈总电阻减小，副线圈电压不变，则副线圈电流增大，所以输 电线的电阻 R0 消耗的功率增大，故 C 正确； D 项：因为负载增加，则副线圈总电阻减小，副线圈电压不变，则副线圈电流增大， 上 损失的电压增大，所以 两端的电压减小，所以流过 的电流减小，故 D 错误． 7.如图所示，abcd 为水平放置的平行“匸”形光滑金属导轨，间距为 l，导轨间有垂直与导轨 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）。则下列说法中错误的是（ ） 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. 金属杆的热功率为 【答案】ACD 【解析】 为 0R 1R 1R sin Blv θ sinBv r θ 2 sinB lv r θ 2 2 sin B lv r θ 【详解】A．电路中感应电动势为 故 A 错误； B．电路中感应电流的大小为 故 B 正确； C．金属杆所受安培力的大小为 故 C 错误； D．金属杆的热功率为 故 D 错误。故选 ACD。 8.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连的两个 D 形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速， 两 D 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示．设 D 形盒半径为 R．若用回旋加 速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为 B，高频交流电频率为 f．则下列说法正确的是 （ ） A. 带电粒子在磁场中运动的周期和交变电流的周期相等 B. 质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关 C. 只要 R 足够大，质子的速度可以被加速到任意值 D. 不改变磁场 磁感应强度和交变电流的频率，该回旋加速器也能用于加速 α 粒子 【答案】AB 【解析】 【详解】回旋加速器的工作原理是带电粒子在回旋加速器中，靠电场加速，磁场偏转，其在 磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，当粒子从 D 形盒中出来时，速度最大，此时 运动的半径等于 D 形盒的半径。当粒子在磁场中运动时， 的 sinE B MN v Blvθ= ⋅ ⋅ = sin sin E BvI l rr θ θ = = 2 sin l B lvF BI rθ= ⋅ = 2 2 sinB lvP EI r θ= = 2vqvB m R = 得 A．据加速器的工作原理可知，在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，故 A 正确； BC．据 可知，粒子的最大速度由 D 形盒的半径决定，与加速电场的电压无关； 且 质子的最终速度与半径 R 相对应，并不能加速到任意值，故 B 正确，C 错误； D．当质子 α 粒子，在磁场的运动周期发生变化，即在磁场的运动周期与在电场的周期不相 等，不满足回旋加速器的工作原理，故 D 错误。 故选 AB。 三、填空题 9.普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接， 图中电流互感器 ab 一侧线圈的匝数较少，工作时电流为 Iab，cd 一侧线圈的匝数较多，工作 时电流为 Icd，为了使电流表能正常工作，则 ab 接__（选填 MN 或 PQ），Iab__Icd．（选填 “＞”或“＜”） 【答案】 (1). MN (2). > 【解析】 【详解】[1][2]利用变压器工作原理 所以输入端 ab 接 MN，输出端 cd 接 PQ，电流互感器的作用是使大电流变成小电流，所以 10.如图所示的电路，L1 和 L2 是两个相同的小电珠，L 是一个自感系数相当大的线圈，其电 阻与 R 相同，由于存在自感现象，在电键 S 刚接通时，__灯最亮；S 断开时，__灯先熄 灭． mvR qB = mvR qB = 1 2 2 1 I n I n = ab cdI I> 【答案】 (1). L1 (2). L2 【解析】 【详解】[1]该电路是左右两部分并联后由串联起来，S 刚接通时，L2 立即发光．L 上产生自 感电动势，根据楞次定律可知，自感电动势会阻碍电流增大．使通过线圈 L 的电流慢慢增 大，而 R 上没有自感现象产生，左右两个电路总电流相等，由两个电路对比可知，此瞬间， 通过 L1 的电流比 L2 上的电流大．所以 S 刚刚接通时 L1 灯最亮； [2]S 断开时，L 和 L1 构成自感回路，L2 不在回路中，所以 S 断开时，L 立刻熄灭，L1 后熄 灭。 11.如图所示，理想变压器的原．副线圈匝数之比为 n1：n2＝4：1，原线圈回路中的电阻 A 与副线圈回路中的负载电阻 B 的阻值相等．a、b 端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率 之比 PA：PB＝____；两电阻两端的电压之比 UA：UB＝__． 【答案】 (1). 1：16 (2). 1：4 【解析】 【详解】[1]根据变压器原副线圈电流与匝数成反比得 电阻消耗的功率 ，所以两电阻消耗的电功率之比 [2]电阻两端的电压 U=IR，所以两电阻两端的电压之比 四、计算题 1 4 A B I I = 2P I R= 1:: 16A BP P = 1:: 4A BU U = 12.如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B＝0.5T，边长 L＝10cm 的正方形线圈 abcd 共 100 匝， 线圈电阻 r＝1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO′匀速转动，每分钟转 3000 转，外电路 电阻 R＝4Ω，求： （1）转动过程中感应电动势的最大值； （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 角时的瞬时感应电动势； （3）由图示位置转过 角的过程中通过 R 的电荷量 q； （4）交流电压表的示数； （5）请说出几种使用交流电有效值的情况（至少说出四种） 【答案】（1）157V（2）78.5V（3）8.66×10-2 C（4）88.8V（5）电表读数、计算焦耳热、热 功率、用电器名牌标识 【解析】 【详解】由题意得角速度为 (1)根据 ，可得感应电动势的最大值 (2)由于线框垂直于中性面开始计时，所以瞬时感应电动势表达式 当线圈转过 角时的瞬时感应电动势为 (3)线圈转过 角，通过 R 的电量 (4)转动过程中，交流电压表的示数为有效值，所以有： 60° 60° 2π 30002π 2π 100π60nT ω = = = = mE NB Sω= 2 m 100 0.5 0.1 100πV 157VE = × × × = mcos100π Ve E t= （ ） 60° 78.5Ve = 60° 28.66 10 C6 E T Nq It R r R r −∆Φ= = = = ×+ + (5)交流电有效值的使用情况，如电表读数、计算焦耳热、热功率、用电器名牌标识。 13.如图所示，固定在水平面上间距为 l 的两条平行光滑金属导轨，垂直于导轨放置的两根金 属棒 MN 和 PQ 长度也为 l、电阻均为 R，两棒与导轨始终接触良好。MN 两端通过开关 S 与 电阻为 R 的单匝金属线圈相连，线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场，磁通量变化率为常 量 k。图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为 B．PQ 的质量 为 m，金属导轨足够长、电阻忽略不计。 （1）请简要归纳出电磁感应电动势的两种方法。 （2）若闭合 S，若使 PQ 保持静止，需在其上加多大的水平恒力 F，并指出其方向； （3）若断开 S，PQ 在上述恒力作用下，由静止开始到速度大小为 v 的加速过程中流过 PQ 的电荷量为 q，求该过程安培力做的功 W。 【答案】(1)当回路中的磁感应强度发生变化，导致磁通量变化；导体棒切割磁感线，导致 回路磁通量变；(2) ，方向水平向右(3) ﹣ 。 【解析】 【详解】(1)由感应电动势 产生条件：回路中的磁通量变化，所以当回路中的磁感应强度 发生变化，导致磁通量变化；导体棒切割磁感线，导致回路磁通量变； (2)设线圈中产生的感应电动势为 E，根据法拉第电磁感应定律可得 ，则 设 PQ 与 MN 并联的电阻为 ，有 闭合 S 后，设线圈中的电流为 I，根据闭合电路的欧姆定律可得： 的 157 2 4V 88.8V4 1 EU RR r = = × ≈+ + 3 BkI R 21 2 mv 2 3 kq E t ∆Φ= ∆ E k= R并 = 2 RR并 = + EI R R并 设 PQ 中的电流为 IPQ，则 设 PQ 受到的安培力为 F 安，有 保持 PQ 静止，根据平衡条件可得 联立解得 方向水平向右 (2)设 PQ 由静止开始到速度大小为 v 的过程中，PQ 运动的位移为 x，所用的时间为△t，回 路中磁通量的变化为△Φ，平均感应电动势为 其中 ，PQ 中的平均电流为 据电流强度的定义式可得 根据动能定理可得 联立解得 14.如图，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（重力不计）的带正电粒子从 AD 边中点以初速 度 v0 沿水平向右方向进入电场，点电荷恰好从 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； 1 2PQI I= PQF BI l=安 F F= 安 = 3 BIkF R =E t ∆Φ ∆ BlxΦ∆ = = 2 EI R qI t = ∆ 21 2Fx W mv+ = 21 2 2 3W mv kq= − 3 （2）求磁场的宽度 L； （3）要使点电荷在整个磁场中运动的时间最长，求区域 II 的磁感应强度 B2 的取值。 【答案】（1） （2） （3）1.5B1 【解析】 【详解】(1)设带电粒子进入磁场时的速度大小为 v，与水平方向成 θ 角，由类平抛运动的速 度方向与位移方向的关系有 则 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 轨迹如图所示 02 3 3 v 0 1 2 3 3 mv qB 3tan 3 BC AB L L θ = = =30θ ° 0 0 2 3 cos 3 vv vθ= = 2 1 1 vqvB m r = 由几何关系得 解得 (3)带电粒子在磁场中运动的速率一定，当带电粒子不从区域 II 右边界离开磁场时，带电粒 子在磁场中运动的轨迹最长，运动时间最长。设区域 II 中对应最长时间的磁感应强度为 B2， 轨迹半径为 r2，轨迹如图所示 同理得 根据几何关系有 解得 1L r= 0 1 2 3 3 vL qB = 2 2 2 vqvB m r = 2 1 sinL r θ= +（ ） 2 1=1.5B B