【物理】湖南省长沙市长郡中学2019-2020学年高二下学期期末考试试题（解析版） 15页

长郡中学2019-2020学年度高二第一学期期末考试物理 一、选择题 ‎1.下列设备或电器中，利用电磁感应原理工作的是(　　)‎ A. 发电机 B. 白炽灯 C. 电动机 D. 电吹风 ‎【答案】A ‎【解析】A.发电机是线圈在磁场中运动，产生电流，利用电磁感应原理，故A正确；‎ B.白炽灯是将电能转化为热能后一部分热能转化为光能的设备，即是消耗电能的电热装置，故B错误；‎ C.电动机是线圈通电后受力转动，不是利用电磁感应现象原理，故C错误；‎ D.电吹风是将电能转化为热能和机械能，与电磁感应无关，故D错误．‎ ‎2.如图所示为某时刻LC振荡电路所处的状态，则该时刻（ ）‎ A. 振荡电流i在增大 B. 电容器正在放电 C. 磁场能正在向电场能转化 D. 电场能正在向磁场能转化 ‎【答案】C ‎【解析】通过图示电流方向为电流流向正极板，知电容器在充电，振荡电流减小，电容器上的电荷量正在增大，磁场能正在向电场能转化；故选C．‎ ‎3. 光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)‎ A. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 B. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C. 在光导纤维内传送图象是利用光的色散现象 D. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 ‎【答案】D ‎【解析】‎ 试题分析：检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成色散现象，故B错误；光导纤维束内传送图象是利用了光由光密介质到光疏介质时会发生全反射，故C错误；增透膜是利用光的干涉现象，故D正确；故选D．‎ ‎4.如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行，此玻璃的折射率为（ ）‎ A. B. 1.5 C. D. 2‎ ‎【答案】C ‎【解析】作出光线在玻璃球体内光路图 A、C是折射点，B反射点，OD平行于入射光线，由几何知识得 ‎∠AOD=∠COD=60°‎ 则 ‎∠OAB=30°‎ 即折射角 r=30°‎ 入射角 i=60°‎ 所以折射率为 A． 与分析不符，故A错误；B． 1.5与分析不符，故B错误；‎ C． 与分析相符，故C正确；D．2与分析不符，故D错误。故选：C。‎ ‎5.如图所示，是温度自动报警器的工作原理图图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电)．则下列说法正确的是 A. 温度高于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮 B. 温度低于警戒温度时，电铃报警、指示灯熄灭 C. 温度高于警戒温度时，指示灯亮、电铃报警 D. 温度低于警戒温度时，指示灯亮、电铃不响 ‎【答案】D ‎【解析】AC、温度低于警戒温度时，水银柱下降，控制电路处于开路状态，电磁铁没有电流通过，电磁铁没有磁性，此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通，通路状态指示灯亮，电路不报警．故A错误，C错误；‎ BD、温度高于警戒温度时，水银柱上升，控制电路处于接通状态，电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，此时电铃通过常闭触点与工作电路接通，电路报警，此时通路状态指示灯的电路中没有电流，灯不亮．故B错误，D正确．‎ ‎6.如图所示，灯泡A、B与固定电阻的阻值均为R，L是自感系数很大的线圈．当S1闭合，S2断开且电路稳定时，A，B亮度相同，再闭合S2，待电路稳定后将S1断开，下列说法中正确的是 A. B灯立即熄灭 B. A灯将比原来更亮一下后再熄灭 C. 有电流通过B灯,方向为c→d D. 有电流通过A灯,方向为a→b ‎【答案】A ‎【解析】ACD.S1闭合、S2断开且电路稳定时两灯亮度相同，说明L的直流电阻亦为R．闭合S2后，L与A灯并联，R与B灯并联，它们的电流均相等．当断开后，L 将阻碍自身电流的减小，即该电流还会维持一段时间，在这段时间里，因S2闭合，电流不可能经过B灯和R，只能通过A灯形成b→A→a→L→c→b的电流，所以A正确，CD错误；‎ B.由于自感形成的电流是在L原来电流的基础上逐渐减小的，并没有超过A灯原来电流，故A灯虽推迟一会熄灭，但不会比原来更亮，故B错误．‎ ‎7.如图所示是一交变电流的图象，则该交变电流的有效值为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】设交流电电流的有效值为，周期为，电阻为，则有：‎ 代入数据解得：‎ A． 与分析不符，故A错误；B． 与分析不符，故B错误；‎ C． 与分析不符，故C错误；D． 与分析相符，故D正确。故选：D。‎ ‎8.如图所示，带异种电荷的粒子、以相同的动能同时从点射入宽度为的有界匀强磁场，两粒子的入射方向与磁场边界的夹角分别为和，且同时到达点，、两粒子的质量之比为（ ）‎ A. 1：2 B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】根据题意画出a、b粒子的轨迹如图所示，则a、b粒子的圆心分别是和，设磁场宽度为d，由图可知 粒子a的半径 粒子b的半径为 两粒子动能相等，即 且根据磁场中半径公式，‎ 又a粒子轨迹长度为 b粒子的轨迹长度为 所以，‎ 联立以上各式解得 A． 1：2与分析不符，故A错误；B． 与分析不符，故B错误；‎ C． 与分析相符，故C正确；D． 与分析不符，故D错误。故选：C。‎ ‎9.‎ ‎ 在均匀介质中，各质点的平衡位置在同一直线上，相邻两质点的距离均为s，如图甲所示，振动从质点1开始向右传播，质点1开始运动时的速度方向向上，经过时间t，前13个质点第一次形成如图乙所示的波形，关于这列波的周期和波速下列说法正确的是（ ）‎ A. 这列波的周期为T= B. 这列波的周期为T=‎ C. 这列波的传播速度v= D. 这列波传播速度v=‎ ‎【答案】BD ‎【解析】解：波源的起振方向向上，各质点起振方向均向上．‎ 根据振动的周期性和波的传播特点可知，质点13此时的振动方向向下，而波源的起振方向向上，所以从质点13算起，需要再经该点振动的方向才能向上，设周期为T，则t=T+=2T，即T=．‎ 由题意知，λ=8s，结合λ=vT，可得v= 故选BD ‎10.如图所示为某小型发电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率恒定为48kW在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1:20,电流表的示数为1A,输电线的总电阻为10Ω，下列说法正确的是（ ）‎ A. 用户端的功率为44kw B. 升压变压器的输出电压U2=2400V C. 降压变压器的输入电压U3=2000V D. 如果用户电压为220V,则降压变压器的原副线圈匝数比为10:1‎ ‎【答案】ABD ‎【解析】A根据电流互感器的匝数关系可求得输电线的电流为20A，用户端的功率48kw-202 10kw=44kw，故A符合题意．‎ B．升压变压器的输出电压U2= 2400V，故B符合题意．‎ C．降压变压器的输入电压 U3=U2-2010V= 2200V ，故C不符合题意．‎ D．如果用户电压为220V,则降压变压器的原副线圈匝数比为电压之比 2200：220= 10:1 ，故D符合题意．‎ ‎11.如图甲所示，两固定平行且光滑金属轨道MN、PQ与水平面成θ=，M、P之间接电阻箱R，电阻箱的阻值范围为0~9.9Ω，导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为B=0.5T。质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上，其接入电路的电阻值为r。现从静止释放杆ab，测得最大速度为vm。改变电阻箱的阻值R，得到vm与R的关系如图乙所示。已知轨道间距为L=2m，重力加速度取g=10m/s2，轨道足够长且电阻不计（sin=0.6，cos=0.8）。则 A. 金属杆滑动时产生的感应电流方向是aPMba B. 金属杆的质量为m=0.5kg C. 金属杆的接入电阻r=2Ω D. 当R=2Ω时，杆ab匀速下滑过程中R两端电压为8V ‎【答案】AC ‎【解析】A．金属杆滑动时，穿过闭合回路的磁通量增加，根据楞次定律知感应电流方向是aPMba，故A正确 BC．设杆运动的最大速度为vm，杆切割磁感线产生的感应电动势为，由闭合电路的欧姆定律得 杆达到最大速度时受到平衡，满足 联立解得 由图旬可知：斜率为 纵截距为 得 解得 故B错误，C正确；‎ D．当R=2Ω时，金属杆ab匀速下滑时，有 得 所以R两端电压为 故D错误。故选AC。‎ ‎12.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.静电分析器通道中心线半径为，通道内有均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为的匀强磁场，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、电荷量为的正离子（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，而后由点进入磁分析器中，最终经过点进入收集器，下列说法中正确的是（ ）‎ A. 磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向外 B. 加速电场中的加速电压 C. 磁分析器中圆心到点的距离 D. 任何离子若能到达点，则一定能进入收集器 ‎【答案】AB ‎【解析】A． 离子在磁分析器中沿顺时针转动，所受洛伦磁力指向圆心，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；‎ B． 离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有：‎ 设离子进入静电分析器时速度为v，离子在加速电场中加速的过程中，由动能定理有：‎ 解得： 故B正确；‎ C． 离子在磁分析器中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有：‎ 解得：‎ 则： 故C错误；‎ D． 由B可知：，R与离子质量、电量无关；离子在磁场中的轨道半径：‎ 离子在磁场中做圆周运动的轨道半径与电荷的质量和电量有关，能够到达P点的不同离子，半径不一定都等于d，不一定能进入收集器，故D错误。故选：AB。‎ 二、实验题 ‎13.某同学为了测量一均匀金属圆柱体的电阻率，完成下列步骤：‎ ‎ ‎ ‎(1)用游标卡尺测量其长度，如图甲所示，其长度为______。‎ ‎(2)用螺旋测微器测量其直径，为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应旋紧图乙中的部件______（填“”“”“”“或”），从图乙中可知其直径为______。‎ ‎(3)若用伏安法测得流经圆柱体的电流为，圆柱体两端的电压为，圆柱体的直径和长度分别用和表示，则该圆柱体的电阻率______（用，，和表示）.‎ ‎【答案】 (1). 42.35 (2). B 0.410 (3). ‎ ‎【解析】(1)[1]由图甲所示可知，游标卡尺主尺示数为，游标尺示数为 游标卡尺示数为 ‎(2)[2][3]读数前应先旋紧部件，使读数固定不变，由图乙所示可知，螺旋测微器固定刻度示数，螺旋示数为 螺旋测微器示数为 ‎(3)[4]由电阻定义式得圆柱体的电阻为： ①‎ 由电阻定律得： ②‎ 又 ③‎ ‎①②③联立解得：‎ ‎14.图一是某实验小组设计的欧姆表电路，图二是其中毫安表的表盘，该实验小组通过调控开关和调节电阻箱可使欧姆表具有“”和“”两种倍率，所用器材参数如下：电源电动势，内阻，毫安表满偏电流，内阻，电阻箱，最大阻值为。‎ ‎(1)该实验小组按图一正确连接好电路，其中表笔应为______（填“红表笔”或“黑表笔”），断开开关，此时欧姆表的倍率为“×10”.将红、黑表笔短接，调节电阻箱，使毫安表达到满偏，此时闭合电路的总电阻叫做这个倍率下欧姆表的内阻，则=_____。‎ ‎(2)闭合开关，此时欧姆表的倍率为“”，再次将红、黑表笔短接，重新调节电阻箱，使毫安表再次达到满偏，在此倍率下=______，=______.‎ ‎(3)完成步骤(2)后，在红、黑表笔间接入待测电阻，当毫安表指针指向图二所示的位置时，待测电阻______.‎ ‎【答案】 (1). 黑表笔 3000 (2). 296.3 3 (3). 75‎ ‎【解析】(1)[1][2]根据欧姆表的内部结构可知，黑表笔连接欧姆表内部电源的正极，即表笔为黑表笔；‎ 根据欧姆表的工作原理可知，欧姆表内阻为：‎ ‎(2)[3][4]根据欧姆表内部结构可知，中值电阻等于内阻，此时倍率为“×1”，则内阻为 干路电流为：‎ 根据欧姆定律可知：‎ 联立解得：，‎ ‎(3)[5]在红、黑表笔间接入待测电阻，当毫安表指针指向图二所示的位置时，示数为，则干路电流为，根据闭合电路欧姆定律可知：‎ 解得：‎ 三、解答题 ‎15.一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图所示的交变电动势图象，试根据图象求出：‎ ‎（1）线圈转动的角速度；‎ ‎（2）电动势有效值；‎ ‎（3）t = 1.0×10−2s时，线圈平面和磁场方向夹角．‎ ‎【答案】（1）105rad/s（2）14.1 V（3）‎ ‎【解析】（1）由图象得，交变电动势的周期T=6×10-2s 而周期 代入数值解得ω=105rad/s ‎（2）由图象得，交变电动势的最大值为Em＝20V，‎ 电动势的有效值 代入数值解得E=14.1V ‎（3）交变电动势的瞬时值表达式 线圈平面和磁场方向的夹角 将t = 1.0×10−2s代入，解得 ‎16.如图所示，图甲是一列简谐横波在t=0时刻的波形图，P点是此时处在平衡位置的一个质点．图乙是质点P的振动图象．‎ ‎(1)判断这列波的传播方向；‎ ‎(2)经过时间t1=6s，质点P通过的路程s；‎ ‎(3)经过t2=30s，波向前传播的距离x．‎ ‎【答案】(1)沿x轴正方向传播 (2)s=12cm (3)x=60m ‎ ‎【解析】‎ 试题分析：（1）根据振动图象判断出t=0时刻P点的振动方向，再判断波的传播方向．（2）图乙读出周期，由周期与时间的关系，结合题意，即可求解P点通过的路程．（3）由公式求出波速，由x=vt求解波传播的距离．‎ ‎（1）由图乙知，t=0时刻质点P正向上振动，所以根据波形平移法知，该波沿x轴正方向传播．‎ ‎（2）从图乙可知振动周期为T=4s，一个周期内质点通过的路程为4A,则经过时间 则质点P通过的路程为：‎ ‎（3）波速为：‎ 经过，波向前传播的距离 ‎17.半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面上，一长为r，质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨的中心O，装置的俯视图如图所示；整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下；在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻（图中未画出）．直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触．设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略，重力加速度大小为g，求：‎ ‎（1）通过电阻R的感应电流的方向和大小；‎ ‎（2）外力的功率．‎ ‎【答案】（1） （2）‎ ‎【解析】（1）在时间内，导体棒扫过的面积为：‎ 根据法拉第电磁感应定律，导体棒产生的感应电动势大小为：‎ 根据右手定则，感应电流的方向是从B端流向A端，因此流过导体R的电流方向是从C端流向D端；由欧姆定律流过导体R的电流满足：‎ 联立可得：‎ ‎（2）在竖直方向有：mg-2N=0 式中，由于质量分布均匀，内外圆导轨对导体棒的正压力相等，其值为N，两导轨对运动的导体棒的滑动摩擦力均为：‎ 在时间内，导体棒在内外圆导轨上扫过的弧长分别为：‎ 和 克服摩擦力做的总功为：‎ 在时间内，消耗在电阻R上的功为：‎ 根据能量转化和守恒定律，外力在时间内做的功为：‎ 外力的功率为：‎ 联立可得：‎ ‎18.如图所示，在轴右侧平面内存在方向垂直面向里的匀强磁场，磁感应强度大小，坐标原点有一放射源，可以向轴右侧平面沿各个方向6放射比荷为的正离子，这些离子速率分别在从0到最大值的范围内，不计离子之间的相互作用.‎ ‎(1)求离子打到轴上的范围；‎ ‎(2)若在某时刻沿方向放射各种速率的离子，求经过时这些离子所在位置构成的曲线方程；‎ ‎(3)若从某时刻开始向轴右侧各个方向放射各种速率的离子，求经过时已进入磁场的离子可能出现的区域面积.‎ ‎【答案】(1)离子打到轴上的范围为0到；(2)；(3)‎ ‎【解析】(1)离子进入磁场中做圆周运动的最大半径为，由牛顿第二定律得：‎ 解得：‎ 由几何关系知，离子打到轴上的范围为0到。‎ ‎(2)离子在磁场中运动的周期为，则 经过时间这些离子轨迹所对应的圆心角为，则 这些离子构成的曲线如图1所示，并令某一离子在此时刻的坐标为，则 ‎ ‎ 代入数据并化简得：‎ ‎ ‎ 甲 乙 ‎(3)将第(2)问中图1的段从沿轴方向顺时针方向旋转，在轴上找一点，以为半径作圆弧，相交于，则两圆弧及轴所围成的面积即为在向轴右侧各个方向不断放射各种速度的离子在时已进入磁场的离子所在区域，如图2所示。‎ 由几何关系可求得此面积为：‎ 则：‎