2017-2018学年安徽省定远重点中学高二下学期期中考试物理试题 Word版 19页

定远重点中学2017-2018学年第二学期中考试 高二物理试题 注意事项：‎ ‎1．答题前在答题卡、答案纸上填写好自己的姓名、班级、考号等信息 ‎2．请将选择题答案用2B铅笔正确填写在答题卡上；请将非选择题答案黑色中性笔正确填写在答案纸上。‎ 第I卷（选择题 45分）‎ 一、选择题(本大题共15个小题，第1至9题为单选题，第10至15题为多选题，每小题3分，共45分。)‎ ‎1.关于物理学史、物理方法以及原理，以下说法正确的是（ ）‎ A. 奥斯特发现了电流的磁效应，总结出了电磁感应定律 B. 质点、合力与分力、交流电的有效值等物理量的定义均用了等效替代的思想方法 C. 根据楞次定律，感应电流的磁场总是要阻碍原磁场的磁通量的变化 D. 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势与磁通量的变化率成正比而与线圈的匝数无关 ‎2.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行．现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是（ ） A. B. C. D.‎ ‎3.如图所示，质量为m的金属环用线悬挂起来。金属环有一半处于水平且与环面垂直的匀强磁场中。从某时刻开始，磁感应强度均匀减小，则在磁感应强度均匀减小的过程中，关于线拉力的大小的下列说法中正确的是（ ）‎ ‎ ‎ A. 小于环的重力mg，并保持恒定 B. 始终等于环的重力mg C. 大于环的重力mg，并逐渐减小 D. 大于环的重力mg，并保持恒定 ‎4.如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场.若第一次用0.3 s时间拉出，外力做的功为W1，通过导线截面的电荷量为q1；第二次用0.9 s时间拉出，外力所做的功为W2，通过导线截面的电荷量为q2，则（ ）‎ A. W1W2，q1=q2 D. W1>W2，q1>q2‎ ‎5.如图所示，直角坐标系Oxy的2、4象限有垂直坐标系向里的匀强磁场磁感应强度大小均为B，在第3象限有垂直坐标系向外的匀强磁场磁感应强度大小为2B，现将半径为R，圆心角为90°的扇形闭合导线框OPQ在外力作用下以恒定角速度绕O点在纸面内沿逆时针方向匀速转动．t=0时线框在图示位置，设电流逆时针方向为正方向．则下列关于导线框中的电流随时间变化关系正确的是（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎6.如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度．给该台灯接220 V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为(　　)‎ A. 220 V B. 110 V C. V D. V ‎7.如图，处在磁感应强度为B的匀强磁场中的单匝矩线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线的总电阻为R，t=0时刻线圈平面与纸面重合，且cd边正在离开纸面向外运动。则（ ）‎ A. 时刻t线圈中电流的瞬时值 B. 线圈中电流的有效值 C. 线圈中电流的有效值 D. 线圈消耗的电功率 ‎8.如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外．一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置1（左）匀速运动到位置2（右）．则（ ） A.导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a B.导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a C.导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右 D.导线框进入磁场时．受到的安培力方向水平向左 ‎9.如图所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2 ， 输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法中正确的是（　　） A.原线圈中电流减小 B.副线圈输出电压减小 C.灯泡L1将会变暗 D.原线圈输入功率减小 ‎10.如图(甲)所示，左侧接有定值电阻的水平粗糙导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度，导轨间距为．一质量m=2kg，阻值，金属棒在拉力F作用下由静止开始从CD处沿导轨向右加速运动，金属棒与导轨垂直且接触良好，金属棒与导轨间动摩擦因数，金属棒的图象如图(乙)所示，则从起点发生位移的过程中（　　）‎ A. 拉力做的功 B. 通过电阻R的感应电量 C. 定值电阻R产生的焦耳热为 D. 所用的时间一定大于1s ‎11.电吉他中电拾音器的基本结构如图所示，磁体附近的金属弦被磁化，因此弦振动时，在线圈中产生感应电流，电流经电路放大后传送到音箱发出声音，下列说法正确的有（　　）‎ ‎（A）选用铜质弦，电吉他仍能正常工作 ‎（B）取走磁体，电吉他将不能正常工作 ‎（C）增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势 ‎（D）弦振动过程中，线圈中的电流方向不断变化 ‎12.在光滑水平面上，有一个粗细均匀的边长为L的单匝正方形闭合线框abcd，在水平外力的作用下，从静止开始沿垂直磁场边界方向做匀加速直线运动，穿过匀强磁场，如图甲所示，测得线框中产生的感应电流的大小和运动时间t的变化关系如图乙所示（　　）‎ A. 线框开始运动时ab边到磁场左边界的距离为 B. 线框边长与磁场宽度的比值为3:8‎ C. 离开磁场的时间与进入磁场的时间之比为 D. 离开磁场的过程中外力做的功与进入磁场的过程中外力做的功相等 ‎13.在光滑的水平面上方，有两个磁感应强度大小均为B，方向相反的水平匀强磁场，如图．PQ为两个磁场的边界，磁场范围足够大．一个边长为a、质量为m、电阻为R的金属正方形线框，以速度v垂直磁场方向从如图实线位置开始向右运动，当线框运动到分别有一半面积在两个磁场中时，线框的速度为v/2，则下列说法正确的是（　　） ‎ ‎ A.此过程中通过线框截面的电量为 B.此时线框的加速度为 C.此过程中回路产生的电能为 mv2 D.此时线框中的电功率为 ‎ ‎14.如图所示是圆盘发电机的示意图；铜盘安装在水平的铜轴上，它的边缘正好在两磁极之间，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路的总电阻为R，从左往右看，铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动。则（　　）‎ A. 由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流 B. 回路中有周期性变化的感应电流 C. 回路中感应电流大小不变，为 D. 回路中感应电流方向不变，为C→D→R→C ‎15.如图所示，是研究自感通电实验的电路图，、是两个规格相同的小灯泡，闭合电键调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开电键S.重新闭合电键S，则（　　）‎ A. 闭合瞬间，立刻变亮，逐渐变亮 B. 闭合瞬间，立刻变亮，逐渐变亮 C. 稳定后，L和R两端电势差一定相同 D. 稳定后，和两端电势差不相同 第II卷（非选择题 55分）‎ 二、填空题(本大题共3个小题，每小空2分，共12分。)‎ ‎16.如图所示，100匝的矩形线圈ABCD，AB＝CD＝0.5m，AD＝BC＝0.2m，将线圈置于B＝2T的匀强磁场中，以OO’为轴转动，转速为ω=5rad/s，则线圈产生的感应电动势的最大值为______，从线圈平面与中性面重合时开始计时，经过0.1s时的电动势的瞬时值是______．‎ ‎17.通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1=_________， =___________。‎ ‎18.一线圈匝数n=100，电阻R1= 1.0 Ω，在线圈外接一个阻值R2 = 4.0 Ω的电阻和一个电容C=0.2 uF的电容器，如图甲所示。在线圈内有垂直纸面向里的磁场，线圈内磁通量φ随时间t变化的规律如图乙所示。则线圈产生的感应电动势为_____V，下极板所带电量为______C。‎ 三、解答题(本大题共4个小题，共43分。)‎ ‎19. (9分)如图所示，正方形闭合线圈边长为0.2m，质量为0.1kg，电阻为0.1Ω，在倾角为30°的斜面上的砝码质量为0.4kg，匀强磁场磁感应强度为0.5T，不计一切摩擦，砝码沿斜面下滑线圈开始进入磁场时，它恰好做匀速运动．（g取10m/s2） （1）求线圈匀速上升的速度； （2）在线圈匀速进入磁场的过程中，砝码对线圈做了多少功？ （3）线圈进入磁场的过程中产生多少焦耳热？‎ ‎20. (8分)如图（甲）所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n=100匝，电阻r=1.0Ω，所围成矩形的面积S=0.040m2 ， 小灯泡的电阻R=9.0Ω，磁场的磁感应强度随按如图（乙）所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nBmS cos t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期．不计灯丝电阻随温度的变化，求： （1）线圈中产生感应电动势的最大值． （2）小灯泡消耗的电功率． （3）在磁感强度变化的0～ 的时间内，通过小灯泡的电荷量．‎ ‎21. (12分)发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。‎ 在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动。‎ 图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I。‎ ‎（1）求在Δt时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能。‎ ‎（2）从微观角度看，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。‎ a．请在图3（图1的导体棒ab）、图4（图2的导体棒ab）中，分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。‎ b．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功。那么，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图2“电动机”为例，通过计算分析说明。‎ ‎22. (14分)如图所示，一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上，导轨间距L=0.2m，左端接有阻值R=0.3W的电阻，右侧平滑连接一对弯曲的光滑轨道。水平导轨的整个区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.0T。一根质量m=0.4kg，电阻r=0.1W 的金属棒ab垂直放置于导轨上，在水平向右的恒力F作用下从静止开始运动，当金属棒通过位移x=9m时离开磁场，在离开磁场前已达到最大速度。当金属棒离开磁场时撤去外力F，接着金属棒沿弯曲轨道上升到最大高度h=0.8m处。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数m=0.1，导轨电阻不计，棒在运动过程中始终与轨道垂直且与轨道保持良好接触，取g =10m/s2。求：‎ ‎（1）金属棒运动的最大速率v ；‎ ‎（2）金属棒在磁场中速度为时的加速度大小；‎ ‎（3）金属棒在磁场区域运动过程中，电阻R上产生的焦耳热。‎ 参考答案 ‎1.C ‎【解析】A、奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第总结出了电磁感应定律，故A错误；‎ B、物理学中，平均速度、合力与分力、交流电的有效值等物理量的定义均用了等效替代的思想方法，质点采用了理想化的物理模型的方法，故B错误；‎ C、根据楞次定律，感应电流的磁场总是要阻碍原磁场的磁通量的变化，故C正确；‎ D、线圈的磁通量的变化率与线圈的匝数无关，线圈中产生的感应电动势与线圈的匝数有关，故D错误；‎ 故选：C。‎ ‎2.B ‎ ‎【解析】磁场中切割磁感线的边相当于电源，外电路由三个相同电阻串联形成，ACD中a、b两点间电势差为外电路中一个电阻两端电压为：U= = ，‎ B图中a、b两点间电势差为路端电压为：U= = ，所以a、b两点间电势差绝对值最大的是B图所示；‎ 故选：B．‎ ‎3.C ‎【解析】磁感应强度均匀减小，穿过回路的磁通量均匀减小，根据法拉第电磁感应定律得知，回路中产生恒定的电动势，感应电流也恒定不变．由楞次定律可知，感应电流方向：顺时针，再由左手定则可得，安培力的合力方向竖直向下．则金属环所受的安培力F=BIL，可知安培力F均匀减小，且方向向下，金属环始终保持静止，则拉力大于重力，由于磁感应强度均匀减小．所以拉力的大小也逐渐减小，则可知，拉力开始时大于重力mg，并且逐渐减小；故C正确，ABD错误．故选C．‎ ‎4.C ‎【解析】设线框的长为L1，宽为L2，速度为v．线框所受的安培力大小为FA=BIL2，又 ，E=BL2v，则得 线框匀速运动，外力与安培力平衡，则外力的大小为 ，外力做功为 可见，外力做功与所用时间成反比，则有W1＞W2．两种情况下，线框拉出磁场时穿过线框的磁通量的变化量相等，根据感应电荷量公式 可知，通过导线截面的电量相等，即有q1=q2．故选C．‎ ‎5.B ‎【解析】在0﹣t时间内，线框从图示位置开始（t=0）转过90°的过程中，产生的感应电动势为：‎ E1=ω•R2；由闭合电路欧姆定律得，回路电流为：I1==．根据楞次定律判断可知，线框中感应电流方向沿逆时针．‎ 在t﹣2t时间内，线框进入第3象限的过程中，回路电流方向为顺时针．回路中产生的感应电动势为：‎ E2=ω•R2+ω•R2=Bω•R2=3E1；感应电流为：I2=3I1；‎ 在2t﹣3t时间内，线框进入第4象限的过程中，回路电流方向为逆时针．回路中产生的感应电动势为：‎ E3=ω•R2+ω•R2=Bω•R2=3E1；感应电流为：I2=3I1；‎ 在3t﹣4t时间内，线框出第4象限的过程中，回路电流方向为顺时针．回路中产生的感应电动势为：‎ E4=ω•R2；由闭合电路欧姆定律得，回路电流为：I4=I1；故B正确．‎ 故选：B ‎6.B ‎【解析】电压表读数为交流有效值，根据有效值定义： ，解得电压表读数为U=110V，所以B正确；A、C、D错误。‎ ‎7.C ‎【解析】线圈所围面积为S，角速度是ω，所以线圈产生的交流电的最大值是：BSω，线圈从中性面的位置开始计时，所以时刻t线圈中电流的瞬时值，故A错误；线圈中电流的有效值．故B错误，C正确；线圈消耗的电功率，故D正确；故选CD．‎ ‎8.D ‎【解析】线框进入磁场时，磁通量增大，因此感应电流形成磁场方向向里，由安培定则可知感应电流方向为a→d→c→b→a，安培力方向水平向左，‎ 同理线框离开磁场时，电流方向为a→b→c→d→a，安培力方向水平向左，故ABC错误，D正确．‎ 故选：D．‎ ‎9.C ‎【解析】A、开关S闭合后，电阻减小，而副线圈输出电压不变，副线圈的电流增大，原线圈的电流也增大，A不符合题意；‎ B、副线圈电压由原线圈和匝数比决定，而原线圈电压和匝数比都没有变，所以副线圈输出电压不变，B不符合题意 C、副线圈电流增大，R两端的电压增大，副线圈两端电压不变，灯泡 两端电压减小，灯泡 将会变暗，C符合题意；‎ C、原线圈的电压不变，而电流增大，故原线圈的输入功率增大，D不符合题意．‎ 故答案为：C ‎10.CD ‎【解析】由速度图象得：v=2x，金属棒所受的安培力 ，代入得：FA=2x，则知FA与x是线性关系．当x=0时，安培力FA1=0；当x=1m时，安培力FA2=2N，则从起点发生s=1m位移的过程中，安培力做功为 ‎ 根据动能定理得：W-μmgs+WA= mv2，其中v=2m/s，μ=0.5，m=2kg，代入解得，拉力做的功W=15J．故A错误．通过电阻R的感应电量 ．故B错误．根据能量守恒得：整个电路产生的焦耳热等于克服安培力做功，即W安=Q=1J，则电阻R上产生的热量： ,选项C正确；v-x图象的斜率 ，得a=kv=2v，则知速度增大，金属棒的加速度也随之增大，v-t图象的斜率增大，金属棒做加速增大的变加速运动，在相同时间内，达到相同速度时通过的位移小于匀加速运动的位移，平均速度小于匀加速运动的平均速度，即 ，则 ．故D正确．故选CD ‎11.BCD ‎【解析】因铜质弦不能被磁化，所以A错误；若取走磁铁，金属弦无法被磁化，电吉他将不能正常工作，所以B正确；根据法拉第电磁感应定律知，增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势，所以C正确；弦振动过程中，线圈中的磁通量一会增大一会减速，所以电流方向不断变化，D正确．‎ ‎12.AB ‎【解析】由乙图知，线框做初速度为零的匀加速直线运动，在磁场外运动时间2s，位移为x；进入磁场用时2s，位移为L，所以，故A正确；在磁场知运动的时间也是2s，所以在磁场知运动的位移，磁场的宽度，所以B正确；由乙图知，进入与离开磁场过程线框中电流大小不同，所以线框受安培力大小不等，再根据F-BIL=ma知，两个过程拉力大小不等，而位于位移相同，所以做的功不同，故D错误；设加速度为a，进入磁场过程： ，V1=2a，t1=2s；离开磁场过程： ，V2=6a，求得，所以C错误。‎ ‎13.CD ‎【解析】A、此过程穿过线框的磁通量的变化量为：△Φ=BS﹣0=BS=Ba2，此过程中通过线框截面的电量为q=I△t= = ，A不符合题意；‎ B、由牛顿第二定律得：2BIa=ma加，解得：a加= ．B不符合题意；‎ C、此过程中回路产生的电能等于动能的变化，即E电= ﹣ = ，C符合题意；‎ D、此时感应电动势：E=2Ba• =Bav，线框电流为：I= = ，此时线框的电功率为：P=I2R= ，D符合题意．‎ 故答案为：CD．‎ ‎14.CD ‎【解析】圆盘在外力作用下切割磁感线，从而产生感应电动势，出现感应电流，故A错误；根据法拉第电磁感应定律，则有E=BLV=BL2ω，所以产生的电动势大小不变，感应电流大小不变，即为，故C正确，B错误；根据右手定则可知，电流从D点流出，流向C点，因此电流方向为从D向R再到C，即为C→D→R→C，故D正确；故选CD．‎ ‎15.BC ‎【解析】闭合瞬间，L相当于断路，A2立刻变亮，A1逐渐变亮，稳定后，两个灯泡的亮度相同，说明它们两端的电压相同，L和R两端电势差一定相同，选项BC正确，AD错误．故选BC.‎ ‎16. 100V 100sin0.5V ‎【解析】依题意得，感应电动势的最大值为：Em=nBSω 代入数值得：Em=100×2×0.5×0.2×5=100（V） 线圈在中性面时，角速度为ω=5rad/s，因此感应电动势的瞬时表达式为：‎ e=Emsinωt=100sin5t（V） 从计时开始，0.1s时的电动势的瞬时值为：e=100sin0.5（V） ‎ ‎17. ‎ ‎【解析】当副线圈与原线圈的匝数比为k时，输电电压为KU，输送功率P=KUI，所以 ； 当副线圈与原线圈的匝数比为nk时，输电电压为nKU，输送功率P=nKUI′，所以 ； ‎ ‎18. 50 8×10-6‎ ‎【解析】根据法拉第电磁感应定律计算线圈产生的电动势，根据闭合回路欧姆定律计算电容器两端的电压，然后根据计算电荷量．‎ 根据法拉第电磁感应电流可得线圈产生的电动势为，线圈相当于电源，根据闭合回路欧姆定律可得电容器两端的电压为，故下极板所带电荷量为．‎ ‎19. 解： （1）设绳子的拉力为F，‎ 对砝码：F=m1gsin 30°=2N 对线框：F=m2g+ ‎ 代入数据得：v=10m/s （2）W=Fl=2×0.2J=0.4 J． （3）由能量转化守恒定律得：‎ Q=W﹣m2gl ‎=0.4 J﹣0.1×10×0.2 J ‎=0.2 J．‎ ‎20.（1）解：因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为 T=3.14×10﹣2s．‎ 所以线圈中感应电动势的最大值为Em=nBmSω=nBmS• =100×1×0.040× V=8V （2）解：根据欧姆定律，电路中电流的最大值为 ‎ 通过小灯泡电流的有效值为 I= =0.4 A 小灯泡消耗的电功率为 P=I2R=2.88W ‎（3）解：在磁感应强度变化的1～1/4周期内，线圈中感应电动势的平均值 ‎ 通过灯泡的平均电流 ‎ 通过灯泡的电荷量 ‎ ‎21.（1） （2）a．如图3、图4 b．见解析 ‎【解析】（1）图1中，电路中的电流 棒ab受到的安培力F1=BI1L 在Δt时间内，“发电机”产生的电能等于棒ab克服安培力做的功 图2中，棒ab受到的安培力F2=BIL 在Δt时间内，“电动机”输出的机械能等于安培力对棒ab做的功 ‎（2）a．图3中，棒ab向右运动，由左手定则可知其中的正电荷受到b→a方向的洛伦兹力，在该洛伦兹力作用下，正电荷沿导体棒运动形成感应电流，有沿b→a方向的分速度，受到向左的洛伦兹力作用；图4中，在电源形成的电场作用下，棒ab中的正电荷沿a→b方向运动，受到向右的洛伦兹力作用，该洛伦兹力使导体棒向右运动，正电荷具有向右的分速度，又受到沿b→a方向的洛伦兹力作用。如图3、图4。‎ b．设自由电荷的电荷量为q，沿导体棒定向移动的速率为u。‎ 如图4所示，沿棒方向的洛伦兹力，做负功 垂直棒方向的洛伦兹力，做正功 所示，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零。‎ 做负功，阻碍自由电荷的定向移动，宏观上表现为“反电动势”，消耗电源的电能；做正功，宏观上表现为安培力做正功，使机械能增加。大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将电能转化为等量的机械能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递能量的作用。‎ ‎22.(1) (2) 2m/s2（3）‎ ‎【解析】 (1)金属棒从出磁场到达弯曲轨道最高点，根据机械能守恒定律，‎ ‎ ‎ 解得： ‎ ‎ (2) 金属棒在磁场中做匀速运动时，设回路中的电流为I，‎ 则 ‎ 由平衡条件可得 ： ‎ 金属棒速度为时，设回路中的电流为，则 ‎ 由牛顿第二定律得 ‎ 解得 a ＝ 2m/s2 ‎ ‎（3）设金属棒在磁场中运动过程中，回路中产生的焦耳热为Q，‎ 根据功能关系： ‎ 则电阻R上的焦耳热： ‎ 解得： ‎