北京市101中学2020学年高二物理下学期期中试题（含解析） 19页

北京101中学2020学年下学期高二年级期中考试物理试卷 ‎ 一、单项选择题：本题共13小题。在每小题给出的4个选项中，只有一项是符合题意的。‎ ‎1. 建立完整电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是（ ）‎ A. 法拉第 B. 奥斯特 C. 赫兹 D. 麦克斯韦 ‎【答案】D ‎【解析】试题分析：法拉第发现了电磁感应定律，奥斯特发现了电流的磁效应，麦克斯韦建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在，赫兹证实了电磁波的存在，D正确；‎ 考点：考查了物理学史 ‎2. 下列说法正确的是（ ）‎ A. 物体的温度升高，物体内所有分子热运动的速率都增大 B. 物体的温度升高，物体内分子的平均动能增大 C. 物体吸收热量，其内能一定增加 D. 物体放出热量，其内能一定减少 ‎【答案】B ‎【解析】试题分析：随着物体温度的升高，物体内分子的平均速率、平均动能增大，但是不是每一个分子的热运动速率都增大，故A 错误B 正确；物体的内能变化是与物体吸热或放热有关，还与做功有关，因此只有吸热或放热，没有说明做功情况，无法判断内能变化，故C、D 均错误。‎ 考点：温度的含义，热力学第一定律。‎ ‎3. 下列说法正确的是（ ）‎ A. 分子之间的引力和斥力大小都随分子间距离的增加而增大 B. 布朗运动是液体分子的无规则运动 C. 液体中的悬浮微粒越小，布朗运动越明显 D. 当分子间距离增大时，分子势能一定增大 ‎【答案】C ‎【解析】分子之间的斥力和引力大小都随分子间距离的增加而减小，如果分子间表现为引力，则距离增大，分子力做负功，分子势能增大，AD错误；布朗运动是固体颗粒的运动，间接反映了液体分子的无规则运动，液体中的悬浮微粒越小，布朗运动越明显，B错误C正确．‎ ‎4. 已知油酸的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏加德罗常数为NA。若用m表示一个油酸分子的质量，用V0表示一个油酸分子的体积，则下列表达式中正确的是（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】分子的质量等于摩尔质量除以阿伏加德罗常数，则有：，A错误B正确；由于油酸分子间隙小，所以分子的体积等于摩尔体积除以阿伏加德罗常数，则有，CD错误．‎ ‎5. 下列现象中可以说明光是横波的是（　　）‎ A. 光的干涉和衍射现象 B. 光的色散现象 C. 光的全反射现象 D. 光的偏振现象 ‎【答案】D ‎【解析】横波的振动方向与传播方向垂直，纵波的振动方向与波的传播方向在同一条直线上，当横波穿过偏振片时，透射光线的强度和偏振片的透振方向有关，说明光是横波，而干涉与衍射说明光是一种波，对于光的色散与全反射，是光的折射现象，D正确．‎ ‎6. 下列说法中正确的是（ ）‎ A. 光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象 B. 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的衍射现象 C. 照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象 D. 泊松亮斑是光的干涉现象 ‎【答案】A ‎【解析】光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象，A正确；标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，B错误；面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，C错误；泊松亮斑是光绕过障碍物继续传播的现象，因此属于光的衍射现象，D错误．‎ ‎7. 如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】当光由空气射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，所以A可能发生，B这种情况不可能发生；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，C是可能发生的；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于临界角，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的，D可能发生．‎ ‎【点睛】当光从一种介质斜射入另一种介质时，要发生反射和折射现象，若光从光密介质进入光疏介质折射时可能发生全反射。光从光疏介质进入光密介质折射时，折射角一定小于入射。根据这些知识进行分析．‎ ‎8. ‎ 如图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样，甲图为绿光进行实验的图样，乙为换用另一种单色光进行实验的图样，则以下说法中正确的是（ ）‎ A. 乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长 B. 乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长 C. 乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短 D. 乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短 ‎【答案】A ‎【解析】乙图中条纹的间距比甲图大，根据双缝干涉的条纹间距公式知，乙图中光的波长较长，且比绿光的波长长。红光的波长比绿光长，紫光的波长比绿光短，A正确．‎ ‎9. 如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁场方向垂直的轴匀速转动产生交流电，电动势e随时间t的变化关系如图乙所示，则（ ）‎ A. 该交流电的频率为100Hz B. 该交流电电动势的有效值为311V C. t=0.01s时，穿过线框的磁通量为零 D. t=0.01s时，穿过线框的磁通量的变化率为零 ‎【答案】D ‎【解析】试题分析：该交流电的周期为0.02s，则频率为 ‎，选项A错误；该交流电电动势的最大值为311V，选项B错误；t=0.01s时，感应电动势为零，穿过线框的磁通量的变化率为零，穿过线框的磁通量最大，选项C错误，D正确；故选D.‎ 考点：交流电的产生及变化规律.‎ ‎10. 在探究变压器的两个线圈的电压关系时，某同学自己绕制了两个线圈套在可拆变压器的铁芯上，如图所示。线圈a作为原线圈连接到学生电源的交流输出端，线圈b接小灯泡。他所用的线圈电阻忽略不计。当闭合学生电源的开关时，他发现电源过载（电流过大，超过学生电源允许的最大值）。如果仅从解决电源过载问题的角度考虑，下列采取的措施中，最可能有效的是（ ）‎ A. 适当增加线圈b的匝数 B. 适当增加原线圈a的匝数 C. 换一个电阻更小的灯泡 D. 将线圈a改接在学生电源直流输出端 ‎【答案】B ‎11. 如图所示，矩形线圈abcd位于匀强磁场中，磁场方向垂直线圈所在平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示。以图中箭头所示方向为线圈中感应电流i的正方向，以垂直于线圈所在平面向里为磁感应强度B的正方向，则图中能正确表示线圈中感应电流i随时间t变化规律的是（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】由感应定律和欧姆定律得：，所以线圈中的感应电流决定于磁感应强度B随t的变化率，而B-t图像中的斜率表示，故在2～3s感应电流的值是0～1s的2倍。再由B-t可知，0～1时间内，B增大，增大，感应磁场与原磁场方向相反（感应磁场的磁感应强度的方向向外），由楞次定律，则感应电流是逆时针的，因而是负值。所以可判断0～1s为负的恒值；1～2s为零；2～3s为正的恒值，C正确．‎ ‎【点睛】此类问题不必非要求得电动势的大小，应根据楞次定律判断电路中电流的方向，结合电动势的变化情况即可得出正确结果．‎ ‎12. 电熨斗能自动控制温度，在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，图为电熨斗的结构图，电熨斗内部装有双金属片，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属，若把熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，则如何调节调温旋钮（　　）‎ 织物材料 尼龙 合成纤维 丝绸 羊毛 棉麻 熨烫温度 低高 A. 向下 B. 向上 C. 保持原状 D. 不能确定 ‎【答案】B ‎【解析】由题意知，电熨斗由熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，就是要求电熨斗在低温易断开，因双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，使双金属片向下弯曲，上下触点脱离，电路断开，因此，应向上调节调温旋钮，双金属片受热时，易使触点分离，所以选B.‎ 点睛：了解电熨斗的工作原理，就明白了如何调温度的问题。‎ ‎13. 给一定质量、温度为‎0℃‎的水加热，在水的温度由‎0℃‎上升到‎4℃‎的过程中，水的体积随着温度升高反而减小，我们称之为“反常膨胀”。某研究小组通过查阅资料知道：水分子之间存在一种结合力，这种结合力可以形成多分子结构，在这种结构中，水分子之间也存在相互作用的势能。在水反常膨胀的过程中，体积减小是由于水分子之间的结构发生了变化，但所有水分子间的总势能是增大的。关于这个问题的下列说法中正确的是（ ）‎ A. 水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功 B. 水分子的平均动能减小，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功 C. 水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于分子间的结合力做正功 D. 水分子的平均动能增大，吸收的热量一部分用于克服分子间的结合力做功 ‎【答案】D ‎【解析】试题分析：由于水的温度在升高，故水分子的平均动能增大，所以A、B是不对的；吸收热量的一部分使水分子之间的结构发生了变化，而变化时是需要一定能量的，用来克服原来分子间原来的结合力而做功，故D的说法是正确的。‎ 考点：温度的含义，内能的增加，克服分子间的作用力。‎ 二、多项选择题 ‎14. 下列说法正确的是（）‎ A. 气体的压强是气体分子频繁撞击容器壁产生的 B. 气体压强是由于分子间的斥力产生的 C. 一定质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多 D. 热力学温度T与摄氏温度t的关系是T=t+273.15K ‎【答案】ACD ‎【解析】气体的压强是气体分子频繁撞击容器壁产生的，而不是由于分子间的斥力产生的，A正确B错误；气体的温度不变则单个分子对器壁的撞击力不变，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多，C正确；热力学温度T与摄氏温度t的关系是T=t+273.15K，D正确．‎ ‎15. 如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知（）‎ A. 当它们在真空中传播时，c光的波长最短 B. 当它们在玻璃中传播时，c光的速度最大 C. 若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大 D. 对同一双缝干涉装置，c光干涉条纹之间的距离最小 ‎【答案】AD ‎【解析】由光路图可知，c光的偏转程度最大，则c光的折射率最大，频率最大，根据知，c光的波长最小，A正确；c光的折射率最大，根据知，c光在玻璃中传播的速度最小，B错误；根据知，c光的折射率最大，则c 光发生全反射的临界角最小，C错误；c光的频率最大，则波长最小，根据知，c光干涉条纹之间的距离最小，D正确．‎ ‎【点睛】光的波长越长，频率越小，折射率越小，这个逻辑关系要掌握，另外需要灵活掌握公式、、．‎ ‎16. 如图所示，水平放置的光滑平行金属导轨MN、PQ处于竖直向下的足够大的匀强磁场中，导轨间距为L，导轨的右端接有阻值为R的电阻。一根质量为m，电阻为r的金属棒垂直导轨放置，并与导轨接触良好。现使金属棒以一定初速度向左运动，它先后通过位置a、b后，到达位置c处刚好静止。已知磁场的磁感应强度为B，金属棒通过a、b处的速度分别为va、vb，a、b间的距离等于b、c间的距离，导轨的电阻忽略不计。下列说法中正确的是（）‎ A. 金属棒运动到a处时的加速度大小为 B. 金属棒运动到b处时通过电阻的电流方向由Q指向N C. 金属棒在a→b过程与b→c过程中通过电阻的电荷量相等 D. 金属棒在a处的速度va是其在b处速度vb的倍 ‎【答案】BC ‎【解析】金属棒运动到a处时，有，安培力，由牛顿第二定律得加速度：，A错误；金属棒运动到b处时，由右手定则判断知，通过电阻的电流方向由Q指向N，B正确；金属棒在a→b 过程中，通过电阻的电荷量，同理，在b→c的过程中，通过电阻的电荷量，由于，可得，C正确；在b→c的过程中，对金属棒运用动量定理得，而，解得：，同理，在a→c的过程中，对金属棒运用动量定理得，而，解得，因，因此，D错误．‎ ‎【点睛】如图所示，在电磁感应中，电量q与安培力的冲量之间的关系，如图所示，以电量为桥梁，直接把图中左右两边的物理量联系起来，如把导体棒的位移 和速度联系起来，但由于这类问题导体棒的运动一般都不是匀变速直线运动，无法直接使用匀变速直线运动的运动学公式进行求解，所以这种方法就显得十分巧妙，这种题型难度最大。‎ 三、实验题 ‎17. 在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，已知实验室中使用的酒精油酸溶液的浓度为A，N滴溶液的总体积为V。在浅盘中的水面上均匀撒上痱子粉，将一滴溶液滴在水面上，待油膜稳定后，在带有边长为a的正方形小格的玻璃板上描出油膜的轮廓（如图所示），测得油膜占有的正方形小格个数为X。‎ ‎（1）从图中数得X=____________。‎ ‎（2）用以上字母表示油酸分子的大小d=_____________。‎ ‎【答案】 (1). 57-63 (2). ‎ ‎【解析】（1）在围成的方格中，不足半个舍去，多于半个的算一个，从图中数得油膜占有的小正方形个数为X=62；‎ ‎（2）由题意可知，一滴这种纯油酸的体积为，油膜的面积为，由于形成单分子油膜，则油膜的厚度即为油酸分子的直径为．‎ ‎18. 在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像。如图所示，aa'和bb'分别是玻璃砖与空气的两个界面，用“+”表示大头针的位置。图中AO表示经过大头针P1和P2的光线，该光线与界面aa'交于O点，MN表示法线。‎ ‎（1）请画出玻璃砖中的折射光线______________，并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角θ1和折射角θ2；‎ ‎（2）该玻璃砖的折射率可表示为n＝________。（用θ1和θ2表示）‎ ‎【答案】 (1). (2). ‎ ‎【解析】（1）由于P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，故通过P1、P2的光线折射后通过P3、P4，作出光路图，如图所示：‎ ‎②根据折射定律，玻璃砖的折射率为；‎ ‎19. “用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图甲所示。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d。‎ ‎（1）如图乙所示，移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心，此时手轮上螺旋测微器的读数如图丙所示，x1=_______。转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心，此时手轮上螺旋测微器的读数x2为‎6.740mm。‎ ‎（2）已知双缝与屏的距离为L=‎0.9m，双缝间距为d=‎‎0.3mm ‎。利用测量数据，计算出波长λ=_________nm；‎ ‎（3）对于某种单色光，为增加相邻亮纹间的距离，可采取______________或_________________的方法。‎ ‎【答案】 (1). x1=‎1.700mm (2). λ=560nm (3). 增大L (4). 减小d ‎【解析】（1）螺旋测微器的读数为；‎ ‎（2）根据公式，解得；‎ ‎（3）根据知为增加相邻亮纹间的距离，可采取减小双缝间距离d，或增大双缝到屏的距离L．‎ 四、计算题：解答要写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，直接写出最后答案的不得分。‎ ‎20. 如图所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的边长ab=cd=‎50cm，bc=ad=‎30cm，匝数n=100，线圈的总电阻r=10Ω，线圈位于磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向平行。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOˊ以角速度ω＝400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。求：‎ ‎（1）线圈中感应电流的最大值；‎ ‎（2）线圈转动过程中电阻R的发热功率；‎ ‎（3）从线圈经过图示位置开始计时，经过周期时间通过电阻R的电荷量。‎ ‎【答案】（1）Im=‎3.0A（2）P=405W（3）7.5×10‎‎-3C ‎【解析】试题分析：（1）线圈产生感应电动势的最大值：。‎ 根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值：‎ 解得：。‎ ‎（2）通过电阻R的电流的有效值 ：‎ 线圈转动过程中电阻R的热功率 ：‎ 解得：。‎ ‎（3）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：。‎ 考点：交流发电机及其产生正弦式电流的原理；正弦式电流的图象和三角函数表达式 ‎【名师点睛】本题关键是要能够区分交流的有效值、瞬时值、最大值和平均值，求解电表读数用有效值，求解电量用平均值。‎ ‎21. 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损耗，使用2kV高压输电，最后用户得到“220V，9.5kW”的电能，求：‎ ‎（1）水电站升压变压器原、副线圈匝数比；‎ ‎（2）输电线路导线电阻R；‎ ‎（3）用户降压变压器原、副线圈匝数比。‎ ‎【答案】（1）1∶5（2）20 Ω（3）95∶11‎ ‎【解析】试题分析：（1）升压变压器的原副线圈的匝数比为：。‎ ‎（2）输电线上的电流为：，输电线电阻：。（3）降压变压器原线圈电压：，故降压变压器原副线圈的匝数比为：。‎ 考点：远距离输电 ‎【名师点睛】本题关键是明确远距离输电的原理，然后根据变压器的变压比公式和功率表达式列式分析。‎ ‎22. 如图所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R=3Ω的定值电阻，下端开口，轨道间距L=‎1m。整个装置处于磁感应强度B=4T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上。质量m=‎1kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r=1Ω，电路中其余电阻不计。金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好。不计空气阻力影响。已知金属棒ab与导轨间动摩擦因数μ=0.5，sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=‎10m/s2。‎ ‎（1）求金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm；‎ ‎（2）求金属棒ab沿导轨向下运动过程中，电阻R上的最大电功率PR；‎ ‎（3）若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，电阻R上产生的焦耳热总共为1.5J，求流过电阻R的总电荷量q。‎ ‎【答案】（1）‎0.5m/s（2）0.75W（3）‎‎2.125C ‎【解析】（1）金属棒由静止释放后，沿斜面做变加速运动，加速度不断减小，当加速度为零时有最大速度。有，‎ 解得；‎ ‎（2）金属棒以最大速度匀速运动时，电阻R上的电功率最大，此时，‎ 解得；‎ ‎（3）设金属棒从开始运动至达到最大速度过程中，沿导轨下滑距离为x，‎ 由能量守恒定律；‎ 根据焦耳定律 根据，解得。‎ ‎【点睛】释放金属棒后，金属棒受到重力、支持力、安培力、滑动摩擦力四个力作用，由于棒的速度增大，导致感应电流增大，从而阻碍导体运动的安培力也增大，所以加速度减小．当加速度减小为零时，棒的速度达到最大，写出平衡式，结合感应电动势、欧姆定律、安培力的式子，就能求出最大速度．棒做匀速直线运动时，电流最大，消耗的电功率最大，由电功率的式子可以求出电阻R上的最大电功率PR．由于已知金属棒在整个过程中产生的热量，则电阻R上产生的热量能够求出，从而知道机械能的减小量，由于动能的增量能算出，则棒减小的重力势能可以求出．那么就能表示出磁通量的改变量、平均感应电动势、乃至平均感应电流，于是通过导体的电荷量就能求出（时间△t最后消掉）．本题的关键是第三问，求电量问题往往是用平均值来进行计算．由能量守恒求出重力势能的减少量，从而能求出磁通量的变化量．‎ ‎23. 在长期的科学实践中，人类已经建立起各种形式的能量概念及其量度的方法，其中一种能量是势能。势能是由于各物体间存在相互作用而具有的、由各物体间相对位置决定的能。如重力势能、弹性势能、分子势能、电势能等。‎ 如图所示，a、b为某种物质的两个分子，以a为原点，沿两分子连线建立x轴。如果选取两个分子相距无穷远时的势能为零，则作出的两个分子之间的势能Ep与它们之间距离x的Ep-x关系图线如图所示。‎ ‎（1）假设分子a固定不动，分子b只在ab间分子力的作用下运动（在x轴上）。当两分子间距离为r0时，b分子的动能为Ek0（Ek0