2021-2022学年广东省广州市天河外国语学校高二（下）期中物理试题含解析

广州市天河外国语学校2021学年第二学期期中考试

高二物理

第I卷

一、单选题（每题4分）

1. 如图所示，正方形区域内存在垂直纸面的匀强磁场．一带电粒子垂直磁场边界从a点射入，从b点射出．下列说法正确的是

A. 粒子带正电

B. 粒子在b点速率大于在a点速率

C. 若仅减小磁感应强度，则粒子可能从b点右侧射出

D. 若仅减小入射速率，则粒子在磁场中运动时间变短

【1题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】由左手定则确粒子的电性，由洛伦兹力的特点确定粒子在b、a两点的速率，根据确定粒子运动半径和运动时间．

由题可知，粒子向下偏转，根据左手定则，所以粒子应带负电，故A错误；由于洛伦兹力不做功，所以粒子动能不变，即粒子在b点速率与a点速率相等，故B错误；若仅减小磁感应强度，由公式得：，所以磁感应强度减小，半径增大，所以粒子有可能从b点右侧射出，故C正确，若仅减小入射速率，粒子运动半径减小，在磁场中运动的偏转角增大，则粒子在磁场中运动时间一定变长，故D错误．

2. 如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，ab始终保持静止，下列说法正确的是（　　）

A. ab中的感应电流方向由b到a B. ab中的感应电流逐渐减小

C. ab所受的安培力保持不变 D. ab所受的静摩擦力逐渐减小

【2题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】A．磁感应强度均匀减小，磁通量减小，根据楞次定律和安培定则得，ab中的感应电流方向由a到b，故A错误；

B．由于磁感应强度均匀减小，根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势恒定，则ab中的感应电流不变，故B错误；

C．根据安培力公式知，电流不变，B均匀减小，则安培力减小，故C错误；

D．安培力和静摩擦力为一对平衡力，安培力减小，则静摩擦力减小，故D正确。

故选D。

3. 如图所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面的、电阻均匀的正方形导体框，现将导体框分别朝两个方向以v、速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两过程中（　　）

A. 导体框中产生的感应电流方向相反

B. 导体框中产生的焦耳热相同

C. 导体框边两端电势差相同

D. 通过导体框截面的电量不相同

【3题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】A．将导体框从两个方向移出磁场的过程中，磁通量均减小，而磁场方向都垂直纸面向外，根据楞次定律判断可知，导体框中产生的感应电流方向均沿逆时针方向，故A错误；

B．导体框以速度v匀速拉出磁场时，导体框中产生的感应电流大小为

产生的焦耳热为

导体棒以速度3v匀速拉出磁场时，导体框中产生的感应电流大小为

产生的焦耳热为

导体框中产生的焦耳热不同，故B错误；

C．导体框以速度v匀速拉出磁场时，导体框ab边两端电势差

导体框以速度3v匀速拉出磁场时，导体框ab边两端电势差

导体框ab边两端电势差相同，故C正确；

D．通过导体框截面的电量

两个过程中磁通量的变化量相同，根据

可知通过导体框截面的电量相同，故D错误。

故选C。

4. 如图a，理想变压器的原线圈接入图b所示的正弦交变电压。副线圈接10个并联的彩色灯泡，每个灯泡的额定电压为、额定电流为。若灯泡都正常工作，则（　　）

A. 图b中电压的有效值为 B. 图b中交流电的频率为

C. 图a中原线圈上的电流为 D. 图a中原副线圈的匝数比为

【4题答案】

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】A．图b中电压的有效值为

选项A错误；

B．图b中交流电的周期为T=0.02s，则频率为

选项B错误；

C．图a中副线圈电流为

I2=10×0.1A=1A

则根据

原线圈上的电流为

选项C错误；

D．图a中原副线圈的匝数比为

选项D正确。

故选D。

5. 如图所示，三根长为L的直线电流在空间构成等边三角形，电流的方向垂直纸面向里，电流大小均为I，其中A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小分别为B0，导线C位于水平面上且处于静止状态，则导线C受到的静摩擦力的大小和方向是（　　）

A. ，水平向左

B. ，水平向右

C. ，水平向左

D. ，水平向右

【5题答案】

【答案】B

【解析】

【详解】A、B电流在C处产生的磁感应强度的大小分别为B0，根据力的平行四边形定则，结合几何的菱形关系，则有：

再由左手定则可知，安培力方向水平向左，大小为

由于导线C位于水平面处于静止状态，所以导线C受到的静摩擦力大小为，方向水平向右；

故选B。

6. 图为一列简谐横波在时的波形图，P是平衡位置为x=1m处的质点，Q是平衡位置为x=4m的质点，图乙为质点Q的振动图象，则下列说法中错误的是（　　）

A. t=0.15s时，Q点的加速度达到正向最大

B. t=0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向

C. 从t=0.10时到t=0.25s时，波沿x轴负方向传播了6m

D. 从t=0.10时到t=0.25s时，点P通过的路程为

【6题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】A．由图乙所示可知，时质点Q在负向最大位置处，此时Q的加速度沿正方向且最大，故A正确；

B．由乙图得到该波的周期为

时，质点Q的运动方向沿y轴负方向，可知该波沿x轴负方向传播，到经历时间为

则时，质点P的运动方向沿y轴负方向，故B正确；

C．由甲图得到该波的波长

故波速为

从到，该波沿x轴负方向传播的距离

故C正确；

D．从到，经历时间

质点P通过的路程不等于，故D错误；

说法中错误的故选D

7. 一束复色光沿半径方向射向一半圆形玻璃砖，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示。下列说法中正确的是（   ）

A. 玻璃砖对a、b的折射率关系为na < nb

B. a、b在玻璃中传播速度关系为va > vb

C. 单色光a从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光b从玻璃到空气的全反射临界角

D. 用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光干涉条纹的间距比b光的宽

【7题答案】

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】A．由折射定律有

nasini = sinθa，nbsini = sinθb

结合光路图可知

na > nb

A错误；

B．根据波速与折射率的关系可知

va < vb

B错误；

C．当恰好发生全反射时有

sinC =

则

Ca < Cb

C正确；

D．根据波长与折射率的关系有

λa < λb

由干涉条纹间距公式有

x =

则

xa < xb

D错误。

故选C。

8. 如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为质谱仪原理图，图丙和图丁分别为速度选择器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，不计粒子重力，下列说法正确的是（　　）

A. 图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高

B. 图乙中，两种氢的同位素从静止经加速电场射入磁场，打到位置的粒子比荷比较小

C. 图丙中，粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的速度

D. 图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大

【8题答案】

【答案】B

【解析】

【详解】A．由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，A板是电源的负极，B板是电源的正极，B板电势高，A错误；

B．带电粒子经过加速电场

进入磁场根据洛伦兹力提供向心力有

解得

可知，R越大，荷质比越小，B正确；

C．电场的方向与B的方向垂直，带电粒子进入复合场，受电场力和安培力，且二力是平衡力，即

所以

C错误；

D．根据带电粒子在磁场中做圆周运动的公式

可得

随着粒子速度的增大，圆周运动的半径也应该增大，与交变电流的频率无关，D错误。

故选B。

二、多选题（每题4分，少选2分，错选不得分）

9. 法拉第在1831年发现了“磁生电”现象．如图，他把两个线圈绕在同一个软铁环上，线圈A和电池连接，线圈B用导线连通，导线下面平行放置一个小磁针，且导线沿南北方向放置．下列说法正确的是

A. 开关闭合的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动

B. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向

C. 开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向

D. 开关闭合并保持一段时间再断开的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动

【9题答案】

【答案】AD

【解析】

【详解】A．开关闭合的瞬间，依据安培定则可知，线圈A中产生逆时针方向磁场，再由楞次定律，因穿过线圈B的磁场向上，且增大，那么感应电流的磁场向下，因此线圈B中产生逆时针感应电流，根据安培定则，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，故A正确；

BC．开关闭合并保持一段时间后，穿过线圈B中的磁通量不变，因此不会产生感应电流，则小磁针不会偏转，故BC错误；

D．开关闭合并保持一段时间再断开的瞬间，同理，线圈B中产生顺时针方向感应电流，根据安培定则，则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，故D正确．

10. 如图所示，用粗细均匀的铜导线制成半径为r、电阻为4R的圆环，PQ为圆环的直径，在PQ的左右两侧均存在垂直圆环所在平面的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，但方向相反。一根长为2r、电阻不计的金属棒MN绕着圆心O以角速度ω顺时针匀速转动，金属棒与圆环紧密接触。下列说法正确的是（　　）

A. 金属棒MN两端的电压大小为Bωr2

B. 金属棒MN中的电流大小为

C. 图示位置金属棒中电流方向为从M到N

D. 金属棒MN在转动一周的过程中电流方向不变

【10题答案】

【答案】AC

【解析】

【分析】

【详解】A．金属棒MO和NO都切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则可知两端产生的感应电动势方向相同，所以MN产生的感应电动势为

又因为MN的电阻不计，所以MN两端的电压就等于MN棒产生的电动势Bωr2，A正确；

B．MN棒把圆环分为相等的两部分，每部分的电阻为2R，且两部分是并联的，所以电路中的总电阻为R，由闭合电路欧姆定律可知MN中的电流为，B错误；

C．由右手定则可知图示位置金属棒中电流方向为从M到N，C正确；

D．由右手定则可知MO转到右侧磁场时，金属棒中电流方向为从N到M，D错误。

故选AC

11. 如图所示，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B，宽度为a。一直角三角形导线框（边的长度为a）从图示位置向右匀速穿过磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，安培力向左为正方向，则选项中感应电流i、线框受到的安培力F与线框移动的距离x的关系图像正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【11题答案】

【答案】AC

【解析】

【分析】

【详解】AB．线框从开始进入到全部进入磁场时，磁通量向里增大，则由楞次定律可知，电流方向为逆时针，产生的电动势

随有效长度的增大而增大，所以感应电流

线框离开磁场的过程中，磁通量不断减小，由楞次定律可知，电流沿顺时针方向；感应电流

B错误A正确；

CD．线框从开始进入到全部进入磁场时，磁通量向里增大，则由楞次定律可知，电流方向为逆时针，根据左手定则，安培力的方向水平向左，线框离开磁场的过程中，磁通量不断减小，由楞次定律可知，电流沿顺时针方向，安培力的方向水平向左，产生的电动势

随有效长度的增大而增大，安培力的大小为

D错误C正确。

故选AC。

12. 如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ放在水平面上，左端向上弯曲，导轨间距为L，电阻不计，水平段导轨所处空间存在方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B．导体棒的质量分别为ma=m，mb=2m，电阻值分别为Ra＝R，Rb＝2R．b棒静止放置在水平导轨上足够远处，与导轨接触良好且与导轨垂直；a棒在弧形导轨上距水平面h高度处由静止释放，运动过程中导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直，重力加速度为g，则（  ）

A. a棒刚进入磁场时回路中的感应电流为

B. a棒刚进入磁场时，b棒受到的安培力大小为

C. a棒和b棒最终稳定时的速度大小为

D. 从a棒开始下落到最终稳定的过程中，a棒上产生的焦耳热为

【12题答案】

【答案】BCD

【解析】

【详解】A、设a棒刚进入磁场时的速度为v，从开始下落到进入磁场，根据机械能守恒定律有：，

a棒切割磁感线产生感应电动势为：E=BLv，

根据闭合电路欧姆定律有：；联立解得；故A错误．

B、b棒受到的安培力为F=BIL，代入电流I解得，方向水平向右；B正确．

C、设两棒最后稳定时的速度为v′，从a棒进入磁场到两棒速度达到稳定，一对安培内力作用，两棒组成的系统外力之和为零，根据动量守恒定律有：mv=3mv′，

解得：；C正确．

D、从a棒进入磁场到两棒共速的过程，一对安培力做功把机械能转化为电能，设a棒产生的内能为Ea，b棒产生的内能为Eb，根据能量守恒定律有：；两棒串联内能与电阻成正比：Eb=2Ea，解得：；故D正确．

故选BCD．

【点睛】本题是双杆双电源问题，关键是结合切割公式、欧姆定律公式、安培力公式列式分析，注意a棒进入磁场后两棒当成系统动量守恒，还要对整个运动过程结合能量守恒定律列式分析．

第II卷

三、填空题

13. 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按要求安装在光具座上，如图所示，并选用缝间距的双缝片。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝片间的距离。接通电源使光源正常工作。

（1）M、N、P三个光学元件依次为________。

A．滤光片、单缝片、双缝片

B．滤光片、双缝片、单缝片

C．偏振片、单缝片、双缝片

D．双缝片、偏振片、单缝片

（2）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是___________。

A．改用红色激光

B．改用蓝色激光

C．减小双缝间距

D．将屏幕向远离双缝的位置移动

E．将光源向远离双缝的位置移动

（3）已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图甲所示，图中的数字是该同学给各暗条纹的编号，此时游标卡尺如图乙所示，读数为；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙所示，此时游标卡尺如图丁所示，读数为_________mm。

（4）利用上述测量结果，经计算可得两个相邻亮条纹（或暗条纹间）的距离_____，进而计算得到这种色光的波长_______nm。

（5）一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如下图所示。若要使两者对齐，该同学应如何调节______。

A．仅左右转动透镜

B．仅旋转滤光片

C．仅拨动拨杆

D．仅旋转测量头

【13题答案】

【答案】    ①. A    ②. ACD##ADC##CAD##CDA##DAC##DCA    ③.     ④.     ⑤. 660    ⑥. D

【解析】

【详解】（1）[1]双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让灯光通过滤光片形成单色光，再经过单缝形成相干光，再通过双缝形成干涉条纹，故M、N、P依次为滤光片、单缝片、双缝片，故选A。

（2）[2]AB．由公式

可知，改用波长更长的激光照射在双缝上，相邻亮条纹的间距增大，A项正确，B项错误；

C．减小双缝间距d，相邻亮条纹的间距增大，C项正确；

D．将屏幕向远离双缝的位置移动，增大了屏幕与双缝的距离L，相邻亮条纹的间距增大，D项正确；

E．相邻亮条纹的间距与光源到双缝的距离无关，E项错误。

故选ACD。

（3）[3]图丁中，游标卡尺的主尺读数为15mm，游标读数为所以最终读数为。

（4）[4] [5]两个相邻明纹（或暗纹）间的距离

根据

解得

（5）[6]旋转测量头，分划板竖线随之旋转，可使分划板竖线与亮条纹对齐，故A项、B项和C项错误，D项正确。

故选D。

14. （1）如图所示，套在条形磁铁外的三个线圈，其面积S1>S2=S3，线圈1、2在同一位置，且线圈3在磁铁的正中间。设各线圈中的磁通量依次为Φ1、Φ2、Φ3，则三者的大小关系为___________。

（2）如图1所示，匝数，边长的正方形线框置于匀强磁场中，从图示位置开始计时，让线框绕垂直磁场方向的轴匀速转动，通过线框的磁通量随时间变化的图象如图2所示。在t1=0.02s和t2=0.04s时，线框中感应电流的方向_______（填“相同”或“相反”）；匀强磁场的磁感应强度为___________T；线框中感应电动势的有效值为___________V；线框中感应电动势的瞬时值表达式为___________。

（3）一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中s0A=s0C，则甲、乙两束粒子的速度之比为________，甲、乙两束粒子的比荷之比为______________。

【14题答案】

【答案】    ①. Φ1<Φ2<Φ3 ##Φ3>Φ2>Φ1    ②. 相反    ③. 4    ④.     ⑤.     ⑥. 1：1    ⑦. 3：2

【解析】

【详解】（1）[1]在条形磁铁内、外都有磁场，套在条形磁铁外的三个线圈的磁通量为内部向左的磁通量减去外部向右的磁通量，而其内部向左的磁通量相同，外部向右的磁通量越大，总磁通量越小，线圈1、2在同一位置，线圈1的外部面积大，则向右的磁通量大，故、

Φ2>Φ1

线圈2、3面积一样，线圈3位置外部向右磁通量小，则

Φ3>Φ2

可知

Φ1<Φ2<Φ3

（2）[2]根据Φ−t图象可知，曲线的斜率的正负表示感应电动势的方向，因此0.02s时和0.04s时图像的斜率的正负号相反，说明这两个时刻的电动势方向相反，线框中感应电流的方向相反；

[3]根据Φ−t图象可知，通过线框的最大磁通量为

Φm=4×10−2Wb

又

Φm=Bl2

解得

[4]根据Φ−t图象可知，线圈转动的周期，转动的角速度为

线圈在转动过程中产生的感应电动势的最大值为

故线圈中感应电动势的有效值为

[5]从线框平面与磁场方向平行开始计时，线框中感应电动势瞬时值表达式为

（3）[6]左边是速度选择器，说明甲、乙两种粒子进入B2时的速度相等，则有

v甲：v乙=1：1

[7]由图示的粒子运动轨迹可知

由题意可知

s0A=s0C

则得

r甲：r乙=2：3

根据洛伦兹力提供向心力

解得

解得

由题意可知v、B都相同，则甲、乙两种粒子的比荷之比为3：2。

四、计算题

15. 如图所示，直角三角形ABC是一玻璃砖的横截面，AB=L，C=90°，A=60°一束单色光PD从AB边上的D点射入玻璃砖，入射角为45°，DB=L/4，折射光DE恰好射到玻璃砖BC边的中点E，已知光在真空中的传播速度为c．求：

①玻璃砖折射率；

②该光束从AB边上的D点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所需的时间．

【15题答案】

【答案】（1） （2）

【解析】

【详解】(1)作出光路图，如图所示

过E点的法线是三角形的中位线,由几何关系可知△DEB为等腰三角形，，

由几何知识可知光在AB边折射时折射角为r=30°，

所以玻璃砖的折射率为n=

（2）设临界角为，有，可解得；

由光路图及几何知识可判断,光在BC边上的入射角为60∘，大于临界角，则光在BC边上发生全反射．光在AC边的入射角为30°，小于临界角，所以光从AC第一次射出玻璃砖

根据几何知识可知，

则光束从AB边射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所需要的时间为

而，可解得．

16. 如图，间距L=0.5m的平行金属导轨固定在水平面（纸面）上，导轨间接一电阻，质量m=0.1kg的金属杆置于导轨上．t0=0时，金属杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动．t1=5s时，金属杆以速度v=4m/s进入磁感应强度B0=0.8T、方向竖直向下的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．在t2=8s时撤去拉力，同时磁场的磁感应强度开始逐渐减小，此后金属杆做匀减速运动到t3=10s时停止，此时磁感应强度仍未减小到零．金属杆与导轨的电阻不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数μ=0.2．取g=10m/s2．求：

（1）电阻的阻值；

（2）t3=10s时磁场的磁感应强度大小．

【16题答案】

【答案】（1）8Ω（2）0.6T

【解析】

【详解】（1）设金属杆进入磁场前的加速度大小为a1，由牛顿第二定律得F ‒ μmg = ma1

由运动学公式有 v = a1t1

金属杆在磁场中匀速运动时产生电动势为E = B0Lv

金属杆中的电流

因金属杆做匀速运动，由平衡条件得F ‒ μmg ‒ B0IL = 0

联立以上各式并代入数据解得 R = 8Ω

（2）设撤去拉力后金属杆的加速度大小为a2，则有

设金属杆做匀减速运动时受到的安培力为F安，由牛顿第二定律得F安 + μmg = ma2

联立以上两式并代入数据解得 F安 = 0

由此可知金属杆做匀减速运动期间回路没有产生感应电流，即穿过回路的磁通量没有发生变化．

t2=8s时金属杆与磁场左边界的距离为

t2=10s时金属杆与磁场左边界的距离为

设t3=10s时磁场的磁感应强度大小为B，则有B0x1L = Bx2L

联立以上三式并代入数据解得 B = 0.6T

17. 如图所示，在平面内，的区域内存在竖直向上的匀强电场，场强大小为，的区域内存在竖直纸面向外的匀强磁场。原点处有一粒子源，可沿轴正向射出质量为、电荷数为的带电粒子。不计粒子所受的重力。

(1)若射出的粒子恰能通点，求粒子进入电场时的速率。

(2)在电场右侧放置挡板，挡板与轴交于点，已知。粒子与挡板的碰撞无机械能损失。

为使由点进入磁场的粒子能到达点，求磁场的磁感应强度的大小；

为使由点进入磁场的粒子不能到达区域，求磁场的磁感应强度的取值范围。

【17题答案】

【答案】(1)；(2)(n=1,2,，或

【解析】

【分析】

【详解】(1)带电粒子在电场中做平抛运动，水平方向和竖直方向分别满足

解得。

(2)粒子到达点时的速度与竖直方向夹角为，则

解得，由几何关系可知，粒子垂直边界进入磁场，进入磁场时的速度

粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得

若粒子能到达点，有

联立可解得(n=1,2,；

若粒子不与板发生碰撞，有

联立可解得；

若粒子与板发生一次碰撞，有

解得，若粒子与板发生两次及两次以上的碰撞，必然会落在区域。