2021-2022年江西省九江市第一中学高二（上）期末物理试题含解析

九江一中2021-2022学年上学期期末考试高二物理试卷

注意事项：

1.本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共110分，答题时间90分钟。答题前，考生务必将自己的姓名、考生号填写在答题卡上。

2.第Ⅰ卷（选择题）答案必须使用2B铅笔填涂；第Ⅱ卷（非选择题）必须将答案写在答题卡上，写在本试卷上无效。

3.考试结束，，将答题卡交回，试卷由本人妥善保管。

第Ⅰ卷（选择题  共48分）

一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分，1-8小题只有一个选项符合题意，9-12小题有多个选项符合题意，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错或者不答的得0分）

1. 一放置在水平桌面上的条形磁铁，其磁感线分布如图所示。P、Q是同一条磁感线上的两点，下列说法正确的是（　　）

A. P、Q两点的磁感应强度相同

B. 磁感应线始终由N极到S极

C. P点的磁感应强度方向由P指向Q

D. Q点的磁感应强度方向由Q指向P

【答案】D

【解析】

【详解】A．磁感线的疏密表示磁场强弱，Q处磁感线比P处密，故Q点的磁感应强度大于P点的磁感应强度，故A错误；

B．条形磁铁外部的磁感线由N极出发回到S极，条形磁铁内部的磁感线由S极到N极，故B错误；

CD．条形磁铁外部的磁感线由N极出发回到S极，磁感线的切线方向表示磁感应强度的方向，故P点和Q点磁场方向都是由Q指向P，故C错误，D正确；

故选D。

2. 下列说法正确的是（　　）

A. 电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度不一定为零

B. 电动势是反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，数值上等于把单位电荷量的负电荷从电源正极移动到电源负极非静电力做的功

C. 运动电荷在磁场中某处不受洛伦兹力作用则该处的磁感应强度一定为零

D. 自感系数与线圈的匝数、是否有铁芯和电流的变化率有关

【答案】B

【解析】

【详解】A．由电场力可知，电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度一定为零，故A错误；

B．电动势的定义式，反映电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量，数值上等于把单位电荷量的负电荷从电源正极移动到电源负极非静电力做的功，故B正确；

C．由可知，运动电荷在磁场中某处不受洛伦兹力作用，可以是该处的磁感应强度为零，或速度与磁感应强度平行，故C错误；

D．自感系数与线圈的匝数、是否有铁芯有关，与电流的变化率无关，故D错误。

故选B。

3. 如图所示，A项中的a、b是以点电荷Q为圆心的圆周上的两点，B项中的a、b是等量异种电荷连线中垂线上相对于垂足O对称的两点，C项中a、b为等量同种电荷连线中垂线上相对于垂足O对称的两点；D项中a、b是等量同种电荷连线上相对于中点O对称的两点，则a、b两点场强相同的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】A．在点电荷产生的电场中，同心球面上各点的场强大小相等，方向不同，则a、b两点的场强不同，选项A错误；

B．等量异种电荷的电场关于连线具有对称性，在连线中垂线上相对于垂足O对称的两点场强大小和方向都相同，则a、b两点的场强相同，选项B正确；

C．等量同种电荷连线中垂线上相对于垂足O对称的两点，场强大小相同，但方向不同，选项C错误；

D．等量同种电荷连线上相对于中点O对称的两点，根据电场线的分布情况和对称性可知a、b两点场强大小相等，方向相反，选项D错误。

故选B。

4. 如图所示，匀强磁场中有两个由相同导线绕成的圆形线圈a、b，磁场方向与线圈所在平面垂直，磁感应强度B随时间均匀增大。a、b两线圈的半径之比为2：1，匝数之比为1：4，线圈中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，某时刻磁通量分别为Φa和Φb，不考虑两线圈间的相互影响。下列说法正确的是（　　）

A. Ea：Eb=1：1，Φa：Φb=4：1，感应电流均沿逆时针方向

B. Ea：Eb=2：1，Φa：Φb=2：1，感应电流均沿逆时针方向

C. Ea：Eb=2：1，Φa：Φb=2：1，感应电流均沿顺时针方向

D. Ea：Eb=1：1，Φa：Φb=4：1，感应电流均沿顺时针方向

【答案】D

【解析】

【详解】设磁感应强度的变化率为k，由法拉第电磁感应定律有

可得

所以

磁通量

与匝数无关，故

磁感应强度B随时间均匀增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场与原磁场方向相反，则由安培定则可知，感应电流方向沿顺时针方向。

故选D。

5. 如图所示，L是直流电阻不计的带铁芯线圈，A、B是完全相同的小灯泡。下列说法正确的是（　　）

A. 闭合S瞬间，A灯比B灯先亮

B. 闭合S瞬间，A灯立即亮，B灯逐渐变亮

C. 断开S瞬间，通过B灯的电流方向从左向右

D. 断开S瞬间，A灯立即熄灭，B灯闪亮后熄灭

【答案】D

【解析】

【详解】AB．刚闭合S时，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，随着L中电流增大，分流作用增大，由于线圈L直流电阻可忽略不计，B逐渐被短路直到熄灭，外电路总电阻减小，总电流增大，A灯更亮，故AB错误；

CD．灯泡B与线圈L构成闭合回路，所以稳定后再断开开关S后，灯泡B变亮再逐渐熄灭，通过B灯的电流方向从右向左，而灯泡A立即熄灭，故C错误，D正确；

故选D。

6. 矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直。规定磁场的正方向垂直于纸面向里，磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示。则下列i﹣t图象中可能正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】CD

【解析】

【分析】

【详解】由图可知，0~1s内，线圈中磁通量的变化率相同，故该段时间内电流方向相同，根据楞次定律可知电路中电流方向为逆时针，同理可知1~2s内电路中电流方向为顺时针，2~3s内电路中电流方向为顺时针，3~4s内路中电流方向为逆时针，根据法拉第电磁感应定律，有

电路中电流大小恒定不变，由于没有规定电流的正方向，故CD符合题意，AB不符合题意。

故选CD。

7. 正方形区域内存在方向垂直纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，电荷量为q带正电粒子从B点沿BC方向以速度v射入磁场，粒子从AD边上的E点离开磁场。若正方形的边长为d，，下列说法正确的是（　　）

A. 磁场方向垂直纸面向外

B. 粒子的质量

C. 粒子在磁场中运动的时间

D. 当粒子射入的速度大于时，粒子将从CD边射出

【答案】AB

【解析】

【详解】A．正粒子向下偏转，根据左手定则可知该正方形区域磁场方向垂直纸面向外，A正确；

B．轨迹如图

几何关系可得

所以

设粒子轨迹半径为R，根据几何关系可得

解得

根据

解得粒子质量为

B正确；

C．粒子轨迹对应的圆心角为

粒子在磁场中运动的时间为

C错误；

D．若粒子从D点射出时速度为vD，根据几何关系可得对应的半径为

根据

所以粒子的速度为

所以若粒子射入磁场的速度大于但小于 ，方向不变，则粒子从AD边射出，D错误。

故选AB。

8. 如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆MN固定在竖直平面内，且与水平面的夹角为37°，空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为1T，质量为0.1kg的带电小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直杆向下的、大小为0.3N的压力。已知小环的带电荷量为0.1C，重力加速度大小g=10m/s2，sin37°=0.6。下列说法正确的是（　　）

A. 小环带正电

B. 小环下滑的加速度大小为5m/s2

C. 小环滑到P处时的动能为1.25J

D. 当小环再沿杆滑动2.25m后恰好与杆没有相互作用

【答案】C

【解析】

【详解】A．环的重力在垂直杆向下的分力为

杆对环的支持力垂直杆向上为0.3N，故环所受洛伦兹力方向垂直杆向上，由左手定则可知环带负电，A错误；

BC．洛伦兹力方向垂直运动方向，则沿着杆方向

解得

设环滑到P点的速度为vP，在垂直杆方向据平衡条件可得

解得

则动能为

B错误，C正确；

D．环与杆之间没有正压力时，洛伦兹力等于重力垂直于杆向下的分力，则

解得

环向下运动的过程中只有重力做功，洛伦兹力不做功，设两点之间的距离是L，据动能定理可得

解得

D错误；

故选C。

9. 如图所示为一电流通过一电子元件后的波形图（曲线部分为正弦交流电的一部分），则下列说法正确的是（　　）

A. 这是一种交变电流

B. 电流的变化周期为0.015s

C. 电流通过100Ω电阻时，电功率为100W

D. 电流通过100Ω的电阻时，一个周期内流经电阻的电荷量大于0.015C

【答案】BD

【解析】

【详解】A．交变电流是指大小和方向随时间做周期变化的电流，图中电流方向未变，是直流，故A错误；

B．根据图像可知电流大小的变化周期为，故B正确；

C．电流通过电阻时，电功率为

故C错误；

D．根据i-t图像与t轴所围面积表示电荷量可知，电流通过的电阻时，一个周期内流经电阻的电荷量大于，故D正确；

故选BD。

10. 如图所示，在匀强电场平面内有一等边三角形ABC，边长为2m，三点的电势大小分别为=0，3V，现以B点为轴让三角形ABC在该匀强电场平面内顺时针转动30°，则（　　）

A. 该匀强电场的场强大小为V/m

B. 该匀强电场的方向由B指向A

C. A点电势增加V

D. A点电势增加V

【答案】AC

【解析】

【详解】AB．由题意可知，BC是等势线，则场强方向垂直于BC向上，边长为2m，则

故A正确，B错误；

CD．当以B点为轴让三角形ABC在该匀强电场平面内顺时针转动30°时，A点电势升高，增加量为

故C正确，D错误；

故选AC。

11. 如图所示，理想变压器的ab端所接的交变电压（V），L1、L2是规格为“4V、3W”的灯泡，现调节电阻箱R为某一值时恰好能使两个灯泡均正常发光（灯泡电阻可视为恒定），电压表V1、V2均为理想交流电压表。（电阻箱R调节过程中所有元件均可安全工作）则（　　）

A. a、b端所接交流电的有效值为16V，频率为100Hz

B. 变压器原、副线圈匝数比为3∶1

C. 原副线圈匝数比不变时，减小电阻箱R连入电路的阻值，电压表V1的示数不变

D. 原副线圈匝数比不变时，增大电阻箱R连入电路的阻值，灯泡L1亮度变暗

【答案】BD

【解析】

【详解】A． a、b端所接交流电的有效值为

频率为

故A错误；

B．当两个灯泡均正常发光时，原线圈两端电压为

副线圈两端电压

变压器原、副线圈匝数比为

故B正确；

CD．设原、副线圈中电流分别I1、I2，则

设副线圈总电阻为r，则

而

联立以上三式可得

减小电阻箱R连入电路的阻值，则r减小，所以U1减小，即电压表V1示数减小；增大电阻箱R连入电路的阻值，则r增大，所以U1增大，L1两端分得的电压减小，L1亮度变暗，故C错误，D正确。

故选BD。

12. 如图所示，足够长的水平光滑金属导轨所在空间中，分布着垂直于导轨平面方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两导体棒a、b均垂直于导轨静止放置。已知导体棒a质量为2m，电阻是r，导体棒b质量为m，电阻为2r，两导体棒长度均为l，其余部分电阻不计。现使导体棒a获得瞬时平行于导轨水平向右的初速度。除磁场作用外，两棒沿导轨方向无其他外力作用。在两导体棒运动过程中，下列说法正确的是（　　）

A. 最终a、b棒的速度相同，做匀速直线运动

B. 最终a、b棒的加速度相同，且不为零

C. 全过程中，通过导体棒b的电荷量为

D. 全过程中，导体棒a共产生焦耳热为

【答案】ACD

【解析】

【详解】AB．根据题意可知，两棒组成回路，电流大小相同，a棒受安培阻力做变减速直线运动，b棒受安培动力做变加速直线运动，当两者的速度相等时，电流等于零，两棒不再受安培力，则达到共同速度做匀速直线运动，加速度为零，故A正确，B错误；

C．两棒所受安培力合力为零，系统动量守恒，最终共同速度为

对b棒

解得

故C正确；

D．根据能量守恒，两棒共产生的焦耳热为

而导体棒a共产生的焦耳热为

故D正确；

故选ACD。

第Ⅱ卷（非选择题  共62分）

二、实验题（本题共两小题，共14分，每空2分）

13. 某表头满偏电流为1mA、内阻为978Ω。

为了将表头改装成量程为3V的电压表，需要一个阻值为___________Ω的电阻与表头___________（填“”或者“并联”）；

为了将表头改装成量程为50mA的电流表，需要一个阻值约为___________Ω的电阻与表头___________（填“串联”或者“”）。（结果保留两位有效数字）

【答案】    ①. 2022    ②. 串联    ③. 20    ④. 并联

【解析】

【详解】[1][2]把电流表改装电压表需要串联一个分压电阻，串联的电阻阻值为

[3][4]把表头改装成50mA的电流表需要并联分流电阻，并联的电阻阻值为

14. 某实验小组做“描绘小灯泡伏安特性曲线”的实验。除开关、导线以外，实验室还有以下器材可供选择：

A．待测小灯泡L（3V，1.8W）

B．电流表A1（量程0.3A，内阻约1Ω）

C．电流表A2（量程0.6A，内阻约0.5Ω）

D．电压表V（量程3V，内阻约5kΩ）

E．滑动变阻器R1（最大阻值5Ω，额定电流2.0A）

F．滑动变阻器R2（最大阻值100Ω，额定电流1.0A）

G．电池组E（电动势为4.5V，内阻不计）

（1）为了尽可能减小实验误差，且要求能够在0~3V的范围内对小灯泡的电压进行测量，电流表选___________，滑动变阻器选___________（填写实验器材前的字母代号）；

（2）某同学根据实验数据描绘的小灯泡伏安特性曲线如图乙所示，将两个规格相同的该灯泡并联后接到电动势为3.0V、内阻为2.5Ω的另一电源E0上，如图丙所示。则每个小灯泡的实际功率为___________W。（结果保留2位有效数字）

【答案】    ①. C    ②. E    ③. 0.43（0.40~0.45）

【解析】

【详解】（1）[1]小灯泡的额定电流为0.6A，所以电流表选择电流表A2（量程0.6A，内阻约0.5Ω），即选C；

[2]灯泡正常工作时电阻为5Ω，所以选择阻值与其接近的滑动变阻器，操作方便，故选E。

（2）设灯泡的实际电压为U，实际电流为I，则根据闭合电路的欧姆定律得

变形后得

构造等效电源和一个灯泡连接找到工作点，作等效电源的图像，如图所示

则交点为工作点，灯泡的实际功率为

P=UI=1.2×0.36W=0.43W（0.40~0.45）

三、解答题（本题共4小题，第15题10分，第16题10分，第17题12分，第18题16分，共48分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分）

15. 如图所示。轻质绝缘细绳上端固定。下端连接一个可视为质点的带电小球。小球静止在水平向左、范围足够大的匀强电场中，小球距离地面足够高。绳与竖直方向的夹角θ=37°。已知小球所带电荷量q=1.5×10-4C，质量m=0.8kg，取重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：

（1）电场强度的大小；

（2）将细绳剪断2s后小球的位移大小。

【答案】（1）4×104N/C；（2）25m

【解析】

【详解】（1）小球所受的电场力方向水平向右，与电场方向相反，所以小球带负电，小球受力情况如图所示

由平衡得

解得

（2）将细绳剪断后小球的加速度为

小球将做匀加速直线运动，2s后的位移为

16. 如图甲所示为一个小型电风扇的电路简图，其中理想变压器的原、副线圈匝数之比n1：n2=10：1，接线柱a、b接上一个正弦交流电源，电压随时间变化规律如图乙所示，输出端接有额定电压均为12V的灯泡和风扇电动机，灯泡额定功率为3W，电动机线圈电阻r=3Ω，电阻R=8Ω，接通电源后，灯泡正常发光，风扇正常工作，求：

（1）副线圈电流的频率；

（2）副线圈两端的电压；

（3）电动机输出的机械功率。

【答案】（1）50Hz；（2）22V；（3）9W

【解析】

【详解】（1）变压器不改变交流电的频率，由乙图可知T=0.02s，根据公式可得

=50Hz

即副线圈电流的频率为50Hz；

（2）根据理想变压器原副线圈匝数比与电压比的关系，有

=22V

副线圈两端的电压为22V；

（3）根据副线圈电路中电压关系，有

解得

I2=1.25A

灯泡中电流

=0.25A

由分流原理，可得

IM=I2-IL=1A

电动机输出的机械功率

=9W

17. 两根金属导轨平行放置在倾角为30°的斜面上，导轨底端接有电阻R=8Ω，导轨自身电阻忽略不计。匀强磁场垂直于斜面向上，磁感强度B=0.5T。质量为m=0.1kg，电阻r=2Ω的金属棒ab由静止释放，沿导轨下滑。如图所示，设导轨足够长，导轨宽度L=2m，金属棒ab与导轨的动摩擦因数为，下滑过程中始终与导轨接触良好，当金属棒下滑h（未知）时，速度恰好达到最大速度，此过程通过电阻R的电荷量为0.6C（g取10m/s2）求：

（1）金属棒ab的最大速度？

（2）金属棒ab从静止到最大速度所用的时间？

（3）此过程中金属棒ab产生的热量（焦耳热和摩擦生热之和）？

【答案】（1）2m/s；（2）4s；（3）2J

【解析】

【详解】（1）导体棒切割磁感线产生动生电动势

E=BLv

F=BIL

联立可得

金属棒ab达到最大速度时，加速度为零，有

可得

v=2m/s

（2）对导体棒用动量定理

而

可得

t=4s

（3）在金属棒ab静止释放到速度刚达到最大的过程中，金属棒的重力转化为金属棒的动能、焦耳热和摩擦生热，根据能量守恒定律得，电路中产生的焦耳热为

代入解得

Q=1J

则电阻r上产生的热量为

=0.2J

摩擦生热为

=1.8J

焦耳热和摩擦生热之和为

Q=Qr+Q热=2J

18. 如图所示，真空中有垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B0，原点O处有一粒子源，粒子源能向I、Ⅱ象限内（包括坐标轴）沿坐标平面均匀地向各个方向射出速度为v的带负电粒子，粒子的质量为m、带电荷量大小为q。在适当位置有一片感光纸平行x轴放置，沿+y方向射出的带电粒子恰好打在感光纸左端，沿－x方向射出的带电粒子恰好垂直打在感光纸上，感光纸右端足够长，不计带电粒子重力及粒子间相互作用力。求：

（1）求感光纸左端的位置坐标M及纸上感光带的长度l（感光面面向粒子打到的方向）；

（2）现将长为（l为上一问的计算值）的感光纸置于y轴负半轴上，其一端恰好处在原点O，感光面面向x轴负方向，则感光纸的感光面接收到的带电粒子从粒子源射出时速度的方向与x轴正方向成多大角度？

（3）现撤去感光纸，并在适当的空间再加一匀强磁场B，能使所有带电粒子均沿x轴正方向通过y轴，求所加磁场的磁感应强度B和B区域的最小面积S。

【答案】（1），；（2）0~120°；（3）大小为B0、方向垂直纸面向内，

【解析】

【详解】（1）根据左手定则可知，带电粒子沿逆时针方向旋转，设粒子运动半径为R，根据牛顿第二定律有

解得

由于感光纸平行x轴放置，且沿－x方向射出的带电粒子恰好垂直打在感光纸上，根据几何关系可知，感光纸一定在所在的直线，又由于沿+y方向射出的带电粒子恰好打在感光纸左端，如图所示。

可得M点坐标（－R，－R），即。

沿x轴负方向射出的粒子打在感光纸的位置到M点的距离即为感光带的长度，即

（2）置于y轴负半轴上的感光纸的长度

由几何关系可知，沿第一象限出射的粒子都能再次经过坐标原点O打到感光纸上，沿第二方向射出的粒子，随着与x轴正方向夹角逐渐增大，所打到感光纸上的位置逐渐靠下，当恰好达到感光纸的最下端时，粒子与x轴夹角最大，此时做圆周运动的圆心为O1，如图所示，由几何关系可知，OO1与y轴负方向夹角为60°，对应粒子射出方向与x轴正方向夹角为120°，因此从粒子源射出的粒子与x轴正方向间的夹角在0~120°之间的粒子都能打到感光纸上。

（3）当粒子旋转到速度方向沿x轴正方向时，加上一个和原磁场等大反向的磁场，使合磁场为零，粒子做匀速直线运动，就会沿x轴正方向通过y轴。作一个圆心O2在y负半轴，过坐标原点且半径为R的半圆，如图所示。

设任意从O点射出的粒子轨迹与半圆交于N点，由于

OO3=O3N=NO2=O2O=R

所以四边形OO3NO2为菱形，可知O3N沿竖直方向，所以粒子通过N点时的速度沿x轴正方向，因此在以O2为圆心的半圆内部加上方向垂直纸面向内，磁感应强度大小为B0的磁场后，使该区域的合磁场为零，能使所有带电粒子均沿x轴正方向通过y轴，半圆区域的最小面积