2021-2022学年河南省信阳高级中学高二(下)开学考试物理试题含解析

2021-2022学年河南省信阳高级中学高二年级假期学习成果验收考试

物理试题

一、选择题（本题共10小题，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1-7题只有一个选项符合题目要求；第8-10题有的有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）

1. 某实验小组用图甲所示电路研究a、b两种单色光的光电效应现象，通过实验得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（　　）

A. 光电子的最大初动能Eka > Ekb

B. 若a光可以让处于基态的氢原子电离，则b光一定也可以

C. 两种光照射金属K时的逸出功不一样

D. 两种光的频率νa > νb

【答案】B

【解析】

【详解】A．由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，其逸出的光电子最大初动能大，故A错误；

C．金属的逸出功由金属本身决定，故两种光照射金属K时的逸出功一样。故C错误；

D．由光电效应方程

由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，其频率大，即

故D错误；

B．b光的频率大，光子能量大，若a光可以让处于基态的氢原子电离，则b光一定也可以故B正确。

故选B。

2. 如图所示，有、、三颗地球卫星，处在地球附近轨道上运动，在地球椭圆轨道上，在地球的同步卫星轨道上。下列说法中正确的是（　　）

A. 对卫星a、c比较，相同时间内卫星转过的弧长最长

B. 、、三颗卫星运行速度都小于第一宇宙速度

C. 卫星由近地点向远地点运动过程中，机械能减小

D. 卫星的动能一定大于卫星的动能

【答案】A

【解析】

【详解】A．对卫星a、c比较，根据

可得

则a的运行速度最大，则相同时间内卫星转过的弧长最长，选项A正确；

B．因为a处在地球附近轨道上运动，则a的速度等于第一宇宙速度，选项B错误；

C．卫星由近地点向远地点运动过程中，只有地球的引力做功，则机械能不变，选项C错误；

D．卫星的质量关系不确定，则卫星的动能不一定大于卫星的动能，选项D错误。

故选A。

3. 如图所示，光滑水平地面上有两个小球甲和乙，质量分别是m和km，现让甲以初速度v0向右运动并与乙(静止)发生碰撞，碰后乙的速度为，若碰后甲、乙同向运动，则k的值不可能是(　　)

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

【详解】设甲与乙发生碰撞后甲的速度为v，由动量守恒定律得

解得

碰撞后甲、乙同向运动，则有v>0，即

解得

k<2

碰后甲球不能越过乙球，因此有

解得

k≥1

又因为碰撞过程中动能不增加，所以有

解得

0≤k≤3

综上可得

1≤k<2

则ACD可能，B不可能．

故选B。

4. 如图甲所示，在真空中，两个带电荷量均为的负点电荷P、Q固定于光滑绝缘水平面上，将该平面上一质量、电荷量为的带正电小球（视为质点）从a点由静止释放，小球沿两电荷连线的中垂线运动到两电荷连线的中点O，其从a点运动到O点的图像如图乙中实线所示，其经过b点时对应的图线切线斜率最大，如图中虚线所示，则下列分析正确的是（　　）

A. 在两电荷的连线上，O点的电场强度最小，电势最低

B. b点的电场强度大小为10

C. a、b两点间的电势差为45V

D. 在从a点运动到O点的过程中，小球受到电荷P的作用力先增大后减小

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】A．点电荷在与其距离为r处的电场强度大小

故两点电荷在O点的合电场强度为0，沿电场线方向电势降低，O点的电势最高，选项A错误；

B．在图像上的图线的斜率表示加速度，在b点可得

根据牛顿第二定律有

解得

选项B错误；

D．小球从a点运动到b点的过程，根据动能定理有

由图乙可知

解得

选项C正确；

D．在小球从a点运动到O点的过程中，小球与电荷P间的距离一直减小，所以受到电荷P的作用力一直增大，选项D错误。

故选C

5. 如图所示为一种风向和风速传感器的原理图。两个收集板是铜丝网状导体，有良好的导电性和通风能力，粒子源是一条直径很小的镍铬丝，其与两收集板相互平行且等距。粒子源极附近的空气在强电场作用下电离，正离子沿电场方向移动到收集板形成电流，数值由两电流表测量，测量时保持风向与收集板垂直，电流表、的示数分别为、，，则（　　）

A. 若，则风向左 B. 若，则风向左

C. 风速越大，越小 D. 若，则无法判断风向

【答案】B

【解析】

详解】AB．若风向向左，单位时间打到左收集极板上正离子数较多，则I1＞I2，B正确， A错误；

C．风速越大，则单位时间打到两收集极板的正离子数之差越大，故两电流表的示数之差越大，即△I越大，C错误；

D．若，则有，说明是无风的状态，故D错误。

故选B。

6. 如图所示，和为两平行虚线，上方和下方都是垂直纸面向里的磁感应强度相同的匀强磁场，、两点都在上。带电粒子从点以初速度与成30°角斜向右上射出，经过偏转后正好过点，经过点时速度方向也斜向上。不计重力，下列说法中正确的是（　　）

A. 此粒子一定带正电荷

B. 带电粒子经过点与经过点时速度方向不同

C. 若将带电粒子在点时的初速度变大（方向不变），它仍能经过点

D. 若将带电粒子在点以初速度与成60°角斜向右上射出，它将不能再经过点

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】画出带电粒子运动的可能轨迹

A．如图，分别是正负电荷的轨迹，正负电荷都可能。故A错误。

B．如图，粒子经过B的位置时速度方向也斜向上，速度跟在A点时的速度大小相等，方向相同，速度相同。故B错误；

C．根据轨迹，粒子经过边界L1时入射点与出射点间的距离与经过边界L2时入射点与出射点间的距离相同，与速度无关。所以当初速度大小稍微增大一点，但保持方向不变，它仍有可能经过B点。故C正确。

D．如图，设L1与L2之间的距离为d，则A到B的距离为：

所以，若将带电粒子在A点时初速度方向改为与L2成60°角斜向上，则每次经过一个周期前进的距离为

，则经过三个周期后经过B点。故D错误。

故选C。

7. 有一种磁强计，可用于测定磁场的磁感应强度，其原理如图所示。将一段横截面为长方形的N型半导体（主要靠自由电子导电）放在匀强磁场中，两电极、分别与半导体的前后两侧接触。已知磁场方向沿轴正方向，N型半导体横截面的长为，宽为，单位体积内的自由电子数为，电子电荷量为，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动。导体中通有沿轴正方向、大小为的电流时，两电极、间的电势差为。下列说法正确的是（　　）

A. 为正极，为负极 B. 磁感应强度的大小为

C. 磁感应强度的大小为 D. 其他条件不变时，越大，电势差越大

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据左手定则，结合自由电子定向移动的方向与电流方向相反，可知，自由电子受到的洛伦兹力方向指向，则自由电子偏向，则为负极，为正极，故A错误；

BC．设自由电子定向移动的速率为，则单位时间内移动的距离为，则体积为，电荷量为，则

两电极、间的电势差为时，对于自由电子，根据平衡条件

联立解得

故B错误同，C正确；

D．根据

则其他条件不变时，电势差与n无关，故D错误。

故选B。

8. 如图所示天平可用来测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为，共匝，线圈下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面，当线圈中通有电流时（方向如图），在天平左右两边加上质量分别为、的砝码，天平平衡；当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为的砝码后，天平重新平衡，重力加速度取。由此可知（　　）

A. 磁场方向垂直纸面向里

B. 磁场方向垂直纸面向外

C. 磁感应强度的大小为

D. 仅使磁场反向和仅使电流反向等效

【答案】AD

【解析】

【详解】AB．当电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，可知电流反向时安培力变为向上，则由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，选项A正确，B错误；

C．由题意可知，当开始时安培力向下，则

电流反向后

解得

选项C错误；

D．根据左手定则可知，仅使磁场反向和仅使电流反向等效，选项D正确。

故选AD。

9. 一理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=11：5原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的图象如图，副线圈仅接入一个10Ω的电阻，则（　　）

A. 流过电阻的电流是10A B. 与电阻并联的电压表的示数是

C. 经过1min电阻发出的热量是6×103J D. 变压器的输入功率是1×103W

【答案】AD

【解析】

【详解】AB．由图象可知，原线圈中电压的有效值为220V，根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压有效值为100V，与电阻并联的电压表的示数是100V，流过电阻的电流

所以A正确，B错误；

C．由

所以经过60s电阻发出的热量是，C错误；

D.副线圈的输出功率

输入功率等于输出功率，D正确。

故选AD。

10. 如图，一倾角为37°的光滑固定斜面的顶端放有质量为0.4kg的U型导体框，导体框的电阻忽略不计。一质量为0.2kg，电阻为0.3Ω的金属棒PQ的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路MNPQ，MN与斜面底边平行，长度为。初始时PQ与MN相距，金属棒与导体框同时由静止开始下滑，金属棒下滑距离后进入一方向垂直于斜面向上的匀强磁场区域，磁场宽度为，磁感应强度大小B=1T，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行；已知金属棒与导体框之间始终接触良好，重力加速度g=10m/s2.关于导体棒PQ与导体框MN运动的v-t图像，下列选项正确的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】BD

【解析】

【详解】AB．金属棒PQ进入磁场之前与导体框一起做匀加速直线运动，有

设经t1时间进入磁场，则有

解得

进入磁场瞬间，切割磁感线，产生电动势，回路中出现感应电流，将受安培力作用，有

易知，金属棒在磁场中做匀速直线运动，设经历时间为t2，则有

之后，离开磁场，继续做匀加速直线运动，加速度保持不变。故A错误；B正确；

CD．导体框MN进入磁场前做匀加速直线运动，设持续时间为t3，则有

解得

进入磁场瞬间，金属棒PQ恰好离开磁场，MN边切割磁感线，产生电动势，回路中出现感应电流，将受安培力作用，有

易知，导体框在磁场中做匀速直线运动，设经历时间为t4，则有

之后，离开磁场，继续做匀加速直线运动，加速度保持不变。故C错误；D正确。

故选BD。

二、实验题（第11题4分，第12题9分）

11. 如图所示，为某物理兴趣小组改装电流表的电路。已知毫安表表头内阻为，满偏电流为，和为定值电阻。若毫安表可改装成量程为和的电流表，则__________；由题给出的条件和数据，可以求出__________，__________。

【答案】    ①. 接a时量程为15mA，接b时量程为4mA    ②. 16    ③. 44

【解析】

【详解】[1]毫安表改装成电流表时，并联的电阻越小，改装成的电流表量程越大，若毫安表可改装成量程为和的电流表，则接a时量程为15mA，接b时量程为4mA。

[2][3]根据串并联规律有

解得

，

12. 某同学要绘出一个标有“0.5A  6V”小灯泡的伏安特性曲线，实验室有以下器材可供选择：

A.电流表A1（量程0.6A，电阻约为5Ω）

B.电流表A2（量程3A，电阻约为0.8Ω）

C.电压表V1（量程6V，电阻约为10kΩ）

D.电压表V2（量程3V，电阻约为5kΩ）

E.电源E（电动势6V，内阻不计）

F.滑动变阻器R1（0~10Ω）

G.滑动变阻器R2（0~50Ω）

（1）在上述器材中，电流表选择_______（选填“A1”或“A2”），电压表选择_________（选填“V1”或“V2”），滑动变阻器选择________（选填“R1”或“R2”）。

（2）请根据所选器材，在虚线框中补全以下电路图_______。

（3）现绘出的伏安特性曲线如下图（a）所示，现将此小灯泡接入图（b）中电路中（各已知量均已标记在图中）。则小灯泡实际功率为_________W（保留三位有效数字）。

【答案】    ①. A1    ②. V1    ③. R1    ④.     ⑤. 1.01

【解析】

【详解】（1）[1][2]根据电源电动势大小6V和小灯泡上标的电流电压值“0.5A  6V”可以确定电流表选择A1、电压表选择V1。

[3] 小灯泡上标的电流电压值“0.5A  6V”可得小灯光电阻

描绘伏安特性曲线电流或电压要从0附近开始且变化范围大，所以选择分压式接法，因此滑动变阻器选择较小的R1。

（2）[4]因为小灯光电阻较小，所以电流表选用外接法。画出电路如图：

（3）[5]设电路图中，小灯泡电压为U，电流为I，由闭合电路欧姆定律得

得到U、I的直线方程，再画到伏安特性曲线中，注意该直线方程过两点，如图所示：

图中交点坐标为，所以小灯泡实际功率为

P=

三、解答题（共47分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分）

13. 如图所示，平面直角坐标系xOy的第I象限中存在沿y轴负方向的匀强电场，第IV象限以ON为直径的半圆形区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁场区域半径为R.一质量为 m、电荷量为q（>0）的带正电粒子，从y轴正半轴上（0，R）的M点，以速度v0沿x轴正方向射入电场，经x轴上x=R处的P点进入磁场，最后从磁场边界最低点以垂直于y轴的方向射出磁场.不计粒子重力，求:

（1）电场强度的大小E；

（2）磁感应强度的大小B。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）由题意得，带电粒子垂直电场进入后做类平抛运动，则有

联立解得

（2）由类平抛运动可知

粒子进入匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则

解得

14. 如图甲所示，在坐标系中，轴左侧有沿轴正方向的匀强电场，场强大小为；轴右侧有如图乙所示的大小和方向周期性变化的磁场，磁感应强度大小已知。磁场方向垂直纸面向里为正。时刻，从轴上的点无初速度释放一带正电的粒子，粒子的质量为，电荷量为（粒子重力不计），粒子第一次在电场中运动的时间与第一次在磁场中运动的时间相等，粒子第一次在磁场中运动的时间为，且垂直轴再次进入电场。求：

（1）点到点的距离；

（2）粒子经一个周期（）沿轴发生的位移。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）设粒子在电场中匀加速运动的时间为t0，则根据题意

Eq＝ma

设OP间距离为x，则

解得

（2）设粒子做圆周运动的半径分别为R1和R2，根据洛伦兹力提供向心力

可得

，

粒子在磁场中运动的速度

根据对称性，粒子每经一个周期沿y轴向下移动Δx，如图所示

Δx＝2R2－2R1＝

15. 如图甲所示，真空中有一电子枪连续不断且均匀的发出电子（电子质量为、电荷量为，初速度可视为零），经电压大小为的直线加速电场加速，由小孔穿出加速电场后，沿两个彼此绝缘且靠近的水平金属板A、B间的中线射入偏转电场。A、B两板距离为、板长均为，两板间加周期性变化的电势差，随时间变化的关系图像如图乙所示，变化周期为，时刻，。不计电子的重力和电子间的相互作用力，不考虑电场的边缘效应，且所有电子都能离开偏转电场，求：

（1）电子从加速电场飞出后的水平速度的大小；

（2）时射入偏转电场的电子离开偏转电场时距两板间中线的距离；

（3）在的时间段内，若电子能够从中线上方离开偏转电场，求电子进入偏转电场的时间段？

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

详解】(1)电子经过加速场后，根据动能定理得

解得

(2)电子在偏转电场中，水平方向做匀速直线运动，所以运动的时间为

电子离开偏转电场时距两板间中线的距离

解得

(3)在前半个周期内，假设电子从某时刻进入偏转电场，离开时恰好从中线处离开，则有

解得

在内，从中线上方离开偏转电场的电子进入的时间为

16. 相距为的足够长的金属直角导轨如图甲所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面。质量相同的金属细杆、与导轨垂直接触形成闭合回路，细杆与导轨之间的动摩擦因数均为，导轨电阻不计，细杆、电阻分别为，。整个装置处于磁感应强度大小为、方向竖直向上的匀强磁场中。当在平行于水平导轨的拉力作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时，杆也同时从静止开始沿导轨向下运动。测得拉力与时间的关系如图乙所示。（）

（1）求杆的加速度大小和质量；

（2）当杆达到最大速度时，求杆的速度大小；

（3）若从开始到杆达到最大速度的过程中拉力做了的功，求该过程中杆所产生的焦耳热。

【答案】（1）10m/s2；0.1kg；（2）1m/s；（3）2.94J

【解析】

【详解】（1）ab杆在t时刻所受安培力大小为

   ①

对ab杆根据牛顿第二定律有

   ②

由①②可得

   ③

结合F-t图像解得

a=10m/s2   ④

m=0.1kg   ⑤

（2）当cd杆速度最大时，根据平衡条件有

   ⑥

解得

v1=2m/s   ⑦

从开始到cd杆达到最大速度所经历的时间为

   ⑧

此过程中ab杆运动的位移大小为

   ⑨

设此过程中回路中的平均感应电流为，对cd杆根据动量定理有

   ⑩

根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律综合得

   ⑪

联立⑧⑨⑩⑪解得

   ⑫

（3）对ab杆根据功能关系可得从开始到 cd 杆达到最大速度过程中回路中产生的总焦耳热为

   ⑬

根据焦耳定律可得

   ⑭