2021-2022学年吉林省长春市北师大附属学校高二（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年吉林省长春市北师大附属学校高二（上）期末物理试卷

1.     比值定义法是物理学中一种重要的定义物理量的方法，下列不属于比值定义法表达式的是(    )

A.  B.  C.  D.

2.     三根通电长直导线P、Q、R互相平行、垂直纸面放置。三根导线中电流大小相同、方向均垂直纸面向里，且每两根导线间的距离均相等。则P、Q中点O处的磁感应强度方向为(    )

A. 方向竖直向上 B. 方向竖直向下 C. 方向水平向右 D. 方向水平向左

3.     如图所示为回旋加速器的工作原理示意图，D形金属盒置于真空中，半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度大小为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为f，加速电压为U，若中心粒子源处产生的初速度为0的质子质量为m，电荷量为在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确的是(    )

A. 加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大
B. 不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器一定可加速其他带正电荷的粒子
C. 质子加速后的最大速度不能超过
D. 质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为2：1

4.     如图所示的电路中，电的电动势E和内电阻r恒定不变，电灯L恰能正常发光，如果变阻器的滑片向b端滑动，则(    )

A. 电灯L变暗，安培表的示数增大
B. 电灯L更亮，安培表的示数增大
C. 电灯L变暗，安培表的示数减小
D. 电灯L更亮，安培表的示数减小

5.     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，沿纸面由位置左匀速运动到位置右则(    )

A. 导线框进入磁场时，感应电流方向为
B. 导线框离开磁场时，感应电流方向为
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

6.     如图所示，带负电的小球用绝缘丝线悬挂于O点在匀强磁场中摆动，当小球每次通过最低点A时(    )

A. 摆球受到的磁场力相同
B. 摆球的动能相同
C. 摆球的速度相同
D. 向右摆动通过A点时悬线的拉力等于向左摆动通过A点时悬线的拉力
 

7.     如图所示，一根长度L的直导体棒中通以大小为I的电流，静止放在导轨上，垂直于导体棒的匀强磁场的磁感应强度为B，B的方向与竖直方向成角．下列说法中正确的是(    )

A. 导体棒受到磁场力大小为
B. 导体棒对轨道压力大小为
C. 导体棒受到导轨摩擦力为
D. 导体棒受到导轨摩擦力
 

8.     如图所示电路中，和是两个相同的灯泡，L是一个自感系数相当大的线圈，其直流电阻值与R相同，在电键S接通和断开时，灯泡和先后亮暗的顺序是(    )

A. 接通时，先达到最亮，断开时，后暗
B. 接通时，先达到最亮，断开时，后暗
C. 接通时，先达到最亮，断开时，先暗
D. 接通时，先达到最亮，断开时，先暗
 

9.     如图1所示的电路来测量电池电动势和内电阻，根据测得的数据作出了如图2所示的图线，由图可知(    )

A. 电池电动势的测量值为
B. 电池内阻的测量值为
C. 外电路发生短路时的电流为
D. 电压表的示数为时，电流表的示数

10. 两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则(    )

A. 金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为
B. 释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g
C. 金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为
D. 电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少

11. 如图所示，平行板电容器在充电稳定后，板间有一带电尘粒恰能在电场中静止．若将正对的平行板左右错开一些，则以下说法中正确的是(    )

A. 带电尘粒将向上加速运动
B. 带电尘粒静止不动
C. 错开过程中，通过电阻R的电流方向为A到B
D. 错开过程中，通过电阻R的电流方向为B到A
 

12. 如图甲所示，闭合矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。规定垂直纸面向里为磁场的正方向，abcda方向为导线框中感应电流的正方向，水平向右为安培力的正方向，关于导线框中的电流i与ad边所受的安培力F随时间t变化的图像，下列选项正确的是(    )

A.  B.
C.  D.

13. 在“测定金属丝电阻率”的实验中需要测出其长度L、直径d和电阻R
    
    用螺旋测微器测金属丝直径时读数如图甲，则金属丝的直径为______mm。
    若用图乙测金属丝的电阻，则测量结果将比真实值______。选填“偏大”或“偏小”
    用电压表和电流表测金属丝的电压和电流时读数如图丙、丁，则电压表的读数为______V，电流表的读数为______A。
14. 某同学要测量一新材料制成的元件的电阻，步骤如下：
    用多用电表“”倍率的电阻挡测量该元件的电阻时，发现指针偏角过大，此时需换用______填“”或“”倍率的电阻挡，并重新进行欧姆调零后再进行测量，表盘的示数如图所示，则该电阻的阻值______。
    该同学想更精确地测量其电阻，现有的器材及其代号和规格如下：
    待测元件
    电流表量程，内阻约
    电流表量程，内阻约
    电压表量程，内阻约
    电压表量程，内阻约
    直流电源电动势
    滑动变阻器阻值范围
    开关S、导线若干。
    要求较准确地测出其阻值，并多测几组数据，电流表应选______，电压表应选______选填电表符号；根据选择的器材，画出实验电路图。

15. 如图所示，水平放置的平行金属导轨MN和PQ，相距，导轨左端接一电阻，磁感应强度的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac垂直导轨放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。当ac棒以的速度水平向右匀速滑动时，求：
    棒中感应电动势的大小；
    回路中感应电流的大小；
    维持ac棒做匀速运动的水平外力F的大小和方向。
16. 如图电源电动势，内阻不计，定值电阻，电动机M内阻，电压表和电流表均是理想表，闭合开关，电压表示数，求：
    电源消耗的电功率；
    电动机的电功率；
    电动机的输出功率。

17. 如图所示，A是一面积为、匝数为匝的圆形线圈，处在均匀磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，磁感应强度随时间增加，变化率为，，，电容器电容，线圈内阻不计。求：
    闭合后，通过的电流大小；
    闭合一段时间后又断开，在断开后流过的电荷量。

18. 如图所示，一个带电的小球从P点自由下落，P点距场区边界MN高为h，边界MN下方有方向竖直向下、电场场强为E的匀强电场，同时还有垂直于纸面的匀强磁场，小球从边界上的a点进入电场与磁场的复合场后，恰能作匀速圆周运动，并从边界上的b点穿出，已知，求：
    小球的带电性质及其电量与质量的比值；
    该匀强磁场的磁感强度B的大小和方向；
    小球从P经a至b时，共需时间为多少？
    

答案和解析

1.【答案】A 

【解析】解：
A、是电阻的决定式，不属于比值定义法，故A错误．
B、电容C由电容器本身的特性决定，与Q、U无关，符合比值定义法的共性，所以属于比值法定义，故B正确．
C、电场强度反映电场本身的特性，与F、q无关，符合比值定义法的共性，所以属于比值法定义，故C正确．
D、磁感应强度的大小由磁场本身决定，与放入磁场中导线长度和电流的大小无关，磁感应强度采用的是比值定义法，故D正确．
本题选不属于比值定义法的，故选：
比值法定义就是应用两个物理量的比值来定量研究第三个物理量，而定义出来的新的物理量反映物质属性或特征．
中学物理中，有相当数量的物理量是采用“比值法”定义的，关键掌握比值法定义法的共性，来理解各个物理量的意义．
 

2.【答案】D 

【解析】解：用右手螺旋定则判断通电直导线在O点上所产生的磁场方向，如图所示：

直导线P在O点产生磁场与直导线Q在O点产生磁场方向相反，大小相等。则合磁场为零；而直导线R在O点产生磁场，方向从Q指向P，即为水平向左；故D正确ABC错误。
故选：D。
该题考查了磁场的叠加问题。用右手螺旋定则首先确定三根通电直导线在a点产生的磁场的方向，利用矢量的叠加分析叠加后磁场大小和方向，从而判断各选项。
本题考查安培定则以及矢量的合成方法，要注意明确磁感应强度既有大小，又有方向，是矢量，它的合成遵循矢量合成的平行四边形法则
 

3.【答案】C 

【解析】解：A、根据，知，则最大动能，由此看出最大动能与加速的电压无关，故A错误；
B、带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等，根据知，换用其他粒子，粒子的比荷变化，周期变化，回旋加速器需改变交流电的频率才能加速其他粒子。故B错误；
C、质子穿出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则所以最大速度不超过故C正确；
D、粒子在加速电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，根据知，质子第二次和第一次经过D形盒狭缝的速度比为：1，根据，则半径比为，故D错误。
故选：C。
回旋加速器运用电场加速磁场偏转来加速粒子，根据洛伦兹力提供向心力可以求出粒子的最大速度，从而求出最大动能．在加速粒子的过程中，电场的变化周期与粒子在磁场中运动的周期相等。
解决本题的关键知道回旋加速器电场和磁场的作用，知道最大动能与什么因素有关，以及知道粒子在磁场中运动的周期与电场的变化的周期相等。
 

4.【答案】D 

【解析】解：滑动变阻器的滑片向b端滑动过程，变阻器接入电路的电阻增大，增大，外电路总R增大，由欧姆定律得知总电流I减小，安培表的示数减小。路端电压增大。电灯L的电压等于路端电压，所以电灯L更亮。
故选：D。
滑动变阻器的滑片向b端滑动过程，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻增大，由欧姆定律分析总电流的变化和路端电压的变化，来判断电灯亮度和电流表示数的变化．
本题是简单的电路动态分析问题．对于路端电压也可以直接根据路端电压随外电阻增大而增大判断变化．
 

5.【答案】D 

【解析】解：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，安培力方向水平向左，
同理线框离开磁场时，电流方向为，安培力方向水平向左，故ABC错误，D正确。
故选：D。
线框进入时dc边切割磁感线，出来时ab边切割磁感线，因此根据右手定则可以判断出电流方向，注意完全进入时，磁通量不变，无感应电流产生；然后根据左手定则判断安培力方向．也可以利用楞次定律直接判断电流和受力方向．
本题可以利用楞次定律直接判断电流和受力方向，也可以利用右手定则先判断电流向，然后利用左手定则判断受力方向．
 

6.【答案】B 

【解析】解：A、由于小球每次经过最低点的的运动方向不同，则根据左手定则可知，洛伦兹力的方向不同，则受到的磁场力不同，故A错误
B、由题意可知，拉力与洛伦兹力对小球不做功，仅仅重力做功，则小球机械能守恒，所以小球分别从A点和B点向最低点O运动且两次经过O点时的动能相同，故B正确；
C、由A项分析可知，由于小球每次经过最低点时的速度方向不同，故速度肯定不相同，故C错误；
D、由B选项可知，速度大小相等，则根据牛顿第二定律可知，由于速度方向不同，导致产生的洛伦兹力的方向也不同，则拉力的大小也不同，向左摆动通过A点时所受洛伦兹力的方向向上，充当一部分向心力，故绳子拉力较小，即向右摆动通过A点时悬线的拉力大于向左摆动通过A点时悬线的拉力，故D错误。
故选：B。
带电小球在重力与拉力及洛伦兹力共同作用下，绕固定点做圆周运动，由于拉力与洛伦兹力始终垂直于速度方向，它们对小球不做功．因此仅有重力做功，则有机械能守恒．从而可以确定动能是否相同，并由此可确定拉力与洛伦兹力的大小关系。
本题考查对小球进行受力分析，并得出力做功与否，根据机械能守恒定律来解题是突破口，同时注意洛伦兹力方向随着速度的方向不同而不同．最后由牛顿第二定律来考查向心力的大小关系。
 

7.【答案】D 

【解析】解：A、根据左手定则可得导体棒受力分析如图所示。B与I垂直，故导体棒受到磁场力大小为，选项A错误；
B、根据共点力平衡规律得：，得导体棒对轨道的压力大小为，选项B错误；
C、由于导体棒受到的是静摩擦力，因而受到静摩擦力大小要运用力的平衡规律求解，即为，选项C错误，选项D正确。
故选：D。
对导体棒受力分析，正交分解，根据平衡条件求解导体棒受到导轨摩擦力和支持力．
本题借助安培力考查了平衡条件以及正交分解的应用，注意安培力公式，为B与I之间的夹角．
 

8.【答案】A 

【解析】解：该电路可以看做是左右两部分并联后由串联起来。S刚刚接通时，L上的自感会使提供它的电流慢慢增大。
根据变化电路的特性，L支路上的电流增大时，和它并联的上的电流就减小，和它串联的上的电流就增大。所以S刚刚接通时灯先达到最亮；
S断开时，L和构成自感回路，不在回路中，所以S断开时，立刻熄灭，后熄灭。故A正确，BCD错误。
故选：A。
当开关接通和断开的瞬间，流过线圈的电流发生变化，产生自感电动势，阻碍原来电流的变化，根据自感现象的规律来分析．
对于线圈要抓住双重特性：当电流不变时，它是电阻不计的导线；当电流变化时，产生自感电动势，相当于电源．
 

9.【答案】AD 

【解析】解：A、由图示图象可知，电源图象与纵轴交点坐标值为，则电源的电动势，故A正确；
B、电源内阻，故B错误；
C、由图示图象可知，路端电压为时，电路电流为，故C错误；
D、当电压表示数为时，，故D正确；
故选：AD。
由图象的纵坐标可知电源的电动势，由纵坐标的交点可知路端电压为1V时的电流，由闭合电路欧姆定律可得出内电阻．
本题考查闭合电路的欧姆定律的数据处理，要明确图象的意义，同时注意纵坐标是否从零开始的，不能相当然的将横坐标的截距当作短路电流．
 

10.【答案】BC 

【解析】解：A、根据右手定则可知，金属棒向下运动时，流过电阻R电流方向为，故A错误；
B、金属棒释放瞬间，速度为零，感应电流为零，由于弹簧处于原长状态，因此金属棒只受重力作用，故其加速度的大小为g，故B正确；
C、当金属棒的速度为v时，，安培力大小为：，故C正确；
D、当金属棒下落到最底端时，重力势能转化为弹性势能和焦耳热，所以电阻R上产生的总热量小于金属棒重力势能的减少，故D错误。
故选：BC。
导体棒下落过程中切割磁感线，回路中形成电流，根据右手定则可以判断电流的方向，正确分析安培力变化可以求解加速度的变化情况，下落过程中正确应用功能关系可以分析产生热量与重力势能减小量的大小关系．
根据导体棒速度的变化正确分析安培力的变化往往是解决这类问题的重点，在应用功能关系时，注意弹性势能的变化，这点是往往被容易忽视的．
 

11.【答案】BC 

【解析】

【分析】
本题由电容器的决定式由平行板左右错开时，电容器的正对面积发生变化，由正对面积的变化判定电容器的变化，由于不切断电源，电容器极板间电压恒定，由此判定电容器的带电量的变化，从而确定粒子的运动和电流的变化问题。
本题主要考查电容器的动态变化，抓住电容器与电源相连，两极板间电压保持不变，由于电容器的正对面积发生变化而引起电容器的电容变化，从而判定在变化过程中电容器是充电还是放电来判定电流方向。
【解答】
\(AB.\)根据电容器的决定式：\(C=\dfrac{ɛs}{4πkd}\)，当正对面积S减小时，电容器的电容减小，带电尘粒受电场力：\(F=q\dfrac{U}{d}\)没有发生变化，故电场力不变，粒子仍处于平衡状态，故A错误，B正确；
由于电容器的电容减小，两极板间电压保持不变，故电容器的带电荷量将减小，故电容器放电，流经电阻R电流方向从A至B，故C正确，D错误。
故选BC。  

12.【答案】BD 

【解析】

【分析】由题图所示图象判断B的变化情况，则可得出磁通量的变化情况，由楞次定律可知电流的方向，根据左手定则即可判断出安培力的大小与方向．
本题考查了判断感应电流随时间变化关系，分析清楚图象、应用楞次定律即可正确解题，要注意排除法的应用．
【解答】由图象可知，内，线圈中向里的磁通量增大，由楞次定律可知，电路中电流方向为逆时针，即电流为负方向，内，线圈中向里的磁通量减小，由楞次定律可知，电路中电流方向为顺时针方向，即电流为正方向，内，磁通量不变，没有感应电流，内，线圈中向外的磁通量减小，由楞次定律可知，电路中电流方向为逆时针方向，即电流为负方向，根据法拉第电磁感应定律

由于磁感应强度发生变化时是均匀变化，且变化率大小相等，故产生的感应电流保持不变且大小相等，A错误，B正确；
内，电路中电流方向为逆时针，根据左手定则可知，ad棒受到的安培力的方向向右，为正值，内，电流为顺时针，ad棒受到的安培力的方向向左，为负值，内，没有感应电流，不受安培力，内，电路中电流方向为逆时针，根据左手定则可知，ad棒受到的安培力的方向向左，为负值，根据安培力的公式可知，安培力的大小与磁感应强度成正比，C错误，D正确。
故选：BD。  

13.【答案】偏小   

【解析】

【分析】螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器所示。
根据电路图应用欧姆定律分析实验误差。
由图象电表确定电表量程与分度值，读出电表示数。
螺旋测微器固定刻度与可动刻度示数之和是螺旋测微器示数，螺旋测微器需要估读。
【解答】由图甲所示螺旋测微器可知，固定刻度示数为，可动刻度示数为，
螺旋测微器示数为；
由图示电路图可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，所测电流偏大，由欧姆定律可知，电阻测量值小于真实值。
由图丙所示电压表可知，其量程为3V，分度值为，示数为；
由图示电流表可知，其量程为，分度值为，示数为。
故答案为：；偏小；
；。  

14.【答案】 

【解析】解：用多用电表“”倍率的电阻挡测量该元件的电阻时，发现指针偏角过大，说明所选挡位太大，此时需换用倍率的电阻挡，
重新进行欧姆调零后再进行测量，表盘的示数如图所示，则该电阻的阻值。
电源电动势为4V，电压表应选择 ；通过待测电阻的最大电流约为：，电流表选择 ；
待测电阻阻值远大于滑动变阻器最大阻值，为测多组实验数据，滑动变阻器应采用分压接法，电压表内阻远大于待测电阻阻值，
电流表应采用外接法，实验电路图如图所示：

故答案为：；300；； ；实验电路图如图所示。
用欧姆表测电阻要选择合适的挡位使指针指在中央刻度线附近，欧姆表指针示数与挡位的乘积是欧姆表示数。
根据电源电动势选择电压表，根据通过待测电阻的最大电流选择电流表，根据题意确定滑动变阻器与电流表接法，然后作出实验电路图。
本题考查了欧姆表使用、实验器材的选择与设计实验电路图，要掌握实验器材的选择方法，根据题意确定滑动变阻器与电流表接法是设计实验电路的关键。
 

15.【答案】解：棒中的感应电动势为：
 
根据闭合电路欧姆定律得感应电流大小为：
  
当ac棒向右匀速运动时，ac棒中有由c向a的感应电流，根据左手定则可知ac棒所受的磁场力水平向左。
为维持ac棒做匀速运动，应施加一个与等值反向的水平外力即为：

方向水平向右
答：棒中感应电动势的大小为；
回路中感应电流的大小为4A；
维持ac棒做匀速运动的水平外力F的大小，方向水平向右。 

【解析】棒垂直切割磁感线，已知磁感应强度B、长度L、速度v，由公式求出感应电动势大小。
相当于电源，根据闭合电路欧姆定律求解感应电流大小。
棒做匀速运动，水平外力F与安培力平衡，根据安培力公式求解。
本题是电磁感应、电路和磁场知识的综合，要掌握法拉第电磁感应定律、欧姆定律和安培力公式，并能熟练运用。
 

16.【答案】解：设定值电阻两端的电压为，则
则得：
对定值电阻R，由欧姆定律有：
所以电源消耗的电功率为
设电动机消耗的电功率为，热功率为，输出功率为，则有：


故
答：电源消耗的电功率为3W；
电动机的电功率为2W；
电动机的输出功率为。 

【解析】电动机和定值电阻R串联，电压表测量电动机两端的电压，先求出电阻R两端的电压，根据欧姆定律求出电路中电流，根据即可求解电源消耗的电功率；
根据求出电动机的电功率；
根据求出电动机的发热功率，则电动机的输出功率P为。
解答本题时，要知道电动机工作时的电路是非纯电阻电路，不能根据求电路中电流。
 

17.【答案】解：由法拉第电磁感应定律可得：；
则电路中电流为：
由欧姆定律可得 两端的电压为：
则电容器的电量为：
答：闭合后，通过的电流大小为2A。
闭合一段时间后又断开，在断开后流过的电荷量为。 

【解析】由法拉第电磁感应定律可得出线圈中的电动势，则由欧姆定律可求得通过的电流；
电容器与R并联，则可求得电容器两端的电压，由电容器的定义，可求得电荷量。
本题考查法拉第电磁感应定律、楞次定律的应用、电容器及欧姆定律，解题时注意发生电磁感应的部分看作电源。
 

18.【答案】解：带电粒子在复合场中做匀速圆周运动，则重力和电场力平衡，洛仑兹力提供做圆周运动的向心力                                                         
重力和电场力平衡，电场力方向向上，电场方向向下，则为负电荷，比荷
粒子由a到b运动半周，由其受力方向根据左手定则可知磁场方向为垂直纸面向外
由牛顿第二定律可知：
由机械能守恒可知：

而由几何关系可知：
联立可得
由p到a时，；
在复合场中，粒子恰转过了，则转动时间：
；
则运动总时间：
 

【解析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，则重力与电场力平衡，则由平衡关系可求得比荷；
由几何关系可得粒子做圆周运动的半径，由牛顿第二定律可求得磁感应强度的大小；
粒子由P到a做自由落体运动，由自由落体规律可求得下落时间；由a到b粒子做圆周运动，由转过的角度可求得转动的时间．
粒子在复合场的运动要注意几种特殊的运动，如粒子做匀速直线运动，则受力平衡；粒子做圆周运动，则重力一定与电场力平衡，洛仑兹力充当向心力．