2021-2022学年江苏省泰州市高二（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年江苏省泰州市高二（上）期末物理试卷

1.     2020年12月我国在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。下列关于能量子的说法中正确的是(    )

A. 能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的 B. 能量子表示微观世界的不连续性观念
C. 电磁波波长越长，其能量子的能量越大 D. 能量子是类似于质子、中子的微观粒子

2.     在磁感应强度B随时间t变化的以下四种磁场中，不能产生电场的是(    )

A.  B.
C.  D.

3.     如图所示，质量为m的物体在一个与水平方向成角的拉力F作用下，沿水平面向右匀速运动，下列关于物体在时间t内所受力的冲量正确的是(    )
    

A. 拉力F的冲量大小为Ft B. 拉力F的冲量大小为
C. 摩擦力的冲量大小为Ft D. 支持力的冲量大小为mgt

4.     如图所示为高频电磁炉的工作示意图，它是采用电磁感应原理产生涡流加热。关于电磁炉，以下说法中正确的是(    )

A. 电磁炉是利用变化的磁场在食物中产生涡流对食物加热
B. 电磁炉是利用变化的磁场在含铁质锅底产生涡流对食物加热
C. 电磁炉是利用变化的磁场在灶台台面产生涡流对食物加热
D. 电磁炉跟电炉一样是让电流通过电阻丝产生热量来对食物加热

5.     下列四幅示意图，甲表示回旋加速器，乙表示磁流体发电机，丙表示速度选择器，丁表示电磁流量计，下列说法正确的是(    )
    

A. 甲图要增大粒子的最大动能，可通过增加交变电压U实现
B. 乙图A极板是发电机的正极
C. 丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子沿直线通过速度选择器的条件是
D. 丁图中上下表面的电压U与污水的流量Q成正比

6.     电流互感器是一种测量电流的变压器，工作原理如图所示．其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接电流表．则电流互感器(    )

A. 是一种降压变压器
B. 是根据电磁感应原理制成的
C. 副线圈电流的频率大于原线圈电流的频率
D. 副线圈的电流大于原线圈的电流

7.     如图所示，灯泡A、B完全相同，若线圈L的电阻为，且为灯泡A的电阻，则(    )
    

A. S闭合瞬间，灯A、B同时发光
B. S闭合瞬间，灯A不亮，灯B立即亮
C. 稳定后再断开S的瞬间，灯A、B均闪亮一下熄灭
D. 稳定后再断开S的瞬间，灯B立即熄灭，灯A闪亮一下熄灭

8.     如图所示是法拉第在1831年做电磁感应实验的示意图，分析这个实验，下列说法中正确的是(    )
    

A. 闭合开关S的瞬间，电流表G中有的感应电流
B. 断开开关S的瞬间，电流表G中有的感应电流
C. 闭合开关S后，滑动变阻器滑动触头向左移动，电流表G中有的感应电流
D. 闭合开关S后，滑动变阻器滑动触头向右移动，电流表G中有的感应电流

9.     如图所示，在水平面内固定两条足够长的平行金属导轨，间距为d，右端接有内阻为的电动机。导轨所在空间充满竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，质量为m、阻值为r的导体棒以速度v沿导轨方向向左匀速运动，电路中的电流为I。不计导轨电阻，则(    )
    

A. 导体棒两端的电压为Bdv
B. 电动机两端的电压为
C. 电动机的输入功率为BdvI
D. 电动机的输出功率为

10. 霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p。当半导体材料通有沿方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一沿方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿方向，则关于这种霍尔材料认识正确的是(    )
     

A. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反
B. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力都为零
C. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力方向相反
D. 若自由电子定向移动在沿方向上形成的电流为，自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力合力大小为

11. 某同学按图1所示电路测定一节干电池的电动势和内阻。
    某次测量时电压表的示数如图2所示，则电压______V。
    
    调节滑动变阻器测得多组电流和电压的数据，作出干电池路端电压U随电流I变化的图像如图3，根据图像得出该干电池的电动势______V，内阻______结果均保留三位有效数字。
    若不计测量中的偶然误差，用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与真实值相比较，电动势______选填“>”或“<”或“=”，内电阻______选填“>”或“<”或“=”。
12. 质量为的物体与质量为的物体在光滑的水平面上正碰，碰撞时间不计，碰撞前后位移-时间图像如图所示求：
    
    碰撞时对的冲量大小；
    两个物体碰撞时损失的动能。
13. 如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数匝，总电阻，所围成的矩形的面积²，小灯泡的电阻，磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙正弦函数，取，不计灯丝电阻随温度的变化。求：
    
    电压表的示数；
    在磁感应强度变化的时间内，通过小灯泡的电荷量。
14. 如图所示，MN、PQ是足够长的粗糙平行导轨，其间距为，且，导轨平面与水平面间的夹角，MP间接有电阻，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度，质量为的金属棒ab紧靠PM放在导轨上，且与导轨接触良好，金属棒的电阻为，其余电阻均不计，金属棒与导轨之间的动摩擦因数。现用与导轨平行的恒力沿导轨平面向上拉金属棒，使金属棒从静止开始沿导轨向上运动，运动过程中金属棒始终与MP平行，滑行至cd处时已经达到稳定速度，cd到MP的距离为，g取²，，，求：
    
    金属棒达到的稳定速度；
    金属棒从静止开始运动到cd的过程中，电阻R上产生的热量；
    若将金属棒滑行至cd处的时刻记作，从此时刻起，让磁感应强度逐渐减小，可使金属棒中不产生感应电流，请推导出B与t的关系式。
15. 如图所示，在xOy平面内，有Ⅰ、Ⅱ两个匀强磁场区域，区域Ⅰ是圆心位于原点O半径为R的圆，区域Ⅱ以CD为上边界行于x轴，下方范围足够大，两个磁场区域磁感应强度相同，相切于P点，沿边界CD放置足够长的挡光板，P点处开有小孔。电子源持续不断地沿x正方向发射出速度均为v的电子，形成宽为2b、在y轴方向均匀分布且关于x轴对称的电子流。电子经过区域Ⅰ磁场偏转后从P点射出进入区域Ⅱ，最终均能打在挡光板上。已知，电子质量为m，电量为e，忽略电子间的相互作用和电子的重力。
    
    求磁感应强度B的大小；
    求电子从区域Ⅰ射出时速度方向的最大张角；
    电子在区域Ⅱ中运动的最长时间，及挡光板CD上有电子打到的长度。
    

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】

【分析】
能量子是由普朗克最早提出来的，能量只能是一系列分立的值，不是连续性概念；根据公式及可知波长越长，能量越小。
明确能量子的概念，知道波长和能量之间的关系。

【解答】
A、能量子假设是由普朗克最早提出来的，故A错误；
B、能量子表示微观世界的不连续性观念，表示能量是一份一份传播的，故B正确；
C、由可知，电磁波波长越长，其能量子的能量越小，故C错误；
D、能量子是不可再分的最小能量值，不是指类似于质子、中子的微观粒子，故D错误；
故选：B。  

2.【答案】D 

【解析】解：ABC、根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场周围产生电场，故ABC正确；
D、根据麦克斯韦的电磁场理论，恒定磁场周围不会产生的电场，故D错误。
本题选择不能产生电场的，
故选：D。
根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场周围产生电场判断即可。
本题考查麦克斯韦电磁场理论，要求学生明确变化的磁场周围产生电场，变化的电场周围产生磁场。
 

3.【答案】A 

【解析】

【分析】
由平衡条件求出摩擦力和支持力，根据冲量的定义式求解各个力的冲量。
本题主要是考查冲量的计算，知道一个力的冲量就等于该力乘以作用时间。

【解答】
AB、根据冲量的定义式可知拉力F的冲量大小为Ft，故A正确，B错误；
C、根据平衡条件可得摩擦力，根据冲量的定义式可知摩擦力的冲量大小为，故C错误。
D、根据平衡条件可得支持力，根据冲量的定义式可知支持力N的冲量大小为，故D错误；
故选：A。  

4.【答案】B 

【解析】解：电磁炉是利用变化的磁场在锅底中产生电磁感应现象，产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据电磁炉的工作原理可知：电磁炉是利用变化的磁场产生涡流，使含铁质锅底迅速升温，进而对锅内食物加热的。
该题属于物理知识在日常生活中的应用，明确电磁炉的工作原理是解决问题的关键。
 

5.【答案】D 

【解析】解：A、当粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据得，，知图中带电粒子在回旋加速器中获得的最大动能与加速电压无关，故A错误；
B、图中由左手定则可知正电荷向B极板偏转，负电荷向A极板偏转，所以A极板为发电机的负极，B极板为发电机的正极，故B错误；
C、图中当带电粒子自左向右沿直线匀速进入时，不论粒子带何种电性，所受洛伦兹力与电场力的方向相反，故丙图无法判断出带电粒子的电性，故C错误；
D.当上下表面间电压稳定时，污水中离子所受洛伦兹力与电场力平衡，即，污水的流量为
解得，所以下表面的电压U与污水的流量Q成正比，故D正确。
故选：D。
根据洛伦兹力提供向心力求最大速度和最大动能与电压是否有关；根据左手定则判断正离子的偏转方向，可知电源的正负极；根据带电粒子受力情况分析；可得上下表面的电压U与污水的流量Q成正比。
解题时注意用左手定则判断带电粒子受力方向，注意根据洛伦兹力提供向心力找速度和比荷的表达式。
 

6.【答案】B 

【解析】解：AD、原线圈匝数较少，电流互感器是一种降电流的变压器，即副线圈的电流小于原线圈的电流，故AD错误；
B、电流互感器的工作原理是电磁感应中的互感现象，只可以测量交变电流，故B正确；
C、电流互感器不会改变电流的频率，故原副线圈电流的频率相等，故C错误；
故选：B。
根据原副线圈的匝数之比定性比较出电流的大小；
理解变压器的原理，变压器无法改变电流的频率。
本题主要考查了变压器的构造和原理，根据原副线圈的匝数比定性地得出电流的大小关系，同时要理解变压器无法改变电流的频率即可。
 

7.【答案】A 

【解析】

【分析】
线圈中电流变化时，会产生自感电动势，阻碍电流的变化，即电流缓慢增加，缓慢减小。
本题考查了通电自感和断电自感，关键明确线圈中自感电动势的作用总是阻碍电流的变化，不难。

【解答】
AB、刚一闭合S，电路中迅速建立了电场，立即就有电流，故灯泡A和B立即就亮，故A正确，B错误；
CD、闭合S稳定后，由于，则流过线圈L的电流较小；再断开S时，由于线圈中产生了自感电动势，与灯泡A构成闭合回路，故流过A的电流逐渐减小，故A灯泡逐渐熄灭，而B灯立即熄灭，故CD错误。
故选：A。  

8.【答案】C 

【解析】

【分析】
电流表与线圈B构成闭合电路，当线圈中磁通量发生变化时，出导致线圈中产生感应电动势，从而可出现感应电流。根据右手螺旋定则可确定线圈B的磁场方向，再根据楞次定律可判定感应电流方向。
考查右手螺旋定则、楞次定律，知道右手大拇指向为线圈内部的磁场方向，并还理解“增反减同”的含义，同时注意开关的闭合不会改变穿过线圈的磁通量。

【解答】
AB、闭合、断开开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量都不发生变化，电流表G中均无感应电流，故AB错误；
C、闭合开关S 后，滑动变阻器滑动触头向左移动，电流减小，则通过线圈B的磁通量向下减小了，再根据楞次定律可得：电流表G中有的感应电流，故C正确；
D、闭合开关S 后，滑动变阻器滑动触头向右移动，电流增大，则通过线圈B的磁通量向下增大了，再根据楞次定律可得：电流表G中有的感应电流，故D错误。
故选：C。  

9.【答案】D 

【解析】

【分析】
根据求出导体棒切割磁感线产生的感应电动势，导体棒两端的电压是路端电压，由闭合电路欧姆定律求解导体棒两端的电压；电动机两端的电压等于导体棒两端的电压；电动机的输出功率等于输入功率减去电动机的发热功率。
对于电磁感应现象中涉及电路问题的分析方法是：确定哪部分电路相当于电源，结合法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律、以及电功率的计算公式列方程求解；要注意电动机工作时，其电路是非纯电阻电路，欧姆定律不适用。

【解答】
A、导体棒切割磁感线产生感应电动势为，导体棒相当于电源，导体棒两端的电压是路端电压，由闭合电路欧姆定律得：，则导体棒两端的电压：，故A错误；
B、电动机两端的电压等于导体棒两端的电压，为，电动机工作时的电路是非纯电阻电路，则，故B错误；
CD、电动机的输入功率为，电动机的输出功率为，故C错误，D正确。
故选：D。  

10.【答案】A 

【解析】

【分析】
根据左手定则判断出自由电子和空穴受到的洛伦兹力，结合电流的表达式分析出电流的大小关系；理解洛伦兹力和电场力的关系列式并完成分析。
本题主要考查了霍尔效应的相关应用，根据左手定则分析出粒子的受力方向，结合电场力和洛伦兹力的关系完成分析。

【解答】
A、由题意，恒定电流沿方向，则自由电子沿方向，空穴沿方向，根据左手定则可知电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到的洛伦兹力方向向上，所以电子产生电流方向沿z轴负方向，空穴产生电流沿z轴正方向，
设时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴数分别为、，设两粒子沿z轴方向的速度为和，则有，，
则霍尔电场建立后，半导体z方向上的上表面电荷量不再发生变化，即，即在相等时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴数相等，则两种载流子在z方向形成的电流大小相等，方向相反，故A正确；
BC、因为电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到洛伦兹力方向向上，霍尔电场沿z轴负方向，所以电子受到霍尔电场的电场力向上，即电子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力向上且不为零，而空穴受到霍尔电场的电场力向下，则空穴在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力为零，故BC错误；
D、设自由电子沿x轴方向的速度为，则满足，
所以自由电子受到洛伦兹力大小为：，
又因为霍尔电场力为：，
所以自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力合力大小为：，故D错误；
故选：A。  

11.【答案】；；；；<。 

【解析】

【分析】
根据图示电表确定其量程与分度值，然后根据指针位置读出其读数。
应用闭合电路的欧姆定律求出图像的函数表达式，然后根据图示图像求出电池电动势与内阻。
根据实验误差来源分析实验误差。
本题考查数据的处理方法，用图象法处理可以适当减小误差。解决本题的关键知道实验误差的来源，会从图线中获取电源的电动势和内电阻。

【解答】
由图1所示可知，电压表量程是3V，由图2所示表盘可知，其分度值是，读数是；
根据图1所示实物电路图，由闭合电路的欧姆定律得：，
由图3所示图像可知，电池电动势，图像斜率的绝对值；
由图1所示实物电路图可知，由于电压表的分流作用，电流的测量值小于流过电源的电流，
当外电路短路时电流的测量值等于真实值，电源的图像如图所示

由图示图像可知，电动势的测量值小于真实值，内阻的测量值小于真实值，即电动势，内电阻。
故答案为：；；；；<。  

12.【答案】解：由图示图像可知，碰撞前的速度，碰撞前的速度为零，
碰撞后的速度，的速度，
两物体碰撞过程系统动量守恒，以碰撞前的速度方向为正方向，
由动量守恒定律得：，
代入数据解得：，
由动量定理可知，对的冲量；
两物体碰撞过程，由能量守恒定律得：，
代入数据解得，碰撞过程损失的动能。
答：碰撞时对的冲量大小是；
两个物体碰撞时损失的动能是3J。 

【解析】根据图示图象求出碰撞前后物体的速度大小，碰撞过程物体组成的系统动量守恒，应用动量守恒定律求出的质量，然后应用动量定理求解。
根据能量守恒定律求出物体碰撞时损失的动能能。
本题考查了动量守恒定律的应用，根据图示图象求出碰撞前后物体的速度，应用动量守恒定律与能量守恒定律即可解题。
 

13.【答案】解：线圈中的磁场的变化按正弦变化即：，而面积不变，根据法拉第电磁感应定律得到线圈中产生的交流电：，
所以最大值：，
有效值：，电压表的示数：；
由、、，
联立以上几式得：。
答：电压表的示数为；
在磁感应强度变化的时间内，通过小灯泡的电荷量为。 

【解析】据图象读出周期T，求出，由可推出最大值，求出线圈中产生感应电动势的最大值，求出电动势有效值，根据欧姆定律得到电压表的示数；
根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电流的公式求解时间内，通过小灯泡的电荷量。
在电磁感应中通过导体截面的电量经验公式是，可以在推导的基础上记住。
 

14.【答案】解：设金属棒达到的稳定速度为v，此时金属棒做匀速直线运动，
由，，，可得金属棒受到的安培力大小为，
金属棒匀速运动时，由平衡条件得 ，
可得，
代入数据解得：；
设金属棒从静止开始运动到cd的过程中，金属棒克服安培力做功为，
由动能定理得：，
回路产生的总焦耳热：，
联立解得：，
电阻R上产生的热量：，
解得：；
回路中没有感应电流时，金属棒不受安培力，做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得，
代入数据解得：，
要使金属棒中不产生感应电流，穿过回路的磁通量应保持不变，则： ，
解得：。
答：金属棒达到的稳定速度为；
金属棒从静止开始运动到cd的过程中，电阻R上产生的热量为2J；
与t的关系式为。 

【解析】金属棒从静止开始沿导轨向上运动的过程，先做加速运动，随着速度增大，金属棒产生的感应电动势增大，回路中感应电流增大，金属棒受到的安培力增大，当金属棒的合力为零时开始做匀速运动，达到稳定状态。根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式和平衡条件相结合求金属棒达到的稳定速度；
金属棒从静止开始运动到cd的过程中，根据动能定理求出金属棒克服安培力做功，得到回路产生的总焦耳热，再求电阻R上产生的热量；
要使金属棒中不产生感应电流，穿过回路的磁通量应不变，根据初始时刻和t时刻磁通量相等列式求解。
解答本题时，要分析清楚金属棒的受力情况，抓住安培力的可变性判断金属棒的运动情况，知道金属棒匀速运动时达到稳定状态。要知道回路不产生感应电流的条件是穿过回路的磁通量保持不变。
 

15.【答案】解：由题意可知是磁聚焦问题，即轨道半径，
洛伦兹力提供向心力与：，
解得：；
由右图以及几何关系可知：

电子源最上端发出的电子从P点射出时与负y轴最大夹角，
由几何关系知，得，
同理电子源最下端发出的电子从P点射出与负y轴最大夹角也是，
所以，电子从P点射出时速度方向的最大张角为；
由题意可知：电子在区域Ⅱ中运动时，轨道半径也为R，
电子源最下端发出的电子从P点与边界CD成角向右侧射入Ⅱ区域，此时电子在磁场中运动的时间最长，转过的圆心角为，所以，
此时，出射点距离P点最近，
电子垂直边界CD进入Ⅱ区域时，出射点距离P点最远，
所以，CD上有电子打到的长度为。
答：磁感应强度B的大小为；
电子从区域Ⅰ射出时速度方向的最大张角为；
电子在区域Ⅱ中运动的最长时间为，挡光板CD上有电子打到的长度为R。 

【解析】由题意可知是磁聚焦问题，可知轨道半径，最后由洛伦兹力与牛顿第二定律得出磁感应强度；
根据问题的临界问题，求出电子在磁场中运动时的最大偏转角；
根据几何关系求出电子偏转角度，求出在磁场中运动的时间最长；再结合几何关系求出挡光板CD上有电子打到的长度。
本题考查了带电粒子在电磁场中的运动，解题的关键是会结合几何关系解题，根据边界性找出临界值，同时注意洛伦兹力与牛顿定律的结合即可。