2021-2022学年辽宁省大连市高二（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年辽宁省大连市高二（上）期末物理试卷

1.     下列说法正确的是(    )

A. 根据公式可知，金属电阻率与导体的电阻成正比
B. 磁感应强度的定义式，但B与F、I、l的变化无关
C. 磁通量既有大小又有方向，所以是矢量
D. 导体棒在磁场中运动速度越大，产生的感应电动势一定越大

2.     关于带电粒子进入磁场时所受洛伦兹力的方向，下列判断正确的是(    )

A.  B.
C.  D.

3.     如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b，当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光，下列说法正确的是(    )
    

A. 原、副线圈匝数比为9：1 B. 原、副线圈匝数比为1：9
C. 原、副线圈匝数比为1：3 D. 原、副线圈匝数比为3：1

4.     如图所示，质量为m、长为l的直导线置于倾角为的光滑斜面上，并处于匀强磁场中。当导线中通以垂直于纸面向外、大小为I的电流时，导线保持静止，则匀强磁场的磁感应强度方向和大小可能为(    )
    

A. 竖直向上， B. 竖直向上，
C. 垂直斜面向下， D. 垂直斜面向下，

5.     光滑绝缘水平面上垂直穿过两根长直导线，俯视图如图所示，两根导线中通有大小相同，方向相反的电流，电流方向如图所示。水平面上一带电小球电性未知以某一初速度v沿两导线连线的中垂线入射，运动过程中小球始终未脱离水平面，下列说法正确的是(    )
    

A. 小球做匀速直线运动 B. 小球先做减速运动后做加速运动
C. 小球向左做曲线运动 D. 小球向右做曲线运动

6.     如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，其中丙的磁感应强度大小为B、电场强度大小为E，下列说法正确的是(    )
    

A. 甲图要增大粒子的最大动能，可减小磁感应强度
B. 乙图可判断出A极板是发电机的正极
C. 丙图中粒子沿直线通过速度选择器的条件是
D. 丁图中若导体为金属，稳定时C板电势高

7.     如图所示，空间存在一垂直于纸面向里的匀强磁场，在纸面内，直角三角形导体线框以垂直于磁场边界速度v匀速穿过磁场区域，以电流逆时针方向为正。关于线框中感应电流i随时间t变化的关系，下列四幅图可能正确的是(    )
    

A.  B.
C.  D.

8.     沿半径为R的圆形边界的匀强磁场的半径PO方向射入两个带电粒子甲和乙，甲、乙分别从圆形边界上的Q、S两点射出，已知两个带电粒子的比荷相同，圆弧PQ为圆周边界的，圆弧PS为圆周边界的，由此可知(    )
    

A. 甲和乙两粒子的半径大小之比为
B. 甲和乙两粒子的速度大小之比为
C. 甲和乙两粒子的角速度之比为1：1
D. 甲和乙两粒子在磁场中运动的时间之比为3：4

9.     如图所示，直线MN与水平方向成角，MN的右上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，左下方存在垂直纸面向里的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为一粒子源位于MN上的a点，能水平向右发射不同速率、质量为重力不计、电荷量为的同种粒子，所有粒子均能通过MN上的b点，已知，则粒子的速度可能是(    )

A.  B.  C.  D.

10. 如图所示，间距为l、足够长的水平光滑金属导轨，空间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，导体棒b质量为m；长度均为l，电阻均为r；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。在两导体棒有相对运动的过程中，下列说法正确的是(    )
     

A. 导体棒b动能增加量等于导体棒a动能减少量
B. 导体棒b动量增加量等于导体棒a动量减少量
C. 通过导体棒b的电荷量为
D. 两棒共产生的焦耳热为

11. 在图甲中，不通电时电流计指针停在正中央，当闭合开关时，观察到电流计指针向左偏。现在按图乙连接方式将电流计与螺线管B连成一个闭合回路，将螺线管A与电池、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合回路：
    
    将开关S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，螺线管B的______端填“上”或“下”为感应电动势的正极；
    螺线管A放在B中不动，开关S突然断开的瞬间，电流计的指针将______填“向左”“向右”或“不发生”偏转；
    螺线管A放在B中不动，滑动变阻器的滑片向左滑动，电流计的指针将______填“向左”“向右”或“不发生”偏转；
12. 某实验小组在实验室发现一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，设计如图甲所示的电路进行实验探究。其中MN为电阻丝，是阻值为的定值电阻，实验中调节滑动变阻器的滑片P，记录电压表示数U，电流表示数I以及对应的PN长度x，绘制了图线如图乙所示。
    
    由图乙求得电池的电动势______V，内阻______；结果均保留两位小数
    根据实验数据可绘出图像如图丙所示。图像斜率为k，电阻丝横截面积为S，可求得电阻丝的电阻率______，测得的电阻率______真实值选填“大于”“等于”或“小于”。
13. 如图所示，有一单匝矩形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动，边ab、bc的长度分别为和，轴分别通过ad和bc的中点，线圈的总电阻为r，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环e、集流环焊接在一起，并通过电刷与阻值为R的定值电阻连接。求：
    
    线圈转动过程中感应电动势的最大值；
    线圈平面由图示位置开始计时，写出感应电动势瞬时值的表达式；
    电阻R的电功率。
14. 如图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强大小为E、方向水平向右。已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点。可测量出G、H间的距离为l。带电粒子的重力可忽略不计，求：
    粒子从加速电场射出时速度v的大小；
    速度选择器中匀强磁场的磁感强度的大小和方向；
    偏转磁场的磁感强度的大小。
15. 如图1所示，两条足够长的平行金属导轨间距为，固定在倾角为的斜面上。导轨顶端连接一个阻值为的电阻。在MN下方存在方向垂直于斜面向上、大小为1T的匀强磁场。质量为的金属棒从AB处由静止开始沿导轨下滑，其运动过程中的图象如图2所示。金属棒运动过程中与导轨保持垂直且接触良好，不计金属棒和导轨的电阻，取，，。
    
    
    求金属棒与导轨间的动摩擦因数；
    求金属棒在磁场中能够达到的最大速率；
    已知金属棒从进入磁场到速度达到时通过电阻的电荷量为，求此过程中电阻产生的焦耳热。
    

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】A、电阻率是导电材料本身的一种属性，与导体本身的电阻没有关系，故A错误；
B、磁感应强度的定义式，B是由磁场本身决定的，与F、I、l的变化无关，故B正确；
C、磁通量只有大小没有方向，是标量，故C错误；
D、当导体的运动方向与磁场平行时，无论速度多大，感应电动势都是零，故D错误；
故选：B。
电阻率是导体本身的一种属性，与导体的长度，横截面积、电阻都无关；
磁场强度是由磁场本身来决定的，与电路中电流和导线长度无关；
磁通量只有大小，没有方向；
导体棒切割磁感线时才会产生感应电动势，当运动方向与磁场平行时没有感应电动势产生。
明确电阻率和磁感应强度是由哪些物理量决定的，知道磁通量是标量，知道导体棒的运动方向与感应电动势的关系。
 

2.【答案】C 

【解析】A、正电荷运动的方向向右，让磁场垂直于掌心向里穿过，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向向上，故A错误；
B、正电荷运动的方向向右，让磁场垂直于掌心向外穿过，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向向左，故B错误；
C、正电荷运动的方向向下，让磁场垂直于掌心向上穿过，根据左手定则可得，洛伦兹力的方向垂直于纸面向外，故C正确；
D、正电荷运动的方向向右，与磁场方向平行，故电荷不受洛伦兹力，故D错误。
故选：C。
熟练应用左手定则是解决本题的关键，在应用时可以先确定一个方向，然后逐步进行，如可先让磁感线穿过手心，然后通过旋转手，让四指和正电荷运动方向一致或让大拇指和力方向一致，从而判断出另一个物理量的方向，用这种程序法，防止弄错方向。
本题考查左手定则的应用，左手定则中涉及物理量及方向较多，在应用过程中容易出现错误，要加强练习，增加熟练程度，注意当带电粒子运动方向与磁场方向平行时，带电粒子不受洛伦兹力。
 

3.【答案】A 

【解析】设灯泡的额定电压为，根据题意可知原线圈位置的电压为，由此可知，，故A正确，BCD错误；
故选：A。
设灯泡的额定电压为，根据电压的关系分析出原副线圈的匝数比即可。
本题主要考查了变压器的构造和原理，根据电路特点分析出原副线圈的电压比，根据电压比和匝数比的关系得出匝数比即可。
 

4.【答案】B 

【解析】解：当磁感应强度方向竖直向上时，根据左手定则可知导线所受安培力水平向左，受力分析如下图：

根据平衡条件可得
解得，故A错误，B正确；
当磁感应强度垂直斜面向下时，根据左手定则可知导线所受安培力沿斜面向下，导线在这种情况下不可能静止，故CD错误。
故选：B。
导线保持静止，导线受力平衡，根据平衡条件可求得B。
本题考查导线斜面平衡问题，左手定则和右手定则一定要区分开，如果是和力有关的使用左手定则，判断感应电流方向用右手定则。
 

5.【答案】A 

【解析】根据安培定则，两导线连线的中垂线上的磁感线方向沿滑块的速度方向，故磁感线始终与速度方向平行，故小球不受洛伦兹力，竖直方向上重力和支持力平衡，故滑块将在水平面内做匀速直线运动；故BCD错误，A正确。
故选：A。
先根据安培定则判断AB连线上的磁场方向，再判断滑块所受的洛伦兹力情况，从而明确物体受合力的情况，从而根据动力学规律分析滑块的运动情况。
本题考查右手螺旋定则与矢量的合成法则，理解左手定则的内容，掌握洛伦兹力大小与速度的关系，根据受力情况即可判断运动情况。
 

6.【答案】C 

【解析】解：A、根据洛伦兹力提供向心力可得：，解得：，故最大动能为：，增大粒子的最大动能，可增大磁感应强度或D形盒的半径，故A错误；
B、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，故B错误；
C、电场的方向与B的方向垂直，带电粒子进入复合场做匀速直线运动，受电场力和洛伦兹力，且二力是平衡力，即，所以，故C正确；
D、若载流子带负电，由左手定则可知，负粒子向C端偏转，所以稳定时D板电势高，故D错误。
故选：C。
粒子想利用回旋加速器获得更大的动能，需要增大盒子半径，磁流体发电机就是利用带电粒子受洛伦兹力原理，速度选择器是因为达到某一速度的粒子受力平衡做匀速直线运动，霍尔元件中的粒子受到洛伦兹力的作用在元件一侧聚集。
本题考查了洛伦兹的应用相关知识，掌握用左手定则判断洛伦兹力的方向，知道速度选择器的原理以及回旋加速器中最大动能的表达式。
 

7.【答案】D 

【解析】在时间内，线框进入磁场，穿过线框的磁通量向里增加，根据楞次定律知，感应电流沿逆时针方向，为正。线框切割磁感线的有效长度：，线框切割磁感线产生感应电动势：，感应电流：，i与t成正比；
在时间内，穿过线框的磁通量向里增加，根据楞次定律知，感应电流沿逆时针方向，为正。线框切割磁感线的有效长度：，线框切割磁感线产生感应电动势：，感应电流：，i保持不变；
在时间内，穿过线框的磁通量向里减少，根据楞次定律知，感应电流沿顺时针方向，为负。线框有效切割长度均匀增大，线框产生感应电动势均匀增大，感应电流均匀增大，故D正确，ABC错误。
故选：D。
先根据楞次定律判断感应电流的方向，分析有效切割长度的变化，再结合切割产生的感应电动势公式判断感应电动势的变化，再结合闭合电路欧姆定律判断感应电流大小的变化。
解决本题的关键要能利用楞次定律判断感应电流的方向，知道在切割产生的感应电动势公式中，L为有效长度。
 

8.【答案】BC 

【解析】A.作出两粒子运动轨迹如图所示，根据几何关系可知甲和乙两粒子运动的半径分别为
，
所以：：：1，故A错误：

B.设粒子的速度大小为v，根据牛顿第二定律有：，解得：
因为甲和乙两粒子的比荷相同，所以甲和乙两粒子的速度大小之比为：，故B正确；
C.粒子运动的角速度为：
因为甲和乙两粒子的比荷相同，所以甲和乙两粒子的角速度之比为：：1，故C正确；
D.根据C项分析和可知两粒子的周期相同，设粒子在磁场中转过的圆心角为，则粒子在磁场中运动的时间为：
所以甲和乙两粒子在磁场中运动的时间之比为：，故D错误。
故选：BC。
根据几何关系求得两粒子的轨道半径及转过的圆心角；然后根据洛伦兹力做向心力得到速度、周期、角速度的表达式，即可根据不变的条件得到两粒子物理量之比。
带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力做向心力，故常根据速度及磁感应强度求得半径，然后根据几何关系求得运动轨迹；或反过来由轨迹根据几何关系求解半径，进而求得速度、磁感应强度。
 

9.【答案】AB 

【解析】

【分析】
粒子可能在两个磁场间做周期性的运动，分析粒子能经过b点的条件，利用洛伦力提供向心力结合几何关系，联立即可求出粒子速度的可能值。
本题考查带电粒子在有界磁场中的运动，解题关键是要画出粒子轨迹过程图，找到临界几何条件，再运用洛伦力提供向心力与几何关系结合求解即可，本题粒子可能在两个磁场间做周期性的运动，对同学们数学几何能力要求较高。
【解答】粒子可能在两个磁场间做多次的运动，画出可能的粒子轨迹，如图所示，

所有圆弧的圆心角均为，
根据几何关系可得粒子运动的半径为：其中，2，3，…
根据洛伦兹力提供向心力可得：
联立可得：其中，2，3，…
则粒子的速度可能是：或者，不可能为或。
故AB正确，CD错误；
故选：AB。  

10.【答案】BCD 

【解析】A、在两导体棒有相对运动的过程中，回路中产生感应电流，则导体棒b动能增加量和回路产生的内能之和等于导体棒a动能减少量，故A错误；
B、两棒所受的安培力大小相等、方向相反，两棒组成的系统合外力为零，系统动量守恒，则导体棒b动量增加量等于导体棒a动量减少量，故B正确；
C、最终稳定时两棒以相同速度匀速运动，设两棒稳定时速度为v，取向右为正方向，根据动量守恒定律可得：，解得：
对b棒，根据动量定理可得：
通过导体棒b的电荷量为：，联立解得，故C正确；
D、全过程中，两棒共产生的焦耳热为：，故D正确。
故选：BCD。
在两导体棒有相对运动的过程中，回路中产生感应电流，根据能量转化情况判断导体棒b动能增加量与导体棒a动能减少量关系；两棒组成的系统合外力为零，系统动量守恒，根据动量守恒定律分析导体棒b动量增加量与导体棒a动量减少量的关系；根据动量守恒定律结合动量定理求解通过导体棒b的电荷量；根据能量守恒定律求解两棒共产生的焦耳热。
解答本题时，关键要弄清楚两棒的受力情况和运动情况，知道两棒组成的系统遵守动量守恒定律。对于导体棒运动过程中涉及能量转化问题，往往根据能量守恒定律列方程求解。
 

11.【答案】下；
向右；
向左 

【解析】在图甲中，闭合开关，电流从正接线柱流入电流表，电流表指针向左偏转，即电流从哪个接线柱流入，指针就向哪侧偏转。在图乙中，闭合开关后，由安培定则可知，线圈A中的电流产生的磁场竖直向下。
将S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，穿过B的磁场向下，磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流磁场方向向上，由安培定则可知，感应电流从电流表正接线柱流入，螺线管B的下端为感应电动势的正极；
螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场向下，突然切断开关S时，穿过B的磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流从电流表负接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转；
螺线管A放在B中不动，穿过B的磁场向下，将滑动变阻器的滑动触片向左滑动时，穿过B的磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流从电流表正接线柱流入，则电流表的指针将左偏转。
故答案为：下；向右；向左。
由安培定则判断出判断出线圈A产生的磁场方向，然后判断出穿过线圈B的磁通量如何变化，最后由楞次定律判断出感应电流的方向，确定电流表指针的偏转方向。
本题考查了探究电磁感应现象问题，考查了楞次定律与安培定则的应用，掌握基础知识是解题的前提与关键，分析清楚题意、应用安培定则与楞次定律即可解题。
 

12.【答案】，；
，等于 

【解析】由图甲所示电路图可知，电源电动势，路端电压，由图乙所示图象可知，电源电动势，电源内阻；
设电阻丝接入电路的阻值为，电流表内阻为，由欧姆定律得：，
由电阻定律可知：，
整理得：，
由图图象可知，图象斜率，电阻率，
由电阻率可知，该表达式不涉及电表内阻，电表内阻对电阻丝电阻率的没有任何影响，测得的电阻率等于真实值。
故答案为：，；，等于。
根据图甲所示电路图求出图丙所示图象的函数表达式，根据图丙所示图象求出电源电动势与内阻。
根据实验步骤应用电阻定律求出图丙所示图象的函数表达式，然后求出电阻率，分析实验误差。
本题考查了测电源电动势与内阻实验、测电阻丝电阻率实验问题，理解实验原理是解题的前提与关键，求出图示图象的函数表达式，根据图示图象即可解题。
 

13.【答案】解：根据正弦式交变电流的产生规律可知，线圈感应电动势最大值；
则线圈平面由如图所示位置开始计时，t时刻感应电动势瞬时值的表达式；
电动势的有效值为
根据欧姆定律，电流为
电阻R的功率。
答：感应电动势的最大值为；
感应电动势瞬时值的表达式为；
电阻R的电功率为。 

【解析】感应电动势的最大值；
线圈从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式满足正弦形式；
先计算电流的有效值，再根据电功率的公式进行计算。
本题关键明确瞬时值、有效值、最大值的求解方法，记住最大值公式，知道电表读数、求产生的热量均由交变电的有效值来确定，而涉及到耐压值时，则由最大值来确定．
 

14.【答案】解：电场中加速     ①
得射出时速度大小 ；
在速度选择器中②
得磁感应强度大小，方向垂直纸面向外；
在偏转磁场中      ③
     ④
联立③④式解得磁感应强度大小。
答：粒子从加速电场射出时速度v的大小为；
速度选择器中匀强磁场的磁感强度的大小为，方向垂直纸面向外；
偏转磁场的磁感强度的大小为。 

【解析】粒子在电场中运动只有电场力做功，根据动能定理可以求得粒子从加速电场射出时速度v的大小；
带电的粒子在速度选择器中做匀速直线运动，说明粒子受力平衡，根据粒子的受力状态可以求得速度选择器中匀强磁场的磁感应强度的大小；
粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据粒子在磁场中运动的半径公式可以求得偏转磁场的磁感应强度的大小．
粒子在速度选择器中的运动可以分为匀加速直线运动、匀速运动和匀速圆周运动，根据不同阶段的运动的特点来分类解决．
 

15.【答案】解：由图2可知，金属棒在做初速度为零的匀加速直线运动，1s后开始做加速度减小的加速运动，则金属棒在1s时进入磁场，
在内，金属棒的加速度为：，
整个过程中，金属棒沿斜面方向受到重力的下滑分力和滑动摩擦力，由牛顿第二定律可得：，
解得：；
金属棒达到最大速率时，金属棒此时加速度为零，金属棒此时处于平衡状态，假设金属棒的最大速度为，
此时金属棒切割磁感线产生的感应电动势为：，
根据闭合电路欧姆定律可得：，由安培力公式可得：，
对金属棒受力分析可得：，联立可得：；
有闭合电路欧姆定律和欧姆定律以及电流的定义式可得：，化简可得：，
由动能定理可得：，电阻产生的焦耳热等于克服安培力所做的功，则；
答：金属棒与导轨间的动摩擦因数为；
金属棒在磁场中能够达到的最大速率为；
此过程中电阻产生的焦耳热为。 

【解析】已知金属棒在内做匀加速直线运动，由牛顿第二定律进行分析；
当金属棒速度达到最大时，加速度为零，此时金属棒受力平衡；
由电荷量分析出金属棒走过的位移，由动能定理分析出电阻产生的焦耳热。
本题主要考查了动能定理和安培力公式以及法拉第电磁感应定律，解题关键在于当导体棒的速度达到最大时，导体棒此时受力平衡。