2021-2022学年天津市五校高二（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年天津市五校高二（上）期末物理试卷

1.     以下物理课本上的图例，没有用到控制变量法的实验是(    )

A. 研究影响平行板电容器的影响因素
B. 通过图分析电容器放电量
C. 探究导体电阻与其影响因素的定量关系
D. 研究磁场对通电导线作用力影响因素

2.     某兴趣小组制作了一个简易的“转动装置”，如图甲所示，在干电池的负极吸上两块圆柱形强磁铁，然后将一金属导线折成顶端有一支点、底端开口的导线框，并使导线框的支点与电源正极、底端与磁铁均良好接触但不固定，图乙是该装置的示意图。若线框逆时针转动俯视，下列说法正确的是(    )
    

A. 线框在外太空运行的空间站里不能转动
B. 线框转动稳定时靠地磁场驱动
C. 若将磁铁的两极对调，则线框转动方向不变
D. 磁铁导电且与电池负极接触的一端是S极

3.     如图所示，实线为某一点电荷所形成的一簇电场线，a、b、c三条虚线为三个带电粒子以相同的速度从O点射入电场的运动轨迹，其中虚线b为一垂直电场线的圆弧，，且三个粒子的电荷量大小相等，不计粒子重力及相互作用力。以下说法正确的是(    )

A. 由于，故
B. a对应粒子的速度在减小，电势能在增大
C. b、c对应粒子的动能都在增大，电势能都在减小
D. a对应粒子的加速度越来越小，c对应粒子的加速度越来越大，b对应粒子的加速度大小不变

4.     2021年国庆后，华为青年才俊“稚晖君”设计制造机器人缝纫葡萄的视频风靡全网，在他身上体现了新时代中国风华正茂的青少年们自信专注向上的风采。如图所示，一款微型机器人的直流电动机的额定电压为U，额定电流为I，线圈电阻为R，将它接在电动势为E，内阻为r的直流电源的两极间，电动机恰好能正常工作，下列说法正确的是(    )

A. 电动机消耗的热功率为UI B. 电源的输出功率为
C. 电源的效率为 D. 电动机消耗的总功率为EI

5.     减少对化石燃料的依赖是人类削弱温室效应的重要方法，对替代能源的探索正在加快进行，我国在太阳能利用方面居于领先地位。硅光电池是一种太阳能电池，具有低碳环保的优点。如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图象电池内阻不是常数，图线b是某电阻R的图象。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为(    )

A.  B.  C.  D.

6.     在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述符合史实的是(    )

A. 安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说
B. 奥斯特在实验中观察到电磁感应现象，该现象解释了电和磁之间存在联系
C. 法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流
D. 楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化

7.     如图所示，、和都是定值电阻，R是滑动变阻器，和是两理想电压表，闭合开关，当滑动变阻器的滑片自图示位置向左缓慢滑动时，下列说法中正确的是(    )

A. 电压表示数减小
B. 电压表示数减小
C. 电阻消耗的电功率增大
D. 电压表示数的变化量的绝对值小于电压表示数的变化量的绝对值
 

8.     如图所示，下列说法正确的是(    )

A. 如图是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，增加电压U即可
B. 如图是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极
C. 图丙是速度选择器，能够对从右向左沿中线射入的带电粒子不计重力且只受电场和磁场的作用进行选择
D. 如图是质谱仪的工作原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越大

9.     某同学要测量一新材料制成的均匀圆柱体的电阻圆柱体的电阻约为。
   ①如图丁所示，使用螺旋测微器测其直径为______ mm。
   ②除待测圆柱体外，实验室还备有的实验器材如下，为了在设备安全的情况下多测几组实验数据，电压表应选A，电流表应选______，滑动变阻器应选______。填写器材前对应的序号字母
   A.电压表量程3V，内阻约为
   B.电压表量程15V，内阻约为
   C.电流表量程，内阻约为
   D.电流表量程3A，内阻约为
   E.滑动变阻器
   F.滑动变阻器
   G.的干电池两节，内阻不计开关S，导线若干
   ③请选择下图所设计实验电路图中最为合理的一幅______。
   
   某同学设计实验测量一块铭牌数字模糊电池的电动势。
   ①他先用多用表直流电压10V挡直接接在该电池两极粗测电动势，读数如图甲，读出电源电动势为______ V；
   ②为了更准确地测量该电池的电动势，他从实验室里找到了下列实验器材：
   A.电流表，量程，内阻
   B.电流表，量程100mA，内阻
   C.滑动变阻器
   D.定值电阻
   E.定值电阻
   F.开关一个、导线若干
   
   ③该同学设计了如图乙所示的实验电路：
   定值电阻R应当选择______；填“”或“”
   闭合电键，调整滑动变阻器触头位置，把电流表的读数记做，电流表的读数记做，记录多组实验数据如下：

在坐标系中描点，并做出该电路的图像如图丙。
根据图丙得该电池的电动势______结果保留两位有效数字。

10. 如图所示，一质量为、带电荷量大小为的小球，用绝缘细线悬挂在水平向右的匀强电场中，假设电场足够大，静止时悬线向左与竖直方向夹角为。小球在运动过程中电荷量保持不变，重力加速度g取。求：
    该电荷带正电还是带负电，电场强度E的大小；
    若在某时刻将细线突然剪断，求经过1s时小球的速度大小v及方向。
    若将原电场方向改为竖直向上，大小保持不变，求小球从图示位置由静止释放后运动过程细线的最大拉力。

11. 如图所示，将某正粒子放射源置于原点O，其向各方向射出的粒子速度大小均为、质量均为m、电荷量均为q。在的一、二象限范围内分布着一个匀强电场，方向与y轴正向相同，在的一、二象限范围内分布着一个匀强磁场，方向垂直于xoy平面向里。粒子离开电场上边缘时，能够到达的最右侧的位置为。最终恰没有粒子从的边界离开磁场不计粒子重力以及粒子间的相互作用。求：
    电场强度E；
    磁感应强度B；
    再次进入电场前，粒子在磁场中运动的最长时间。

12. 如图所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调的匀强磁场。质量为m，电量为的粒子在环中作半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板，初始两板电势均为零，每当粒子飞经A板通过小孔进入两板间时，A板电势升高为，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速。每当粒子穿过B板小孔时，A板电势又降为零。粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而绕行半径不变不计粒子重力，且不考虑因速度变化引起的相对论效应已知。则：
    设时粒子静止在A板小孔处，在电场作用下加速，并绕行第一圈。求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能；
    为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增。求粒子绕行第n圈时的磁感应强度；
    在图中画出A板电势u与时间t的关系图，并写出必要的理论依据。从起画到粒子第四次离开B板时即可
    在粒子绕行的整个过程中，A板电势是否可始终保持为？为什么？
    
    

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】解：A、平行板电容器的电容，可知电容影响因素有多个，故需要控制变量法，故A不符合题意；
B、电容器放电时满足，可知不需要控制变量，故B符合题意；
C、探究导体电阻与其影响因素的定量关系时，根据可知影响因素有多个，需要控制变量，故C不符合题意；
D、研究磁场对通电导线作用力影响因素时，根据可知影响因素有多个，需要控制变量，故D不符合题意。
本题选择没有用到控制变量法的实验，
故选：B。
探究多变量因素实验时需要用控制变量法，根据各实验原理分析答题．
本题考查了实验方法、实验注意事项、实验数据处理等问题，要掌握常用的实验方法并能灵活应用；知道实验原理与实验注意事项、掌握基础知识可以解题，平时要注意基础知识的学习．
 

2.【答案】D 

【解析】解：AB、线框转动是因为通电导线在磁铁产生的磁场中转动，与地磁场无关，故AB错误；
CD电流方向是正极流向负极，线框逆时针转动俯视，则受到的安培力为逆时针方向，根据左手定则可知，与电池负极接触的一端是S极，如果磁场方向改变，则线框转动方向反向，故C错误，D正确。
故选：D。
对线框的下端平台侧面分析，若扁圆柱形磁铁上端为S极，下端为N极，周围磁感线由上往下斜穿入线框内部，在垂直于纸面向外的径向上，磁感应线有垂直于纸面向里的分量，在此径向上的负电荷由下往上运动，由左手定则知：此负电荷受到垂直于径向沿纸面向右的洛伦兹力，即在径向的左垂线方向；同理，其他任一径向上的电荷均受到左垂线方向的洛伦兹力中心原点除外，所以，由上往下看俯视，线框沿逆时针转动，若扁圆柱形磁铁上端为N极，下端为S极，则转动方向相反，所以该装置的原理是电流在磁场中的受力，不是电磁感应。
解决该题的关键是根据题中所给器材明确该装置的工作原理，知道线框转动是由于受到安培力的作用，而不是电磁感应现象；
 

3.【答案】D 

【解析】解：根据公式
又因为，且AB间场强较小，故
故A错误；
B.a对应粒子，电场力做正功，动能在增大，电势能在减小，故B错误；
C.b对应粒子，做圆周运动，电场力不做功，动能和电势能均不变，故C错误；
D.a对应粒子，场强逐渐减小电场力减小加速度减小，c对应粒子，场强逐渐增大电场力增大加速度增大，b对应粒子，场强大小不变，电场力大小不变，加速度大小不变，故D正确。
故选：D。
根据曲线运动的条件判断电场力方向；电场线的疏密反映了电场强度的大小；根据电场力做功与电势能关系分析电势能与动能的变化，由牛顿第二定律分析加速度关系。
本题是带电粒子在电场中运动的定性分析问题，关键是根据曲线运动的条件和向心力公式进行分析，要知道曲线运动的合力指向轨迹弯曲的内侧。
 

4.【答案】C 

【解析】解：A、电动机恰好能正常工作，则通过电动机的电流等于额定电流，因此发热功率为，故A错误；
B、电源的输出电压等于电动机的额定电压，所以电源的输出功率为，故B错误；
C、电源的效率，故C正确；
D、电动机消耗的总功率，故D错误。
故选：C。
电动机消耗的总功率为UI，电动机的发热功率为；电动机的输出功率为：；电动机为非纯电阻，欧姆定律不成立，电源的输出功率为UI。
本题以机器人逐渐走人我们的生活为背景，考查了非纯电阻电路的功率问题，特别需要注意的是各种功率公式的应用。
 

5.【答案】A 

【解析】解：根据闭合电路欧姆定律可得，当电流为0时，路端电压等于电源电动势，因此由图线a知，硅光电池的电动势
根据两图线交点可知，电阻的电压为时，电流为，则硅光电池的内阻，故A正确，BCD错误。
故选：A。
由闭合电路欧姆定律得，当时，，由图可直接读出电池的电动势，根据两图线的交点坐标来求解电池的内阻。
本题考查对图象的理解能力。对于电源的电动势，往往根据电源的图线的纵轴截距读出，电源的内阻可根据闭合电路欧姆定律计算得到。
 

6.【答案】AD 

【解析】解：A、安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说，解释了磁化现象，故A正确；
B、奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该现象解释了电和磁之间存在联系，故B错误；
C、法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，不会出现感应电流，故C错误；
D、楞次在分析了许多实验事实后提出了楞次定律，即感应电流应具有这样的方向，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故D正确。
故选：AD。
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。
 

7.【答案】AD 

【解析】解：AB、当滑动变阻器的滑片自图示位置向左缓慢滑动时，R的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律知干路电流增大，电源的内电压增大，则路端电压减小，流过的电流减小，则流过的电流增大，电压表示数增大。因两电压表示数之和等于路端电压，路端电压减小，电压表示数增大，则电压表示数减小，故A正确，B错误；
C、电阻两端的电压减小，则电阻消耗的电功率减小，故C错误；
D、根据，因、都减小，增大，故电压表示数的变化量的绝对值小于电压表示数的变化量的绝对值，故D正确。
故选：AD。
当滑动变阻器的滑片自图示位置向左缓慢滑动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电阻减小，电路中的总电流增大，结合欧姆定律分析两个电压表示数的变化，再分析电阻消耗的电功率的变化。根据路端电压的变化分析两个电压表示数的变化量大小。
本题是电路的动态分析问题，按“局部整体局部”的思路进行分析，也可以根据“串反并同”进行分析，更为简洁。
 

8.【答案】BD 

【解析】解：A、根据带电粒子在磁场中匀速圆周运动
联立得：，因此动能与电压U无关，故A错误；
B、根据左手定则可知，正离子向下偏转，所以下极板带正电，因此A板是电源负极，B板是电源正极，故B正确；
C、若粒子带正电，电场力与洛伦兹力方向均向下，向下偏转，若粒子带负电，电场力与洛伦兹力方向均向上，向上偏转，不可能直线运动，无法选择粒子，故C错误；
D、根据可知：，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越大，故D正确。
故选：BD。
粒子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，并依据左手定则来判定磁场力方向，质谱仪应采取分段分析的方法，即粒子加速阶段，速度选择阶段，在磁场中运动阶段，一般用来分析同位素。
本题考查了带电粒子在复合场中的运动的应用相关知识，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。
 

9.【答案】   

【解析】解：图丁螺旋测微器分度值为，其读数为，需要估读因此在均可
回路中的最大电流为
为了测量数据的安全与准确电流表选择，故选C；
为了测量多组数据，滑动变阻器选择分压式接法，因此滑动变阻器选择，故选E；
根据知，待测电阻阻值较小，为了减小误差，选择外接法，故选A；
根据图甲读数为；
由于回路中最大电流不能超过，电动势约为，根据欧姆定律可知回路中最小电阻约为，为了保护电路，定值电阻选择；
根据闭合电路欧姆定律可知

整理得

根据图像可知


联立解得：。
故答案为：①均可②C E ③①②  ③均可
根据螺旋测微器读数规则读数；根据回路中最大电流值确定电流表；根据确定电流表接法；
根据电路安全原则选择保护电阻；根据闭合电路欧姆定律得图像表达式，根据图像求电源电动势。
本题考查伏安法未知电阻，明确题中实验原理，根据电压表、电流表内阻与待测电阻阻值关系，选择电流表内、外接法，控制电路关键是变阻器的分压式接法或限流式接法；知道游标卡尺和螺旋测微器的读数方法。
 

10.【答案】解：由于小球静止时偏向左边，受电场力水平向左，所以该小球带负电，对小球，由平衡条件可得
代入数据解得电场强度E的大小为
剪断细线后，小球只受重力和电场力，所以两力的合力沿着绳的方向，小球做初速度为零的匀加速直线运动，小球受到的合力为
由牛顿第二定律得
由速度-时间公式得
代入数据解得
方向与竖直方向夹角为斜向下；
通过分析可知在复合场中小球受到的合力方向是竖直向下，根据运动情况分析得知在最低点的时候所受的压力最大，由初始位置到最低点利用动能定理
到达最低点时，由牛顿第二定律得
得
答：该电荷带负电，电场强度E的大小为；
若在某时刻将细线突然剪断，经过1s时小球的速度大小v为，方向与竖直方向夹角为斜向下。
若将原电场方向改为竖直向上，大小保持不变，小球从图示位置由静止释放后运动过程细线的最大拉力为。 

【解析】对小球受力分析，判断出受到的电场力，判断出电性，根据共点力平衡求得电场强度；
将细线突然剪断小球将沿细线方向做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律和速度公式结合求解v；
运用动能定理求出小球摆到最低点速度，结合向心力公式求出细线弹力大小。
本题主要考查电场强度、平衡条件的应用、牛顿第二定律、速度公式、动能定理，要求学生综合运用所学知识进行分析求解，难度适中。
 

11.【答案】解：沿x轴正方向发射的粒子类平抛运动：
沿着水平方向有：
沿着y方向有：
联立可得：
沿x轴正方向发射的粒子射入磁场前：
而沿着y方向可可写为：
联立可得：
则可得射入磁场时的速度大小：
因为速度方向满足：
所以方向与水平成，斜向右上方
粒子在磁场中做匀速圆周运动：
此粒子轨迹恰与上边缘相切，则其余粒子均达不到边界，由图可知：
联立可得：
粒子运动的最长时间对应最大的圆心角，经过恰与上边界相切的粒子轨迹对应的圆心角最大，由几何关系可知圆心角为：
粒子运动周期：
则最长时间：
答：电场强度为；
磁感应强度为；
再次进入电场前，粒子在磁场中运动的最长时间为。 

【解析】沿x轴正方向发射的粒子做类平抛运动，根据平抛运动基本公式列式求解E；
粒子沿x轴正方向射出的粒子进入磁场偏转的角度最大，若该粒子进入磁场不能打在ab板上，则所有粒子均不能打在板上。根据带电粒子在电场中类平抛运动，求出进入磁场中的偏转角度，结合几何关系得出轨道半径，从而得出磁感应强度的大小；
粒子运动的最长时间对应最大的圆心角，经过恰与上边界相切的粒子轨迹对应的圆心角最大，根据几何关系结合周期公式求解。
解决该题的关键是明确知道到达的最右侧的位置的粒子的入射速度方向水平向左，知道粒子的最长时间的运动轨迹是和上边界相切，能根据几何知识求解运动的半径。
 

12.【答案】解：粒子每经狭缝AB一次，加速一次，增加动能qU，故绕行n圈经n次加速回到A板时获得的总动能为：
由动能定理有：
洛伦兹力提供向心力有：
所以粒子绕行n圈时，磁场磁感应强度递增至：
、B间距离远小于半径R，粒子穿过其间所花时间忽略不计，故粒子绕行n圈所用时间：
则时间间隔越来越小
粒子第n次在加速场中运动所需要的时间：
则加速时间越来越短
按题意要求画出的函数图象如图所示图像中得电压为时间间隔越来越小，加速时间越来越短的等幅脉冲电压
不可以，因为这样粒子在A、B之间飞行时电场对其做功，使之加速，在A、B之外飞行时电场又对其做功，使之减速，粒子绕行一周电场对其所做总功为零，能量不会增大。
答：粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能为；
粒子绕行第n圈时的磁感应强度为；
见解析图；
板电势是否可始终保持为，原因见解析； 

【解析】由题意可知，每加速一次，粒子的能量就增加qU，所以绕行n圈时粒子的总动能为nqU；
能量逐渐增加，速度就逐渐增加，由能量可表示出速度，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律即可求出第n圈时的磁场强度；
每圈的半径没有发生变化，由周长和每圈的速度即可求出每圈的时间，然后相累加；
从粒子在AB之间或AB之外的运动情况分析A板电势能否一直不变。
粒子加速器是利用磁场的偏转使电场能重复对粒子加速，粒子在加速器内旋转时半径是不变化的，所以粒子加速器所加的磁场时要发生变．速度越来越大，周期越来越小。解决此类问题，常用到能量的转化与守恒，粒子在匀强磁场中的运动半径和周期．对于周期的计算也可以用圆周的长度除以速度。