吉林省吉化第一高级中学校2021-2022学年高二物理上学期期末试题（Word版附解析）

吉化一中2021-2022学年度第一学期期末考试

高二物理试卷

第Ⅰ卷（选择题，共48分）

一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。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. 物理学的发展是许多物理学家奋斗的结果，下面关于一些物理学家的贡献说法正确的是（    ）

A. 安培通过实验发现了通电导线对磁体有作用力，首次揭示了电与磁的联系

B. 奥斯特认为安培力是带电粒子所受磁场力的宏观表现，并提出了著名的洛伦兹力公式

C. 安培在前人工作的基础上通过实验研究确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律——库仑定律

D. 法拉第不仅提出了电场的概念，而且采用了画电场线这个简洁的方法描述电场

【答案】D

【解析】

【详解】A．奥斯特将通电导体放在小磁针上方时，小磁针发生了偏转，说明通电导体周围存在磁场，在世界上是第一个发现了电与磁之间的联系的物理学家，A错误；

B．洛伦兹认为安培力是带电粒子所受磁场力的宏观表现，并推出了洛伦兹力公式，B错误；

C．真空中两个点电荷间存在相互的作用．库仑利用扭秤装置，研究出两个静止点电荷间的相互作用规律：点电荷间的相互作用力跟两个点电荷的电荷量有关，跟它们之间的距离有关，发现这个规律的科学家是库仑，这个规律就是库仑定律，C错误。

D．19世纪30年代，法拉第提出电荷周围存在一种场，而非“以太”，并且是最早提出用电场线描述电场的物理学家，D正确。

故选D。

2. 如图所示，一圆形线圈通有电流I，放在直线电流I'的右侧附近，线圈与直导线共面，以下关于圆形线圈受到安培力的合力方向说法正确的是

A. 水平向左 B. 竖直向下

C. 竖直向上 D. 水平向右

【答案】A

【解析】

【详解】根据右手螺旋定则知，通电直导线右边的磁场方向垂直纸面向里，离导线越近，磁场越强，圆环左侧所受安培力向左，圆环右侧所受安培力向右，向左的安培力大于向右的安培力，所以圆环所受安培力向左。

故选A。

3. 如图所示，粗细均匀的、电阻为r的金属圆环，放在图示的匀强磁场中，磁感应强度为B，圆环直径为l；长为l、电阻为的金属棒ab放在圆环上，以v0向右运动，当ab棒运动到图示虚线位置时，金属棒两端的电势差为（　　）

A. 0 B. Blv0 C.  D.

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】感应电动势

左右侧圆弧均为半圆，电阻均为，并联的总电阻即外电路电阻

金属棒的电阻等效为电源内阻

金属棒两端的电势差为路端电压

故D正确。

故选D。

4. 如图所示，一束由质子、电子和粒子组成的射线，在正交的电磁场中沿直线从点射入磁场形成3条径迹，下列说法正确的是（    ）

A. 2是粒子的径迹 B. 3是质子的径迹

C. 1是粒子的径迹 D. 2是质子的径迹

【答案】D

【解析】

【详解】质子和粒子均带正电，电子带负电，由左手定则知质子和粒子均向右偏移，电子向左偏移，根据

得

可知质子做圆周运动的半径小，则2是质子的径迹，3是α粒子的径迹，故D正确，ABC错误。

故选D。

5. 图甲为一交流发电机的示意图，匀强磁场磁感应强度为B，匝数为n，面积为S，总电阻为r的矩形线圈绕轴做角速度为ω的匀速转动，矩形线圈在转动中始终保持和外电路电阻R形成闭合电路，回路中接有一理想交流电流表。图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像，下列说法中正确的是（　　）

A. 电流表的示数值为

B. 时刻穿过线圈的磁通量变化率为

C. 从到这段时间通过电阻R的电荷量为

D. 从到这段时间穿过线圈磁通量的变化量为

【答案】A

【解析】

【详解】A．产生的电动势最大值

Em=nBSω

电流表的示数为有效值，则有

故A正确；

B．t3时刻电动势

E=nBSω

则由法拉第电磁感应定律可知

则穿过线圈的磁通量变化率为BSω；故C错误； 

C．从t3到t4这段时间磁通量的变化为BS，则平均电动势

因此通过电阻R的电荷量为

故C错误；

D．t1和t3两时刻平面与磁场方向平行，磁通量均为零，从t1到t3这段时间穿过线圈的磁通量变化量为零，故D错误。

故选A。

6. 如图所示，A、B、C是3个完全相同的灯泡，L是一个自感系数较大的线圈（直流电阻可忽略不计）。则

A. 电路接通稳定后，3个灯亮度相同

B 电路接通稳定后，S断开时，C灯立即熄灭

C. S闭合时，A灯立即亮，然后逐渐熄灭

D. S闭合时，B灯立即亮，然后逐渐熄灭

【答案】C

【解析】

【详解】A．电路接通稳定后，A灯被线圈短路，完全熄灭，B、C并联，电压相同，亮度相同，故A错误；

B．电路接通稳定后，S断开时，C灯中原来的电流立即减至零，但是由于线圈中电流要减小，产生自感电动势，阻碍电流的减小，线圈中电流不会立即消失，这个自感电流通过C灯，所以C灯过一会儿熄灭，故B错误；

CD．电路中A灯与线圈并联后与B灯串联，再与C灯并联。S闭合时，三个灯同时立即发光，由于线圈电阻很小，逐渐将A灯短路，A灯逐渐熄灭，A灯的电压逐渐降低，B灯的电压逐渐增大，B灯逐渐变亮，故C正确，D错误。

故选C。

7. 将一段导线绕成图甲所示的闭合电路，并固定在水平面（纸面）内，回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中。回路的圆形区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ，以向里为磁场Ⅱ的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示。用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图像是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】在内，磁感应强度均匀变化，由法拉第电磁感应定律可得

则闭合电路中产生的感应电动势恒定不变，则感应电流恒定不变。ab边在磁场中所受的安培力

由于匀强磁场Ⅰ中磁感应强度B恒定，则，安培力为平行t轴的直线，方向向左（为负）。同理分析可得在,安培力与时间的关系为内F-t关于时间轴对称一条的直线。

故选B。

【点睛】本题要求学生能正确理解B-t图的含义，故道B如何变化，才能准确的利用楞次定律进行判定。根据法拉第电磁感应定律分析感应电动势的变化，由欧姆定律判断感应电流的变化，进而可确定安培力大小的变化。

8. 如图所示，线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的电动势（V）。线圈与理想升压变压器相连进行远距离输电，理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为25∶11，降压变压器副线圈接入一台电动机，电动机恰好正常工作，且电动机两端电压为220V，输入功率为1100W，电动机内阻为8.8Ω，输电线路总电阻为25Ω，线圈及其余导线电阻不计，电表均为理想电表，则（　　）

A. 图示位置线圈的磁通量变化率为零

B. 电动机的机械功率为800W

C. 输电线路损失的电功率为121W

D. 升压变压器原、副线圈匝数之比为1∶10

【答案】C

【解析】

【详解】A．图示位置线圈产生的感应电动势最大，磁通量变化率最大，故A错误；

B．通过电动机的电流为

电动机的热功率为

电动机的机械功率为

故B错误；

C．根据理想变压器原、副线圈电流关系可得输电线路的电流为

所以输电线路损失的电功率为

故C正确；

D．降压变压器原线圈两端电压为

升压变压器副线圈两端电压为

升压变压器原线圈两端电压为

所以升压变压器原、副线圈匝数之比为

故D错误。

故选C。

9. 如图，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路．当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是（    ）

A. 向右加速运动 B. 向右减速运动

C. 向左加速运动 D. 向左减速运动

【答案】BC

【解析】

【详解】根据安培定则可知，MN处于ab产生的垂直向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，L1中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，L2线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小，或向下增加，再由右手定则可知PQ可能是向左加速运动或向右减速运动，故BC正确，AD错误；

故选BC。

10. 如图所示，在理想变压器的输电电路中，电流表和电压表均为理想电表，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，在a、b端输入的正弦交流电压，当滑动变阻器的滑片处在图示位置时，电压表的示数为U，电流表的示数为I，现调节滑动变阻器滑片，使电压表的示数为U，则下列说法正确的是（　　）

A. 滑动变阻器的滑片一定向左移

B. 调节滑动变阻器后，电流表的示数为I

C. 调节滑动变阻器后，滑动变阻器两端的电压是原来的两倍

D. 调节滑动变阻器过程，滑动变阻器消耗的功率一直减小

【答案】AB

【解析】

【详解】设原副线圈匝数比为k，副线圈两端的电压为U，则由

可得原线圈两端的电压为，副线圈的电流为

由原副线圈的电流关系

可得原线圈的电流为

根据变压器等效电阻公式得，副线圈等效电阻为

A．电压表示数减小，则等效电阻分压变小，根据欧姆定律，滑动变阻器分压变大，滑片向左移，A正确；

B．电压表示数减半，根据欧姆定律，副线圈电流减半，再根据变压器电流关系可知，电流减半，故B正确；

C．因位置与初始时的关系，只能确定滑动变阻器分压变大，无法定量，故C错误；

D．根据闭合电路欧姆定律，因未知滑动变阻器阻值与等效电阻的大小关系，滑动变阻器消耗的功率可能增大，也可能减小，故D错误。

故选AB。

11. 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒．两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速．两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示．在保持匀强磁场和加速电压不变的情况下用同一装置分别对质子()和氦核()加速，则下列说法中正确的是（ ）

A. 质子与氦核所能达到的最大速度之比为l：2

B. 质子与氦核所能达到的最大速度之比为2：l

C. 加速质子、氦核时交流电的周期之比为2：l

D. 加速质子、氦核时交流电的周期之比为l：2

【答案】BD

【解析】

【详解】试A、当粒子从D形盒中出来时速度最大，根据，得，根据质子（）和氦核（），则有质子与氦核所能达到的最大速度之比2：1，故A错误，B正确．根据公式．可知，周期与最大速度成反比，即加速质子、氦核时交流电的周期之比1：2．故C错误，D正确． 故选BD

12. 如图，边长为L的正三角形abc区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m，电荷量为q的同种粒子每次都从a点沿与ab边成30°角的方向垂直射入磁场，若初速度大小为v0，射入磁场后从ac边界距a点处射出磁场。不计粒子的重力，下列说法正确的是

A. 若粒子射入磁场的速度增大为2v0，则出射位置距a点

B. 若粒子射入磁场的速度增大为2v0，则粒子在磁场中的运动时间减小为原来的一半

C. 若粒子射入磁场的速度不大于3v0，粒子从磁场中射出时速度方向均与ab边垂直

D. 若粒子射入磁场的速度不同，但从ac边射出的所有粒子在磁场中的运动时间相等

【答案】ACD

【解析】

【详解】粒子的速度分别为、、时，画出粒子轨迹过程图如图所示

A．若粒子射入磁场的速度增大为，根据可知，粒子的半径增大到原来的2倍，则出射位置距点，故A正确；

B．若粒子射入磁场的速度增大为，粒子从边射出时与边的夹角不变、轨迹对应的圆心角不变，则粒子在磁场中的运动时间不变，故B错误；

C．若粒子射入磁场的速度不大于，则粒子均能够从边射出，射出时速度方向与边的夹角为，而边与边的夹角为，则粒子从磁场中射出时速度方向均与边垂直，故C正确；

D．若粒子射入磁场的速度不同，但从边射出的所有粒子运动轨迹对应的圆心角均为，所以在磁场中的运动时间相等，故D正确。

故选ACD。

第Ⅱ卷（非选择题，共52分）

二、实验题（共14分）

13. 在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示。它们是：①电流计、②直流电源、③带铁芯的线圈A、④线圈B、⑤电键、⑥滑动变阻器（用来控制电流以改变磁场强弱）。

（1）试按实验的要求在实物图上连线（图中已连好一根导线）______；

（2）在进行实验前要检验电流计指针______与流入电流计的感应电流方向之间的关系；

（3）若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上，而在电键刚闭合时电流表指针右偏，则电键闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时，电流计指针将______偏（填“左”、“右”、“不”）；

（4）在产生感应电流的回路中，上图器材中线圈______相当于电源（填“A”、“B”）。

【答案】    ①.     ②. 偏转方向    ③. 左    ④. B

【解析】

【详解】（1）[1] 将电源、电键、变阻器、原线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将电流计与副线圈B串联成另一个回路，电路图如图所示。

（2）[2] 实验前要检验电流计指针偏转方向与流入电流计的感应电流方向之间的关系。

（3）[3] 若连接滑动变阻器两根导线接在接线柱C和D上，而在电键刚闭合时电流表指针右偏，说明磁通量增大时，电流表的指针右偏，而电键闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱C移动时，电流减小，磁通量减小，则电流计指针将向左偏；

（4）[4]在产生感应电流的回路中，上图器材中线圈B相当于电源。

14. 某实验小组设计了如图甲所示的电路，先测量未知电阻阻值，再利用图乙所示电路测量电源的电动势及内阻。实验室提供的器材如下：

电流表（量程，内阻为）；

电流表（量程，内阻为）；

定值电阻（阻值）；

定值电阻（阻值）；

滑动变阻器（阻值范围）；

电阻箱（阻值范围）；

待测电阻（电阻约）；

电源E（电动势约为，内阻约）

开关S，导线若干。

（1）图甲中为使测量更准确，电阻A应选___________（填或）。

（2）实验小组在某次实验中，测得，则待测电阻___________。

（3）测电源电动势和内阻时，图乙中电阻B选择___________（填或），某实验小组通过处理实验数据，作出了电阻B的阻值R与电流表示数的倒数之间的关系图象如图丙所示，则电源电动势___________V，内阻___________。

【答案】    ①. R2    ②. 50Ω    ③. R4    ④. 4.3V    ⑤. 41.5Ω

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1]由于电流表A1的内阻为r1=10Ω，可以将电流表A1改装成电压表，如果串联一个R2=190Ω的电阻，则改装成的电压表量程为

所以电阻A应选R2

（2）[2]根据欧姆定律可得

（3）[3]根据题意可知要求读取电阻数据，所以电阻B应选电阻箱R4

[4]根据闭合电路的欧姆定律可得

解得

图象的斜率表示电动势，则

当R=0时，，代入解得

r=41.5Ω

三、解答题（共38分）

15. 如图所示，面积为0.2m2的100匝线圈A处在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面．磁感强度随时间变化的规律是B＝(6－0.2t)T，已知R1=4Ω，R2=6Ω，电容C=30μF，线圈A的电阻不计。求：

（1）闭合S后，通过R2的电流强度大小和方向；

（2）闭合S一段时间后在断开S，S断开后通过R2的电荷量是多少？

【答案】（1）0.4A，；（2）

【解析】

【详解】（1）根据题意可知

则A线圈产生的感应电动势

S闭合后，流过R2的电流为干路电流，则

方向由

（2）S闭合稳定后，电容器C两端的电压为R2两端电压U2

所以S断开后，流过R2的电量

16.  如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒ab，通以方向向里的电流，电流强度为I，重力加速度为g，

（1）若加竖直向上的匀强磁场，使导体棒静止在斜面上，求所加磁场的磁感应强度B的大小；

（2）若匀强磁场的大小、方向都可以改变，要使导体棒能静止在斜面上，求所加磁场的磁感应强度B的最小值和所对应方向。

【答案】（1） ；(2) 、由左手定得磁感应强度的方向垂直斜面向上

【解析】

【详解】（1）导体棒受力如图所示，由平衡

，

解得

（2）当导体受安培力沿斜面向上时，安培力最小，如图所示

则有

解得

由左手定得判断，磁感应强度B的方向垂直斜面向上。

17. 如图，xOy平面内有垂直平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一质量为m、电荷量为-q(q>0)的带电粒子（不计粒子受到的重力）以大小为v0的初速度从y轴上的a点沿x轴正方向进入匀强磁场，其运动轨迹经过x轴上的b点，且。若撤去磁场换一个与y轴平行的匀强电场，带电粒子仍以速度v0从a点沿x轴正方向进入电场，运动轨迹仍能通过b点，求：

（1）粒子在磁场中从a点运动到b点的过程中，速度的偏转角的正弦值为多大？

（2）粒子在磁场中从a点运动到b点的时间？

（3）匀强电场的电场强度大小？

【答案】（1）0.8；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）设，则，粒子在磁场中做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示，设粒子做圆周运动的轨道半径为r，由几何知识得

解得

粒子在磁场中从a点运动到b点的过程中，速度的偏转角的正弦值

则

（2）粒子在磁场中做圆周运动周期

粒子在磁场中从a点运动到b点的时间

（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得

粒子在电场中做类平抛运动，水平方向

竖直方向

解得

18. 如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置（导轨电阻不计），其间距，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接一阻值的电阻，质量、电阻的金属棒ab紧贴在导轨上。现使金属棒ab由静止开始下滑，下滑过程中ab始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图乙所示，图像中的OA段为曲线，AB段为直线。忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响，取。求：

（1）磁感应强度B的大小；

（2）时，金属棒两端的电压U；

（3）金属棒ab开始运动的2s内，电阻R上产生的热量。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【分析】

【详解】（1）设金属棒ab匀速下落时的速度大小为，产生的感应电动势为E，受到的安培力大小为F，由法拉第电磁感应定律得

设电路中的电流为Ⅰ，由闭合电路欧姆定律得

由图像得

由安培力大小计算式得

由共点力平衡条件得

联立代入数据得

（2）由欧姆定律得

代入数据得

（3）在0~2s，由图像可得金属棒的位移为

设闭合回路产生的热量为Q，由能量守恒定律得

则

联立并代入数据得