北京市东城区三年（2020-2022）高二物理下学期期末试题题型分类汇编3-解答题

北京市东城区三年（2020-2022）高二物理下学期期末试题题型分类汇编3-解答题

一、解答题

1．（2021春·北京东城·高二期末）在光滑的水平面上，甲、乙两物质的质量分别为m1、m2，它们分别沿东西方向的一直线相向运动，其中甲物体以速度6m/s由西向东运动，乙物体以速度2m/s由东向西运动，碰撞后两物体都沿各自原运动方向的反方向运动，速度大小都是4m/s求：

①甲、乙两物体质量之比；

②通过计算说明这次碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞．

2．（2021春·北京东城·高二期末）将边长为L的正方形线圈，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，在外力作用下绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动，如图所示，从上向下看，线框逆时针转动。已知线圈匝数为N，总电阻为r，外电路电阻为R。

（1）在图中标出图示时刻线圈内感应电流的方向。

（2）转动过程中感应电动势的最大值是多少？

（3）用外力使线圈转一周的过程中（不计线框质量），外力至少做多少功？

3．（2021春·北京东城·高二期末）磁流体发电机是一项新兴技术，如图所示是它的示意图。平行金属板A、B之间的距离为d，极板面积为S，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，两极板连接的外电路由阻值为R1，R2的电阻和电容为C的电容器组成，K为电键。将等离子体（即高温下电离的气体，含有大量的正、负带电粒子）以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，假设等离子体在两极板间的平均电阻率为ρ，忽略极板和导线的电阻，开始时电键断开。

(1)图中A、B板哪个电势高？

(2)这个发电机的电动势是多大？

(3)电键K闭合后，稳定时，电容器的带电量为多少？

4．（2021春·北京东城·高二期末）如图所示，两根足够长、电阻不计的平行光滑金属导轨相距为L，导轨平面与水平面成θ角，质量均为m、阻值均为R的金属棒a、b紧挨着放在两导轨上，整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，以平行于导轨平面向上的恒力拉a棒，同时由静止释放b棒，直至b棒刚好匀速时，在此过程中通过棒的电量为q，棒与导轨始终垂直并保持良好接触，重力加速度为g。求：

（1）b棒刚好匀速时a、b棒间的距离s。

（2）b棒最终的速度大小。

（3）此过程中a棒产生的热量Q。

5．（2020春·北京东城·高二期末）如图甲所示的理想变压器，其原线圈接在输出电压如图乙所示的正弦式交流电源上，副线圈接有阻值为44 Ω的负载电阻R，原、副线圈匝数之比为10∶1。电流表、电压表均为理想交流电表。求：

（1）电流表中电流变化的频率f；

（2）电压表的示数U；

（3）原线圈的输入功率P。

6．（2020春·北京东城·高二期末）将一根阻值R=0.8Ω的导线弯成一个圆形线圈，放置在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直，如图甲所示，此时线圈的面积S=0.4m2。现同时向两侧拉动线圈，使线圈的面积在Δt=0.5s时间内减小为原来的一半，如图乙所示。在上述变化过程中，求：

(1)线圈中感应电动势的平均值E；

(2)通过导线横截面的电荷量q。

7．（2020春·北京东城·高二期末）在做“用油膜法估测分子大小”的实验中，油酸酒精溶液的浓度为每104 mL溶液中有纯油酸5mL，用注射器测得1 mL上述溶液中有液滴52滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘里，待水面稳定后，将玻璃板放在浅盘上，在玻璃板上描出油膜的轮廓，随后把玻璃板放在坐标纸上，其形状如图所示，坐标纸中正方形小方格的边长为20mm。请根据上述数据及信息进行估算（结果均保留1位有效数字）。

（1）油膜的面积S；

（2）每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积V；

（3）油酸分子的直径d。

8．（2020春·北京东城·高二期末）如图所示，在磁感应强度B=2T的水平匀强磁场中，有两条竖直放置的光滑无限长平行金属导轨，导轨平面与磁场垂直，导轨间距为L=1m，顶端接有阻值为R=4Ω的电阻。质量m=0.2kg、电阻不计的金属棒MN始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触，初始时刻保持静止，且距离顶端无限远，g取10m/s2。

（1）若将金属棒无初速释放，求金属棒达到的最大速度。

（2）若从初始时刻起在金属棒上施加一竖直向上的外力F，且此外力的功率保持P=3 W恒定。

a.请分析说明金属棒的运动情况，并求稳定时金属棒的速度。

b.求金属棒的速度时金属棒的加速度a。

9．（2022春·北京东城·高二期末）一个质量为的物体在合力F的作用下，从静止开始在水平地面上做直线运动。以向东为正方向，合力F随时间t变化的图像如图甲所示。

（1）在图乙中画出前物体运动的图像；

（2）求出时物体动量的大小；

（3）求出前内物体受到的冲量。

10．（2022春·北京东城·高二期末）如图所示，在矩形区域内存在垂直于纸面的匀强磁场。一带正电的粒子在P点以垂直于的方向射入磁场，并从N点射出。已知带电粒子质量为m，电荷量为q，入射速度为v，矩形区域中的长度为L，的长度为。不计粒子的重力。

（1）求粒子运动的轨道半径r；

（2）判断磁场方向，并求磁场的磁感应强度大小。

11．（2022春·北京东城·高二统考期末）某同学设计了一个测量电流的装置，原理如图所示，轻弹簧上端固定，下端悬挂一根质量为m的均匀细金属杆，金属杆与弹簧绝缘，金属杆的N端连接一绝缘轻指针，可指示右侧标尺上的读数。在金属杆下方的矩形区域内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外。当金属杆中没有电流通过且处于平衡状态时，金属杆与矩形区域的边重合，指针指在标尺的零刻线。当金属杆中有电流通过时，指针示数可表示电流大小。已知金属杆的长度大于，且始终保持水平状态。弹簧的劲度系数为k，测量过程中弹簧始终在弹性限度内。边长为，边长为。重力加速度为g。不计金属杆中电流对磁场的影响。

（1）要使此装置正常工作，的哪一端应与电源正极相接？

（2）通过分析说明标尺的刻度是否均匀。

（3）若，边长，边长，。求此装置可测电流的最大值。

12．（2022春·北京东城·高二期末）如图甲所示，O点为单摆的固定悬点，将力传感器接在摆球与O点之间。时刻在A点释放摆球，摆球在竖直面内的A、C之间来回摆动，其中B点为运动中的最低位置。图乙为细线对摆球的拉力大小F随时间t变化的曲线。已知摆长为，A、B之间的最大摆角为（取，）。求：

（1）当地的重力加速度大小；

（2）摆球在A点时回复力的大小；

（3）摆球运动过程中的最大动能。

参考答案：

1．①；②见解析

【详解】①设向东方向为正，则由动量守恒知：

代入数据解得：

②设m1=3m，m2=5m碰撞前系统总能量：

Ek= m1v12+m2v22=64m

碰撞后系统总能量：

Ek'=m1v1'2+m2v2'2=64m

因为Ek= Ek'，所以这是弹性碰撞

2．（1）见解析；（2）；（3）

【详解】（1）根据右手定则可知，图示时刻线圈内感应电流的方向如图。

（2）转动过程中感应电动势的大值

（3）用外力使线圈转一周的过程中，外力做功等于产生的电能

3．(1)B板；(2)Bdv；(3)

【详解】(1)根据左手定则，判断正粒子向B板聚集，负粒子向A板聚集，故B板电势高。

(2)设发电机的电动势为E，则

解得

(3)设电源的内阻为r，则电源的内阻

电容器两端电压

电容器的带电量为

联立解得

4．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律得

根据闭合电路欧姆定律得

又

解得

解得

（2）b棒匀速时，由平衡条件得

BIL=mgsin θ

感应电动势

E=BL（va+vb）

感应电流

对a棒向上加速的任一时刻，由牛顿第二定律得

F-BIL-mgsin θ=ma1

即

mgsin θ-BIL=ma1

对b棒向下加速的任一时刻，由牛顿第二定律得

mgsin θ-BIL=ma2

可得

a1=a2

故a、b棒运动规律相似，速度同时达到最大，且最终有

va=vb

由以上各式可得

（3）因a、b棒串联，产生的热量Q相同，设a、b棒在此过程中运动的距离分别为l1和l2，对a、b棒组成的系统，由能量守恒定律得

由几何知识可知

l1+l2=s

解得

5．（1）50 Hz；（2）22 V；（3）11 W

【详解】（1）由乙图可知，交变电流的周期T = 0.02 s，则电流变化的频率为

（2）原线圈的电压有效值为

由得，电压表的示数

（3）原线圈的输入功率P等于副线圈的输出功率，则

6．(1)0.08V；(2)0.05C

【详解】(1)根据法拉第电磁感应定律可得

(2) 通过导线横截面的电荷量

q=It==0.05C

7．（1）2×10-2m2；（2）1×10-11m3；（3）5×10-10m

【详解】（1）求油膜的面积时，先数出共有约58个小方格。故油膜的面积为

（2）由于104 mL溶液中含有纯油酸5 mL，则1 mL中有纯油酸

又1 mL上述溶液中有液滴52滴，故1滴溶液中含有纯油酸的体积为

（3）由公式

可得，油酸分子直径为

8．（1）2m/s；（2）a.1m/s；b. 17.5 m/s2

【详解】（1）释放后，金属棒做加速度减小的加速运动，当金属棒的重力与安培力相等时，达到最大速度, 由

， ， ，

解得

（2）a．施加竖直向上的外力后，金属棒还受到竖直向下的重力和竖直向下的安培力，在这三个力的作用下向上加速运动，加速度随速度的增大而减小，最终当三个力合力为零达到稳定速度。此时满足

且

联立解得

， （舍去）

方向竖直向上。

b. 由题意可得

联立解得

9．（1）

（2）；（3）

【详解】（1）1~2s物体做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得

解得

2~4s物体做匀减速直线运动，同理可得

前物体运动的图像为

（2）2s时物体的速度为

3s时物体的速度为

可得3s时物体的动量大小为

（3）由动量定理得前内物体受到的冲量为

10．（1）；（2）垂直于纸面向外，

【详解】（1）根据题意，画出粒子的运动轨迹，如图所示

由几何关系有

解得

（2）根据粒子的运动轨迹可知，粒子在P点受向下的洛伦兹力，由左手定则可知，磁场方向为垂直于纸面向外，由牛顿第二定律有

解得

11．（1）M端；（2）均匀，分析见详解；（3）

【详解】（1）根据题意，由图可知，测量电流时，金属杆受向下的安培力，由左手定则可知，金属杆MN中的电流由，则M端与电源的正极相接。

（2）根据题意可知，当金属杆中没有电流通过且处于平衡状态时，金属杆与矩形区域的边重合，指针指在标尺的零刻线，当电流为时，金属杆向下移动，根据胡克定律有

可得

即金属杆向下移动距离与电流成正比，说明刻度均匀。

（3）根据题意可知，当金属杆与重合时，电流最大，此时

可得

12．（1）；（2）；（3）0.0032J

【详解】（1）摆球在一个周期内两次经过最低点，对应两次细线拉力达到最大值，由图乙可知单摆的周期为

解得当地的重力加速度大小为

（2）摆球在A点时，细线拉力大小为

解得

摆球在A点时回复力的大小为

（3）设摆球在B点时速度为v，根据牛顿第二定律有

摆球运动过程中的最大动能为