2022-2023学年陕西省榆林市第十中学高二上学期期末教学检测物理试题含解析

这是一份2022-2023学年陕西省榆林市第十中学高二上学期期末教学检测物理试题含解析，共23页。试卷主要包含了选择题，实验探究题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题（本大题共13小题，每小题4分，计52分。在每小题给出的四个选项中，第1~9题只有一项符合题目要求；第10~13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，有选错或不选的得0分）
1. 假如有一宇航员登上火星后，利用手边的一只灵敏电流表和一个小线圈，想探测一下火星表面是否有磁场，则下列说法正确的是（ ）
A. 直接将电流表放于火星表面，看是否有示数来判断磁场的有无
B. 将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如果电流表无示数，则可判断火星表面无磁场
C. 将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如果电流表有示数，则可判断火星表面有磁场
D. 将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如果电流表无示数，则可判断火星表面无磁场
【答案】C
【解析】
【详解】A．穿过闭合回路的磁通量发生改变时，回路中有感应电流产生，若电流表没有接入电路或有一个恒定的磁场，电流表都不会有示数，故A错误；
B．同理，将电流表与线圈组成回路，使线圈沿某一方向运动，如果线圈运动的方向与磁场方向平行，电流表无示数，也不能判断出没有磁场，故B错误；
C．电流表有示数则说明穿过线圈的磁能量发生变化，一定有磁场，故C正确；
D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一个与磁场平行的平面内沿各个方向运动，也不会有示数，因此不能断定火星表面无磁场，故D错误。
故选C。
2. 传感器种类繁多，已广泛应用在生产生活中。下列关于传感器的说法正确的是（ ）
A. 酒精检测仪应用了葡萄糖生物传感器
B. 电饭锅使用温度传感器实现自动控制温度
C. 电脑所用的光电鼠标主要采用声传感器
D. 电子秤所使用的测力装置主要使用了磁传感器
【答案】B
【解析】
【详解】A．酒精检测仪应用了酒精生物传感器。故A错误；
B．电饭锅使用温度传感器实现自动控制温度。故B正确；
C．电脑所用的光电鼠标主要采用光传感器。故C错误；
D．电子秤所使用的测力装置主要使用了压力传感器。故D错误。
故选B。
【点睛】了解传感器基本原理。
3. 变压器是生活、生产用电的必备设备，如图所示是电能输送的简单示意图，以下说法正确的是（ ）
A. 对于恒定电流，变压器也有变压作用
B. 变压器能改变交变电流的频率
C. 正常工作的变压器，当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压
D. 高压输电，是通过减小输电电流来减少输电线路的发热损耗
【答案】D
【解析】
【详解】A．变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用，选项A错误；
B．变压器只能改变交变电流的电压，不能改变交变电流的频率，选项B错误；
C．根据可知，变压器次级电压由匝数比和初级电压决定，正常工作的变压器，当副线圈与用电器断开时，副线圈两端电压不为零，选项C错误；
D．根据P=UI，采用高压输电，输电电流小，由P损=I2R线知线路中的发热功率小，选项D正确。
故选D。
4. 生活中不同用电器的额定电压不同，变压器能改变交流电的电压，从而满足不同用电器对电压的要求。一理想变压器的原线圈匝数为1100匝，当输入的电压时，输出电压为。则该变压器的副线圈匝数为（ ）
A. 50匝B. 100匝C. 150匝D. 200匝
【答案】B
【解析】
【详解】由理想变压器原副线圈两端电压与匝数的关系可得
即
故选B。
5. 一用电设备的供电电流一个周期内随时间的变化如图所示，则以下关于该电流的分析正确的是（ ）
A. 该电流是交流电
B. 电流的表达式为
C. 电流的有效值为
D. 电流的频率为
【答案】C
【解析】
【详解】A．该电流方向没有变化，故不是交流电，故A错误；
B．电流的表达式为
故B错误；
C．电流的有效值的计算
解得
故C正确；
D．电流的周期为0.02s，故频率为50Hz，故D错误。
故选C。
6. 如图，交流电源输出电压为u，频率为，A、B、C三灯亮度相同。下列说法正确的是（ ）
A. 拔出电感线圈中的铁芯后，B灯将变暗
B. 在电容器中插入电介质之后，C灯将变暗
C. 将交流电源的频率提高为时，A灯亮度不变，B灯变暗，C灯变亮
D. 改接输出电压为u的直流电源时，A灯将变亮，B灯将变暗，C灯将熄灭
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据感抗
可知拔出电感线圈中的铁芯后，变小，感抗变小，B灯将变亮，故A错误；
B．根据电容的决定式
在电容器中插入电介质后，电容变大，根据容抗
可知容抗变小，C灯将变亮，故B错误；
C．将交流电源的频率提高为时，电阻不变，故A灯亮度不变，根据感抗
可知感抗变大，B灯变暗，根据容抗
可知容抗变小，C灯变亮，故C正确；
D．改接输出电压为u的直流电源时，电阻不变，A灯亮度不变；感抗减小到零，B灯将变亮；直流电流不能通过电容器，C灯将熄灭，故D错误。
故选C。
7. 航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图所示，在水平固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环，铝环和铜环的形状、大小相同，已知铜的电阻率较小，则合上开关S的瞬间（ ）
A. 两个金属环都向左运动
B. 铜环受到的安培力等于铝环受到的安培力
C. 从左侧向右看，两个金属环中感应电流方向相同
D. 若交换电源正负极，两个金属环运动方向都与交换前相反
【答案】C
【解析】
【详解】ACD．开关S闭合，电源右侧为正极，根据安培定则，可得固定线圈右侧为S极，左侧为N极，对于铜环根据楞次定律得感应电流方向为顺时针（从左侧向右看）。把铜环等效为小磁针，则左侧为S极，右侧为N极，则铜环被固定线圈排斥，向右运动；同理得铝环感应电流方向为顺时针（从左侧向右看），左侧为S极，右侧为N极，也被固定线圈排斥，向左运动；同理交换电源正负极，两个圆环还是被排斥。A错误，C正确，D错误；
B．合上开关S的瞬间，铝环和铜环的形状、大小相同，根据对称性得两个圆环产生的感应电动势大小相等，但铜的电阻率较小，根据公式

得铜环的电阻更小，所以其上的感应电流更大，根据安培力公式

得铜环受到的安培力更大。根据对称性和矢量合成原理，铜环受到的安培力水平向右，铝环受到的安培力水平向左，B错误。
故选C。
8. 、是两个完全相同的小灯泡，是一个自感系数很大的线圈，其直流电阻值与电阻相同，灯泡电阻比电阻的阻值大，如图所示。在电键接通或断开时，两灯亮暗的情况为（ ）
A. 闭合瞬间，比亮度高
B 闭合瞬间，与亮度相同
C. 断开时，延时熄灭
D. 断开时，灯闪亮后熄灭
【答案】D
【解析】
【详解】AB．接通瞬间，线圈自感系数很大，产生自感电动势很大，极大阻碍电流的增加，所以干路中电流闭合瞬间绝大部分通过灯泡。而与电阻R并联，分流了，所以开始时通过灯泡的电流较大，故灯泡较亮，A、B错误；
CD．电路中自感电动势阻碍电流的增加，但不能阻止电流增加。当电流稳定后，因为线圈的直流电阻值与电阻相同，两个灯泡一样亮，灯泡中的电流小于线圈中的电流，故断开瞬间，干路中电流立即减为零，但线圈中会产生很强的自感电动势，与灯泡构成闭合回路放电，放电电流在原来电感线圈电流基础上减少，故闪亮后熄灭；灯和没有供电回路，所以灯立即熄灭，C错误、D正确；
故选D。
9. 如图所示，间距为的足够长的水平光滑导轨处于竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场中，导轨左端接有阻值为的电阻，一质量为、电阻也为的导体棒垂直导轨放置，导体棒与导轨接触良好，其余电阻不计。给导体棒一个水平向右的初速度，导体棒向右做减速运动，当导体棒到电阻的距离为时（记），通过导体棒的电流为，此后匀强磁场随时间按照某种规律变化，使得导体棒做匀速直线运动，则磁感应强度大小随时间变化的关系为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】当导体棒到电阻的距离为时,设导体棒的速度为，则有
即
此时线圈回路的磁通量为
此后导体棒运动过程中，线圈回路的磁通量
由于之后导体棒做匀速直线运动，即导体棒不受安培力作用，回路电流为零，故线圈磁通量不变，即
联立以上各式，可解得
故选B
10. 远距离输电装置如图所示，电厂输送功率一定，升压变压器和降压变压器均是理想变压器．当开关S由2改接为1时，下列说法正确的是（ ）
A. 电压表示数变小B. 电流表示数变大
C. 电流表示数变小D. 输电线损失的功率减小
【答案】CD
【解析】
【详解】k接到1后，升压变压器副线圈匝数增多，所以输电电压升高，因输出功率不变，所以输电线电流减小，电流表的示数减小，输电线损失功率减小，输电线上的电压减小，所以最终降压变压器的输出电压变大，电压表示数变大，故CD正确，AB错误。
故选CD。
11. 矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（ ）
A. 在时感应电动势最大B. 在时电动势改变方向
C. 通过图像可求出电动势的最大值D. 在时，磁通量为0，感应电动势最大
【答案】CD
【解析】
【详解】A．由图可知在时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，线圈位于中性面位置，感应电动势为零，故A错误；
BD．在和时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，此时电动势方向不会改变，故B错误，D正确；
C．根据图像可知电动势最大值为
故C正确；
故选CD。
12. 轻质细线吊着一边长L=1m、匝数n=10匝的正方形线圈，其总电阻R=1Ω。在线圈的中间位置以下区域分布着磁场，如图甲。磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小随时间变化关系如图乙。下列说法正确的是（ ）
A. 线圈中的感应电流方向为顺时针方向
B. 线圈中的感应电流为1.0A
C. 0~6s内线圈产生的焦耳热为1.5J
D. 在t=6s时，磁场对线圈的作用力大小为4N
【答案】CD
【解析】
【详解】A．增反减同，通过右手螺旋可知，线圈中感应电流的方向为逆时针，A错误；
B．根据法拉第电磁感应定律有
根据闭合电路欧姆定律有
B错误；
C． 0~6s内线圈产生的焦耳热
C正确；
D．在t=6s时，左右两边电流方向相反，磁场对左右两边的作用力合力为零，磁场对线圈的作用力大小等于磁场对线圈下边的作用力
D正确。
故选CD。
13. 在水平光滑绝缘桌面上有一边长为l的正方形线框abcd，被限制在沿ab方向的水平直轨道上滑动。bc边右侧有一等腰直角三角形匀强磁场区域efg，直角边ef、ge的长度均为l，ef边与ab边在同一直线上，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示。线框在水平拉力F作用下向右匀速穿过磁场区域，若图示位置为t=0时刻，设逆时针方向为电流的正方向，水平向右为拉力的正方向。则线框中的感应电流i和拉力F随时间t的关系图象可能正确的是（时间单位为，A、B、C中图象为线段，D中图象为抛物线）（ ）
A. B. C. D.
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．在时间为0到范围内，是bc边切割磁感线，且有效切割长度为
根据感应电动势公式

得感应电动势线性减小，根据右手定则可判断电流方向由b指向c，所以感应电流为正方向，且线性减小到0；在时间为到范围内，是ad边切割磁感线，且有效切割长度为
根据感应电动势公式

得感应电动势线性减小，根据右手定则可判断电流方向由a指向d，所以感应电流为负方向，且线性减小到0，故A错误，B正确；
CD．由以上分析可知，在时间为0到范围内，bc边处于磁场中，且处于磁场中的实际长度为
根据安培力公式得安培力大小为

根据左手定则可判断安培力方向为水平向左，拉力与安培力二力平衡，所以拉力水平向右，即拉力方向为正方向；同理得在时间为到范围内，有
且拉力方向为正，C错误，D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷（非选择题共48分）
二、实验探究题（本大题共2小题，计16分）
14. 如图所示为定量验证法拉第电磁感应定律，甲、乙两同学设计了如图所示实验装置，实验操作步骤如下：将线圈和光电门固定在长木板的轨道上，线圈与电压传感器相连，强磁铁和挡光片固定在小车上，每当小车经过光电门时，光电门会记录下挡光时间，同时触发电压传感器记录时间内线圈产生的感应电动势。
①甲同学进行如下操作：改变弹簧压缩程度，使小车以不同的速度从轨道的右端弹出，得到一系列和的实验数据，做出图像。
②乙同学进行如下操作：换用不同匝数的线圈进行实验，更换线圈时保持线圈位置、光电门位置不变，每次记录电压传感器示数及对应的线圈匝数，做出图像，由图像得出实验结论。
（1）由上述实验原理、过程和操作可知，该实验采用了控制变量法.在甲同学的研究中，下列操作不影响实验结论的是__________
A. 实验中保持线圈固定、光电门的位置可以左右移动
B. 实验中轨道右端适当抬高，增大倾角
C. 实验中轨道不够光滑
D. 实验中光电门位置不变，将线圈靠近光电门
（2）若甲同学做出的图线在误差范围内是通过原点的倾斜直线，甲得出的感应电动势与磁通量的变化率的关系是____________________。
（3）乙同学进行实验时，每次更换线圈后小车释放时的位置要__________（填“改变”或“不变”），做出的图像是过原点的直线，说明____________________。
【答案】 ①. BC ②. 感应电动势与时间的变化成反比 ③. 不变 ④. 感应电动势与线圈匝数成正比
【解析】
【详解】（1）[1]BC．由法拉第电磁感应定律为了定量验证感应电动势与时间的关系，实验只需要控制线圈匝数与磁通量的变化量不变即可，对轨道是否光滑、轨道是否水平没有要求，BC正确；
AD．实验需要控制线圈匝数与磁通量的变化量不变，为控制磁通量的变化量不变，实验中必须保持线圈、光电门位置不变，AD错误。
（2）[2]在直角坐标系中作关系图线，若图线是基本过坐标原点的倾斜直线，则与成正比，又因线圈与光电门距离一定，磁通量变化量一定，则与成正比，即感应电动势与磁通量的变化率成正比。
（3）[3][4]实验中，要确保不变，因此实验中小车释放位置要不变；因与成正比，即感应电动势与线圈匝数成正比。
15. 半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变。现有A和B两个压力传感器：
（1）利用如图甲所示的电路测量传感器在不同压力下的阻值，其阻值约几十千欧，实验室提供以下器材：
电源电动势为
电流表A（量程，内阻约为）
电压表V（量程，内阻约为）
滑动变阻器（阻值）
为了提高测量的准确性，开关应该接___________（填“①”或“②”），开关应该接___________（填“③”或“④”）。
（2）实验测得A和B两个压力传感器的阻值随压力F变化的关系图像如图乙所示。利用压力传感器设计了自动报警分拣装置如图丙所示，图中为压力传感器，R为滑动变阻器，电源电动势为（内阻不计）。当蜂鸣器（可视为断路）两端的电压大于时，会发出警报。分拣时将质量不同的物体用传送带运送到压力传感器上，若要将质量超过的货物实现报警分拣，则___________（填“A”或“B”）压力传感器的灵敏度更高（灵敏度指电阻值随压力的变化率，）。
（3）仍用图丙所示的自动报警分拣装置，某次分拣产品时选择B压力传感器，若R调为，该分拣装置可以实现将质量超过___________的物品进行分拣（结果保留两位有效数字），若要分拣质量更大的物品，应该将R的滑片向___________（填“上”或“下”）移动。
【答案】 ①. ② ②. ③ ③. A ④. 0.060 ⑤. 下
【解析】
【详解】（1）[1][2]根据题意可知，压力传感器的阻值约几十千欧，因此有
为了提高测量的准确性，应采用电流表内接法，即开关接②。实验需要测量多组数据，且电压从零开始变化，实验时滑动变阻器要用分压方式接入电路，因此开关应该接③。
（2）[3]根据灵敏度指电阻值随压力的变化率，由图乙可知，A压力传感器在压力大于的时候灵敏度更高，故选A压力传感器更灵敏。
（3）[4][5]当滑动变阻器的阻值为时，要使得蜂鸣器两端的电压大于，则B压力传感器的电阻值应该小于，由图乙可知，此时对应的压力大小为，即对应的物品质量为。若要分拣质量更大的物品，则滑动变阻器的阻值应该减小，由图丙可知，拨片应该向下移动。
三、计算题（本大题共3小题，计32分。解答应写出必要的文字、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
16. 电磁炉是人们厨房中常见的工具，它因小巧方便广受人们喜爱。它是应用电磁感应原理对食品进行加热，其发热主体就是锅自己。我们可以把电磁炉简化成一个如图乙所示的变压器：炉盘相当于原线圈，锅底既是副线圈又是负载，原、副线圈匝数比为n，通过电磁感应产生涡流来加热食物。不计能量传输时的损耗。电磁炉工作时接入有效值为U的高频振荡电压，炉盘中配有数值为R0的定值电阻，锅体回路中的电阻相当于负载。
（1）若通过匹配电阻R0的电流为I，求锅体中感应的电动势有效值；
（2）若锅体等效电阻为R，求流过匹配电阻R0的电流。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）由题意得，原线圈两端电压为
根据
解得锅体中感应的电动势有效值为
（2）原线圈中满足
副线圈中满足
又因
联立解得
17. 每个居民小区均设有一降压变压器，变压器输入电压为6600V，为了安全，一般将此变压器建在与居住区相距较长的距离之外，经该变压器降压后用长导线接到居民小区。此距离上的导线电阻R不可忽略。一居民小区有440户，每户平均消耗电功率为100W，使用的变压器匝数比为，恰好能使额定电压为220V的用电器正常工作。求：
(1)导线上的总电阻R为多少；
(2)现在因家用电器增加，每户平均消耗的电功率为300W。变压器输入电压仍为6600V，输电线路不变，为了使家用电器正常工作，需更换变压器，则新变压器的原副线圈匝数比为多少？
【答案】(1)0.1Ω；(2)
【解析】
【分析】
【详解】(1)未换变压器时输电电流
变压器输出电压

电线上损失的电压

而
解得
(2)换变压器后输电电流
电线上损失的电压
变压器输出电压
则更换后的变压器匝数之比为
18. 如图甲所示，MN、PQ是足够长、粗糙的水平导轨，导轨平行且间距l=1m，PM间连接阻值R=3Ω的定值电阻和理想电压表V。整个装置处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度随时间均匀增大，关系式为。t=0时刻，将一根质量m=0.25kg、阻值r=1Ω的金属棒ab放置在距离PM为d=1m的导轨上，t=10s时金属棒ab即将沿导轨滑动。如图乙所示，然后将整个装置左端抬高，使导轨平面与水平面间的夹角θ=37°并固定，保持磁感应强度B0=2T不变，磁场方向仍垂直导轨平面向下，让金属棒ab沿导轨由静止开始滑动。导轨的电阻均不计，金属棒与导轨垂直且接触良好，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g=10m/s2，sin37°=0.6。求：
（1）金属棒ab与导轨间的动摩擦因数μ；
（2）图乙中，电压表V的最大示数是多少；
（3）图乙中，金属棒ab沿导轨运动x=4m的过程中（金属棒ab的速度已稳定），电阻R上产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）金属棒ab静止时，由法拉第电磁感应定律得
由闭合电路欧姆定律得
对金属棒ab，即将运动时，此时
由
解得
（2）当金属棒ab的速度达到最大时，电压表V的示数最大，此时金属棒ab的加速度为0，对金属棒ab，由平衡条件得
又
得
电压表V的最大示数为
解得
（3）由功能关系得
电阻R上产生的焦耳热为
解得