2022-2023学年安徽省合肥市第一中学高二下学期期中物理试题含解析

  合肥一中2022-2023学年第二学期高二年级期中考试

物理试卷

一、单项选择题（本大题共5小题，每小题6分，共30分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）

1. 如图所示，光束沿方向从空气射向某种介质，折射光线沿方向。下列说法正确的是（　　）

A. 这束光从空气进入介质后速度会增大

B. 这束光从空气进入介质后频率会减小

C. 这束光从空气进入介质后波长会减小

D. 若这束光沿BO方向从介质射向空气，可能会发生全反射现象

【答案】C

【解析】

【详解】A．光在光疏介质中的传播速度大于在光密介质中的传播速度，故光在该介质中的传播速度小于在空气中的传播速度，故A错误；

B．光在不同介质中传播时频率不变，这束光从空气进入介质后频率不变，故B错误；

C．根据可知这束光从空气进入介质后波长会减小，故C正确；

D．由光路可逆性可知，这束光沿BO方向从介质射向空气时，折射光线将沿OA射出，不会发生全反射现象，故D错误。

故选C。

2. 如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻。金属棒与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，始终保持静止，下列说法正确的是（　　）

A. 中的感应电流方向由到

B. 中的感应电流逐渐减小

C. 所受的安培力保持不变

D. 所受的静摩擦力逐渐增大

【答案】A

【解析】

【详解】A．磁场方向垂直于导轨平面向下且磁感应强度随时间均匀减小，可知回路中的磁通量减小，根据楞次定律可知，回路中的感应电流为顺时针方向（俯视），则中的感应电流方向由到，故A正确；

B．根据法拉第电磁感应定律可得

由于磁感应强度随时间均匀减小，回路面积保持不变，可知电动势保持不变，则中的感应电流保持不变，故B错误；

C．根据安培力表达式

由于感应电流保持不变，磁感应强度随时间均匀减小，可知所受的安培力逐渐减小，故C错误；

D．始终保持静止，根据受力平衡可知，所受的静摩擦力大小为

可知所受的静摩擦力逐渐减小，故D错误。

故选A。

3. 边长为a的等边三角形ABC区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一束质量为m电荷量为q的带负电粒子（不计重力），从AB边的中点沿平行BC边的方向以不同的速率射入磁场区域，则（　　）

A. 能从BC边射出的粒子的最大速率为

B. 能从BC边射出的粒子的最大速率为

C. 能从BC边射出的粒子最长时间为

D. 能从BC边射出的粒子最长时间为

【答案】A

【解析】

【详解】CD．当粒子的轨迹恰好与BC相切时，半径最小，轨迹所对应圆心角最大为π，圆心为，粒子飞行时间最长，有

由圆周运动周期公式，可得

解得

故CD错误；

AB．如图所示

当粒子恰好从C点射出时，轨道半径最大，速率最大，圆心为，由几何关系可知

由牛顿第二定律可得

解得

故A正确，B错误。

故选A

4. 如图所示为电流天平，可用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着匝数为n、边长为l的正方形线圈，线圈的底边水平。线圈下方的虚线框内有匀强磁场，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直。当线圈通有图示方向电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再次达到新的平衡。则（　　）

A. 虚线框内磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度

B. 虚线框内磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度

C. 虚线框内磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度

D. 虚线框内磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度

【答案】B

【解析】

【详解】线圈处于匀强磁场中，则有效长度为l，安培力大小为

电流反向时，需要在左盘中增加质量为m的砝码，说明原来的安培力方向向上，根据左手定则，可知方框内磁场方向垂直纸面向里。当电流反向，安培力变为向下时，再次平衡，说明安培力等于mg的一半，即

得

故选B。

5. 如图所示是圆盘发电机的示意图，铜盘安装在水平的铜轴上，它的盘面恰好与匀强磁场垂直，两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。若铜盘半径为L，匀强磁场的磁感应强度为B，回路的总电阻为R，从左往右看，铜盘以角速度沿顺时针方向匀速转动。则（　　）

A. 由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流

B. 回路中感应电流大小不变，为

C. 回路中感应电流方向不变，为

D. 回路中有周期性变化的感应电流

【答案】B

【解析】

【详解】A．将圆盘看成由无数条幅向分布的导体棒组成的，圆盘在外力作用下这些导体棒转动切割磁感线，从而产生感应电动势，出现感应电流，故A错误；

C．根据右手定则可知，电流从D点流出，流向C点，因此电流方向为从D向R再到C，即为C→D→R→C，故C错误；

BD．根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势为

产生的感应电动势大小不变，感应电流大小不变，由闭合电路的欧姆定律可知，感应电流大小为

故B正确，D错误。

故选B。

二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）

6. 如图所示是质谱仪的工作原理示意图；带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内有相互正交的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B、电场的电场强度为E，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片，其中OP与速度选择器的极板平行。平板S下方有磁感应强度大小为的匀强磁场，方向垂直于纸面向外，通过狭缝P的粒子最终打在胶片上的D点，且，不计带电粒子所受的重力及粒子间的相互作用力，下列表述正确的是（　　）

A. 速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里

B. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

C. 该粒子的比荷

D. 若改变加速电场的电压U，粒子一定能通过狭缝P打在胶片上

【答案】BC

【解析】

【详解】AB．能通过狭缝P的带电粒子，在通过速度选择器时做直线运动，则有

解得

根据加速电场可知，粒子带正电，则粒子在速度选择器中受到的电场力向右，则粒子受到洛伦兹力向左，由左手定则可知，速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外，故B正确，A错误；

C．打在D点的粒子，在平板S下方有磁感应强度大小为的匀强磁场中匀速圆周运动，由几何知识可知，做匀速圆周运动的半径为

则由洛伦兹力提供向心力

代入速度v可得

故C正确；

D．若改变加速电场的电压U，则粒子进入速度选择器的速度发生变化，当速度不等于时，粒子不能沿直线通过选择器，即粒子不能通过狭缝P打在胶片上，故D错误。

故选BC。

7. 图甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈的电阻r=1Ω，外接灯泡的电阻为5Ω。则（　　）

A. 在t=0.01s时刻，穿过线圈的磁通量的变化率最大

B. 理想电压表的示数为5V

C. 灯泡消耗的电功率为2.5W

D. 线圈转动产生电动势的表达式

【答案】BD

【解析】

【详解】A．在t=0.01s时刻，电动势为0，此时线圈处于中性面位置，穿过线圈磁通量最大，穿过线圈磁通量的变化率为零，故A错误；

B．电压表的示数为交流电的有效值，并且测量外电路电压，故

故B正确；

C．灯泡消耗的功率

故C错误；

D．电动势最大值为 ，周期为0.02s，则瞬时电动势的表达式为

故D正确。

故选BD。

8. 如图所示，水平光滑桌面上有一等边三角形金属线框，c点恰处于方向垂直于桌面向里的匀强磁场的边界上，在拉力F的作用下，线框以恒定速率通过匀强磁场区域，磁场的宽度大于线框的边长，且运动过程中始终与保持平行。在线框从开始进入磁场到完全进入磁场区域的过程中，下列四幅图中可正确反映线框中的感应电流I、热功率P、外力F以及通过线框横截面的电量q随时间t的变化规律的是（　　）

A.  B.

C.  D.

【答案】AC

【解析】

【详解】A．设线框进入磁场时的速度为v，总电阻为R，经过时间t，切割磁感线的导体棒的有效长度

此时的感应电动势

回路中的电流

整理可得

由于I与成正比，图像为一条过坐标原点的倾斜直线，A正确；

B．热功率

因此图像为抛物线的一部分，B错误；

C．线框所受安培力大小

外力F与安培力等大反向，因此外力F与成正比，图像为一条过坐标原点的倾斜直线，C正确；

D．通过线框横截面的电量

由于q与成正比，图像为一条过坐标原点的倾斜直线，D错误。

故选AC。

三、非选择题（本题共5小题，共52分）

9. 某同学用如图所示的实验器材探究电磁感应现象。他连接好电路并检查无误后，闭合电键的瞬间观察到电流表G指针向右偏转。电键闭合后，他还进行了下列操作：

（1）将滑动变阻器的滑动触头快速向接线柱C移动，电流计指针将___________（填“左偏”、“右偏”或“不偏”）；

（2）将线圈A中的铁芯快速抽出，电流计指针将___________（填“左偏”、“右偏”或“不偏”）；

（3）由实验得出产生感应电流的条件是___________。

【答案】    ① 右偏    ②. 左偏    ③. 穿过闭合回路磁通量变化

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1]在电键刚闭合时，回路中的电流增大，原线圈中电流产生的磁场增大，所以副线圈中的磁通量增大，此时电流表指针右偏；电键闭合后滑动变阻器的滑动触头迅速向接线柱C移动时，接入电路的有效电阻减小，所以回路中的电流增大，原线圈中的电流产生的磁场增大，穿过副线圈的磁通量增大，所以指针偏转的方向向右偏；

（2）[2]保持滑动变阻器的滑动触头不动，迅速向上提线圈A，穿过副线圈的磁通量减小，根据楞次定律可得，此时的感应电流的方向与开始时感应电流的方向相同，指针偏向左偏；

（3）[3]由实验得出产生感应电流的条件是穿过闭合回路磁通量变化。

10. 双缝干涉实验装置如图所示，光源发出的光经滤光片（装在单缝前）成为单色光，把单缝照亮。单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮。来自双缝的光在双缝右边的空间发生干涉。遮光筒的一端装有毛玻璃屏，我们可以在这个屏上观察到干涉条纹，并根据测量的量计算出光的波长。

（1）为了使射向单缝的光更集中，图1中仪器A是______（填“凹透镜”或“凸透镜”）。

（2）用测量头测量条纹间的距离：先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图2所示；然后转动测量头，使分划板中心刻线与第n条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图3所示。图2读数______mm，图3读数______mm。

（3）用刻度尺测量双缝到光屏的距离L，已知双缝的间距d。

（4）根据以上实验数据，求得单色光波长的表达式为______（用第（2）（3）中的字母表示）。

【答案】    ①. 凸透镜    ②. 1.700    ③. 9.200    ④.

【解析】

【详解】（1）[1]为了使射向单缝的光更集中，图1中仪器A是凸透镜；

（2）[2][3]根据图2、3可知

（4）[4]相邻两条亮纹间距的表达式为

根据

联立可得

11. 如图甲所示，匝数为100的线圈，总阻值为1Ω（为表示线圈的绕向，图中只画了2匝），A、B两端间接有一个4Ω的电阻R。线圈内有垂直指向纸内方向的磁场。线圈中的磁通量按如图乙所示的规律变化，求：

（1）线圈中感应电流的方向是顺时针还是逆时针，A，B两点哪点的电势高；

（2）R两端的电压是多大。

【答案】（1）逆时针方向，A；（2）

【解析】

【详解】（1）由楞次定律判定知感应电流方向为逆时针方向，线圈等效于电源，而电源中电流由低电势流向高电势，故A端的电势高于B端电势；

（2）由图得到，磁通量的变化率为

根据法拉第电磁感应定律得

由闭合电路欧姆定律

R两端的电压

12. 如图所示的平面直角坐标系XOY，在第Ⅱ象限内有沿Y轴负方向的匀强电场,电场强度大小为E，第Ⅲ象限有沿X轴正方向的匀强电场，电场强度大小也为E，第Ⅳ象限有垂直于纸面向里的匀强磁场．第Ⅱ象限内（-L,L）处有一质量为m、带电量为q的带正电的粒子从静止开始释放．（不计粒子的重力）求：

(1)粒子第一次经过X轴时速度V1大小；

(2)粒子经过Y轴负半轴时速度方向与Y轴负半轴之间的夹角θ；

(3)若粒子经磁场后从X轴上的P点（2L,0）处飞出，求磁感应强度大小B.

【答案】（1） （2）45o（3）

【解析】

【分析】（1）带电粒子在第二象限内做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律结合运动公式求解粒子第一次经过X轴时速度v1的大小；（2）带电粒子以v1的速度进入第三象限，做类平抛运动，根据平抛运动的规律求解粒子经过Y轴负半轴时速度方向与Y轴负半轴之间的夹角θ；（3）带电粒子进入磁场后做匀速圆周运动，由几何关系求解半径，由洛伦兹力提供向心力列式求解B.

【详解】（1）带电粒子在第二象限内做匀加速直线运动：

从静止开始，由运动学公式：

化简可得：

（2）带电粒子以的速度进入第三象限，做类平抛运动：

X方向上：  

可求第三象限内运动时间：

打出第三象限时X方向上分速度：  

此时速度方向与Y轴负半轴夹角θ：θ=      所以θ=45o 

（3）带电粒子在电场中偏转，出射速度 

沿Y轴方向位移：   

带电粒子进入磁场后由洛伦兹力提供向心力：

带电粒子从P点打出磁场，由几何知识可知： 

化简可得：

【点睛】本题考查带电粒子在组合场中的运动，解题关键是要画出粒子轨迹过程图，加速场运用动能定理或者用牛顿第二定律求解，磁场中的圆周运动运用洛伦兹力提供向心力结合几何关系求解．

13. 如图所示，两根金属平行导轨MN和PQ放在水平面上，左端向上弯曲且光滑，导轨间距为L，电阻不计。水平段导轨所处空间有两个有界匀强磁场，相距一段距离不重叠，磁场Ⅰ左边界在水平段导轨的最左端，磁感强度大小为B，方向竖直向上；磁场Ⅱ的磁感应强度大小为2B，方向竖直向下。质量均为m、电阻均为R的金属棒a和b垂直导轨放置在其上，金属棒b置于磁场Ⅱ的右边界CD处。现将金属棒a从弯曲导轨上某一高处由静止释放，使其沿导轨运动。设两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。

(1)若水平段导轨粗糙，两金属棒与水平段导轨间的最大摩擦力均为，将金属棒a从距水平面高度h处由静止释放。求：

①金属棒a刚进入磁场Ⅰ时，通过金属棒b的电流大小；

②若金属棒a在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒b能在导轨上保持静止，通过计算分析金属棒a释放时高度h应满足的条件；

(2)若水平段导轨是光滑的，将金属棒a仍从高度h处由静止释放，使其进入磁场Ⅰ。设两磁场区域足够大，求金属棒a在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒b中可能产生焦耳热的最大值。

【答案】（1）①；②   ；    （2）

【解析】

【详解】（1）① a棒从h0高处释放后在弯曲导轨上滑动时机械能守恒，有

   ①

解得：

  ②

a棒刚进入磁场I时

  ③

此时通过a、b的感应电流大小为

解得：

④

② a棒刚进入磁场I时，b棒受到的安培力大小

   ⑤

为使b棒保持静止必有

  ⑥

由④ ⑤ ⑥联立解得：

⑦

（2）由题意知当金属棒a进入磁场I时，由左手定则判断知a棒向右做减速运动；b棒向左运动加速运动．二者产生的感应电动势相反，故当二者的感应电动势大小相等时闭合回路的电流为零，此后二者均匀速运动，故金属棒a、b均匀速运动时金属棒b中产生焦耳热最大，设此时a、b的速度大小分别为 与 ，由以上分析有：

BL =2BL ⑧

对金属棒a应用动量定理有：

⑨

对金属棒b应用动量定理有:

⑩

联立⑧⑨⑩解得

；

由功能关系得电路产生的总电热为：

故金属棒b中产生焦耳热最大值为