2021北京人大附中高二（上）期末物理

2021北京人大附中高二（上）期末

物    理

制卷人：段宝维  审卷人：刘永进

说明：本练习共四道大题，20道小题，共8页，满分120分，考试时间90分钟；请在答题纸的指定区域内答题，只交答题纸

一．单项选择题：本题共10小题，每小题4分，共计40分，每小题只有一个选项符合题意。

1．下列物理量与其单位的对应关系，不正确的一组是：

A.磁感应强度单位——特斯拉     B.磁通量单位——韦伯

C.磁通量变化率单位——伏特     D.自感系数单位——安培每秒

2．如右图所示，甲乙丙三套装置完全一样，都放置在磁感应强度大小相等的匀强磁场中。导电导轨、导体棒都在同一平面内，相互垂直，电源有一定内阻。甲乙两套装置的平面水平，丙轨道平面与水平面夹角θ；磁场甲图竖直向上、乙图与水平面夹θ角、丙与导轨平面垂直。但三个导体棒都静止，则：

A.甲图中导体棒对导轨压力最大   B.乙图中导体棒对导轨压力最大

C.乙图中轨道对棒的摩擦力最大   D.丙图中轨道对棒的摩擦力一定沿轨道向下

3.在匀强磁场中，一个100匝的闭合短形金属线圈，绕于磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则

A．t＝0时，线圈平面过中性面

B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向

C．t＝1.5s时，线圈中的感应电动势最大

D．一个周期内，线圈产生的热量为8π2

4．如图所示为某交变电流随时间变化的图象。则此交变电流的有效值为

A.  B. /2   C. 3/4   D.3/2

5．如图所示，在铁芯P上绕着上下两个线圈a和b，匝数分别为n1＝800和n2＝200，上线圈a两端与u＝100sin314tV的交流电源相连，将下线圈b两端接交流电压表，考虑到漏磁，则

A.若上线圈输入正弦交变电流，下线圈可输出恒定电流

B.若上线圈输入恒定电流，穿过下线圈的磁通量为零

C.电压表读数不可能为25V 

D.电压表读数可能为25V

6.某一个带有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为U1；B为速度选择器，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B1；B的两板间距离为d，电场方向向左或向右未知；C为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器B，然后进入分离器做匀速圆周运动，下列分析正确的是：

A.该粒子不一定带正电

B.B区域中电场方向可能向右

C.增大U1并相应减小B1，粒子才可能仍然沿直线通过B

D.增大U1并相应改变B1，使粒子仍然沿直线通过B，在C中的半径可能不变

7.如图所示是霍尔元件的工作原理图，该霍尔元件的工作面的左右长度为a，前后宽度为b，上、下两个工作面之间的距离为h。在人大附中操场水平放置该霍尔元件，给元件通入图示方向的恒定电流I，并使电流方向从南向北，在C、D两侧面接一个理想电压表。则下列判断中正确的是（  ）

A.电压表的正接线柱一定要与元件侧面C相连

B.其他条件不变，仅增大工作面宽度b，电压表示数会增大

C.其他条件不变，仅增大元件的长度a，电压表示数不变

D.根据电压表读数UCD及题中已知量a、b、h、I可以测得操场地磁场的竖直方向磁感应强度

8．如图甲所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图乙所示的变化电流，设t＝0时电流沿逆时针方向（图中箭头所示）。关于线圈B的电流方向和所受安培力产生的效果，下列说法中正确的是(  )

A.在O＜t＜t1时间内，有顺时针方向的电流，且有收缩的趋势

B.在0＜t＜t1时间内，有逆时针方向的电流，且有扩张的趋势

C.在t1＜t＜t2时间内，有顺时针方向的电流，且有收缩的趋势

D.在t1＜t＜t2时间内，有逆时针方向的电流，且有扩张的趋势

9．如图所示，MN和PQ为平行的水平固定放置的光滑金属导轨，导轨电阻不计，ab、cd为两根质量均为m的导体棒，垂直于导轨放置且保持良好接触，两导体棒的电阻相同，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，设导轨足够长，磁场范围足够大，原来两导体棒都静止，当ab棒受到瞬时冲量I而向右运动，若两棒始终不相碰，则（  ）

A.cd棒先向右做加速运动，然后做减速运动

B.cd向右做匀加速运动，然后做匀速运动

C.ab棒和cd棒最终将以I／2m的速度向右匀速运动

D.从开始到ab、cd中电流为0，ab棒产生的焦耳热为I2／4m

10.1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“阿拉果圆盘实验”，实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图所示，实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后，下列说法正确的是（ ）

A.因为穿过圆盘的磁通量不变，圆盘上没有感应电流

B.穿过整个圆盘的磁通量发生了变化从而产生沿圆盘边缘的环形电流

C.圆盘内局部面积的磁通量变化产生感应电流，从而产生磁场导致磁针转动

D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成了环形电流，此电流产生的磁场导致磁针转动

二．多项选择题：本题共5小题，每小题4分，共20分。每小题有至少两个选项符合题意，全部得对的得4分，选不全的得2分，有错选或不答的得0分。

11．如图所示电路中，A1、A2、A3为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3的阻值相同，线圈L的电阻不计，在某段时间内理想变压器原线圈电压u＝Umsin100ωt变化，三个电流表读数相同（  ）

A.只增大Um，三个电流表读数都增大

B.只增大ω，三个电流表读数都增大

C.u变化规律不变，增加原线圈匝数，三个电流表的示数都增大

D.u变化规律不变，增加副线圈匝数，三个电流表的示数都增大

12．如图所示，用导线环绕在一金属块上许多匝，当导线中通以交变电流时，金属块中的磁通量会不断变化从而产生感应电流，这些电流的分布就像水中的漩涡一样，我们把它叫做涡电流，简称涡流。涡流会消耗电能产生热量，下列判断正确的有：                    

A.产生感应电动势的非静电力是涡旋电场给电荷的作用力

B.如果想增大涡流发热，可以仅增大金属材料的电阻率

C.如果想增大涡流发热，可以仅增加线圈的匝数

D.如果想增大涡流发热，在线圈电流强度不变的条件下，可以仅增大电流频率

13．如图所示，甲是回旋加速器的示意图，利用该装置我们可以获得高能粒子，其核心部分为处于恒定的匀强磁场中的两个所示的交流电压，其中T＝2πm／qB，并留有窄缝，粒子在狭缝中心附近的A点源源不断从粒子源源不断进入狭缝间，初速度可以忽略不计，通过狭缝时得到加速。忽略粒子的重力,忽略粒子在狭缝中运动的时间，忽略狭缝中的磁场，忽略粒子间的相互作用，下列说法正确的有：

A.粒子在电场中加速并获得能量  

B.粒子在磁场中获得能量

C.在0.1T时刻进入狭缝的粒子比0.25T时刻进入狭缝的粒子获得的最大动能小；

D. 若将交流电周期减小为πm／qB，回旋加速器将无法正常工作；

14．正切电流计是19世纪发明的一种仪器，它可以利用小磁针的偏转来测量电流。右图为其结构示意图，在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心0处，放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针（带有刻度盘）。线圈未通电流时，小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致，调整线圈方位，使其与静止的小磁针在同小磁针同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后，小磁针偏转了α角。已知仪器所在处地磁场的磁感应强度水平分量大小为Bc，已知环形线圈在环心处产生的磁场磁感应强度正比于电流强度，关于这个电流计，下列判断正确的是：

A.线圈中电流强度越大，α角越大，α角与电流I成正比

B.线圈中电流强度越大，α角越大，tanα与电流I成正比

C.在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角相同

D.在地球上的不同地方测同样大小的电流，α角不同

15．如图，矩形闭合线框在匀强磁场上方，由不同高度静止释放，用t1、t2分别表示线框ab边和cd边刚进入磁场的时刻。线框下落过程形状不变，ab边始终保持与磁场水平边界00＇平行，线框平面与磁场方向垂直。设00＇下方磁场区域足够大，不计空气影响，则下列哪一个图像可能反映线框下落过程中速度v随时间t变化的规律

三．填空作图题：本题共1小题，共三问，共10分。请将解答填写在答题卡相应的位置。

16．（1）在“探究影响感应电流方向的因素”实验中，某同学忘记记录图中甲乙丙丁四种情况中磁铁的运动情况，请你在每一个图中用箭头标记一下与感应电流方向相匹配的磁铁的运动方向。

16．（2）有界匀强磁场磁感应强度 B＝0.2T，宽度L1＝1m，一正方形均匀金属框边长L2＝3m，以v＝10m／s的速度匀速穿过磁场区，金属框平面始终保持和磁感线方向垂直，如图所示。画出金属框穿过磁场的过程中bc两端电压的Ubc-t图线（从cd边进入磁场开始计时）

16．（3）李辉同学想用如右所示电路测量某电感线圈的直流电阻（估计约2Ω），电源电压、电流表电压表量程都合适，电压表内阻远大于2Ω，电流表外接没问题，滑动变阻器阻值也合适。但在进行测量之前，同组的刘伟同学对电路分析后认为测量完成后直接断开开关会有问题，请你也帮李辉分析一下问题所在并给出改进方案。

存在问题：_____________________________________

改进方案：_____________________________________

四．计算题：本题共4小题，共计50分17、18题各15分，19、20题各10分。解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题目，答案中必须明确写出数值和单位。                     

17．如图所示，一个质量为m、电荷量为q、不计重力的带电粒子从x轴上的P点以速度v沿与x轴成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴射出第一象限。已知OP=a,

（1）判断粒子带电的正负并认真作图求出粒子运动轨迹半径；

（2）求出磁场磁感应强度的大小

（3）带电粒子穿过第一象限所用的时间；

18．某个小水电站发电机的输出功率为P1＝100kW，发电机的电压为100kw,U1＝250V。通过升压变压器升压后发电向远处输电，输电线的双线总电阻为R＝10Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220V。要求输电效率（即用户得到的功率与发电机发出的功率之比）达到96％，也就是说在输电线上损失的功率控制在4kW、用户得到的功率为96kW。为此需要设计两个变压器的匝数比。请你计算：

（1）升压变压器输入的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？   

（2）从升压变压器的输出端到降压变压器的输入端，输电线损失的电压为多少？

（3）两个变压器的匝数比各应等于多少？               

（4）如果用户增加用电设备（俗称“负载”）从而提高用电功率，而发电机也通过调整工作状态使U1不变而输入功率增大满足了用户需求，试分析此时输电效率是提高还是减小。

19．用质量为m、电阻率为p、横截面积为A的薄金属条制成边长为L的闭合正方形框aba＇b＇。如图所示，金属方框水平放在磁极的狭缝间，方框平面与磁场方向平行。

设匀强磁场仅存在于相对磁极之间，其他地方的磁场忽略不计。可认为方框的aa＇边和bb＇边都处在磁极之间，极间磁感应强度大小为B。方框从静止开始释放，其平面在下落过程中保持水平（不计空气阻力，方框也没与磁极发生接触）。

（1）已知方框下落高度为h时，其速度为vt（vt＜vm）。求在此过程中方框内产生的焦耳热；

（2）求方框下落的最大速度vm（设磁场区域在竖直方向足够长）；

（3）若将方框质量不变、换成截面积A／n的n匝线圈（总长度为4nL），并且将线圈首尾相连，求其下落的最大速度Vm＇与Vm的比值；

（4）有同学认为，既然方框平面与磁场平行，方框中的磁通量就始终为零，线框中不能产生感应电动势，是法拉第电磁感应定律错了吗？帮助同学解决这个困惑。

20．某试验列车按照设定的直线运动模式，利用计算机控制制动装置，实现安全准确地进站停车。制动装置（俗称“刹车”）包括电气制动和机械制动两部分。有关列车电气制动，可以借助右图模型来理解。图中水平平行金属导轨间距L，处于竖直方向的匀强磁场B中，金属棒MN沿导轨向右运动的过程，对应列车的电气制动过程，MN代表“列车”。回路中的电阻阻值为R，不计金属棒MN及导轨的电阻。

（1）分析电气制动产生的加速度大小随“列车”速度变化的关系，并求出“列车”从v0减速到0前进的距离；

（2）为了让“列车”以一开始进入磁场的加速度a0匀减速“进站”，可以配合机械制动，这相当于在“列车”上施加了一个变化的阻力，试写出这个阻力随时间变化的关系。

（3）使“列车”以a0匀减速进站，也可以将图中R换做某种智能充电系统（图中没有画出），使得MN产生的电动势以恒定电流I0给充电系统充电，试求“列车”最多能给这个系统充电的能量。