2021-2022学年北京市第四中学顺义分校高二（下）期中物理试题含解析

北京市第四中学顺义分校2021-2022学年度第二学期

高二物理期中试卷

第一部分（选择题  共48分）

一、选择题（共16个小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。）

1. 北京时间2022年4月16日9时56分，神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，现场医监医保人员确认航天员翟志刚、王亚平、叶光富身体状态良好，神舟十三号载人飞行任务取得圆满成功。神舟十三号载人飞船在轨过程是绕地心做匀速圆周运动，神舟十三号载人飞船在该过程中（　　）

A. 速度不变 B. 加速度不变 C. 动能不变 D. 动量不变

【1题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】A．速度是矢量，既有大小也有方向，飞船在做匀速圆周运动，速度的方向应是轨迹在该点的切线方向，所以时刻在变，即做圆周运动的物体速度是变量，A错误；

B．做匀速圆周运动的物体，加速度方向时刻指向圆心，即时刻改变，即做圆周运动的物体加速度是变量，B错误；

C．物体的动能为，是标量，只有大小没有方向，速度的大小没变，所以动能没变，C正确；

D．物体的动量为，是矢量，既有大小也有方向，其方向与速度方向相同，因为速度方向时刻在变，所以动量的方向也时刻在变，即做圆周运动的物体动量是变量，D错误。

故选C。

2. 如图所示的各图像中表示交变电流的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【2题答案】

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】大小和方向随时间做周期性变化的电流，称为交变电流，A、B、C三幅图中的电流大小虽然变化，但方向不随时间做周期性变化，不是交流电。

故选D。

3. 如图所示，矩形线框在匀强磁场中做的各种运动，能够产生感应电流的是（  ）

A.  B.

C.  D.

【3题答案】

【答案】B

【解析】

【详解】A项：线框在匀强磁场中运动时，穿过线框的磁感线条数不变，即磁通量不变，没有感应电流产生，故A错误；

B项：线框在磁场中转动时，穿过线框的磁通量发生变化，产生感应电流，故B正确．

CD项：线框与磁场平行，穿过线框的磁通量为零，当线框向右平动时，磁通量保持为零，没有变化，所以没有感应电流产生，故CD错误．

故选B．

4. 某旋转电枢式交流发电机，当转子的旋转角速度为ω时，其产生的电动势随时间变化的关系式为。那么当转子的旋转角速度减为时，其产生的电动势随时间变化的关系式为（　　）

A.  B.

C.  D.

【4题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】线圈中产生的感应电动势的最大值为

当转子的旋转角速度减为时，感应电动势的最大值变为

电动势随时间变化关系式变为

故选A。

5. 体操运动员在落地时总要屈腿，这样做可以(    )

A. 减小地面对于腿的冲量 B. 减小人的动能变化量

C. 减小人的动量变化量 D. 减小地面对腿的冲击力

【5题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】落地时屈退，这样可以增加脚与地接触的时间，根据动量定理得：

得：

当时间增大时，冲量和动量的变化量都不变，动能的变化量也不变；动量的变化率减小，即地面对脚的作用力减小.

A．描述与分析不符，故A错误

B．描述与分析不符，故B错误.

C．描述与分析不符，故C错误.

D．描述与分析相符，故D正确.

6. 一正弦式交变电流的i - t图像如图所示。下列说法正确的是（　　）

A. 在t0.4 s时电流改变方向 B. 该交变电流的周期为0.5 s

C. 该交变电流的表达式为 D. 该交变电流的有效值为

【6题答案】

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】A．由图可知t0.4 s时电流为正方向最大，电流方向没有发生变化，故A错误；

B．由图可知，该交变电流的周期为T=0.4s，故B错误；

C．由图可知，电流的最大值为，角速度为

故该交变电流的表达式为

故C正确；

D．该交变电流的有效值为

故D错误。

故选C。

7. 如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，水平U型导体框左端连接一阻值为R的电阻，质量为m、电阻为r的导体棒ab置于导体框上。不计导体框的电阻、导体棒与框间的摩擦。ab以水平向右的初速度v0开始运动，最终停在导体框上。在此过程中 （　　）

A. 导体棒做匀减速直线运动 B. 导体棒中感应电流的方向为

C. 电阻R消耗的总电能为 D. 导体棒克服安培力做的总功小于

【7题答案】

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】AB．导体棒向右运动，根据右手定则，可知电流方向为b到a，再根据左手定则可知，导体棒向到向左的安培力，根据法拉第电磁感应定律，可得产生的感应电动势为

感应电流为

故安培力为

根据牛顿第二定律有

可得

随着速度减小，加速度不断减小，故导体棒不是做匀减速直线运动，故AB错误；

C．根据能量守恒定律，可知回路中产生的总热量为

因R与r串联，则产生的热量与电阻成正比，则R产生的热量为

故C正确；

D．整个过程只有安培力做负功，根据动能定理可知，导体棒克服安培力做的总功等于，故D错误。

故选C。

8. 质量为m的运动员托着质量为M的杠铃从下蹲状态（图甲）缓慢运动到站立状态（图乙），该过程杠铃和人的肩部相对位置不变，运动员保持乙状态站立△t时间后再将杠铃缓慢向上举，至双臂伸直（图丙），甲到乙，乙到丙过程中，上举杠铃经历的时间分别为t1、t2，则在举起杠铃的整个过程中（　　）

A. 地面对运动员的冲量为0

B. 地面对运动员的冲量为

C. 运动员对杠杆的冲量为

D. 运动员对杠杆的冲量为

【8题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】因缓慢运动，则为平衡状态，则地面对运动员力为（M+m）g，作用时间为（t1+t2+△t），则其冲量为I＝（M+m）g（t1+t2+△t），故AB错误．运动员对杠铃的力为Mg，其冲量为I′＝Mg（t1+t2+△t），故C正确，D错误．

9. 如图所示，一正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，沿观察，线圈逆时针转动，已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，总电阻为R，转动的角速度为，则当线圈转至图示位置时（　　）

A. 线圈中感应电流方向为 B. 线圈中感应电流为

C. 穿过线圈的磁通量的变化率为0 D. 线圈边所受的安培力的大小为

【9题答案】

【答案】B

【解析】

【详解】A．图示时刻，ab速度方向向外，cd速度方向向里，根据右手定则判断出ad中感应电流方向为b→a，cd中电流方向为d→c，线圈中感应电流的方向为adcba，故A错误；

B．线圈中的感应电动势为

E=nBSω=nBl2ω

线圈中的感应电流

故B正确；

C．图示时刻线圈与磁场平行，感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律可知磁通量的变化率最大，而不是为零，故C错误；
D．线圈ab边所受安培力大小

故D错误。

故选B。

10. 如图所示，光滑的水平地面上有一辆平板车，车上有一个人．原来车和人都静止．当人从左向右行走的过程中（　　）

A. 人和车组成的系统水平方向动量不守恒

B. 人和车组成的系统机械能守恒

C. 人和车的速度方向相同

D. 人停止行走时，人和车的速度一定均为零

【10题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】A.人和车组成的系统水平方向不受外力作用，所以人和车组成的系统水平方向动量守恒，故A错误；

B.对于人来说，人在蹬地过程中，人受到的其实是静摩擦力，方向向右，人对车的摩擦力向左，人和车都运动起来，故摩擦力做功，所以人和车组成的系统机械能不守恒，故B错误；

C.当人从左向右行走的过程中，人对车的摩擦力向左，车向后退，即车向左运动，速度方向向左，故C错误；

D.由A选项可知，人和车组成的系统水平方向动量守恒，由题意系统出动量为零，所以人停止行走时，系统末动量为零，即人和车的速度一定均为零，故D正确。

故选D。

11. 从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 Ω，用110 V和11 kV 两种电压输电．两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为(　　)

A. 100∶1 B. 1∶100 C. 1∶10 D. 10∶1

【11题答案】

【答案】A

【解析】

【分析】根据P=UI求出输电电流，结合U=IR求两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失.

【详解】输电线路上电流，损失的电压，故采取不同电压损失的电压之比为；故选A.

【点睛】解决本题的关键知道输送功率与输送电压、电流的关系，知道采用高压输电，可以求得损失的电压.

12. 在水平地面上有一木块，质量为m，它与地面间的滑动摩擦系数为μ。物体在水平恒力F的作用下由静止开始运动，经过时间t后撤去力F物体又前进了时间2t才停下来．这个力F的大小为

A. μmg B. 2μmg C. 3μmg D. 4μmg

【12题答案】

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】在F作用下的加速度为

撤去F后的加速度大小为

根据

知，因为加速的时间和减速的时间之比为

则匀加速和匀减速运动的加速度大小为

所以

解得

故ABD错误，C正确。

故选C。

13. 图为演示自感现象实验装置的电路图，电源的电动势为E，内阻为r．A是灯泡，L是一个自感系数很大的线圈，线圈的直流电阻小于灯泡A正常发光时的电阻．实验时，闭合开关S，电路稳定后，灯泡A正常发光．下列说法正确的是

A. 闭合开关S，电路稳定后，灯泡A中电流等于线圈L中电流

B. 闭合开关S，电路稳定后，灯泡A中电流大于线圈L中电流

C. 电路稳定后突然断开开关S，灯泡A立即熄灭

D. 电路稳定后突然断开开关S，灯泡A闪亮一下再熄灭

【13题答案】

【答案】D

【解析】

【分析】开关由闭合到断开瞬间,A灯立即熄灭,通过线圈的电流减小,线圈产生自感电动势,再根据楞次定律分析灯亮度如何变化.

【详解】由于线圈的直流电阻小于灯泡A正常发光时的电阻，所以电路稳定时，流过线圈的电流大于灯泡的电流，在突然断开时由于线圈的自感作用，线圈相当于电源，对灯泡提供电流，所以灯泡不会马上熄灭，并且流过灯泡的电流大于原来灯泡的电流，所以灯泡会闪亮一下，故ABC错；D对；

故选D

【点睛】线圈的作用：在闭合电路时由于自感作用相当于一个大电阻；在稳定时相当于一个电阻为R的正常电阻，在断开电源时相当于一个电源对别的用电器提供电流．

14. 如图所示是通过变压器降压给用户供电的示意图。负载变化时变压器输入电压基本保持不变。输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用表示，开关S闭合后，相当于接入电路中工作的用电器增加。如果变压器上的能量损失可以忽略，则开关S闭合后，以下说法不正确的是（　　）

A. 电表示数与示数的比值不变 B. 电表示数不变，示数增大

C. 输电线的电阻消耗的功率增大 D. 流过电阻的电流减小

【14题答案】

【答案】B

【解析】

【详解】A．电表示数与示数的比值即原副线圈的电压比，等于匝数之比，所以比值不变，故A正确，不符合题意；

B．因为输入电压几乎不变，原副线圈的电压比等于匝数之比，则副线圈的电压几乎不变，闭合开关后，副线圈总电阻减小，副线圈电压不变，则副线圈电流增大，即A2示数增大，原副线圈电流之比等于匝数之反比，所以电表A1示数也增大，故B错误，符合题意；

C．由于A2示数增大，所以流过输电线的电阻R0的电流增大，根据

则输电线的电阻R0消耗的功率增大，故C正确，不符合题意；

D．闭合开关，电压表V2示数不变，副线圈电流增大，R0两端电压增大，根据串联分压得R1两端电压减小，所以流过电阻R1的电流减小，故D正确，不符合题意。

故选B。

15. 如图所示，M、N为两个用同种材料同规格的导线制成的单匝闭合圆环线圈，其圆环半径之比为2：1，两线圈置于同一个垂直于环面向里的匀强磁场中。若不考虑线圈之间的相互影响，当匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增大时，下列判断中正确的是（　　）

A. 两线圈中感应电动势之比EM：EN=2：1

B. 两线圈中感应电流之比IM：IN=1：1

C. 两线圈中感应电流的功率之比PM：PN=8：1

D. 两线圈中感应电流的方向均为顺时针方向

【15题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据法拉第电磁感应定律有

由题知圆环半径之比

所以

选项A错误；

B．根据电阻定律有

所以电阻之比

则两线圈中感应电流之比

选项B错误；

C．两线圈中感应电流的功率之比

选项C正确；

D．当匀强磁场的磁感应强度随时间均匀增大时，根据楞次定律和右手螺旋定则可知两线圈中感应电流的方向均为逆时针方向，选项D错误。

故选C。

16. 电子感应加速器是利用感应电场来加速电子的一种设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成，当电磁铁通以变化的电流时，会在柱形电磁铁的两极间产生磁场，在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道，如图所示（图中上部分为主视图、下部分为俯视图）。当磁场发生变化时，产生的感应电场就会不断加速电子，电子在真空管中沿逆时针方向做圆周运动。下列说法正确的是（　　）

A. 感生电场的方向为顺时针方向 B. 感生电场的方向为逆时针方向

C. 电磁铁中通入的电流应保持不变 D. 电磁铁中通入的电流应越来越弱

【16题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】AB．电子在真空管中沿逆时针方向做圆周运动，即电子受电场力方向为逆时针方向，根据电子所受电场力方向与电场方向相反，可知感生电场的方向为顺时针方向。故A正确，B错误；

CD．由于电场方向为顺时针，所以感应电流方向为顺时针，可知感应电流的磁场方向向下，和原磁场方向相反，结合楞次定律可知原磁场增强，所以电磁铁中通入的电流应越来越强。故CD错误。

故选A。

第二部分（实验、论述和计算题  共52分）

二、实验题（共16分）

17. 某同学用如图所示的实验器材来探究产生感应电流的条件．

（1）图中已经用导线将部分器材连接，请补充完成图中实物间的连线________．

（2）若连接好实验电路并检查无误后，闭合开关的瞬间，观察到电流计指针发生偏转，说明线圈______（填“A”或“B”）中有了感应电流．开关闭合后，他还进行了其他两项操作尝试，发现也产生了感应电流，请写出两项可能的操作：

①_________________________________；

②_________________________________．

【17题答案】

【答案】    ①.     ②. （2）B；     ③. 将滑动变阻器的滑片快速滑动；    ④. 将线圈A（或铁芯）快速抽出；断开开关的瞬间．

【解析】

【分析】感应电流产生的 条件：穿过闭合线圈的磁通量发生变化，所以要想探究这个问题就要从这个条件出发，尽可能的改变穿过线圈B的磁通量，达到电流计发生偏转的效果．

【详解】（1）连接实物图如图所示：

（2）闭合开关的瞬间，观察到电流计指针发生偏转，说明线圈B中有了感应电流，

根据感应电流产生的 条件：穿过闭合线圈的磁通量发生变化即可，所以要想是电流计指针发生偏转，则还可以采取的措施为：将线圈A（或铁芯）快速抽出；断开开关的瞬间

18. 如图1所示，在“验证动量守恒定律”实验中，A、B两球半径相同。先让质量为m1的A球从斜槽上某一固定位置C由静止开始滚下，从轨道末端抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把质量为m2的B球放在水平轨道末端，让A球仍从位置C由静止滚下，A球和B球碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次。M、P、N为三个落点的平均位置，未放B球时，A球的落点是P点，O点是轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图2所示。

（1）为了尽量减小实验误差，A球碰后要沿原方向运动，两个小球的质量应满足m1________m2（选填“>”或“<”）。

（2）实验中，不容易直接测定小球碰撞前后的速度。但是，可以通过仅测量______(填选项前的符号)，间接地解决这个问题。

A.小球开始释放高度h

B.小球抛出点距地面的高度H

C.小球做平抛运动的水平位移

（3）关于本实验的条件和操作要求，下列说法正确的是________。

A.斜槽轨道必须光滑

B.斜槽轨道末端必须水平

C.B球每次的落点一定是重合的

D.实验过程中，复写纸和白纸都可以移动

（4）已知A、B两个小球的质量m1、m2，三个落点位置与O点距离分别为OM、OP、ON。在实验误差允许范围内，若满足关系式________，则可以认为两球碰撞前后的总动量守恒。

【18题答案】

【答案】    ①. ＞    ②. C    ③. B    ④.

【解析】

【详解】(1)[1]碰撞过程中动量、能量均守恒，因此有

因此有

因此要使入射小球m1碰后不被反弹，应该满足

(2)[2]验证动量守恒定律实验中，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的，根据平抛运动规律，若落地高度不变，则运动时间不变，因此可以用水平射程大小来体现水平速度大小，故需要测量水平射程，AB错误，C正确；

故选C；

(3)[3]实验中，斜槽轨道不一定需要光滑，但是斜槽轨道末端必须水平，保证小球做平抛运动，实验中，复写纸和白纸位置不可以移动，B球每次的落点不一定是重合的，ACD错误，B正确。

故选B；

(4)[4]根据平抛运动可知，落地高度相同，则运动时间相同，设落地时间为t,则

,,

而动量守恒的表达式是

若两球相碰前后的动量守恒，则需要验证表达式

即可。

三、论述和计算题（4个题，共36分）解答要求：写出必要的文字说明、方程式、演算步骤和答案。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

19. 如图所示，一台理想变压器原、副线圈匝数之比。原线圈接在电压（V）的交流电源上，副线圈接R=5.5Ω的电阻。若电流表和电压表均可视为理想电表，求：

（1）电压表的示数；

（2）电流表的示数。

【19题答案】

【答案】（1）22V；（2）0.4A

【解析】

【详解】（1）原线圈接在电压（V）的交流电源上，则有效值

U1=220V

设副线圈电压的有效值为U2，则有

电压表的示数

U2=22V

（2）副线圈中电流的有效值

根据变压器原副线圈电流比关系有

所以电流表的示数

20. 高楼时代，高空坠物已成为危害极大的社会安全问题，由物理学知识可知，即使是很小的物体从高处坠落也可能对人造成严重的伤害。设一个的鸡蛋从16楼的窗户自由落下，相邻楼层的高度差约为，鸡蛋下落起点距地面的高度约为，鸡蛋撞击地面后速度减为0。为便于估算，不计空气阻力，不计与地面撞击过程中鸡蛋的重力，g取。

（1）求鸡蛋与地面撞击前的速度大小；

（2）若鸡蛋与地面撞击的时间为，求鸡蛋对地面的平均冲击力的大小F。

【20题答案】

【答案】（1）；(2) 500N

【解析】

【详解】（1）根据机械能守恒定律有

代入数据，可得鸡蛋下沿着地时的速度为

(2)鸡蛋的重力比较小，可以忽略不计， 以向下为正方向，根据动量定理  

撞击过程中地面对鸡蛋的平均冲击力,根据

解得

根据牛顿第三定律可知，鸡蛋对地面的平均冲击力大小F为500N。

21. 如图所示，小物块A、B的质量均为m = 0.10 kg，B静止在轨道水平段的末端。A以水平速度v0与B碰撞，碰后两物块粘在一起水平抛出。抛出点距离水平地面的竖直高度为h = 0.45 m，两物块落地点距离轨道末端的水平距离为s = 0.30 m，取重力加速度g = 10 m/s2。求：

（1）两物块在空中运动的时间t；

（2）两物块碰前A的速度v0的大小；

（3）两物块碰撞过程中损失的机械能。

【21题答案】

【答案】（1）0.30 s；（2）；（3）

【解析】

【分析】

【详解】（1）竖直方向为自由落体运动，由

得

t = 0.30 s

（2）设A、B碰后速度为，水平方向为匀速运动，由

得

根据动量守恒定律，由

得

（3）两物体碰撞过程中损失的机械能

得

22. 如图所示，足够长的U形光滑导体框水平放置，宽度为L，一端连接的电阻为R，导体框所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为。电阻为r的导体棒放在导体框上，其长度恰好等于导体框的宽度，且相互接触良好，其余电阻均可忽略不计。导体棒在水平拉力的作用下以速度v向右匀速运动。

（1）请根据法拉第电磁感应定律推导证明：导体棒匀速运动时产生的感应电动势的大小；

（2）求回路中感应电流I和导体棒两端的电压U；

（3）当导体棒匀速运动到某一位置时，突然撤掉这个水平拉力，并同时使磁感应强度的大小随时间按照某种规律发生变化，发现此导体棒依然能够沿着框架向右以速度v保持匀速运动。某同学对该磁感应强度B随时间t变化的规律进行了各种猜想，其示意图如下：

请你判断可能正确的是哪一种？并说明你的判断理由。

【22题答案】

【答案】（1）见解析；（2），；（3）见解析

【解析】

【详解】（1）根据法拉第电磁感应定律有

式中MN与导轨组成闭合回路，其中匝数

n=1

在闭合回路内有

ΔΦ=B0LΔx

Δt内MN运动的距离

Δx=vΔt

所以有

E=B0Lv

（2）MN运动产生电动势

E=B0Lv

根据闭合电路欧姆定律有

解得

由路端电压U=IR得

（3）可能正确的为C图。

理由：因导体棒匀速运动，合力为零，在水平方向上没有外力，所以安培力也为零，所以电路中没有感应电流，所以闭合回路内的磁通量保持不变。

设撤掉水平拉力时，金属棒离开左侧边框的距离为，有

BL(x0+vt)=B0Lx0

解得

式中B0、和v均为常数。

可见B和t为非线性的减函数关系，且以时间t轴为渐近线。