2021-2022学年辽宁省丹东市高二（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年辽宁省丹东市高二（上）期末物理试卷

1.     关于静电力、安培力与洛伦兹力，下列说法正确的是(    )

A. 电荷放入静电场中一定受静电力，正电荷所受静电力的方向与该处电场强度方向相同
B. 通电导线放入磁场中一定受安培力，安培力的方向与该处磁场方向垂直
C. 电荷放入磁场中一定受洛伦兹力，洛伦兹力的方向与该处磁场方向垂直
D. 电场力可以做正功、负功或者不做功，安培力和洛伦兹力永不做功

2.     如图所示，紧绕有闭合线圈的绝缘圆筒放在表面由非磁性材料制成的电子秤上，一条形磁铁极向下从圆筒正上方由静止释放后插入圆筒。空气阻力不计。对磁铁插入圆筒且未碰到电子秤表面的过程，下列说法正确的是(    )

A. 磁铁的加速度恒定
B. 磁铁的机械能减小
C. 通过电阻的电流方向如图中箭头所示
D. 与磁铁尚未运动时相比电子秤的示数减小

3.     如图所示，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻可忽略不计，a、b、c是三个相同的小灯泡，下列说法正确的是(    )

A. 开关S闭合时，c灯立即亮，a、b灯逐渐变亮
B. 开关S闭合，电路稳定后，b、c灯亮，a灯不亮
C. 开关S断开时，a灯立即熄灭，b、c灯逐渐熄灭
D. 开关S断开时，c灯立即熄灭，a、b灯逐渐熄灭
 

4.     某交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动时，磁通量随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是(    )

A. 1s内线圈中电流方向改变50次
B. 时，线圈平面与中性面重合
C. 时，磁通量变化率的绝对值为
D. 时，线圈中的感应电流最大
 

5.     如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为3：1，为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。下列说法正确的是(    )
    

A. 理想变压器输入、输出功率之比为3：1
B. 理想变压器原、副线圈中的电流之比为3：1
C. u随t变化的规律为
D. 若热敏电阻的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大

6.     如图甲所示，闭合矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。规定垂直纸面向外为磁场的正方向，顺时针为线框中感应电流的正方向，水平向右为安培力的正方向。关于线框中感应电流i随时间t变化的图像以及ad边所受安培力F随时间t变化的图像，下列选项中正确的是(    )

A.  B.
C.  D.

7.     一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体即高温下电离的气体，含有大量正、负电粒子喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和负载连接，A、B就是一个直流电源的两个电极。若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，等效内阻为r，负载电阻为R。下列说法正确的是(    )

A. A板带正电，B板带负电 B. 磁流体发电机的电动势是Bv
C. 磁流体发电机的总功率为 D. 磁流体发电机的输出功率为

8.     有一横截面积为S的铜导线，流经其中的电流为I，设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为q，此时电子的定向移动速度为v，在时间内，通过导线横截面的自由电子数目可表示为(    )

A. nvS B.  C.  D.

9.     如图所示，圆心角为的扇形区域MON内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，P点为半径OM的中点。现有比荷相等的两个带电粒子a、b，以不同的速率先后从P点沿ON方向射入磁场，粒子a从M点射出磁场，粒子b从N点射出磁场，不计两粒子重力及粒子间相互作用。下列说法正确的是(    )

A. 粒子a带正电，粒子b带负电 B. 粒子a在磁场中运动时间较长
C. 粒子a、b的角速度之比为1：5 D. 粒子a、b的加速度大小之比为1：5

10. 如图所示，在光滑的水平面上方有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的竖直匀强磁场区域，磁场宽度均为L。一个边长为L、电阻为R的单匝正方形金属线框，在水平外力作用下沿垂直磁场方向匀速运动，线框的速度始终为v，从位置I运动到位置线框分别有一半面积在两个磁场中时，下列说法正确的是(    )

A. 此过程中线框产生的感应电动势始终为BLv
B. 在位置Ⅱ时外力F为
C. 在位置Ⅱ时线框中的电功率为
D. 此过程中通过导线横截面的电荷量为0

11. 某物理兴趣小组为了测量一金属丝的电阻率。
    
    先用多用电表粗测其电阻为，然后用螺旋测微器测其直径为d，用游标卡尺测其长度，如图甲所示，L为______ cm。
    为了尽可能准确测量其电阻，电源选用两节干电池，测量数据从零开始，请完成实物图乙的连线；
    若通过多次测量得到的电阻的图线为过原点的直线，斜率为k，由d表示电阻丝的直径，L表示电阻丝的长度，其电阻率的表达式为______。
12. 某实验探究小组利用下列实验器材测量电池的电动势和内阻。
    A.待测电池电动势约，内阻r较小
    B.灵敏电流表量程，内阻
    C.电阻箱
    D.各种型号的定值电阻
    E.开关及导线若干
    
    为了满足实验要求，该实验小组首先把现有的灵敏电流表改装成的电流表，改装时应并联一个阻值______的定值电阻。
    该实验小组利用改装后的电流表和上述器材用图甲所示电路来测电源的电动势和内阻。
    ①实验时，在闭合开关前，电阻箱的阻值应调至______填“最大值”或“最小值”。
    ②图乙是实验小组由实验数据绘出的其中I为改装后电流表的示数图象，根据图象及条件可求得电源的电动势______V，内阻______结果均保留两位有效数字。
13. 有一匀强电场的方向平行于xOy平面，平面内a、b、c、d四点的位置如图所示，cd、cb分别垂直于x轴、y轴，其中a、O、b三点电势分别为4V、6V、8V。电荷量为的点电荷由a点开始沿路线运动。求：
    点的电势为多少？点电荷在c点的电势能为多少？
    该点电荷从a点移到d点的过程中，电场力做功为多少？
    匀强电场的电场强度大小和方向？

14. 如图所示，相距为d的平行金属板M、N间存在匀强电场带正电、N带负电和垂直纸面向里、磁感应强度为的匀强磁场；在xOy直角坐标平面内，第一象限有沿y轴负方向场强为E的匀强电场，第四象限有垂直坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一质量为m、电量为q的正离子不计重力，以初速度沿平行于金属板方向射入两板间并做匀速直线运动。从P点垂直y轴进入第一象限，经过x轴上的A点射出电场，进入磁场。已知离子过A点时的速度方向与x轴成角。求：
    金属板M、N间的电压U；
    离子运动到A点时速度v的大小和由P点运动到A点所需的时间t；
    离子第一次离开第四象限磁场区域的位置图中未画出与坐标原点的距离x。

15. 如图所示，间距为两平行金属导轨由倾斜部分和水平部分平滑连接而成，倾斜部分导轨与水平面的倾角，上端连有阻值的定值电阻且倾斜导轨处于大小为、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。水平部分导轨足够长，图示矩形虚线框区域存在大小为、方向竖直向上的匀强磁场，磁场区域的宽度。现将质量、内阻、长的导体棒ab从倾斜导轨上端释放，达到稳定速度后进入水平导轨，当恰好穿过磁场时速度，已知导体棒穿过磁场的过程中速度变化量与在磁场中通过的距离满足比例系数k未知，运动过程中导体棒始终与导轨垂直并接触良好，不计摩擦阻力和导轨电阻。求：
    导体棒ab的速度；
    导体棒ab穿过磁场过程中导体棒ab产生的焦耳热；
    若磁场大小可以调节，其他条件不变，为了使导体棒ab停留在磁场区域，需满足什么条件？

答案和解析

1.【答案】A 

【解析】解：电荷放入静电场中一定会受静电力，正电荷受到的静电力的方向与该处电场强度的方向相同，负电荷受到的静电力的方向与该处电场强度的方向相反，故A正确；
B.通电导线放入磁场中不一定受安培力，例如电流方向与磁场方向平行时不受安培力，故B错误；
C.静止的电荷放入磁场中不受洛伦兹力，运动电荷的速度方向与磁感应线平行时也不受洛伦兹力，故C错误；
D.电场力可以做正功、负功或者不做功，安培力可以对导线做功，洛伦兹力永不做功，故D错误；
故选：A。
电荷在电场中一定受到电场力，通电导线方向与磁感应线方向平行时不受安培力，运动电荷速度方向与磁感应线垂直时洛伦兹力最大，根据左手定则判断安培力和洛伦兹力的方向；安培力可以做正功，负功或不做功，洛伦兹力永不做功。
本题主要是考查电场力、安培力和洛伦兹力的大小，知道安培力和洛伦兹力的计算公式，掌握哪种情况下不受安培力或洛伦兹力。
 

2.【答案】B 

【解析】解：根据来拒去留，磁铁所受的磁场力是斥力，因为磁铁加速下落，斥力的大小是变化的，所以磁铁的加速度是变化的，故A错误；
B.斥力对磁铁做负功，磁铁的机械能减小，故B正确；
C.线圈所在处的磁场方向向下并且增大，根据增反减同，感应电流的磁场向上，根据安培定则，线圈中产生逆时针的感应电流，通过电阻的电流方向与如图中箭头所示的方向相反，故C错误；
D.根据牛顿第三定律，磁铁对线圈的磁场力向下，与磁铁尚未运动时相比电子秤的示数增大，故D错误。
故选：B。
成的电子秤上，一条形磁铁极向下从圆筒正上方由静止释放后插入圆筒。空气阻力不计。对磁铁插入圆筒且未碰到电子秤表面的过程，
成的电子秤上，一条形磁铁极向下从圆筒正上方由静止释放后插入圆筒。空气阻力不计。对磁铁插入圆筒且未碰到电子秤表面的过程，
 

3.【答案】D 

【解析】解：A、开关S闭合时，b、c灯立即亮，因为线圈产生自感，会阻碍该支路电流的增大，所以a灯逐渐亮，故A错误；
B、开关S闭合，电路稳定后，因L的直流电阻忽略不计，则a与b并联，三个灯泡都有电流流过，a、b、c灯都亮，故B错误；
CD、开关S断开时，c灯立即熄灭，线圈及b、a灯构成回路，线圈产生自感以阻碍电流减小，b、a灯逐渐熄灭，故C错误，D正确；
故选：D。
当电键S闭合时，通过线圈L的电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律判断感应电动势的方向和作用，分析哪个灯先亮。断开瞬间也可以按照同样的思路分析。
对于自感现象，是特殊的电磁感应现象，应用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行理解。
 

4.【答案】C 

【解析】解：A、交变电流的周期为，频率为50Hz，每个周期电流方向变化两次，1s内线圈中电流方向改变100次，A错误；
B、时，磁通量等于零，线圈平面与磁感线平行，与中性面垂直，B错误；
C、由图可知，时，穿过线圈的磁通量为零，则磁通量变化率的绝对值最大，此时电路中的瞬时电流达到最大值，根据交流电最大值的表达式，则：
根据法拉第电磁感应定律：
其中：，
解得，故C正确；
D、由图可知时，磁通量最大，线圈与磁感线垂直，线圈中的感应电流等于零，故D错误。
故选：C。
线圈在中性面时磁通量最大，电动势最小，与中性面垂直时，通过的磁通量最小，电动势为最大，根据求得图像的斜率最大值。
本题关键是记住两个特殊位置：在中性面时磁通量最大，感应电动势最小，电动势方向改变；垂直中性面位置磁通量为零，但电动势最大。
 

5.【答案】D 

【解析】解：A、理想变压器输入功率等于输出功率，比值为1：1，故A错误；
B、变压器原、副线圈中的电流强度与匝数成反比，即
，故B错误；
C、由图可知交流电压最大值，周期，角速度，则可得
，故C错误；
D、由题图知电压表的读数总等于输入电压的有效值，所以电压表示数不变，变压器的次级电压也不变，则的温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，故D正确。
故选：D。
变压器原副线圈的功率相等；
根据变压器的匝数比得出电流值比；
根据图像得出周期和最大值，结合角速度和周期的关系得出角速度，由此得出电压的瞬时表达式；
匝数保持不变，则副线圈的电压保持不变，当温度升高时，电阻变小，根据欧姆定律分析电流表的变化。
本题主要考查了变压器的构造和原理，理解原副线圈的功率相等，同时熟记电压、电流之比与匝数比的关系，根据欧姆定律分析出电流的变化。
 

6.【答案】C 

【解析】解：AB、根据楞次定律可知，在时间内，垂直纸面向外的磁场均匀变大，则垂直纸面向外的磁通量变大，根据楞次定律可知，此时的感应电流方向为顺时针，且根据法拉第电磁感应定律，则电动势恒定，结合公式可知电流的大小也恒定，且与规定的正方向相同；在的过程中，磁感应强度先垂直于纸面向外地变小，再垂直于纸面向里均匀地变大，根据楞次定律可知，两种情况下的电流方向相同，都为逆时针方向，同上可知，电流的大小也恒定，即与规定的正方向相反，故AB错误；
CD、根据左手定则可知，在时ad边受到的安培力的方向为水平向右，即与规定的正方向相同；根据公式可知，因为I和L恒定，则F与B成正比，故C正确，D错误；
故选：C。
根据法拉第电磁感应定律计算出感应电流的大小，结合楞次定律分析出感应电流的方向；根据安培力公式定性地分析出安培力的大小，结合左手定则分析出安培力的方向。
本题主要考查了法拉第电磁感应定律，在分析的过程中涉及到了闭合电路的欧姆定律，同时需要结合左手定则分析安培力的方向，根据公式分析出安培力的大小。
 

7.【答案】C 

【解析】解：根据左手定则，正离子所受的洛伦兹力向下，正离子打在B板上，负离子所受洛伦兹力向上，打在A板上，所以A板带负电，B板带正电，A错误；
B.根据平衡条件：
解得

磁流体发电机的电动势是Bvd，B错误；
C.回路电流为：
磁流体发电机的总功率为：
解得

故C正确；
D.磁流体发电机的输出功率为
解得：
D错误。
故选：C。
根据左手定则判断板的极性，离子在运动过程中同时受电场力和洛伦兹力，二力平衡时两板间的电压稳定，根据功率的计算公式解得磁流体发电机的总功率与输出功率。
本题考查了磁流体发电机的工作原理，要会分析电源的极性和两板间电压大小的影响因素，注意电源的电动势与电压的区别．
 

8.【答案】C 

【解析】解：A、从微观角度来说，在t时间内能通过某一横截面的自由电子必须处于长度为vt的圆柱体内，此圆柱体内的电子数目为nvSt，故A错误；
B、vt是电子通过的距离，没意义，缺少面积s，故B错误；
C、从电流的定义式来说，，故在t时间内通过某一横截面的电荷量为，通过横截面的自由电子数目为，故C正确；
D、是通过铜导线单位横截面的自由电子数，故D错误；
故选：C。
根据电流的两个表达式来分析，首先从导体导电的微观角度来说，在t时间内能通过某一横截面的自由电子必须处于长度为vt的圆柱体内，由于自由电子可以认为是均匀分布，故此圆柱体内的电子数目为而从电流的定义来说，，故在t时间内通过某一横截面的电荷量为It，通过横截面的自由电子数目为
本题考查了电流的两个表达式，要特别注意微观表达式中各物理量的意义，并能和宏观表达式进行联系．
 

9.【答案】BD 

【解析】解：根据左手定则，粒子a带负电，粒子b带正电，故A错误；
B.粒子a在磁场中运动时，速度的偏向角比b大，运动时间较长，故B正确；
C.粒子a、b的比荷相等，根据，周期相等，根据，角速度之为为1：1，故C错误；
D.根据，两个粒子的半径分别为：，，解得：：：5，故D正确。
故选：BD。
画出a、b粒子对应的运动轨迹图；由所受洛伦兹力的方向结合左手定则判断粒子带电正负；找到两粒子圆心角大小关系来比较运动时间长短；由几何条件求得半径比值，应用牛顿第二定律，洛伦兹力提供向心力，求得速度大小和加速度大小之比。
本题考查了带电粒子在磁场中运动的问题，画运动轨迹图是解决此类问题的基本功，掌握垂直速度方向画圆心所在的直线，依据其它条件如出射点的位置，轨迹与边界相切等确定圆心位置，即可确定轨迹半径与圆心角；知道速度大小与轨迹半径相关联，运动时间与轨迹圆心角相关联。
 

10.【答案】CD 

【解析】解：此过程中线框四条边均进入磁场时产生的感应电动势为2BLv，故A错误；
B.在位置II时外力F为
根据欧姆定律有：
根据法拉第电磁感应定律有：
解得：
故B错误；
C.在位置Ⅱ时线框中的电功率为：
解得

故C正确；
D.根据感生感应电动势公式：
根据欧姆定律有：

解得

因为

所以

此过程中通过导线横截面的电荷量为0，故D正确。
故选：CD。
根据右手定则，求出电动势，再求出电流，即可求安培力，因线框的速度始终为v，则外力等于安培力；因为穿过该面的磁感线的净条数为零，即，此过程中通过导线横截面的电荷量为0，回路中产生的电能既为克服安培力所做功，根据电功率的表达式求电功率。
本题主要考查了对法拉第电磁感应定律的综合应用。注意求通过导线横截面的电荷量时，要用法拉第电磁感应定律的公式去求解，也就是要用平均电动势来求解。另外，一定要注意，当两个边处于不同的磁场当中时。此时产生的感应电动势应为两个边产生的感应电动势之和。
 

11.【答案】 

【解析】解：用游标卡尺测其长度，图甲游标卡尺精度为，故其长度。
由于金属丝电阻较小且要求测量数据从零开始，所以电路应采用“分压式外接法”测量其电阻，连接实物图如图所示

由和得：
则图像斜率，
又，
解得：。
故答案为：；见解析；
游标考查主尺示数与游标尺示数之和是游标卡尺的示数；
滑动变阻器可以采用分压接法，连接实物图；
根据欧姆定律和电阻定律得出电压和电流的关系式，再根据图像的性质即可求出电阻率的大小。
本题考查了游标卡尺的读数，解题关键在于根据图像的性质求出电阻率的大小。
 

12.【答案】最大值   

【解析】解：电流表量程，内阻改装成一块量程为的电流表，
则电阻箱的阻值为：
改装后电流表的内阻：，
①在电学实验中，要求电路接通前电路中的电阻值最大，所以实验时，在闭合开关前，电阻箱的阻值应调至最大值；
②闭合开关S，由闭合电路欧姆定律得：
整理得：，
由图示图象可知：，截距为：，
电源电动势：
电源内阻：
故答案为：；①最大值； ②，。
根据电表的改装原理进行分析，从而确定应并联的电阻和改装后的阻值；
①根据实验安全的要求分析；
②根据实验电路应用欧姆定律求出图象的函数表达式，然后根据图示图象求出电源电动势与内阻。
本题考查测量电动势和内电阻的实验，要注意明确图象法处理数据时，要根据物理规律写出横纵坐标之间的关系式。根据图示图象可以求出电源电动势与内阻。
 

13.【答案】解：匀强电场沿着一个方向前进相同距离电势的降低相等，则
代入数据解得：
点电荷在c点的电势能
可得

该点电荷从a点移到b点电场中做功

可得

中点e电势为，连接Oe则为等势面，根据几何关系可知，，可得

，因此ab为电场线，且方向由b指向a


答：点的电势为10V，点电荷在c点的电势能为。
该点电荷从a点移到d点的过程中，电场力做功为。
匀强电场的电场强度大小为，方向由b指向a。 

【解析】在匀强电场中，沿着同一个方向移动相同距离电势降低相等，先据此求解c点的电势，根据可得点电荷在c点的电势能；
根据求解电场力做功，
找出等势面，结合公式分析电场强度。
本题考查匀强电场中的电场强度与电势差的关系。关键是根据已有点的电势，找到等势面，根据等势面和电场线垂直的关系，找到电场线，再结合公式列式分析。
 

14.【答案】解：设平行金属板M、N间匀强电场的场强为，则有
离子在金属板中做匀速直线运动，则有

解得

在第一象限的电场中离子做类平抛运动，则有：
故离子运动到A点时的速度

牛顿第二定律



离子在电场E中运动到A点所需的时间

在匀强磁场中，粒子所受洛伦兹力提供向心力有：

解得
由几何关系可得


则有

联立代入数据解得：
答：金属板M、N间的电压U为；
离子运动到A点时速度v的大小和由P点运动到A点所需的时间为；
离子第一次离开第四象限磁场区域的位置图中未画出与坐标原点的距离为。 

【解析】由离子在平行金属板M、N之间做匀速直线运动，电场力与洛伦兹力平衡，由此求解板间距离d；
离子从P到A做类平抛运动，在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，根据离子过A点时的速度方向与x轴成角，由速度分解法求离子运动到A点时速度v的大小；根据牛顿第二定律求出加速度，由竖直分速度求运动时间t。
作出运动轨迹，根据洛伦兹力提供向心力求解离子做圆周运动的半径，根据几何知识求解离子第一次离开磁场时到达O点的距离，再根据圆周运动的周期性求解离子在x轴上离开第四象限磁场区域的位置C与坐标原点的距离OC。
解决该题需要掌握离子做类平抛运动时的运动规律，正确作出离子的运动轨迹，能根据几何知识求解相关的长度，正确分析离子的运动过程的周期性特点。
 

15.【答案】解：当导体棒ab运动稳定后，做匀速运动，由平衡条件知

根据法拉第电磁感应定律：
根据闭合电路欧姆定律可知感应电流

联立得

设穿过磁场过程中产生的总焦耳热为Q，则由能量守恒定律知

导体棒ab产生的焦耳热

联立得

根据题意有

则若导体棒ab以速度通过磁场时与在磁场中通过的距离满足

导体棒ab在磁场中达到稳定速度时，由平衡条件知

又

联立得

根据题意

联立以上二式并代入数据得

答：导体棒ab的速度为；
导体棒ab穿过磁场过程中导体棒ab产生的焦耳热为；
若磁场大小可以调节，其他条件不变，为了使导体棒ab停留在磁场区域，需满足 

【解析】当导体棒ab运动稳定后做匀速运动，由平衡条件和安培力公式结合求解导体棒ab的速度；
通过R的电荷量可根据电量与电流的关系、欧姆定律和法拉第电磁感应定律结合求解。由能量守恒定律和能量分配关系求导体棒ab产生的焦耳热；
当导体棒ab在磁场区域通过的位移时棒ab将停留在磁场区域。根据题意求出k，从而得到导体棒ab以速度通过磁场时与在磁场中通过的距离满足的关系，再结合导体棒ab在磁场中达到稳定速度受力平衡列式求解。
本题是导轨类型，关键是熟练运用切割公式、欧姆定律公式和安培力公式，同时要注意求解电热时用功能关系列式分析，求解电荷量和位移时要用电流的平均值分析。