2021-2022学年山西省太原市高二下学期期中考试物理试题（解析版）

这是一份2021-2022学年山西省太原市高二下学期期中考试物理试题（解析版），共25页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，计算题，选做题等内容，欢迎下载使用。
2021～2022学年第二学期高二年级期中质量监测物理试卷答题时间90分钟，满分100分第Ⅰ卷（选择题：共45分）一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．请将正确选项前字母标号填入下表内相应位置。1. 根据电磁场理论，下列说法正确的是（　　）A. 任何磁场都会在周围空间产生电场B. 周期性变化的电场会在周围空间产生变化的磁场C. 红外线是电磁波，我们看到烤箱中的红光就是红外线D. 可见光可用来照明，但是不能用来通讯【1题答案】【答案】B【解析】【详解】A．稳定的磁场不会在周围空间产生电场，故A错误；B．根据麦克斯韦的电磁场理论，周期性变化的电场周围一定产生同频率的周期性变化的磁场，故B正确；C．红外烤箱中的红光，不是红外线，红光的频率大于红外线，故C错误；D．可见光只是电磁波中的一小部分，可见光可以用来通讯，故D错误。故选B。2. 传感器是将非电学量转化为电学量的装置，下列说法正确的是（　　）A. 半导体材料可以制成光敏电阻，有光照射时其阻值将减小B. 干簧管可以起到开关作用，“操纵”开关的是电场C. 电容式位移传感器是通过改变两极板间距改变电容的D. 话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号【2题答案】【答案】A【解析】【详解】A．光敏电阻属于敏感元件，由半导体材料制成，有光照射时其阻值将减小，故A正确；B．干簧管时一种能够感知磁场的传感器，“操纵”开关的是磁场，故B错误；C．电容式位移传感器是通过通过改变电介质，来改变电容器的电容，故C错误；D．话筒使用了声音传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故D错误。故选A。3. 如图的电路中，、是两个相同的灯泡，电感线圈的自感系数较大，电阻与相等，则（　　）A. 闭合S时，灯泡立即变亮，缓慢变亮B. 闭合S时，灯泡缓慢变亮，立即变亮C. 闭合S待稳定后再断开，闪亮一下再熄灭而立即熄灭D. 闭合S待稳定后再断开，闪亮一下再熄灭而立即熄灭【3题答案】【答案】B【解析】【详解】AB．闭合S时，灯泡立即变亮，线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的增大，由于灯泡与线圈串联，故灯泡缓慢变亮，A错误，B正确；CD．闭合S待稳定后，由于、是两个相同的灯泡，线圈的直流电阻与相等，说明两条支路的电流相等，断开S时，由于线圈产生自感电动势阻碍通过线圈电流的减小，线圈电流会通过、两灯泡，但由于线圈原来电流大小与两灯泡电流相等，故不会看到灯泡闪亮一下，而是看到、两灯泡逐渐熄灭，CD错误。故选B。4. 如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长MN相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是（　　）
 A.  B. C.  D. 【4题答案】【答案】A【解析】【详解】天平原本处于平衡状态，所以线框所受安培力越大，天平越容易失去平衡，由于线框平面与磁场强度垂直，且线框不全在磁场区域内，所以线框与磁场区域的交点的长度等于线框在磁场中的有效长度，由图可知，A图的有效长度最长，磁场强度B和电流大小I相等，所以A所受的安培力最大，则A图最容易使天平失去平衡． A正确； BCD错误；故选A． 5. 如图所示，一理想自耦变压器与三个电阻连接，、为定值电阻、为滑动变阻器，当原线圈两端接交变电压时（　　）
 A. 仅将向上移动，原线圈中的电流变小B. 仅将向上移动，中的电流变小C. 仅将向上移动，中的电流变小D. 仅将向上移动，原线圈的输入功率变大【5题答案】【答案】D【解析】【详解】AB．依题意，仅将滑片向上移，副线圈匝数增大，根据可知，增大，根据欧姆定律知副线圈总电流增大，即中的电流变大，根据理想变压器输入与输出的功率关系可知，输入功率增大，则原线圈中的电流变大，故AB错误；C．仅将向上移动，接入电路中的阻值减小，副线圈两端的总电阻减小。根据欧姆定律可知副线圈中的电流变大，则两端的电压变大，，两端的电压减小，所以流经的电流减小，根据串并联电路的特点可知流经的电流增大，故C错误；D．仅将向上移动，接入电路中的阻值减小，副线圈两端的总电阻减小，根据知负载消耗的功率增大，所以原线圈的输入功率也增大，故D正确。故选D。6. 如图是法拉第发电机的示意图，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，处于方向竖直向上的匀强磁场B中，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触，当圆盘按图中方向匀速旋转时，下列说法正确的是（　　）
 A. 由于穿过圆盘的磁通量不变，故R中无感应电流B. R中有感应电流通过，方向由b向aC. 转轴Q的电势高于圆盘边缘P的电势D. 转轴Q的电势等于圆盘边缘P的电势【6题答案】【答案】C【解析】【详解】A．由于穿过圆盘的磁通量变化，故R中有感应电流，A错误；BCD．根据右手定则，圆盘转动切割磁感线，圆盘中电流的方向为由边缘指向圆心，R中电流的方向为由a向b，转轴Q的电势高于圆盘边缘P的电势，C正确，BD错误。故选C。7. 如图所示，上下不等宽的平行金属导轨的EF和GH两部分导轨间的距离为2L，I J和MN两部分导轨间的距离为L，导轨竖直放置，整个装置处于水平向里的匀强磁场中，金属杆ab和cd的质量均为m，都可在导轨上无摩擦地滑动，且与导轨接触良好，现对金属杆ab施加一个竖直向上的作用力F，使其匀速向上运动，此时cd处于静止状态，则F的大小为（  ）
 A. 2mg B. 3mg C. 4 mg D. mg【7题答案】【答案】B【解析】【详解】cd处于静止状态，有mg=BILab匀速向上运动，有F=mg+2BIL则F=3mg故选B。8. 如图的质谱仪中，加速电场的电压恒定。一质子（质量为m、电荷量为+e）在入口处从静止开始被电场加速，经磁感应强度大小为B0的匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若氦核（质量为4m、电荷量为+2e）在入口处由静止开始被电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从出口离开磁场，需将磁感应强度增加到（　　）
 A.  B. 2B0 C.  4B0 D.  8B0【8题答案】【答案】A【解析】【详解】根据动能定理得根据牛顿第二定律得 根据题意得 解得 根据题意得解得故选A。9. 如图，光滑绝缘水平桌面上，边长为L的正方形区域gdef内存在方向竖直向下的匀强磁场，等腰直角三角形线框abc在外力的作用下从该磁场区的左侧以平行ab的速度v匀速通过磁场区域，．从线框进入磁场开始计时，取逆时针方向为电流的正方向，下列关于线框中的感应电流i随时间t变化的图像正确是（　　）A  B. C.  D. 【9题答案】【答案】C【解析】【详解】BD．线框进入磁场的过程中，磁通量增加，根据增反减同，产生逆时针的感应电流，电流为正值，BD错误；AC．线框穿出磁场的过程中，切割磁感线的有效长度减小，感应电动势减小，感应电流减小，A错误，C正确。故选C。10. 如图甲所示，固定的单匝导体环直径为d，电阻为R，处于与环面垂直的匀强磁场中，磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示（垂直纸面向外为B的正方向），则在时间内（　　）
 A. 时，环中的感应电流方向发生变化B. 时，环所受安培力沿半径向里C. 时，环中电流的大小为D. 内环中产生的热量为【10题答案】【答案】D【解析】【详解】A．时，磁通量为零，当磁通量的变化率为正值不变，故电流方向不发生改变，故A错误；B．时， 磁通量正在减小，根据“增缩减扩”，可知导体环由扩张趋势，故环所受安培力沿半径向外，故B错误；C．时，根据公式 ，解得故C错误；D．内磁场的变化率大小不变，感应电流大小不变，由得故D正确。故选D。二、多项选择题：本题包含5小题，每小题3分，共15分。在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项正确。全部选对的得3分，选不全的得2分，有错者或不答的得0分。请将正确选项前的字母填在下表内相应位置。11. 如图是高频焊接原理示意图。当线圈中通以变化的电流时，待焊接的金属工件的焊缝处就会产生大量热量将金属熔化，把工件焊接在一起。下列说法正确的是（　　）
 A. 电源的频率越高，工件中的感应电流越大B. 电源的频率越低，焊缝处的温度升高得越快C. 焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电流大D. 焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处的电阻大【11题答案】【答案】AD【解析】【详解】AB．根据法拉第电磁感应定律，电源的频率越高，感应电动势越大，工件中的感应电流越大，焊缝处的温度升高得越快，A正确，B错误；CD．根据电阻定律，焊缝处产生大量的热量是因为焊缝处接触面积小，电阻大，C错误，D正确。故选AD。12. 如图所示，航天飞机在轨运行时释放一颗绳系卫星，二者用电缆绳连接，当航天飞机连同卫星在轨运行时，二者间的电缆就会与地磁场作用从而产生电磁感应现象。忽略地磁偏角的影响，下列说法大致正确的是（　　）A. 赤道上空，地磁场的方向从南向北B. 航天飞机在赤道上空从西往东运行时，A端的电势高于B端电势C. 航天飞机在赤道上空从东往西运行时，A端的电势高于B端电势D. 航天飞机沿经线从南往北运行时，B端的电势高于A端电势【12题答案】【答案】AB【解析】【详解】赤道上空地磁场方向由南向北。航天飞机在赤道上空从西往东走，根据右手定则，判断出感应电动势方向指向A端，故A端电势高于B端电势；若从东往西走，同理，A端电势低于B端电势；若南北方向走，电缆与磁感线不切割，不产生感应电动势，AB两端相等。故AB正确，CD错误故选AB。13. 如图所示，竖直固定的半圆形光滑绝缘凹槽直径ac水平，O为圆心，d为最低点。处于磁感应强度大小为B、竖直方向的匀强磁场中。将长为L的直导体棒放到槽内，当棒中通有I1的电流时导体棒可静止在P点；当棒中通有I2的电流时导体棒可静止在Q点。已知OP与竖直方向的夹角为30°、OQ与竖直方向的夹角为60°，电流方向均垂直纸面向里，则（　　）A. 磁场方向竖直向下B. 磁场方向竖直向上C. 导体棒中的电流D. 导体棒的质量为【13题答案】【答案】BD【解析】【详解】AB．根据平衡条件，安培力水平向右，根据左手定则，磁场方向竖直向上，A错误，B正确；CD．根据平衡条件得 解得C错误，D正确。故选BD。14. 如图是发电机给用户供电的示意图。已知发电机的输出电压为、输出功率为。升压变压器原、副线圈的匝数比是1：20，两变压器间输电导线的总电阻为，用户得到的电压为。已知变压器是理想变压器，则（　　）A. 输电线上的电流为B. 用户得到的功率为C. 输电线上损失的电压为D. 降压变压器原、副线圈的匝数比为240：11【14题答案】【答案】CD【解析】【详解】A．发电机的输出功率解得根据解得A错误；B．远距离输电损失的功率为用户得到的功率为B错误；C．远距离输电损失的电压C正确；D．根据解得降压变压器的输入电压根据解得D正确。故选CD。15. 如图，足够长的平行金属轨道间距为d，与水平面的夹角为，上端接有阻值为R的电阻，处于方向垂直轨道平面向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。质量为m、电阻为r的金属杆从轨道上由静止释放。已知金属杆始终与导轨垂直且接触良好，杆与轨道间的动摩擦因数为，不计其他电阻，下列说法正确的是（　　）A. 金属杆先做加速度减小的加速运动，最后做匀速运动B. 稳定后，重力对金属杆做功的功率等于电路中的电功率C. 当金属杆匀速运动时，通过R的电流为D. 金属杆的加速度为a时，速度大小为【15题答案】【答案】AC【解析】【详解】A．金属感由静止释放，做加速运动，切割磁感线产生感应电流，金属感受安培力作用，则有,,得安培力为根据牛顿第二定律可知，金属杆做加速度减小的加速运动当加速度为零，金属杆做匀速直线运动，故A正确；B．匀速运动时，重力做功等于克服摩擦力做功与克服安培力做功之和，克服安培力做功的功率为电路中的电功率，则重力对金属杆做功的功率大于电路中的电功率，故B错误；C．当金属杆匀速运动时，有得故C正确；D．由速度为故D错误。故选AC。第Ⅱ卷（非选择题：共55分）三、实验题：本题包含2小题，共12分。请将答案填在题中横线上或按要求作答。16. 在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，操作步骤如下：①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上②闭合电源开关，用多用电表的交流电压档分别测量原线圈和副线圈两端的电压③将一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上负载④将原线圈与副线圈对调，或换用不同的原、副线圈，重复以上步骤(1)以上操作的合理顺序是_________（只填步骤前数字序号）；(2)实验记录的数据如下表：原线圈匝数n1（匝）100200400400副线圈匝数n2（匝）400400200800原线圈两端电压U1(V) 1.964.908.004.86副线圈两端电压U2(V) 7.809.763.909.64由此可知在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压比等于_____________；实验数据并没有严格遵从这一规律，其原因是_______________。【16题答案】【答案】    ①. ①③②④    ②. n1:n2    ③. 变压器有漏磁、线圈由电阻产生热量等【解析】【详解】(1)[1]以上操作的合理顺序是①③②④；(2)[2]根据表格得 在误差允许的范围内，原、副线圈两端的电压比等于n1:n2；[3]实验数据并没有严格遵从这一规律，其原因是：变压器有漏磁、线圈由电阻产生热量等。17. 智能手机中大都配置有气压传感器，当传感器所处环境气压变化时，其电阻也随之发生变化。为探究气压传感器的阻值Rx随气压P变化的规律，小明设计了图（a）的电路。图中，电压表的内阻，电流表的内组不计。(1)在图（b）中将实物连线图补充完整________。
 (2)当环境气压为P时，闭合开关S，测得两电表的示数分别为U和I，则气压传感器的阻值Rx=_________。（用物理量的符号表示）(3)改变环境压强P的大小，测得不同的Rx值，绘成图像如图（c）所示。由图可得Rx和压强P的函数关系式为Rx=___________。【17题答案】【答案】    ①.     ②.     ③. 【解析】【详解】(1)[1]电路如图所示
 (2)[2]因为所以，气压传感器的阻值为(3)[3]设Rx和压强P的函数关系式为 当 时当 时 代入表达式解得 电阻Rx和压强P的函数关系式为四、计算题：本题包含4小题，共43分。解答应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，答案中必须明确写出数值和单位。18. 如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，转子是一个匝数、面积，电阻的矩形线圈，处于磁感应强度的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴以的角速度匀速转动。外接的电阻，交流电流表为理想电表，从线圈平面与磁感线平行开始计时，求：（1）线圈中感应电动势的峰值和感应电动势瞬时值的表达式；（2）电路中电流表的示数。【18题答案】【答案】（1）；；（2）【解析】【详解】（1）线圈中感应电动势的峰值为从线圈平面与磁感线平行开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为代入数据得（2）电动势的有效值根据闭合电路欧姆定律即电路中电流表的示数为。19. 如图为一除尘装置的截面图，平板M、N的长度及其间距均为d，两板间存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B。工作时，大量质量为m、带电量为的带电尘埃，以平行极板的相同速度进人两板间，在磁场作用下就会被平板吸附。当带电尘埃以速度进入磁场时，贴近N板入射的尘埃恰好打在M板右边缘，尘埃全部被平板吸附，即除尘效率为100%，不计尘埃的重力，求：（1）带电尘埃进人磁场速度的大小；（2）若尘埃速度变为了，该装置的除尘效率是多少？【19题答案】【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）根据洛伦兹力提供向心力解得根据题意可得粒子运动轨迹如图所示由图可知r=d联立可得（2）根据题意可得粒子运动轨迹如图所示根据洛伦兹力提供向心力解得令AC的距离为x，在三角形O2CB中，有解得该装置的除尘效率五、选做题：本题包含A、B两题，请任选一题做答。如两题都做，按A题计分。20. 一种跑步机的测速原理如图所示。跑步机的跑带两侧固定有间距的平行金属导轨，接有电阻。导轨间充满磁感应强度、方向垂直跑带向下的匀强磁场，宽度。跑带上装有若干根与跑带垂直的导体棒，每根棒的电阻均为。跑带运动时，始终有且仅有一根导体棒处于磁场中并与导轨组成闭合电路，不计其他电阻，当电流表的示数为且保持不变时，求：（1）跑带运动的速度v；（2）导体棒每次经过磁场区域克服安培力做功。【20题答案】【答案】（1）3m/s；（2）0.024J【解析】【详解】（1）由闭合电路欧姆定律可得，导体棒切割磁感线产生的电动势为导体棒切割磁感线产生的电动势可表示为解得跑带运动的速度为（2）导体棒每次经过磁场区域克服安培力做的功为21. 某玩具电磁弹射系统如图所示，光滑水平面上，虚线MN右侧存在竖直向上的匀强磁场，边长为L、粗细均匀的正方形单匝金属线框abcd水平放置，其电阻为R、质量为m，ab边在磁场外侧紧靠MN边界。用水平外力使线框处于静止状态，让磁感应强度B随时间t按（k为大于零的常量）的规律变化。（1）求线框ab两端的电势差Uab；（2）在线框上固定一质量为m0的塑料玩具，并在时撤去外力，求此时玩具加速度的大小。【21题答案】【答案】（1）；（2）【解析】【详解】（1）感应电动势为感应电流为 根据楞次定律，电流方向为顺时针线框ab两端的电势差Uab 解得（2）时刻，根据牛顿第二定律得 根据题意得 解得六、选做题：本题包含A、B两题，请任选一题做答。如两题都做，按A题计分。22. 空间中存在一竖直向下的匀强电场和圆形区域的匀强磁场，磁感应强度为B、方向垂直纸面向里，如图所示。一质量为m、带电量为q的正粒子，从P点以水平速度射入电场中，然后从M点沿虚线圆半径方向射入磁场，最后从N点水平射出磁场。已知竖直、水平，且，不计粒子的重力。求：（1）粒子进人磁场时的速度；（2）圆形磁场区域的半径R；（3）带电粒子从P点到N点运动的时间t。【22题答案】【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）正粒子在电场中做类平抛运动，设粒子进人磁场时速度为v，与水平方向夹角为θ，则得粒子进人磁场时的速度为（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，则粒子从M点沿虚线圆半径方向射入磁场，则从N点沿虚线圆半径方向射出磁场，速度偏转，即圆周运动的圆心角为，有， 得有几何关系圆形磁场区域的半径为（3）粒子类平抛的时间为圆周运动时间为带电粒子从P点到N点运动的时间为23. 如图所示，静止于A处的离子，经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，从P点垂直进入矩形区域，最终打在上。区域有垂直纸面的匀强磁场，静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场。已知圆弧所在处场强大小为E，方向如图所示，离子的质量为m、电荷量为q，、。整个装置处于真空中，离子重力不计。求：（1）圆弧虚线对应的半径R的大小；（2）磁场磁感应强度B的取值范围；（3）打中位置中离N点最远的离子在磁场中运动的时间。
 【23题答案】【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）离子在加速电场中加速，根据动能定理得离子在辐向电场中做匀速圆周运动，静电力提供向心力，根据牛顿第二定律，有解得（2）离子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有解得离子能打在QN上，则既没有从DQ边出去也没有从PN边出去，则离子运动径迹边界如图中I和II
 根据几何关系，离子能打在QN上，必须满足则有（3）离子运动径迹的边界如图中I时，离子打中位置离N点最远，此时①周期②根据几何关系，此时离子在磁场中做圆周运动的圆心角为，即运动的时间为③联立①②③得