2021-2022年上海市浦东新区建平中学高二（上）期末物理试题（B）含解析

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建平中学2021学年第一学期期末考试高二物理学科B层满分：100分时间：60分钟一、选择题（每题只有一个正确选项，每题4分，共48分）1. 关于磁场的有关概念，下列说法正确的是（　　）A. 磁通量是描述穿过某一面积的磁感线条数，有方向性，是矢量B. 磁感应强度的方向跟产生磁场的电流方向无关C. 磁感应强度的方向跟放入磁场中的受磁场力作用的电流方向有关D. 磁感线切线方向表示磁场的方向，其疏密表示磁感应强度的强弱【答案】D【解析】【分析】本题考查对磁感应强度和磁感线的理解，关键抓住磁感应强度描述磁场本身的特性的物理量，与放入磁场的电流元无关。【详解】A．磁通量虽然有方向，但其计算不使用平行四边形定则，是标量，故A错误；B．根据安培定则可知，磁感应强度的方向跟产生磁场的电流方向有关，故B错误；C．磁感应强度的方向仅仅与磁场本身有关，与电流受到的磁场力方向、以及电流的方向无关，故C错误；D．磁感线可以形象描述磁场的强弱和方向：磁感线的切线方向表示磁场的方向，其疏密表示磁感应强度的大小，故D正确。故选D。2. 下列各组电磁波，按波长由长到短的正确排列是（　　）A. γ射线、红外线、紫外线、可见光B. 红外线、可见光、紫外线、γ射线C. 可见光、红外线、紫外线、γ射线D. 紫外线、可见光、红外线、γ射线【答案】B【解析】【详解】在电磁波谱中，电磁波的波长由长到短排列顺序依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。故选B。3. 关于能量的转化与守恒，下列说法正确的是（　　）A. 随着技术与设计的进步，永动机一定会被制造出来B. 空调机既能制热，又能制冷，说明热传递不存在方向性C. 由于自然界的能量是守恒的，所以说能源危机不过是杞人忧天D. 一个单摆在来回摆动多次后停下来，该过程能量转化具有单向性【答案】D【解析】【详解】A．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律，则即使随着技术与设计的进步，永动机也不会被制造出来，选项A错误；B．空调机既能制热，又能制冷，但是必须在外界影响下进行，即消耗一定的电能，不能说明热传递不存在方向性，选项B错误；C．自然界的能量是守恒的，但是很多能源不能再生和重复利用，如煤、石油和天然气、故过度使用能源会能源危机，故C错误；D．一个单摆在来回摆动多次后停下来，该过程能量转化具有单向性，选项D正确。故选D。4. 下列单位与磁感应强度单位不相符的是（   ）A.  B.  C.  D. 【答案】A【解析】【详解】A．由于1J = 1Nm，则，与选项D的分析不符，A错误，符合题意；B．根据可知，单位为Wb/m2，B正确，不符合题意；C．根据公式单位为N/(Am)，C正确，不符合题意；D．由于，所以可变化为，D正确，不符合题意。故选A。5. 光滑水平面内固定两根平行的长直导线A和B，通以等大反向的电流I1、I2；通有图示方向电流I的短导线C垂直于A、B放在正中间，三者处于同一平面内。释放C，它将（　　）A. 沿着水平面向右运动 B. 沿着水平面向左运动C. 顺时针转动，同时向B靠近 D. 逆时针转动，同时向A靠近【答案】A【解析】【详解】根据安培定则可知，AB两条平行导线间的磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则可知，直导线C受安培力水平向右，则将沿水平面向右运动。故选A。6. 如图所示，两个横截面面积不同、长度相等的均匀铜棒接在电路中，其两端的电压为，下列说法正确的是（   ）A. 通过细铜棒的电流大于通过粗铜棒的电流B. 两铜棒的自由电子定向移动的平均速率相等C. 细铜棒两端的电压大于粗铜棒两端的电压D. 相同时间内通过粗铜棒的电荷量较大【答案】C【解析】【详解】A．因两导体串联，则电流一定相等，A错误；B．由I = nesv可知，电流相同，单位体积内的电子数相同，电子的电荷量相同，因截面积不相同，故电子的定向移动速率不同，细棒中的电子定向移动速率大，B错误；C．因电流相等，而由可知，细棒的电阻较大，则由欧姆定律可知，细棒两端的电压较大，C正确；D．通过两棒电流相等，根据q = It则相同时间内通过两棒的电荷量相等，D错误。故选C。7. 如图a、b、c三个圆环在同一平面内，当b环中的顺时针方向电流减小时，则（     ）A. a环中感应电流方向为顺时针，有收缩趋势B. a环中感应电流方向为逆时针，有扩张趋势C. c环中感应电流方向为顺时针，有收缩趋势D. c环中感应电流方向为逆时针，有扩张趋势【答案】D【解析】【详解】当b环中的顺时针方向电流减小时，由右手螺旋定则可知，穿过a环的磁场垂直纸面向里且减小，由“楞次定律”可知，a环中有顺时针的感应电流，由同方向电流相互吸引可知，a环有扩张趋势，同理可知，穿过c环的磁场垂直纸面向外且减小，由“楞次定律”可知，c环中有逆时针的感应电流，由同方向电流相互吸引可知，c环有扩张趋势，故D正确。故选D。8. 如图所示，虚线、、代表某一电场中三个等势面，相邻等势面之间的电势差相等，实线为一带正电的粒子仅在电场力作用下通过该区域时的运动轨迹，、、是这条轨迹上的三点，其中在等势面上。下列判断正确的是（   ）A. 三个等势面中，的电势最高B. 带电粒子在点的加速度方向平行于向右C. 带电粒子在点的加速度小于在点的加速度D. 带电粒子在点的电势能比在点的大【答案】D【解析】【详解】A．带电粒子所受电场力指向轨迹弯曲的内侧，电场线与等势面垂直，且由于带电粒子带正电，因此电场线指向右下方，根据沿电场线电势降低，可知a等势线的电势最高，c等势线的电势最低，A错误；B．电场的方向总是与等势面垂直，所以R点的电场线的方向与该处的等势面垂直，而带正电粒子受到的电场力的方向与电场线的方向相同，加速度的方向又与受力的方向相同，所以带电粒子在R点的加速度方向垂直于等势面b，B错误；C．等势面的疏密代表点场强度的大小，故粒子在P点受到的电场力最大，加速度最大，带电粒子在P点的加速度大于在Q点的加速度，C错误；D．根据带电粒子受力情况可知，若粒子从P到Q过程，电场力做正功，动能增大，电势能减小，故带电粒子在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能大，D正确。故选D。9. 恒压电源的内阻可视为零，普通电源的内阻不可忽略。为判别一电源是哪种电源，某同学连接了如图所示实验电路，并断开电键，设想通过观察电键闭合后的电流表作出判断。此方案（　　）A. 无效。因为无论是哪种电路，电流表示数都变大B. 无效。因为无论是哪种电路，电流表示数都变小C. 有效。若是恒压电源，电流表示数不变，若是普通电源，则电流表示数变大D. 有效。若是恒压电源，电流表示数不变，若是普通电源，则电流表示数变小【答案】D【解析】【详解】若为普通电源，电键闭合后，外电阻减小，干路电流增大，内电压增大，外电压减小，电流表示数变小。若是恒压电源，闭合电键后，路端电压不变，电流表示数不变。故选D。10. 如图，一个有矩形边界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里。一个三角形闭合导线框，由位置1沿纸面匀速运动到位置2。取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点，规定顺时针方向为电流的正方向，则下图中能正确反映线框中电流与时间关系的是（　　）A.  B.  C.  D. 【答案】B【解析】【分析】【详解】AD．线框进入磁场的过程，磁通量向里增加，根据楞次定律得知感应电流的磁场向外，由安培定则可知感应电流方向为逆时针，电流i应为负方向，故AD错误；BC．线框进入磁场的过程，线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由E=BLv，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小；线框完全进入磁场的过程，磁通量不变，没有感应电流产生；线框穿出磁场的过程，磁通量向里减小，根据楞次定律得知感应电流的磁场向里，由安培定则可知感应电流方向为顺时针，电流i应为正方向；线框有效的切割长度先均匀增大后均匀减小，由，可知感应电动势先均匀增大后均匀减小，故B正确，C错误．故选B。11. 如图所示，P、Q为固定在竖直线上的两个点电荷，N为在PQ连线中垂面内做匀速圆周运动的另一点电荷，图中实线为N做匀速圆周运动的圆轨迹．N的重力不计，则下列说法中正确的是
 A. P、Q为不等量异种电荷，P、N为异种电荷B. N的轨迹平面为点电荷P、Q共同产生的电场中的一个等势面C. 在点电荷P、Q共同产生的电场中N的轨迹上的各点电势相等D. N的轨迹半径越大，N的电势能越大【答案】CD【解析】【分析】根据N做匀速圆周运动，则向心力为电场力指向圆心，可判断PQ两点荷的性质即电场分布；异种电荷远离时，电势能变大.【详解】若P、Q为不等量异种电荷，则根据电场线的分布可知，N无论是带何种电荷都不能在PQ连线中垂面内做匀速圆周运动，选项A错误；只有当P、Q为等量同种电荷时，N带与PQ相反电性的电荷时，才能在PQ连线中垂面内做匀速圆周运动，而由等量同种电荷的电场电势分布可知，PQ的中垂面不是等势面，选项B错误；N做匀速圆周运动，动能不变，则N应当是沿一条等势线运动，故C正确；异种电荷远离时，电势能变大，可知N的轨迹半径越大，N的电势能越大，选项D正确；故选CD.12. 如图（甲），粗糙、绝缘的水平地面上，一质量m=2kg的带负电小滑块（可视为质点）在x=1m处以初速度v0=1.5m/s沿x轴正方向运动，滑块与地面间的动摩擦因数μ=0.05。整个区域存在沿水平方向的电场，滑块在不同位置所具有的电势能Ep如图（乙）所示，P点是图线最低点，虚线AB是经过x=1m处的切线，g=10m/s2，则（　　）A. x=3m处的电势最低 B. 滑块向右运动过程中，速度始终减小C. 滑块运动至x=3m处时，速度最大 D. 滑块向右一定可以经过x=4m处的位置【答案】B【解析】【详解】A．滑块在x=3m处电势能最低，因为滑块带负电，所以x=3m处的电势最高，故A错误；BC．Ep-x图像斜率的绝对值表示滑块所受电场力的大小，所以滑块在x=1m处所受电场力大小为滑块所受滑动摩擦力大小为在1~3m区间内，滑块所受电场力与滑动摩擦力方向相反，且不断减小，则滑块所受合外力方向与速度方向相反；在x=3m之后，滑块所受电场力与滑动摩擦力同向，且不断增大，则滑块所受合外力方向也与速度方向相反。综上所述可知滑块向右运动过程中，速度始终减小，在x=1m处速度最大，故B正确，C错误；D．滑块在x=1m处的电势能与在x=4m处的电势能相等，根据能量守恒定律，若滑块能够经过x=4m处，则应满足根据题中数据可知实际情况并不满足上式，所以滑块一定无法经过x=4m处的位置，故D错误。故选B。二、填空题（每题4分，共20分）13. 如图，匝数为，边长为的正方形金属线框，以一定的速度进入磁感应强度为的匀强磁场，线框平面始终与磁场方向垂直。当线框恰好有一半进入磁场时，穿过该线框的磁通量为___________，此时产生的感应电动势为___________。
 【答案】    ①.     ②. 【解析】【详解】[1]当线框恰好有一半进入磁场时，穿过该线框的磁通量为[2]此时产生的感应电动势为14. 圆弧中的电流产生的磁感应强度与其半径成反比，直线电流在其延长线上的磁感应强度为零，则图中a、b两点的磁感应强度的大小关系为________，a处磁感应强度的方向为________．【答案】    ①. 小于    ②. 垂直纸面向上【解析】【详解】圆弧中的电流产生的磁感应强度与其半径成反比，可知产生的磁感应强度，而直线电流在其延长线上的磁感应强度为零，所以a点的磁感应强度为：，通过右手定则可判断合磁感应强度方向垂直纸面向外；b处的磁感应强度为：，通过右手定则可判断合磁感应强度方向垂直纸面向里；所以，a点的磁感应强度垂直纸面向外15. 如图所示，A、B、C三个同心圆是同一个点电荷周围的三个等势面，已知这三个圆的半径之差相等。A、C两个等势面电势分别为和，则中间等势面的电势一定___________（填“小于”、“等于”或“大于”）；将一个带电量为的负电荷从C点移到A点过程中电场力做功为___________。【答案】    ①. 小于    ②. 6.4×10-4【解析】【详解】[1]因AB之间的场强大于BC之间的场强，则即[2]将一个带电量为的负电荷从C点移到A点过程中电场力做功为16. 如图，匀强磁场垂直于软导线回路平面向外，由于磁场发生变化，回路变为圆形，在此过程中，该磁场___________（选填“逐渐增强”或“逐渐减弱”），回路中感应电流的方向___________（选填“顺时针”或“逆时针”）。【答案】    ①. 逐渐减弱    ②. 逆时针【解析】【详解】[1]匀强磁场垂直于软导线回路平面向外，由于磁场发生变化，回路变为圆形，说明受到安培力方向向外，导线围成的面积扩大，由楞次定律可知，导线内的磁通量一定在减小，因为扩大面积可以阻碍磁通量的减小，所以该磁场在“逐渐减弱”。[2]由楞次定律可知，原磁场方向向外，且逐渐减弱，回路中感应电流的磁场与原磁场方向相同，所以感应电流的方向是“逆时针”。17. 具有巨磁阻效应（）的电阻在外加特定方向的磁场时，阻值随磁场的增强而减小。现将接在图示电路中，并置于该磁场，已知为定值电阻，此时，电表均为理想电表。保持磁场方向不变，调整磁场强弱，发现电压表的示数增加了，则外加磁场逐渐___________（选填“增强”或“减弱”），消耗的电功率变化情况为___________。【答案】    ①. 增强    ②. 减小【解析】【详解】[1]电压表的示数增加，说明电路中的电流变大，阻值减小，即R2阻值减小了，则外加磁场逐渐增强；[2]当电源外电阻与内电阻相等时输出功率最大；若将R1看做电源的内阻，即电源的等效内阻为R1+r，因，则，则当R2阻值减小时，外电阻R1与等效内阻R1+r相差越来越大，可知等效电源的输出功率减小，即消耗的电功率减小。三、综合题（第18题10分，第19题10分，第20题12分，共32分）18. （1）如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置：①如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，电流计指针将________偏转（填“向左”“向右”或 “不”）；②连好电路后，并将A线圈插入B线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是________；A.插入铁芯     B.拔出A线圈C.变阻器的滑片向左滑动     D.断开开关S瞬间（2）G为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况如图（1）中所示，即电流从电流表G的左接线柱进时，指针也从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图（2）中的条形磁铁的运动方向是向________（填“上”“下”）；图（3）中电流表指针应________（填“向左”“向右”）偏转；图（4）中的条形磁铁下端为________极（填“N”，“S”）。
 【答案】    ①. 向右    ②. BD    ③. 下    ④. 向右    ⑤. S【解析】【分析】【详解】（1）①[1]已知闭合开关瞬间，A线圈中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转，可知磁通量增加时，灵敏电流计的指针向右偏转；当开关闭合后，将A线圈迅速插入B线圈中时，B线圈中的磁通量增加，所以产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转；②[2] A．要使灵敏电流计的指针向左偏转，根据楞次定律知，磁通量应减小。插入铁芯时，B线圈中的磁通量增加，A错误；B．拔出A线圈时，B线圈中的磁通量减小，B正确；C．变阻器的滑片向左滑动时，电流增大，B线圈中的磁通量增大，C错误；D．断开开关S瞬间，电流减小，B线圈中的磁通量减小，D正确。故选BD。（2）[3]图（2）中指针向左偏，可知感应电流的方向是顺时针（俯视），感应电流的磁场方向向下，条形磁铁的磁场方向向上，由楞次定律可知，磁通量增加，条形磁铁向下插入；[4]图（3）中条形磁铁N极向下运动，线圈中为向下磁通量增大，感应电流方向应为逆时针方向，电流表指针向右偏转；[5]图（4）中可知指针向右偏，则感应电流的方向逆时针（俯视），由安培定则可知，感应电流的磁场方向向上，条形磁铁向上拔出，即磁通量减小，由楞次定律可知，条形磁铁的磁场方向应该向上，所以条形磁铁上端为N极，下端为S极。19. 如图所示，在倾角为的斜面上，固定一宽的平行光滑金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器，电源电动势，内阻，一质量的金属棒与两导轨垂直并接触良好，其余电阻不计。整个装置处于磁感应强度、垂直于斜面向上的匀强磁场中，取。（1）当金属棒在导轨上静止时，求金属棒受到的安培力大小以及此时滑动变阻器接入电路中的阻值；（2）若金属棒以的加速度沿轨道运动，求滑动变阻器接入电路中的阻值。【答案】（1）8Ω；（2）3Ω【解析】【详解】（1）金属棒在导轨上静止时，根据受力分析有mgsinθ = BIL，代入数据有R = 8Ω（2）若导体棒不接入电路有mgsinθ = ma0解得a0 = 5m/s2而当导体棒接入电路后根据左手定则可知导体棒受到沿斜面向上的安培力，则若金属棒以的加速度沿轨道运动，说明导体棒的加速度将沿斜面向上，有BI′L - mgsinθ = ma，解得R′ = 3Ω20. 如图所示，金属框架与导体棒构成回路，处在匀强磁场中且与磁场垂直。（1）若，从点出发，向右以的速度匀速运动时，回路的磁通量的变化量是多少？（2）在图中，若回路面积从变到，从变到，则回路中的磁通量变化量是多少？（3）若开始时，从点右侧处出发，向右以的速度匀速运动，且闭合回路中没有感应电流产生，求磁感应强度大小随时间变化的表达式。
 【答案】（1）；（2）；（3）、【解析】【详解】（1）从点出发，向右以的速度匀速运动时，位移为由图根据几何关系可知，此时回路面积为回路的磁通量的变化量是（2）根据题意可知则回路中的磁通量变化量是（3）根据题意可知，DE出发前穿过回路的磁通量为从点右侧处出发，向右以的速度匀速运动，时，根据题意可知，三角形边长为设此时，磁感应强度大小为，穿过回路的磁通量为闭合回路中没有感应电流产生，则整理得磁感应强度大小随时间变化的表达式