2020-2021学年山东省临沂市临沂市河东费县高二年级2020-2021期中考试物理试卷

这是一份2020-2021学年山东省临沂市临沂市河东费县高二年级2020-2021期中考试物理试卷，共9页。试卷主要包含了选择题，多选题，填空题，实验探究题，解答题等内容，欢迎下载使用。


1. 关于通电导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是（ ）
A.安培力的方向就是该处的磁场方向
B.安培力的方向一定垂直于磁感线和通电导线所在的平面
C.若通电导线所受的安培力为零，则该处的磁感应强度为零
D.对给定的通电导线在磁场中某处各种取向中，以导线垂直于磁场时所受的安培力最小

2. LC振荡电路中，电容器两极板上的带电量q随时间t变化的关系如图所示，则（ ）

A.在t1时刻，电路中的电流为0
B.在t2时刻，电路中只有磁场能
C.在t3时刻，自感线圈两端电压为0
D.t3∼t4时间内，电路中的电流不断增大

3. 如图所示，金属导线框abcd每边长0.1m，每边电阻均为0.1Ω，线框平面与纸面平行，有界匀强磁场磁感应强度大小为1T，方向垂直纸面向里．现用外力使线框以10m/s的速度匀速进入磁场，则进入磁场的过程中，c、d两点间的电压是（ ）

A.1VD.0V

4. 一台发电机产生的交变电流的u−t图像如图所示，该交变电流（ ）

A.电动势有效值为220V
B.周期是0.01s
C.在t=0.01s时，穿过线圈的磁通量变化率最大
D.发电机所产生的交变电压的瞬时值表达式为u=220sin100πt

5. 在空间存在着竖直向上的各处均匀的磁场，将一个不变形的单匝金属圆线圈放入磁场中，图甲中规定该线圈中感应电流方向从上向下看顺时针方向为正．当磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示时，下列答案中能正确表示线圈中感应电流随时间变化的图线是（ ）

A.B.
C.D.

6. 如图所示，两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R，宽度为L，下端足够长，空间有垂直于轨道平面斜向上的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下．则下列说法正确的是（ ）

A.金属杆在下滑的过程中，随着速度的增加，加速度也在增加
B.金属棒下滑的最大速度为vm=mgRsinαB2L2
C.金属棒在下滑的过程中，a端电势低于b端电势
D.金属棒运动达到最大速度后将开始做减速运动

7. 如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向下的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为β．则（ ）

A.其他条件不变，仅使两悬线等长变短，β变大
B.其他条件不变，仅使磁感应强度变大，β变小
C.其他条件不变，仅使金属棒质量变小，β变小
D.其他条件不变，仅使棒中的电流变大，β变大

8. 如图所示，半径为R的圆形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于纸面向里，一带负电的粒子（不计重力）沿水平方向以速度v正对圆心入射，通过磁场区域后速度方向偏转了30∘．如果想使粒子通过磁场区域后速度方向的偏转角度最大，在保持原入射速度的基础上，需将粒子的人射点向上平移的距离d（ ）

A.2−3RB.2+3RC.2−32RD.2+32R
二、多选题

如图所示，线圈固定在水平放置的光滑绝缘圆管上，将金属环放在线圈右侧．则下列说法正确的是（ ）

A.闭合开关S时，从右向左看，金属环中感应电流沿逆时针方向
B.闭合开关S时，金属环将向右运动
C.若金属环不闭合，则闭合开关时金属环不会产生感应电动势
D.若将电源的正负极对换，闭合开关S时，金属环向左运动

如图所示电路，L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，L1和L2是两个完全相同的小灯泡，将开关闭合，待灯泡亮度稳定后，再将开关S断开，则下列说法正确的是（ ）

A.S闭合瞬间，L2先亮，L1后亮，最后两灯一样亮
B.S闭合瞬间，两灯同时亮，以后L1熄灭，L2变亮
C.S断开时，L2灯立即熄灭，L1亮一下再慢慢熄灭
D.S断开时，两灯都立即熄灭

如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子以不同初速度（不计重力）被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E．平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（ ）

A.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
B.进入B0磁场的粒子，在磁场中运动时间均相等
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于EB
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小

如图所示，一粗糙的平行金属轨道平面与水平面成θ角，两轨道上端用一电阻R相连，该装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向下．质量为m的金属杆ab以初速度v0从轨道底端向上滑行，滑行到某高度h后又返回到底端．若运动过程中金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，轨道与金属杆的电阻均忽略不计．则下列说法正确的是（ ）

A.上滑过程的时间比下滑过程短
B.金属杆ab上滑过程与下滑过程通过电阻R的电量一样多
C.金属杆ab上滑过程中由电磁感应产生的内能大于下滑过程中由电磁感应产生的内能
D.金属杆ab在整个过程中损失的机械能等于装置产生的焦耳热
三、填空题

如图所示，可用洛伦兹力演示仪观察运动电子在匀强磁场中的偏转．不加磁场时，电子束的运动轨迹是一条直线，加上磁场时，电子束的运动轨迹是圆；如果保持出射电子的速度不变，减小磁场的磁感应强度，轨迹圆半径________（填“减小”“不变”或“增大"），如果保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，轨迹圆半径________（填“减小”“不变”或“增大”）．

四、实验探究题

在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示．它们是：①电流计、②直流电源、③带铁芯的线圈A、④线圈B、⑤电键、⑥滑动变阻器（用来控制电流以改变磁场强弱）．

（1）试按实验的要求在实物图上连线（图中已连好一根导线）．

（2）在进行实验前要检验电流计指针________与流入电流计的感应电流方向之间的关系．

（3）若连接滑动变阻器的两根导线接在接线柱C和D上，电键闭合稳定后，断开电键电流表指针左偏，则电键闭合稳定后滑动变阻器的滑动触头向接线柱D移动时，电流计指针将________偏（填“左”“右”或“不”）．

（4）在产生感应电流的回路中，上图器材中线圈________相当于电源（填“A”或“B”）．
五、解答题

如图甲所示，一圆形金属线圈，面积为S=0.5m2，匝数n=100，阻值为r=1Ω，线圈与阻值R=9Ω的电阻，电容C=1F的电容器组成闭合回路，在线圈中存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，导线电阻不计．求：

（1）电阻R中电流的方向；

（2）a、b两点间的电势差Uab；

（3）电容器C所带的电量Q．

如图所示，虚线圆所围区域内有方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，一质子沿圆形区域的直径方向以速度v射入磁场，质子经过磁场区域后，其运动方向与原入射方向成60∘角，设质子质量为m，电荷量为q，不计质子的重力．求：

（1）质子在磁场中运动轨迹的半径R；

（2）质子在磁场中运动的时间t．

如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈abcd匝数N=100匝，面积S=0.03m2，线圈匀速转动的角速度ω=100πrad/s，匀强磁场的磁感应强度B=2πT，输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻为R=8Ω，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比为n3:n4=10:1，若用户区标有“220V 11kW”的电动机恰能正常工作，发电机线圈电阻r不可忽略．求：

（1）输电线路上损耗的电功率ΔP；

（2）若升压变压器原、副线圈匝数比为n1:n2=1:8，交流发电机线圈电阻r；

（3）线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功W．

如图所示，两平行导轨相距15cm，金属棒MN的质量m=17g，其电阻R1为4Ω，滑动变阻器R2与MN串联，匀强磁场的磁感应强度B竖直向上，大小为0.6T，电源电动势E=10V，内阻r=1Ω，当开关S闭合时，金属棒MN处于静止状态(g=10m/s2，3=1.7)．

（1）若平行导轨光滑，求金属棒所受到的安培力的大小和R2的阻值（结果保留一位有效数字）；

（2）若平行导轨不光滑，若将滑动变阻器R2的阻值调至10Ω，金属棒MN仍然保持静止状态，求金属棒受到的摩擦力的大小和方向．
参考答案与试题解析
2020-2021学年山东省临沂市临沂市河东费县高二年级2020-2021期中考试物理试卷
一、选择题
1.
【答案】
B
【考点】
安培力
左手定则
【解析】
本题考查了产生条件、大小与方向，当电流方向与磁场平行时不受安培力，根据左手定则可知安培力的方向与磁场垂直．引用公式F=BIL时，注意要求磁场与电流垂直，若不垂直应当将导线沿磁场与垂直于磁场分解，因此垂直时安培力最大，最大为F=BIL．
【解答】
解：A．根据左手定则可知，安培力方向与磁场和电流组成的平面垂直，即与电流和磁场方向都垂直，故A错误；
B．根据A选项的论述可知，B正确；
C．当电流方向与磁场的方向平行，所受安培力为0，而此时的磁感应强度不为零，故C错误；
D．根据安培力受力特点可知：当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力最大，为F=BIL，故D错误．
故选B．
2.
【答案】
C
【考点】
LC振荡电路分析
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：A．根据图像可得，I=ΔqΔt，斜率表示电流，在t1时刻，电路中的电流最大，故A错误；
B．在t2时刻，电路中无电流，只有电容器上存储的电场能，故B错误；
C．在t3时刻，电路中电流最大，电容器上存储的电场能全部转化为线圈存储的磁场能，电容器两端电压为零，故C正确；
D．在t3∼t4时间内，斜率不断减小，电路中的电流不断减小，故D错误．
故选：C．
3.
【答案】
B
【考点】
导线框切割磁感线
【解析】
求出线框进入磁场过程中产生的感应电动势，根据闭合电路的欧姆定律求解c、d两点间的电压。
【解答】
解：线框以v＝10m/s的速度匀速进入磁场过程中，产生的感应电动势为：
E＝BLv＝1×0.1×10V＝1V，
c、d两点间的电压是路端电压，根据闭合电路的欧姆定律可得：
U=34E=34×1V＝0.75V，故B正确，ACD错误．
故选B．
4.
【答案】
A
【考点】
交变电流的图象和三角函数表达式
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：A．根据u−t图像，电动势的最大值为Um＝311V，有效值为U=Um2=3112V≈220V，故A正确；
B．根据u−t图像，T＝0.02s，故B错误；
C．在t＝0.01s时，电动势瞬时值为零，线圈平面与中性面重合，穿过线圈的磁通量变化率最小，故C错误；
D．ω=2πT=100πrad/s，故该交变电动势的瞬时值表达式为u=311sin(100πt)V，故D错误．
故选A．
5.
【答案】
C
【考点】
电磁感应中的图象问题
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：根据法拉第电磁感应定律E=ΔΦΔt=SΔBΔt，由于线圈面积不变，所以感应电动势与磁感应强度的变化率即B−t图像的斜率成正比，根据B−t图像，0∼1s感应电动势为定值，感应电流为定值，1s∼2s感应电动势为0，感应电流为0，2s∼4s感应电动势为定值而且是0∼1s感应电动势的一半，感应电流也是0∼1s感应电流的一半，对照选项BD错．
根据楞次定律0∼1s向上的磁通量增大，感应电流沿正方向，选项A错，C对．
故选C．
6.
【答案】
B
【考点】
单杆切割磁感线
电磁感应中的动力学问题
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：金属杆在下滑的过程中，随着速度的增加，感应电动势增加，感应电流增加，安培力增加，加速度减小，故A错误；
当安培力等于重力沿导轨向下的分力时，速度达到最大，后将做匀速运动，有BIL=B2L2vmR=mgsinα，解得vm=mgRsinαB2L2，故B正确，D错误；
由右手定则可知，金属棒下滑过程，感应电流从b流向a，a端电势高于b端电势，故C错误．
故选B．
7.
【答案】
D
【考点】
安培力作用下的平衡问题
解析法在动态平衡问题中的应用
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：作出侧视图，并对金属棒进行受力分析，如图所示，
据图可得tanβ=BILmg；
A．若两悬线等长变短，则β不变，选项A错误；
B．若磁感应强度B变大，则β变大，选项B错误；
C．若金属棒的质量m变小，则β变大，选项C错误；
D．若棒中的电流I变大，则β变大，选项D正确．
故选D．
8.
【答案】
A
【考点】
带电粒子在有界磁场中的圆周运动
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：当速度v正对圆心入射时，通过磁场区域后速度方向偏转了30∘，
根据几何关系r=Rtan15∘，
当粒子的入射点和出射点的连线是磁场圆的直径时，粒子速度偏转的角度最大，
由图可知sinθ=Rr，平移距离d=Rsinθ，则d=2−3R．
故选A．
二、多选题
【答案】
A,B
【考点】
楞次定律
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：A．线圈中电流为右侧流入，磁场方向为向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由右向左看，金属环中感应电流沿逆时针方向，故A正确；
B．根据“来拒去留”可得，环将向右运动，故B正确；
C．若金属环不闭合，则闭合开关时金属环不会产生感应电流，但仍然能产生感应电动势，故C错误；
D．电池正负极调换后，根据楞次定律的“来拒去留”可得，金属环受力向右，故仍将向右弹出，故D错误．
故选AB．
【答案】
B,C
【考点】
自感现象和自感系数
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，L1和L2是两个完全相同的小灯泡．
AB．S闭合瞬间，但由于线圈的电流增加，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加，所以两灯同时亮，当电流稳定时，由于电阻可忽略不计，所以以后L1熄灭，L2变亮，故A错误，B正确；
CD．S闭合断开，L2立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，所以L1亮一下再慢慢熄灭，故C正确，D错误．
故选BC．
【答案】
A,C,D
【考点】
质谱仪
【解析】
带电粒子经加速后进入速度选择器，速度为v=EB粒子可通过选择器，然后进入B0，打在S板的不同位置，根据粒子在匀强磁场中的圆周运动的轨迹，运用左手定则可以判断粒子带正电还是负电，以及速度选择器中的磁场的方向．
【解答】
解：A．粒子垂直磁场向下进入磁场，根据左手定则可知，粒子带正电，则受电场力向右，由左手定则可判断速度选择器中磁场方向垂直直面向外，故A正确；
B．粒子在磁场B0中做匀速圆周运动，运动的时间等于t=T2，T=2πmqB，则t=πmqB0，所以粒子的运动时间不同，故B错误；
C．由qE=qvB，得v=EB，此时离子受力平衡，可沿直线穿过选择器，故C正确；
D．由qm=vB0R，知R越大，荷质比越小，故D正确．
故选：ACD．
【答案】
A,B,C
【考点】
单杆切割磁感线
电磁感应中的能量问题
电磁感应中的电路类问题
【解析】
通过对导体棒的受力分析知道，上滑的过程做变减速直线运动，下滑的过程做变加速直线运动，抓住位移相等，平均速度不同，比较运动的时间，根据q=ΔΦR比较出电量的大小，根据Q=EIt比较上滑和下滑过程中产生的热量．解决这类问题的关键时分析受力，进一步确定运动性质，并明确判断各个阶段及全过程的能量转化．
【解答】
解：A．因为上滑阶段的平均速度大于下滑阶段的平均速度，而上滑阶段的位移与下滑阶段的位移大小相等，所以上滑过程的时间比下滑过程短，故A正确；
B．根据感应电量经验公式q=ΔΦR知，上滑过程和下滑过程磁通量的变化量相等，则通过电阻R的电量相等，故B正确；
C．经过同一位置时：下滑的速度小于上滑的速度，下滑时棒受到的安培力小于上滑所受的安培力，则下滑过程安培力的平均值小于上滑过程安培力的平均值，所以上滑导体棒克服安培力做功大于下滑过程克服安培力做功，故上滑过程中电阻R产生的热量大于下滑过程中产生的热量，上滑过程中由电磁感应产生的内能大于下滑过程中由电磁感应产生的内能，故C正确；
D．根据功能关系得知，ab在整个过程中损失的机械能等于装置产生的焦耳热与摩擦力产生的热量的和，故D错误．
故选ABC．
三、填空题
【答案】
增大,增大
【考点】
带电粒子在匀强磁场中的运动规律
【解析】
粒子垂直磁场方向射入匀强磁场，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律列式分析得到轨道半径的表达式进行分析即可．
【解答】
解：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：qvB=mv2r，解得： r=mvqB，如果保持出射电子的速度不变，减小磁感应强度，轨迹圆半径增大；如果保持磁感应强度不变，增大出射电子的速度，轨迹圆半径增大．
四、实验探究题
【答案】
（1）如解答图所示．
（2）偏转方向
（3）右
（4）B
【考点】
研究电磁感应现象
【解析】
（1）注意该实验中有两个回路，一是电源、电键、变阻器、小螺线管串联成的回路，二是电流计与大螺线管串联成的回路，据此可正确解答．
（2）在探究影响感应电流方向因素的实验中，首先应检验电流计指针偏转方向与流入电流计的感应电流方向之间的关系．
（3）根据穿过线圈的磁通量变化情况，判断感应电流的方向，从而判断电流计指针偏转方向．
（4）在电磁感应现象中，产生感应电动势的电路相当于电源．
【解答】
解：（1）将电源、电键、变阻器、原线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将电流计与副线圈B串联成另一个回路，电路图如图所示．
（2）实验前要检验电流计指针偏转方向与流入电流计的感应电流方向之间的关系．
（3）电键闭合稳定后，断开电键电流表指针左偏，这说明，穿过线圈B的磁通量减小时，电流计指针向左偏，磁通量增大时，电流计指针向右偏；由电路图可知，电键闭合后滑动变阻器的滑动触头向接线柱D移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小，通过线圈A的电流变大，电流产生的磁场增强，穿过线圈B的磁通量增大，而磁场方向不变，因此电流计指针应向右偏转．
（4）在产生感应电流的回路中，穿过线圈B的磁通量发生变化时，线圈B产生感应电动势，因此线圈B相当于电源．
五、解答题
【答案】
（1）电阻R中电流的方向为由a到b；
（2）a、b两点间的电势差Uab=4.5V；
（3）电容器C所带的电量Q=4.5C．
【考点】
楞次定律
感生电动势
电磁感应中的电路类问题
平行板电容器的电容
【解析】



【解答】
解：（1）根据楞次定律可知，电流方向由a到b．
（2）根据法拉第电磁感应定律E=nΔΦΔt，可得：E=5V，
根据闭合回路欧姆定律I=ER+r，可得：I=0.5A，
由部分电路欧姆定律U=IR，可得：Uab=4.5V．
（3）由公式C=QU，可得：Q=4.5C．
【答案】
（1）质子在磁场中运动轨迹的半径R=mvqB；
（2）质子在磁场中运动的时间t=πm3qB．
【考点】
带电粒子在有界磁场中的圆周运动
【解析】


【解答】
解：（1）质子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，
由牛顿第二定律得：qvB=mv2R，
解得：R=mvqB．
（2）由几何知识可知，质子在磁场中做圆周运动对圆心转过的角度为60∘，
则质子在磁场中运动的时间：
t=θ2πT=60∘360∘×2πRv=πm3qB．
【答案】
（1）输电线路上损耗的电功率ΔP=200W；
（2）交流发电机线圈电阻r=0.5Ω；
（3）线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功W=240J．
【考点】
远距离输电
交流发电机及其产生正弦式电流的原理
交变电流的有效值
【解析】



【解答】
解：（1）设降压变压器原、副线圈的电流分别为I3、I4，电动机恰能正常工作，
有I4=P用U4=50A，
根据理想变压器的变流比可知：I3I4=n4n3，得I3=5A，
所以输电线路上损耗的电功率为：ΔP=I2R=200W．
（2）根据理想变压器的的变压比可知U3U4=n3n4，
得U3=2200V，
升压变压器副线圈两端电压：
U2=U3+I3R=2240V，
又U1U2=n1n2，可得U1=280V，
升压变压器原线圈两端功率：
P1=P用+ΔP=11000W+200W=11200W，
P1=U1I1，
则原线圈输入电流：I1=40A，
Em=NBSω，
正弦式交变电动势有效值：
E=Em2=300V，
故发电机线圈内阻上消耗的功率：
I12r=EI−P1=800W，
解得：r=0.5Ω．
（3）交变电流的周期为T=0.02s，
线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功W=PT=EI1T=240J．
【答案】
（1）若平行导轨光滑，金属棒所受到的安培力的大小为0.1N，R2的阻值为4Ω；
（2）金属棒受到的摩擦力的大小为0.034N，方向沿斜面向上．
【考点】
安培力作用下的平衡问题
【解析】

图不清楚，我画不了图
【解答】
解：（1）金属棒受重力mg、支持力N、安培力F的作用，受力分析如图所示：
根据平衡条件得安培力：F=mgtanθ=17×10−3×10×33N=0.1N，
由安培力公式F=BIL，
可得I=FBL，
由欧姆定律可知I=ER1+R2+r，
解得R2=4Ω．
（2）将滑动变阻器R2的阻值调至10Ω>4Ω，则由安培力F1=BI1L可知，安培力减小，
金属棒有沿斜面向下移动的趋势，摩擦力沿斜面向上，
电流I1=ER+r+R1′=104+10+1A=23A，
金属棒受重力mg，支持力FN，安培力F1和摩擦力f的作用，受力分析如图所示：
根据平衡条件可知沿着斜面方向mgsinθ=F1csθ+f，
由安培力公式可得：F1=BI1L，
解得：f=0.034N，
方向沿斜面向上．