安徽省滁州市定远县民族中学2021-2022学年高二下学期期中考试物理试题（含答案）

2021-2022学年度第二学期高二期中考试卷

物理试题

一、单选题(本大题共8小题，每小题3分，共24分)

1．如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接，已如导体棒MN受到的安培力大小为F，则线框LMN受到的安培力的大小为（　　）

A．2F B．1.5F C．0.5F D．0

2．如图所示，空间存在方向垂直纸面的匀强磁场，一粒子发射源P位于足够大绝缘平板MN的上方距离为d处，在纸面内向各个方向发射速率均为v的同种带电粒子，不考虑粒子间的相互作用和粒子重力，已知粒子做圆周运动的半径大小也为d，则粒子

A．能打在板上的区域长度为2d B．能打在板上离P点的最远距离为d

C．到达板上的最长时间为 D．到达板上的最短时间为

3．如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为的带电粒子从圆周上的M点沿直径方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转；若射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转，不计重力，则为（　　）

A． B． C． D．

4．如图甲所示，为一个质量为m，电荷量为q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动细杆处于匀强磁场中，（不计空气阻力），现给圆环向右初速度，在以后的运动过程中的速度图象如图乙所示。则圆环所带的电性、匀强磁场的磁感应强度B和圆环克服摩擦力所做的功W。（重力加速度为g）下列说法正确的是（   ）

A．圆环带负电， B．圆环带正电，

C．圆环带负电，  D．圆环带正电，

5．涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式。某研究所制成如图所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程。车厢下端安装有电磁铁系统，能在长L1＝0.6 m、宽L2＝0.2 m的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场，磁感应强度可随车速的减小而自动增大（由车内速度传感器控制），但最大不超过B1＝2 T。长大于L1、宽也为L2的单匝矩形线圈，间隔铺设在轨道正中央，其间隔也为L2，每个线圈的电阻为R＝0.1 Ω，导线粗细忽略不计。在某次实验中，模型车速度为v＝20 m/s时，启动电磁铁系统开始制动，车立即以加速度a＝2 m/s2做匀减速直线运动，当磁感应强度增加到B1时就保持不变，直到模型车停止运动。已知模型车的总质量为m＝36 kg，空气阻力不计。不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响。则模型车的制动距离为（　　）

A．200 m B．50 m C．106.25 m D．137.75 m

6．如图所示，单匝直角三角形导线框OMN在匀强磁场中以ON所在的直线为轴匀速转动，角速度为ω，已知OM边长为l，，匀强磁场垂直于ON向右，磁感应强度大小为B，则下列说法正确的是(     )

A．导线框OMN内产生大小恒定的电流

B．截掉导线MN，则电动势最大值变小

C．导线框OMN产生的电流方向为OMNO

D．导线框OMN内产生的电动势最大值为

7．如图所示，矩形闭合导线框处于水平方向的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈接有一只“11V，33W”的灯泡.当灯泡正常发光时，变压器输入电压.下列说法正确的是（        ）

A．图示位置可能是计时起点

B．图示位置通过线框的磁通量变化率最小

C．变压器原、副线圈匝数之比为

D．电流表的示数为A

8．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1∶2，正弦交流电源电压为U＝12 V，电阻R1＝1 Ω，R2＝2 Ω，滑动变阻器R3最大阻值为20 Ω，滑片P处于中间位置，则

A．R1与R2消耗的电功率相等 B．通过R1的电流为3 A

C．若向上移动P，电压表读数将变大 D．若向上移动P，电源输出功率将不变

二、多选题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)

9．半径分别为r和2r的同心半圆导轨MN、PQ固定在同一水平面内，一长为r、电阻为R、质量为m且质量分布均匀的导体棒AB置于半圆轨道上面，BA的延长线通过导轨的圆心O，装置的俯视图如图所示。整个装置位于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。在N、Q之间接有一阻值也为R的电阻。导体棒AB在水平外力作用下，以角速度ω绕O顺时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触。导轨电阻不计，不计一切摩擦，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　）

A．导体棒中的电流方向为A→B

B．导体棒A端相等于电源正极

C．导体棒AB两端的电压大小为

D．若导体棒不动，要产生同方向的感应电流，可使竖直向下的磁感应强度增强，且变化得越来越慢

10．如图所示，在平行于水平地面的匀强磁场上方有三个线圈，从相同的高度由静止开始同时下落。三个线圈都是由相同的金属材料制成的大小相同的正方形线圈。A线圈有一个缺口，B、C都是闭合的，但是B线圈的导线比C线圈的粗，关于它们落地时间的说法正确的是（　　）

A．三线圈中A落地时间最短

B．三线圈落地时间相同

C．B、C两线圈落地时间相同

D．B线圈落地时间比C线圈短

11．如图所示，金属杆ab以恒定的速度v在光滑的平行导轨上向下滑行。设整个电路中总电阻为R（恒定不变）。整个装置置于垂直导轨平面的匀强磁场中、杆ab下滑的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．杆ab的重力势能不断减少

B．杆ab的动能不断增加

C．电阻R上产生的热量不断增加

D．电阻R上消耗的电功率保持不变

12．如图所示，宽为的两固定足够长光滑金属导轨水平放置，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为.质量均为、电阻值均为的两导体棒和静止置于导轨上，其间距也为，现给一向右的初速度，对它们之后的整个运动过程说法正确的是(　　)

A．的加速度越来越大，的加速度越来越小

B．克服安培力所做的总功为

C．通过的电荷量为

D．两导体棒间的距离最终变为

三、实验题(本大题共2小题，共12分)

13．某研究性小组利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻的压阻效应，然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：

A．电源（电动势，内阻约为1Ω）

B．电流表（量程，内阻=5Ω）

C．电流表（量程，内阻≈1Ω）

D．定值电阻=5Ω

E.开关S，导线若干

（1）为了较准确的测量电阻，请在图（a）中虚线框内将测量电阻的实验电路图补充完整______，并在图中标出所选器材的符号。

（2）在电阻上加一个竖直向下的力，闭合开关S，记下电表读数，的读数为,的读数为，则=__________（用字母表示）。

（3）小组同学根据实验测量结果，做出压敏电阻随着所加外力的图像，如图（b）所示，小组同学将这种压敏电阻与一个量程为的理想电压表按如图（c）所示电路改装成测量压力的仪表，已知电源、内阻不计，为了使改装后压力表的量程为，压力为对应电压表的刻度为，则定值电阻=_____Ω。压力为对应电压表的刻度为_______（保留两位有效数字）。

14．学习了传感器之后，某物理兴趣小组找到了一个型金属热电阻，想利用热电阻的阻值随温度的升高而增大的特点来制作一个简易的温度计。兴趣小组查到了该热电阻的阻值随温度变化的一些信息如图甲所示。他们准备的实验器材如下：干电池，电动势为，内阻不计；灵敏毫安表，量程，内阻为；滑动变阻器；开关、导线若干。

（1）若直接将干电池、开关、灵敏毫安表、金属热电阻串接成一个电路作为测温装置，则该电路能测的最低温度为__________。

（2）现在该实验小组想让测温范围大一些，能从开始测，他们又设计了如图乙所示的电路图，并进行了如下操作：

a. 将金属热电阻做防水处理后放入冰水混合物中，过了一段时间后闭合开关，调节滑动变阻器，使毫安表指针满偏；

b. 保持滑动变阻器接入电路的电阻不变，他们在实验室中找来了一瓶热水，他们把金属热电阻放入其中，过了一段时间后闭合开关，发现毫安表的读数为，则测得热水的温度为__________。（保留2位有效数字）

c. 写出毫安表的电流值和温度的关系式__________。

d. 根据关系式将毫安表刻度盘上的电流值改写为温度值。

（3）若干电池用久了后其电源电动势不变，而其内阻变大，不能忽略不计了，其他条件不变。若用此温度计前进行了（2）中a步骤的操作进行了调节，测量结果将会__________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

四、解答题(本大题共4小题，共48分)

15．（6分）如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘，金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω．已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm，重力加速度大小取10m/s2．判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量．

16．（12分）有一台内阻为发电机，供给一学校照明用，如图所示，升压比为1:4，降压比为4:1，输电线的总电阻，全校共22个班，每班有“”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则：

（1）发电机输出功率多大；

（2）发电机电动势多大；

（3）电能有效利用率是多少。

17．（15分）如图所示，在二象限内，0≤y≤d区域有沿y轴正方向的匀强电场，电场强度；d≤y≤3d区域有垂直于xOy平面向里，大小可调的匀强磁场I。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，自点P（0，6d）处以大小为v0、方向与y轴正方向成30°的速度进入匀强磁场Ⅱ（图中未画出），匀强磁场Ⅱ的边界为矩形，方向垂直于xOy平面，粒子从磁场Ⅱ飞出后恰好能沿x轴负方向过坐标原点O。不计粒子的重力。求：

（1）磁场Ⅱ的磁感应强度大小；

（2）磁场Ⅱ的最小面积；

（3）当磁场I的磁感应强度大小为B1时，粒子恰好不能从磁场I的上边界穿出，粒子第一次返回后与x轴的交点记为Q；当磁场I的磁感应强度大小为B2时，粒子经过多偏转后仍能经过Q点求B2与B1所有可能的比值。

18．（15分）某同学设计了一个电磁推动加喷气推动的火箭发射装置，如图所示。竖直固定在绝缘底座上的两根长直光滑导轨，间距为l。导轨间加有垂直导轨平面向里的匀强磁场B。绝缘火箭支撑在导轨间，总质量为m，燃料室中的金属棒EF电阻为R，并通过电刷与电阻可忽略的导轨良好接触。

引燃火箭下方的推进剂，迅速推动刚性金属棒CD（电阻可忽略且和导轨接触良好）向上运动，当回路CEFDC面积减少量达到最大值，用时△t，此过程激励出强电流，EF产生电磁推力加速火箭。在时间内，电阻R产生的焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体。当燃烧室下方的可控喷气孔打开后，喷出燃气进一步加速。

(1)求在时间内，回路中感应电动势的平均值及通过金属棒EF的电荷量，并判断金属棒EF中的感应电流方向；

(2)经时间火箭恰好脱离导轨，求火箭脱离时的速度v0；（不计空气阻力）

(3)请对该设计谈谈你的看法。

参考答案

1．B

【解析】设每一根导体棒的电阻为R，长度为L，则电路中，上下两路电阻之比为，根据并联电路两端各电压相等的特点可知，上下两路电流之比．如下图所示，由于上路通电的导体受安培力的有效长度为L，根据安培力计算公式，可知，得，根据左手定则可知，两力方向相同，故线框LMN所受的合力大小为，故本题选B．

2．C

【解析】A．打在极板上粒子轨迹的临界状态如图所示，根据几何关系知，带电粒子能到达板上的长度

故A错误；

B．由图可以看到打在板上最远点是右边，由几何关系它与P点的距离是2d，故B错误；

C．在磁场中运动时间最长和最短粒子运动轨迹示意图如图所示，由几何关系知，最长时间

最短时间

又有粒子在磁场中运动的周期

根据题意

故C正确，D错误。故选C。

3．B

【解析】根据题意做出粒子的圆心如图所示

设圆形磁场区域的半径为R，根据几何关系有第一次的半径

第二次的半径

根据洛伦兹力提供向心力有

可得

所以

故选B。

4．B

【解析】因圆环最后做匀速直线运动，根据左手定则可得圆环带正电荷，在竖直方向上平衡得

解得

动能定理得，圆环克服摩擦力所做的功W

解得

 故B正确。故选B。

5．C

【解析】设电磁铁的磁感应强度达到最大时，模型车的速度为，则

联立得

匀变速运动过程的位移为

对磁感应强度达到最大以后的减速过程，由动量定理可得

又

得此过程的位移

则模型车的制动距离

故选C。

6．D

【解析】当导线框OMN以ON所在的直线为轴匀速转动时，线圈内产生正弦交变电流，选项A错误；导线MN不切割磁感线，则截掉导线MN，则电动势最大值不变，选项B错误；导线框OMN产生的电流方向不断变化，选项C错误；导线框OMN内产生的电动势最大值为Em=BωS=，选项D正确；故选D.

点睛：此问题的实质和产生交流电的矩形线圈相似，产生的是正弦交流电，且最大值都是Em=BωS，比较简单.

7．B

【解析】根据瞬时值表达式可知，线框转动的计时起点是线框平面与磁感线平行的位置，不是图示的位置， A错误；图示位置通过线框的磁通量最大，磁通量的变化率最小，B正确；变压器原线圈电压的有效值为33V，副线圈电压的有效值为11V，根据，得变压器原、副线圈匝数之比为， C错误；根据输入功率与输出功率相等可知，电流表A的示数为， D错误.

8．B

【解析】理想变压器原副线圈匝数之比为1：2，可知原副线圈的电流之比为2：1，根据P=I2R可知R1与R2消耗的电功率之比为2：1，故A错误；设通过R1的电流为I，则副线圈电流为0.5I，初级电压：U-IR1=12-I；根据匝数比可知次级电压为2（12-I），则，解得I=3A，故B正确；若向上移动P，则R3电阻减小，次级电流变大，初级电流也变大，根据P=IU可知电源输出功率将变大，电阻R1的电压变大，变压器输入电压变小，次级电压变小，电压表读数将变小，故C D错误；故选B．

9．AC

【解析】AB．由右手定则可知，导体棒中的电流方向为A→B，导体棒相当于电源，电源内部电流由负极流向正极，则B端相当于电源正极，故A正确，B错误；

C．AB棒产生的感应电动势为

导体棒AB两端的电压为

故C正确；

D．如果导体棒不动，使竖直向下的磁感应强度增强，根据楞次定律，回路中会产生从B到A的感应电流，与原来方向相反，故D错误。故选AC。

10．AC

【解析】AB．A线圈有一个缺口，进入磁场时，不产生感应电流，线圈不受安培力作用，只受重力，加速度等于g，而B、C线圈是闭合的，进入磁场时，产生感应电流，线圈受到竖直向上的安培力作用，则A线圈落地时间最短，故A正确，B错误；

CD．设闭合线圈的边长为L，横截面积为S，电阻率为ρ电，密度为ρ密，质量为m，进入磁场过程中速度为v时加速度为a，根据牛顿第二定律得

mg－＝ma

解得a＝g－＝g－

可知a与横截面积S无关，所以B、C线圈在运动过程中加速度时刻相同，速度也时刻相同，所以B、C同时落地，C正确，D错误。故选AC。

11．ACD

【解析】A．金属杆ab向下滑行，高度不断下降，重力势能不断减少，A正确；

B．杆ab做匀速运动，速度不变，动能不变，B错误；

C．杆ab匀速下滑，其重力势能转化为电路的电能，通过电阻R转化为内能，可知电阻R上产生的热量不断增加，C正确；

D．电阻R上消耗的电功率等于重力做功的功率，为

P＝mgvcosθ

保持不变，D正确。

故选ACD。

12．CD

【解析】A． 给cd一向右的初速度v0，根据右手定则可知电流方向为cdba，根据左手定则可知cd杆安培力方向向后，做减速运动，ab做加速运动，两棒的安培力大小相同，两导体棒的电动势相互抵消，因此切割磁场的速度相当于两导体棒的相对速度，因cd棒加速，ab棒减速，相对速度越来越小，因此

可知ab、cd的加速度越来越小，故A错误；

B． 当cd向右运动过程中，受到向左的安培力减速，而ab受向右的安培力而加速运动，当两者共速时满足：

mv0=2mv

对cd棒：

故B错误；

C． 对ab根据动量定理可得：BILt=mv，解得：

故C正确；

D． 设最后两根杆相对运动的距离为x，根据电荷量的公式可得：

解得：

所以两导体棒间的距离最终变为，故D正确。

故选CD。

13．               15     1.5

【解析】（1）根据伏安法测电阻的原理，我们要想准确测量出Rx的阻值，必须准确测出通过Rx的电压和电流，但图中没有给出电压表，所以我们可以用内阻已经知道的电流表A1来测电压，A2测干路电流，进而计算通过Rx的电流，故电路如图所示

（2）由原理图可知，通过Rx的电流为

电压为

所以

（3）由b图知

由图c利用闭合电流欧姆定律可知

由题意知，压力为100N对应电压表的刻度为3V，带入

[4]故

压力为0时，带入得

14．     75     94          不变

【解析】（1）温度最低，电阻最大。

解得

由图像可知

得

（2）放入冰水混合物中，时，，电流表满偏有

解得

放热水中

得

得

由欧姆定律和温度与电阻关系式

，

联立整理得

（3）[4]不变，因为在操作a步骤时，要调节滑动变阻器使电流满偏，当电源内阻阻值增大，会将滑动变阻器阻值调小，总和不变，对结果无影响。

15．

【解析】

【详解】

金属棒通电后，闭合回路电流

导体棒受到安培力

根据安培定则可判断金属棒受到安培力方向竖直向下

开关闭合前

开关闭合后

16．（1）5424W；（2）250V；（3）88%

【解析】（1）据题意，所有灯都正常工作的总功率为

用电器都正常工作时的总电流为

根据

解得两个变压器之间输电线上的电流为

故输电线上损耗的电功率

发电机输出功率

（2）降压变压器上的输入电压

输电线上的电压损失为

因此升压变压器的输出电压为

由变压器变压比可知，升压变压器的输入电压为

升压变压器的输入电流为

发电机的电动势

（3）电能有效利用率是

17．(1) ；(2) ；(3)或

【解析】 (1)根据题意和几何关系可得

可得

由洛伦兹力提供向心力可得

可得

(2)磁场Ⅱ的面积最小时，矩形的长为

宽为

则磁场Ⅱ的最小面积

(3)由动能定理可得

可得

则速度与水平方向夹角的余弦值为

即

粒子在电场中有

运动时间为

粒子沿x轴负方向移动的距离为

联立可得

则有几何关系可得

则有

则由

得

在磁场中偏移的距离为

粒子第一次返回后与x轴的交点Q，则有

设磁感应强度大小为B2时，粒子的半径为R2，粒子经过n次偏转后到达Q点，由几何知识可得

可得

代入

可得

则

为了粒子进行多次偏转，则

可得

故当时，比值为

当时，比值为

18．(1) ，；电流方向向右；(2) ；(3)见解析

【解析】

 (1)根据电磁感应定律有

电荷量

根据楞次定律可知，电流方向向右；

(2)平均感应电流

平均安培力

设竖直向上为正，根据动量定理

得

(3)这种设计让火箭在发射轨道内加速时，使用电磁加速，大大节省了火箭的发射燃料，从而减少了火箭的重量，使火箭更容易发射。