2021-2022学年河南省新乡市高二上学期期末物理试题 （解析版）

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2021-2022学年河南省新乡市高二上学期期末物理考生注意：1. 本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，共110分。考试时间90分钟。2. 请将各题答案填写在答题卡上。3. 本试卷主要考试内容：人教版选修3-1，选修3-2。第Ⅰ卷（选择题  共60分）选择题：本题共12小题，每小题5分，共60分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。1. 如图所示，司南是我国古代辨别方向的仪器，由于地磁场的作用，静止时它的长柄指向南方，下列关于地磁场的说法正确的是（　　）A. 地磁场是从北极附近出发指向南极附近 B. 地磁场在南半球有竖直向上的磁场分量C. 地磁场并不存在，是人为假想的一种物质 D. 地磁场可能会对运动的带电粒子做功【答案】B【解析】【详解】AC．地理两极和地磁两极相反，地磁场的N极在地理的南极附近，地磁场的S极在地理的北极附近，所以地磁场是从南极附近出发指向北极附近，故AC错误；B．水平分量平行地面，方向是磁场的北极指向南极，即为地球的南极指向北极，竖直分量垂直地面，从下图磁场线方向可以看出在南半球垂直地面向上，在北半球垂直地面向下，故B正确；D．运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力，洛伦兹力总是和运动方向垂直，所以地磁场不会对运动的带电粒子做功，故D错误。故选B。2. 在自感课堂引入中，三位同学合作完成了一个惊奇小实验：他们手拉手与一节电动势为的干电池、若干导线、一个开关、一个有铁芯且匝数较多的线圈按图示方式连接，实验过程中人会有触电的感觉。下列说法正确的是（　　）A. 闭合开关瞬间，人有触电的感觉 B. 闭合开关瞬间，人体的电流大于线圈的电流C. 断开开关瞬间，流过人的电流方向为 D. 断开开关瞬间，线圈两端的电压突然增大【答案】D【解析】【详解】A．闭合开关瞬间，人两端的电压只是电源两端的电压为1.5V，不足以触电，A错误；B．因为人体的电阻要远大于线圈的电阻，因此人体的电流小于线圈的电流，B错误；C．断开开关瞬间，线圈产生的电动势要阻碍线圈原有电流变小，因此产生感应电流与原方向相同，自左向右，断开开关时线圈与人组成新的闭合回路，因此在人的那条线路上电流由，C错误；D．断开开关瞬间，由于电流变化太快，导致线圈产生的感应电动势非常大，所以线圈两端电压会变大，D正确。故选D。3. 如图所示，一个闭合梯形导线框位于竖直平面内，其下方固定一根与线框所在的竖直平面平行且距离很近（但不重叠）的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流。不计空气阻力，线框从实线位置由静止释放至运动到下方虚线位置的过程中（　　）A. 穿过线框的磁通量先增大后减小 B. 线框中感应电流的方向先逆时针后顺时针C. 线框受到的安培力方向先竖直向上后竖直向下 D. 线框运动的加速度一直不超过重力加速度【答案】D【解析】【详解】AB．根据安培定则，通电直导线的磁场在上方垂直纸面向里，下方垂直纸面向外．线框从上向下靠近导线的过程，向里的磁场磁感应强度增加，根据楞次定律，线框中产生逆时针方向的电流；穿越导线时，上方向里的磁场和下方向外的磁场叠加，先是向里的磁通量减小，一直减小到零，之后变成向外的磁通量，并逐渐增大，直至最大，这一过程线框中产生顺时针方向的电流；向外的磁通量变成最大后，继续向下运动，向外的磁通量又逐渐减小，这时的电流方向又变成了逆时针。所以整个过程中，穿过线框的磁通量是：向里增加→向里减小→向外增大→向外减小；→线框中感应电流方向依次为逆时针→顺时针→逆时针，故选项AB错误；CD．根据楞次定律，感应电流始终阻碍线框相对磁场的运动，故线框所受安培力的方向始终向上，线框所受合力为重力与安培力之差，不会超过重力，所以加速度一直不超过重力加速度，故C错误，D正确。故选D。4. 已知通电长直导线周围激发磁场的磁感应强度大小与导线中的电流大小成正比。有四条垂直于纸面的长直固定导线，电流方向如图所示，其中、、三条导线到导线的距离相等，三条导线与的连线互成角，四条导线中的电流大小都为，其中导线对导线的安培力大小为。现突然把、导线的电流方向同时改为垂直于纸面向外，电流大小同时变为原来的2倍，则此时导线所受安培力的合力（　　）A. 大小为，方向为 B. 大小为，方向为C. 大小为，方向为 D. 大小为，方向为【答案】A【解析】【详解】把、导线的电流方向同时改为垂直于纸面向外，电流大小同时变为原来的2倍，由于三条导线与的连线互成角，导线对导线的安培力大小为，方向，对d进行受力分析可知，、导线对的斥力为2F，方向为，所以此时导线所受安培力的合力大小为，方向为，BCD错误，A正确。故选A。5. 圆盘发电机的示意图如图所示，铜盘安装在水平的铜轴上，且处于水平向右的匀强磁场中，两块铜片、分别与铜轴和铜盘的边缘接触，原线圈与副线圈共用一根铁芯。当电流从灵敏电流计G的左端接线柱流入时，指针就会向右偏转，反之左偏。当铜盘按图示箭头方向转动时，下列说法正确的是（　　）A. 铜片处的电势高于铜片处的电势B. 铜盘匀速转动时，电流计G的指针向左偏转C. 铜盘加速转动时，电流计G的指针向右偏转D. 铜盘减速转动时，电流计G的指针向右偏转【答案】D【解析】【详解】A．从左向右看，铜盘沿顺时针方向转动，由右手定则可知内部电流从铜片C流向铜片D，所以铜片D处的电势高于铜片C处的电势，A错误；B．铜盘按图示方向匀速转动，会在原线圈M中产生大小、方向均不变的恒定电流，与之同一铁芯的副线圈N中磁通量没有变化，故不产生感应电流，电流计G的指针不偏转，B错误；C．铜盘切割磁感线产生的感应电动势为铜盘按图示方向加速转动时，电动势方向不变，大小增大，与之相连的原线圈M中的电流增大，根据楞次定律可知副线圈N中产生逆时针方向的感应电流（俯视看），电流从灵敏电流计G的右端接线柱流入，故电流计G的指针向左偏转，C错误；D．铜盘切割磁感线产生的感应电动势为铜盘按图示方向减速转动时，电动势方向不变，大小减小，与之相连的原线圈M中的电流减小，根据楞次定律可知副线圈N中产生顺时针方向的感应电流（俯视看），电流从灵敏电流计G的左端接线柱流入，故电流计G的指针向右偏转，D正确。故选D。6. 正弦电流和方波电流随时间变化的关系图像如图所示，四图中电流的最大值均为，下列说法正确的是（　　）A. 图甲为交流电，频率为，电流有效值为B. 图乙为直流电，频率为，电流有效值为C. 图丙直流电，频率为，电流有效值为D. 图丁为交流电，频率为，电流有效值为【答案】D【解析】【详解】A．由图甲可知，此电流正选交流电，频率为电流有效值为故A错误；B．由图乙可知，此电流大小改变方向不变，不是交流电，频率为电流有效值为故B错误；C．由图丙可知，此电流大小改变方向不变，不是交流电，频率为根据电流的热效应有解得故C错误；D．由图丁可知，此电流为矩形交流电，频率为根据电流的热效应有解得故D正确。故选D。7. 新能源汽车采用锂离子电池提供能量，电池充电时的额定电压为，充电电流恒为，锂离子电池对电压非常敏感，当充电电压低于额定电压的时，保护电路将自动断开而无法正常充电。某地用电高峰期充电桩的输出电压仅为，已知常温下铜导线的电阻率为，充电线缆中单根铜导线的横截面积，不计插口处的接触电阻，要能够正常充电，使用的充电线缆的最大长度为（　　）A.  B.  C.  D. 【答案】C【解析】【详解】根据题意可知，锂离子电池的充电电压不得低于充电线缆上允许损失的电压为则每根充电线缆上的电阻为根据电阻定理得解得故ABD错误C正确。故选C。8. 如图所示，是一荧光屏，当电子打到荧光屏上时，荧光屏能够发光。的上方有磁感应强度为的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，为屏上一小孔，与垂直。一群质量为、电荷量为的电子，以相同的速率从处垂直于磁场方向射入磁场区域，且入射方向在与夹角为的范围内。不计电子受到的重力、阻力及相互作用力，则以下说法正确的是（　　） A. 电子在磁场中运动的最短时间为B. 电子在磁场中运动的最长时间为C. 电子运动过程中距荧光屏的最大距离为D. 在荧光屏上将出现一条亮线，其长度为【答案】C【解析】【详解】AB．当电子入射方向在与夹角为时，电子从右边射入时，电子在磁场中运动的时间最短，经分析可得，电子运动的圆心角为则可得电子从左边射入时，电子在磁场中运动的时间最长，经分析可得，电子运动的圆心角为则可得AB错误；C．当电子从左边射入时，电子在磁场中运动的时间最长，离MN的距离最远，经分析可得，电子运动过程中距荧光屏的最大距离为又解得C正确；D．当电子垂直于MN方向射入时，电子到达MN时离P点最远，当电子从左边离PQ的角度射入时，到达MN时离P点最近，故在荧光屏上将出现一条亮线，其长度为解得D错误。故选C。9. 电磁场与现代高科技密切关联，并有重要应用。对以下四个科技实例，说法正确的是（　　）A. 图甲的速度选择器能使速度大小的粒子沿直线匀速通过，与粒子的带电性质及带电量无关B. 图乙磁流体发电机正常工作时电流方向为，电阻两端的电势差等于发电机的电动势C. 图丙为回旋加速器，若增大形盒狭缝之间的加速电压，则粒子射出加速器时的最大动能增大D. 图丁为霍尔元件，若载流子带负电，稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势，电势差与元件中的电流成正比【答案】AD【解析】【详解】A．电场的方向与B的方向垂直，带电粒子进入复合场，受电场力和安培力，且二力是平衡力，即所以不管粒子带正电还是带负电都可以匀速直线通过，所以与粒子的带电性质及带电量无关，A正确；B．由左手定则知正离子向上偏转，负离子会向下偏转，所以P板是电源正极，Q板是电源负极，常工作时电流方向为，但电路工作时等离子体也有电阻，故电阻两端的电势差等于发电机的路段电压，小于电动势，B错误；C．根据公式得故最大动能与加速电压无关，C错误；D．若载流子带负电，由左手定则可知，负粒子向左端偏转，所以稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势；根据稳定时对负粒子受力分析得得又因为电流的微观表达解得故电势差与元件中的电流成正比，D正确。故选AD。10. 如图所示，交流发电机的线圈为边长为的正方形，匝数为，线圈电阻为，外电阻为。线圈在磁感应强度大小为的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，转速为。图中电表均为理想交流电表，下列说法正确的是（　　）A. 图示位置穿过线圈的磁通量最大 B. 感应电动势的最大值为C. 交流电流表的示数为 D. 交流电压表的示数为【答案】BC【解析】【详解】A．图示位置线圈与磁场方向平行，则穿过线圈的磁通量为零，故A错误；B．根据题意可知，线圈转动的角速度为则线圈转动产生的感应电动势的最大值为故B正确；C．感应电动势的有效值为则交流电流表的示数为故C正确；D．交流电压表的示数为故D错误。故选BC。11. 如图所示，边长为的等边三角形的三个顶点、、上各固定一个点电荷，三个点电荷带电荷量均为，其中、处为正电荷，处为为负电荷，点为等边边三角形的外接圆圆心，S为的中点。下列说法正确的是（　　）A. 点的电势比S点的电势高 B. 负电荷受到的库仑力大小为C. S点的电场强度大小为 D. 点的电场强度大小为【答案】BC【解析】【详解】A．根据电势与电场线的关系可知，点的电势比S点的电势低，A错误；B．M、N两点的点电荷在负电荷处的电场强度的矢量和为，根据库仑力公式可得，负电荷受到的库仑力大小为B正确；C．M、N两点的点电荷在S点的电场强度的矢量和为0，P点处的点电荷在S点处的电场强度为C正确；D．根据几何关系可得由于M、N处在O点的电场强度的方向成，故可得点的电场强度大小为D错误。故选BC。12. 某同学分别按图甲和图乙电路探究远距离输电的能量损耗。将长导线卷成相同的两卷、来模拟输电线路，忽略导线卷的自感作用。其中为理想升压变压器，匝数比为，为理想降压变压器，匝数比为，两次实验中电源的电压恒定，除长导线卷、以外，其余导线的电阻可以忽略，两次实验中使用同一灯泡且恰好都能正常工作。下列判断正确的是（　　）A. B. 与可能相等C. 甲、乙两次实验中电源消耗的功率之比为D. 甲、乙两次实验中电源消耗的功率之比为【答案】AC【解析】【详解】CD．两次实验中电源电压恒定为，使用同一灯泡且恰好都能正常工作，设流过灯泡的电流为，则图甲实验时电源消耗的功率为根据图乙可知，，可得则图乙实验时电源消耗的功率为则甲、乙两次实验中电源消耗的功率之比为故D错误C正确；AB．两次实验中电源的电压恒定为，使用同一灯泡且恰好都能正常工作，设流过灯泡的电流为，设导线的总电阻为,则灯泡两端的电压为根据图乙可知，,又有则联立整理得由于则故即故B错误A正确。故选AC。第Ⅱ卷（非选择题  共50分）非选择题：共5小题，共50分。把答案填在答题卡中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，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。13. 小贾同学在学习安培力后，设计了如图所示的装置来测定磁极间的磁感应强度。根据实验主要步骤完成填空：（1）在弹簧测力计下端挂一个匝数为的矩形线框，将线框的下短边完全置于形磁铁的、极之间的磁场中，并使线框的短边水平，磁场方向与矩形线框的平面___________；（2）在电路未接通时，记录线框静止时弹簧测力计的读数；（3）闭合开关，调节滑动变阻器使电流表读数为，记录线框静止时弹簧测力计的读数（），则线框所受安培力大小为___________，方向为___________；（4）用刻度尺测出矩形线框短边的长度；（5）利用上述数据可得待测磁场的磁感应强度___________。【答案】    ①. 垂直    ②.     ③. 竖直向下    ④. 【解析】【详解】（1）[1]应使磁场方向与矩形线框的平面垂直，这样能使弹簧测力计保持竖直，方便测出拉力；（3）[2][3]根据题意可知，未接通电路时，弹簧测力计的读数，根据平衡条件有接通电路后，弹簧测力计的读数（），根据平衡条件有则线框所受安培力大小为方向竖直向下；（5）[4]根据安培力的计算公式有解得14. 在测量电源电动势和内阻的实验中，实验室备有如下器材：A． 电压表V1（量程为，内阻约为）；B． 电压表V2（量程为，内阻约为）；C． 电流表A1（量程为，内阻为）；D． 电流表A2（量程为，内阻为）；E． 滑动变阻器（最大阻值为）；F． 滑动变阻器（最大阻值为）；G． 定值电阻（阻值为）；H．开关，导线若干；I． 待测干电池。（1）某同学想要精确测量一节旧干电池的电动势和内阻。电流表应选用___________（选填“C”或“D”），滑动变阻器应选用___________（选填“E”或“F”），电路图应选用___________（选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）；（2）该同学根据测得的电压表与电流表的数据在坐标纸上描点，得到如图戊所示的图像，则该干电池的电动势___________、内阻___________。（均保留两位小数）【答案】    ①. D    ②. E    ③. 乙    ④. 1.45（1.43~1.47均给分）    ⑤. 3.13（3.08~3.18均给分）【解析】【详解】（1）[1][2][3]想要精确测量一节旧干电池的电动势和内阻,滑动变阻器起到控制电流的作用，应选用，方便调节，为了保证电路中电流不超过电流表量程，电流表应选，因为电流表内阻已知，电压表内阻的准确值不清楚，且旧电池内阻较大，不需要串联电阻，则电路图应选用乙。（2）[4][5]由乙电路图，根据闭合回路欧姆定律有根据图戊的图像可知,则15. 示波管工作原理简化示意图如图所示，质量为、电荷量为的电子，由静止经电压为的电场加速后，垂直进入极板长度为的平行金属板组成的偏转电场，离开电场后沿直线运动，最终打在距离偏转电场右端的屏幕上的点。已知电子打在屏幕上的侧向位移大小，不计电子所受重力与空气阻力。求：（1）电子进入偏转电场时的速度大小；（2）电子打在屏幕上点时的动能；（3）偏转电场的电场强度大小。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）由动能定理得解得（2）设电子射出偏转电场时速度的偏角为，由速度的反向延长线恰好平分水平方向的位移得且，解得（3）电子进入偏转电场做类平抛运动，设电子在偏转电场运动的时间为，则有且解得16. 如图所示，在的区域存在匀强电场，电场强度大小为、方向沿轴负方向；在区域存在匀强磁场，磁场方向垂直平面向向外。一带正电的离子，经过轴上时速率为，方向沿轴正方向；然后经过轴上的进入磁场，并经过轴上的。不计离子所受重力。求：（1）离子的比荷；（2）匀强磁场的磁感应强度大小；（3）离子从到第二次经过轴所用的时间。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）离子在轴上方电场中做类平抛运动，则有解得 （2）离子运动轨迹如图所示由已知条件可知，离子在点的速度方向与轴正方向的夹角为，设离子到达时速度大小为，离子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为，结合几何关系得解得（3）设离子从运动到的时间为，离子在磁场中运动的时间为，则有总时间解得17. 如图所示，两根足够长的金属导轨和顶角弯折成角后平行固定放置，形成左右两导轨平面，左导轨（光滑）平面与水平面的夹角，右导轨平面与水平面的夹角，两导轨相距，电阻不计。质量相等、电阻均为的金属杆、与导轨垂直接触形成闭合回路，虚线以下存在有理想边界的匀强磁场，磁场垂直于左侧导轨平面向上，磁感应强度大小。将金属杆锁定在磁场中，金属杆从左侧磁场外距离磁场边界处由静止释放，进入磁场后恰好做匀速直线运动，已知，重力加速度大小。（1）求金属杆的质量；（2）若金属杆从磁场外距离磁场边界处由静止释放，进入磁场后通过回路某截面的电荷量时开始匀速运动，求在此过程中金属杆中产生的电热；（3）当金属杆匀速运动时，将金属杆锁定解除，金属杆恰好处于静止，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求金属杆与导轨间的动摩擦因数。【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）金属杆进入磁场前沿斜面做匀加速运动，设金属杆进入磁场时的速度大小为，进入磁场后回路中的感应电流为，则有，根据平衡条件有联立解得（2）由（1）知设金属杆从进入磁场到开始匀速运动通过的位移大小为，结合能量守恒定律有且进入磁场后通过回路某截面的电荷量联立代入数据解得（3）金属杆匀速运动时，设金属杆受到的安培力大小为，金属杆受力分析如图所示则根据平衡条件有,代入数据解得