2021-2022学年上海市上海中学高二下学期期中物理试题 （解析版）

上海中学2021学年第二学期期中阶段练习

物理试题

一、单项选择题（共40分，1至8题每小题3分，9至12题每小题4分。每题只有一个正确选项）

1. 如图，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘．当MN中电流突然减小时，线圈所受安培力的合力方向

A. 向左 B. 向右 C. 垂直纸面向外 D. 垂直纸面向里

【1题答案】

【答案】B

【解析】

【详解】当MN中电流突然减小时，单匝矩形线圈abcd垂直纸面向里的磁通量减小，根据楞次定律，单匝矩形线圈abcd中产生的感应电流方向顺时针方向，由左手定则可知，线圈所受安培力的合力方向向右，选项B正确．

2. 如图所示，金属圆环用绝缘细线悬挂在天花板上，一条形磁铁正对圆环水平向右快速移动时，金属圆环（　　）

A. 既会向右偏，又有缩小的趋势

B. 会向右偏，但没有缩小的趋势

C. 不会向右偏，但有缩小的趋势

D. 既不会向右偏，又没有缩小的趋势

【2题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】条形磁铁正对圆环水平向右快速移动时，金属圆环的磁通量增加，根据楞次定律，金属圆环反抗磁通量的增加，有缩小的趋势；条形磁铁正对圆环水平向右快速移动时，金属圆环的磁通量增加，根据楞次定律，金属圆环产生感应电流的方向为，从左向右看顺时针，金属圆环相当于左S右N的小磁针，与条形磁铁相互排斥，金属圆环向右偏。

故选A。

3. 当电磁波从空气折射入水中时，保持不变的物理量为（　　）

A. 频率 B. 波长 C. 波速 D. 前三者均保持不变

【3题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】AD．频率由波源决定，进入水中不变，A正确，D错误；

C．根据折射率与速度的关系可知，电磁波从空气进入水中，波速减小，C错误；

B．波长公式，频率不变，波速减小，所以波长也减小，B错误；

故选A。

4. 以下与电磁波应用无关的是（　　）

A. 手机通信 B. 微波炉加热食物

C. 雷达侦查 D. 听诊器诊察病情

【4题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】A．手机通信是通过电磁波来实现的，故A错误；

B．微波炉加热食物是通过微波（电磁波）带动食物分子运动来实现加热的，故B错误；

C．雷达侦查是通过发射电磁波后根据接收反射回来电磁波的情况来判断前方情况的，故C错误；

D．医生通过听诊器听到人体内器官所发出的声音情况来判断是否发生病变的，这里没有涉及到电磁波，故D正确。

故选D

5. 下列现象中属于衍射现象的是（　　）

A. 对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹

B. 马路上积水的油膜的彩色

C. 雨后天空出现彩虹

D. 肥皂膜上出现的彩色条纹

【5题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】A．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的彩色条纹，是光的单衍射现象，故A正确；

B．马路上积水的油膜的彩色是光在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉形成的彩色，是干涉现象，故B错误；

C．雨后天空出现彩虹是光被小水珠反射后出现的色散现象，故C错误；

D．肥皂膜上出现的彩色条纹是光在肥皂薄膜的里外表面分别发生反射，两列反射光在外表面发生叠加干涉形成彩色条纹，这是光的薄膜干涉现象，故D错误。

故选A。

6. 双缝干涉实验中，用黄色光照射双缝，在光屏上得到了干涉图样。若要使得相邻条纹的间距变大，我们可以（　　）

A. 使光源发出光更强一些

B. 使光屏向双缝靠拢一些

C. 将黄光换作红光

D. 将黄光换作绿光

【6题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据

可知光的干涉条纹间距大小与光的强弱无关，故A错误；

B．根据

可知光屏向双缝靠拢，即L减小，则减小，故B错误；

CD．根据

可知红光的波长比黄光长，比绿光更长，波长越长干涉条纹间距越大，故C正确，D错误。
故选C。

7. 如图所示，y轴右侧有一垂直纸面向里的匀强磁场，y轴左侧没有磁场。一个圆形线圈的一半放在磁场中，圆心与原点重合，线圈平面与磁场方向垂直。在下列做法中，不能让线圈中产生感应电流的是（　　）

A. 线圈沿y轴正方向移动

B. 线圈沿x轴正方向移动

C. 线圈绕y轴转动

D. 线圈绕x轴转动

【7题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】A．线圈沿y轴正方向移动，穿过线圈的磁通量不变，则不能让线圈中产生感应电流，故A正确；

B．线圈沿x轴正方向移动，穿过线圈的磁通量增加，则线圈中能有感应电流产生，故B错误；

C．线圈绕y轴转动，穿过线圈的磁通量周期性变化，则线圈中能有感应电流产生，故C错误；

D．线圈绕x轴转动，穿过线圈的磁通量周期性变化，则线圈中能有感应电流产生，故D错误。

故选A。

8. 如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则(　　)

A. 由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

B. 由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

C. 如果断开B线圈的电键S2，无延时作用

D. 如果断开B线圈的电键S2，延时将变长

【8题答案】

【答案】BC

【解析】

【详解】AB.当S1断开时，A中电流消失，此时穿过A、B线圈的磁通量均减小，由于A线圈已经断开，不产生感应电流，对磁场强度的减弱没有抑制作用；而B线圈的开关S2是闭合的，内部产生感应电流，B线圈中有感应电流产生的磁场，这即是延迟效应产生的原因，A错误，B正确；

CD.如果S2断开，线圈B也不产生感生电流，将不会有延时的作用，C正确，D错误。

故选BC。

9. 如图所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到M′N′的过程中，棒上感应电动势E随时间t变化的图示，可能正确的是(　　)

A

B.

C.

D.

【9题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】金属棒PQ进入磁场前没有感应电动势，D错误；当进入磁场，切割磁感线有E=BLv，大小不变，可能的图象为A选项、BC错误．

10. 如图所示，在两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道上，上端接有可变电阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度vm，则（ ）

A. 如果B增大，vm将变大 B. 如果m变小，vm将变大

C. 如果R变小，vm将变大 D. 如果α变大，vm将变大

【10题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】ABCD. 由题意知，金属杆下滑过程中受到重力G、垂直于金属轨道平面向上的支持力N和沿沿金属轨道向上的安培力F，当金属杆下滑速度最大时，金属杆受力平衡，满足关系

又有

， ，

可得

故ABC错误，D正确。

故选D。

11. 如图所示，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点，将圆环拉至位置a后无初速释放，在圆环从a摆向b的过程中（　　）

A. 感应电流的方向先顺时针后逆时针再顺时针

B. 感应电流的方向一直是逆时针

C. 安培力的方向始终与速度方向相反

D. 安培力的方向始终沿水平方向

【11题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】AB．圆环从a处到圆环右侧到达两磁场边界的过程中，穿过圆环的磁通量向里增加，根据楞次定律可知，此过程中的感应电流方向为逆时针方向。圆环从圆环右侧到达两磁场边界到最低点过程中，穿过圆环的磁通量向里减小，根据楞次定律可知，此时电流方向沿顺时针方向。圆环从最低点到离开两磁场边界时，穿过圆环的磁通量向外增加，根据楞次定律可知，此时感应电流的方向沿顺时针方向。圆环从离开磁场后到b处的过程中，穿过圆环的磁通量向外减小，则根据楞次定律可知，此过程中的感应电流方向沿逆时针方向，故AB错误；

CD．由于磁感应强度在竖直方向均匀分布，且水平方向非均匀分布，则在整个过程中，导线的等效长度总是沿竖直方向的，故根据左手定则可知，安培力的方向始终沿水平方向，故C错误，D正确。

故选D。

12. 如图所示，两根光滑金属导轨平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨电阻不计。斜面处在竖直向上的匀强磁场中，电阻可略去不计的金属棒ab质量为m，受到沿斜面向上且与金属棒垂直的恒力F的作用，金属棒沿导轨匀速下滑，则它在下滑h高度的过程中，以下说法正确的是（　　）

A. 恒力F、重力和安培力做功之和等于电阻R产生的焦耳热

B. 恒力F和重力做功之和等于棒克服安培力所做的功与电阻R上产生的焦耳热之和

C. 恒力F和安培力做功之和等于－mgh

D. 产生的焦耳热为－mgh

【12题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】A．金属棒克服安培力做的功等于电阻R产生的焦耳热，故A错误；

B．由于金属棒沿导轨匀速下滑，则根据动能定理有

可知恒力F和重力做功之和等于金属棒克服安培力所做的功，故B错误；

C．由于金属棒沿导轨匀速下滑，则根据动能定理有

可知恒力F和安培力做功之和等于－mgh，故C正确；

D．由于金属棒沿导轨匀速下滑，则根据动能定理有

由于金属棒克服安培力所做的功等于电阻R产生的焦耳热，则有

故D错误。

故选C。

二、填空题（每题5分，共25分）

13. 发现电流能产生磁场的科学家是_________；发现磁场能产生电流的科学家是________。

【13题答案】

【答案】    ①. 奥斯特    ②. 法拉第

【解析】

【详解】[1]发现电流能产生磁场的科学家是奥斯特。

[2]发现磁场能产生电流的科学家是法拉第。

14. 将以下4种波段的电磁波按波长从大到小排序________________（a.无线电波，b.X射线，c.可见光，d.红外线）；若某电视台使用的电磁波频率为4×108Hz，则这种电磁波在真空中的波长为__________m。

【14题答案】

【答案】    ①. adcb    ②. 0.75

【解析】

【详解】[1]根据电磁波谱可知，电磁波按波长从大到小排序为无线电波、红外线、可见光、X射线。

[2]根据

可知，种电磁波在真空中的波长为

15. 一列火车从西向东匀速行驶，速度为10m/s。已知地磁场的竖直分量方向向下，大小为6×10−5T。车厢为铁制的，则此时车厢靠_________（填“北”或“南”）的一侧电势更高。若车厢的长为20m，宽为4m，高为3m，则这两个侧面的电压为__________V。

【15题答案】

【答案】    ①. 北    ②. 2.4×10-3

【解析】

【详解】[1]根据右手定则可知，此时车厢靠北的一侧电势更高。

[2]根据法拉第电磁感应定律有，两个侧面的电压为

16. 如图，矩形线圈由位置A开始自由下落，如果在磁场中受到的安培力始终小于重力，则它通过A、B、C三个位置时加速度大小的关系为aA______aB，aA______aC（均填“>”、“<”或“＝”）。

【16题答案】

【答案】    ①. ＞    ②. ＝

【解析】

【详解】[1][2]线圈自由下落时，加速度为

线圈进入磁场过程中，切割磁感线产生感应电流，从而受到向上的安培阻力，则根据牛顿第二定律可得，此时的加速度

线圈完全进入磁场中时，磁通量不变，无感应电流产生，线圈不受安培阻力作用，只受到重力作用，则加速度为

故有

17. 如图所示，有一垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度为B。一个边长为L、总阻值为R、匝数为N的正方形导线框以速度匀速进入该磁场区域，当线框中心经过磁场边界时，线框中的感应电流为___________，线框所受的安培力大小为__________。

【17题答案】

【答案】    ①.     ②.

【解析】

【详解】[1]根据法拉第电磁感应定律有，当线框中心经过磁场边界时，产生的感应电动势为

根据闭合电路欧姆定律有，线框中的感应电流为

[2]线框所受的安培力为

三、计算题（共35分，18题10分，19题12分，20题13分。在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，要求给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。）

18. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝1T，磁场宽度L＝3m，一正方形金属框abcd的边长l＝1m，电阻r＝1Ω，金属框以的速度匀速向右穿过磁场区域，平面始终与磁感线的方向垂直。

（1）求金属框中有感应电流的总时间t；

（2）求金属框刚进入磁场时ab两端的电势差；

（3）将dc边刚进入磁场的时刻设为t＝0，求t＝3.5s时ab两端的电势差。

【18题答案】

【答案】（1）2s；（2）025V；（3）0.75V

【解析】

【详解】（1）只有当金属框进入磁场和离开磁场的过程中，穿过金属框的磁通量发生改变，才会有感应电流产生，故金属框中有感应电流的总时间为

（2）根据法拉第电磁感应定律可得，金属框刚进入磁场时产生的感应电动势为

此时ab两端处于外电路中，且ab两端电阻占总电阻的，故ab两端的电势差为

（3）求t＝3.5s时，金属框运动的位移为

可知，此时金属框正在离开磁场，此时产生感应电动势为

此时是ab边在切割磁感线，故ab边相当于在电源内部，所以此时ab两端的电势差为

19. 如图所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距L＝0.5m，左端接有阻值R＝0.3Ω的电阻，一质量m＝0.1kg、电阻r＝0.1Ω的金属棒MN放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B＝0.4T。棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a＝2m/s2的加速度做匀加速运动，当棒的位移x＝9m时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来。已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比。导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。

（1）撤掉外力后，分析说明棒的运动情况；

（2）求棒在匀加速过程中通过电阻R的电荷量q；

（3）求整个匀加速过程中外力做的功W。

【19题答案】

【答案】（1）做加速度减小的减速直线运动；（2）4.5C；（3）5.4J

【解析】

【详解】（1）撤去外力后，根据法拉第电磁感应定律，可得产生的感应电动势为

根据闭合电路欧姆定律可得，产生的感应电流为

由右手定则可知，感应电流方向为由M端流向N端，根据左手定则可知，此时金属棒受到安培力方向向左。根据牛顿第二定律有

由此可知，金属棒受到的合力与运动方向相反，所以做减速运动，由

可知，速度越小，金属棒的加速度越小。因此撤去外力后，金属棒做加速度减小的减速直线运动。

（2）棒在匀加速过程中通过电阻R的电荷量为

（3）棒在匀加速过程中，根据动能定理可得

撤去外力后，根据动能定理有

而根据金属棒克服安培力做的功等于回路中产生的焦耳热，即有

，

根据匀加速直线运动的消时公式可得

联立解得，整个匀加速过程中外力做的功为

20. 两根电阻不计、互相平行的光滑金属导轨竖直放置，相距L＝1m，在水平虚线间有与导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5T，磁场区域的高度d＝1m，导体棒a的质量未知、电阻Ra=1Ω；导体棒b的质量mb=0.05kg、电阻Rb=1.5Ω。它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上向下滑动，b匀速穿过磁场区域，且当b刚穿出磁场时a正好进入磁场并匀速穿过，取g＝10m/s2，不计a、b棒之间的相互作用，导体棒始终与导轨垂直且与导轨接触良好，求：

（1）b棒穿过磁场区域过程所用的时间；

（2）棒a的质量；

（3）从静止释放到a棒刚好出磁场过程中a棒产生的焦耳热。

【20题答案】

【答案】（1）0.2s；（2）0.07kg；（3）0.48J

【解析】

【详解】(1)由b棒匀速穿过磁场易知   

又有

联立可解得

则b棒穿过磁场区域过程所用的时间

(2)由自由落体公式知b棒穿过磁场前运动时间

a棒进入磁场时速度

由a棒匀速穿过磁场易知

解得

(3)由于每根棒穿过磁场时均作匀速运动，由能量守恒定律

依据串联电路功率分配原理知