2021-2022学年四川省资阳中学高二下学期期中物理试题 （解析版）

资阳中学高2020级第四学期半期检测

物理试题

一、选择题（1-8为单选题，9-12多选题，每题4分，共48分）

1. 如图所示，2021年12月9日下午，神舟十三号乘组航天员在中国空间站成功进行了“天宫课堂”第一课。航天员太空授课的画面通过电磁波传输到地面接收站，下列关于电磁波的说法正确的是（　　）

A. 赫兹首先预言了电磁波的存在

B. 电磁波的传播需要介质

C. 电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场

D. 各种电磁波在真空中的传播速度都是

【答案】D

【解析】

【详解】A．麦克斯韦预言电磁波的存在，而不是赫兹，故A项错误；

B．电磁波的传播时不需要介质，故B项错误；

C．均匀变化的电场产生稳定的磁场，非均匀变化的电场产生非均匀变化的磁场，恒定的电场不会产生磁场。均匀变化的磁场产生稳定的电场，而周期性变化的磁场将产生周期性变化的电场，恒定的磁场产生不会产生电场。故C项错误；

D．各种电磁波在真空中的传播速度都是，故D项正确。

故选D。

2. 如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，LA、LB是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则（　　）

A. 闭合开关S时，LA、LB同时达到最亮，且LB更亮一些

B. 闭合开关S时，LA、LB均慢慢亮起来，且LA更亮一些

C. 断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB马上熄灭

D. 断开开关S时，LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】AB．由于灯泡LA与线圈L和R1串联，灯泡LB与电阻R2串联，当S闭合瞬间，通过线圈的电流突然增大，线圈产生自感电动势，阻碍电流的增加，所以LB比LA先亮，AB错误；

CD．由于LA所在的支路电阻阻值较小，故稳定时电流较大，即LA更亮一些，当S断开瞬间，线圈产生自感电动势，两灯组成的串联电路中，电流从线圈中原电流开始减小，即从IA减小，故LA慢慢熄灭，LB闪亮后才慢慢熄灭，C错误，D正确。

故选D。

3. 光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一复色光以入射角从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，已知内芯材料对a光的折射率为n，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　）

A. 内芯材料对b光的折射率大于n

B. 在内芯中a光传播速度比b光小

C. 若a光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为

D. 当逐渐增大到时，开始有光从纤维侧壁射出

【答案】A

【解析】

【详解】A．设折射角为，根据

由于a光的折射角大于b光的折射角，因此内芯材料对光的折射率大于对a的折射率n，故A正确；

B．根据

由于内芯对光a的折射率小于对b光的折射率，因此在内芯中光传播速度比光大，故B错误；

C．若光恰好发生全反射，光线a的临界角为C，有

则在这段光纤中的传播时间为

故C错误；

D．光线a由内芯进入外套时得临界角为C，如图

设外套得折射率为，内芯对外套得相对折射率为，则

随着入射角逐渐增大，光线a与边界间的夹角逐渐减小，恰好达到临界角时，根据几何关系

而

整理得

则当还未增大到时，开始有光从纤维侧壁射出，故D错误。

故选A。

4. 一个有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，电阻R1和R2的阻值分别为2Ω和8Ω，a、b输入端输入的电压如图乙所示，下列说法正确的是（　　）

A. 电阻R2两端电压的有效值为

B. 流过电阻R1电流的有效值为

C. 流过电阻R2电流的有效值为0.5A

D. 0~0.04s内，电阻R1产生的焦耳热为0.06J

【答案】C

【解析】

【详解】BC．原线圈电压有效值为

解得

副线圈两端电压有效值为

副线圈的电流有效值为

B错误，C正确；

A．电阻R2两端电压的有效值为

A错误；

D．0~0.04s内，电阻R1产生的焦耳热为

D错误。

故选C。

5. 如图所示，一块长度为a、宽度为b、厚度为d的金属导体，当加有与侧面垂直的匀强磁场B，且通以图示方向的电流I时，用电压表测得导体上、下表面M、N间电压为U，已知自由电子的电荷量为e。下列说法中正确的是（　　）

A. 导体的M面比N面电势高

B. 导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大

C. 导体中自由电子定向移动的速度为

D. 导体单位体积内的自由电子数为

【答案】D

【解析】

【详解】A．如图，电流方向向右，电子定向移动方向向左，根据左手定则判断可知，电子所受的洛伦兹力方向：向上，则M积累了电子，MN之间产生向上的电场，所以M板比N板电势低，A错误；

B．电子定向移动相当长度为d的导体切割磁感线产生感应电动势，电压表的读数U等于感应电动势E，则有

可见，电压表示数仅由磁感应强度大小，横截面厚度以及粒子速度决定，当磁感应强度、导体厚度一定时，粒子速度越大，电压表示数越大。导体单位体积内自由电子数越多，若要电流一定，需要减小自由电子定向移动的速度，自由电子定向一定的速度越小，电压表的示数越小。B错误；

C．由

得自由电子定向移动的速度为

C错误；

D．电流的微观表达式是

则导体单位体积内的自由电子数

代入得

D正确。

故选D。

6. 如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过的过程中，下列判断正确的是（　　）

A. 电压表的读数为

B. 通过电阻R的电荷量为q=

C. 电阻R所产生的焦耳热为Q=

D. 当线圈由图示位置转过时的电流为

【答案】B

【解析】

【详解】A．线圈在磁场中转动，产生的电动势的最大值为Em=NBSω，电动势的有效值为

电压表测量为电路的外电压，所以电压表的读数为

故A错误；

B．由公式

，，

得

故B正确；

C．电阻R产生的热量

故C错误；

D．当线圈由图示位置转过时电动势的瞬时值为

则电流为

故D错误。

故选B。

7. 如图，在天花板下用细线悬挂一半径为R的金属圆环，圆环处于静止状态，圆环一部分处在垂直于环面的磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，环与磁场边界交点A、B与圆心O连线的夹角为，此时悬线的张力为F．若圆环通电，使悬线的张力刚好为零，则环中电流大小和方向是

A. 电流大小为，电流方向沿顺时针方向

B. 电流大小为，电流方向沿逆时针方向

C. 电流大小为，电流方向沿顺时针方向

D. 电流大小为，电流方向沿逆时针方向

【答案】A

【解析】

【详解】要使悬线拉力为零，则圆环通电后受到的安培力方向向上，根据左手定则可以判断，电流方向应沿顺时针方向，根据力的平衡，通电前有：

通电后，根据力的平衡为：

联立解得：

故A正确．

8. CD、EF是两条水平放置的电阻可忽略的平行金属导轨，导轨间距为L，在水平导轨的左侧存在磁感应强度方向垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场区域的长度为d，如图所示，导轨的右端接有一电阻R，左端与一弯曲的光滑轨道平滑连接，将一阻值也为R的导体棒从弯曲轨道上h高处由静止释放，导体棒最终恰好停在磁场的右边界处，已知导体棒与水平导轨接触良好，且动摩擦因数为μ，则下列说法中正确的是（　　）

A. 通过电阻R的最大电流为 B. 流过电阻R的电荷量为

C. 整个电路中产生焦耳热为mgh D. 电阻R中产生的焦耳热为mg(h－μd)

【答案】D

【解析】

【详解】A．导体棒刚进入磁场的瞬间速度最大，产生的感应电流最大，由机械能守恒定律

解得

A错误；

B．流过R的电荷量为

B错误；

C．由能量守恒定律可知整个电路中产生的焦耳热为

C错；

D．由于导体棒的电阻也为R，则电阻R中产生的焦耳热为

D正确。

故选D。

9. 2021年9月，东北地区出现供电紧张，于是国家电网采取拉闸限电措施限制用电量。如图是远距离输电的原理图，假设发电厂输出电压恒定不变，输电线的电阻为R，两个变压器均为理想变压器。在某次拉闸限电后（假设所有用电器可视为纯电阻）电网中数据发生变化，下列说法正确的是（　　）

A. 降压变压器的输出电压U4增加了 B. 升压变压器的输出电流I2增加了

C. 输电线上损失的功率减小了 D. 发电厂输出的总功率增加了

【答案】AC

【解析】

【详解】AB．拉闸限电后，用电器减少，意味着并联支路减少，用户端总电阻增加，减小，又因

所以减小，又因为

所以也随着减小，则输电线上的电压损失

减小，由于发电厂输出电压恒定，输送电压也恒定，根据

可知增加，也增加，故A正确，B错误；

C．根据

可知输电线上损失的功率减小了，故C正确；

D．因为

所以减小，也随着减小，发电厂输出电压恒定，所以发电厂输出总功率

减小，故D错误。

故选AC。

10. 如图为地球赤道剖面图，地球半径为R，把地面上高度为区域内的地磁场视为磁感应强度为B、方向垂直于剖面的匀强磁场，一带电粒子以速度正对地心射入该磁场区域，轨迹恰好与地面相切。则（　　）

A. 粒子带正电荷

B. 轨迹半径为

C. 粒子的比荷为

D. 若粒子速度减小，在该磁场区域的运动时间增大

【答案】BD

【解析】

【详解】A．由左手定则可知，粒子带负电，选项A错误；

B．由几何关系可知

解得

选项B正确；

C．根据

解得

选项C错误；

D．若粒子速度减小，则粒子的运动半径减小，但是粒子在磁场中运动的圆心角变大，因粒子的周期

不变，则由

则在该磁场区域的运动时间变大，选项D正确。

故选BD。

11. 如图甲所示，质量m=3.0×10-3 kg 的形金属细框竖直放置在两水银槽中，形框的水平细杆CD长l=0.20 m，处于磁感应强度大小为B1=1.0 T、方向水平向右的匀强磁场中。有一匝数n=300匝、面积S=0.01 m2的线圈通过开关K与两水银槽相连。线圈处于与线圈平面垂直、沿竖直方向的匀强磁场中，其磁感应强度B2随时间t变化的关系如图乙所示。t=0.22 s时闭合开关K，瞬间细框跳起（细框跳起瞬间安培力远大于重力），跳起的最大高度h=0.20 m。不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，下列说法正确的是（　　）

A. 0~0.10 s内线圈中的感应电动势大小为3 V

B. 开关K闭合瞬间，CD中的电流方向由C到D

C. 磁感应强度B2的方向竖直向下

D. 开关K闭合瞬间，通过细杆CD的电荷量为0.03 C

【答案】BD

【解析】

【详解】A．由题图乙所示图像可知，0~0.10 s内

ΔΦ=ΔBS=(1-0）×0.01 Wb=0.01 Wb

0~0.10 s内线圈中的感应电动势大小

E=n=300× V=30 V

故A错误；

BC．由题可知细杆CD所受安培力方向竖直向上，由左手定则可知，电流方向为：C→D，由安培定则可知感应电流的磁场方向竖直向上，由图示图像可知，在0.2~0.25 s内穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律可知，磁感应强度B2方向竖直向上，故B正确，C错误；

D．对细框，由动量定理得

B1Il×Δt=mv-0

细框竖直向上做竖直上抛运动

v2=2gh

电荷量

Q=IΔt

解得

Q==0.03 C

故D正确。

故选BD。

12. 如图，水平面内固定有两根平行的粗糙长直金属导轨，两根相同的导体棒AB、CD置于导轨上并与导轨垂直，整个装置处于竖直方向的匀强磁场中。从t=0时开始，对AB棒施加一与导轨平行的水平外力F，使AB棒从静止开始向右做加速度大小为a0的匀加速直线运动。导轨电阻不计，两棒均与导轨接触良好，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力。下列关于CD棒的速度v、加速度a、安培力F安和外力F随时间t变化的关系图线可能正确的是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】BD

【解析】

【详解】A．因金属棒与导轨之间有摩擦力，可知开始时导体棒CD的速度为零，当所受的安培力等于最大静摩擦力时才开始运动，故A错误；

B．开始时，CD棒的速度为零，加速度为零；当CD开始运动后加速度从0开始逐渐变大，与AB的速度差逐渐变大，则回路中感应电流逐渐变大，导体棒所受的向右的安培力逐渐变大，加速度逐渐变大，当CD的加速度与AB加速度相等时，两棒的速度差保持不变，安培力保持不变，加速度保持不变，故B正确；

C．在开始CD棒不动时，安培力

即安培力随时间成正比关系增加；当CD开始运动后，导体棒所受的向右的安培力逐渐变大，但非线性增加，最后保持不变，故C错误；

D．对AB外力

开始时CD加速度为零，AB加速度为a=a0，则此时外力F随时间t线性增加；当CD开始运动后加速度从0开始逐渐变大，导体棒AB所受的向左的安培力逐渐变大，但非线性增加，最后保持不变，故D正确。

故选BD。

二、实验题（每空2分，13题8分，14题8分，共16分）

13. 如图所示是“研究电磁感应现象”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．断开电键S瞬间

（3）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）中的条形磁铁下端为______极（填“N”、“S”）。

【答案】    ①. 向右    ②. BD##DB    ③. 下    ④. S

【解析】

【详解】（1）[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，说明线圈B中磁通量增加，产生的感应电流使指针向右偏转，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，线圈B中的磁通量也增加，产生的感应电流方向相同，故电流计指针也将向右偏转；

（2）[2] A．据前面分析有插入铁芯会使得通过线圈B中的磁通量变大，则使灵敏电流计的指针向右偏转，故A错误；

B．拔出A线圈，会使得通过线圈B中的磁通量变小，则会使得灵敏电流计指针向左偏转，故B正确；

C．变阻器滑片向左滑动，则通过线圈A中的电流变大，从而会使得通过线圈B中的磁通量变大，从而灵敏电流计的指针仍会向右偏转，故C错误；

D．断开电键S瞬间，会使得通过线圈B中的磁通量变小，从而灵敏电流计的指针会向左偏转，故D正确。

故选BD。

（3）[3]依题意有，可知实验时通过螺线管的电流是从上端流入、下端流出，则根据右手螺旋定则可知此时通电螺线管产生的磁场方向向下，而此时恰好条形磁铁的S极朝下，结合楞次定律，说明引起感应电流的磁场方向向上且磁通量在增大，可知条形磁铁应向下运动；

[4] 依题意有，可知实验时通过螺线管的电流是从下端流入、上端流出，则根据右手螺旋定则可知通电螺线管产生的磁场方向向上，而条形磁铁又向上远离螺线管，结合楞次定律，说明引起感应电流的磁场方向向上且通过螺线管的磁通量在减小，则可知条形磁铁的下端为S极。

14. 在“测定玻璃的折射率”实验中：

（1）为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是__________。

A. 选择的入射角应尽量小些

B. 大头针应垂直地插在纸面上

C. 大头针和及和之间的距离尽量小些

（2）小红同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，她以点为圆心，OA为半径画圆，交延长线于点，过点和点作垂直法线的直线分别交于点和点，如图甲所示，她测得，，则可求出玻璃的折射率__________。

（3）小明在画界面时，不小心将两界面、间距画得比玻璃砖的宽度稍大些，如图乙所示，则他测得的折射率_____________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。

（4）小明又设想用下面的方法测量液体的折射率：取一个半径为的圆形软木塞，在它的圆心处垂直插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上，如图丙所示。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。利用测得的数据可求出液体的折射率__________。

【答案】    ①. B    ②. 1.5    ③. 偏小    ④.

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1]A．为了减小测量的相对误差，选择的入射角应适当大些，效果会更好，A错误；

B．为了准确确定入射光线和折射光线，大头针应垂直地插在纸面上，B正确；

C．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，角度的测量误差会小些，C错误。

故选B。

（2）[2] 图中P1P2作为入射光线，OO′是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为r，则由几何知识得到

则折射率

（3）[3] 某同学画出的ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些，但在画光路图时，将入射点、出射点分别确定在ab、cd上，如图

实线表示实际的光路图，虚线表示乙同学画图时光路图，入射角测量没有误差，而折射角偏大，则根据折射定律

测出的折射率n将偏小。

（4）[4] 由题意可知，大头针在液体中发生全反射时的光路图如图所示

则有液体发生全反射的临界角C满足

则

三、计算题（共36分，15题10分，16题12分，17题14分）

15. 如图所示，ABCD是某种透明材料的截面，AB面为平面CD面是半径为R的圆弧面，为对称轴。一束单色光从O点斜射到AB面上，折射后照射到圆弧面上E点，刚好发生全反射。已知单色光在AB面上入射角的正弦值为，，透明材料对该单色光的折射率为，光在真空中传播速度为c，求：

(1)与的夹角大小；

(2)光在透明材料中传播的时间（不考虑光在BC面的反射）（结果可以用根号表示）。

【答案】(1)；(2)

【解析】

【详解】(1)由折射公式有

解得，

光在圆弧面上刚好发生全反射，因此有

解得临界角，

由几何关系可知

故。

②由几何关系知，光在E点的反射光线EF平行于AB，则

光在材料中传播的速度

因此材料中传播时间

16. 如图所示，MN右侧有磁感应强度为B1=B的匀强磁场，MN的左侧有磁感应强度为的匀强磁场，两侧磁场方向均垂直纸面向里。O、P为MN上相距为d的两点。一带电量为q、质量为m的正粒子，在纸面内从O点沿垂直MN的方向射向右侧磁场，入射速度的大小为v。（其中B、q、m均为未知量，且它们满足关系，不考虑带电粒子重力和空气阻力，结果用d和v表示）求：

(1)带电粒子在两磁场中运动轨道半径；

(2)带电粒子在两磁场中运动的周期；

(3)经过多长时间，带电粒子经过P点。

【答案】(1) ；；(2) ，；(3) ，

【解析】

【详解】(1)在右边区域，根据牛顿第二定律可得

解得带电粒子在右磁场中运动的轨道半径

在左边区域，根据牛顿第二定律可得

解得带电粒子在左磁场中运动的轨道半径

(2)带电粒子在右磁场中运动的周期

带电粒子在左磁场中运动的周期

(3)带电粒子在两磁场中各运动半周，则有

带电粒子第一次经过点需要的时间为

带电粒子第二次经过点需要的时间为

17. 如图所示，在倾角θ=37°的光滑斜面上存在一垂直斜面向上的匀强磁场区域MNPQ，MN、PQ均与斜面底边平行，磁感应强度B=5T。有一边长L=0.4m、质量m1=0.6kg、电阻R=2Ω的正方形均匀导体线框ABCD，通过一轻质绝缘细线跨过光滑的定滑轮与一质量m2=0.4kg的物体相连。物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.4，将线框从图示位置由静止释放，沿斜面下滑，线框底边始终与斜面底边平行，物体到定滑轮的距离足够长。（取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）

（1）求线框ABCD还未进入磁场的运动过程中加速度a的大小；

（2）当AB边刚进入磁场时，线框恰好做匀速直线运动，求线框做匀速运动的速度v1的大小；

（3）在满足（2）问中的条件下，若导体线框ABCD恰好匀速通过整个磁场区域，求磁场宽度d及线框穿过磁场的过程中AB边产生的热量Q。

【答案】（1）；（2）；（3），

【解析】

【分析】

【详解】（1）以m1、m2整体研究对象，由牛顿第二定律

解得

（2）线框进入磁场恰好做匀速直线运动，以整体为研究对象，由平衡方程得

解得

（3）导体线框ABCD恰好匀速通过整个磁场区域，所以磁场宽度

AB边进入磁场前做匀加速运动，由第（2）可知，根据

解得刚释放时，AB边距磁场边界的距离为

线框穿过磁场的过程中AB边产生的热量Q，根据能量守恒可知

记得

所以