2020-2021学年广东省广州市第六中学高二下学期期中物理试题含解析

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  2020~2021学年广东省广州市第六中学高二下学期期中物理试卷一、选择题（共十二题：共48分）1. 关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有（　　）A. 汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B. 玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了各种原子的光谱C. 卢瑟福的原子核式结构模型能够很好的解释光谱的分立特征和原子的稳定性D. α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型主要依据【答案】D【解析】【分析】【详解】A．汤姆孙发现电子后猜想出原子核内的正电荷是均匀分布的，故A错误；B．玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了氢原子的光谱，但不能解释其他原子光谱，故B错误；C．卢瑟福提出的原子核式结构模型，无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征，故C错误；D．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，故D正确。故选D。2. 如图所示，用轻绳将一条形磁铁竖直悬挂于O点，在其正下方的水平绝缘桌面上放置一铜质圆环。现将磁铁从A处由静止释放，经过B、C到达最低处D，再摆到左侧最高处E，圆环始终保持静止，则磁铁（　　）A. 从B到C的过程中，圆环中产生逆时针方向的电流（从上往下看）B. 摆到D处时，圆环给桌面的压力小于圆环受到的重力C. 从A到D和从D到E的过程中，圆环受到摩擦力方向相同D. 在A、E两处的重力势能相等【答案】C【解析】【分析】【详解】A．从B到C的过程中，圆环中的磁场向上且磁通量增大，据“增反减同”可判断产生顺时针方向的电流（从上往下看），A错误；B．摆到D处时，圆环中产生的感应电流有使圆环远离阻碍磁通量增大的趋势，故给桌面的压力大于圆环受到的重力，B错误；C．由楞次定律的推论“来拒去留”可知，从A到D和从D到E的过程中，圆环受到摩擦力方向均向右，C正确；D．由于有部分机械能转化为电能，故在A、E两处的重力势能不相等，D错误。故选C。3. “感受触电”实验可以用如图所示的电路完成。电路主要由几位同学手拉手与一个带铁芯的多匝线圈并联后接入电动势为1.5V的干电池中。下列说法正确的是（　　）A. 在闭合开关瞬间，连成一串的同学有触电感觉B. 在断开开关瞬间，连成一串的同学有触电感觉C. 在开关闭合稳定后，连成串的同学有触电感觉D. 由于电源电动势很小，任何情况下连成一串的同学都不会有触电感觉【答案】B【解析】【分析】【详解】当开关闭合瞬间及稳定后，多匝线圈与同学们并联﹐由于电源为1.5V的干电池，所以通过人体的电流很小，没有触电感觉，当断开开关时，多匝线圈电流变小，从而产生很高的瞬间电压，通过同学们身体的电流较大，同学们有触电的感觉。故选B。4. 如图所示，一个U形金属框在磁感应强度的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动，通过导线与一阻值的电阻相连，U形金属框的面积，ab、bc、cd边的电阻均为，图中电压表为理想交流电压表。时刻，线框平面与磁场方向平行（如图所示），导线电阻不计，则下列说法正确的是（　　）A. 时刻，通过电阻的电流为零B. U形框中产生交变电流电动势的瞬时值表达式为C. 电压表的示数为D. U形框从时刻开始转过90°的过程中，通过电阻的电荷量为【答案】D【解析】【详解】A．时刻，线框平面与磁场方向平行，但bc边正在垂直切割磁感线，回路产生最大的电动势，则回路流过电阻的电流最大，故A错误；B．线框从与中性面的垂直的平面开始，最大电动势为则电路中的瞬时电动势为故B错误；C．余弦式交流电的电动势有效值为则电压表的示数为电路的路端电压，且为有效值故C错误；D．形框从时刻开始转过90°的过程为四分之一个周期，则电量为 故D正确。故选D。5. 如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法不正确的是（　　）A. 光电管阴极金属材料的逸出功为B. 这些氢原子跃迁时共发出6种频率的光C. 若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极D. 氢原子从能级跃迁到能级时，氢原子能量减小，核外电子动能增加【答案】C【解析】【详解】A．由图甲可知光子的能量为由图丙可知遏止电压为7V，所以光电子的初动能为所以金属材料的逸出功为故A正确，不符合题意；B．这些氢原子跃迁时共发出种频率的光，故B正确，不符合题意；C．光电子由阴极K向对面的极板运动，形成的电流在图乙中从右向左流动，要阻止该电流，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故C错误，符合题意；D．氢原子从能级跃迁到能级时，氢原子能量减小，库仑力做正功，核外电子动能增加，故D正确，不符合题意。故选C。6. 如图所示为某山区小型发电站输电示意图，发电厂提供的交流电通过变压器升压后进行高压输电，接近用户时再通过降压变压器降压给用户供电，用户端得到的电压为，图中高压输电线总电阻为，电压表是理想交流电表，下列描述正确的是（　　）A. 深夜开灯时，灯特别亮是因为高压输电线上的电压损失减小B. 输电线上损失的功率C. 若所有用户都将开关断开，则电压表示数为零D. 升压变压器的原副线圈匝数比值与降压变压器的原副线圈匝数比值的乘积为1【答案】A【解析】【详解】A．深夜开灯时，接入的灯少，电阻大，所以输电线上的电流小，损耗小，从而用户端获得的电压高，灯泡较亮，选项A正确；B．输电线上损失的功率选项B错误；C．根据变压器原理，若所有用户都将开关断开，即变压器空载，由于电磁感应，降压变压器次级仍有电压，即电压表示数为零，选项C错误；D．设升压变压器的原副线圈匝数比值为x，降压变压器的原副线圈匝数比值为y，根据变压器的规律得升压变压器输出电压为降压变压器的输入电压为因为高压输电线有电阻，所以即选项D错误。故选A。7. 如图所示，固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上，磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、极板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态，已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（　　）A. 棒产生的电动势为 B. 电容器所带的电荷量为C. 电阻消耗的电功率为 D. 微粒的电荷量与质量之比为【答案】B【解析】【详解】A．金属棒在磁场中垂直于磁场转动切割磁感线，由于磁场局限于金属圆环内，则金属棒产生的电动势为A错误；B．由于金属棒电阻不计，则电容器所带的电荷量结合上述解得B正确；C．由于金属棒电阻不计，则电阻消耗的电功率结合上述解得C错误；D．带电微粒在电容器极板间处于静止状态，则有结合上述解得D错误。故选B。8. 在如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2，两个相同灯泡的电阻和滑动变阻器接入电路中的有效阻值均为R=5Ω（不考虑灯泡电阻随温度的变化），两电表均为理想交流电表，电源输出电压的表达式为。下列说法正确的是（　　）A. L1、L2两灯泡消耗的功率之比为2∶1B. 电流表的示数为8AC. 电源的输出功率为1900 WD. 当滑动变阻器的滑片向下滑动，电压表的示数变大【答案】BD【解析】【详解】A．设电流表示数为，副线圈两端的电压为原线圈两端的电压原线圈电流、两灯泡消耗的功率之比为选项A错误；B．电源输出电压的有效值，由闭合电路欧姆定律得代入数据解得，选项B正确；，C．电源的输出功率选项C错误；D．当滑动变阻器滑片向下滑动时，变压器负载电阻变大，输出电流减小，减小，电压表的示数变大，选项D正确；故选BD。9. 如图所示，宽为2L的两平行金属导轨左端接一阻值为R的电阻，一金属棒垂直放置在两导轨上，且始终与导轨接触良好；在CD左侧边长为L的正方形区域中存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B随时间t的变化关系为B=kt，式中k为常量；紧挨CD的右侧区域存在足够长且宽为L的匀强磁场，磁感应强度大小为B0、方向垂直纸面向外。t=0时刻在CD处给金属棒一个向右的初速度v，同时施加一个水平外力F维持金属棒向右匀速运动。金属棒与导轨的电阻及摩擦均可忽略。则此后的运动过程中（　　）A. 若通过R的电流方向从a流向bB. 若通过R的电流方向从a流向bC. 金属棒所受的水平拉力F大小恒定不变D. 金属棒所受的水平拉力F随时间均匀增大【答案】AC【解析】【详解】AB．CD左侧磁场产生的感应电动势为棒切割磁感线产生的感应电动势为，若即由楞次定律可知，此时通过R的电流方向从a流向b，故A正确，B错误；CD．回路中的感应电动势为恒定，则回路中的电流恒定，安培力恒定，金属棒所受的水平拉力F大小恒定不变，故C正确，D错误。故选AC。10. 如图甲所示，用一根导线做成一个半径为r的圆环，其单位长度的电阻为r0，将圆环的右半部分置于变化的匀强磁场中，设磁场方向垂直纸面向里为正，磁感应强度随时间做周期性变化关系如图乙所示，则（　　）A. 在t=π时刻，圆环中有顺时针方向的感应电流B. 在0~时间内圆环受到的安培力大小、方向均不变C. 在~π时间内通过圆环横截面的电荷量为D. 圆环在一个周期内的发热量为【答案】AC【解析】【详解】A．在t=π时刻，圆环中磁通量为零，但正在增加，故磁通量的变化率不为零，故有感应电动势，根据楞次定律，感应电流的磁场向里，故感应电流是顺时针方向，故A正确；B．在0~时间内，磁通量均匀变化，故感应电动势是恒定的，感应电流大小和方向不变，根据安培力的计算公式F=BILB在变化，所以安培力是变化的，故B错误；C．根据公式可得在~π时间内，通过圆环横截面的电荷量为故C正确；D．在一个周期内，磁通量的变化率的大小是固定的，故感应电流的大小是固定的，电流大小为故一个周期内产生的焦耳热为故D错误。故选AC。11. 如图所示，一匀强磁场B垂直于倾斜放置的光滑绝缘斜面斜向上，匀强磁场区域在斜面上虚线ef与gh之间。在斜面上放置一质量为m、电阻为R的矩形铝框abcd，虚线ef、gh和斜面底边pq以及铝框边ab均平行，且eh＞bc。如果铝框从ef上方的某一位置由静止开始运动。则从开始运动到ab边到达gh线之前的速度（v）﹣时间（t）图像，可能正确的有（    ）A.  B. C.  D. 【答案】A【解析】【详解】AB．线框开始阶段，未进入磁场，做匀加速直线运动，进入磁场时，切割磁感线产生感应电流，受到沿斜面向上的安培力，若速度适中，安培力与重力沿斜面向下的分力大小相等，则线圈做匀速直线运动，由于磁场的长度大于线圈的长度，所以当线圈在磁场中运动的位移大于线圈的宽度后，线圈完全进入磁场后，由于磁通量不变，不产生感应电流，线圈做匀加速直线运动，线圈dc边出磁场时，开始做加速度减小的减速运动，减速到安培力等于重力沿斜面向下的分力时做匀速直线运动，故A正确，B错误；C．若线框进入磁场速度较大，安培力大于重力沿斜面向下的分力，线圈进入磁场后开始做加速度减小的减速运动，在线圈未完全进入磁场前，若安培力能等于重力沿斜面向下的分力，则线圈做做加速度减小的减速运动后做匀速直行运动，若安培力一直大于重力沿斜面向下的分力，则线圈一直做加速度减小的减速运动。当线圈完全进入磁场后，由于磁通量不变，不产生感应电流，线圈做匀加速直线运动，线圈dc边出磁场后，若ab边到达gh线之前安培力能等于重力沿斜面向下的分力，则线圈开始做加速度减小的减速运动，最后做匀速直线运动，若ab边到达gh线之前安培力依然大于重力沿斜面向下的分力，则线框一直做加速度减小的减速运动，故C错误；D．若线圈进入磁场时速度较小，安培力小于重力沿斜面向下的分力大小，则线圈加速度在进入线圈瞬间减小，在速度（v）﹣时间（t）图像反映为图线斜率突然弯折减小，进入磁场后线框做加速度减小的加速运动，当线圈完全进入磁场后，由于磁通量不变，不产生感应电流，线圈做匀加速直线运动，线圈dc边出磁场时，若安培力依然小于重力沿斜面向下的分力，则线框做加速度减小的加速运动，若安培力大于重力沿斜面向下的分力，则线框做加速度减小的减速运动，减速到安培力等于重力沿斜面向下的分力时做匀速直线运动，故D错误。故选A。12. 如图所示，光滑且足够长的两平行金属导轨固定在同一水平面上，两导轨间的距离，定值电阻、，导轨上放一质量为的金属导体棒ab，棒的电阻。整个装置处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场的方向垂直于导轨平面向上。现用一拉力沿水平方向向左拉棒，使棒以一定的初速度开始运动，如图为中电流的平随时间的变化关系图像，导轨的电阻不计，下列说法正确的是（ 　　）A. 末棒ab的速度大小为B. 内中产生的焦耳热C. 5s内拉力所做的功为D. 棒ab受到的安培力的大小与时间的关系为【答案】ABC【解析】【详解】A．由题图可知，5s末通过R1的电流为根据并联电路电流关系可知此时通过R2的电流为通过ab的电流为I=I1+I2=0.6A根据闭合电路欧姆定律可得ab产生的感应电动势为E=Ir+I1R1=2.4V根据法拉第电磁感应定律有E=BLv解得5s末ab的速度大小为故A正确；B．根据焦耳定律可知图像与t轴所围图形面积值与R1的乘积表示5s内R1产生的焦耳热，即故B正确；C．设5s内R2中产生的焦耳热为W2，电阻r产生的焦耳热为Wr，则根据焦耳定律可得解得W2=2W1=1.8J，Wr=3W1=2.7J根据对A项的分析同理可得t=0时刻，ab的初速度大小为根据功能关系可得5s内拉力F所做的功为故C正确；D．由题图可知与t的关系为通过ab的电流I与t的关系为ab受到的安培力大小与时间t的关系为故D错误。故选ABC。二、实验题（共二题：共14分）13. 2020年，新冠肺炎蔓延全球，额温枪测量体温成为小区、商场常态。额温枪中常用的测温元器件是热敏电阻。（1）物理兴趣小组连接了如图甲所示电路探究热敏电阻的特性，请画出电路原理图。______（2）若由实验测得该热敏电阻两端的电压与通过它的电流的关系如图乙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度的升高______（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“恒定不变”）。（3）该小组设计了如图丙所示的电路验证额温枪测量度的准确性，已知电源电动势，内阻忽略不计，，热敏电阻的阻值与温度的关系如图丁所示，由此可知温度越高，电压表示数______（选填“越大”或“越小”）；闭合开关后，发现电压表示数，则热敏电阻的温度为______℃（保留一位小数）。【答案】    ①.     ②. 逐渐减小    ③. 越大    ④. 28.0【解析】【详解】（1）[1]根据实物图可知，电路中控制电路采用了分压式，测量电路采用了电流表外接法，作出电路原理图，如图所示（2）[2]图像中，图线上某点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数，根据图像可知，图线上某点与坐标原点连线的斜率随电流的增大而增大，则该热敏电阻的阻值随温度的升高而逐渐减小。（3）[3]根据图丁可知，当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，电路接入的总电阻减小，干路电流增大，根据可知，温度越高，电压表示数越大；[4]闭合开关后，若发现电压表示数，则有，解得结合图丁可知，此时热敏电阻的温度为28.0℃。14. 图（a）是测量电源电动势E和内阻r的原理图。为定值保护电阻，电流表内阻不计，单位长度电阻的电阻丝ac上标有长度刻度。（1）请根据电路图（a）把实物图（b）电路连接完整______________________；（2）闭合开关S，记录ab的长度L和电流表A的示数I；滑动b点改变ab的长度L，测得6组L和I值，并算出对应的值．写出与L、E、r、R0、r0的关系式=______；（3）根据﹣L图线算出电源电动势E=______V，内阻r=______Ω。（计算结果保留到小数点后两位）【答案】    ①.     ②.     ③. 1.47    ④. 0.44【解析】详解】（1）[1]根据图（a）所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示（2）[2]在闭合电路中，根据闭合电路的欧姆定律可得整理可得（3）[3]根据坐标系内描出的点作出图像，图像如图所示由图像可知，斜率为电源电动势为[4]图象截距为电源内阻为三、计算题（共三题：共38分）15. 如图甲，交流发电机与一理想变压器连接，给“，”的电饭煲和“，”的抽油烟机正常供电。交流发电机的两磁极间视为匀强磁场，内阻不计的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，从中性面开始计时，产生的电动势如图乙所示。所有导线的电阻均不计，交流电流表是理想电表，求： （1）变压器原线两端电压的瞬时值表达式；（2）原副线圈的匝数之比；（3）电饭煲和抽油烟机同时正常工作时电流表的示数。【答案】（1）；（2）；（3）1.2A【解析】分析】【详解】（1）由图乙可知：，所以（2）原线圈两端的电压，副线圈两端的电压（3）电饭煲正常工作时的电流 抽油烟机正常工作时电流 副线圈中的总电流根据公式，将数据代入得电流表的示数为1.2A。16. 轻质细线吊着一质量为，边长为、匝数的正方形线圈，总电阻为。边长为的正方形磁场区域对称分布在线圈下边的两侧，如图（甲）所示。磁场方向垂直纸面向里，大小随时间变化如图（乙）所示，从时刻开始经t0时间细线开始松弛，取。求：(1)时刻穿过线圈的磁通量；(2)在前t0时间内线圈的电功率；(3)求t0的值。【答案】(1)0.02Wb；(2)0.01W；(3)4s【解析】【分析】【详解】(1)由题图可知时，穿过线圈的磁通量为(2)由法拉第电磁感应定律可得则在前t0时间内线圈的电功率为(3)细线刚开始松弛时由解得17. 如图甲所示，两根水平的金属光滑平行导轨，其末端连接等高光滑的圆弧，其轨道半径r=0.5m，圆弧段在图中的cd/和ab之间，导轨的间距为L=0.5m，轨道的电阻不计，在轨道的顶端接有阻值为R=2.0Ω的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=2.0T．现有一根长度稍大于L、电阻不计，质量m=1.0kg的金属棒，从轨道的水平位置ef开始在拉力F作用下，从静止匀加速运动到cd的时间t0=2.0s，在cd时的拉力为F0=3.0N．已知金属棒在ef和cd之间运动时的拉力随时间变化的图像如图乙所示，重力加速度g取10m/s2，求：（1）求金属棒做匀加速直线运动的加速度大小：（2）求金属棒做匀加速运动时通过金属棒的电荷量q；（3）运动到cd后，调节拉力使金属棒接着沿圆弧做匀速圆周运动至ab处，求金属棒从cd沿圆弧做匀速圆周运动至ab的过程中，拉力做的功W．【答案】（1）1.5m/s2（2）1.5C（3）5.59J【解析】【详解】（1）设金属棒匀加速运动的加速度大小为a，则运动到cd的速度v=at0，当金属棒在cd时，金属棒产生的感应电动势E=BLv，金属棒中的电流，金属棒所受的安培力F安=BIL，根据牛顿第二定律得F0-F安=ma，联立解得a=1.5m/s2.（2）金属棒匀加速运动的位移，据法拉第电磁感应定律得平均感应电动势，通过金属棒的平均电流，通过金属棒的电荷量q=I1·△t，联立解得q=1.5C.（3）金属棒在圆弧段运动的速率v=at0=3m/s，运动的时间为，产生的电动势最大值Em=BLv，由于金属棒在圆弧段做匀速圆周运动，故金属棒中产生正弦式电流，所以产生的热量，根据能量守恒定律可知W=Q+mgr，解得W=5.59J.