
?2021~2022學(xué)年遼寧省沈陽市第一二O中學(xué)高二(上)期末考試物理試卷
1. 如圖所示,平行板電容器兩極板的間距為d,極板與水平面成45°角,上極板帶正電。一電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m的粒子在電容器中靠近下極板處,以初動(dòng)能Ek0豎直向上射出。不計(jì)重力,極板尺寸足夠大。若粒子能打到上極板,則粒子能在兩極板間運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間和電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值分別為(????)
A. d2mEk0、Ek02qd B. dmEk0、2Ek02qd
C. 2dmEk0、Ek02qd D. 2dmEk0、2Ek02qd
2. 如圖所示,甲、乙兩圖中實(shí)線表示半徑相同的帶電圓弧,每段圓弧為電荷分布均勻且電荷量相同的18絕緣圓弧,電性如圖所示。已知甲圖中O點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小為E,則乙圖中P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小為(????)
A. E B. 2E C. 0 D. 2+2E
3. 如圖是某溫度檢測(cè)和光電控制加熱裝置的原理圖.R,為熱敏電阻(溫度升高,阻值減小),用來探測(cè)加熱電阻絲R的溫度.RG為光敏電阻(光照強(qiáng)度增大,阻值減小),接收小燈泡L的光照.其他電阻均為定值電阻.當(dāng)R處溫度升高后,下列說法正確的是
A. 燈泡L將變暗
B. RG的電壓將增大
C. R的功率將增大
D. R的電壓變化量與R2的電流變化量的比值不變
4. 小明坐在汽車的副駕駛位上看到一個(gè)現(xiàn)象:當(dāng)汽車的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),汽車的車燈會(huì)瞬時(shí)變暗。汽車的電源、電流表、車燈、電動(dòng)機(jī)連接的簡化電路如圖所示,已知汽車電源電動(dòng)勢(shì)為15V,內(nèi)阻為0.1Ω。車燈接通電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí),電流表示數(shù)為15A(車燈可看作不變的電阻);電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的瞬間,電流表示數(shù)達(dá)到60A,電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為0.1Ω。下列論述正確的是(????)
A. 車燈接通電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí),車燈的功率為225W
B. 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),車燈的功率為54W
C. 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)輸出的機(jī)械功率為195W
D. 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí),電源輸出的功率為540W
5. 磁流體發(fā)電的原理如圖所示。將一束速度為v的等離子體垂直于磁場(chǎng)方向噴入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在相距為d、寬為a、長為b的兩平行金屬板間便產(chǎn)生電壓。如果把上、下板和電阻R連接,上、下板就是一個(gè)直流電源的兩極。若穩(wěn)定時(shí)等離子體在兩板間均勻分布,電阻率為ρ。忽略邊緣效應(yīng),下列判斷正確的是(????)
A. 上板為正極,電流I=BdvabRab+ρd B. 上板為負(fù)極,電流I=Bvad2Rab+ρb
C. 下板為正極,電流I=BdvabRab+ρd D. 下板為負(fù)極,電流I=Bvad2Rab+ρb
6. 如圖所示,圖中曲線為兩段完全相同的六分之一圓弧連接而成的金屬線框(金屬線框處于紙面內(nèi)),每段圓弧的長度均為L,固定于垂直紙面向外、大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。若給金屬線框通以由A到C、大小為I的恒定電流,則金屬線框所受安培力的大小和方向?yàn)?????)
A. ILB,垂直于AC向左 B. 2ILB,垂直于AC向右
C. 6ILBπ,垂直于AC向左 D. 3ILBπ,垂直于AC向左
7. 如圖,空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平,且垂直于紙面向里,磁場(chǎng)上邊界b?和下邊界d水平.在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈,線圈上下邊的距離很短,下邊水平。線圈從水平面a開始下落。已知磁場(chǎng)上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離。若線圈下邊剛通過水平面b、c(位于磁場(chǎng)中)和d時(shí),線圈所受到的磁場(chǎng)力的大小分別為Fb、Fc和Fd,則(????)
A. Fd>Fc>Fb B. FcFd D. FcφQ,負(fù)電荷由Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn),電場(chǎng)力做正功,C錯(cuò)誤;
D.根據(jù)正四面體及電荷分布的對(duì)稱性可知ab、ac、db中點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小、電勢(shì)均與M點(diǎn)相同,其他各點(diǎn)均不滿足條件,D正確。??
10.【答案】BD?
【解析】解:AB、從A點(diǎn)射入的電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示
易證△AOO1是等邊三角形,四邊形AOCO1是棱形,軌跡半徑r與磁場(chǎng)圓形區(qū)域的半徑R相等,即r=R,
又qBv1=mv12r
聯(lián)立解得甲乙比荷為qm=v1Br=v1BR
故A錯(cuò)誤,B正確;
CD、甲乙做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T=2πmqB=2πrv,甲在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=13T
乙電荷運(yùn)動(dòng)的軌跡是半圓,半徑為r′=R2,乙運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t′=T2,故甲乙兩電荷的速度之比v1v2=rr′=2:1
甲乙兩電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為tt′=23
故C錯(cuò)誤,D正確。
故選:BD。
AB、先畫出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡圖,再結(jié)合洛倫茲力提供向心力求出比荷;
CD、根據(jù)周期公式,結(jié)合粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過的圓心角,求出甲乙的速度之比和運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比。
在涉及圓周運(yùn)動(dòng)的周期問題時(shí),要注意周期由不同的表達(dá)式,在應(yīng)用時(shí)要注意選擇。
11.【答案】AD?
【解析】
【分析】
導(dǎo)線框cd邊切割磁感線時(shí)做勻速運(yùn)動(dòng),通過fc段的電流為0.5A,fc段切割磁感線時(shí)也做勻速運(yùn)動(dòng),通過fc段的電流為1A,可知線框一直做勻速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)平衡條件和安培力與速度的關(guān)系求出線框運(yùn)動(dòng)的速度;根據(jù)右手定則判斷磁場(chǎng)的方向;在t=0至t=0.03s這段時(shí)間內(nèi),外力所做的功等于線框增加的重力勢(shì)能和產(chǎn)生的熱量之和;根據(jù)F=BIL求導(dǎo)線框所受的安培力大小。
解決本題的關(guān)鍵要明確電路的結(jié)構(gòu),要知道切割磁感線的邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),相當(dāng)于電源,其他部分是外電路,在搞清電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,確定線框的運(yùn)動(dòng)情況。
【解答】
由于在0~0.01s時(shí)間內(nèi),電流方向?yàn)閺膄到c,可知ed中電流從d到e,則由右手定則可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直斜面向下,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;
因?yàn)閑d剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),通過fc的電流為0.5A,可知通過ed的電流為1 A,則由Ied=BLvr+r2,解得v=10m/s,選項(xiàng)A正確;
在t=0至t=0.03s這段時(shí)間內(nèi),線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q=3I2R總Δt=3×12×3×0.01J=0.09J,線框重力勢(shì)能的增加量Ep=mg?3Lsin30°=0.075J,由功能關(guān)系得外力所做的功為W=Q+Ep=0.165J,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;
在t=0.01s至t=0.02s這段時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框的cf邊切割磁感線,則所受的安培力大小為Fcf=BIL=3×1×0.1N=0.3N,選項(xiàng)D正確.
故選AD.??
12.【答案】ABD?
【解析】解:AB、根據(jù)圖示可知,電流從a流向b,根據(jù)左手定則可以判斷,導(dǎo)體棒受到的安培力水平向左,
由于導(dǎo)體棒是緩慢下滑,所以導(dǎo)體棒時(shí)刻處于平衡狀態(tài),合力為零,
導(dǎo)體棒下滑過程受到重力、支持力和安培力F,受力如圖所示:
令支持力與豎直方向的夾角為θ,根據(jù)平衡條件可知支持力為:N=mgcosθ,
安培力為:F=mgtanθ,
下滑過程中θ逐漸減小,所以支持力逐漸減小,安培力逐漸減小,故AB正確;
C、因?yàn)榘才嗔=BIL,所以滑片滑動(dòng)過程中電流逐漸減小,電阻增大,則滑片P應(yīng)由D點(diǎn)向C點(diǎn)滑動(dòng),故C錯(cuò)誤;
D、導(dǎo)體棒ab的電阻為R2,可等效為電源內(nèi)阻,滑動(dòng)變阻器的總阻值為R,故在滑動(dòng)變阻器電阻由零逐漸增大到R的過程中,根據(jù)電源輸出功率與外電阻關(guān)系可知,滑動(dòng)變阻器消耗的功率先增大后減小,故D正確。
故選:ABD。
導(dǎo)體棒的電流由a指向b,根據(jù)左手定則分析導(dǎo)體棒受到的安培力方向,由于導(dǎo)體棒是緩慢下滑,所以導(dǎo)體棒時(shí)刻處于平衡狀態(tài),合力為零,根據(jù)平衡條件分析支持力和安培力的變化情況;
根據(jù)安培力公式F=BIL分析電流的變化情況從而判斷滑動(dòng)變阻器的電阻的變化情況;
將導(dǎo)體棒的電阻等效成電源的內(nèi)阻,根據(jù)電源的輸出功率與外電路電阻的關(guān)系分析滑動(dòng)變阻器的功率變化情況。
解決該題需要首先判斷導(dǎo)體棒受到的安培力的方向,知道導(dǎo)體棒在緩慢下滑的過程中處于平衡狀態(tài),合力為零,掌握等效電源法分析滑動(dòng)變阻器的功率變化情況。
13.【答案】? B 甲???? 如圖所示????? 5.2電壓表測(cè)量值大于Rx兩端的電壓值???? A?
【解析】(1)電路中可能出現(xiàn)的最大電流為I=35A=0.6A,則電流表選用B;電源電動(dòng)勢(shì)4V,則電壓表選用C;因電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻的阻值,則采用電流表外接,故選甲電路;
(2)電路連線如圖:
?
(3)電流表最小刻度為0.02A,則讀數(shù)為0.50A,電壓表最小刻度為0.1V,則讀數(shù)為2.60V,可得該電阻的測(cè)量值
Rx=UI=2.600.50Ω=5.2Ω
(4)選用乙電路產(chǎn)生誤差的主要原因是電壓表測(cè)量值大于Rx兩端的電壓值;
(5)根據(jù)閉合電路歐姆定律與電阻定律
U=IRX=EL?xLR+RxRx
當(dāng)滑片P移動(dòng)距離x的增加,被測(cè)電阻Rx兩端的電壓增大,但不成正比,且增加越來越快,則U?x圖象如圖A所示。
故選A。
14.【答案】①-、22;②如圖所示:?
【解析】解:①歐姆表的內(nèi)接電源的負(fù)極是與紅表筆相接的,電流從紅表筆流入,故應(yīng)與電壓表負(fù)接線柱相接;
歐姆表的讀數(shù)為指針示數(shù)與倍率的乘積,故RV=22×1kΩ=22kΩ;
②由于電壓表V2的內(nèi)阻已知,并且它允許通過的最大電流與電壓表V1基本相同,所以將其與電壓表V1進(jìn)行串聯(lián),利用電壓表V1來測(cè)得V1兩端的電壓,利用電壓表V2的讀數(shù)以及其內(nèi)阻來計(jì)算通過V1的電流,即可完成測(cè)量;不使用內(nèi)阻不確定的電流表,可以避免其引入系統(tǒng)誤差;滑動(dòng)變阻器使用分壓接法,可以測(cè)得更多組數(shù)據(jù),便于作圖計(jì)算,提高測(cè)量精度;電壓表V1和V2串聯(lián)后最大承受電壓可達(dá)18V左右,所以電源選用E1。電路圖如下圖所示:
①歐姆表內(nèi)置電源負(fù)極與紅表筆相連,正極與黑表筆相連,電壓表正接線柱應(yīng)接高電勢(shì)點(diǎn);用歐姆表測(cè)電阻要選擇合適的擋位使指針指在中央刻度線附近,歐姆表指針示數(shù)與擋位的乘積是歐姆表示數(shù);
②由伏安法測(cè)電阻的原理,分析題目所給的器材的具體,畫出電路圖。
解決該題的關(guān)鍵是明確知道多用電表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原理,知道電流從紅表筆進(jìn),從黑表筆出,知道電壓表讀數(shù)時(shí)有效數(shù)字位數(shù)的保留方法;
15.【答案】甲? D?
【解析】本實(shí)驗(yàn)中,利用小螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng),再通過開關(guān)、閉合電鍵或插入、拔出螺線管時(shí)觀察線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小及方向,所以電源應(yīng)與小螺線管相連,電流計(jì)應(yīng)與大線圈相連,故甲正確。
電鍵突然斷開時(shí)大線圈中的感應(yīng)電流方向應(yīng)與電鍵突然閉合時(shí)大線圈中的感應(yīng)電流方向相反,另外在小螺線管中插入鐵芯后,大線圈中磁通量的變化率增大,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流應(yīng)比閉合電鍵時(shí)的感應(yīng)電流大,綜上所述可知D正確。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模Y(jié)合實(shí)驗(yàn)原理,及操作步驟,即可判定合理電路圖,再根據(jù)楞次定律,及法拉第電磁感應(yīng)定律,即可確定。
考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原理,掌握實(shí)驗(yàn)操作的要求,理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容,注意穿過線圈的磁通量變化量與磁通量變化率的不同。
16.【答案】解:(1)設(shè)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)的速度為v,
從A到C過程,由動(dòng)能定理得:qE?(s+R)?μmg?s?mgR=12mvC2
由題,qE=34mg,μ=0.5,s=3R
代入解得,vC=gR
(2)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí),由電場(chǎng)力和軌道作用力的合力提供向心力,則有
??N?qE=mvC2R
解得,N=74mg
(3)重力和電場(chǎng)力的合力的大小為F=(mg)2+(qE)2=54mg
設(shè)方向與豎直方向的夾角為α,則tanα=qEmg=34,得α=37°
滑塊恰好由F提供向心力時(shí),在圓軌道上滑行過程中速度最小,此時(shí)滑塊到達(dá)DG間F點(diǎn),相當(dāng)于“最高點(diǎn)”,滑塊與O連線和豎直方向的夾角為37°,設(shè)最小速度為v,
???F=mv2R
解得,v=5gR2?
【解析】(1)滑塊從A點(diǎn)由靜止釋放后,電場(chǎng)力和摩擦力做功,根據(jù)動(dòng)能定理求解到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度。
(2)滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí),由電場(chǎng)力和軌道作用力的合力提供向心力,根據(jù)向心力公式求出軌道的作用力;
(3)求出重力和電場(chǎng)力的合力的大小和方向,電荷恰好經(jīng)過等效最高點(diǎn)點(diǎn)時(shí),由重力和電場(chǎng)力的合力恰好提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律列式求出等效最高點(diǎn)的速度,即為滑塊在圓軌道上滑行過程中的最小速度。
本題關(guān)鍵是將重力和電場(chǎng)力合成后當(dāng)作一種全新的場(chǎng)力,然后等效場(chǎng)的“最高點(diǎn)”,根據(jù)動(dòng)能定理和牛頓第二定律靈活列式求解。
17.【答案】解:(1)質(zhì)子在兩磁場(chǎng)中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),射入速度沿x軸正方向,擊中靶標(biāo)時(shí)速度也沿x軸正方向,故兩段軌跡相同,只是偏轉(zhuǎn)方向相反,軌跡見下圖:
(2)由牛頓第二定律得:qv0B=mv02r0,代入數(shù)據(jù)得:r0=53d
又:(AB)2+(r0?OA)2=r02
將AB=d,r0=53d代入得:OA=d3
所以:y=2×OA=2d3
答:(1),(2)該軌跡矯正器的矯正距離y為2d3。?
【解析】(1)質(zhì)子在兩磁場(chǎng)中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),射入速度沿x軸正方向,擊中靶標(biāo)時(shí)速度也沿x軸正方向,故兩段軌跡相同,只是偏轉(zhuǎn)方向相反;
(2)畫出質(zhì)子軌跡圖,求解出軌道半徑,再結(jié)合幾何知識(shí)即可求解。
本題考查了質(zhì)子在電場(chǎng)與磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),根據(jù)題意分析清楚質(zhì)子運(yùn)動(dòng)過程,作出質(zhì)子運(yùn)動(dòng)軌跡,求出質(zhì)子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑然后再結(jié)合幾何知識(shí)便可求解。
18.【答案】解:(1)當(dāng)金屬棒EF將要滑動(dòng)時(shí)力F的功率最大,此時(shí)對(duì)金屬棒EF受力分析,根據(jù)平衡條件可得:
F安EF=BIL=μmg
設(shè)此時(shí)金屬棒MN的速度為v,則金屬棒MN切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E=BLv,
此時(shí)回路的總電流I′=ER+R并=BLvR+12R=2BLv3R
金屬棒MN受到的安培力F安MN=BI′L
由電路關(guān)系可知I′=2I=4BLv3R
對(duì)金屬棒MN受力分析結(jié)合牛頓第二定律有:F?F安MN=ma
根據(jù)功率的計(jì)算公式P=Fv解得力F的最大功率:P=3μmgR(2μmg十ma)B2L2;
(2)撤去力F后金屬棒MN的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱,由能量轉(zhuǎn)化與守恒定律有:
12mv2=QMN+QR+QEF
由電路規(guī)律可知:QEF=QR,QMN=4QR.
解得QR=3μ2m3g2R24B4L4;
(3)設(shè)在力F作用的過程中MN的位移為x1,由勻變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律有v2=2ax1
此過程中回路磁通量的變化量△Φ=BLx1
此過程中通過金屬棒MN的電荷量q1=I1?△t1=E1?32RΔt1=2ΔΦ3R
撤去力F后金屬棒MN在安培力作用下停下來,取向左為正方向,由動(dòng)量定理有:?F安?△t2=0?mv
而F安??Δt2=BI2?Lt2=BLq2,
所以整個(gè)過程中通過金屬棒MN的總電荷量qMN=q1+q2
由電路分析可知通過金屬棒EF的電荷量qEF=12qMN
解得:qEF=3μm2gR(μg+a)2B3L3a。
答:(1)力F的最大功率為3μmgR(2μmg十ma)B2L2;
(2)撤去力F后定值電阻上產(chǎn)生的熱量為3μ2m3g2R24B4L4;
(3)整個(gè)過程中通過定值電阻的電荷量為3μm2gR(μg+a)2B3L3a。?
【解析】(1)當(dāng)金屬棒EF將要滑動(dòng)時(shí)力F的功率最大,對(duì)金屬棒EF根據(jù)平衡條件求解電流,再根據(jù)閉合電路的歐姆定律求解MN的速度大小;對(duì)金屬棒MN根據(jù)牛頓第二定律求解拉力大小,由根據(jù)功率的計(jì)算公式P=Fv解得力F的最大功率;
(2)撤去力F后金屬棒MN的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為焦耳熱,由能量轉(zhuǎn)化與守恒定律結(jié)合焦耳定律求解定值電阻上產(chǎn)生的熱量;
(3)根據(jù)電荷量的計(jì)算公式求解在力F作用的過程中通過金屬棒MN的電荷量,根據(jù)動(dòng)量定理求解撤去力F后通過金屬棒MN的電荷量,由電路知識(shí)求解通過金屬棒EF的電荷量。
對(duì)于電磁感應(yīng)問題研究思路常常有兩條:一條從力的角度,根據(jù)牛頓第二定律或平衡條件列出方程;另一條是能量,分析涉及電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問題,根據(jù)動(dòng)能定理、功能關(guān)系等列方程求解。
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