高中北京市西城区高二(上)期末物理模拟试题[答案解析]

北京市西城区【精品】高二（上）期末物理模拟试题
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．下列物理量中属于标量的是（）
A．周期B．向心加速度C．线速度D．磁感应强度
2．甲、乙两个质点间的万有引力大小为F，若甲物体的质量不变，乙物体的质量增加到原来的2倍，同时它们之间的距离减为原来的一半，则甲、乙两物体间的万有引力大小将变为()
A．8F B．4F
F
C．F D．
2
3．如图所示，这是一辆汽车在向左减速过弯道，下面选项图中分别画出了汽车转弯时所受合力F的四种方向，你认为正确的是( )
A．B．
C．D．
4．在如图所示的齿轮传动中，两个齿轮的半径之比为3:5，当齿轮转动的时候，比较小齿轮边缘的A点和大齿轮边缘的B点，下列说法中正确的是
A．角速度之比为1:1B．角速度之比为5:3
C．线速度大小之比为5:3D．线速度大小之比为3:5
5．下列关于小磁针在磁场中静止时的指向，正确的是()
A．B．C．
D．
6．在磁场中的某一位置放置一条直导线，导线与磁场方向垂直放置．下图中几幅图象表示的是导线受的安培力力F与通过的电流I的关系．a、b分别代表一组F、I的数据．下图中正确的是
A．B．
C．D．
7．将阴极射线管的两极与高压电源连接后，加上如图所示的磁场，可观察到从负极向右射出的高速电子流的偏转情况是
A．平行于纸面向上偏转B．平行于纸面向下偏转
C．垂直于纸面向内偏转D．垂直于纸面向外偏转
8．如图所示，三个线圈在同一平面内，当I减小时，a、b线圈中的感应电流方向为
A ．都为顺时针方向
B ．a 线圈中为顺时针方向，b 线圈中为逆时针方向
C ．都为逆时针方向
D ．a 线圈中为逆时针方向，b 线圈中为顺时针方向
9．一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速度转动，产生的交变电动势的瞬时表达式为
πtV e =，则
A ．该交变电动势的频率为2Hz
B ．0s t =时刻线圈平面与磁场平行
C ．0.25s t =时，e 达到最大值
D ．在1s 时间内，线圈中电流方向改变100次
10．如图所示，长度0.10m L =的通电直导线位于匀强磁场中，导线与磁场方向垂直。

当导线中的电流 1.0A I =时，导线所受安培力的大小0.02N.F =该匀强磁场的磁感应强度大小为
A ．0.02T
B ．0.04T
C ．0.1T
D ．0.2T
二、多选题 11．如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压－时间图象．原、副线圈匝数比n 1∶n 2＝10∶1，串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1A ，则 ( )
A ．变压器原线圈所接交流电压的有效值为220V
B ．变压器输出端所接电压表的示数为V
C ．变压器输出端交变电流的频率为50Hz
D ．变压器的输出功率为W
12．如图所示，线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出的瞬间，线圈和电流表构成的闭合回路中产生的感应电流方向，正确的是()
A．B．
C．D．
13．如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为.E粒子沿直线穿过速度选择器后通过平板S上的狭缝P，之后到达记录粒子位置的胶片12.
A A板S下方有磁感应强度为0B的匀强磁场.下列说法正确的是
A．粒子在速度选择器中一定做匀速运动
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B E
D．比荷
q
m
⎛⎫
⎪
⎝⎭
越大的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P
14．关于匀速圆周运动的向心力，下列说法正确的是
A．向心力是使物体做圆周运动的力，是根据力的作用效果命名的B．向心力可以是多个力的合力，也可以是其中一个力或一个力的分力C．对稳定的圆周运动，向心力是一个恒力
D．向心力的效果是改变质点的线速度大小
三、实验题
15．某学习小组利用如图所示的实验装置探究螺线管线圈中感应电流的方向．
（1）由于粗心该小组完成表格时漏掉了一部分（见表格），发现后又重做了这部分：将磁铁S极向下从螺线管上方竖直插入过程，发现电流计指针向右偏转（已知电流从右接线柱流入电流计时，其指针向右偏转），则①填________，②填________．
（2）由实验可得磁通量变化ΔΦ、原磁场B
方向、感应电流的磁场B感方向三者之间
原
的关系：________．
16．对于“研究平抛运动”的实验，请完成下面两问．
(1)研究平抛运动的实验中，下列说法正确的是______．（请将正确选项前的字母填在横线上）
A．应使小球每次从斜槽上同一位置由静止释放
B．斜槽轨道必须光滑
C．斜槽轨道的末端必须保持水平
(2)如图是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，O为抛出点．在轨迹上任取两点
A、B，分别测得A点的竖直坐标y1=4.90cm、B点的竖直坐标：y2=44.10cm，A、B两点水平坐标间的距离△x=40.00cm．g取9.80m/s2，则平抛小球的初速度v0为______m/s．
四、解答题
17．如图所示，质量m＝2.0×104kg的汽车以不变的速率先后驶过凹形桥面和凸形桥面，两桥面的圆弧半径均为20 m．如果桥面承受的压力不得超过3.0×105N，则：
(1)汽车允许的最大速度是多少？
(2)若以所求速度行驶，汽车对桥面的最小压力是多少？(g取10 m/s2)
18．我国在2008年10月24日发射了“嫦娥一号”探月卫星．同学们也对月球有了更多的关注．
(1)若已知地球半径为R，地球表面的重力加速度为g，月球绕地球运动的周期为T，月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动，试求月球绕地球运动的轨道半径．
(2)若宇航员随登月飞船登陆月球后，在月球表面某处以速度
v竖直向上抛出一个小球，
经过时间t，小球落回抛出点．已知月球半径为r，万有引力常量为G，试求出月球的质
量M月
19．如图所示，足够大的平行挡板A1、A2竖直放置，间距为L．A1、A2上各有位置正对的小孔P、Q．两板间存在两个方向都垂直纸面向外的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，水平面PQ 和MN分别是两个磁场区的理想边界面．挡板A1的左侧是方向水平向右的匀强电场，质量为m、电荷量为＋q的粒子从电场中的O点以大小为v0的初速度竖直向上射出，运动一段时间后从小孔P进入Ⅰ区，此时速度方向与竖直方向的夹角θ = 60º．粒子进入Ⅰ区运动之后，从PQ边界上的C1点第一次离开Ⅰ区，C1点与挡板A1的距离为d，然后进入没有磁场的区域运动，从MN边界上的D1点（图中未画出）第一次进入Ⅱ区，
D1点与挡板A1的距离为5
2
d．不计重力，碰到挡板的粒子不予考虑．
（1）求匀强电场中O、P两点间的电势差U和Ⅰ区的磁感应强度B1的大小；
（2）已知13L d =，最后粒子恰好从小孔Q 射出，求Ⅱ区的磁感应强度B 2的大小可能是哪些值？
20．如图()a 所示，两平行长直导轨MN 、PQ 水平放置，间距0.5m L =，导轨左端M 、P 间接有一阻值0.2ΩR =的定值电阻．一质量0.1kg m =的导体棒ab 垂直于导轨放在距离左端 1.0m d =处，与导轨间的动摩擦因数0.1μ=，与导轨始终接触良好，电阻均忽略不计，整个装置处在范围足够大的匀强磁场中．0t =时刻，磁场方向竖直向下，此后磁感应强度B 随时间t 的变化如图()b 所示．不计感应电流磁场的影响，重力加速度210m/s g =．
(1)求0t =时棒所受到的安培力0F ；
(2)分析前3s 内导体棒的运动情况并求前3s 内棒所受的摩擦力f 随时间t 变化的关系式；
(3)若3s t =时，突然使ab 棒获得向右的速度08m/s v =，同时垂直棒施加一方向水平、大小可变化的外力F ，使棒的加速度大小恒为24m/s a =、方向向左．求从3s t =到4s t =的时间内通过电阻的电荷量q ．
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
向心加速度、线速度和磁感应强度都是既有大小又有方向的物理量，是矢量；而周期只有大小无方向，是标量；故选A.
2．A
【详解】 根据万有引力定律122
m m F G r =可知，若甲物体的质量m 1不变，乙物体的质量m 2增加到原来的2倍，同时它们之间的距离r 减为原来的一半，则甲、乙两物体间的万有引力大小为121
222
2881()2
m m m m F G G F r r ⋅'===，故A 正确，BCD 错误． 3．A
【解析】
【详解】
汽车做的是曲线运动，汽车受到的合力应该指向运动轨迹弯曲的内侧，由于赛车是左减速过弯道，速度在减小，所以合力与汽车的速度方向的夹角要大于90°，故A 正确，B CD 错误．故选A .
4．B
【详解】
齿轮传动中三个齿轮的线速度相同，所以A 点和B 点的线速度大小之比为：
1:1A B v v =：
由v r ω=可知：
v r
ω= 则有：
A A A v r ω=，
B B B
v r ω= 即有：
53
A A
B B B B A A v r r v r r ωω=== A ．与分析不符，故A 错误；
B ．与分析相符，故B 正确；
C ．与分析不符，故C 错误；
D ．与分析不符，故D 错误；
故选B 。

5．C
【详解】
A.根据磁极间的相互作用规律可知，A 中N 极应该指左，故A 错误；
B.根据右手螺旋定则可知，环形导线磁场方向向外，小磁针N 极应该向外，故B 错误；
C.C 中直导线产生的磁感线应该是顺时针方向（从上向下看），与小磁针的N 极指向相同，故C 正确；
D. D 中螺线管里边的磁感线向左，小磁针的N 极应该指向左边，故D 错误． 6．C
【详解】
在匀强磁场中，当电流方向与磁场垂直时所受安培力为：
F BIL =
由于磁场强度B 和导线长度L 不变，因此F 与I 的关系图象为过原点的直线； A ．与分析不符，故A 错误；
B ．与分析不符，故B 错误；
C ．与分析相符，故C 正确；
D ．与分析不符，故D 错误；
故选C 。

7．D
【详解】
应用左手定则判断洛仑兹力时，四指指向电子运动的反方向，磁场穿过掌心，则大拇指方向垂直于纸面向外，故电子束垂直纸面向外偏转；
A ．与分析不符，故A 错误；
B ．与分析不符，故B 错误；
C ．与分析不符，故C 错误；
D ．与分析相符，故D 正确； 故选D 。

8．D 【详解】
根据安培定则判断可知，在线圈a 处产生的磁场的方向垂直于纸面向外，当I 减小时，穿过线圈a 的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈a 中产生逆时针方向的电流；在线圈b 处的磁场的方向向里，当I 减小时，穿过线圈b 的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈b 中产生顺时针方向的电流； A ．与分析不符，故A 错误； B ．与分析不符，故B 错误； C ．与分析不符，故C 错误； D ．与分析相符，故D 正确； 故选D 。

9．A 【详解】
A ．根据()4V e t π=得：
4rad/s ωπ=
根据2f ωπ=可得：
2Hz f =
故A 正确；
B ．当0t =时线圈平面跟磁感线垂直，磁通量最大，磁通量变化率为0，故B 错误；
C ．当0.25t s =时，产生的交变电动势的瞬时值为：
0e =
故C 错误；
D ．线圈通过中性面，线圈中电流方向改变；又因为周期为0.5s ，所以在1s 时间内，线圈通过中性面4次，线圈中电流方向改变4次，故D 错误； 故选A 。

10．D
【详解】
由图可知电流与磁场方向垂直，因此直接根据安培力的大小为：
F BIL =
可得：
0.02T 0.2T 1.00.10
F B IL =
==⨯ A ．与分析不符，故A 错误； B ．与分析不符，故B 错误； C ．与分析不符，故C 错误； D ．与分析相符，故D 正确； 故选D 。

11．AC 【详解】
由图象知交流电的电压最大值为
V
220V ，故A 正确；交流电压表测得电阻两端的电压为有效值，根据原副线圈电压比等于线圈匝数比可知：变压器输出端所接电压表的示数为22111
2202210
n U U V n ⨯=＝
＝，故B 错误；由图象读出该交流电的周期为0.02s ，根据频率与周期的关系可知：11
500.02
f Hz T =
=＝，变压器不改变频率，故C 正确；变压器的输入功率为P=UI=220W ，而输出功率等于输入功率，也为220W ，故D 错误；故选C ． 【点睛】
此题关键是掌握住理想变压器的电压、电流之间的关系，交流电的最大值和有效值之间的关系即可解决本题． 12．CD 【详解】
（1）当磁铁N 极向下运动时，线圈的磁通量变大，由增反减同可知，则感应磁场与原磁场方向相反．再根据安培定则，可判定感应电流的方向：沿线圈盘旋而上．故A 错误； （2）当磁铁S 极向上运动时，线圈的磁通量变小，由增反减同可知，则感应磁场与原磁场方向相同．再根据安培定则，可判定感应电流的方向：沿线圈盘旋而上，故B 错误；
（3）当磁铁S极向下运动时，线圈的磁通量变大，由增反减同可知，则感应磁场与原磁场方向相反．再根据安培定则，可判定感应电流的方向：沿线圈盘旋而下．故C正确；（4）当磁铁N极向上运动时，线圈的磁通量变小，由增反减同可知，则感应磁场与原磁场方向相同．再根据安培定则，可判定感应电流的方向：沿线圈盘旋而下，故D正确；
故本题选CD．
【点睛】
当磁铁的运动，导致线圈的磁通量变化，从而产生感应电流，感应磁场去阻碍线圈的磁通量的变化．
13．AD
【详解】
A.在速度选择其中粒子做直速运动，受到的电场力和洛伦兹力大小相等，合力为零，故A 正确；
B.粒子作直线运动，故受到的洛伦兹力向左，故磁场垂直于纸面向外，故B错误；
C.根据qE qvB知，
E
v
B
=
知速度大小为E
B
的粒子能通过速度选择器，故C错误；
D.根据
2
=
mv
qvB
r
知，
mv
r
qB
=，
则越靠近狭缝P，比荷越大，则半径越小，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，故D正确；14．AB
【详解】
A．向心力是物体做匀速圆周运动所需要的指向圆心的合外力，它是根据力的作用效果命名的，故A正确；
B．向心力是物体做匀速圆周运动所需要的指向圆心的合外力，所以它可以由一个力提供，也可以由几个力的合力提供，也可以一个力的分力提供，故B正确；
C．向心力是指向圆心的合外力，方向时刻改变，所以它不是一个恒力，故C错误；
D ．由于向心力指向圆心，与线速度方向始终垂直，所以它的效果只是改变线速度方向，不会改变线速度大小，故D 错误； 故选AB 。

15．（1）顺时针； 向下 （2）ΔΦ增大，B 原与B 感反向，ΔΦ减小，B 原与B 感同向 【解析】
试题分析：（1）当S 极插入时，原磁场方向向上，磁通量增大，感应电流磁场阻碍原磁场的增加，故感应电流磁场方向向下，感应电流方向（附视）为顺时针方向；（2）由实验可得磁通量变化、原磁场B 原方向、感应电流的磁场B 感方向三者之间的关系：
增大，B 原
与B 感反向；
减小，B 原与B 感同向；
考点：探究螺线管线圈中感应电流的方向 16．AC; 2; 【解析】 【分析】
（1）在实验中要画出平抛运动轨迹，必须确保小球做的是平抛运动.所以斜槽轨道末端一定要水平，同时斜槽轨道要在竖直面内.要画出轨迹，必须让小球在同一位置多次释放，才能在坐标纸上找到一些点.然后将这些点平滑连接起来，就能描绘出平抛运动轨迹． （2）根据位移时间公式分别求出抛出点到A 、B 两点的时间，结合水平位移和时间求出初速度． 【详解】
（1）因为要画同一运动的轨迹，必须每次释放小球的位置相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故A 正确；小球与斜槽之间的摩擦不影响平抛运动的初速度，不影响实验，所以斜槽轨道可以不光滑，故B 错误；通过调节使斜槽末端保持水平，是为了保证小球做平抛运动，故C 正确．故选AC ．
（2）1 4.900.049y cm m ==；244.100.441y cm m ==，40.000.4x cm m ==，
根据21112y gt =
得：10.1t s ===，
根据22212y gt =
得：20.3t s ===，
则小球平抛运动的初速度为：0210.402/0.2
x v m s t t ===-； 【点睛】
解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式，抓住等时性进行求解．
17．(1)10 m/s ； (2)1×105N ； 【解析】
（1）汽车在最低点受到的支持力最大，此时速度最大，根据牛顿定律得：
2v N mg m r
-=
代入数据/v s =
（2）当汽车运动到最高点时，支持力最小，根据牛顿第二定律得：
2
v mg N m R
'
-=
解得：N′=1.0×105N ．
根据牛顿第三定律得，最小压力为：N″=N′=1.0×105N ．
点睛：汽车在最低点，靠支持力和重力的合力提供向心力，合力向上，支持力大于重力，在最高点，靠重力和支持力的合力提供向心力，合力向下，支持力小于重力，结合牛顿第二定律求出汽车允许的最大速率，以及在路面上行驶时的最小压力．
18．(2)20
2v r Gt ．
【详解】
(1)设地球的质量为M ，月球的质量为M 月，地球表面的物体质量为m ，月球绕地球运动的轨道半径R '，根据万有引力定律提供向心力可得：
2
2
2()MM G
M R R T π=''月月 2
Mm
mg G
R = 解得：
R '= (2)设月球表面处的重力加速度为g '，根据题意得：
02
g t v '=
02
GM m g r m '=
月 解得：
2
02v r M Gt
=月 19．（1）02mv qd （2）02mv qd 、054mv qd 、0
83mv qd
【解析】
（1）粒子从O 点运动到P 点过程，由动能定理得
2201()2
qU m v v =
-① 在P 点速度满足
v 0=vcos θ②
解得O 、P 两点间的电势差20
32mv U q
=③
粒子在Ⅰ区内做圆周运动，有2
11
v qvB m r = ④
粒子运动情况如图，可得2r 1cos θ=d ⑤
解得Ⅰ区的磁感应强度0
12mv B qd
=
⑥ （2）粒子在Ⅱ区内做圆周运动，有2
22
v qvB m r =⑦
粒子运动情况如图，粒子完成一个完整的周期性运动，到达PQ 边界的C 2点时，与挡板A 1的距离为22(2.5)2cos x d d d r θ=+-- ⑧ 即x=4d-r 2
先不考虑粒子碰到挡板的情况下，恰好从小孔Q 射出，有两种情况． ①第一种情况是粒子斜向下射出小孔Q ，对应的条件是 Nx+d=L （n=1,2,3,……） ⑨ 将L=13d 代入并整理可得
23
(1)4r d n
=- ⑩
考虑到r 2>0，则n>3
再考虑粒子不能碰到挡板，则需满足条件225
cos 2
r r d θ+< ⑾ 可解得253
r d <
综合以上条件，可知n 只能取4和5两个值，即r 2=d 和r 2=85
d ⑿ 解得Ⅱ区的磁感应强度大小的两个可能值是
022mv B qd =
和0
254mv B qd
=⒀ ②第二种情况是粒子斜向上射出小孔Q ，对应的条件是 nx=L （n=1,2,3,……） ⒁ 可得213
(4)r d n
=-
⒂ 考虑到r 2>0，则n>3
粒子不能碰到挡板A 2，需满足条件
223
cos 2
r r d θ+<
⒃ 解得r 2<d
综合以上条件可知只能取n =4，即r 2=
3
4
d ⒄ 解得Ⅱ区的磁感应强度大小的另一个可能值是0
283mv B qd
=
⒅ 点睛：带电粒子在磁场中的运动问题，关键是搞清粒子在磁场中的运动轨迹，画出轨迹图，并能根据题目的条件进行讨论可能出现的情况.
20．（1）0.025N ，方向水平向右；（2）()f 0.0125t 0.025N =-+；（3）1.5C 。

【详解】 (1)由图知：
0.2
T/s 0.1T/s 2
B t ∆==∆ 0t =时，根据法拉第电磁感应定律，则有：
0.510.1V 0.05V B E Ld t t
∆Φ∆=
==⨯⨯=∆∆ 由闭合电路欧姆定律，则有：
0.05
A 0.25A 0.2
E I R =
== 棒所受到的安培力为：
00.20.250.5N 0.025N F BIL ==⨯⨯=
方向水平向右
(2)棒的最大静摩擦力为：
0.1N m f mg μ==
可知0m F f <，因此在前3s 内棒始终静止，由平衡条件得：
f BIL =
由图知:
()0.10.2T B t =-+
联立解得：
()0.01250.025N f t =-+
(3)从3s t =到4s t =的时间内，棒通过的位移为：
22220440331111
(((8444(8343m 6m 2)2)2
))2x v t at v t at =---=⨯-⨯⨯-⨯-⨯⨯=-
即位移大小为6m 通过电阻的电荷量为：
0.10.56
C 1.5C 0.2
BL v t BLx q It R R ⨯⨯==
===。