精品解析：湖北省黄石市有色第一中学2020-2021学年高二(上)期末物理试题(解析版)

黄石有色一中2020-2021学年高二上学期期末考试物理
本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分，卷面总分100分，考试时间90分钟。

1、答题前，考生务必将自己的准考证号、班级、姓名填写在答题卡的指定位置。

2、答题必须使用黑色墨水签字笔在答题卡上书写（铅笔答题无效），要求字体工整、笔迹清晰。

必须在题号所指示的答题区域作答，超出答题区域，密封线外书写的答案无效，在试题卷、草稿纸上答题无效，计算题要求有相关的解题步骤和文字说明，只写最后的结果不给分。

第I卷选择题（共40分）
一、选择题：本题共12小题，共40分。

在每小题给出的四个选项中，第1-8题只有一项符合题目要求，每道题3分；9-12题有多项符合题目要求。

全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错、多选或不选的得0分。

1. 在电磁学发展史上有很多伟大的科学家，他们的努力和坚持推动了科技的进步和社会的发展，关于他们的成就，正确的是（）
A. 富兰克林通过油滴实验比较准确地测定了电子电荷量
B. 安培发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应
C. 法拉第发现了电磁感应现象
D. 奥斯特首先提出了用“线”来模拟电场和磁场的方法
【答案】C
【解析】
【详解】A. 密立根通过油滴实验比较准确地测定了电子电荷量，故A错误；
B. 奥斯特发现电流可以使周围的小磁针发生偏转，称为电流磁效应，故B错误；
C.电磁感应现象是法拉第发现的，故C正确；
D. 法拉第首先提出了用“线”来模拟电场和磁场的方法，故D错误；
故选C。

v的带电微粒，沿图中虚线由A运动到B，2. 如图所示，空间有一水平匀强电场，在竖直平面内的初速度为
其能量变化情况是（）
A. 动能减少，重力势能增加，电势能减少
B. 动能减少，重力势能增加，电势能增加
C. 动能不变，重力势能增加，电势能减少
D. 动能增加，重力势能增加，电势能减少
【答案】B
【解析】
【详解】带电微粒做直线运动，所受重力与电场力的合力必定沿直线，故电场力方向水平向左，易知合力方向与速度方向反向，故合力做负功，其动能减少，又因为重力做负功，故重力势能增加，电场力亦做负功，电势能增加，故B正确。

故选B。

3. 如图所示是一个由电池、电阻R、开关S与平行板电容器组成的电路，开关S闭合。

下极板接地。

一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态。

现保持A板不动，将B板向下稍微移动，使两板间的距离增大，则（）
A. 油滴将加速向上运动
B. P点电势降低
C. 点电荷在P处的电势能减少
D. 电阻R中有从a到b的电流，电容器中负电荷从B直接运动到A
【答案】C
【解析】
【详解】A．保持开关闭合，电容器板间电压U不变，而电容器板间距离d增大，由
U
E
d
原来油滴静止不动，竖直向下的重力与竖直向上的电场力平衡，分析知板间场强减小，液滴所受的电场力减小，所以带电液滴将向下做加速运动，故A 错误；
BC ．根据由
U Ed =
可知，P 到正极板的电势差减小，所以P 到负极板的电势差增大，P 点的电势升高，所以负电荷在P 点的电势能减小，故B 错误，C 正确；
D ．根据4r S C kd
επ=可知电容器板间距离增大时，电容器的电容减小，由 Q CU =
知，C 减小，Q 减小，即电容器的带电量减小，则电容器放电，电阻R 中有从a 到b 的电流，电容器中负电荷从A 直接运动到B ，故D 错误；
故选C 。

4. 如图所示，有一束电子正在y 轴上向y 轴正方向移动，则它在z 轴上某点A 处产生的磁场方向为（ ）
A. 沿x 轴的正方向
B. 沿x 轴的负方向
C. 沿z 轴的正方向
D. 沿z 轴的负方向
【答案】B
【解析】 【详解】电子在y 轴上向y 轴正方向移动，形成沿y 轴负方向的电流，根据安培定则，在A 点产生的磁场方向为沿x 轴的负方向。

故选B 。

5. 如图所示的电路中，
闭合开关后，电压表有示数、电流表指针几乎不动。

关于电路故障分析正确的是（ ）
A. 灯泡L1短路
B. 灯泡L1断路
C. 灯泡L2短路
D. 灯泡L2断路
【答案】D
【解析】
【详解】闭合开关后，电压表有示数，说明电压表两端到电源是通路，电流表指针几乎不动，说明电路中电阻太大，综合考虑得，灯泡L2断路。

如果只有灯泡L1短路，电流表会有明显示数，如果只有灯泡L1断路，电压表没有示数，如果只有灯泡L2短路，电流表有明显示数，电压表没有示数。

故选D。

6. 一根粗细均匀的导线，两端加上电压U时，通过导线的电流为I，导线中自由电子定向移动的平均速率
为v。

若将导线均匀拉长，使它的横截面的半径变为原来的1
2
，再给它两端加上电压U，则（）
A. 通过导线的电流为1 4 I
B. 通过导线的电流为1 2 I
C. 导线中自由电子定向移动的速率为
2
v
D. 导线中自由电子定向移动的速率为
4
v 【答案】D
【解析】
【详解】AB．将导线均匀拉长，使其半径变为原来的1
2
，横截面积变为原来的
1
4
，导线长度要变为原来的
4倍，金属丝电阻率不变，由电阻定律
R=ρL S
可知，导线电阻变为原来的16倍；
电压U不变，由欧姆定律
U
I
R
可知，电流变为原来的
1
16
，故AB错误；
CD．电流I变为原来的
1
16
，横截面积变为原来的
1
4
，单位体积中自由移动的电子数n不变，每个电子所带
的电荷量e不变，由电流的微观表达式
I=nevS
可知，电子定向移动的速率变为原来的14，故C 错误，D 正确。

故选D 。

7. 一个按正弦规律变化的交流电的图像如图所示，根据图像可以知道（ ）
A. 该交流电流的频率是0.02Hz
B. 该交流电流的有效值是2
C. 该交流电流的瞬时值表示式是i =20sin0.02t (A)
D. 该交流电流的周期是0.02s
【答案】D
【解析】 【详解】AD ．根据图象，周期0.02s T =，该交流电流的频率是
150Hz f T =
= 故A 错误Ｄ正确； B ．根据图象，该交流电最大电流为m 20A I =，电流有效值
m 102A 22I =
==
故B 错误；
C ．角速度 2100f ωππ==rad/s
所以其表达式为
20sin100i t π=(A)
故C 错误。

故选D 。

8. 在如图所示的电路中，R 1、R 2均为定值电阻，电压表与电流表都是理想电表，电源电动势为E ，内阻为r ，闭合电键S ，电压表的示数为U ，电流表的示数为I ，现向左调节滑动变阻器R 的触头P ，电压表的示数
改变量的大小为∆U 。

电流表的示数改变量大小为I ∆，则下列说法正确的是（ ）
A. U I
变小 B. U I
∆∆变大 C. 电阻R 1的功率变大
D. 电源的总功率变大
【答案】C
【解析】
【详解】向左调节滑动变阻器R 的触头P ，滑动变阻器接入的有效电阻增大，电路总电阻增大，电流减小，内电压减小，外电压增大。

A ． U I
表示并联电路的电阻，该电阻增大，A 错误； B ．根据闭合电路的欧姆定律
2()U I r R E =-++
所以
2()r I
R U ∆=-∆+ 比值不变，B 错误；
C ．R 2的电压减小，并联电路的电压增大，所以电阻R 1的功率变大，C 正确；
D ．电流减小，所以电源的总功率减小。

D 错误。

故选C 。

9. 某导体中的电流随其两端的电压的变化图像如图所示，则下列说法中正确的是（ ）
A. 加5V 的电压时，导体的电阻约是5Ω
B. 加5V 的电压时，导体的电阻约是10Ω
C. 由图可知，随着电压增大，导体的电阻不断减小
D. 由图可知，随着电压增大，导体的电阻不断增大
【答案】AD
【解析】
【详解】AB ．由图像可知，加5V 的电压时，电流为1.0A ，则导体的电阻约为 551.0
U R I =
=Ω=Ω 故A 正确，B 错误； CD ．由图可知随着电压的增大，图像上的点与原点连线的斜率减小，而此斜率为电阻的倒数，则可知导体的电阻不断增大，故C 错误，D 正确。

故选AD 。

10. 质量和电荷量都相等的带电粒子P 和Q （均不计重力）
，以不同的速率经小孔S 垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中两个虚线所示，下列表述正确的是（ ）
A. P 带负电、Q 带正电
B. P 的速率大于Q 的速率
C. 洛伦磁力对P 做负功对Q 做正功
D. P 的运行时间大于Q 的运行时间
【答案】AB
【解析】
【详解】AB.根据左手定则可知，P 带负电、Q 带正电，根据半径 mv R qB =
可知半径大的速度大，故AB 正确； C. 洛伦兹力方向垂直带电粒子的运动方向，不做功，故C 错误；
D.粒子在磁场中运动的周期为
2m T Bq
π=
运行的半圆时间为 12
t T = 故时间是相同的，答案D 错误。

故选AB 。

11. 在如图所示的电路中，电源电动势为E ，其内阻为r ，L 1、L 2、L 3为小灯泡（其灯丝电阻可视为不变）
，P 为滑动变阻器的滑片，S 1、S 2为单刀开关，S 1闭合，则下列说法中正确的是（ ）
A. 滑动变阻器的滑片P 不动，将S 2闭合，小灯泡L 2变暗
B. 滑动变阻器的滑片P 不动，将S 2闭合，小灯泡L 1变暗
C. S 2处于闭合状态下，向右滑动滑片P ，小灯泡L 3变亮
D. 在S 2处于闭合状态下，向右滑动滑片P ，小灯泡L 2变亮
【答案】BC
【解析】
【详解】AB. 将S 2闭合，总电阻减小，总电流增大，L 2变亮，内电压增大，路端电压减小，L 2两端电压增大，L 1两端电压减小，L 1变暗，故A 错误，B 正确；
CD. 在S 2处于闭合状态下，向右滑动滑片P ，总电阻增大，总电流减小，内电压和L 2两端电压都减小，L 2
变暗，L 3两端电压增大，L 3变亮，故C 正确，D 错误。

故选BC 。

12. 如图所示，L MN 是竖直平面内固定的光滑绝缘轨道，MN 水平且足够长，L M 下端与MN 相切。

质量为m 的带正电小球B 静止在水平面上，质量为2m 的带正电小球A 从LM 上距水平面高为h 处由静止释放，在A 球进入水平轨道之前，由于A 、B 两球相距较远，相互作用力可认为零，A 球进入水平轨道后，A 、B 两球间相互作用视为静电作用，带电小球均可视为质点。

已知A 、B 两球始终没有接触。

重力加速度为g 。

则下列说法正确的是（ ）
A. A 2gh
B. A 、B 两球相距最近时，A 、B 两球系统的电势能E p =mgh
C. A 球最终的速度v A 为
13
2gh D. B 球最终的速度v B 为432gh 【答案】ACD
【解析】 【详解】A ．对A 球下滑的过程，据机械能守恒得
201222
mgh mv =
⨯ 解得 02v gh
故A 正确；
B ．A 球进入水平轨道后，两球系统动量守恒，当两球相距最近时有共速
02(2)mv m m v =+
解得
022233
v v gh =
= 根据能转化和守恒定律 212(2)2Pm mgh m m v E =
++ 得
23Pm E mgh = 故B 错误； CD ．当两球相距最近之后，在静电斥力作用下相互远离，两球距离足够远时，相互作用力为零，系统势能也为零，速度达到稳定.
022A B mv mv mv =+
222011122222
A B mv mv mv ⨯=⨯+ 得
012133
A v v gh == 042433
B v v gh == 故CD 正确。

故选ACD 。

第II 卷非选择题（共60分）
二、实验题：本题共2小题（其中第13题8分，第14题8分，共16分）。

13. 如图为研究电磁感应现象的实验装置，部分导线已连接。

(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好______。

(2)在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，那么合上电键后可能出现的情况有：将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将______（选填“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”） 。

原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向右拉时，灵敏电流计指针将______（选填“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”） ；断开电键时，灵敏电流计指针将______（选填“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”）。

【答案】 (1). (2). 向左偏 (3). 向右偏 (4). 向右偏
【解析】
【详解】(1)[1]电路连接如下图所示
(2)[2]在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下，说明磁通量增加产生的感应电流使灵敏电流计的指针向左偏，合上电键后将原线圈迅速插入副线圈时，磁通量增加，则灵敏电流计的指针向左偏。

[3]原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器触头迅速向右拉时，滑动变阻器接入的电阻增大，原线圈电流减小，磁通量减小，则灵敏电流计的指针向右偏。

[4]断开电键时，磁通量减小，则灵敏电流计的指针向右偏。

14. 如图所示为一热敏电阻（阻值随温度的改变和变化）的I-U关系曲线。

（1）为了通过测量得到图示的I-U关系的完整曲线，在图乙、丙两个电路中应选择的是___________图所示的电路。

（2）在图丁所示的电路中，电源两端的电压U恒为10.0V，理想毫安表示数为70mA，定值电阻R1=250Ω。

根据热敏电阻的I-U曲线及相关知识可得：①流过热敏电阻的电流是___________mA；②电阻R2的阻值为___________Ω。

（结果均保留到整数位）
（3）若将该热敏电阻接在电动势6.0V，内电阻120Ω的电源两端，则通过热敏电阻的电流是___________mA。

（结果保留2位有效数字）
【答案】(1). 乙(2). 30mA(3). 167Ω（160Ω~170Ω均可）(4). 18mA
【解析】
【详解】（1）[1] 根据I−U图象可知，实验要求电流或电压从零连续可调，所以滑动变阻器应采用分压式接
法，故应选择图乙。

（2）[2] 热敏电阻和R 2串联后与R 1并联，电流表测量干路电流，已知电源电压和R 1的电阻可求出流经R 1的电流为
1110.0
A 0.04A 40mA 250
U I R ==== 又因为电流表示数为70mA ，所以通过热敏电阻的电流为
27040mA 30mA I =-=
[3] 从图中可以看出当通过热敏电阻的电流为30mA 时，热敏电阻两端的电压为5.0V ，则R 2的阻值为
210.0 5.0Ω167Ω0.03
R -=≈ （3）[4] 热敏电阻和电源组成一个闭合电路，做出闭合电路的I -U 图象，如下图
两条图像的交点即为流过热敏电阻的电流，由图可得
18mA
I =
三、解答题：本题共4小题（其中第15题10分，第16题10分，第17题12分，第18题12分，共44分）。

15. 如图所示，电源电动势E =10V ，内电阻r =1Ω，R 1=4Ω，R 2=5Ω，C=30μF ，试求：
(1)闭合开关S ，求稳定后通过R 1的电流。

(2)然后将开关S 断开，求电容器两端的电压变化量和流过R 1的总电荷量。

【答案】(1)1A ；(2)5V ，41.510C -⨯
【解析】
【详解】(1)闭合开关S ，R 1和R 2串联，稳定后根据闭合电路的欧姆定律可知通过R 1的电流为
1210
A 1A 451
E I R R r ===++++ (2)开关S 闭合时，电容器两端的电压就是电阻R 2两端的电压，为
225V U IR ==
开关S 断开后，电路处于断路，这时电容器两端的电压大小等于电源电动势E ，则电容器两端的电压变化量为
25V U E U ∆=-=
流过R 1的总电荷量就是电容器电荷量的变化量，即为
5413105C 1.510C Q C U --∆=∆=⨯⨯=⨯
16. 如图所示，在y >0的区域存在方向沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小为E ；在y <0的区域存在方向垂直xOy 平面向外的匀强磁场。

一个质量为m 、电荷量为+q 的带电粒子从y 轴上P （0，h ）点以一定的初速
度v 0射出，速度方向沿x 轴正方向。

已知场强大小2032mv E qh
=，粒子从坐标原点O 处第一次射出磁场。

不计粒子重力。

求：
（1）粒子进入磁场时的速度大小；
（2）磁场的磁感应强度大小。

【答案】（1）02v ；（2）03mv qh
【解析】
【详解】轨迹如图所示
（1）在电场中，沿着电场线方向
2
32v qE a m h ==
根据
2
02y v ah -=
解得
03y v v =
粒子在A 点的速度为
2
2
002y v v v v =+=
则进入磁场时速度方向和水平方向的夹角
tan 3y
v v θ==解得
60θ=︒
（2）
粒子在电场中的时间
y v at =
垂直电场方向的位移
0OA x v t =
根据几何知识得
2sin 60OA r x ︒=
解得 23
h r =
根据 2
v qvB m r
= 解得
03mv B qh
= 17. 如图所示，两根平行金属导轨MN ，电阻不计，相距l =0.2m ，上面沿导轨垂直放一根质量是m =5⨯10-2kg
的金属棒ab ，ab 的电阻为R ab =0.5Ω，两金属导轨一端通过电阻R 和电源相连。

电阻R =2Ω，电源电动势E =6V ，
内电阻r =0.5Ω，如果在装置所在区域加一个匀强磁场，使ab 对导轨的压力恰好为零，并使ab 处于静止（导轨光滑），g 取10m/s 2，求：
（1）ab 杆中电流I 的大小；
（2）ab 杆受到的安培力F 的大小；
（3）所加磁场的磁感应强度B 的大小。

【答案】(1)2A ；(2)0.5N ；(3)1.25T
【解析】
【详解】(1)由闭合电路的欧姆定律可得
2A +ab
E I R r R =
=+ (2)由平衡条件可知
==0.5N F mg
(3)由安培力公式可知
=F BIL
解得
=1.25T B
18. 某中学有一台应急备用发电机，发电机线圈内阻为r ＝1 Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R ＝4 Ω，全校22个教室，每个教室用“220 V ，40 W”规格的电灯6盏，要求所有灯都正常发光，输电线路如图所示．求：
(1)发电机的输出功率；
(2)发电机的电动势；
(3)输电线上损耗的电功率．
【答案】（1）P 1=5424 W ；（2）E ＝250 V ；（3）ΔP ＝144 W
【解析】
【详解】(1)所有灯都正常工作的总功率：P ＝22×
6×40 W ＝5280 W 通过电灯的总电流445280W 24A 220V
P I U ＝＝＝ 根据3434
n I I n = 得 输电线上的电流：I 3＝I 443
n n ＝6 A 降压变压器原线圈电压：U 3＝3
P I ＝880 V 输电线上的电压损失：ΔU ＝I 3R ＝24 V
因此升压变压器的输出电压：U 2＝U 3＋ΔU ＝904 V 根据1122
U n U n = 得 升压变压器输入电压U 1＝U 212
n n ＝226 V
输入电流22
123
1124A
n n
I I I
n n
===
所以发电机的输出功率为P1＝U1I1＝5424 W.
(2)根据闭合电路欧姆定律，发电机的电动势E＝U1＋I1r＝250 V.
(3)输电线上损耗的电功率：
3144W
P I R ∆==。