北京市大学附属中学最新高二物理下学期期中试题含解析

北京市大学附属中学2021年高二物理下学期期中试题含解析
1。

如图１所示为回旋加速器的示意图。

它由两个铝制D型金属扁盒组成，两个D形盒正中间开有一条
狭缝，两个D型盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上。

在盒中心A处有离子源,它产生并发出的
粒子，经狭缝电压加速后，进入盒中。

在磁场力的作用下运动半个圆周后,再次经狭缝电压加速.为保证粒子每次经过狭缝都被加速，设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致如。

此周而复始,速度越来越大，运动半径也越来越大,最后到达D型盒的边缘,以最大速度被导出.已知粒子电荷量为
q质量为m，加速时电极间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为Ｂ，D型盒的半径为R.设狭缝很窄,粒子通过狭缝的时间可以忽略不计,且粒子从离子源发出时的初速度为零。

不计粒子重力求:
1粒子第1次由盒进入盒中时的速度大小;
２粒子被加速后获得的最大动能;
３符合条件的交变电压的周期T;
4粒子仍在盒中活动过程中，粒子在第n次由盒进入盒与紧接着第ｎ+１次由盒进入盒位置之
间的距离Δｘ.
答案１２３4
解析
详解1设α粒子第一次被加速后进入Ｄ2盒中时的速度大小为v1,根据动能定理有ﻫ　ﻫ解得,
ﻫ2α粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，具有最大动能。

设此时的速度为ｖ，有
解得：　
设α粒子的最大动能为Ｅk，则
解得:　ﻫ3设交变电压的周期为T，为保证粒子每次经过狭缝都被加速，带电粒子在磁场中运动一周的时间应等于交变电压的周期在狭缝的时间极短忽略不计，则交变电压的周期
4离子经电场第1次加速后，以速度ｖ1进入D2盒,设轨道半径为r1
则
离子经第2次电场加速后，以速度v2进入D1盒，设轨道半径为ｒ2ﻫ则ﻫ离子第n次由Ｄ1盒进入Ｄ2盒，离子已经过２n-1次电场加速，以速度v２n—１进入D2盒，由动能定理:
ﻫ轨道半径
离子经第n+1次由D1盒进入D2盒,离子已经过２n次电场加速，以速度ｖ2n进入D1盒，由动能定理：
轨道半径：
则△ｘ=2r n＋１－r n如图所示
ﻫ解得，
2。

在1９世纪20年代之前的漫长为岁月里，电和磁的研究基本都是独立发展的。

而在1８世纪来期，有一些科学家开始思索不同自然现象之间的联系，其中丹麦物理学家奥斯特指出“物理学将不再是关于
运动、热、空气、光、电磁以及我们所知道的各种其他现象的零散的罗列，我们将把整个字宙纳在一个体系中。

”揭开了人们探究电、磁联系的序幕!
经过多年的实验探究，奥斯特终于在1８20年发现了电流的磁效应，震动了整个欧洲大陆科学界!当时欧洲很多科学家在奥斯特实验的启发下,纷纷研究“磁生电”。

1.法拉第就是其中的一个.他进行了多次的实验，但也并非每次实验都是一帆风顺,下面模拟了在18２２年到１831年之间，法拉第进行的几次实验。

请根据所学内容判断,实验中是否能观察到感应电流？如果可以，是在哪一过程中观察到的？
①如图所示，将两个线圈绕在同一个铁环上,其中一个线圈通过一个开关接在电源上，另一个线圈接一个灵敏电流计，接通电路一段时间后,断开电路。

②如图所示,法拉第用一根线把一个铜环固定在到线上并悬挂起来，像一个扭称一样，把条形磁铁的磁极插入环内,等候一段时间后，再把磁极拔出来。

2。

除了法拉第外,同时代的其他科学家也对电磁现象做了有意义的探索．
请根据所学内容判断，下列实验中是否出现电磁感应现象？并用电磁感应现象的规律简单解释实验现象。

①如图所示,安培和德莱里弗将用一根线把一个铜环固定在导线上并悬挂起来,像一个扭称一样，把条形磁
铁的磁极移向铜环发现扭称发生了偏转.
②亨利在用实验考察绕有不同长度导线的电磁铁所产生的磁力大小时，发现当断开与通电线圈相连的开关时，会在开关处产生强烈的电火花.如图所示为根据亭利的论文还原的实验仪器图。

答案1两种情况下都能发生电磁感应现象；其中①是在断开电源的瞬间；②是在条形磁铁的磁极插入圆环的瞬间；
2①中发生了电磁感应现象；当条形磁铁的磁极移向铜环时，穿过铜环的磁通量发生变化，于是在铜环中产生感应电流，电流周围产生磁场，与磁铁相互作用而使线圈发生偏转；②中叶发生了电磁感应现象;当断开与通电线圈相连的开关时,通过线圈的电流突然减小,则磁通量减小,于是在线圈中要产生很强的自感电动势阻碍电流的减小,从而产生了电火花。

解析
详解1两种情况下都能发生电磁感应现象；其中①是在断开电源的瞬间；②是在条形磁铁的磁极插入圆环的瞬间；
2①中发生了电磁感应现象;当条形磁铁的磁极移向铜环时，穿过铜环的磁通量发生变化,于是在铜环中产生感应电流，电流周围产生磁场，与磁铁相互作用而使线圈发生偏转；②中叶发生了电磁感应现象;当断开与通电线圈相连的开关时,通过线圈的电流突然减小，则磁通量减小，于是在线圈中要产生很强的自感电动势阻碍电流的减小，从而产生了电火花。

３。

电磁感应的现象的发现，给电磁的应用开辟了广阔的道路,其中发电机就是电磁感应最重要的应用成果之"。

某种直流发电机的工作原理可以简化为如图所示的情景:在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、ＰＱ固定在水平面内,相距为L,电阻不计,轨道端点ＭＰ间接有阻值为r 的电阻.质量为Ｍ、电阻为R的金属导体棒ａｂ垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好，在水平
向右的外力的作用下，以速度ｖｖ均平行于ＭN向右做匀速运动.求:
1导体棒ab中的感应电动势是多大？通过电阻r的电流多大？
2a、b两点间的电势差是多大？a、b两点哪一点的电势高？
3在ａb棒中产生感应电动势的非静电力是什么力？在图中面出导体棒ab中自由电荷受到的非静电力F 的方向；
４整个回路在t时间内产生了多少热量？这个热量是如何产生的?试从功能转化角度简要分析；
5若加大外力,使得导体棒的速度从v变为２v,并测得导体棒加速运动过程中,电路产生的热量为Q．求这个过程中，外力做了多少功?
6若导体棒速度达到2v后,立即撤去水平向右的外力,则导体棒ａb将做什么运动?最终状态是什么?从撤去外力到导体棒达到稳定状态的过程中，电阻上产生了多少热？
7若将ＭＰ之间的电阻换成一个线圈电阻为r的直流电动机，当导体棒ab以速度向右做匀速运动时,流过会属棒的电流为,此时电动机恰可在竖直方向匀速提升质量为m的重物。

若电动机各部分间摩擦损耗可忽略不计，求此时重物竖直上升的速度.
答案１BＬv　2，　a点的电势高;３洛伦兹力;图见解析；456减速运
动直到停止;7
解析
详解1导体棒ab中的感应电动势：Ｅ＝BLv
通过电阻r的电流：
2a、b两点间的电势差：
由右手定则可知，a、b两点ａ点的电势高；
３在ａb棒中产生感应电动势的非静电力是洛伦兹力；导体棒中的自由电荷可认为是正电荷，导体棒由于外力作用发生移动，根据右手定则可知电流方向从ｂ到ａ,同时电荷还要匀速向右运动，根据左手定则可知受到的洛伦兹力方向如下图所示：
４整个回路在t时间内产生了的热量：；因为可知这个热量是克服安培力产生的;从功能转化角度来说是外力克服安培力做功转化为电能,然后通过电阻发热转化为内能。

5根据动能定理:　其中W安＝Q
解得
6若导体棒速度达到２ｖ后，立即撤去水平向右的外力，则导体棒ａb将在向左的安培力作用下做减速运动，最终停止;由能量关系可知，从撤去外力到导体棒达到稳定状态的过程中,电阻上产生的热：。

７导体棒产生的感应电动势：
电动机两端的电压　，
由能量关系：
解得:
4.某个小水电站的发电机的正方形线圈边长为50cm,匝数为１００匝，线圈电阻为0。

2Ω;线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴00′匀速转动，转速为50r／s;电动势的最大值为２50V。

结果有根号或的可
以保留
1发电机中匀强磁场的磁感应强度为多大？
2若线圈从图示位置开始计时,写出感应电动势随时间变化的函数表达式。

3将阻值R=4．8Ω的外电阻接在线圈两端，如图所示,则交流电压表的示数是多大？此时发电机的输出功率为多大?
４将该发电机通过升压变压器升压后向远处输电，如图所示，发电机的输出功率为1０0kW，输电线的总电阻为8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为２2０V。

要求在输电线上损失的功率控制为５ｋＷ。

①请你设计水电站升压变压器原、副线圈匝数比和用户降压变压器原、副线圈匝数比、均为理想变压器，以达到控制损失功率的要求匝数比写成整数之比；
②夏天用电高峰期，常出现电器例如空调不能正常使用的情况。

这一现象可以通过回答下面的这个问题来加以解释。

如图所示是变压器给用户供电的示意图。

变压器的输入电压是市区电网的电压,负载变化时输入电压不会有大的波动。

输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的等效电阻为．当用电器增加时即开关k由断开到接通时,图中电流表和电压表的读数如何变化？并简单解释这样变化的原因。

答案123240V，1.２×104W４①；②电流表读数变大,电压表读数减小。

解析
详解1　根据可得：
2从图示位置开始计时,感应电动势随时间变化的函数表达式：。

３感应电动势的有效值：
将阻值Ｒ=4．8Ω的外电阻接在线圈两端，电流:
电压表读数:
发电机的输出功率：　
4①输电线上的电流：
T１的初级电流:，则T１的匝数比:
T１的次级电压：　
Ｔ2初级电压：
则T2的匝数比：
②由题意可知U3是恒定不变的,则U４也是恒定不变的,当用电器增加时，则总电阻会减小，则电流变大，即电流表A的读数变大，R0上的电压变大，则由于Ｕ电器=U4-U R0,可知电压表读数减小.。