广东广州越秀区培正中学2020-2021学年高二下学期期中物理试题含答案解析

广东广州越秀区培正中学【最新】高二下学期期中物理试题 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．关于物理学家和他们的贡献，下列说法中正确的是
A ．奥斯特发现了电流的磁效应，并发现了电磁感应现象
B ．库仑提出了库仑定律，并最早用实验测得元电荷e 的数值
C ．牛顿发现万有引力定律，并通过实验测出了引力常量
D ．法拉第发现了电磁感应现象，并制作了世界上第一台发电机
2．用某种光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，应采取的措施是
A ．改用波长更大的光照射光电管
B ．增大入射光的强度
C ．延长入射光照射光电管的时间
D ．改用频率更大的光照射光电管 3．下列关于分子动理论的相关内容，说法正确的是
A ．布朗运动是液体分子的运动，所以它能说明分子在做永不信息的无规则运动
B ．两个分子间的距离由无穷远靠近0r r 时，分子间作用力的合力先增大后减小
C ．温度是物体内能大小的标志，温度越高的物体，内能越大
D ．已知某物体的质量、密度和该物质分子的体积，可求得阿伏加德罗常数 4．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D 。

现用光子能量为
E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为γ+D →p+n 。

若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是（ ）
A ．12[(m D −m p −m n )c 2−E]
B ．12[(m p +m n −m D )c 2+E]
C ．12[(m
D −m p −m n )c 2+E]
D ．12[(m p +m n −m D )c 2−E]
5．如图所示，两个质量相等的小球从同一高度沿倾角不同的两个光滑固定斜面由静止自由滑下，下滑到达斜面底端的过程中 （ ）
A．两物体所受重力冲量相同
B．两物体所受合外力冲量不相同
C．两物体到达斜面底端时时间相同
D．两物体到达斜面底端时动量相同
6．如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，D是理想二极管，L是带铁芯的线圈，其电阻忽略不计．下列说法正确的是
A．S闭合瞬间，A先亮B．S闭合瞬间，A、B同时亮
C．S断开瞬间，A闪亮一下，然后逐渐熄灭D．S断开瞬间，B逐渐熄灭
7．如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。

对整个送电过程，下列说法正确的是()
A．输电线上的损失功率为300 W
B．升压变压器的匝数比为1∶100
C．输电线上的电流为100 A
D．降压变压器的输入电压为4 970 V
8．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，原线圈接图乙所示的正弦交流电，副线圈与理想电压表、理想电流表、热敏电阻R T(阻值随温度的升高而减小)及报警器P(有内阻)组成闭合电路，回路中电流增加到一定值时报警器P将发出警报声，则以下判断正确的是
A ．变压器原线圈中交流电压的瞬时表达式u ＝36sin(100πt) V
B ．电压表示数为9 V
C ．R T 处温度升高到一定值时，报警器P 将会发出警报声
D ．R T 处温度升高时，变压器的输入功率变小
二、多选题
9．如图所示，为氢原子能级图，现有大量氢原子从n=4的能级发生跃迁，并发射光子照射一个钠光管，其逸出功为2.29ev ，以下说法正确的是（ ）
A ．氢原子可能发出6种不同频率的光
B ．能够让钠光电管发生光电效应现象的有4种光子
C ．光电管发出的光电子与原子核发生β衰变时飞出的电子都是来源于原子核内部
D ．钠光电管发出的光电子轰击处于基态的氢原子只能使氢原子跃迁到n=2的能级 10．如图所示，一矩形线圈置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图（b ）所示，则线圈产生的感应电动势的情况为：
A ．0时刻电动势最大
B ．0时刻电动势为零
C ．1t 时刻磁通量的变化率等于零
D ．21~t t 时间内电动势增大
11．在磁感应强度为B 的匀强磁场中，有一与磁场方向垂直长度为L 的金属杆aO ，已知3
L ab bc cO ===，a c 、与磁场中以O 为圆心的同心圆（都为部分圆弧）金属轨道始终接触良好．一电容为C 的电容器接在轨道上，如图所示，当金属杆在与磁场垂直的平面内以O 为轴，以角速度ω顺时针匀速转动时
A ．2ac ab U U =
B ．9aO aO U U =
C ．电容器带电量249
Q BL C ω= D ．若在eO 间连接一个电压表，则电压表示数为零
12．在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核的轨迹是两个相切的圆，圆的半径比为5:1，如图所示，那么碳的衰变方程是
A ．14104426He+C Be →
B ．14014615
C e+B →
C ．140146-17C e+N →
D ．14212615C H+B →
三、实验题
13．在研究“电磁感应现象”的实验中，所需的实验器材如图所示．现已用导线连接了部分实验电路．
（1）请把电路补充完整；
（2）实验时，将线圈A 插入线圈B 中，合上开关瞬间，观察到检流计的指针发生偏转，这个现象揭示的规律是 ；
（3）某同学设想使线圈B 中获得与线圈A 中相反方向的电流，可行的实验操作是 A ．抽出线圈A
B ．插入软铁棒
C ．使变阻器滑片P 左移
D ．断开开关．
四、填空题
14．如图匝数100N =匝、边长20cm L =的正方形线圈，置于磁感应强度0.05T B =的匀强磁场中，绕着垂直于磁场的轴以100?rad /s ωπ=的角速度匀速转动，当线圈平面跟磁感线平行时开始计时，线圈与外电路的总电阻为10Ω，该交流电的感应电动势的有效值为__________V ，从0到3510s -⨯时间内平均感应电流为__________A ．
五、解答题
15．在如图所示的气缸中封闭着温度为400K 的空气，一重物用绳索经滑轮与缸中活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态，这时活塞离缸底的高度为10 cm ，如果缸内空气变为300K ，问：
（1）重物是上升还是下降？
（2）这时重物将从原处移动多少厘米？（设活塞与气缸壁间无摩擦）
16．相距 1.5m L =的足够长平行金属导轨竖直放置，质量为11kg m =的金属棒ab 和质量为20.27kg m =的金属棒cd 均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上，如图（a ）所示，虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁感应
强度大小相同．ab 棒光滑，cd 棒与导轨间动摩擦因数为0.75μ=，两棒总电阻为1.8Ω，
导轨电阻不计．0t =时刻起，ab 棒在方向竖直向上，大小按图（b ）所示规律变化的
外力F 作用下，从静止开始沿导轨匀加速运动，同时也由静止释放cd 棒．210m /s g =．
（1）求磁感应强度B 的大小和ab 棒加速度大小；
（2）已知在2s 内外力F 做功40J ，求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热；
（3）求出cd 棒达到最大速度时所对应的时刻．
17．如图所示，质量为m 3＝2kg 的滑道静止在光滑的水平面上，滑道的AB 部分是半径为R ＝0.3m 的四分之一圆弧，圆弧底部与滑道水平部分相切，滑道水平部分右端固定一个轻弹簧，滑道除CD 部分粗糙外其他部分均光滑。

质量为m 2＝3kg 的物体2(可视为质点)放在滑道的B 点，现让质量为m 1＝1kg 的物体1(可视为质点)自A 点由静止释放，两物体在滑道上的C 点相碰后粘为一体(g ＝10m/s 2)。

求：
（1）物体1从释放到与物体2恰好将要相碰的过程中，滑道向左运动的距离；
（2）若CD ＝0.2m ，两物体与滑道的CD 部分的动摩擦因数都为μ＝0.15，求在整个运动过程中，弹簧具有的最大弹性势能；
（3）物体1、2最终停在何处？
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象并制作了世界上第一台发电机，选项A 错误，D 正确；库仑提出了库仑定律，密立根最早用实验测得元电荷e 的数值，选项B 错误；牛顿发现万有引力定律，卡文迪许通过实验测出了引力常量，选项C 错误． 2．D
【解析】
根据光电效应方程0km E hv W =-得，光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无关而与频率有关．入射光的频率越大（波长越短），光电子的最大初能越大．故D 正确，ABC 错误；故选D ．
3．B
【解析】
布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的运动，布朗运动说明了液体分子不停的做无规则运动．故A 错误；两个分子间的距离由无穷远靠近到0r r =时，分子间作用力的合力表现为引力，先增大后减小．故B 正确；内能与物体的物质的量、温度、体积以及物态都有关，温度高的物体的内能不一定大．故C 错误；已知某液体或固体的质量、密度和该物质分子的体积，可求得阿伏伽德罗常数；但气体分子的体积与分子所占空间的大小相比非常小，该方法不能求出．故D 错误；故选B.
4．C
【解析】
【详解】
氘核分解成中子、质子时，质量增加Δm =m p ＋m n －m D ，所以
2E k =E －(m p ＋m n －m D )c 2，
中子动能为
E k =12[(m D −m p −m n )c 2+E]。

A. 12[(m D −m p −m n )c 2−E]，与结论不相符，选项A 不符合题意；
B. 12
[(m p +m n −m D )c 2+E]，与结论不相符，选项B 不符合题意； C. 12[(m D −m p −m n )c 2+E]，与结论相符，选项C 符合题意；
D. 12[(m p +m n −m D )c 2−E]，与结论不相符，选项D 不符合题意。

5．B
【解析】
A ：据()212h gsin t sin θθ=，可得：t =；两个光滑固定斜面倾角不同，物体从顶端到底端的时间不同．两物体质量相等，在不同时间内重力冲量不同．故A 项错误．
B ：两物体所受合外力的方向不同，两物体所受合外力冲量不同．故B 项正确．
CD ：两物体到达斜面底端时速度方向不同，两物体到达斜面底端时动量不同．故C 项错误，D 项正确．
6．C
【分析】
刚通电时，自感线圈相当于断路；稳定时，自感线圈相当于电阻（阻值看题中说明）；断电后，自感线圈相当于电源．理想二极管具有单向导电性．据以上两点分析电路在开关闭合瞬间、稳定、和开关断开瞬间各元件的工作情况．
【详解】
AB ：刚通电时，自感线圈相当于断路，二极管中为反向电流，则电流既不通过A 灯，也不通过B 灯．电路稳定时，依题意，自感线圈相当于导线，则电流流过B 灯，B 灯发光．则S 闭合瞬间，A 、B 两灯均不亮，然后A 灯仍不亮，B 灯逐渐变亮．故AB 两项错误． CD ：开关断开瞬间，自感线圈相当于电源，自感线圈与二极管、A 灯形成回路，二极管中为正向电流，则A 灯闪亮一下，然后逐渐熄灭．开关断开后，B 灯不处在回路中，B 灯立即熄灭．故C 项正确，D 项错误．
7．B
【解析】
试题分析：根据P 损=0.6%P =I 22R 得输电线上损失的功率为：P 损=300W ，输电线上的电流
为：I 2=10A ．故A 正确，C 正确；升压变压器原线圈的输入电流为：I 1=P U 1=50000500=100A ，则升压变压器的匝数之比为：N 1N 2=I 2I 1=10100=110．故B 错误；输电线上损失的电压为ΔU =
I 2R =10×3V =30V ，升压变压器的输出电压为：U 2=10U 1=5000V ，则降压变压器的输入电压为：U 3=U 2−ΔU =5000−30=4970V ，故D 正确。

考点：考查了远距离输电
8．C
【解析】
原线圈接的图乙所示的正弦交流电，由图知最大电压，周期0.02s ，故角速度是2
100/rad s T
πωπ==，则交流电压的瞬时表达式为()100u t V π=，故A 错误；理想变压器原、副线圈的匝数比12:4:1n n =，所以副线圈的电压是29U V =，而电压表只测热敏电阻T R 两端的电压，所以电压表示数小于9V ，故B 错误；T R 处温度升高时副线圈中电流增大，升高到一定值时，报警器P 将会发出警报声，故C 正确；T R 处温度升高时副线圈中电流增大，而副线圈的电压不变，变压器的输出功率变大，理想变压器的输入、输出功率之比为1：1，变压器的输入功率变大，故D 错误；故选C.
9．ABD
【解析】
【分析】
根据数学组合公式C n 2求出氢原子可能辐射光子频率的种数，能级间跃迁时，辐射的光子能
量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越高；
【详解】
A 、根据C 42=6知，这些氢原子可能辐射出6种不同频率的光子，故A 正确；
B 、氢原子由n =4跃迁到n =2能级，辐射的光子能量为3.4eV −0.85eV =2.55eV ，大于逸出功，能发生光电效应；而由n =4跃迁到n =3能级，辐射的光子能量为1.51eV −0.85eV =0.66eV ，及n =3跃迁到n =2能级，辐射的光子能量为3.4eV −1.51eV =1.89eV ，都小于逸出功，不能发生光电效应，因此让钠光电管发生光电效应现象的有n =4跃迁到n =2、n =4跃迁到n =1、n =3跃迁到n =1、n =2跃迁到n =1，共4种光子，故B 正确；
C 、光电管发出的光电子是来自核外，而原子核发生β衰变时飞出的电子是来源于原子核内部的中子衰变成质子而放出的，故C 错误；
E 、氢原子从n =4的能级向n =1发生跃迁，发射光子能量最大，当照射钠光管放出能量为E =13.6eV −0.85eV −2.29eV =10.46eV ，而氢原子从n =1的能级跃n =2的能级，需要
吸收能量为E′=13.6eV −3.4eV =10.2eV ，因10.46eV ＞10.2eV ；氢原子从n =1的能级跃n =3的能级，需要吸收能量为E′=13.6eV −1.51eV =12.09eV ，而12.09eV ＞10.46eV ，所以钠光电管发出的光电子最多能够让氢原子从n =1的能级跃n =2的能级，故D 正确。

【点睛】
解决本题的关键知道光电效应的条件，以及知道能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，并掌握光电效应方程的内容，注意光的强度影响光电流，而光的频率影响光电子的最大初动能。

10．ACD
【解析】 因为面积一定，磁场变化，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势为：B B E nS t t =⋅∝ 0时刻磁感应强度的变化率最大，故感应电动势最大，所以A 选项正确，B 错误；1t 时刻磁通量最大，但磁通量的变化率为零，故感应电动势为零，所以C 选项正确；21
~t t 时间内，
磁通量的变化率变大，故感应电动势增加，所以D 选项正确；故选ACD ． 点睛：本题中磁通量最大时，磁通量的变化率最小；磁通量最小时，磁通量的变化率最大；然后根据法拉第电磁感应定律列式判断即可．
11．BC
【解析】
【详解】 AB ．ao 、bo 、co 间的电热差分别等于它们产生的感应电动势，根据转动切割磁感线感应电动势公式212
E Bl ω=得ao 、bo 、co 间的电势差分别为： 212
ao U BL ω= 2
2122239
bo U B L BL ωω⎛⎫== ⎪⎝⎭ 221112318co U B L BL ωω⎛⎫== ⎪⎝⎭ 则有：
249
ac ao co U U U BL ω=-=
2518
ab ao bo U U U BL ω=-=
可见 22ac bo ab ab U U U U =⋅≠
故A 错误，B 正确．
C ．电容器板间电压等于ac 间的电热差，则电容器所带电量为：
249
ac Q CU BL C ω==
所以C 选项是正确的． D ．若在eO 间连接一个电压表，电压表与co 、导轨组成的闭合回路，磁通量增加，会有电流通过电压表，则电压表将有示数．故D 错误．
故选BC 。

【点睛】
本题一要掌握导体转动切割磁感线的感应电动势公式：E =12
Bl 2ω；二要准确理解公式的含义：此式反映杆的端点与圆心间的感应电动势，不是任意两点间的感应电动势．
12．BD
【详解】
由静止的碳核得到的两个粒子运动速度方向相反，并且两个粒子满足动量守恒定律，即mv =MV ，由题意可知，粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径比5：1，根据mv r qB
=知，电荷量之比为1:5，轨迹圆外切，知放射的粒子与反冲核带同种电荷，故B 、
D 正确，A 、C 错误． 故选BD ．
13．（1）如图所示；
（2）闭合电路中磁通量发生变化时，闭合电路中产生感应电流．（3）B 、C ．
解：（1）本实验中L 1与电源相连，通过调节滑动变阻器使L 2中的磁通量发生变化，从而使L 2产生电磁感应线象，故L 2应与检流计相连，电路图如图所示：
（2）指针发生偏转说明电路中有电流产生，产生的原因是闭合回路中磁通量发生了变化；故结论为：闭合电路中磁通量发生变化时，闭合电路中产生感应电流．
（3）感应电流的方向与原电流方向相反，则它们的磁场也一定相反，由楞次定律可知，原磁场应增强，故可以加入铁芯或使变阻器滑片P 左移，故选B C ；
故答案为（1）如图所示；（2）闭合电路中磁通量发生变化时，闭合电路中产生感应电流．（3）B 、C ．
【点评】实验题应根据实验的原理进行分析，注意结合实验的现象得出实验的结论，同时根据实验的原理记忆实验中的仪器及误差分差．
14． 4A
【解析】
（1）最大值1000.050.20.2100πV m E NBS ω==⨯⨯⨯⨯=；
则其有效值V
E =； （2）交流电的周期2π2π0.02s 100π
T ω===； 0到3510s -⨯为四分之一周期，故磁通量变化量为：BS ∆Φ=； 平均电动势31000.050.20.240V 510
E n t -∆Φ⨯⨯⨯===∆⨯ 40410
E I A R === 15．①缸内气体温度降低,压强减小，故活塞下移，重物上升②2.7cm
试题分析： ①缸内气体温度降低,压强减小，故活塞下移，重物上升；
②分析可知缸内气体作等压变化，设活塞截面积为Scm 2，气体初态体积31V 10Scm =，
温度T 1=373K,末态温度T 2=273K,体积设为32V hScm =(h 为活塞到缸底的距离) 据1122
V T V T ＝可得h=7.3cm ；则重物上升高度Δh=10－7.3=2.7cm ． 考点：气体状态方程.
16．(1) 1.2T ， 21/m s (2) 18()J (3) 2s
【解析】
（1）经过时间t ，金属棒ab 的速率v at = 此时，回路中的感应电流为E BL I R R
υ== 对金属棒ab ，由牛顿第二定律得
11F BIL m g m a --= 由以上各式整理得：22
11B L F m a m g at R
=++ 在图线上取两点：
10t =，111F N =，22t s =，214.6F N =
代入上式得21/a m s = 1.2B T =
（2）在2s 末金属棒ab 的速率 22/t at m s υ==
所发生的位移 2122
s at m == 由动能定律得21112F t W m gs W m υ--=
安 又 Q W =安
联立以上方程，解得
2118()2
F t Q W mgs m J υ=--= （3）cd 棒先做加速度逐渐减小的加速运动，当cd 棒所受重力与滑动摩擦力相等时，速度达到最大；然后做加速度逐渐增大的减速运动，最后停止运动．
当cd 棒速度达到最大时，有2N m g F μ=
又N F F =安 F BIL =安
m BL E I R R
υ== 0m at υ= 整理解得20222m gR t s B L a μ=
= cd f 随时间变化的图像如图（c ）所示．
点睛：对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题，根据平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解．
17．（1）0.15m ；（2）0.3J ；（3）D 点左侧离D 点为0.05 m 处。

【详解】
（1）物体1从释放到与物体2碰撞前瞬间，物体1、滑道组成的系统水平方向动量守恒，设物体1水平位移大小为x 1，滑道水平位移大小为x 3，有：
0＝m 1x 1-m 3x 3①
x 1＝R
解得
x 3＝113
m x m ＝0.15m ② （2）设物体1、2刚要相碰时物体1的速度大小为v 1，滑道的速度大小为v 3，对物体1和滑道组成的系统，由机械能守恒定律有
22111331122
m gR m v m v =
+③ 由动量守恒定律有 0＝m 1v 1－m 3v 3④
设物体1和物体2相碰后的共同速度大小为v 2，对物体1、2组成的系统，由动量守恒定律有
m 1v 1＝(m 1＋m 2)v 2⑤
弹簧第一次被压缩到最短时，由动量守恒定律可知物体1、2和滑道速度均为零，此时弹簧的弹性势能最大，设为E pm 。

从物体1、2碰撞后到弹簧第一次被压缩到最短的过程中，由能量守恒定律有
22122331211()()22
pm m m v m v m m g CD E μ++-+⋅= ⑥ 联立③④⑤⑥式，代入数据可以求得
E pm ＝0.3J
（3）分析可知物体1、2和滑道最终将静止，设物体1、2相对滑道CD 部分运动的路程为s ，由能量守恒定律有
22122331211()()22
m m v m v m m gs μ++=+ 代入数据可得
s ＝0.25m
所以物体1、2最终停在D 点左侧离D 点为0.05m 处。