2020-2021学年高二下学期期末综合测试卷(七)(选修3-2)物理试题含答案解析

福建省三明市第一中学【最新】高二下学期期末综合测试卷
（七）（选修3-2）物理试题
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、多选题
1．了解物理规律的发现过程，学会像科学家那样观察和思考，往往比掌握知识本身更重要．以下符合事实的是
A．焦耳发现了电流热效应的规律
B．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律
C．楞次发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕
D．牛顿将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动2．长为a、宽为b的矩形线框有n匝，每匝线圈电阻为R，如图所示，对称轴MN的左侧有磁感应强度为B的匀强磁场，第一次将线框从磁场中以速度v匀速拉出；第二次让
线框以
2v
b
ω=的角速度转过90°角，那么（）
A．通过导线横截面的电量q1：q2=1：n
B．通过导线横截面的电量q1：q2=1：1
C．线框发热功率P1：P2=2n：1
D．线框发热功率P1：P2=2：1
3．如图所示，某人在自行车道上从东往西沿直线以速度v骑行，该处地磁场的水平分量大小为B1，方向由南向北，竖直分量大小为B2，方向竖直向下．自行车把为直把、金属材质，且带有绝缘把套，两把手间距为L．只考虑自行车在地磁场中的电磁感应，下列结论正确的是（）
A．图示位置中辐条A点电势比B点电势低
B．图示位置中辐条A点电势比B点电势高
C ．自行车左车把的电势比右车把的电势高B 2Lv
D ．自行车在十字路口左拐改为南北骑向，则自行车车把两端电势差要降低
4．如图所示，在垂直于纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场区域中有一个均匀导线制成的单匝直角三角形线框．现用外力使线框以恒定的速度v 沿垂直于磁场方向向右运动，运动中线框的AB 边始终与磁场右边界平行．已知AB =BC =l ，线框导线的总电阻为R .则线框离开磁场的过程中（ ）
A ．线框中的电动势随时间均匀增大
B ．通过线框截面的电荷量为2
2Bl R
C D ．线框中的热功率与时间成正比
5．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ab ＝bc ＝cO ＝L /3，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9－3－25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，下列选项正确的是( )
A ．U ac ＝2U bO
B ．U ac ＝2U ab
C ．电容器带电荷量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
二、单选题
6．如图所示，光滑金属导轨AC 、AD 固定在水平面内，并处在方向竖直向下、大小为B 的匀强磁场中．有一质量为m 的导体棒以初速度v 0从某位置开始在导轨上水平向右运动，最终恰好静止在A 点．在运动过程中，导体棒与导轨始终构成等边三角形回路，且通过A 点的总电荷量为Q .已知导体棒与导轨间的接触电阻阻值恒为R ，其余电阻不计．则( )
A ．该过程中导体棒做匀减速运动
B ．该过程中接触电阻产生的热量为2018mv
C ．开始运动时，导体棒与导轨所构成回路的面积为QR S B =
D ．当导体棒的速度为012
v 时，回路中感应电流大小为初始时的一半 7．如图所示，OO ′为一金属转轴(只能转动不能移动)，M 为与OO ′固定连接且垂直于OO ′的金属杆，当OO ′转动时，M 的另一端在固定的金属环N 上滑动，并保持良好的接触．整个装置处于一匀强磁场中，磁场方向平行于OO ′轴，磁感应强度的大小为B 0.图中V 为一理想电压表，一端与OO ′接触，另一端与环N 连接．已知当OO ′的角速度ω＝ω0时，电压表读数为U 0；如果将磁场变为磁感应强度为nB 0的匀强磁场，而要电压表的读数为mU 0时，则OO ′转动的角速度应变为( )
A ．nω0
B ．mω0
C ．0n m ω
D ．0m n
ω 8．在变电站里，经常要用交流电表监测电网上的强电流。

所用的器材叫电流互感器，如下图所示中，能正确反映其工作原理的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
9．如图所示，铁芯右边绕有一个线圈，线圈两端与滑动变阻器、电池组连成回路．左边的铁芯上套有一个环面积为0.02m 2、电阻为0.1Ω的金属环．铁芯的横截面积为0.01m 2，且假设磁场全部集中在铁芯中，金属环与铁芯截面垂直．调节滑动变阻器的滑动头，使铁芯中的磁感应强度每秒均匀增加0.2T ，则从上向下看( )
A ．金属环中感应电流方向是逆时针方向，感应电动势大小为4.0×10－3V
B ．金属环中感应电流方向是顺时针方向，感应电动势大小为4.0×10－3V
C ．金属环中感应电流方向是逆时针方向，感应电动势大小为2.0×10－3V
D ．金属环中感应电流方向是顺时针方向，感应电动势大小为2.0×10－3V
10．如图所示，在水平面内的直角坐标系xOy 中有一光滑金属导轨AOC ，其中曲线导轨OA 满足方程y ＝L sin kx ，长度为2k
的直导轨OC 与x 轴重合，整个导轨处于竖直向
上的匀强磁场中．现有一长为L 的金属棒从图示位置开始沿x 轴正方向做匀速直线运动，已知金属棒单位长度的电阻为R 0，除金属棒的电阻外其余电阻均不计，棒与两导轨始终接触良好，则在金属棒运动过程中，它与导轨组成的闭合回路( )
A ．电流逐渐增大
B ．电流逐渐减小
C ．消耗的电功率逐渐增大
D ．消耗的电功率逐渐减小
11．如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度．给该台灯接220 V 的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为( )
A．220 V B
V C．110V D V 12．12．在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈abcd.线圈cd边沿竖直方向且与磁场的右边界重合．线圈平面与磁场方向垂直．从t＝0时刻起，线圈以恒定角速
度
2
T
π
ω=绕cd边沿图所示方向转动，规定线圈中电流沿abcda方向为正方向，则从t
＝0到t＝T时间内，线圈中的电流I随时间t变化关系图象为()
A．
B．
C．
D．
13．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连组成闭合回路．当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切割磁感线运动时，安培表A1的读数为12 mA，那么安培表A2的读数为
A．0 B．3 mA C．48 mA D．与R大小有关14．如图所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3
t 的时刻，闭合开关S，电路稳定是3个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源．在0
后在1t时刻断开开关S．规定以电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用1I、
I表示流过D1和D2的电流，则下图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是
2
A．B．
C．D．
三、实验题
15．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值（填“变大”、“不变”或“变小”）．半
导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随变化而改变的特性制成的．16．电流传感器可以像电流表一样测量电流，它与计算机相连，能在几秒内画出电流随时间变化的图像．如图甲所示电路，电源电动势为直流8 V，电容器为几百微法的电解电容器，先使开关S与1相连，电源向电容器充电，然后把开关S掷向2，电容器通过电阻R放电，计算机屏幕上显示出电流随时间变化的I－t曲线，如图乙所示．则：在图乙中画出了一个竖立的狭长矩形(在乙图的左端)，它的面积表示的物理意义是：
_____________.根据以上数据估算的电容是_________(结果保留三位有效数字)．
四、解答题
17．如图所示，在两根水平放置的平行金属导轨两端各接有一个R=lΩ的电阻，导轨间L=0.2m，导轨的电阻忽略不计，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度
B=0.8T.—根电阻r=0.3Ω的导体棒ab置于导轨上，且始终与导轨保持良好接触.若导体棒沿平行于导轨的方向在PQ和MN之间运动，其速度图像如图所示.求：
（1）导体棒产生的感应电动势的瞬时值表达式；
（2）整个电路在1min内产生的热量
18．如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN和PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.2m，电阻R=0.4Ω，导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆，导轨电阻忽略不计，整个装置处在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场的方向竖直向下，现用一外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表示数U随时间t变化关系如图乙所示。

求：
(1)金属杆在5s 末的运动速率
(2)第4s 末时外力F 的功率
19．如图所示，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l ，左侧接一阻值为R 的电阻．区域cdef 内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s ．一质量为m 、电阻为r 的金属棒MN 置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F ＝0.5v ＋0.4(N)(v 为金属棒速度)的水平外力作用，从磁场的左边界由静止开始向右运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大．(已知：l ＝1m ，m ＝1kg ，R ＝0.3Ω，r ＝0.2Ω，s ＝1m)
(1)求磁感应强度B 的大小；
(2)若撤去外力后棒的速度v 随位移x 的变化规律满足()
22
0B l v v x m R r =-+ (v 0是撤去外力时，金属棒速度)，且棒在运动到ef 处时恰好静止，则外力F 作用的时间为多少？
(3)若在棒未出磁场区域时撤出外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移变化所对应的各种可能的图线．
参考答案
1．AB
【解析】
【详解】
A ．焦耳发现了电流热效应的规律,故A 正确；
B ．库仑总结出了点电荷间相互作用的规律，故B 正确；
C ．奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互关系的序幕，故C 错误；
D ．伽利略将斜面实验的结论合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动，故D 错误；
故选AB
2．BD
【详解】
AB ．在第一、二次运动过程中，磁通量的减少量为
122
ab B
∆Φ=∆Φ= 当回路为n 匝，总电阻为nR 时．有 E q I t t t nR t R R
∆Φ∆Φ=∆=
∆=∆=∆⋅ 可得 12:1:1q q =
A 错误
B 正确；
CD ．两种情况下线框电阻不变，由电（热）功率公式可得
211
22 ()P E P E =①，1E nBav =②，2E nB =③ 联立①②③式，即可求出以下结果
12:2:1P P =
C 错误
D 正确．
故选 BD 。

3．AC
【解析】
自行车从东往西行驶时，辐条切割地磁场水平分量的磁感线，根据右手定则判断可知，图示位置中辐条A 点电势比B 点电势低，故A 正确，B 错误．自行车左车把切割地磁场竖直分量的磁感线，由右手定则知，左车把的电势比右车把的电势高B 2Lv ．故C 正确．自行车左拐改为南北骑向，自行车车把仍切割磁感线，车把感应电动势方向不变，竖直分量大小为B 2不变则车把两端电势差不变．故D 错误．
故选AC ．
点睛：本题首先要有空间想象能力，再运用右手定则判断电势的高低，求感应电动势时，要注意地磁场的方向，不能搞错.
4．AB
【详解】
A ．在拉出过程中，设时间t 时刻，切割磁感线的有效长度为L vt =，感应电动势为
2E BLv Bv t ==
即线框中的电动势随时间均匀增大，A 正确；
B ．通过的电荷量为
2
t 2BS Bl q It tR R R R
∆Φ∆Φ==∆===∆ B 正确；
C ．当AB 切割磁感线是电流最大，安培力最大，则有：
22B l v F BIl R
== C 错误；
D ．电流I 与时间成正比，由
2P I R =
可知热功率与时间成二次关系，D 错误。

故选AB 。

5．AC
【解析】
本题考查了电磁感应与电路结合的相关知识．
分析：根据转动切割磁感线感应电动势公式E=1/2Bl2ω可分别求出ao、bo、co间的电势差，即可求出Uac与Uab．电容器板间电压等于ac间的电势差，由Q=CU求出电量．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，则电压表将有读数．
解答：A、B根据转动切割磁感线感应电动势公式E=1/2Bl2ω得：ao、bo、co间的电势差分别为：Uao=1/2BL2ω，Ubo=1/2B（2/3L）2ω=2/9BL2ω，Uco=1/2B（1/3L）2ω=1/18BL2ω，则Uac="Uao-Uco=4/9" BL2ω，可见，Uac=2U b0．故A正确，B错误．
C、电容器板间电压等于ac间的电势差，则电容器所带电量为Q="CUac=4/9" BL2ω，故C 正确．
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AC．
6．C
【详解】
A．感应电动势
E=BLv
感应电流
E BLv
I
==
R R
导体棒受到的安培力
22
B L v
==
F BIL
R
由于导体棒在运动过程中L不断减小，安培力不断减小，导体棒的加速度减小，导体棒做加速度减小的减速运动，不做匀减速运动，故A错误；
B ．克服安培力做功，导体棒的动能转化为焦耳热，由能量守恒定律可得，接触电阻产生的焦耳热
Q =
12
mv 02 故B 错误；
C ．在整个过程中，感应电荷量 E t BS t BS Q I t t R t R t R R
Φ==
=== 则 QR S B =
故C 正确；
D ．感应电动势
E =BLv
感应电流
E BLv I R R =
= 当导体棒的速度为
12
v 0时，导体棒的长度L 减小，回路中感应电流大小小于初始时的一半，故D 错误。

故选C 。

7．D 【解析】试题分析：过程中M 切割磁感线运动，故由题意可得0012
U BLv BL L ω==,故00202U B L ω= 若要电压表的示数变为0001''2mU nB Lv nB L L ω==
,故00202'mU m nB L n ωω==，D 正确， 考点：考查了导体切割磁感线运动
点评：在求电动势的时候一定要注意导体棒的平均速度等于中点的速度
8．A
【详解】
ABCD ．电流互感器的原线圈要串联接在火线或零线上，并把大电流变成小电流，测量时更安全。

根据变压器原理可知，原副线圈电流之比与线圈匝数成反比，所以原线圈中电流大匝
数少，副线圈中电流小匝数多，故A 正确，BCD 错误。

故选A 。

9．C
【解析】
根据右手螺旋定则知，螺线管中的磁场方向竖直向上，所以通过金属环的磁场方向竖直向下，当磁场均匀增大时，根据楞次定律知，感应电流的方向是逆时针方向． 根据30.20.012101
BS E n
V V t ＝＝-∆⨯=⨯∆．故C 正确，ABD 错误．故选C. 10．C
【解析】
设从图示位置开始导体棒运动时间为t 时，速度大小为v ，磁感应强度为B ．根据感应电动势公式E=Blv=Bvy=BvLsinkvt ，回路电阻L （sinkvt ）R 0，消耗的电功率2220
E B v Lsinkvt P R R == ，可知t 增大，sinkvt 增大，P 不断增大．故D 错误，C 正确．由闭合电路欧姆定律得0
E Bv I R R == ，I 不变．故AB 错误．故选C. 点睛：本题考查综合分析问题的能力．对于电流变化情况的分析，不能简单认为电动势增大，电流就增大，其实电阻也增大，电流并不变.
11．B
【解析】
【详解】
设交流电的有效值为U ，将交流电与直流电分别通过相同电阻R ，分析一个周期内热量：交
流电产生的热量：222022T T Q R ==⨯； 直流电产生的热量：2U Q T R =；解得：
V , 故选B 。

12．B
【解析】线圈以cd 边为轴按图示方向匀速转动，从ab 边速度正好与磁场平行开始计时，线圈磁通量在变小，则感应电流的磁场会阻碍其变小，所以感应电流方向是adcba ，与规定的正方向相反，感应电流大小在渐渐变大，然而磁场只有一半，接着二分之一周期没有感应电
流；当从ab边刚好进入磁场开始计时，线圈磁通量在变大，则感应电流的磁场会阻碍其变大，所以感应电流方向是abcda，与规定的正方向相同，感应电流大小在渐渐变小；所以只有B选项符合条件．故选B．
点睛：本题虽没有明确什么方向为感应电流的正方向，但不影响答题．同时也可以假设磁场没有界，则感应电流变化规律应是余弦曲线，从而可快速确定当一半磁场时的答案. 13．A
【详解】
由于直导线AB匀速运动，则AB切割磁场产生的电流时恒定的，线圈产生的磁通量也是恒
A 定的，所以不会引起副线圈的磁通量的变化，所以副线圈不会有感应电流产生，即安培表
2的读数为0，故选项A正确，BCD错误．
故选A。

14．C
【详解】
当闭合电键，因为线圈与D1串联，所以电流I1会慢慢增大，灯泡D2这一支路立即就有电流．当电键断开，因为线圈阻碍电流的减小，而且D1和D2、D3构成回路，所以通过D1的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，且方向不变，通过D1的电流也流过D2，所以I2变成反向，且逐渐减小且由于电路稳定时通过D1的电流I1大于通过D2的电流I2，则D2和D3都会闪亮一下，故ABD错误，C正确．
15．变小；温度
【解析】
光照射到光敏电阻上时，光敏电阻是半导体的，收到光的激发，会产生更多的自由电子，导电性增加，电阻变小；因为热敏电阻为半导体，所以表现的性能与金属导体很大差异，根据常识金属导体的电阻随温度变高而增大，而一般热敏电阻和金属导体相反．所以热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低．
【点睛】对于半导体的热敏电阻的阻值随着温度升高而降低，光敏电阻的阻值随着光照而减小．而金属导体随着温度升高而增加．
16．通过电流传感器的电荷量350～400μF
【解析】
(1)由q ＝It 可知，I －t 图像中的面积表示为通过电流传感器的电荷量．
(2)由数格法可知电容器放电前所带电荷量Q ＝37×0.2×10－3×0.4 C ＝2.96×10－3 C ，则370μF Q C U
==. 【点睛】解决本题的关键掌握电容的定义式，以及知道I-t 图线与时间轴围成的面积表示通过的电荷量．
17． (1)1.6sin 10πt V (2)96 J
【解析】
(1)由速度图象得，某时刻导体棒运动速度表达式：v ＝10sin10πt m/s
导体棒产生的感应电动势的瞬时值表达式为：e ＝BLv ＝10BLsin10πt ＝1.6sin10πt V
(2)感应电动势的最大值为：E m ＝1.6 V
感应电动势的有效值为： E ＝m
√2＝4
5√2V 回路中的总电阻为： R′＝r ＋R 2＝0.8 Ω 电流： I ＝E R′＝√2A
整个电路在1分钟内产生的热量为：Q ＝I 2R′t ＝96 J.
本题考查交变电流的产生和有效值，电功率公式的应用
18．(1) 2.5m/s v = (2) 0.18W P =
【解析】(1)由题意，电压表的示数为R U BLv R r =
⋅+ 5s 末电压表的示数0.2V U = ，
所以代入数据可得 2.5m/s v =
(2)由R U BLv R r
=⋅+及U -t 图像可知,U 随时间均匀变化,导体棒在力F 作用下匀加速运动 ()1R r v U a t R BL t
+∆∆==⋅⋅∆∆ 代入数据可得20.5m/s a = 在4s 末，金属杆的切割速度为()12m/s R r v U R BL
⋅'='+=⋅ 此时拉力F 为22B L v F ma R r
-=+'
所以4s 末拉力F 的功率为0.18W P Fv =='
【点睛】本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，由电路的串联关系先求出电动势，再求出速度；由加速度的定义，求出加速度；根据瞬时功率的表达式，求出第5秒末外力F 的功率．
19．(1)B ＝0.5T (2) t ＝1s (3)可能的图像如图：
【解析】(1)R 两端电压U ∝I ∝E ∝v ，U 随时间均匀增大，即v 随时间均匀增大． 所以加速度为恒量．
22
B l F v ma R r
-=+ 将F ＝0.5v ＋0.4代入得： 220.50.4B l v a R r ⎛⎫-+= ⎪+⎝⎭
因为加速度为恒量，与v 无关，所以a ＝0.4 m/s 2
22
0.50B l R r
-=+ 代入数据得：B ＝0.5 T.
(2)设外力F 作用时间为t .
2112
x at = ()
22
02B l v x at m R r ==+ x 1＋x 2＝s ， 所以()222
12m R r at at s B l ++=
代入数据得0.2t2＋0.8t－1＝0，
解方程得t＝1 s或t＝－5 s(舍去)．
(3)可能图线如下：
【点睛】根据物理规律找出物理量的关系，通过已知量得出未知量．要善于对物体过程分析和进行受力分析，运用牛顿第二定律结合运动学公式解决问题．。