重庆市大学城第一中学2020-2021学年高二下学期期中考试物理试题含答案解析

重庆市大学城第一中学【最新】高二下学期期中考试物理试
题
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．穿过一个单匝闭合线圈的磁通量始终为每秒均匀增加2Wb，则（）
A．线圈中感应电动势每秒增加2V
B．线圈中感应电动势始终为2V
C．线圈中感应电动势始终为一个确定值，但由于线圈有电阻，电动势小于2V
D．线圈中感应电动势每秒减少2V
2．下列四幅图中，能正确反映分子间作用力F和分子势能E p随分子间距离r变化关系的图线是（）
A．B．
C．D．
3．如图所示，要在线圈Q中产生图示方向的电流，可采用的方法有
A．闭合电键K后，把Q靠近P
B．闭合电键K后，把R的滑片右移
C．无需闭合电键K，只要把Q靠近P即可
D．闭合电键K后，把P中的铁芯从左边抽出
4．如图所示，理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，副线圈匝数n2=220匝，交流电源的
电压u sin（100πt）V，电阻R=44Ω，电压表、电流表均为理想交流电表．下列说法正确的是
A．交流电的频率为100Hz B．电压表的示数为V
C．电流表A1的示数为5A D．电流表A2的示数为1A
5．如图所示，电路中5盏电灯规格完全相同，理想变压器的原线圈接入正弦交流电．当开关S1、S2和S3闭合，S4断开时，L、L1、L2和L3均正常发光．下列说法正确的是
A．理想变压器原、副线圈匝数比为1:1
B．理想变压器原、副线圈匝数比为3:1
C．再闭合开关S4，5盏灯均正常发光
D．再闭合开关S4，5盏灯亮度一样，都只能发出暗淡的光
6．如图所示，有界匀强磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度为B．电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框，绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动（O 轴位于磁场边界）．下列说法正确的是
A．因为线框的半径一直在切割磁感线，所以线框中一直有感应电流
B．因为线框一直顺时针转动，所以感应电流的方向不变
C．只有线框进入磁场和穿出磁场的两个过程才有感应电流，电流大小为
2 2
B L R ω
D．只有线框进入磁场和穿出磁场的两个过程才有感应电流，电流大小为
2 B L R ω
7．如题8图所示，一等腰直角三角形中存在垂直于纸面向里的匀强磁场，三角形腰长为2L，一个边长为L的导线框ABCD自右向左匀速通过该区域，则回路中A、C两点电势差U AC随时间变化的关系图象应为
A．B．
C．D．
二、多选题
8．如图所示，甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律，其e-t图象如图乙所示。

发电机线圈内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻为9 Ω，则（）
A．电压表的示数为6V
B．发电机的输出功率为4W
C．在l.0×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量最大
D．在0.5×10-2s时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大
9．墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀．关于该现象的分析正确的是( )．
A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动
C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速
D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的
10．如图所示，光滑导轨倾斜放置，下端连一灯泡，匀强磁场垂直于导轨平面，当金属棒ab（电阻不计）沿导轨下滑达到稳定状态时，灯泡的电功率为P，导轨和导线电阻不计．要使灯泡在金属棒稳定运动状态下的电功率为2P，下列办法中可行的是
A．将导轨间距变为原来的
2
倍
B．换一阻值为原来阻值1
2
的灯泡
C倍的金属棒
D．将磁感应强度B倍
11．如图所示，两平行导轨ab、cd竖直放置在的匀强磁场中，匀强磁场方向竖直向上，将一根金属棒PQ放在导轨上使其水平且始终与导轨保持良好接触．现在金属棒PQ中通以变化的电流I，同时释放金属棒PQ使其运动．已知电流I随时间的关系为I=kt（k 为常数，k＞0），金属棒与导轨间存在摩擦．则下面关于棒的速度v、加速度a随时间变化的关系图象中，可能正确的有（）
A．B．C．
D．
12．如图所示，相距均为d的三条水平虚线L1与L2、L2与L3之间分别有垂直纸面向外，向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B.一个边长也是d的正方形导线框，从L1上方一定高处由静止开始自由下落，当ab边刚越过L1进入磁场时，恰好以速度v1做匀速直线运动；当ab边刚越过L2运动到L3之前的某个时刻，线框又开始以速度v2做匀速直线运动，在线框从进入磁场到速度变为v2的过程中，设线框的动能变化量大小为ΔE k，重力对线框做功大小为W1，安培力对线框做功大小为W2，下列说法中正确的有()
A．在导体下落过程中，由于重力做正功，所以有v2>v1
B．从ab边进入磁场到速度变为v2的过程中，线框动能的变化量大小为ΔE k＝W2＋W1 C．从ab边进入磁场到速度变为v2的过程中，线框动能的变化量大小为ΔE k＝W1－W2 D．从ab边进入磁场到速度变为v2的过程中，机械能减少了W1＋ΔE k
三、实验题
13．用下列器材组装成一个电路，既能测量出电池组的电动势E和内阻r，又能同时描绘小灯泡的伏安特性曲线．
A．电压表V1(量程6 V、内阻很大) B．电压表V2(量程4 V、内阻很大)
C．电流表A(量程3 A、内阻很小) D．滑动变阻器R(最大阻值10 Ω、额定电流4 A) E．小灯泡(2 A、7 W) F．电池组(电动势E、内阻r)
G．开关一只，导线若干
实验时，调节滑动变阻器的阻值，多次测量后发现：若电压表V1的示数增大，则电压表V2的示数减小．
(1)请将设计的实验电路图在图甲中补充完整．
(2)每一次操作后，同时记录电流表A、电压表V1和电压表V2的示数，组成两个坐标点
(3.5
5.5
I，U1)、(I，U2)，标到U－I坐标系中，经过多次测量，最后描绘出两条图线，如
图乙所示，则电池组的电动势E＝________V、内阻r＝________Ω．(结果保留两位有效数字)
(3)在U－I坐标中两条图线在P点相交，此时滑动变阻器连入电路的阻值应为___Ω，电池组的效率为______．
四、解答题
14．某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9kW，输出电压为500V，输电线的总电阻为10Ω，求：
（1）若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率各是多少；
（2）若线路损耗的功率为输出功率的4%，村民和村办小企业需要220V电压时，求所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少．（不计变压器的损耗）15．如图所示，质量为m=6kg的绝热气缸（厚度不计），横截面积为S=10cm2，倒扣在水平桌面上（与桌面有缝隙），气缸内有一绝热的“T”型活塞固定在桌面上，活塞与气缸封闭一定质量的理想气体，活塞在气缸内可无摩擦滑动且不漏气，。

开始时，封闭气体的温度为t0＝27℃，压强p=0.5×105Pa，g取10m/s2，大气压强为0p＝1.0×105Pa，。

求：
(1)此时桌面对气缸的作用力大小F N；
(2)通过电热丝给封闭气体缓慢加热到t2，使气缸刚好对水平桌面无压力，求t2的值。

16．如图所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的边长ab＝cd＝50 cm，bc＝ad＝30 cm，匝数n＝100，线圈的总电阻r＝10 Ω，线圈位于磁感应强度B＝0.050 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向平行．线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起，并通过电刷与阻值R＝90 Ω的定值电阻连接．现使线圈绕过bc和ad边中点且垂直于磁场的转轴OO′以角速度ω＝400 rad/s匀速转动．电路中的其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计，求：
(1)线圈中感应电流的最大值；
(2)线圈转动过程中电阻R的发热功率；
(3)从线圈经过图示位置开始计时，经过1
4
周期时间通过电阻R的电荷量．
17．如图所示，两平行的、间距为d的光滑金属导轨b1b2b3b4、c1c2c3c4分别固定在竖直平面内，整个导轨平滑连接，b2b3、c2c3位于同一水平面（规定该水平面的重力势能为零），其间有一边界为b2b3c3c2的、方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨两端均连有电阻恒为R的白炽灯泡．一长为d的金属杆PN与两导轨接触良好，其质
量为m、电阻为1
4
R．若金属杆从导轨左侧某一位置开始以初速度υ0滑下，通过磁场区
域后，再沿导轨右侧上滑至其初始位置高度一半时速度恰为零，此后金属杆做往复运动．金属杆第一次通过磁场区域的过程中，每个灯泡产生的热量为Q，重力加速度为g，除金属杆和灯泡外其余部分的电阻不计．求：
（1）金属杆第一次通过磁场区域的过程中损失的机械能；
（2）金属杆初始位置的高度；
（3）金属杆第一次通过磁场区域的过程中加速度的取值范围．
参考答案
1．B
【详解】
ABD ．磁通量始终保持每秒钟均匀地增加2Wb ，则
2Wb 2V 1s
t ∆Φ==∆ 根据法拉第电磁感应定律
2V E N t
∆Φ==∆ 可知E =2V 保持不变，故B 正确，AD 错误；
C ．线圈中产生的感应电动势的大小与线圈的电阻无关，故C 错误；
故选B 。

2．B
【详解】
ABCD. 根据分子间作用力F 、分子势能与分子间距离关系可知，当0r r = 分子力为零，分子势能最小，由此可知ACD 错误，B 正确；
故选B 。

3．A
【解析】
A 项：闭合电键K ，Q 线圈中磁通量增加，根据楞次定律可知，感应磁场方向水平向左，故可以产生如图所示的电流，闭合电键K 后，把Q 靠近P ，Q 线圈中磁通量增加，根据楞次定律可知，感应磁场方向水平向左，故可以产生如图所示的电流，A 正确；
B 项：闭合电键K 后，把R 的滑片右移，P 中电流减小，Q 线圈中磁通量减少，根据楞次
定律可知，感应磁场方向水平向右，故可以产生跟如图所示的电流方向相反的电流，
B 错误；
C 项：不闭合电电键K ，P 中无电流，也就不会产生磁场，Q 线圈中无磁通量，也就没有磁通量变化，Q 中就无电流，故C 错误；
D 项：闭合电键K 后，把P 中的铁心从左边抽出，P 中磁场减弱，Q 线圈中磁通量减少，根据楞次定律可知，感应磁场方向水平向右，故可以产生跟如图所示的电流方向相反的电流，D 错误．
4．D
【解析】
A 项：交流电的周期为：20.02100T s ππ==，150f Hz T
==，故A 错误； B 、C 、D 项：原线圈的电压有效值为220V ，根据电压与匝数成正比
1122U n U n =知，副线圈电压即电压表的示数为44V ，则电流表A 2的示数为：221U I A R =
=，电流与匝数成反比，所以电流表A 1的示数为：222010.21100
I A A =⨯=，故B 错误，C 错误，D 正确． 点晴：电压表、电流表的示数表示电压电流的有效值，原副线圈的电压比等于匝数之比，电
流比等于匝数之反比，原线圈的电压决定副线圈的电压，副线圈的电流决定原线圈的电流．
5．B
【解析】
A 、
B 项：设理想变压器副线圈两端电压为U 2，每个灯泡中的电流为I 0，则副线圈中的电流为3I 0，原线圈中的电流为I 0，根据理想变压器的原、副线圈功率相等有：10203U I U I =，解得：12
3U U =，所以理想变压器原、副线圈匝数比为3:1，故A 错误，B 正确； C 、D 项：由A 、B 分析可知，电源电压为24U U =，灯泡电阻为20
U R I =，闭合开关S 4，设此时副线圈两端电压为0U ，副线圈中的电流为000244
U U I I R U ==，原线圈中的电流为0024L U I I U =，原线圈中灯泡两端电压为03
L U U =，原线圈两端电压为03U ，电源电压0234L U U U U =+=，解得：021213
U U =
，故C 、D 错误． 6．C
【详解】 A ．当线框全部进入磁场后，线框全部在磁场中运动时，穿过线框的磁通量不变，所以没有感就电流，故A 错误；
B ．线框进磁场时，穿过线框的磁通量增大，根据“楞次定律”可知，线框中产生逆时针感应电流，当线框出磁场过程中，穿过线框的磁通量减小，根据“楞次定律”可知，线框中产生顺时针感应电流，故B 错误；
CD ．由于只有线框进入磁场和穿出磁场的两个过程，穿过线框的磁通量才会变化，即有电
流产生，线框进入磁场和穿出磁场的两个过程中，线框的一半径切割磁感线，产生的电动势为
222
L
BL E BLv BL ωω
===
产生的感应电流为
22E BL I R R
ω
==
故C 正确，D 错误． 故选C 。

点晴：解决本题关键理解产生感应电流的条件：1、闭合回路，2、穿过闭合回路的磁通量发生变化． 7．B 【详解】
线框进入过程中0-L 段磁通量增大，则由楞次定律可知，电流方向为逆时针，故A 点电势低于C 点电势，切割有效长度增大，故电动势大小增大；全部进入后磁通量不再变化，故AC 段电势差为零；
L -2L 段，磁通量增大，则由楞次定律可知，电流方向为逆时针，故A 点电势低于C 点电势，切割有效长度减小，故电动势大小减小；
当AB 边离开磁场时，磁通量减小，由楞次定律可知电流为顺时针，故A 点电势高于C 点，切割长度不变，故电动势大小不变，故正确图象为B ，ACD 错误． 故选B 。

8．CD 【解析】
试题分析：由乙图知电动势有效值为6V ，电流为 I =E
R+r =0.6A ，所以电压表读数为
，所以A 错误；发电机的输出功率为
P=UI=3.24W ，故B 错误；由图知在l.0×10-2s 时刻，线圈的电动势最小等于零，故线圈处于中性面的位置，所以穿过线圈的磁通量最大，故C 正确；在0.5×10-2s 时刻，线圈的电动势最大，根据法拉第电磁感应定律知，穿过线圈的磁通量变化率最大，所以D 正确。

考点：本题考查交流电
9．BC 【解析】
试题分析：布朗运动是悬浮微粒永不停息地做无规则运动，用肉眼看不到悬浮微粒，只能借助光学显微镜观察到悬浮微粒的无规则运动，肉眼看不到液体分子；布朗运动的实质是液体分子不停地做无规则撞击悬浮微粒，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡的导致的无规则运动．
解：A 、碳素墨水滴入清水中，观察到的布朗运动是 液体分子不停地做无规则撞击碳悬浮微粒，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡的导致的无规则运动，不是由于碳粒受重力作用，故A 错误；
B 、混合均匀的过程中，水分子做无规则的运动，碳粒的布朗运动也是做无规则运动．故B 正确；
C 、当悬浮微粒越小时，悬浮微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡表现的越强，即布朗运动越显著，所以使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速．故C 正确；
D 、墨汁的扩散运动是由于微粒受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用不平衡引起的．故D 错误． 故选BC
【点评】该题中，碳微粒的无规则运动是布朗运动，明确布朗运动的实质是解题的关键，注意悬浮微粒只有借助显微镜才能看到． 10．AC 【详解】
当ab 棒下滑到稳定状态时，有
mg sinθ=F A
又安培力
22A B L v
F BIL R
== 则
12:10:1n n =
由能量守恒定律得，灯泡的功率
2222222
22
(sin )E B L v m g R P R R B L θ===
A ．将导轨间距变为原来的
2
，P 变为原来的2倍，故A 正确； B ．换一个电阻为原来一半的灯泡，P 变为原来的二分之一，故B 错误；
C 倍的金属棒时，P 变为原来的2倍，故C 正确；
D ．将磁感应强度B 倍，P 变为原来的二分之一，故D 错误． 故选AC 。

点晴：本题分别从力的角度和能量角度研究电磁感应现象，ab 棒下滑过程中先做变加速运动，后做匀速运动，达到稳定状态，根据平衡条件得出导体的重力与速度的关系，由能量守恒定律得出灯泡的功率与速度的关系式，再分析什么条件下灯泡的功率变为2倍． 11．AD 【解析】
试题分析：当从t=0时刻起，金属棒通以I=kt ，则由左手定则可知，安培力方向垂直纸面向里，使其紧压导轨，则导致棒在运动过程中，所受到向上的摩擦力，由N=F=BIL 可知，MN 棒对导轨的压力不断增大，摩擦力f=μN 增大，根据牛顿第二定律得：mg-μBIL=ma ，I=kt ，则得：BLk
a g t m
μ=-
，所以加速度减小，由于速度与加速度方向相同，则做加速度减小
的加速运动．当滑动摩擦力等于重力时，加速度为零，则速度达到最大，其动能也最大．当安培力继续增大时，导致加速度方向竖直向上，则出现加速度与速度方向相反，因此做加速度增大的减速运动．故图线A 正确，B 错误；根据速度与时间的图象的斜率表示加速度的大小，故C 错误，D 正确．故选AD. 考点：牛顿定律及运动图像． 12．BD 【详解】
A 、在导体框下落过程中，重力做正功，但安培力做负功，不能根据重力做功判断两速度的大小．设线框匀速运动时速度大小为v ，线框的电阻为R ，质量为m ．ab 边进入磁场，由于
线框匀速运动，则有mg=22d B v
R
①
线框以速度v 2做匀速直线运动时，有线框中总的感应电动势为 E=2Bd v 2，线框所受的安培
力大小为 F=2BId=
222
4d B v R
② 由①②比较得，v 1＞v 2． B 、C 从ab 边进入磁场到速度变为v 2的过程中，根据动能定理得：线框动能的变化量大小为12k E W W ∆=+
D 、从ab 边进入磁场到速度变为v 2的过程中，机械能减少等于重力势能的减小量与动能减小量之和，而重力势能的减小量等于重力做功W 1，即有1k
E W E ∆=+∆
本题运用能量守恒定律分析电磁感应现象，首先要明确涉及到几种形式的能，其次要搞清能量如何转化，再根据减小的能与增加的能相等列式分析．
13． 4.5 1.0 0
【解析】
试题分析：（2）由图线可以看出电池组的电动势E ＝4.5V ，内阻r ＝
（3）P 点对应的外电路电阻为：，而小灯泡的电阻为：
，故此时滑动变阻器的阻值为零.
考点：测量电池组的电动势和内阻; 描绘小灯泡的伏安特性曲线． 14．(1) 320V ；5760W (2) 13；
72
11
【详解】
(1) 若不用变压器而由发电机直接输送（模型如图所示）
由P 输出=UI 线′可得
'9000
=
==18500
P I A A U 出线 所以线路损耗的功率
P 线=I 线′2R 线=182×10 W=3 240 W
用户得到的电压
U 用户=U -I 线′R 线=（500-18×10）V=320 V
用户得到的功率
P 用户=P 输出-P 线=（9 000-3 240）W=5760 W ；
(2) 建立如图所示的远距离输电模型
由线路损耗的功率P 线=I 线2R 线可得
I 线
又因为P 输出=U 2I 线，所以
29000=V=1500V 6
P U I =出线
U 3=U 2-I 线R 线=（1 500-6×10）V=1 440 V
根据理想变压器规律
1122500115003n U n U === 334414407222011
n U n U === 所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1：3和72：11．
点晴：解决本题的关键知道输送功率、输送电压、电流的关系，以及知道变压器原副线圈的电压之比等于匝数之比．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压和电压损失之和． 15．(1)110N ；(2)687℃； 【详解】
(1) 对气缸受力分析，由平衡条件有：
0N F pS mg p S +=+
解得：110N F N =；
(2) 气缸刚好和水平桌面上无压力时，气体的压强
20S mg p p S =+
52 1.610a p P =⨯
等容变化由查理定律：
12
12
p p T T = 解得：2960687T K C ==︒。

16．（1）3.0A （2）405W （3）37.510C -⨯ 【解析】
试题分析：（1）线圈产生感应电动势的最大值：
300m E nB ab bc V ω=⨯=． 根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值：m
m E I R r
=+ 解得： 3.0m I A =．
（2）通过电阻R 的电流的有效值
：I =
线圈转动过程中电阻R 的热功率 ：2P I R = 解得：405P W =．
（3）根据法拉第电磁感应定律有：B S
E n n t t
ϕ∆∆==∆∆ 根据闭合电路欧姆定律有：()E nB S I R r R r t
∆=
=++∆ 解得：3
7.510q I t C -=∆=⨯．
考点：交流发电机及其产生正弦式电流的原理；正弦式电流的图象和三角函数表达式 【名师点睛】本题关键是要能够区分交流的有效值、瞬时值、最大值和平均值，求解电表读数用有效值，求解电量用平均值．
17．(1) 3Q (2) 206Q mv mg -
(3) a ≥≥
【详解】
(1) 设金属杆第一次通过磁场区域的过程中损失的机械能为△E ， 灯泡的并联电阻为
12
R R =
回路总电阻
23424
R R R
R =
+=
由焦耳定律得
12
2Q E R R ∆= 联立解得
3E Q ∆=
金属杆第一次通过磁场区域的过程中损失的机械能为3Q ；
(2) 设金属杆第一次进、出磁场区域的速度分别为v 1，v 2，金属杆开始下滑的高度为h ， 由能量的转化与守恒定律有
22121122
E mv mv ∆=
- 由机械能守恒定律有
220111
22
mv mgh mv += 由以上各式解得
2
06Q mv h mg
-=；
(3) 设金属杆第一次进、出磁场区域时的加速度分别为a 1，a 2， 当金属杆刚进入磁场时产生的电动势为
E 1=Bdv 1
回流电流
1
12
E I R =
金属杆受到的安培力为
F1=BI1d
由牛顿第二定律有
F1=ma1
由以上各式解得
a=
1
同理可得
a=
2
金属杆第一次通过磁场区域的过程中加速度的取值范围
≥≥
a。