2019-2020学年北京101中学高二上学期期中考试物理

北京101中学2019-2020学年上学期高二年级期中考试
物理试卷
★祝考试顺利★
注意事项：
1、答题前，请先将自己的姓名、准考证号用0.5毫米黑色签字笔填写在试题卷和答题卡上的相应位置，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。

用2B铅笔将答题卡上试卷类型A后的方框涂黑。

2、选择题的作答：每个小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。

写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非选择题答题区域的答案一律无效。

3、主观题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。

写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域的答案一律无效。

如需改动，先划掉原来的答案，然后再写上新答案；不准使用铅笔和涂改液。

不按以上要求作答无效。

4、选考题的作答：先把所选题目的题号在答题卡上指定的位置用2B铅笔涂黑。

答案用0.5毫米黑色签字笔写在答题卡上对应的答题区域内，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非选修题答题区域的答案一律无效。

5、保持卡面清洁，不折叠，不破损，不得使用涂改液、胶带纸、修正带等。

6、考试结束后，请将本试题卷、答题卡、草稿纸一并依序排列上交。

一、单项选择题：本题共10小题，每题3分，共30分。

在每小题给出的4个选项中，只有一项是符合题意的，选对的得3分，有选错或不答的得0分。

1. 现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及电键如图1连接。

下列说法中正确的是（）
图1
A. 电键闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转
B. 线圈A插入线圈B中后，电键闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转
C. 电键闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度
D. 电键闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转
2. 如图2所示，一个铝框放在蹄形磁铁的两个磁极之间，铝框可以绕竖直的转轴自由转动。

转动手柄使磁铁绕竖直的转轴旋转，观察到铝框会随之转动。

对这个实验现象的描述和解释，下列说法中正确的是（）
图2
A. 铝框的转动方向与蹄形磁铁的转动方向一定是相同的
B. 铝框的转动快慢与蹄形磁铁的转动快慢总是一致的
C. 铝框转动到其平面与磁场方向垂直的位置时，铝框中的感应电流最大
D. 铝框转动到其平面与磁场方向平行的位置时，铝框两个竖直边受到的磁场力均为零
3. 利用所学物理知识，可以初步了解学校IC卡（图3）的工作原理及相关问题。

IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路及一个芯片组成，学校的读卡机（刷卡时“嘀”的响一声的机器）向外发射某一特定频率的电磁波。

刷卡时，IC卡内的线圈L中产生感应电流，给电容C充电，达到一定的电压后，驱动卡内芯片进行数据处理和传输。

下列说法正确的是（）
图3
A. IC卡内芯片工作所需要的能量来源于卡内的电池
B. 仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时，IC卡才能有效工作
C. 若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率，则线圈L不会产生感应电流
D. IC卡只能接收读卡机发射的电磁波，而不能向读卡机传输自身的数据信息
4. 如图4所示，当交流电源的电压为220V，频率为50Hz时，三只灯泡L1、L2、L3亮度相同。

若保持交流电源的电压不变，只将其频率改变为100Hz，则（）
图4
A. L1、L2、L3亮度都比原来亮
B. 只有L1的亮度比原来亮
C. 只有L2的亮度比原来亮
D. 只有L3的亮度比原来亮
5. 物理课上，老师做了一个“神奇”的实验：将1m长的铝管竖直放置，一磁性很强的磁铁从上管口由静止释放，观察到磁铁用较长时间才从下管口落出，如图5所示。

对于这个实验现象同学们经分析讨论做出相关的判断，你认为正确的是（下落过程中不计空气阻力，磁铁也没有与管壁接触）（）
图5
A. 如果磁铁的磁性足够强，磁铁会停留在铝管中，永远不落下来
B. 如果磁铁的磁性足够强，磁铁在铝管中运动时间更长，但一定会落下来
C. 磁铁在铝管中运动的过程中，由于不计空气阻力，所以机械能守恒
D. 如果将铝管换成塑料管，磁铁从塑料管中出来也会用较长时间
6. 如图6所示，洛伦兹力演示仪由励磁线圈、玻璃泡、电子枪等部分组成。

励磁线圈是一对彼此平行的共轴的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。

玻璃泡内充有稀薄的气
体，电子枪在加速电压下发射电子，电子束通过泡内气体时能够显示山电子运动的径迹。

若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。

若只增大电子枪的加速电压或励磁线圈中的电流，下列说法正确的是（）
图6
A. 增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径不变
B. 增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径变小
C. 增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径不变
D. 增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径变小
7. 如图7所示电路中，L是自感系数足够大的线圈，它的电阻可忽略不计，D1和D2是两个完全相同的小灯泡。

将电键K闭合，待灯泡亮度稳定后，再将电键K断开，则下列说法中正确的是（）
图7
A. K闭合瞬间，两灯同时亮，以后D1变更亮，D2变暗
B. K闭合瞬间，D1先亮，D2后亮，最后两灯亮度一样
C. K断开时，两灯都亮一下再慢慢熄灭
D. K断开时，D2立即熄灭，D1亮一下再慢慢熄灭
8. 一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面（纸面）向里，如图8甲所示。

磁感应强度B随t的变化规律如图8乙所示。

以I表示线圈中的感应电
流，以图8甲中线圈上箭头所示方向的电流为正，则图9的I-t 图中正确的是（ ）
图8
图9
9. 如图10，理想变压器原副线圈匝数之比为4:1。

原线圈接入一电压为u =U 0sin ωt 的交流电源，副线圈接一个R=27.5Ω的负载电阻。

若U 0=2202V ，ω=100π（rad/s ），则下述结论正确的是（ ）
图10
A. 副线圈中电压表的读数为552V
B. 副线圈中输出交流电的周期为π
1001s C. 原线圈中电流表的读数为0.5A
D. 原线圈中的输入功率为1102W
10. 如图11所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。

匀强磁场与导轨平面垂直。

阻值为R 的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好。

t=0时，将开关S 由1掷到2。

q 、i 、v 和a 分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度，下列
图象正确的是（）
图11
图12
二、多项选择题：本题共4小题，每小题3分，共12分。

在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项正确，全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。

11. 如图13所示，已知一质量为m的带电液滴，经电压U加速后，水平进入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，液滴在此空间的竖直平面内做匀速圆周运动，则（）
图13
A. 液滴在空间受四个力作用
B. 液滴一定带负电
C. 沿垂直纸面向里看，液滴做顺时针的圆周运动
D. 液滴在做匀速圆周运动时机械能守恒
12. 物理课上，教师做了一个“电磁阻尼”的实验：如图14甲所示，AB两摆在通过磁场时，A摆很快停下来，B摆摆动了很长的一段时间。

图14乙是致远同学另找器材再来探究此实验的装置：A是由摆片和细杆组成的摆，其摆动平面通过电磁铁的两极之间，当绕在电磁铁上的
励磁线圈未通电时，摆片可自由摆动，要经过较长时间才会停下来。

当线圈通电时，摆动应当迅速停止。

图14
他连接好电路，经重复试验，均没出现摆动迅速停止的现象。

对比老师的演示实验，下列四个选项中，正确的说法是（）
A. 老师实验中，A摆很快停下来的原因是摆上产生了感应电流
B. 老师实验中，B摆很长时间才停下来的原因是摆上没有产生感应电流
C. 致远同学没有成功的原因可能是所选线圈的匝数过多
D. 致远同学没有成功的原因可能是构成摆的材质是塑料的
13. 法拉第发现了电磁感应现象之后，又发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机，揭开了人类将机械能转化为电能并进行应用的序幕。

法拉第圆盘发电机的原理如图15所示，将一个圆形金属盘放置在电磁铁的两个磁极之间，并使盘面与磁感线垂直，盘的边缘附近和中心分别装有与金属盘接触良好的电刷A、B，两电刷与灵敏电流计相连。

当金属盘绕中心轴按图示方向转动时，则（）
图15
A. 电刷B的电势高于电刷A的电势
B. 若减小电刷A、B之间的距离，灵敏电流计的示数将变大
C. 若提高金属盘转速，灵敏电流计的示数将变大
D. 若将滑动变阻器滑动头向左滑，灵敏电流计的示数将变大
14. 如图16所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动，沿着OO'方向观察，线圈沿逆时针方向转动。

已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω。

则当线圈转至图示位置时（）
图16
A. 线圈中感应电流的方向为abcda
nBlω2
B. 线圈中的感应电流为
R
C. 穿过线圈的磁通量为0
D. 穿过某匝线圈磁通量的变化率为Bl2ω
三、实验题：本题共4小题，其中（3）小题每空1分，共10分。

15. 某同学想测量一个导体的阻值。

（1）他先用多用电表进行初步测量，主要的操作过程分以下几个步骤，请将第④步操作填写完整：
①将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”、“-”插孔；选择电阻档“×10”；
②将红、黑表笔短接，调整调零旋钮调零；
③把红、黑表笔分别与导体的两端相接，发现指针的偏转角度过大。

④___________________________，重新把红、黑表笔分别与导体的两端相接，读取导体的阻值。

（2）采用上述的操作步骤后，多用表的示数如图17所示。

则该段导体的电阻测量值为_______Ω。

图17
（3）为了比较精确的测量这个导体的电阻值，他采用伏安法继续进行实验测量，现有实验器材如下：
A. 电源E（电动势4.0V，内阻0.5Ω）；
B. 电压表（0～3～15V，内阻大于3k Ω）；
C. 电流表（0～0.6～3A，内阻小于1Ω）；
D. 滑动变阻器R1（0～50Ω，2.0A）；
E. 滑动变阻器R2（0～1750Ω，0.3A）；
F. 开关S和导线若干。

为减小测量误差，在实验中，滑动变阻器应选用_________（选填“R1”或“R2”）。

连接电路时，电压表的量程应选_________V，电流表的量程应选_________A。

实验电路应采用图18中的_________（选填“甲”或“乙”）。

图18
（4）本次测量产生误差的主要原因是_________。

（选填选项前的字母）
A. 电流表测量值小于流经Rx 的电流值
B. 电流表测量值大于流经Rx 的电流值
C. 电压表测量值小于Rx 两端的电压值
D. 电压表测量值大于Rx 两端的电压值
四、计算题、本题共5小题，共48分。

解答要写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。

直接写出最后答案的不得分（重力加速度g 取10m/s 2）
16. （9分）如图19，不计电阻的U 形导轨水平放置，导轨宽l =0.5m ，左端连接阻值为0.4Ω的电阻R ，在导轨上垂直于导轨放一电阻为0.1Ω的导体棒MN ，并用水平轻绳通过定滑轮吊着质量为m=2.4g 的重物，图中L=0.8m ，开始重物与水平地面接触并处于静止，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感强度B 0=0.5T ，并且按
t
B ∆∆=0.1（T/s ）的规律增大，不计摩擦阻力，（g=10m/s 2）求：
（1）回路电流的大小及方向；
（2）MN 两端的电势差U MN ；
（3）至少经过多长时间才能将重物吊离地面?
17. （9分）如图20所示，位于竖直平面内的矩形金属线圈，边长L l =0.40m 、L 2=0.25m ，其匝数n =100匝，总电阻r=1.0Ω，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C 、D （集流环）焊接在一起，并通过电刷和R=3.0Ω的定值电阻相连接。

线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场，磁感应强度B=1.0T ，在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴O 1O 2匀速转动，角速度ω=2.0rad/s 。

求：
图20
（1）电阻R 两端电压的最大值；
（2）从线圈通过中性面（即线圈平面与磁场方向垂直的位置）开始计时，经过4
1
周期通过电阻R 的电荷量；
（3）在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热。

（本问保留3位有效数字） 18. （9分）如图21所示，长L=1.0m ，阻值r=0.3Ω、质量m=0.1kg 的金属棒CD 垂直跨搁在位于水平面的两条平行光滑金属导轨上。

导轨间距也是1.0 m ，与金属棒接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R=0.5Ω的电阻，量程为0～3.0A 的电流表串接在一条导轨上，量程为0～1.0V 的电压表跨接在R 两端。

垂直导轨平面的匀强磁场竖直向下，现以向右的恒定外力F 使CD 向右运动，当其以速度v=2m/s 匀速滑动时，观察到电路中有一个电表正好满偏，另一个未满偏。

问：
图21
（1）此时满偏的是什么表?为什么? （2）磁感应强度B 的大小；
（3）拉动金属棒的外力F 的大小。

19. （9分）一个小型水力发电站，发电机输出电压U 0=250V ，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为P m =30kW ，它通过总电阻R 线=2.8Ω的输电线直接向远处的居民区供电。

设居民区所有用电器都是额定电压U 用=220V 的白炽灯，总功率为P 用=22kW ，忽略灯丝发光后电阻随温度的变化。

（1）当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率多大?
（2）若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗。

已知用户变压器的降压比为40：l ，当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率多大? 20. （12分）
（1）如图22所示. 固定于水平面的U 形导线框处于竖直向下、磁感应强度为B 0的匀强磁场中，导线框两平行导轨间距为l ，左端接一电动势为E 0、内阻不计的电源。

一质量为m 、电阻为r 的导体棒MN 垂直导线框放置并接触良好。

闭合开关S ，导体棒从静止开始运动。

忽略摩擦阻力和导线框的电阻，平行轨道足够长。

请分析说明导体棒MN 的运动情况，在图23中画出速度v 随时间t 变化的示意图；并推导证明导体棒达到的最大速度为l
B E v m 00
=
；
图22 图23
（2）直流电动机是一种使用直流电的动力装置，是根据通电线圈在磁场中受到安培力的原理制成的。

如图24所示是一台最简单的直流电动机模型示意图，固定部分（定子）装了一对磁极，旋转部分（转子）装设圆柱形铁芯，将abcd 矩形导线框固定在转子铁芯上，能与转子一起绕轴OO'转动。

线框与铁芯是绝缘的，线框通过换向器与直流电源连接。

定子与转子之间的空隙很小，可认为磁场沿径向分布，线框无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，如图25所示（侧面图）。

已知ab 、cd 杆的质量均为M 、长度均为L ，其它部分质量不计，线
框总电阻为R。

电源电动势为E，内阻不计。

当闭合开关S，线框由静止开始在磁场中转动，线框所处位置的磁感应强度大小均为B。

忽略一切阻力与摩擦。

a. 求：闭合开关后，线框转动达到稳定时的速率；
b. 当电动机接上负载后，相当于线框受到恒定的阻力，阻力不同电动机的转动速率也不相同。

求：ab、cd两根杆的转动速率v多大时，电动机的输出功率P最大。

图24 图25
参考答案
一、单项选择题：本题共10小题，每题3分，共30分。

在每小题给出的4个选项中，只有一项是符合题意的，选对的得3分，有选错或不答的得0分。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
A A
B B B D D A
C D
二、多项选择题：本题共4小题，每小题3分，共12分。

在每小题给出的四个选项中，至少有两个选项正确，全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。

11 12 13 14
BC AD AC BCD
三、实验题：本题共4小题，其中（3）小题每空1分，共10分。

15. （1）将电阻调为“×1”档
（2）8
（3）R13v 0.6A 甲
（4）B
四、计算题、本题共5小题，共48分。

解答要写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。

直接写出最后答案的不得分（重力加速度g 取10m/s 2） 16. （1）从上向下看顺时针
v S t B t 04.0=∆∆=∆∆Φ=
ε A R
I 08.0==ε
（2）v IR U MN 032.04.008.0=⨯== （3）Il t t
B
B BIl F mg )(0⋅∆∆+
===安 s t 1=
17. （1）v nBS 20225.04.01100=⨯⨯⨯⨯==ωε
v r R R
U R 15=+=
ε c R n q 5.23
125.04.0100=⨯⨯⨯=∆Φ=
由v 20=ε v a
a
U 2102==
有 ππθ50/2213)210(22
=⨯+=+=s
rad t r R U ）（有（焦耳） 18. （1）○V 满偏 ○A 未满偏 （2）由v U R 1= 得A R
U I R
2==
v r R I 6.18.02)(=⨯=+=ε Blv =ε 得T s
m m v
v B 8.0/216.11=⨯==ε
（3）由棒匀速运动故N BIL F F 6.1128.0=⨯⨯===安
19. （1）Ω===
2.222000
2202
2
v P U R 用用用 A v
R R U I 5028
2.22500+=+=
线用干 故v R I U 1102.250=⨯==用干用
w I U P 12500502500=⨯==干输出
（2）灯正常发光A U R I 100220
22000
===
用用 由
A I I A I I n n 5.240
100
100111221==⇒== w R I P 5.17285.2221=⨯==∆线耗
20. （1）S 闭合后，MN 有电流因此受安F （右） 而L r
Blv
E B BIL
F ⋅-⋅
==0安（其中Blv =反ε） ∴当v↑时安F 在减少，一直减为0后MN 匀速直线运动，此时为最大速度，故max 0BLv E =
Bl
E v 0
max =
（2） a. Blv E 2= ∴BL
E U 2=
b. 框匀速率转动 ∴l R
Blv
E B
f F 222-==安 ∴)2(2)2(22Ev Blv R
Bl
v Blv E R Bl fv Fv P +-=⋅-===
当Bl
E
v 4=时 R E Bl E l B BlE R Bl P 4)4162(222222max =+-=。