2020-2021学年陕西省西安中学高二（上）期末物理试卷（理科）

2020-2021学年陕西省西安中学高二（上）期末物理试卷（理科）

一、选择题（第1题至第6题只有一个正确选项，第7题至第10题有多个正确选项，共计40分）

1．（4分）a、b、c是三个固定于同一平面内的通电直导线，通入大小相等方向如图所示的电流．ab与bc间距相等，则电流a、b、c受力方向分别是（　　）

A．向右、向右、向左 B．向右、向左、向右 

C．向左、向右、向右 D．向左、向左、向右

2．（4分）如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里．许多质量为m带电量为+q的粒子，以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域．不计重力，不计粒子间的相互影响．下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中R．哪个图是正确的？（　　）

A． B． 

C． D．

3．（4分）如图所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面，在下列情况中线圈不能产生感应电流的是（　　）

A．导线中电流强度变大 B．线框向右平动 

C．线框向下平动 D．线框以ad边为轴转动

4．（4分）如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面，MN线与线框的边成45°角，E、F分别为PS和PQ的中点，关于线框中的感应电流（　　）

A．当E点经过边界MN时，感应电流最大 

B．当P点经过边界MN时，感应电流最大 

C．当F点经过边界MN时，感应电流最大 

D．当Q点经过边界MN时，感应电流最大

5．（4分）小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示，矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压（　　）

A．峰值是e0 B．峰值是2e0 

C．有效值是e0 D．有效值是Ne0

6．（4分）让一价氢离子、一价氦粒子和二价氦粒子的混合物经过同一加速电场由静止开始加速，然后在同一偏转电场里偏转，则（　　）

A．它们会分成三股射出 

B．它们会分成两股射出 

C．它们会沿同一轨迹运动 

D．它们只是在同一位置射出

7．（4分）如图所示，一电动机与一电阻R串联接在电源上，电源电动势E＝20V，内电阻r＝1Ω，用理想电压表测出电动机两端的电压为10V，已知电动机的电阻RM＝1Ω，电阻R＝9Ω，则（　　）

A．流过电动机的电流为10A 

B．电动机消耗的热功率为100W 

C．电动机的机械功率为9W 

D．电动机消耗的热功率为1W

8．（4分）如图所示，两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上，A、B可以左右摆动，则（　　）

A．在S闭合的瞬间，A、B必相吸 

B．在S闭合的瞬间，A、B必相斥 

C．在S断开的瞬间，A、B必相吸 

D．在S断开的瞬间，A、B必相斥

9．（4分）如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有（　　）

A．当S闭合时，L1立即变亮，L2逐渐变亮 

B．当S闭合时，L1一直不亮，L2逐渐变亮 

C．当S断开时，L1立即熄灭，L2也立即熄灭 

D．当S断开时，L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭

10．（4分）如图所示，在水平通电直导线的正下方，有一半圆形光滑弧形轨道，一导体圆环自轨道右侧的P点无初速度滑下，下列判断正确的是：（　　）

A．圆环中将有感应电流产 

B．圆环能滑到轨道左侧与P点等高处 

C．圆环最终停到轨道最低点 

D．圆环将会在轨道上永远滑动下去

二、实验题（每空2分，共计24分）

11．（14分）利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻．要求尽量减小实验误差．

（1）应该选择的实验电路是图1中的　   　（选项“甲”或“乙”）．

（2）现有电流表（0﹣0.6A）、开关和导线若干，以及以下器材：

A．电压表（0﹣15V）       B．电压表（0﹣3V）

C．滑动变阻器（0﹣50Ω）   D．滑动变阻器（0﹣500Ω）

实验中电压表应选用　   　；滑动变阻器应选用　   　；（选填相应器材前的字母）

（3）某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图2的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出U﹣I图线．

（4）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势E＝　   　v，内电阻r＝　   　Ω

（5）实验中，随着滑动变阻器滑片的移动，电压表的示数U以及干电池的输出功率P都会发生变化．图3的各示意图中正确反映P﹣U关系的是　   　．

12．（10分）某学生实验小组利用图（a）所示电路，测量多用电表内电池的电动势和电阻“×lk”挡内部电路的总电阻．使用的器材有：

多用电表；

电压表：量程5V，内阻十几千欧；

滑动变阻器：最大阻值5kΩ

导线若干．

回答下列问题：

（1）将多用电表挡位调到电阻“×lk”挡，再将红表笔和黑表笔　   　，调零点．

（2）将图（a）中多用电表的红表笔和　   　（填“1”或“2”）端相连，黑表笔连接另一端．

（3）将滑动变阻器的滑片调到适当位置，使多角电表的示数如图（b）所示，这时电压表的示数如图（c）所示．多用电表和电压表的读数分别为　   　kΩ和　   　V．

（4）调节滑动变阻器的滑片，使其接入电路的阻值为零．此时多用电表和电压表的读数分别为12.0kΩ和4.00V．从测量数据可知，电压表的内阻为　   　kΩ．

三、解答题（每题满分均为12分，共计36分，在解答过程中，需写出必要的文字说明及计算过程，）

13．（12分）如图所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ、Ⅱ中，A2A4与A1A3的夹角为60°．一质量为m、带电量为+q的粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成30°角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场．已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求Ⅰ区和Ⅱ区中磁感应强度的大小（忽略粒子重力）．

14．（12分）如图（a）所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1，在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图（b）所示，图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0导线的电阻不计，求0至t1时间内

（1）通过电阻R1上的电流大小和方向；

（2）通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量．

15．（12分）如图所示，在一个磁感应强度为B的匀强磁场中，有一弯成45°角的金属导轨，且导轨平面垂直磁场方向．导电棒MN以速度v从导轨的O点处开始无摩擦地匀速滑动，迷度v的方向与Ox方向平行，导电棒与导轨单位长度的电阻为r．

（1）写出t时刻感应电动势的表达式．

（2）感应电流的大小如何？

（3）写出在t时刻作用在导电棒MN上的外力瞬时功率的表达式．

2020-2021学年陕西省西安中学高二（上）期末物理试卷（理科）

参考答案与试题解析

一、选择题（第1题至第6题只有一个正确选项，第7题至第10题有多个正确选项，共计40分）

1．【分析】根据通电导线来确定磁场的分布，再由左手定则来确定处于磁场中通电导线所受到的安培力方向，最后进行力的合成从而确定导线受力方向．

【解答】解：根据右手螺旋定则可确定，导线b在导线a处产生的磁场方向均垂直纸面向外，而导线c在导线a处产生的磁场方向垂直纸面向里。由靠近导线的磁场强远离导线的磁场弱，则导线b、c在导线a的合磁场方向垂直纸面向外，则由左手定则可知，安培力方向向右。同理，导线c的安培力方向向右，导线b的受力方向向左，故B正确，ACD错误；

故选：B。

【点评】考查右手螺旋定则、左手定则及磁场的叠加，同时还可以利用同向电流相互吸引、异向电流相互排斥，可知：导线b与导线a电流方向相反，则导线b对导线a存在排斥，而导线c对导线a存在吸引，由于排斥力大于吸引力，所以导线a所受力方向左．同理可确定其它导线的受力．

2．【分析】相同速率的粒子在磁场中圆周运动的半径相同，根据带电粒子的进入磁场的方向可确定出圆心的位置，则可得出所有粒子能到达的最远位置，即可确定出粒子的范围．

【解答】解：据题：所有粒子的速率相等，由R可知所有粒子在磁场中圆周运动半径相同，由图可知，由O点射入水平向右的粒子恰好应为最右端边界，MO＝2r＝2R；

随着粒子的速度方向偏转，粒子转动的轨迹圆可认为是以O点为圆心以2R为半径转动；则可得出符合题意的范围应为A；故A正确。

故选：A。

【点评】确定带电粒子轨迹的范围一般应用画图的方法找出，结合几何知识进行分析，可以用最快的速度求出结论．

3．【分析】当闭合回路中磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。

【解答】解：A、导线中电流强度变大，则周围的磁感应强度增强，则线框中磁通量增大，故可以产生感应电流，故A错误；

B、线框向右运动时，线框中的磁感应强度减小，故磁通量减小，可以产生感应电流，故B错误；

C、线框向下运动时，线框中的磁感应强度不变，磁通量不变，故不会产生感应电流，故C正确；

D、线框以ad边为轴转动时，线框中的磁通量发生 变化，故会产生感应电流，故D错误；

故选：C。

【点评】判断电路中能否产生感应电流，应把握两点：一是要有闭合回路；二是回路中的磁通量要发生变化。

4．【分析】本题的关键是明确导线框的有效切割长度的含义，从图中可以看出，当P点经过边界MN时有效切割长度最大为RS，即当导线框从S到Q进入磁场的过程中，有效切割长度先增大后减小．

【解答】解：A、由图可知，当E点经过边界MN时，导线框有效切割长度为，所以感应电动势不是最大，则感应电流不是最大，所以A错误；

B、当P点经过MN时，有效切割长度最大为RS，感应电流也为最大，所以B正确；

C、当F点经过边界MN时，由图可知，导线框的有效切割长度为，所以感应电动势及感应电流不是最大，C错误；

D、当Q经过MN时，由图可知，有效切割长度为零，或穿过导线框的磁通量不发生变化，所以感应电动势为零，感应电流为零，所以D错误。

故选：B。

【点评】明确感应电动势E＝BLv的含义，其中L是有效切割长度，即L是与B及v都垂直的长度．

5．【分析】根据矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势求出整个矩形线圈产生的感应电动势的最大值；

根据正弦交变电压电动势最大值与有效值的关系求解发电机输出电压。

【解答】解：矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以矩形线圈产生的感应电动势的最大是2Ne0，

根据正弦交变电压电动势最大值与有效值的关系得

发电机输出电压有效值UNe0，

故选：D。

【点评】本题考查了交流电产生的原理和最大值、有效值的关系，知道整个矩形线圈产生的感应电动势是ab边和cd边产生的感应电动势之和。

6．【分析】三种粒子在偏转电场中做类平抛运动，垂直于电场方向上做匀速直线运动，根据动能定理求出加速获得的速度表达式。根据推论分析粒子偏转距离与加速电压和偏转电压的关系，从而得出偏转位移的关系。

【解答】解：设加速电压为U1，偏转电压为U2，偏转极板的长度为L，板间距离为d。

在加速电场中，由动能定理得：qU1mv02，加速获得的速度为v0，粒子进入偏转电场做类平抛运动，在偏转电场中的偏转位移yat2，y与电荷的电量和质量无关，即三种粒子具有相同的运动轨迹，不会分开，从同一位置射出电场，故ABD错误C正确；

故选：C。

【点评】解决本题的关键知道带电粒子在加速电场和偏转电场中的运动情况，知道从静止开始经过同一加速电场加速，垂直打入偏转电场，运动轨迹相同。

7．【分析】电动机正常工作时的电路是非纯电阻电路，不适用欧姆定律，应有U＞IR．对于纯电阻部分，可以用欧姆定律求电流。根据功率关系求出电动机输出功率。

【解答】解：A、根据闭合电路欧姆定律得回路中的电流 I1A，则通过电动机的电流为1A．故A错误；

B．电动机消耗的功率即输入功率为 P入＝UI＝10W，故B错误；

CD．电动机发热消耗的功率 P消＝I2RM＝1×1＝1W，电动机输出功率为P出＝UI﹣I2RM＝（10×1﹣12×1）W＝9W，故CD正确。

故选：CD。

【点评】对于电动机电路区分是纯电阻电路还是非纯电阻电路，可从从能量转化的角度理解：电能全部转化内能时，是纯电阻电路。电能转化为内能和其他能时，是非纯电阻电路。

8．【分析】当开关闭合或断开时，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。

【解答】解：A、在S闭合瞬间，穿过两个线圈的磁通量变化相同，线圈中产生同方向的感应电流，同向电流相吸，则A、B 相吸，A正确，B错误；

C、在S断开瞬间，穿过两个线圈的磁通量变化相同，线圈中产生同方向的感应电流，同向电流相吸，则A、B 相吸，C正确，D错误。

故选：AC。

【点评】本题考查了楞次定律的应用，同时要掌握：同向电流相互吸引，反向电流相互排斥。也可以使用楞次定律的规范化的步骤解答，比较麻烦。

9．【分析】当开关接通和断开的瞬间，流过线圈的电流发生变化，产生自感电动势，阻碍原来电流的变化，根据自感现象的规律，以及二极管具有单向导电性进行分析。

【解答】解：AB、闭合开关的瞬间，由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过L1，由于线圈中自感电动势的阻碍，L2灯逐渐亮，故A错误，B正确。

CD、闭合开关，待电路稳定后断开开关，线圈L产生自感电动势，两灯串联，所以L1突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L2逐渐暗，故C错误，D正确。

故选：BD。

【点评】对于线圈要抓住双重特性：当电流不变时，它是电阻不计的导线；当电流变化时，产生自感电动势，相当于电源；同时运动注意二极管的作用。

10．【分析】水平通电导线周围有磁场，且离导线越远磁场强度越小，在圆环下落过程中，通过圆环的磁通量变小故能判断圆环中是否有感应电流．

【解答】解：A、水平通电导线周围有磁场，且离导线越远磁场强度越小，在圆环下落过程中，通过圆环的磁通量变小故有感应电流产生，故A正确；

B、因为圆环在上滑的过程中，有感应电流，对整个过程由能量守恒定律得，重力势能转化为电能，故不能上升到左侧与P点等高处，故B错误；

C、整个过程重力势能转化为电能，故小球最终停在最低点，故C正确；

D、由C项分析知，小球会停在最低处，故D错误；

故选：AC。

【点评】此题要掌握通电导线周围的磁场是越来越小，并会对整个过程的能量转化进行分析，难度不大．

二、实验题（每空2分，共计24分）

11．【分析】（1）分析图示电路结构，然后答题；

（2）根据电源电动势选择电压表，为方便实验操作应选最大阻值较小的滑动变阻器；

（3）应用描点法作出图象；

（4）根据电源的U﹣I图象求出电源电动势与内阻；

（5）求出电源输出功率表达式，然后答题．

【解答】解：（1）干电池内阻较小，为减小实验误差，应选题甲所示电路图；

（2）一节干电池电动势约为1.5V，则电压表应选B，为方便实验操作，滑动变阻器应选C；

（3）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出电源的U﹣I图象如图所示；

（4）由图示电源U﹣I图象可知，图象与纵轴交点坐标值是1.5，则电源电动势E＝1.5V，

电源内阻：r0.83Ω；

（5）电压表测量路端电压，其示数随滑动变阻器的阻值增大而增大；而当内阻和外阻相等时，输出功率最大；此时输出电压为电动势的一半．外电路断开时，路端电压等于电源的电动势，此时输出功率为零；故符合条件的图象应为C．

故答案为：（1）甲；（2）B；C；（3）图示如图所示；（4）1.5；0.83；（5）C．

【点评】本题考查了实验电路选择、实验器材选择、作图象、求电源电动势与内阻等问题，要知道实验原理，要掌握应用图象法处理实验数据的方法；电源的U﹣I图象与纵轴交点坐标值是电源电动势图象斜率的绝对值是电源内阻．

12．【分析】（1）欧姆表使用前一定要欧姆调零；

（2）红正黑负，电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表；

（3）欧姆表读数等于倍率乘以表盘读数，伏特表读数要估读；

（4）欧姆表测量的是外电路的总电阻，由于滑动变阻器被短路，故欧姆表读数即为电压表阻值；

【解答】解：（1）欧姆表使用前一定要欧姆调零，即红黑表笔短接后，调节调零旋钮，是电流表满偏；

（2）红正黑负，电流从红表笔流入电表，从黑表笔流出电表；电流从电压表正接线柱流入，故红表笔接触1，黑表笔接2；

（3）欧姆表读数＝倍率×表盘读数＝1K×15.0Ω＝15.0kΩ；电压表读数为3.60V；

（4）由于滑动变阻器被短路，故欧姆表读数即为电压表阻值，为12.0KΩ

故答案为：（1）短接；（2）1； （3）15.0，3.60；（4）12.0；

【点评】本题关键是明确实验原理，会使用欧姆表和电压表测量电阻和电压，同时能结合闭合电路欧姆定律灵活地列式分析

三、解答题（每题满分均为12分，共计36分，在解答过程中，需写出必要的文字说明及计算过程，）

13．【分析】由题意可知粒子在两磁场中的转动轨迹，由几何关系可知两圆的半径，则由洛仑兹力充当向心力可列出方程；再根据在两磁场中转过的圆心角可求得在两磁场中的时间，则由两粒子在两磁场中运动的总时间可列出关于时间的表达式，联立可解得磁感应强度．

【解答】解：设粒子的入射速度为v，已知粒子带正电，故它在磁场中先顺时针做圆周运动，再逆时针做圆周运动，最后从A4点射出，用B1、B2、R1、R2、T1、T2分别表示在磁场Ⅰ区Ⅱ磁感应强度、轨道半径和周期①

②

③

④

设圆形区域的半径为r，如答图5所示，已知带电粒子过圆心且垂直A2A4进入Ⅱ区磁场，连接A1A2，△A1OA2为等边三角形，A2为带电粒子在Ⅱ区磁场中运动轨迹的圆心，其半径R1＝A1A2＝OA2＝r⑤

圆心角∠A1A2O＝60°，带电粒子在Ⅰ区磁场中运动的时间为⑥

带电粒子在Ⅱ区磁场中运动轨迹的圆心在OA4的中点，即Rr ⑦

在Ⅱ区磁场中运动时间为⑧

带电粒子从射入到射出磁场所用的总时间t＝t1+t2⑨

由以上各式可得⑩

故I区磁感应强度为；II区磁感应强度为．

【点评】带电粒子在磁场中的运动，一般可先确定圆心求出半径，再由洛仑兹力充当向心力及圆的性质求解．

14．【分析】（1）由B﹣t图象的斜率读出磁感应强度的变化率，由法拉第电磁感应定律求出线圈中产生的感应电动势，由欧姆定律求出感应电流的大小，由楞次定律判断出感应电流的方向．

（2）由公式q＝It求出通过电阻R1上的电量q，由焦耳定律求出电阻R1上产生的热量．

【解答】解：（1）由图象分析可知，0至t1时间内 

由法拉第电磁感应定律有E＝nns

而S

由闭合电路欧姆定律有

联立以上各式解得

通过电阻R1上的电流大小为

     I1

由楞次定律可判断通过电阻R1上的电流方向为从b到a．

（2）通过电阻R1上的电量q＝I1t1

通过电阻R1上产生的热量为  Q

答：（1）通过电阻R1上的电流大小为，方向为从b到a；

（2）通过电阻R1上的电量q，电阻R1上产生的热量为．

【点评】本题是法拉第电磁感应定律、欧姆定律、焦耳定律的综合应用，应用法拉第定律时要注意s是有效面积，并不等于线圈的面积．

15．【分析】（1）MN棒匀速运动，经过时间t通过的位移为 x＝vt，有效的切割长度为L＝vt•tan45°，根据E＝BLv求解感应电动势的瞬时表达式．

（2）由数学知识求得回路的总长，得到总电阻，可由闭合电路欧姆定律求解感应电流的大小．

（3）金属棒匀速运动时，外力的功率等于回路总的电功率，由功率公式P＝I2R求解．

【解答】解：（1）MN匀速运动，则经过时间t导线离开O点的长度：x＝vt；

MN切割磁感线的有效长度是 L＝vt•tan45°＝vt．

t时刻回路中导线MN产生的感应电动势为：E＝BLv＝Bv2t；

（2）回路的总电阻为：R＝（2vtvt）r

感应电流的大小为：I；

（3）由上式分析可知，回路中产生的感应电流不变．

金属棒匀速运动时，外力的功率等于回路总的电功率，

则外力瞬时功率的表达式为：P＝I2R；

答：（1）t时刻感应电动势的表达式为E＝Bv2t．

（2）感应电流的大小为；

（3）在t时刻作用在导电棒MN上的外力瞬时功率的表达式为：P．

【点评】本题的关键要理解“有效”二字，要注意回路中有效电动势和总电阻都随时间增大，实际感应电流并没有变化．