河南省唐河县友兰实验高中2021-2022学年高二上学期期中考试物理试卷（Word版含答案）

友兰实验高中2021-2022学年高二上学期期中考试
物 理 试 题
注意事项：
1．答题前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2．选择题答案使用2B铅笔填涂，如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号；非选择题答案使用0.5毫米的黑色中性(签字)笔或碳素笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号在各题的答题区域（黑色线框）内作答，超出答题区域书写的答案无效。
4．保持卡面清洁，不折叠，不破损。
5．本试卷分试题卷和答题卷两部分，满分110分，考试时间90分钟。
一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．下列说法正确的是
A．根据电容的定义式可知，C与U成反比
B．根据公式可知，F与k成正比
C．根据公式UAB=Ed可知，匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点间距离的乘积
D．电动势在数值上等于在电源内把1C的电子从正极移送到负极过程中非静电力所做的功
2．电场中某区域的电场线如图所示，a、b两点的电场强度分别为Ea、Eb，电势分别为φa、φb。下列说法中正确的是
A．a、b两处的电势高低不同，φa＞φb
B．a、b两处的电势高低不同，φa＜φb
C．a、b两处的电场强度的大小不等，Ea＞Eb
D．a、b两处的电场强度方向相同
3．如图所示，下列说法正确的是
甲 乙 丙 丁
A．图甲是回旋加速器的示意图，只增加电压可使粒子获得的最大动能增大
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，极板是发电机的负极
C．图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．图丁是质谱仪的原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越小
4．如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为电压表与电流表。初始时S0与S均闭合，现将S断开，则
A．的读数变小，的读数变小
B．的读数变小，的读数变大
C．的读数变大，的读数变小
D．的读数变大，的读数变大
5．如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件，θ角的变化情况正确的是
A．棒中的电流变大，θ角变大
B．两悬线等长变短，θ角变小
C．金属棒质量变大，θ角变大
D．磁感应强度变大，θ角变小
6．如图所示，平行板电容器与直流电源、理想二极管（正向电阻为零，可以视为短路；反向电阻无穷大，可以视为断路）连接，电源负极接地，初始时电容器不带电，闭合开关S稳定后，一带电油滴位于电容器极板间的P点且处于静止状态。下列说法正确的是
A．保持开关S闭合，减小极板间的正对面积，带电油滴会向下移动，且P点的电势会降低
B．保持开关S闭合，减小极板间的正对面积，带电油滴会向上移动，且P点的电势会降低
C．断开开关S，带电油滴将向下运动
D．保持开关S闭合，将下极板上移，带电油滴将向上运动
7．如图所示，圆形区域内有一垂直纸面的匀强磁场，P为磁场边界上的一点。现有大量相同的带电粒子，在纸面内沿各个不同方向以相同的速率通过P点进入磁场。这些粒子射出边界的位置均处于磁场边界的某一段弧上，这段圆弧的弧长是圆周长的。若将磁感应强度的大小从原来的B1变为B2，相应的弧长将变为原来的一半，则这些带电粒子在前后两种磁场中运动的周期之比等于
A．2 B． C．3 D．
8．在如图所示的直角坐标系中，存在平行于纸面的匀强电场。从a点以的动能沿纸面向不同方向先后射出两个电子，仅在电场力的作用下，一电子经过b点时的动能为，另一电子经过c点时的动能为。不考虑两电子间的相互作用，下列判断正确的是
A．b点的电势比a点的电势高
B．该电场场强的大小为200V/m
C．若在纸面内只改变电子从a点射出时速度的方向，无论速度方向朝哪里电子都不可能通过O点
D．若在纸面内只改变电子从a点射出时速度的方向，电子通过d点时的动能为12eV
9．如图所示，直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源1与电源2的路端电压随电流变化的伏安特性图线，曲线Ⅲ是一个小灯泡的伏安特性曲线，如果把该小灯泡分别与电源1、电源2单独连接。下列说法正确的是
A．在这两种连接状态下，小灯泡的电阻相等
B．在这两种连接状态下，小灯泡消耗的功率之比是1∶2
C．电源1与电源2的内阻之比是11∶7
D．由于小灯泡L的U－I图线是一条曲线，所以灯泡发光过程中欧姆定律不适用
10．一带负电的粒子只在电场力作用下沿x轴正向运动，其电势能Ep随位移x变化关系如图所示，其中0~x2段是关于直线x=x1对称的直线，x2~x3段是曲线。下列说法正确的是
A．x1处电场强度最小
B．O、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为φ3＜φ2=φ0＜φ1
C．0~x2段带电粒子做匀变速直线运动
D．x2~x3段的电场强度大小减小、方向不变
11．一粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力。下列说法正确的是
A．粒子带负电
B．粒子的加速度先不变，后变小
C．粒子的速度不断增大
D．粒子的电势能先减小，后增大
12．霍尔元件的示意图如图所示，它由长×宽×厚＝a×b×d、单位体积内自由电子数为n的N型半导体制成（设电子电荷量为e）。在一矩形霍尔元件的1、2间通入电流I，同时外加与元件工作面垂直的磁场B，当接线端3、4间霍尔电压UH达到稳定值后，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式，其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。下列说法正确的是
A．接线端3的电势比接线端4的电势低
B．自由电子受到的洛伦兹力大小为
C．式中霍尔系数可表示为
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持与地面平行
二、填空题（本题共3小题，共18分。把答案填在答题卡上规定位置）
13．（6分）有一电动势约为，内阻在20~50Ω范围内的电池，其允许的最大电流为。为测定这个电池的电动势和内阻，某同学利用如图甲所示的电路进行实验，图中电压表的内电阻很大，对电路的影响可以不计；R为电阻箱，阻值范围为0~999Ω；R0为保护电阻。
（1）实验室备有的定值电阻有以下几种规格，本实验应选用______。
A．，1.0W B．，1.0W C．，1.0W D．，
（2）该同学按照图甲所示的电路图连接实验电路，为已知，接好电路后，闭合开关S，调整电阻箱的阻值，读出电压表的示数，再改变电阻箱阻值，取得多组数据，以为横坐标，为纵坐标，代入数据可画出如图乙所示图线。图线对应的函数为
=____________（用所给物理量的字母表示）。
（3）若图线纵轴截距为b，斜率为k，则______，______。
14．（6分）某同学准备利用毫安表测量电阻，设计了如图所示的电路，a、b为接线柱。已知电源电压恒为U=1.5V，毫安表量程为Ig=10mA、内阻为Rg=100Ω。
（1）用导线将a、b直接连起来，移动滑动变阻器R1的滑片P，使毫安表指针正好偏转到满刻度Ig，Ig处就可以标为“0 Ω”，此时滑动变阻器接入电路中的阻值R1=___________Ω。
（2）保持滑动变阻器R1接入电路中的阻值不变，在a、b间接入被测电阻Rx，毫安表的示数I与Rx的关系式为Rx=___________（用U，I，R1，Rg）。
（3）图乙所示毫安表的表盘上已经标出了0 Ω的位置，2mA处应标___________Ω。
15．（6分）某小组同学欲了解某材料制成的导线在常温下的电阻率，进行了如下实验。
（1）利用螺旋测微器测量该导线直径如图所示，则该导线直径测量值为______mm。
（2）该小组同学用欧姆表粗测出导线的阻值Rx为150，为了较准确测量该电阻的阻值Rx，现有电源（12V，内阻可不计）、滑动变阻器（0~200Ω，额定电流为1A）、开关和导线若干，以及下列电表：
A．电流表（0~100mA，内阻约5）；
B．电流表（0~500mA，内阻约1）；
C．电压表（0~3V，内阻约3k）；
D．电压表（0~15V，内阻约15k）
为减小测量误差，在实验中，电流表应选用______，电压表应选用______（以上两空均选填器材前的选项字母），实验电路应采用图中的______（选填“甲”或“乙”），这样测量的阻值比真实值______（选填“偏大”或“偏小”）。
三、计算题（本题共4小题，共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
16．（8分）如图所示的电路中，R1=3Ω，R2=6Ω，R3=1Ω，C=20μF，当开关S断开时，电源的总功率为2W；当开关S闭合时，电源的总功率为4W。求：
（1）电源的电动势和内阻；
（2）S断开和闭合时，电容器所带的电荷量。
17．（10分）如图所示，直角坐标系第Ⅰ、Ⅱ象限存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子在纸面内以速度v从y轴上的A点（0，－L）射入，其方向与x轴正方向夹角为30°，粒子离开磁场后能回到A点。不计重力，求：
（1）磁感应强度B的大小；
（2）粒子从A点出发到再回到A点所用的时间。
18．（12分）如图所示，竖直平面内的矩形区域内存在方向水平向左的匀强电场（图中未画出），竖直。若使一质量为、电荷量为q的带正电小球（视为质点）从上的点沿方向（与的夹角）射入电场，则小球做直线运动并恰好能到达B点；若使该小球沿垂直于方向射入电场，则小球恰好从点射出电场。，，重力加速度为，，，不计空气阻力。求：
（1）匀强电场的电场强度大小以及小球从点运动到B点所用的时间；
（2）小球沿方向与垂直方向射入电场的初速度大小之比。
19．（14分）如图所示，直角三角形ac边长为0.2m，，三角形区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直于三角形abc所在的平面向里。紧挨着ac边的右侧是两块长为0.2m的平行金属板，上极板带负电，下极板带正电，上下两板间的距离与三角形ac边长相等。板间匀强电场的电场强度为。t=0时刻，质量为、带电量为的粒子从bc边中点A进入磁场，进入磁场时带电粒子的初速度为，然后从ac边中点垂直于ac边进入平行板间，经电场偏转后，落在下极板延长线上的p点（未画出）。粒子不计重力，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）带电粒子在电场中的运动时间与它在磁场中的运动时间之比；
（3）平行板向右平移0.4m，其他条件不变，要保证带电粒子还落在点，板间场强要变为多大。
答案
一、选择题（本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，第9~12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
答案 D A C D A D B C BC BD AB AC
二、实验题(共18分)
13．（6分）B (2分) (2分) (1分) (1分)
14．（6分）50 (2分) (2分) 600 (2分)
15．（6分）4.700±0.001 (2分) A (1分) D (1分) 甲(1分) 偏小 (1分)
三、计算题(共44分)
16．（8分）（1）S断开时
（1分）
（1分）
S闭合时
（1分）
（1分）
得
E=4V （1分）
（1分）
（2）根据
得S断开时
（1分）
闭合时，电容器两端的电势差为零，则 （1分）
（每式各1分）
17．（10分）（1）根据运动的对称性，粒子的轨迹如图所示，
由几何关系知轨迹半径
r＝＝2L （2分）
洛伦兹力提供向心力
qvB＝m （2分）
联立解得
B＝ （1分）
（2）粒子做匀速直线运动的时间
t1＝2×＝ （2分）
粒子在磁场中偏转了300°，所用时间
（2分）
则粒子从A点出发到再回到A点的时间
t＝t1＋t2＝ （1分）
18．（12分）（1）小球在电场中的受力情况如图所示
故合力方向与沿OB方向射入的小球运动方向相反，满足
（2分）
解得
（1分）
设小球沿方向做匀减速直线运动的加速度大小为，据牛顿第二定律有
（1分）
据匀变速直线运动的规律有
（1分）
联立解得
（1分）
（2）根据匀变速直线运动的规律有
（1分）
根据几何关系有
（1分）
沿垂直于方向射入的小球，初速度方向与合力方向垂直，小球做类平抛运动，设小球从点运动到点的时间为，有
（1分）
（1分）
联立解得
（2分）
19．（14分）（1）粒子运动轨迹如图
设粒子在磁场中转过的圆周角为，轨道半径为，根据几何关系有
解得
（2分）
洛伦兹力充当向心力
（2分）
解得磁感应强度
（1分）
（2）带电粒子在磁场中的运动时间
（2分）
在电场中运动时间
（1分）
带电粒子在电场中的运动时间与它在磁场中的运动时间之比
（1分）
（3）带电粒子在电场中偏转时，设速度的偏转角为，则
设点与电场下极板右端的距离为，根据类平抛运动推论，带电粒子离开电场时速度的反向延长线刚好经过电场的中心，因此
解得
（2分）
将平行板向右平移0.4 m后，带电粒子仍落在P点，则带电粒子在电场中沿着极板方向运动的距离
s=0.2 m+0.4 m－0.4 m=0.2 m。
因为s＝L，故带电粒子并没有飞出电场，在电场中偏转距离
y=0.1 m
在电场中运动时间
（1分）
根据
（1分）
解得
E′ （1分）