山东省临沂市2021-2022学年高二下学期期末考试物理试题（Word版含答案）

临沂市2021-2022学年高二下学期期末考试
物理 2022年6月
本试卷满分100分，考试用时90分钟。
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第I卷（非选择题 共40分）
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1.用电脑软件模拟两个相同分子在仅受分子力作用下的运动。将两个质量均为m的A、B分子从x轴上的和处由静止释放，如图所示。其中B分子的速度v随位置x的变化关系如图所示。取无限远处势能为零，下列说法正确的是（ ）
A.A、B间距离为时分子力为零
B.A、B间距离为时分子力为零
C.A、B系统的分子势能最小值为
D.释放时A、B系统的分子势能为
2.如图所示，两水平放置的平行金属板P、Q之间有一水平向左、磁感应强度为的金属板间的距离为d，两板间有一束平行于金属板的等离子体垂直于磁场喷入板间，将两板分别与两根水平放置的光滑金属导轨M、N连接，金属棒垂直于导轨放置，金属棒的电阻为R，棒的中点用绝缘细绳经光滑定滑轮与质量为m的物体相连，导轨间的距离为L，导轨间存在竖直方向大小为的匀强磁场，重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，为使金属棒保持静止，则等离子体喷入板间时速度大小应为（ ）
A. B. C. D.
3.涡流内检测技术是一项用来检测各种金属管道是否有破损的技术。下图是检测仪在管道内运动及其工作原理剖面示意图，当激励线圈中通以正弦交流电时，金属管道壁内会产生涡流，涡流磁场会影响检测线圈的电流。以下有关涡流内检测仪的说法正确的是（ ）
A.检测线圈消耗功率等于激励线圈输入功率
B.在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测线圈的电流强度不变
C.在管道内某处检测时，如果只增大激励线圈中交流电的频率，则检测仪消耗功率将变大
D.当检测仪从金属管道完好处进入到破损处检测时，管道壁中将产生更强的涡流
4.如图甲所示为电流天平，此装置可以测定螺线管中的磁感应强度。它的横臂（图乙）能绕转轴自由转动，轴的两侧臂长度相等。在轴的右侧，沿着横臂的边缘固定着一条U形绝缘导线，天平最右端导线的长度为l。先调整天平处于平衡，把U形导线端放入待测的磁场中（如图丙所示），给U为形导线和螺线管分别通以大小为I和的电流。CD段导线由于受到安培力作用而使天平右臂向下倾斜，在天平的另一端可以加适当的砝码，使天平恢复平衡。设当地重力加速度。则下列说法正确的是（ ）
A.若在电流天平的左端增加的砝码质量为m，则长螺线管内部的磁感应强度B为
B.假如使通过CD段导线的电流反向，仍可以通过悬挂砝码的方式测量磁感应强度
C.若螺线管内部的磁感应强度，CD段导线的长度为3cm，U形导线通电电流，为使天平保持平衡，应在左端悬挂质量为的砝码
D.若螺线管内磁感应强度，调整I和的大小，当时电流天平始终平衡
5.氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示.下列说法正确的是（ ）
A.图中两条曲线下面积一定不相等
B.图中曲线可求出0～400m/s速率区间的氧气分子数目
C.与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在600～800m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
D.与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
6.如图所示，afde为一边长为2L的正方形金属线框，b、c分别为af、fd的中点，从这两点剪断后，用bc直导线连接形成了五边形线框abcde、左侧有一方向与线框平面垂直、宽度为2L的匀强磁场区域，现让线框保持ae、cd边与磁场边界平行，向左匀速通过磁场区域，以ae边刚进入磁场时为计时零点。则线框中感应电流随时间变化的图线可能正确的是（规定感应电流的方向逆时针为正）（ ）
A. B.
C. D.
7.近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220V、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其它损耗，下列说法正确的是（ ）
A.接收线圈的输出电压约为10V
B.接收线圈与发射线圈中电流之比约为88：5
C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率不相同
D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同
8.如图所示，两平行导轨在同一水平面内。一导体棒垂直放在导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数恒定。整个装置置于匀强磁场中，磁感应强度大小恒定，方向与金属棒垂直、与水平向右方向的夹角可调。导体棒沿导轨向右运动，现给导体棒通以图示方向的恒定电流，适当调整磁场方向，可以使导体棒沿导轨做匀加速运动或匀减速运动。已知导体棒加速时，加速度的最大值为；减速时，加速度的最大值为，其中g为重力加速度大小。下列说法正确的是（ ）
A.棒与导轨间的动摩擦因数为
B.棒与导轨间的动摩擦因数为
C.加速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向下，
D.减速阶段加速度大小最大时，磁场方向斜向上，
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，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。
9.如图，向一个空的铝制饮料罐中插入一根透明吸管，接口用腊密封，在吸管内引入一小段长度可以忽略的油柱，不计大气压强的变化，这就是一个简易的气温计。已知罐的容积是300cm3，吸管内部粗细均匀，横截面积为0.2cm2，吸管的有效长度为20cm，已知此装置能测量的最低温度为27℃，标准大气压为，以下说法正确的是（ ）
A.此温度计的刻度是均匀的 B.此温度计能够测量的最高温度为58℃
C.温度每升高1℃，罐内气体对外做功0.1J D.将罐正立放置仍可用相同的原理测温
10.如图甲所示，发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具，它在飞起时能够持续发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化：如图乙所示，半径为L的导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴以角速度ω逆时针匀速转动（俯视）。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OP、OQ、OR，辐条互成120°角。在圆环左半部分张角也为120°角的范围内（两条虚线之间）分布着垂直圆环平面向下磁感应强度为B的匀强磁场，在转轴与圆环的边缘之间通过电刷M、N与一个LED灯相连。设假设LED灯电阻为r，其他电阻不计，从辐条OP进入磁场开始计时。在辐条OP过转过120°的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A.O、P两端电压为 B.通过LED灯的电流为
C.整个装置消耗的电能为 D.增大磁感应强度可以使LED灯发光时更亮
11.如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电站输出的电压不变；升压变压器输出电压为，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为和。为了测高压电路的电压和电流，在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器，若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，所有的电表均为理想电表，则（ ）
A.①为电压表，②为电流表 B.
C.仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率减少 D.凌晨时分，用户家的灯将变得更暗
12.在如图所示的平面内，线分界线SP将宽度为L的矩形区域分成两部分，一部分充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场，另一部分充满方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，SP与磁场左右边界垂直。离子源从S处射入速度大小不同的正离子，与离子入射方向与磁场方向垂直且与SP成30°角。已知离子比荷为k，不计重力。若离子从Р点射出，设出射方向与入射方向的夹角为θ，则离子的入射速度和对应θ角的可能组合为（ ）
A. B. C. D.
第II卷（非选择题 共60分）
注意事项：考生需用0.5毫米黑色签字笔在答题卡中的指定位置，直接写在试卷上的答题内容无效。
三、非选择题（本题共6小题，共60分）
13.（6分）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示；
（1）为了确保实验的安全，下列做法正确的是________
A.为了人身安全，只能使用低压直流电源，所用电压不要超过16V
B.即使副线圈不接用电器，原线圈也不能长时间通电
C.为使接触良好，通电时应用手直接捏紧裸露的接线柱
D.为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测
（2）某小组探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数之间的关系：可拆变压器如图所示，铁芯B可以安装在铁芯A上形成闭合铁芯。将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，匝数分别选择匝，匝，与原线圈与12V正弦式交流电源相连，用理想电压表测得输出电压，输出电压测量值明显小于理论值，可能的原因是________
A.原线圈匝数少于800匝 B.副线圈匝数多于200匝
C.副线圈阻值较大 D.铁芯B没有安装在铁芯A上
（3）如图所示，b端是一理想变压器副线圈中心抽头，开始时单刀双掷开关置于a端，开关S断开。原线圈c、d两端加正弦交流电，下列说法正确的是________
A.将可变电阻R调大，则R两端电压变小
B.闭合开关S，则R1两端电压变小
C.当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈电流的频率变小
D.当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大
14.（6分）用压强传感器研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如图1所示，实验步骤如下：
①把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器和计算机逐一连接；
②移动活塞，记录注射器上表示气体体积的刻度值V，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p；
③用图像处理实验数据，得出如图2所示图线。
请回答下列问题：
（1）为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的主要措施是______；
（2）为了保持封闭气体的温度不变，实验中需要注意的问题是______；
（3）如果整个实验操作规范正确，但作出的图线不过原点，如图2所示，则V0代表______。
（4）在正常情况下，人呼吸时每分钟需要吸入空气的质量是一定的，每次呼出和吸入的空气体积也是一定的。如果人在平地上，当大气压是，温度是27℃时，每分钟要吸气20次。已知山顶的大气压是，温度是17℃，估算此人在山顶时每分钟的吸气次数是多少______
15.（10分）如图，一竖直放置的汽缸由两个粗细不同的圆柱形筒组成，汽缸中活塞Ⅰ和活塞Ⅱ之间封闭有一定量的理想气体，两活塞用一轻质弹簧连接，汽缸连接处有小卡销，活塞Ⅱ不能通过连接处。活塞Ⅰ、Ⅱ的质量分别为2m、m，面积分别为2S、S，弹簧原长为l。初始时系统处于平衡状态，此时弹簧的伸长量为0.1l，活塞Ⅰ、Ⅱ到汽缸连接处的距离相等，两活塞间气体的温度为。已知活塞外大气压强为，忽略活塞与缸壁间的摩擦，汽缸无漏气，不计弹簧的体积。
（1）求弹簧的劲度系数；
（2）缓慢加热两活塞间的气体，求当活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，活塞间气体的压强和温度。
16.（10分）如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈abcd匝数N=100匝，面积S=0.03m2，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度，输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻为，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比为，若用户区标有“220V、8.8kW”的电动机恰恰能正常工作，发电机线圈电阻r不可忽略。求
（1）从图示位置开始计时，交流发电机的瞬时电动势的表达式；
（2）输电线路上损耗的电功率；
（3）若升压变压器原、副线圈匝数比为，则升压变压器原线圈两端电压。
17.（12分）如图所示，高度足够的匀强磁场区域下边界水平、左右边界竖直，磁场方向垂直于纸面向里。正方形单匝线框abcd的边长、回路电阻、质量。线框平面与磁场方向垂直，线框的ad边与磁场左边界平齐，ab边与磁场下边界的距离也为L。现对线框施加与水平向右方向成角、大小为的恒力F，使其在图示竖直平面内由静止开始运动。从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。重力加速度大小取，求：
（1）ab边进入磁场前，线框在水平方向和竖直方向的加速度大小；
（2）磁场的磁感应强度大小和线框进入磁场的整个过程中回路产生的焦耳热；
（3）磁场区域的水平宽度。
18.（16分）两块面积和间距均足够大的金属板水平放置，如图1所示，金属板与可调电源相连形成电场，方向沿y轴正方向。在两板之间施加磁场，方向垂直平面向外。电场强度和磁感应强度随时间的变化规律如图2所示。板间O点放置一粒子源，可连续释放质量为m、电荷量为、初速度为零的粒子，不计重力及粒子间的相互作用，图中物理量均为已知量。求：
（1）时刻释放的粒子，在时刻的位置坐标；
（2）在时间内，静电力对时刻释放的粒子所做的功；
（3）在点放置一粒接收器，在时间内什么时刻释放的粒子在电场存在期间被捕获。
高二物理参考答案
一、选择题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
答案 D B C C C A B B ACD BCD AB BC
二、实验题
13.（1） BD （2） D （3） B
14.（1）用润滑油涂活塞；（2）不能用手握住注射器封闭气体部分；
（3）注射器与压强传感器连接部位的气体体积。（4） 25
三、计算题
15.（1）设封闭气体的压强为，对两活塞和弹簧的整体受力分析，由平衡条件有
解得
对活塞Ⅰ由平衡条件有
解得弹簧的劲度系数为
（2）缓慢加热两活塞间的气体使得活塞Ⅱ刚运动到汽缸连接处时，对两活塞和弹簧的整体由平衡条件可知，气体的压强不变依然为
即封闭气体发生等压过程，初末状态的体积分别为，
由气体的压强不变，则弹簧的弹力也不变，故有
有等压方程可知
解得
16.（1）根据正弦式交变电流产生规律可知，最大值为解得
从图示位置开始计时瞬时电动势的表达式（V）
（2）设降压变压器原、副线圈的电流分别为、，电动机恰能正常工作，有
根据理想变压器的变流比可知解得
所以输电线路上损耗的电功率为
（3）根据理想变压器的变压比可知解得
升压变压器副线圈两端电压又可得
17.（1）ab边进入磁场前，对线框进行受力分析，在水平方向有代入数据有在竖直方向有代入数据有
（2）ab边进入磁场开始，ab边在竖直方向切割磁感线；ad边和bc边的上部分也开始进入磁场，且在水平方向切割磁感线。但ad和bc边的上部分产生的感应电动势相互抵消，则整个回路的电源为ab，根据右手定则可知回路的电流为adcba，则ab边进入磁场开始，ab边受到的安培力竖直向下，ad边的上部分受到的安培力水平向右，bc边的上部分受到的安培力水平向左，则ad边和bc边的上部分受到的安培力相互抵消，故线框abcd受到的安培力的合力为ab边受到的竖直向下的安培力。由题知，线框从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动，有
联立有
由题知，从ab边进入磁场开始，在竖直方向线框做匀速运动；dc边进入磁场时，bc边恰好到达磁场右边界。则线框进入磁场的整个过程中，线框受到的安培力为恒力，则有
联立解得
（3）线框从开始运动到进入磁场的整个过程中所用的时间为
联立解得
由（2）分析可知线框在水平方向一直做匀加速直线运动，则在水平方向有
则磁场区域的水平宽度
18.（1）在时间内，电场强度为，带电粒子在电场中加速度，根据动量定理可知
解得粒子在时刻的速度大小为
方向竖直向上，粒子竖直向上运动的距离
在时间内，根据粒子在磁场运动的周期可知粒子偏转，速度反向，根据可知粒子水平向右运动的距离为
粒子运动轨迹如图
所以粒子在时刻粒子的位置坐标为，即；
（2）在时间内，电场强度为，粒子受到的电场力竖直向上，在竖直方向
解得时刻粒子的速度
方向竖直向上，粒子在竖直方向上运动的距离为
在时间内，粒子在水平方向运动的距离为
此时粒子速度方向向下，大小为，在时间内，电场强度为，竖直方向
解得粒子在时刻的速度
粒子在竖直方向运动的距离
粒子运动的轨迹如图
在时间内，静电力对粒子的做功大小为
电场力做正功；
（3）若粒子在磁场中加速两个半圆恰好能够到达M点，则释放的位置一定在时间内，粒子加速度时间为，在竖直方向上
在时间内粒子在水平方向运动的距离为
在时间内，在竖直方向
在时间内，粒子在水平方向运动的距离为
接收器的位置为，根据距离的关系可知
解得
此时粒子已经到达M点上方，粒子竖直方向减速至0用时，则
竖直方向需要满足
解得在一个电场加速周期之内，所以成立，所以粒子释放的时刻为中间时刻；
若粒子经过一个半圆到达M点，则粒子在时间内释放不可能，如果在时间内释放，经过磁场偏转一次的最大横向距离，即直径，也无法到达M点，所以考虑在时间内释放，假设粒子加速的时间为，在竖直方向上
之后粒子在时间内转动半轴，横向移动距离直接到达M点的横坐标，即
解得
接下来在过程中粒子在竖直方向减速为0的过程中
粒子要在M点被吸收，需要满足
代入验证可知在一个周期之内，说明情况成立，所以粒子释放时刻为。