山东省济南市2021-2022学年高二下学期期末检测物理试题 （Word版含答案）

山东省济南市2021-2022学年高二下学期物理期末模拟检测
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~7小题只有一个选项符合题目要求,第8~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并且磁场越强电阻越大。为探测有无磁场,利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示的电路,电源的电动势E和内阻r不变,在没有磁场时调节滑动变阻器R使电灯L正常发光。若探测装置从无磁场区进入强磁场区,则 (　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.电流表的示数减小
B.电流表的示数增大
C.电灯L亮度不变
D.电灯L亮度变暗
2.科学家发现地球大气层中的臭氧分子不断受到破坏。下列各项电磁波,会因臭氧层受损而对人类的健康构成最大危害的是(　　)
A.可见光 B.紫外线
C.γ辐射 D.微波
3.我国自主研发设计的5G通信技术走在世界的前列。5G信号的频率分为两种,一种是6 GHz以下,还有一种频率在24 GHz以上。对于频率在24 GHz这样的信号,下面说法正确的有(　　)
A.波长大约长0.1 cm
B.波长越短,准直性越好,绕射能力越强
C.频率越高,可能加载的信息密度也越高
D.频率越高的电磁波传播速度越大
4.医生做某些特殊手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成,磁极间的磁场是均匀的。使用时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动,电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时,血管内部的电场可看作是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中,两触点的距离为3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,两触点间的电势差为160 μV,磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(　　)
A.1.3 m/s,a正、b负 B.2.7 m/s,a正、b负
C.1.3 m/s,a负、b正 D.2.7 m/s,a负、b正
5.如图所示,边长为l的等边三角形ACD内、外分布着方向相反的匀强磁场,磁感应强度大小均为B。顶点A处沿∠CAD的平分线方向发射不同速度的粒子,粒子质量均为m、电荷量均为+q。不计粒子重力。粒子以下列速度发射时其中不能通过D点的是(　　)
A. B.
C. D.
6.如图所示,一正方形线圈的匝数为n,边长为a,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在Δt时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到2B。在此过程中,线圈中产生的感应电动势为(　　)
A. B.
C. D.
7.如图所示,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接,已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为(　　)
A.2F B.1.5F
C.0.5F D.0
8.如图所示,L是自感系数较大的线圈,其直流电阻可忽略不计,a、b、c是三个相同的小灯泡,下列说法正确的是 (　　)
A.开关S闭合时,b、c灯立即亮,a灯逐渐亮
B.开关S闭合,电路稳定后,b、c灯亮,a灯不亮
C.开关S断开时,b、c灯立即熄灭,a灯逐渐熄灭
D.开关S断开时,c灯立即熄灭,a、b灯逐渐熄灭
9.一个用于加速粒子的回旋加速器,其核心部分如图所示,D形盒半径为R,垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B,两盒分别与电源相连,下列说法正确的是(　　)
A.两盒连接的电源可以是直流电源
B.D形盒内没有电场,只有磁场
C.粒子被加速的最大动能与金属盒的半径R有关,半径越大,最大动能越大,所以可以通过增大金属盒的半径得到无穷大的动能
D.经过电场时,粒子会加速,动能增加,但经过磁场时,粒子会发生偏转,动能不变
10.一矩形导线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的正弦式交变电流如图甲所示,导线框电阻不计,匝数为100,把线框产生的交变电流接在图乙中理想变压器原线圈的a、b两端,RT为热敏电阻(温度升高时,其电阻减小),R为定值电阻,电压表和电流表均为理想电表,则(　　)
甲
乙
A.线框在匀强磁场中的转速为50 r/s
B.在t=1.0×10-2 s时刻,线框平面与磁场方向平行
C.线框转动过程中磁通量变化率最大值为0.22 Wb/s
D.RT处温度升高时,V1表示数与V2表示数的比值不变
二、填空题(共2小题,共18分)
11.(8分)下图是探究影响感应电流方向的因素的实验装置。
(1)将实物电路中所缺的导线补充完整。
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么开关闭合电路稳定后,将线圈L1迅速插入线圈L2中,灵敏电流计的指针将　　　　(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(3)线圈L1插入线圈L2后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,灵敏电流计的指针将　　　　(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
12.(10分)为了节能和环保,一些公共场所用光控开关控制照明系统,光控开关可用光敏电阻控制,图甲是某光敏电阻阻值随光的照度的变化曲线,照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为勒克斯(lx)。
甲
乙
(1)如图乙所示,电源电动势为3 V,内阻不计,当控制开关两端电压上升至2 V时控制开关自动启动照明系统。要求当天色渐暗照度降至1.0 lx时控制开关接通照明系统,则R1=　　　　 kΩ。
(2)某同学为了测量光敏电阻在不同照度下的阻值,设计了如图戊所示的电路进行测量,电源电动势E=3 V,内阻未知,电阻箱的调节范围为0~99 999 Ω。实验时将电阻箱阻值置于最大,闭合S1,将S2与1相连,减小电阻箱阻值,使灵敏电流计的示数为I,图丙为实验时电阻箱的阻值,其读数为　　　　 kΩ;然后将S2与2相连,调节电阻箱的阻值如图丁所示,此时电流表的示数恰好为I,则光敏电阻的阻值R0=　　　　 kΩ。
丙
丁
戊
三、论述计算题(共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(8分)在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站,输送的电功率为P=500 kW,当使用U=5 kV的电压输电时,测得安装在输电线路起点和终点处的两只电能表一昼夜示数相差4 800 kW·h。
(1)求输电效率η和输电线的总电阻r。
(2)若想使输电效率提高到98%,又不改变输电线,那么发电站应使用多高的电压向外输电
14.(10分)如图所示,固定的水平光滑金属导轨,间距为l=0.5 m,左端接有阻值为R=0.8 Ω的电阻,处在方向竖直向下、磁感应强度为B=1 T的匀强磁场中,质量为m=0.1 kg的导体棒与固定弹簧相连,导体棒在两导轨之间的电阻为r=0.2 Ω,导轨的电阻可忽略不计。初始时刻,弹簧恰好处于自然长度,导体棒具有水平向右的初速度v0=4 m/s。导体棒第一次速度为零时,弹簧的弹性势能Ep=0.5 J。导体棒在运动过程中始终与导轨垂直并保持良好接触。求:
(1)初始时刻导体棒受到的安培力的大小和方向;
(2)导体棒从初始时刻到速度第一次为零的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q 。
15.(12分)如图所示,两足够长平行金属导轨间的距离l=1 m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°,在导轨所在平面内,分布着磁感应强度B=0.5 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.5 Ω的直流电源。现把一个质量m=0.04 kg的导体棒ab放在金属导轨上,导体棒能静止在导轨上。导体棒与金属导轨垂直且接触良好,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R =4 Ω,其他电阻不计,g取10 m/s2。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。
(1)求导体棒受到的安培力大小。
(2)求导体棒受到的摩擦力大小和方向。
(3)若把匀强磁场B的方向改为竖直向上、大小改为1.0 T,且已知导体棒与金属导轨间的动摩擦因数为μ=0.1,其他条件都不变,求改变磁场的瞬间导体棒的加速度大小。
16.(12分)如图所示,在x≤0的区域内存在方向竖直向上、电场强度大小为E的匀强电场,在x>0的区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场。现一带正电的粒子从x轴上坐标为(-2l,0)的A点以速度v0沿x轴正方向进入电场,从y轴上坐标为(0,l)的B点进入磁场,带电粒子在x>0的区域内运动一段圆弧后,从y轴上的C点(未画出)离开磁场。已知磁场的磁感应强度大小为,不计带电粒子的重力。求:
(1)带电粒子的比荷;
(2)C点的坐标。
参考答案
一、选择题
1.答案:A
解析:探测装置从无磁场区进入强磁场区时,电阻变大,则电路的总电阻变大,根据闭合电路欧姆定律可知,电路中总电流变小,所以电流表的示数减小,选项A正确,B错误。根据U=E-Ir,可知I减小,U增大,所以电灯两边的电压增大,所以电灯L变亮,选项C、D错误。
2.答案:B
解析:太阳光中存在大量紫外线,过多的紫外线会伤害眼睛和皮肤,臭氧层能吸收紫外线,故因臭氧层受损而对人类健康构成最大危害的是紫外线,选项B正确。
3.答案:C
解析:根据波长与频率的关系c=λf,解得λ= m=0.125 m,选项A错误。波长越短,准直性越好,反射性越强,绕射能力越弱,选项B错误。频率越高,可能加载的信息密度也越高,选项C正确。在真空中,不同的电磁波传播速度一样大,都为光速,选项D错误。
4.答案:A
解析:血液中正负离子流动时,根据左手定则,正离子受到向上的洛伦兹力,负离子受到向下的洛伦兹力,所以正离子向上偏,负离子向下偏,则a带正电,b带负电,故选项C、D错误。最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零,有q=qvB,所以血流速度v= m/s=1.3 m/s,故选项A正确,B错误。
5.答案:D
解析:粒子运动过程只受洛伦兹力作用,故粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力做向心力,由牛顿第二定律得qvB=m ,解得v=;由左手定则可得,粒子在三角形内做逆时针运动,在三角形外做顺时针运动;由粒子做圆周运动,轨道半径相同,根据几何关系可得,粒子在同一条边上每两次经过边界时在边界上的距离为r,故要使粒子通过D点,则有r=, n=1,2,3,…,故能通过D点的粒子速度大小v= ,n=1,2,3,…,选项D符合题意。
6.答案:B
解析:由法拉第电磁感应定律可知,在Δt时间内线圈中产生的平均感应电动势为E=n=n,选项B正确。
7.答案:B
解析:设每一根导体棒的电阻为R,长度为l,则电路中,上下两支路电阻之比为R1∶R2=2R∶R=2∶1;根据并联电路两端各电压相等的特点可知,上下两支路电流之比I1∶I2=1∶2;由于上路通电的导体受安培力的有效长度为l,根据安培力计算公式F=IlB,可知F'∶F=I1∶I2=1∶2,得F'=F;根据左手定则可知,两力方向相同,故线框LMN所受的合力大小为F+F'=F,选项B正确。
8.答案:AD
解析:开关S闭合时,b、c灯立即亮,由于线圈中产生自感电动势阻碍电流的增加,使得a灯逐渐亮,选项A正确。开关S闭合,电路稳定后,三灯都亮,选项B错误。开关S断开时,c灯立即熄灭,由于在L中产生自感电动势阻碍电流的减小,则电流将在L与a、b灯之间形成新的回路,使得a、b灯逐渐熄灭,选项D正确,C错误。
9.答案:BD
解析:回旋加速器只能加交流电源,选项A错误。D形金属盒能够屏蔽电场,所以盒内只有磁场,选项B正确。由Bqv=得v=,Ek=,可知半径越大,动能越大,但是当速度达到一定时要考虑相对论效应,速度增大,质量增加,磁偏转的周期变化,粒子不能一直被无限加速,选项C错误。粒子经过电场加速,磁场不做功,动能不变,选项D正确。
10.答案:AC
解析:由题图可知线圈产生感应电动势的周期为T=0.02 s,则转速n= r/s=50 r/s,选项A正确。在t=1.0×10-2 s时刻,感应电动势为零,此时线框平面与磁场方向垂直,选项B错误。电动势最大值Emax=22 V,根据Emax=n可知线框转动过程中磁通量变化率最大值为 Wb/s=0.22 Wb/s,选项C正确。因为变压器初级电压是不变的,则次级电压不变,当RT处温度升高时,电阻减小,则次级电流变大,则电阻R的电压变大,V2读数减小,而V1读数不变,则V1表示数与V2表示数的比值要变化,选项D错误。
二、填空题
11.答案:(1)如图所示
(2)向右
(3)向左
解析:(2)闭合开关瞬间,穿过线圈L2的磁通量增加,产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转。当开关闭合电路稳定后,将线圈L1迅速插入线圈L2中时,穿过线圈L2的磁通量增加,且与闭合开关瞬间穿过L2的磁场方向相同,故产生的感应电流也使灵敏电流计的指针向右偏转。
(3)滑动变阻器的滑片迅速向右移动,线圈L1中的电流变小,穿过线圈L2的磁通量减小,则灵敏电流计的指针向左偏转。
12.答案:(1)10
(2)62.5　40
解析:(1)电阻R1和R0串联,,当照度为1.0 lx时,电阻R0=20 kΩ,则R1=10 kΩ。(2)由题图可知,图丙的电阻为R2=62.5 kΩ,图丁的电阻R2'=22.5 kΩ,本题采用等效法测电阻,前后两次电路中的电流相等,则电路中的电阻相等,则有R2=R0+R2',所以R0=40 kΩ。
三、论述计算题
13.答案:(1)60%　20 Ω　(2)22.4 kV
解析:(1)输送功率P=500 kW,一昼夜输送电能E=Pt=12 000 kW·h
由题知输电线上损失的电能ΔE=4 800 kW·h,终点得到的电能E'=E-ΔE=7 200 kW·h,所以输电效率η=×100%=60%
输电线上的电流I==100 A,输电线损耗功率Pr=I2r,其中Pr==200 kW,得r=20 Ω。
(2)输电线上损耗功率Pr=r∝,原来Pr=200 kW,现在要求Pr'=10 kW,代入数据解得输电电压应调节为U'=22.4 kV。
14.答案:(1)1 N,水平向左
(2)0.24 J
解析:(1)初始时刻棒中感应电动势为E=Blv0
棒中感应电流I=
作用于棒上的安培力为F=BIl
联立可得F=BIl==1 N,安培力方向为水平向左。
(2)由能量守恒定律可得=Ep+Q,解得Q=0.3 J
Q=QR+Qr, ,解得QR=0.24 J。
15.答案:(1)0.5 N
(2)0.26 N　方向沿斜面向下
(3)11.7 m/s2
解析:(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路,根据闭合电路欧姆定律有
I= A=1 A
导体棒受到的安培力F安=BIl,代入数据得F安=0.5 N。
(2)导体棒所受重力沿斜面向下的分力F1=mgsin 37°=0.24 N
由于F1小于安培力,故导体棒受沿斜面向下的摩擦力Ff,根据共点力平衡条件得F1+Ff=F安,解得Ff=0.26 N,方向沿斜面向下。
(3)匀强磁场B的方向改为竖直向上时,安培力水平向右,F安'=B'Il=1 N
而重力的下滑分力F1=mgsin 37°=0.24 N
金属棒受摩擦力为
Ff'=μ(mgcos 37°+F安'sin 37°)=0.092 N
由牛顿第二定律得F安'cos 37°-F1-Ff'=ma,解得a=11.7 m/s2。
16.答案:(1)
(2)(0,-3l)
解析:(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,x轴方向有2l=v0t,y轴方向有l=t2,联立解得。
(2)设带电粒子经过B点时的速度方向与水平方向成θ角,有tan θ==1,解得θ=45°,则带电粒子经过B点时的速度v=v0
由洛伦兹力提供向心力得qvB=,解得r==2l
带电粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,根据几何知识可知弦BC的长度lBC=r=4l,4l-l=3l,故C点的坐标为(0,-3l)。