安徽省滁州市定远县民族中学2021-2022学年高二下学期期末考试物理试题（Word版含答案）

定远民族中学2021-2022学年度第二学期期末考试卷
高二物理试题
第I卷（选择题）
一、单选题（共6小题，每小题4分，共24分）
1．如图所示，直升机的旋翼桨以角速度匀速转动时直升机悬停在空中。已知直升机总质量为，旋翼桨转动时形成以半径为的圆面，空气密度为，重力加速度为。则此直升机悬停在空中时（　　）
A．螺旋桨作用于空气后空气的速度为
B．螺旋桨作用于空气后空气的速度为
C．发动机的功率为
D．发动机的功率为
2．一通电直导线长度为L、质量为m、电流为I，用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上，静止在水平位置，如下正面图，在通电导线所处位置加上匀强磁场，静止后细线与竖直方向成θ角，如下侧面图，重力加速度为g。现保持细绳与竖直方向的夹角θ不变，改变磁感应强度B的方向，其大小随与水平方向的夹角α的变化如图所示，则（　　）
A．
B．磁感应强度B的最小值为
C．磁感应强度B最小时，每根细线拉力大小为
D．时，磁感应强度B的大小为
3．一含有理想变压器的电路如图所示，变压器原，副线圈匝数的比值为3:1，图中电阻、和的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，U为正弦交流电源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时和闭合时，的电功率之比为（　　）
A．1:16 B．3:1 C．1:4 D．1:20
4．如图所示，虚线MN左侧空间存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。纸面内有一个圆心角为120°的扇形金属线框OCD，半径为r，线框围成的回路电阻为R，顶角O在虚线MN上。当金属线框绕顶角O在纸面内以角速度匀速转动时，下列说法正确的是（　　）
A．线框转动一圈的过程中，线框中有电流的时间为
B．线框中存在电流时，电流的大小为
C．线框进入磁场过程中，通过线框某截面的电荷量大小为
D．线框持续转动过程中，线框中电流的有效值为
5．如图甲所示，一轻弹簧的两端分别与质量为和的两物块相连接，并且静止在光滑的水平面上。现使瞬时获得水平向右的速度，以此刻为计时零点，两物块的速度随时间变化的规律如图乙所示，从图象信息可得（ ）
A．在、时刻两物块达到共同速度且弹簧都是处于压缩状态
B．从到时刻弹簧由压缩状态逐渐恢复原长
C．两物块的质量之比为：：
D．在时刻与的动能之比为：：
6．如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，在磁场边界上的M点放置一个放射源，能在纸面内以速率v向各个方向发射大量的同种粒子，粒子的电荷量为q、质量为m（不计粒子的重力），所有粒子均从某段圆弧边界射出，其圆弧长度为。下列说法正确的是（　　）
A．粒子进入磁场时的速率为
B．所有粒子中在磁场中运动的最长时间是
C．将磁感应强度大小改为时，有粒子射出的边界弧长变为
D．若粒子入射速率为时，有粒子射出的边界弧长变为
二、多选题（共4小题，每小题5分，共20分）
7．如图所示，足够长的水平光滑金属导轨所在空间中，分布着垂直于导轨平面方向竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。两导体棒a、b均垂直于导轨静止放置。已知导体棒a的质量为4m，电阻为r；导体棒b的质量为m，电阻为4r。两导体棒长度均为l，其余部分电阻不计。现使导体棒a获得平行于导轨水平向右的瞬时初速度v0，除磁场作用外，两棒沿导轨方向无其他外力作用。下列说法正确的是（　　）
A．最终a、b棒以相同的速度做匀速直线运动
B．整个过程中，a棒受到的安培力做的功等于电路中产生的焦耳热
C．全过程中，导体棒b的动量变化量为
D．全过程中，通过导体棒a的电荷量为
8．如图，一根足够长的直导线水平放置，通以向右的恒定电流，在其正上方O点用细丝线悬挂一铜制圆环．将圆环从a点无初速释放，圆环在直导线所处的竖直平面内运动，经过最低点b和最右侧c后返回，下列说法正确的是( )
A．从a到c的过程中圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针
B．运动过程中圆环受到的安培力方向与速度方向相反
C．圆环从b到c的时间大于从c到b的时间
D．圆环从b到c产生的热量大于从c到b产生的热量
9．如图甲所示电路中，把开关K扳到1，电源对电容器充电，待充电完毕。把开关K板到2，电容器与带铁芯的线圈L组成的LC振荡电路中产生振荡电流，电流传感器能实时显示流过电容器的电流，电流向下流过传感器的方向为正方向。LC振荡电路做等幅振荡，损耗的能量由电源通过电子器件（未画出）补充。如图乙所示的1、2、3、4是某同学绘制的四种电流随时间变化的图像，下列说法正确的是（　　）
A．K扳到1时电流如图线1所示，K扳到2时电流如图线4所示
B．K扳到1时电流如图线2所示，K扳到2时电流如图线3所示
C．换用电动势更大的电源，振荡电流的周期将变大
D．拔出线圈的铁芯，振荡电流的频率将升高
10．粒子对撞的目的是检验人们的实验仪器和探索微观粒子的宏观效应，认识量子粒子的新规律，新粒子，认识新物理等前沿的量子物理、粒子物理科学。同时，粒子对撞也是一种天然粒子‘机制’，人们探索‘粒子对撞机制’的成因，探索‘超对称’超额维度的存在，开发新材料。而粒子对撞机的一门关键技术就是粒子的加速，“回旋加速器”就是一种典型的粒子加速器，下图为一回旋加速器的简图，D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上。位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略)，它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出。忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是(　　)
A．若只增大交变电压U，则质子的最大动能Ek会变大
B．若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中运行的时间会变短
C．若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子
D．质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为∶
第II卷（非选择题）
三、实验题（共2小题，满分16分）
11．（8分）某同学利用下列实验器材设计一个电路来研究某压敏电阻Rx的压阻效应，然后将该压敏电阻改装为压力传感器测量压力。已知该电阻Rx的阻值变化范围为50Ω～250Ω。供选择的实验器材如下：
A．电源E（电动势为3V，内阻不计）
B．电流表A1（量程为3mA，内阻r1=10Ω）
C．电流表A2（量程为30mA，内阻r2约为1Ω）
D．电压表V（量程为15V，内阻约为5kΩ）
E．电阻箱R1（0～9999.9Ω）
F．定值电阻R0=50Ω
G．开关S及导线若干
（1）为了较准确地测量电阻Rx，请在图甲中虚线框内将测量电阻Rx的实验电路图补充完整，并在图中标出所选器材的符号。
（2）要测量电阻Rx，在电阻Rx上加一个竖直向下的力F，闭合开关S后，根据所设计的电路需要测量和记录的物理量有___________。
A．通过电流表A1的电流I1 B．通过电流表A2的电流I2
C．电压表V两端的电压U D．电阻箱R1的电阻R1
（3）所测电阻Rx的表达式为Rx=___________（用题目所给物理量和（2）中所选物理量的字母表示）。
（4）该同学根据实验测量结果，作出压敏电阻Rx随所加外力F的Rx﹣F图像，如图乙所示。该同学将这种压敏电阻Rx与一个量程为3V的理想电压表按如图丙所示电路改装成测量压力的仪表，已知电源E=4V，内阻不计，为了使改装后的压力表的量程为0～100N，压力为100N时对应电压表3V的刻度，则定值电阻R=___________Ω，电压表2V刻度对应压力表___________N的刻度。这样改装的压力表的压力刻度___________（选填“均匀”或“不均匀”）。
12．（8分）已知一热敏电阻当温度从升至时阻值，从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为）
（1）在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图_______；
（2）实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为和，则此时热敏电阻的阻值为_______（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图（a）所示；
（3）将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为。由图（a）求得，此时室温为_________（保留3位有效数字）。
（4）利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示
图中，E为直流电源（电动势为，内阻可忽略）；当图中的输出电压达到或超过时，便触发报警器（图中未画出）报警．若要求开始报警时环境温度为，则图中__________（填“”或“”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________（保留2位有效数字）。
四、计算题(共3小题，共40分)
13．（12分）如图所示，在光滑水平面上有一辆质量m1＝3.98 kg的平板小车，小车上表面离地高度为h=0.2m，小车右端有一个质量m2＝1 kg的木块(木块可视为质点)，小车与木块一起静止在地面上．一颗质量m0＝20 g的子弹以v0＝300 m/s的初速度水平向右飞行，瞬间击中小车并留在其中．木块与小车上表面之间的动摩擦因数μ=0.2．(g＝10 m/s2)
（1）如果木块刚好不从小车上掉下，求小车长度L0；
（2）如果小车长度L=0.25 m，求木块落地瞬间与小车左端的水平距离x．
14．（14分）如图所示，在xOy竖直平面坐标系中x轴上方有竖直向下的匀强电场，下方有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，电磁场区域足够大。粒子源从S（﹣d，0）坐标处先后向磁场中与+x方向夹角为30°~90°范围内发射粒子，所有粒子第一次经磁场偏转后同时从O点进入电场，此后所有粒子经过电场第一次到达x轴的位置到O点最远距离为d、已知粒子的质量为m、电荷量为+q，不计粒子重力及粒子间相互作用。
（1）求从S发射的粒子的最小速度v；
（2）求电场强度E的大小；
（3）若电场强度大小变为（2）中的两倍，从粒子源最迟射出的粒子和速度最小的粒子轨迹在+x轴上会出现交点，求+x轴上交点的坐标。
15．（14分）如图所示，两条足够长的平行金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨间距为L，电阻不计，导轨最右端接有阻值为R的定值电阻。整个装置处于两种磁感应强度大小均为B、方向竖直，且相反的匀强磁场中，虚线为两磁场的分界线。质量均为m的两根导体棒MN、PQ静止于导轨上，两导体棒接入电路的电阻均为R，与导轨间的动摩擦因数均为（设导体棒的最大静摩擦力等于滑动摩擦力）。时刻，用水平向左的恒力F拉MN棒，使其由静止开始运动，时刻，PQ刚好要滑动。该过程中，两棒始终与导轨垂直且接触良好，通过金属棒PQ的电荷量为q，重力加速度为g。求：
（1）从到时间内，金属棒MN在导轨上运动的距离；
（2）时刻，金属棒MN速度大小；
（3）从到时间内，金属棒MN产生的焦耳热。
参考答案
1．D 2．B 3．A 4．D 5．C 6．C
7．ACD 8．AD 9．AD 10．BD
11．（1） （2）ABD （3） （4）150 50 不均匀
12． 28.0 R1
13．（1）0.45m（2）0.2m
【解析】（1）子弹击中小车的过程满足动量守恒，所以可得
，
之后，木块加速，小车减速，如果木块刚好不从小车上掉下，则此时三者共速，且木块和小车的相对位移正好等于车长，可得
，
根据牛顿运动定律可得，以向右为正方向，木块和小车的加速度分别为
，
所以小车的长度
（2）设小车和木板分离所用时间为t，根据题意可知
解的
，（舍去，共速所需时间为0.6s）
所以可得分离时木板和小车的速度分别为0.4m/s和1.4m/s，分离后木块做平抛．落地的时间
因此，木块落地瞬间与小车左端的水平距离
14．（1）；（2）；（3）（，0），其中1，2，3……
【解析】（1）SO为轨迹的直径时，粒子速度最小，设该粒子在磁场中运动的半径为，如图所示，则有
由洛伦兹力提供向心力，有
解得
（2）设粒子出射速度与方向夹角为，在磁场中运动的半径为，速度为，由洛伦兹力提供向心力，有
如图所示，由几何关系得
由以上可得
当粒子从O点进入电场后，沿方向做匀减速运动，设减速时间为t，根据匀变速运动的规律有
可知所有粒子在电场中运动时间相同，粒子在x方向做匀速运动，粒子经过电场第一次到达x轴的位置到O点最远时应取30°，有
联立解得
（3）从粒子源最迟射出的粒子出射速度与方向夹角为30°，设最迟射出的粒子速度为，运动半径为，则与（2）中同理可得
由洛伦兹力提供向心力，有
粒子在电场中运动的加速度
沿方向做匀减速运动，设减速时间为，根据匀变速运动的规律有
粒子在x方向做匀速运动，有
联立解得
又速度最小的粒子在电场中做往返直线运动，在磁场中做直径为d的圆周运动，如图所示
由上分析可知，若最迟射入的粒子经电场经过x轴，经过x轴上点的坐标为
（，0），其中0，1，2，3……
若最迟射入的粒子经磁场经过x轴，经过x轴上点的坐标为
（，0），其中1，2，3……
15．（1）；（2）；（3）
【解析】（1）通过金属棒PQ的电荷量为q，则通过金属棒MN的电荷量为2q，则有
可得，从到时间内，金属棒MN在导轨上运动的距离为
（2）时刻，PQ刚好要滑动，设PQ上的电流为I，则有
金属棒MN产生的感应电动势为
由于金属棒PQ与电阻R并联，所以金属棒MN上的电流为2I，则根据闭合电路欧姆定律有
联立可得，时刻，金属棒MN速度大小为
（3）从到时间内，根据功能关系有
由于金属棒MN在干路上，而金属棒PQ与电阻R并联，则金属棒MN产生的焦耳热为