美澳学校2021-2022学年高二下学期期末（线上测试）
物理试题
一．选择题（1-8题为单项选择题，每题3分，9-12为多项选择题，每题4分。共40分）
1.磁感应强度大小为B0的匀强磁场方向垂直于纸面向里，通电长直导线位于纸面上，M、N是纸面上导线两侧关于导线对称的两点。经测量，N点的磁感应强度大小是M点磁感应强度大小的3倍且方向相同，则通电长直导线在M点产生的磁感应强度大小等于（通电长直导线在空间中某点产生的磁感应强度大小，其中k为常量，I为通过的电流，r为点到导线的距离）（ ）
A．B0 B． C． D．
2.如图所示，现有三条完全相同的垂直于纸面的长直导线，横截面分别位于正三角形abc的三个顶点上，三导线均通以大小相等的电流，其中a、b的电流方向向里，c的电流方向向外，得到正三角形中心处的磁感应强度的大小为B，则下列说法正确的是（ ）
A．每条通电直导线在正三角形中心处产生磁场的磁感应强度的大小为B
B．每条通电直导线在正三角形中心处产生磁场的磁感应强度的大小为2B
C．取走过a点的直导线，正三角形中心处的磁感应强度大小为B
D．取走过c点的直导线，正三角形中心处的磁感应强度大小为B
3.如图所示，圆心为O的圆内存在一匀强磁场，方向垂直于纸面向外。圆周上有a、b、c三点，其中∠aOb＝60°，∠aOc＝120°，现有1、2两个质量相同的粒子从a点以相同的速率沿aO方向射入磁场，1、2两个粒子分别从b、c两点射出磁场，不考虑粒子间的相互作用，不计粒子的重力，则1、2两粒子电荷量的绝对值之比（ ）
A．：1 B．：1 C．3：1 D．2：1
如图所示，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均为底边长为2a的等腰直角三角形区域，Ⅰ、Ⅲ区域有垂直纸面向外的匀强磁场，Ⅱ区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小相等。一边长为a的正方形金属框在纸面内匀速通过磁场，通过磁场过程中正方形的一条边始终保持与等腰直角三角形的底边重合。取金属框中的感应电流顺时针方向为正，金属框通过磁场过程中，下图中能正确描述金属框中感应电流随时间变化关系的是（ ）
A．
B．
5.如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶5,副线圈与阻值R=200 Ω的电阻相连,原线圈两端所加的电压u=40sin 20πt(V),则( )
A.副线圈输出交变电流的频率为50 Hz
B.电阻R上消耗的电功率为200 W
C.交流电压表的示数为40 V
D.原线圈中电流的最大值为5 A
6.下列说法中正确的是( )
A．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
B．气体压强的大小跟气体分子的平均动能有关，与分子的密集程度无关
C．有规则外形的物体是晶体，没有确定的几何外形的物体是非晶体
D．由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
7.图示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ab的延长线过原点，则下列说法不正确的是( )
A．气体从状态a到b的过程，气体体积不变
B．气体从状态b到c的过程，一定从外界吸收热量
C．气体从状态d到a的过程，气体的内能减小
D．气体从状态d到a的过程，气体对外界做功
8.一匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，其边界如图中虚线所示，bc为半径为r的半圆，ab、cd与直径bc共线，ab间的距离等于半圆的半径。一束质量为m、电荷量为q（q＞0）的粒子，在纸面内从a点垂直于ab射入磁场，这些粒子具有各种速率。不计粒子之间的相互作用。从abcd边界射出磁场所用时间最短的粒子的速度大小为（ ）
A． B． C． D．
9.卡诺循环(Carnot cycle)是只有两个热源的简单循环。如图所示是卡诺循环的P-V 图像，卡诺循环包括四个过程∶a→b等温过程；b→c绝热膨胀过程；c→d 等温过程； d→a绝热压缩过程。整个过程中封闭气体可视为理想气体，下 列说法正确的是( )
A．a→b过程，外界对气体做功
B．c→d 过程，气体放出热量
C．a→b过程温度为T1，c→d过程温度为T2，则T1＜ T2
D．b→c过程气体对外做功为W1，d→a过程外界对气体做功为W2，则W1 =W2
10.如图所示，直角坐标系xOy在水平面内，之轴竖直向上。坐标原点O处固定一带正电的点电荷，空间中存在竖直向下的匀强磁场。质量为m、带电量为q的小球A，绕之轴做匀速圆周运动，小球与坐标原点的距离为r，O点和小球A的连线与之轴的夹角为θ＝37°。重力加速度为g，cos37°＝0.8，sin37°＝0.6，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．从上往下看带电小球沿逆时针方向做匀速圆周运动
B．小球A与点电荷之间的库仑力大小为mg
C．小球A做圆周运动的过程中所受的库仑力不变
D．小球A做圆周运动的速度越小，所需的磁感应强度越小
11.如图，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在绝缘水平桌面上，左端接一电容器C，阻值为R的电阻通过三角旋钮开关S与两导轨连接，长度为L、质量为m的金属杆ab垂直导轨放置，且与导轨始终接触良好，两导轨间存在垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。三角旋钮开关S仅1、2之间导电，初始时1、2连接电容器和金属杆，用恒力F向右拉金属杆ab，使其从静止开始运动，经一段时间撤去F，同时旋转S，此时金属杆的速度大小为v0，已知S左旋时能将电阻和电容接入同一回路，右旋时能将电阻和导体棒接入同一回路，不计金属杆和导轨的电阻。下列说法正确的是（ ）
A．撤去F前，金属杆做匀加速直线运动
B．撤去F后，金属杆做匀减速直线运动
C．恒力F对金属杆做的功大小为mv02
D．左旋、右旋S时，通过电阻R的电荷量之比为CB2L2：m
12.如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向里，图中虚线为磁场的边界，其中bc段是半径为R的四分之一圆弧，ab、cd的延长线通过圆弧的圆心，Ob长为R。一束质量为m、电荷量为q（q＞0）的粒子，在纸面内以不同的速率从O点垂直ab射入磁场，已知所有粒子均从圆弧边界射出，其中M、N是圆弧边界上的两点，不计粒子间的相互作用和重力。则下列分析中正确的是（ ）
A．所有粒子所用最短时间为
B．所有粒子所用最短时间为
C．从M点射出粒子的速率一定小于从N点射出粒子的速率
D．从M点射出粒子在磁场中运动时间一定小于从N点射出粒子所用时间
二．实验题(每空2分，共16分)
13.某实验小组在做“油膜法估测油酸分子大小”的实验中，需使油酸在水面上形成______层油膜，为使油酸尽可能地散开，将纯油酸用酒精稀释，若稀释后的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL油酸酒精溶液中有油酸0.5mL，用滴管向量筒内滴50滴上述溶液，量筒中的溶液体积增加1mL，油酸未完全散开就开始测量油酸膜的面积，会导致油酸分子直径的计算结果______(填“偏大”“偏小”或“不变”)。若一滴油酸酒精溶液形成的油膜面积为，则可测出油酸分子的直径为______m。(结果保留一位有效数字)
14.如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置。
(1)将图中所缺的导线补接完整。
(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，那么合上开关后可能出现的情况有：
①将原线圈迅速插入副线圈时，灵敏电流计指针将________；
②原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器的阻值调大时，灵敏电流计指针________。
(3)在做“研究电磁感应现象”实验时，如果副线圈两端不接任何元件，则副线圈电路中将________。
A．因电路不闭合，无电磁感应现象
B．有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势
C．不能用楞次定律判断感应电动势方向
D．可以用楞次定律判断感应电动势方向
(4)如图所示的A、B分别表示原、副线圈，若副线圈中产生顺时针方向的感应电流，可能是因为________。
A．原线圈通入顺时针方向电流，且正从副线圈中取出
B．原线圈通入顺时针方向电流，且其中铁芯正被取出
C．原线圈通入顺时针方向电流，且将滑动变阻器阻值调小
D．原线圈通入逆时针方向电流，且正在断开电源
三．计算题（共44分）
15.（7分）新冠肺炎疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图甲所示。壶的容积为1.5 L，内含1.0 L的消毒液。闭合阀门K，缓慢向下压压杆A，每次可向瓶内储气室充入0.05 L的1.0 atm的空气，多次下压后，壶内气体压强变为2.0 atm时，按下按柄B，阀门K打开，消毒液从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，1.0 atm＝1.0×105Pa。
(1)求充气过程向下压压杆A的次数和打开阀门K后最多可喷出液体的体积；
(2)喷液全过程，气体状态变化的等温线近似看成一段倾斜直线，如图乙所示，估算全过程壶内气体从外界吸收的热量。
16.（8分）如图所示,一个小型应急交流发电机,内部为匝数n=50、边长l=20 cm的正方形线圈,总电阻为r=1.0 Ω。线圈在磁感应强度为B=0.1 T的匀强磁场中,绕垂直于磁感线的轴匀速转动。发电机对一电阻为R=9.0 Ω的电灯供电,线路中其他电阻不计,若发电机的转动角速度为ω=100 rad/s时,电灯正常发光。求:
(1)交流发电机产生的电动势的最大值;
(2)电灯正常发光的功率;
(3)从图示位置开始,线圈转过30°的过程中,通过电灯的电荷量;
(4)线圈每转动一分钟,外力所需做的功。
17.（14分）如图所示，为某研究小组设计的磁悬浮电梯的简化模型，在竖直平面上相距为l的两根很长的平行滑轨，竖直安置，沿轨道安装的线路通上励磁电流，便会产生沿轨道移动的周期性磁场。组成周期性磁场的每小块磁场沿滑轨方向宽度相等，相间排列。相间的匀强磁场B1和B2垂直轨道平面，B1和B2方向相反，大小相等，即B1＝B2＝B，每个磁场的宽度都是l。采用轻巧碳纤维材料打造的一电梯轿厢里固定着绕有N匝金属导线的闭合正方形线框ABCD（轿厢未画出且与线框绝缘），边长为l，总电阻为R。利用移动磁场与金属线框的相互作用，使轿厢获得牵引力，从而驱动电梯上升。已知磁场以速度v0向上匀速运动，电梯轿厢的总质量为M、运动中所受的摩擦阻力恒为f，重力加速度为g。
（1）电梯轿厢向上运动的最大速度；
（2）不考虑其它能量损耗，为了维持轿厢匀速上升，外界在单位时间内需提供的总能量；
（3）假设磁场由静止开始向上做匀加速运动来启动电梯轿厢，当两磁场运动的时间为t时，电梯轿厢也在向上做匀加速直线运动，此时轿厢的运动速度为v，求由磁场开始运动到电梯轿厢刚开始运动所需要的时间。
18.（15分）如图所示，在平面直角坐标系xOy中，第一、二象限内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，第四象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，磁感应强度B及电场强度E的大小均未知。t＝0时刻，一带负电的粒子以大小为v的速度从y轴上的P点（0，L）沿与y轴负方向成30°角平行于xOy平面射入第二象限。粒子第一次穿过x轴时经过O点，第二次和第五次穿过x轴时经过同一点N（图中未画出）。已知粒子的质量为m，电荷量大小为q，不计粒子的重力。求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小。
（2）匀强电场的电场强度大小。
（3）粒子从t＝0时刻至第（2n+1）次穿过x轴时的坐标及所用的时间。（n＝0，1，2，…）A 2.C 3.C 4.A 5.B 6.D 7.D 8.A
BD 10.AB 11.AD 12.BC
13.【答案】 ①单分子(说明：填“一”不能得分) ②偏大 ③6×10－10
14.【答案】(1)如图所示
(2)①向右偏转一下 ②向左偏转一下 (3)BD (4)AB
15.【解析】 (1)壶中原来空气的体积
由玻意尔定律，解得n＝10次
最多喷射的液体
(2) 外界对气体做功由热力学第一定律有，解得
【答案】 (1) 10次；0.5 L；(2) 75 J
16.答案:(1)20 V (2)18 W (3)0.01 C (4)1 200 J
解析:(1)电动势的最大值为Em=nBSω=nBωl2=20 V。
(2)电动势的有效值为E==10 V
电灯正常发光的电流I= A= A
电灯正常发光的功率P=I2R=18 W。
(3)q=Δt==0.01 C。
(4)线圈转动一分钟,整个回路上产生的热量为Q=I2(R+r)t=1 200 J
W外=Q=1 200 J。
17.解：（1）电梯轿厢向上运动最大速率为vm时，线框相对磁场的速率为v0﹣vm，
线框中上、下两边都切割磁感线，产生感应电动势为：E＝2NBl（v0﹣vm）
则此时线框所受的安培力大小：FA＝2NBIl
根据闭合电路欧姆定律：I
由平衡条件可得：FA＝Mg+f
解得：vm＝v0
（2）由功率的公式：P＝FAv0
所以外界对电梯系统单位时间提供的能量：P＝（Mg+f）v0
（3）根据题意可知，两磁场做匀加速直线运动的加速度应与电梯轿厢做匀加速直线运动的加速度大小相等，设加速度为a，t时刻线框相对磁场的速率为：Δv＝at﹣v
线框产生感应电动势为：E′＝2NBlΔv
而：I′
安培力：FA′＝2NBI′l
据牛顿第二定律：FA′﹣（Mg+f）＝Ma
整理得：（Mg+f）＝Ma
解得：a
设磁场开始运动到电梯轿厢开始运动所需要的时间为t0
t0时刻线框中感应电动势为：E0＝2NBlat0
安培力：F0
由牛顿第二定律得：F0＝（Mg+f）
解得：t0
答：（1）电梯轿厢向上运动的最大速度为（v0）；
（2）不考虑其它能量损耗，为了维持轿厢匀速上升，外界在单位时间内需提供的总能量为（Mg+f）v0；
（3）由磁场开始运动到电梯轿厢刚开始运动所需要的时间为。
18.解：（1）根据题意，粒子从P点偏转60°进入磁场，由几何关系可知圆周运动半径
R＝L
洛伦兹力提供向心力，则
可得：
（2）粒子进入电场后做类斜抛运动，从x轴进入磁场，偏转300°再进入电场做类平抛运动，以此类推，运动轨迹如图所示：
粒子在此案长中x轴方向不受力而做匀速运动，由运动的对称性和几何关系可知
竖直方向上有
联立解得：
；E
（3）粒子第一次经过x轴时，在磁场中偏转了60°，则时间为
第一次经过x轴时的坐标为（0，0）
粒子第二次经过x轴时，在电场中偏转了2t0时间，则
设第二次经过x轴时横坐标为x2，则有
则第二次经过x轴时坐标为（2L，0）
由轨迹和几何关系可知，粒子第三次经过x轴时，又在磁场中偏转240°，则时间为
第三次经过x轴时坐标为（L，0）
同理，第四次经过x轴时的时间为
第四次经过x轴时坐标为（3L，0）
第五次经过x轴时的时间为
第五次经过x轴时的坐标为（2L，0）
由不完全归纳法可得粒子从t＝0时刻至第（2n+1）次穿过x轴时的坐标为
（n＝0，1，2，3……）
所用的时间为
t2n+1[]（n＝0，1，2，3……）
答：（1）匀强磁场的磁感应强度大小为。
（2）匀强电场的电场强度大小为。
（3）粒子从t＝0时刻至第（2n+1）次穿过x轴时的坐标及所用的时间为[]（n＝0，1，2，3……）。
