2023-2024学年天津四十七中高二（下）期中物理试卷（含解析）

2023-2024学年天津四十七中高二（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共5小题，共25分。
1.电磁感应现象在生产、生活及科学研究中有着广泛的应用，下列说法正确的是( )
A. 电磁炉利用变化的磁场使食物中的水分子形成涡流来对食物加热
B. 当金属探测器在探测到金属时，会在探测器内部产生涡流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声
C. 微安表等磁电式仪表在运输时需要把正负接线柱短接，防止损坏，利用的电磁阻尼原理
D. 变压器的铁芯通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成主要是为了减小铁芯的电阻率，进而增大在铁芯中产生的涡流
2.一单摆振动过程中离开平衡位置的位移随时间变化的规律如图所示，取向右为正方向．则下列说法正确的是( )
A. 第末和第末摆球位于同一位置
B. 的时间内，摆球的回复力逐渐减小
C. 时，摆球的位移为振幅的
D. 时，摆球的速度方向与加速度方向相反
3.如图所示为一交流电压随时间变化的图象．每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定．根据图中数据可得，此交流电压的有效值为( )
A.
B.
C.
D.
4.两列简谐波以相同的速度相向传播，时刻的波形如图所示。下列说法正确的是( )
A. 两波相遇后可以产生稳定的干涉图样
B. 质点经过半个周期运动到时刻质点的位置
C. 时刻，质点与质点的运动方向相反
D. 两列波的振幅都是
5.单匝闭合矩形线框电阻为，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量与时间的关系图像如图所示。下列说法正确的是( )
A. 时刻线框平面与中性面垂直
B. 线框的感应电动势最大值为
C. 线框转一周外力所做的功为
D. 从到过程中线框的平均感应电动势为
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6.如图表示两个相干波源、产生的波在同一种均匀介质中相遇。图中实线表示某时刻的波峰，虚线表示的是波谷，下列说法正确的是( )
A. 点的振动加强，点的振动介于加强点和减弱点之间
B. 、两点的振动加强
C. 经适任意长的时间后，加强点和减弱点的位置不变
D. 经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰
7.一列简谐横波沿轴正方向传播，时刻波形如图所示，此时波刚好传到点，时质点第一次到达负方向最大位移处，则( )
A. 此波波源的起振方向沿轴负方向
B. 该简谐横波的波速为
C. 该简谐横波的频率为
D. 该波在传播过程中遇到尺寸为的障碍物会发生明显的衍射现象
8.如图所示，垂直纸面向外的正方形匀强磁场区域内，有一个位于纸面的、电阻均匀的正方形导体框，现将导体框分别沿两个方向以、的速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的过程中( )
A. 导体框边两端电势差之比为：
B. 通过导体框截面的电荷量之比为：
C. 导体框中产生的焦耳热之比为：
D. 导体框中产生的感应电流方向相同
三、实验题：本大题共1小题，共10分。
9.在“用单摆测定重力加速度”的实验中：
某同学分别选用四种材料不同、直径相同的实心球做实验，各组实验的测量数据如下。若要计算当地的重力加速度值，应选用第______组实验数据。
组别 摆球材料 摆长 最大摆角 全振动次数次
铜
铁
铝
木
以上实验中，若完成次全振动的时间为，用毫米刻度尺测得的摆线长悬点到摆球上端的距离为，用刻度尺测得摆球的直径为。用上述物理量的符号写出测重力加速度的一般表达式______。
实验中某同学发现测得的重力加速度的值总是偏大，下列原因中可能的是______。
A.实验室处在高山上，距离海面太高
B.单摆所用的摆球质量太大了
C.实际测出次全振动的时间，误作为次全振动的时间
D.以摆线长作为摆长来计算
甲同学选择了合理的实验装置后，测量出几组不同摆长和周期的数值，画出如图图象中的实线，并算出图线的斜率为，则当地的重力加速度______。
乙同学也进行了与甲同学同样的实验，但实验后他发现测量摆长时忘了加上摆球的半径，则该同学做出的图象为______
虚线，不平行虚线，平行虚线，平行虚线，不平行
四、简答题：本大题共2小题，共30分。
10.实线和虚线分别是沿轴传播的一列简谐横波在和时刻的波形图。已知在时刻，处的质点向轴正方向运动。
判断该波的传播方向；
求该波周期可能值的表达式及最大周期；
若，求该波的波速大小。
11.如图甲为利用理想变压器的远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为：，降压变压器原、副线圈匝数比为：，发电机到升压变压器间两条输电线的总电阻为，两条远距离输电线的总电阻为。若发电机的输出电压如图乙所示，发电机的输出功率为，用户端获得的电压有效值为。求：
降压变压器原、副线圈匝数比：；
远距离输电线路损耗功率。
五、计算题：本大题共1小题，共20分。
12.如图所示，两根金属平行导轨和放在水平面上，左端向上弯曲且光滑，导轨间距为，电阻不计．水平段导轨所处空间有两个有界匀强磁场，相距一段距离不重叠，磁场Ⅰ左边界在水平段导轨的最左端，磁感强度大小为，方向竖直向上；磁场Ⅱ的磁感应强度大小为，方向竖直向下．质量均为、电阻均为的金属棒和垂直导轨放置在其上，金属棒置于磁场Ⅱ的右边界处．现将金属棒从弯曲导轨上某一高处由静止释放，使其沿导轨运动．设两金属棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好．
若水平段导轨粗糙，两金属棒与水平段导轨间的最大摩擦力均为，将金属棒从距水平面高度处由静止释放．求：金属棒刚进入磁场Ⅰ时，通过金属棒的电流大小；若金属棒在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒能在导轨上保持静止，通过计算分析金属棒释放时的高度应满足的条件；
若水平段导轨是光滑的，将金属棒仍从高度处由静止释放，使其进入磁场Ⅰ设两磁场区域足够大，求金属棒在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒中可能产生焦耳热的最大值．
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、电磁炉是通过铁锅产生涡流来加热食物的，而不是食物形成涡流A错误；
B、金属探测器利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场，这个磁场能在金属物体内部产生涡流，涡流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声，故B错误；
C、微安表在运输时需要把正负接线柱短接，铝框做骨架，当线圈在磁场中转动时，导致铝框的磁通量变化，从而产生感应电流，线圈受到安培阻力，起到电磁阻尼作用，使其很快停止摆动，因此，利用电磁阻尼保护指针，故C正确；
D、变压器的铁芯通常用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成是为了增大电阻，减小涡流，不会改变电阻率，防止在铁芯中产生过大涡流，故D错误．
故选：。
涡流会在导体中产生大量的热量；金属探测器利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场，这个磁场能在金属物体内部能产生涡流，涡流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场；根据穿过线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，出现感应电流，进而受到安培阻力，阻碍指针的运动；变压器的铁芯用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠合而成是为了减小涡流。
本题考查电磁感应在生活中的应用，学生需掌握涡流的原理及应用，同时理解电磁阻尼的原理。
2.【答案】
【解析】解：、第末和第末摆球位于关于平衡位置对称的两个位置，故A错误；
B、的时间内，位移逐渐增大，由知摆球的回复力逐渐增大，故B错误；
C、设振幅为，则时，摆球的位移为，故C正确；
D、时，摆球在做加速运动，摆球的速度方向与加速度方向相同，故D错误。
故选：。
根据纵坐标分析摆球位置关系；根据位移的变化分析回复力的变化。根据数学知识求时摆球的位移。分析时摆球的运动情况，确定速度方向与加速度方向关系。
本题是振动图象问题，要能根据振动图象，分析摆球的振动情况及各个量的变化是解题的关键，要知道摆球衡位置时速度增大。
3.【答案】
【解析】解：如图所示，它不是正弦式电流，取一个周期进行分段，
在是正弦式电流，则电压的有效值等于。
在是恒定电流，则有效值等于。
则在内，产生的热量
解得：，故C正确
故选：。
正弦式电流给灯泡供电，电压表显示是电源电压的有效值，要求电路中灯泡的电流或功率等，均要用正弦式电流的有效值．而求有效值方法：是将交流电在一个周期内产生热量与将恒定电流在相同时间内产生的热量相等，则恒定电流的值就是交流电的有效值．
正弦式交流电时，当时间轴上方与下方的图象不一样时，也是分段：前半周期时间的正弦式有效值等于最大值除以，后半周期时间内的正弦式有效值等于最大值除以然后再求出一个周期内的有效值．
4.【答案】
【解析】解：、两列简谐波传播速度大小相同，由题图可知两者的波长不同，则两者的频率不同，故两波相遇后不能产生稳定的干涉图样，故A错误；
B、质点在平衡位置附近沿轴方向做简谐运动，不会随波移动，则质点不会运动到的位置，故B错误；
C、由同侧法或平移法，结合波的传播方向判断，时刻，质点向方向运动，质点向方向运动，可知两者的运动方向相反，故C正确；
D、由题图可知两列波的振幅都是，故D错误。
故选：。
由题图可知两列波的波长与振幅，根据波速、波长、频率的关系判断两者的频率是否相同，频率相同的两列波才有可能产生稳定的干涉图样；质点在平衡位置附近沿轴方向做简谐运动，不会随波移动；由同侧法或平移法判断质点运动方向。
本题主要考查了机械波的传播与质点振动的关系，理解机械波的传播特点，理解波形图的物理意义，掌握波速、波长、频率的关系，以及机械波的传播与质点振动的关系。
5.【答案】
【解析】解：、由图像得，时刻，磁通量最大，线框平面位于中性面，故A错误；
B、角速度
感应电动势的最大值
故B错误；
C、感应电动势的有效值
根据功能关系可知，线框转一周外力所做的功等于回路中产生的焦耳热，则有：
故C正确；
D、从到过程中线框的平均感应电动势：
故D错误。
故选：。
磁通量最大时，线框平面与中性面重合；先求出角速度，利用公式求感应电动势最大值；根据求有效值，根据功能关系求解外力做的功；根据求平均感应电动势。
本题考查了正弦式电流的图象、交流的峰值、有效值以及它们的关系等知识点。在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解。
6.【答案】
【解析】解：、由图可知：点是波谷与波谷相遇点，点是波峰和波峰的相遇点，、两点的振动加强，在连线上，处于振动加强的区域，所以点振动加强。、两点是波峰与波谷相遇点，则、两点的振动减弱，点位于振动减弱点的连线上，故点的振动也减弱，故AB错误；
C、振动加强和减弱的区域位置是固定不变的，故C正确；
D、根据波动规律可知，经半个周期后，原来位于波峰的点将位于波谷，原来位于波谷的点将位于波峰，故D正确。
故选：。
根据干涉图样得出振动加强点和振动减弱点的所在位置；结合波动的特点分析出半个周期后振动加强点和振动减弱点的位置。
波的叠加满足矢量法则，例如当该波的波峰与波峰相遇时，此处相对平衡位置的位移为振幅的二倍；当波峰与波谷相遇时此处的位移为零．当振幅相同的两列相同频率的波相遇时，振动加强区的振动方向始终相同，不过位移时大时小。
7.【答案】
【解析】解：、分析波形图可知，波刚好传到点，则质点的起振方向沿轴正方向，故波源的起振方向沿轴正方向，故A错误。
B、时，质点第一次到达负方向最大位移处，则振动了个周期，即，分析波形图可知，波长，则波速，故B正确。
C、，则，根据开普勒效应可知接收到该波的频率大于，故C错误。
D、波长大于障碍物尺寸，可以发生明显的衍射现象，故D正确。
故选：。
根据波形图，分析质点的起振方向。根据质点的振动情况，计算波速，根据开普勒效应及衍射条件分析判断。
本题考查对波动图象的理解能力。根据质点的振动情况，确定周期、波速。根据传播规律分析质点的运动情况。
8.【答案】
【解析】解：、设导体框的边长为，以速度向上匀速拉出磁场时，由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可得，导体框边两端电势差为：
以的速度向右匀速拉出磁场时，导体框边两端电势差为：
则：：：，故A错误；
B、通过导体框截面的电荷量为：
由闭合电路欧姆定律可得：
由法拉第电磁感应定律可得：
而磁通量的变化为：
联立解得：
可知与速度无关，通过导体框截面的电荷量相同，故B正确；
D、两次运动中穿过导体框的磁通量均减小，根据楞次定律知，导体框中产生的感应电流方向相同，都是逆时针方向，故D正确；
C、以速度匀速拉出磁场时，导体框中产生的焦耳热为：
根据动生电动势公式有：
而时间为：
解得焦耳热为：
可知速度越大，焦耳热越多，热量之比为：：：，故C正确。
故选：。
求出两种情况下线框产生的感应电动势，根据右手定则判断导体框边两端电势差的正负，根据欧姆定律求解导体框边两端电势差；
根据电荷量的经验公式分析通过导体框截面的电量；
根据楞次定律判断电流方向；
根据焦耳定律分析产生的焦耳热。
对于电磁感应现象中涉及电路问题的分析方法是：确定哪部分相对于电源，根据电路连接情况，结合法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律、以及电功率的计算公式列方程求解；涉及能量问题，要能够根据功能关系、能量守恒定律等求解。
9.【答案】
【解析】解：摆球选择质量大一些体积小些，摆长选择左右的细线，单摆摆动时最大摆角为度，全振动的次数为次以上为宜，故选择第组数据。
根据单摆的周期公式有：，又，解得重力加速度。
根据单摆的周期公式得，。
A、实验室处在高山上，距离海面太高，重力加速度测量值偏小，故A错误。
B、单摆摆球质量太大不影响重力加速度的测量，故B错误。
C、实际测出次全振动的时间，误作为次全振动的时间，则周期的测量值偏小，导致重力加速度测量值偏大，故C正确。
D、以摆线作为摆长来计算，则摆长的测量值偏小，导致重力加速度测量值偏小，故D错误。
故选：。
根据单摆的周期公式得，，则图线的斜率，当地的重力加速度。
根据单摆的周期公式得，，实验后他发现测量摆长时忘了加上摆球的半径，摆长时，纵轴截距不为零，由于重力加速度不变，则图线的斜率不变，故选：。
故答案为：；；；；。
根据实验的原理和注意事项确定摆球的材料、摆长、最大摆角。
根据单摆的周期公式，求出重力加速度的表达式。
根据重力加速度的表达式，结合摆长和周期的测量误差确定重力加速度的测量误差。
根据单摆的周期公式得出的关系式，结合图线的斜率求出当地的重力加速度。
结合的关系式，抓住图线的斜率判断正确的图线。
解决本题的关键知道实验的原理，掌握单摆的周期公式，知道实验误差引起的原因，对于图线问题，一般的解题思路是得出物理量间的关系式，结合图线的斜率或截距分析求解。
10.【答案】解：已知在时刻，处的质点向轴正方向运动，根据波形平移法可知，该波沿轴负方向传播。
波的传播具有周期性，时刻的波形沿轴负方向至少平移四分之一波长得到时刻的波形，即至少经历时间为四分之一周期，设波的周期为，则有
，
解得：，
当时，取最大值，且
根据上述有
，
由于，则取，得
根据图像可知，波长为，则波的传播速度为
解得：
答：该波沿轴负方向传播；
该波周期可能值的表达式为，，最大周期为；
该波的波速大小为。
【解析】已知在时刻，处的质点向轴正方向运动，根据波形平移法判断该波的传播方向；
由两个时刻的波形可知时间与周期的关系，求出周期的通项，再求出最大周期；
若，求出周期的特殊值，读出波长，求出波速。
本题考查波动图像和振动图像的综合，关键要理解波的周期性，找出波的传播时间与周期的关系，得到周期的表达式。
11.【答案】解：发电机的输出功率为，由图乙知发电机的输出电压有效值为：
则升压变压器原线圈上的电流：
发电机到升压变压器间两条输电线的总电阻为：，
则升压变压器原线圈上的电压：
根据变压器原理，升压变压器副线圈上的电压：
升压变压器副线圈上的电流：
远距离输电线的总电阻；远距离输电线中损失的电压：
则降压变压器原线圈上的电压：
而用户端获得的电压有效值：
降压变压器原、副线圈匝数比为：
远距离输电线路损耗功率：
答：降压变压器原、副线圈匝数比：为：；
远距离输电线路损耗功率为。
【解析】理想变压器输入功率等于输出功率，对于只有一个副线圈，电压、电流与匝数关系为，根据得到降压变压器的电流，根据电流与匝数关系求得降压变压器原线圈电流，根据计算损失电压；根据串联电路知识得到升压变压器副线圈电压，根据电压与匝数关系求得匝数比；
根据损耗功率的关系式求损耗的功率。
本题主要考查远距离输电问题，根据理想变压器功率关系、电压、电流与匝数关系解答。
12.【答案】解：金属棒在弯曲光滑导轨上运动的过程中，机械能守恒，设其刚进入磁场Ⅰ时速度为，产生的感应电动势为，电路中的电流为．
由机械能守恒，解得
感应电动势，对回路有：
解得：
对金属棒：所受安培力
又因　　
金属棒棒保持静止的条件为
解得
金属棒在磁场Ⅰ中减速运动，感应电动势逐渐减小，金属棒在磁场Ⅱ中加速运动，感应电动势逐渐增加，当两者相等时，回路中感应电流为，此后金属棒、都做匀速运动．设金属棒、最终的速度大小分别为、，整个过程中安培力对金属棒、的冲量大小分别为、．
由，解得
设向右为正方向：
对金属棒，由动量定理有
对金属棒，由动量定理有
由于金属棒、在运动过程中电流始终相等，则金属棒受到的安培力始终为金属棒受到安培力的倍，因此有两金属棒受到的冲量的大小关系
解得，
根据能量守恒，回路中产生的焦耳热
答：金属棒刚进入磁场Ⅰ时，通过金属棒的电流大小是；若金属棒在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒能在导轨上保持静止，金属棒释放时的高度应满足的条件是；
金属棒在磁场Ⅰ内运动过程中，金属棒中可能产生焦耳热的最大值是．
【解析】金属棒在弯曲光滑导轨上运动的过程中，机械能守恒，求出棒刚进入水平轨道时的速度，根据和求解通过金属棒的电流大小．对金属棒：所受安培力，要使能在导轨上保持静止，必须满足，即可求得应满足的条件；
若水平段导轨是光滑的，金属棒仍从高度处由静止释放，使其进入磁场Ⅰ后，金属棒在磁场Ⅰ中减速运动，感应电动势逐渐减小，金属棒在磁场Ⅱ中加速运动，感应电动势逐渐增加，当两者相等时，回路中感应电流为，此后金属棒、都做匀速运动．对两棒，分别运用动量定理列式，结合感应电动势相等的条件，求出最终两棒的速度，由能量守恒求解金属棒中可能产生焦耳热的最大值．
该题考查了多个知识点的综合运用，是双杆类型．做这类问题我们首先应该从运动过程和受力分析入手研究，运用一些物理规律求解问题．能量的转化与守恒的应用非常广泛，我们应该首先考虑．
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