2023-2024学年四川省成都市天府新区实外高级中学高二（下）期中物理试卷（含解析）

2023-2024学年四川省成都市天府新区实外高级中学高二（下）期中物理试卷
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是( )
A. 只要闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定有感应电流
B. 只要闭合电路中磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流
C. 只要导体做切割磁感线运动，就有感应电流产生
D. 只要有磁感线穿过闭合电路，闭合电路中就有感应电流
2.如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到( )
A. 拨至端或端，圆环都向左运动
B. 拨至端或端，圆环都向右运动
C. 拨至端时圆环向左运动，拨至端时向右运动
D. 拨至端时圆环向右运动，拨至端时向左运动
3.如图为发射电磁波的振荡电路，某时刻电路中电流方向如图所示，此时电容器的上极板带正电，下极板带负电，则下列说法正确的是( )
A. 电容器正在放电
B. 电流正在减小
C. 线圈中的磁场能正在增大
D. 电容器中的电场能正在减小
4.某同学用粗细均匀的金属丝弯成如图所示的图形，两个正方形的边长均为，、两点之间的距离远小于，在右侧正方形区域存在均匀增强的磁场，磁感应强度随时间的变化率，则、两点之间的电势差为( )
A. B. C. D.
5.图甲是同种规格的电阻丝制成的闭合线圈，其中有垂直于线圈平面的匀强磁场，图乙为线圈中的磁感应强度取垂直线圈平面向内为正方向随时间变化的关系图像。则下列关于线圈中的感应电动势、感应电流、磁通量及线圈边所受的安培力随时间变化的关系图像中正确的是取顺时针方向为感应电流与感应电动势的正方向，水平向左为安培力的正方向( )
A. B.
C. D.
6.如图所示是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的是( )
A. 接通，、断开，日光灯就能正常发光
B. 、接通，断开，日光灯就能正常发光
C. 断开，接通、后，再断开，日光灯就能正常发光
D. 当日光灯正常发光后，再接通，日光灯仍能正常发光
7.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为：，，现在电源输入电压如图乙所示的交流电，电流表和电压表均为理想电表，电流表的示数为。下列说法正确的是( )
A. 电压表的示数是
B. 电阻的值为
C. 电路消耗的总功率是
D. 若的阻值增大，则电压表的示数将增大
二、多选题：本大题共4小题，共19分。
8.如图所示，一平行金属轨道平面与水平面成角，两道轨上端用一电阻相连，该装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上。质量为的金属杆，从距离地面高度处静止释放，下滑一段距离后达到最大速度并刚好到达轨道底端。若运动过程中，金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好，且轨道与金属杆的电阻均忽略不计，摩擦力恒为。则从开始下滑到达到最大速度的过程中( )
A. 金属杆做匀加速直线运动
B. 电路产生的焦耳热等于
C. 金属杆损失的机械能等于
D. 金属杆所受安培力的冲量大小为
9.“中国天眼”位于贵州的大山深处，是口径球面射电望远镜。它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A. 电磁波在任何介质中传播速度均为
B. 红外线的波长比紫外线大
C. 麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波
D. 赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论
10.如图所示，两根足够长、间距为的光滑竖直平行金属导轨，导轨上端接有开关、电阻、电容器，其中电阻的阻值为，电容器的电容为不会被击穿，金属棒水平放置，质量为，空间存在垂直轨道向外的磁感应强度大小为的匀强磁场，不计金属棒和导轨的电阻。闭合某一开关，让沿导轨由静止开始释放，金属棒和导轨始终接触良好，下列说法正确的是重力加速度为( )
A. 只闭合开关，金属棒做匀加速直线运动
B. 只闭合开关，金属棒做匀减速直线运动
C. 只闭合开关，金属棒下降高度为时速度为，则所用时间
D. 只闭合开关，通过金属棒的电流
11.某探究小组设计如图乙所示电路模拟远距离输电。、为理想变压器，输入的电压如图甲所示。、是完全相同的灯泡，额定电压和功率分别为、；是输电线的总电阻。滑动触头、处于图示位置时，只闭合，恰好正常发光，若再闭合，则( )
A. 的输出电压不变
B. 输电过程中的能量损耗增大
C. 若要、保持正常发光，可适当将向上移动
D. 若要、保持正常发光，则端输入电流的有效值一定大于
三、实验题：本大题共2小题，共14分。
12.某实验小组利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系。如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端。当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离，木板下面用轻细绳挂住一小桶。
逐渐往小桶内添加细沙，记录相应的力传感器的示数和距离传感器的示数。作出图象如图乙所示。由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数 ______。
将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示两根弹簧。闭合开关，称不同物体的质量时，滑片上下滑动，通过电子显示器得到示数。弹簧处于自然伸长状态时，滑片位于的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数与物体质量的关系为、均为常数，为轻弹簧的劲度系数，则滑动变阻器的长度 ______，电源电动势 ______。保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为，电源内阻不计，已知当地重力加速度为
13.某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下：
将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
激光笔发出的激光从玻璃砖上的点水平入射，到达面上的点后反射到点射出。用大头针在白纸上标记点、点和激光笔出光孔的位置。
移走玻璃砖。在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作连线的延长线与面的边界交于点，如图所示。
用刻度尺测量和的长度和。的示数如图所示，为______。测得为。
利用所测量的物理量，写出玻璃砖折射率的表达式 ______。由测得的数据可得折射率为______结果保留位有效数字。
相对误差的计算式。为了减小、测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角______。
四、简答题：本大题共2小题，共27分。
14.如图所示，线圈的面积是，共匝，线圈电阻为，外接电阻。匀强磁场的磁感应强度为。当线圈以的转速匀速转动时，求：
转动中感应电动势的最大值；
写出从图中位置开始计时的交变电流的瞬时值表达式；
电路中交流电压表示数。
15.如图所示，平行光滑金属导轨和与水平地面之间的夹角均为，两导轨间距为。、两点间连接有阻值为的电阻，一根质量为电阻为直导体棒跨在导轨上，两端与导轨接触良好。在边界和之间存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为，和与导轨垂直。将导体棒从图示位置由静止释放，进入磁场就开始匀速运动，穿过磁场过程中电阻产生的热量为。整个运动过程中，导体棒与导轨始终垂直且接触良好。除和之外，其余电阻不计，取重力加速度为。
求导体棒刚进入磁场时的速率；
求磁场区域的宽度；
将磁感应强度变为，仍让导体棒从图示位置由静止释放，若导体棒刚到达时和刚离开时的加速度大小之比为：，求导体棒通过磁场的时间。
五、计算题：本大题共1小题，共12分。
16.如图所示，是某种透明材料的截面，面为平面，面是半径为的圆弧面，为对称轴，一束单色光从点斜射到面上折射后照射到圆弧面上点，刚好发生全反射。已知单色光在面上入射角的正弦值为，，透明材料对单色光的折射率为，光在真空中传播速度为，求：
与的夹角的大小；
光在透明材料中传播的时间不考虑光在面的反射。结果可以用根号表示
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、根据产生感应电流的条件：闭合电路中有磁通量变化，闭合电路中就有感应电流，故AD错误，B正确；
C、只有闭合回路的部分导体切割磁感线才会产生感应电流，故C错误；
故选：。
解答本题应掌握：只有闭合回路中的部分导体切割磁感线才能在回路中产生感应电流。
本题考查感应电流的产生条件，应明确只有同时满足两个条件：闭合电路的一部分导体、导体做切割磁感线运动导体中才能产生感应电流。
2.【答案】
【解析】【分析】
当开关由断开状态拨至连接状态，依据右手螺旋定则，可判定通电螺线管的磁场，从而导致金属圆环的磁通量发生变化，进而由楞次定律可得线圈中产生感应电流，则处于磁铁的磁场受到安培力，使圆环运动。
考查电磁感应现象，掌握右手螺旋定则与楞次定律的内容，并理解从楞次定律相对运动角度可得：增则斥，减则吸，注意本题中开关拨至端或端，对实验结果均没有影响。
【解答】
开关由断开状态拨至连接状态，不论拨至端还是端，通过圆环的磁通量均增加，根据楞次定律增离减靠可知圆环会阻碍磁通量的增加，即向右运动，故选 B．
3.【答案】
【解析】解：根据题图电流正流向电容器正极，电容器正在充电，电流在减小，磁场能转化为电场能，线圈中磁场能正在减小，电容器中的电场能正在增大，故B正确，ACD错误；
故选：。
在振荡电路中，当电容器充电时，电流在减小，磁场能转化为电场能；当电容器放电时，电流在增大，电场能转化为磁场能。
解决本题的关键知道在振荡电路电容器充放电时电路中电流特点和能量转化关系。
4.【答案】
【解析】解：由法拉第电磁感应定律得：
，
根据串联分压关系，两点间的电势差大小
，
故B正确，ACD错误；
故选：。
由法拉第电磁感应定律求出感应电动势大小，由串并联电路规律可求两点间的电压。
本题是电磁感应与电路知识的综合。对于电磁感应，往往根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势大小，要注意用有效面积求感应电动势。
5.【答案】
【解析】解：时间内，均匀增大，由知均匀增大，磁感应强度垂直线圈平面向内，由楞次定律可知，感应电流沿逆时针方向，为负值，感应电动势也为负值，故A图错误；由于不变，线圈的面积不变，由法拉第电磁感应定律知，不变，则不变。由知，均匀增大，方向水平向左，为正值；
时间内，不变，磁通量不变，无感应电流，不受安培力，故B、两图错误；
时间内，的方向垂直纸面向外，均匀减小，均匀减小，由法拉第电磁感应定律知，不变，则不变。由楞次定律可知，感应电流沿顺时针方向，为负值；感应电动势也为负值；由知，均匀减小，方向水平向右，为负值；
内，的方向垂直纸面向里，均匀增大，均匀增大，由法拉第电磁感应定律知，不变，则不变。由于时间内与内，相同，感应电动势相同，则感应电流也相同。由楞次定律可知，感应电流沿顺时针方向，为负值。由知，均匀增大，方向水平向左，为正值，故ABC错误，D正确。
故选：。
由图乙可知磁感应强度的变化，由分析磁通量的变化，由法拉第电磁感应定律判断感应电动势的变化情况，由楞次定律可得感应电流的方向，由欧姆定律判断感应电流大小的变化情况，根据左手定则确定边所受的安培力方向，结合分析安培力大小的变化情况。
本题采用排除分析图像问题，关键要掌握电磁感应的规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律等，知道时间内与内，感应电动势和感应电流相同。
6.【答案】
【解析】解：、接通，、断开时，电源电压直接加在灯管两端，达不到灯管启动的高压值，日光灯不能发光，故A错误；
B、、接通，断开时，灯管两端被短路，灯管电压为零，日光灯不能发光，故B选错误；
C、只有当、接通，灯丝被预热，发出电子，再断开，镇流器中产生很大的自感电动势，和原电压一起加在灯管两端，使气体电离，日光灯正常发光，故C正确；
D、日光灯正常发光后，再接通，则镇流器被短路，灯管两端电压过高，会损坏灯管，故D错误；
故选：。
根据以下知识分析答题：日关灯启动时，灯管两端电压应高于电源电压；日光灯正常工作时，灯管两端电压应低于电源电压；镇流器实际上是自感系数较大的自感线圈，当通过它的电流变化时，它能够产生自感电动势．
知道日光灯的工作原理、分析清楚电路结构是正确解题的前提与关键．
7.【答案】
【解析】解：、由欧姆定律可知，副线圈电压，故A错误；
B、由变压器变压比可知
代入数据解得：
由图乙可知电源的输入电压为
所以上的电压为
又因为
代入数据解得：
所以，故B错误；
C、电路消耗的总功率为，故C错误；
D、若的阻值增大，则电流减小，从而减小，则上的电压减小，又因为总的输入电压不变，所以原线圈两端电压增大，则副线圈两端电压也增大，即电压表的示数将增大，故D正确。
故选：。
应用欧姆定律求出副线圈电压；应用变压器的电压表求出变压器原线圈电压，由变压器变流比求出原线圈电流；应用串联电路特点与欧姆定律求出的阻值；然后应用电功率公式求出电路消耗的电功率；若增大，根据变压器规律分析答题。
此题考查了正弦式交变电流的产生规律，以及变压器的构造和原理，解题的关键是明确正弦式交变电流的最大值与有效值的关系，以及变压器的变流比和变压比。
8.【答案】
【解析】解：金属杆下滑时受重力，支持力，摩擦阻力和安培力，其受力分析如图所示：
A、设金属轨道宽度为，金属杆运动速度为，据牛顿第二定律可得：
其中
整理可得：
由此可知：开始时金属杆下滑速度增大，加速度在减小，金属杆做加速度减小的加速运动，当加速度等于时速度达到最大值，故A错误；
B、从开始下滑到达到最大速度的过程中，根据能量守恒可得电路产生的焦耳热为，故B正确；
C、金属杆在下滑过程中重力势能减少量为，动能的增加量为，所以可得损失的机械能为，故C正确；
D、根据动量定理可得从开始下滑到达到最大速度的过程中有，其中，所以有，故D错误。
故选：。
对金属杆受力分析，根据牛顿第二定律列式分析金属杆的运动情况；根据能量守恒定律分析电路中的产生的焦耳热；根据重力势能减少量和动能增加量结合机械能的定义分析损失的机械能；根据动量定理分析安培力的冲量和的关系。
解决这类问题的关键时分析受力，进一步确定运动性质，并明确判断各个阶段及全过程的能量转化，掌握能量转化与守恒定律，同时理解安培力的冲量和金属杆动量变化的关系。
9.【答案】
【解析】解：电磁波在不同介质中的传播速度不同，其在真空中传播的速度为，故A错误；
B.因电磁波在真空中速度相同，均为光速，则由可知，频率越大的电磁波，波长越短，紫外线的频率比红外线频率大，故红外线的波长比紫外线大，故B正确；
C.麦克斯韦认为周期性变化的电场激发出周期性变化的磁场，空间将产生电磁波，均匀变化的电场激发恒定的磁场，恒定的磁场无法再形成电场，故无法在空间中产生电磁波，故C错误；
D.赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故D正确。
故选：。
电磁波在真空中传播的速度为，不同的介质中传播速度不同；根据分析，频率越大的电磁波，波长越短；根据麦克斯韦的电磁理论分析判断；根据电磁波的发现经过分析判断。
本题考查对电磁波的传输以及电磁波中的波速、波长和频率公式的理解，要求能明确各量的决定因素，知道电磁波发现的物理学史。
10.【答案】
【解析】解：、只闭合开关，金属棒某时刻的速度为，则金属棒切割磁感线产生的感应电动势：
由闭合电路欧姆定律可得电路中感应电流：，金属棒所受安培力：
联立方程可得安培力：，对金属棒由牛顿第二定律有：，金属棒从静止开始运动，增大，则减小，所以金属棒做加速度减小的加速直线运动，当加速度减小为零，金属棒做匀速直线运动，故A错误；
C、只闭合开关，金属棒下降高度为时速度为，取竖直向下为正方向，这一过程对金属棒利用动量定理有：，其中
可得：，故C正确；
、只闭合开关，金属棒从静止向下运动，金属棒切割磁感线产生感应电动势，对电容器充电，设金属棒向下运动过程中取一段时间，且，设金属棒的加速度为，则金属棒中的电流：
对金属棒由牛顿第二定律有：
联立方程可得：，，可得金属棒做匀加速直线运动，故B错误，D正确。
故选：。
A、根据金属棒切割磁感线产生的感应电动势、感应电流可得安培力与速度关系式，对金属棒利用牛顿第二定律可知加速度变化特点，则可知金属棒运动特点；
C、金属棒下降过程利用动量定理可得运动时间；
、金属棒向下运动过程对电容器充电，取很短一段时间，根据电流定义式可得电流与加速度关系，利用牛顿第二定律列式，两式联立可得加速度和电流表达式。
本题考查了电磁感应中的电路问题，解题的关键是知道只闭合，金属棒做加速度减小的加速运动，当加速度减为零，金属棒做匀速直线运动，只闭合，通过金属棒的电荷量等于电容器增加的电荷量。
11.【答案】
【解析】解：、若再闭合，则变压器次级线圈电阻减小，则次级线圈电流变大，初级线圈电流也变大，上的电压变大，则变压器初级线圈电压减小，则次级线圈电压也减小，故A错误；
B、因上的电压变大，则输电线上消耗的功率变大，即输电过程中的能量损耗增大，故B正确；
C、因输电线上的电压损失变大，则两灯泡上的电压减小，若要、保持正常发光，可适当将向下移动，从而增加的次级线圈电压，即可增加的初级线圈电压，从而使得、能正常发光，故C错误；
D、若输电线没有电阻，则当两灯泡正常发光时，则端输入电流满足，解得：
因输电线有电阻，则若要、保持正常发光，则端输入电流的有效值一定大于，故D正确。
故选：。
根据和理想变压器的工作原理求解降压变压器原、副线圈的电流，从而判断发电厂的输出功率；根据得升压变压器原线圈中的电流，根据电流比可得匝数比；根据功率、电流、电压与电阻的关系判断用户增加时用户得到的电压的变化和发电厂的输电效率。
本题主要考查理想变压器规律的应用，要知道各量表示的含义，知道原、副线圈的电压比等于匝数之比，电流比等于匝数之反比。
12.【答案】
【解析】解：由弹簧的弹力与其形变量的关系可得
由表达式结合图象可知图象斜率表示弹簧的劲度系数，故弹簧的劲度系数
当所称的物体质量为零时，有：
此时由电路结构可得
联立解得电源电动势
当所称的物体质量最大时，弹簧被压缩，此时有，
联立解得
故答案为：；；
根据图像的斜率分析解得劲度系数；
根据闭合电路欧姆定律结合平衡条件分析解答。
本题考查胡克定律的运用，解题关键掌握平衡条件的应用，注意图像斜率的意义。
13.【答案】 大一些
【解析】解：刻度尺的分度值为，需要估读到分度值的下一位，则；
根据题意标出光线对应的入射角和折射角，如图所示：
结合几何关系和折射定律可得：
代入数据解得：
为了减小、测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角大一些。
故答案为：；；；大一些。
根据刻度尺的读数规则得出对应的读数；
根据几何关系和折射定律得出折射率的表达式，代入数据得出的大小；
为了减小、测量的相对误差，实验中要尽量增大入射角。
本题主要考查了折射定律的相关实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合几何关系和折射定律即可完成分析。
14.【答案】解：线圈的转速为
角速度为
转动中感应电动势的最大值：

根据闭合电路欧姆定律可得：
，
图示位置开始计时的电流的瞬时值表达式；
电流表的示数；
电压表示数
答：转动中感应电动势的最大值是；
图示位置开始计时的电流的瞬时值表达式是；
电路中交流电压表示数是。
【解析】由求解感应电动势的最大值；
根据交流电规律可列出电流的瞬时表达式；
电路中交流电流表的示数为电流最大值的，结合欧姆定律借助于有效值可得出电压表示数。
本题考查感应电动势的最大值、有效值及平均值的求法，掌握电量的综合表达式
15.【答案】解：设导体棒刚进入磁场时的速率为，根据进入磁场后受力平衡可得：
根据闭合电路欧姆定律得：
导体棒切割磁场产生的感应电动势：
联立解得：；
对导体棒穿过磁场的过程运用动能定理得：
根据电磁感应能量转化关系得：
联立可得：；
设导体棒穿出磁场时的速率为，导体棒通过磁场的时间为，根据牛顿第二定律可得：
离开磁场前：
离开磁场后：
解得：
从导体棒进入磁场到离开磁场过程中，根据动量定理可得：
其中：
联立解得：。
答：导体棒刚进入磁场时的速率为；
磁场区域的宽度为；
将磁感应强度变为，仍让导体棒从图示位置由静止释放，若导体棒刚到达时和刚离开时的加速度大小之比为：，导体棒通过磁场的时间为。
【解析】根据进入磁场后受力平衡结合安培力的计算公式进行解答；
对导体棒穿过磁场的过程运用动能定理、功能关系进行解答；
根据牛顿第二定律求解金属棒离开磁场前的速度，从导体棒进入磁场到离开磁场过程中，根据动量定理求解导体棒通过磁场的时间。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。对于安培力作用下导体棒的运动问题，如果涉及电荷量、求位移问题，常根据动量定理结合法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律列方程进行解答。
16.【答案】解：由折射公式有：
解得：
光在圆弧面上刚好发生全反射，因此有：
解得临界角：
由几何关系可知：
解得：
由几何关系知：，光在点的反射光线平行于，则有：
解得：
光在材料中传播的速度为：
因此材料中传播时间为：
解得：
答：与的夹角的大小是；
光在透明材料中传播的时间是。
【解析】光在圆弧面上刚好发生全反射，入射角等于临界角，由求出临界角，再由几何知识求单色光在面上的折射角，从而可由折射定律求得折射角，再由几何关系可求得角；
根据几何关系求出光在透明材料中传播的路程，由求出光在透明材料中传播的速度，即可求得传播时间。
解答此类问题的关键是画出光路图，根据全反射条件、折射定律和几何关系列方程联立求解。
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