2020-2021学年广西崇左高级中学高二（下）期中物理试卷（附答案详解）

2020-2021学年广西崇左高级中学高二（下）期中物理试

卷

一、单选题（本大题共9小题，共36.0分）

1.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S由断开状态拨至连

—O—

接状态，电路接通的瞬间，可观察到（）江ip

A.拨至M端或N端，圆环都向左运动

B.拨至M端或N端，圆环都向右运动

C.拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动

D.拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动

2.一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦

交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q/i■•该电阻上电压的峰值均为如，周期均

为T,如图所示。则Q方：Q正等于（）

3.两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1m、总电

阻为0.005。的正方形导线框Hcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行,如图甲所示。

己知导线框向右做匀速直线运动，“边于t=0s时刻进入磁场。导线框中感应电动

势随时间变化的图线如图乙所示（规定感应电流的方向abcda为正方向）。下列说法

正确的是（）

0aa

甲

A.磁感应强度的方向垂直纸面向内

B.磁感应强度的大小为0.57

C.导线框运动速度的大小为0.05m/s

D.在t=0.4s至t=0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.04N

4.如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区

域，区域宽度均为/,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下，一边长为的正

方形金属线框在导轨上向左匀速运动，线框中感应电流，•随时间变化的正确图线可

能是（）

3

I■►子1

5.将一段导线绕成图甲所示的闭合回路，并固定在水平面（纸面）内。回路的外边置

于垂直纸面向里的匀强磁场当中。回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场％.以向里

为磁场务的正方向，其磁感应强度B2随时间变化的图象如图乙所示。用F表示必

边受到的安培力，以水平向右为F正方向，能正确反映F随时间变化的图象是（）

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A.D.

6.一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻凡，R2和氏3的阻值分别为3。，10,

40,4为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关

S断开时，电流表的示数为/；当S闭合时，电流表的示数为4/.该变压器原、副线

圈匝数比为（）

7.如图所示，理想变压器原、副线圈外别接有额定电压相同的灯泡〃和〃，当输入电

压U为灯泡额定电压的8倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是（）

A.原、副线圈匝数之比为8：1

B.原、副线圈匝数之比为1：8

C.a和6的电功率之比为1：7

D.变压器的输入功率和输出功率之比是1：7

8.如图，导体轨道0PQS固定，其中PQS是半圆弧，。为手邛、

半圆弧的中点，。为圆心。轨道的电阻忽略不计。是/A!\

有一定电阻。可绕。转动的金属杆，M端位于PQS上，S'3-------卜

与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大

小为3,现使0M从0Q位置以恒定的角速度逆时针转到0S位置并固定（过程I）；

再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到夕（过程H）。在过程I、n中，

流过0M的电荷量相等，则与等于（）

D

A.-B.：C.-D.2

424

9.如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强

度大小为B的匀强磁场。长为/的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖

直导电转轴。。'上，随轴以角速度3匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R

的电阻和电容为C、板间距为"的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处

于静止状态。已知重力加速度为g,不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是（）

A.棒产生的电动势为

B.微粒的电荷量与质量之比为答

Br2a）

C.电阻消耗的电功率为吧上

2R

D.电容器所带的电荷量为CB/3

二、多选题（本大题共4小题，共24.0分）

10.如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一固定的。形金弋

x

属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨入

形成闭合回路PQRS,一圆环形金属框T位于回路围成的区域内。XR

线框与导轨共面。现让金属杆尸。突然向左运动，在运动开始的瞬间，下列说法正

确的是（）

A.RS受到的安培力方向水平向右B.RS受到的安培力方向水平向左

C.金属框7中感应电流沿顺时针方向D.金属框7中感应电流沿逆时针方向

11.如图所示，相距为乙的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为。，上端

接有定值电阻凡匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为从将质量为机的导体

棒由静止释放，当速度达到v时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于导轨向

下的拉力，并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v的速度匀速运动。导体棒

始终与导轨垂直且接触良好，不计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为g。下列说

法正确的是（）

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A.当导体棒速度达到;时加速度大小为羡sin。

B.当导体棒速度达至《时加速度大小为qsin。

C.P=2mgvsin0

D.P=3mgvsin0

12.图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁

场，A为交流电流表，线圈绕垂直于磁场的水平轴。0'沿逆时针方向匀速转动，从

图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确

A.0.01s时穿过线圈的磁通量为零

B.交流电的频率是100Hz

C.0.01s时穿过线圈的磁通量变化率最大

D.0.02s时线框平面与中性面重合

13.如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑

动触头。来调节，在副线圈两端连接了定值电阻&和滑动变阻器R，P为滑动变阻

B.保持Q的位置不动，将P向下滑动时，电流表读数变大

C.保持P的位置不动，将。向上滑动时，&两端电压变小

D.保持P的位置不动，将Q向上滑动时，变压器输入功率变大

三、计算题(本大题共3小题，共40.0分)

14.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨岫、以竖直放置，导轨

间距离为L电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为尸、j—*―|

电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度-----------

方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为〃?、电阻可以忽略的J''\tl

金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接

触良好.已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求：

(1)磁感应强度的大小；

(2)灯泡正常发光时金属棒的运动速率。

15.如图所示，两根相距L=Izn的足够长的光滑金属导

轨，一组导轨水平，另一组导轨与水平面成37。角，

拐角处连接一阻值R=10的电阻。质量均为m=

2kg的金属细杆必、M与导轨垂直接触形成闭合回

路，导轨电阻不计，两杆的电阻均为R=10.整个装

置处于磁感应强度大小B=17、方向垂直于导轨平面的匀强磁场中。当油杆在平

行于水平导轨的拉力作用下沿导轨向右匀速运动时，〃杆静止。g=10m/s2,

sin37°=0.6,cos37°=0.8,求：

(1)水平拉力的功率；

(2)现让〃杆静止，求撤去拉力后ab杆产生的焦耳热。

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16.如图，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为仇

间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨

处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B,方向垂直于

导轨平面.在导轨上放置一质量为，〃的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中

保持与导轨垂直并良好接触.已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为小重力加速

度大小为0忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：

(1)电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；

(2)金属棒的速度大小随时间变化的关系.

答案和解析

1.【答案】B

【解析】

【分析】

当开关S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M端或N端，对实验结果均没有影

响。

【解答】

当开关S由断开状态拨至连接状态时.，不论拨至M端或N端，均会导致通电螺线管的

电流增大，根据右手螺旋定则可知，穿过通电螺线管的磁场在增强，那么导致圆环的磁

通量变大，从而由楞次定律可知圆环中产生感应电流，且又处于磁场中，则受到的安培

力作用，使它远离通电螺线管，即向右移动，故3正确，AC。错误；

故选：B。

2.【答案】D

【解析】解：由图可知，方形交流电源的有效值为小,

设该电阻阻值为R,则其在一个周期内产生的热量为：

、力.=孰

正弦式交流电的有效值为：

u

“=万0

故其一周期产生的热量为：

y止R2R

故有：Q方:Q正=2：

故。正确，ABC错误。

故选：Do

明确有效值的定义，知道正弦式交流电其最大值为有效值的近倍，再根据焦耳定律列

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式即可确定一周期内产生的热量比值。

本题考查对有效值以及焦耳定律的应用，要注意明确有效值是根据电流的热效应求解的,

而只有正弦式交流电才满足最大值为有效值的近倍。

3.【答案】D

【解析】解：A、由b图可知，线框进磁场时，感应电流的方向为顺时针，磁通量增加，

根据楞次定律得知磁感应强度的方向垂直纸面向外，故A错误；

BC、由图象可以看出，0.2-0.4s没有感应电动势，所以从开始到H进入磁场用时0.2s,

导线框匀速运动的速度为D=-=0.5m/s

根据E=知磁感应强度为B=-=0.2T,故BC错误;

D、在0.4—0.6s内，导线框所受的安培力为：F=BIL=q^=0.04N,故。正确。

故选：Do

根据线框匀速运动的位移和时间求出速度，读出感应电动势E,结合E=求出磁感

应强度。根据感应电流的方向，结合楞次定律得出磁场的方向。根据安培力公式得出导

线框所受的安培力。

解决该题需要掌握用楞次定律判断原磁场的方向，知道线框在不同时间段所处的位置，

熟记安培力以及感应电动势的求解公式。

4.【答案】D

【解析】解：设磁感应强度为B,线圈的速度为丫、电阻为R；

如果某时刻左边位于方向向外的磁场中、右边位于方向向里的磁场中，此时两边都切割

磁感应线，产生的感应电动势为：Ei=2BLv,

根据电流为：ii=^=等，根据右手定则可知电流方向为顺时针；

当左右两边都处于方向相同的磁场中时，感应电动势为零，感应电流为零；

当左边位于方向向里的磁场中、右边位于方向向外的磁场中，此时两边都切割磁感应线,

产生的感应电动势为：E2=2BLv,

根据电流为：i2=^=等，根据右手定则可知电流方向为逆时针。

KK

故。正确、ABC错误。

故选：D。

分析线圈前后两边分别处于不同磁场中切割磁感应线的情况，求出感应电动势大小，根

据闭合电路的欧姆定律求解感应电流大小，再根据右手定则分析感应电流方向，由此判

断。

本题主要是考查了法拉第电磁感应定律和右手定则判断感应电流的方向；对于导体切割

磁感应线产生的感应电动势可以根据E=BLu来计算；弄清楚线圈所处的位置不同产生

的感应电动势不一定相同。

5.【答案】A

【解析】解：在时间内可以判断出圆环区域内的感应电流方向为逆时针方向，且

大小不变，所以通过油导线的电流方向为从。到6,根据左手定则判断受到的安培力方

向为水平向右，大小恒定；同理可以判断出在(-7的时间内，在圆环区域内产生的感

应电流方向为顺时针方向，通过导线的电流方向为b-a,所以岫边受到的安培力方向

为水平向左，故A正确，BCD错误。

故选：Ao

先根据楞次定律判断出圆环区域内的感应电流方向，进而知道导线浦边中的电流方向，

然后用左手定则判断出浦边所受安培力的方向。

就是考察楞次定律和安培定则以及左手定则的灵活运用。要提别注意在0时间内虽

然磁场方向发生了变化，但是产生的磁感应电流的大小和方向都不变。

6.【答案】B

【解析】解：设变压器原、副线圈匝数之比为则可知，开关断开时，副线圈电流为

则根据理想变压器原理可知：部k=k(1)

同理可知，馈i=k(2)

代入数据联立解得：U=48/；

代入(1)式可得：

k=3；故B正确，AC£＞错误;

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故选：8。

变压器输入电压为U与电阻％两端电压的差值；再根据电流之比等于匝数的反比可求

得输出电流；根据电压之比等于匝数之比对两种情况列式，联立可求得U与/的关系；

则可求得线圈匝数之比。

本题考查理想变压器原理及应用，要注意明确电路结构，知道开关通断时电路的连接方

式；同时注意明确输入电压与总电压之间的关系。

7.【答案】C

【解析】解：AB、两灯泡均能正常发光，故流过两灯泡的电流相同，设灯泡的额定电

压为%,变压器原线圈两端的电压%=U-U。=7U0,副线圈两端的电压为无,故原、

副线圈匝数之比?=?=竽=：,故AB错误；

九2U?UQ1

C、原副线圈中电流之比?=中=灯泡消耗的功率P=%/,故不=?=也故C正确；

。、理想变压器输入功率和输出功率相同，故变压器的输入功率和输出功率之比是1:1,

故。错误；

故选：Co

两灯泡正常发光，说明两灯泡两端的电压相同，在原线圈中，输入电压。等于灯泡分得

的电压和原线圈分的电压之和，原副线圈电压值比与匝数成正比，电流值比与匝数成反

比，输入功率等于输出功率即可判断。

本题主要考查了理想变压器，关键是抓住灯泡正常发光，说明灯泡两端电压相同，根据

原副线圈两端电压电流与匝数的关系即可判断。

8.【答案】B

【解析】

【分析】

先根据磁通量公式计算两种情况下磁通量的变化量；再根据法拉第电磁感应定律，即可

求出电动势,然后结合闭合电路欧姆定律求得感应电流大小;依据电量的表达式q=〃求

出即可。

考查法拉第电磁感应定律与切割感应电动势的公式，掌握求解线圈的电量综合表达式的

含义是关键.

【解答】

设圆的半径为R,金属杆从。到S的过程中：△中=8ZkS=:BTTR2

三BR2

根据法拉第电磁感应定律有：F1441_.__

1-△£[一△«（

设回路的总电阻为r，第一次通过线圈某一横截面的电荷量为：qi=/]△□=^Ati=

吟①

磁感应强度的大小以一定的变化率从8增加到B'的过程中设时间为△勿，△中'=在"一

B）R2

第二次通过线圈某一横截面的电荷量为：q2=%△t2=卓=坡萨…②

由题，Qi=

联立①②③可得：*=|.故8正确，ACO错误，

故选：B。

9.【答案】B

【解析】

【分析】

由于在圆环内存在磁感应强度为B的匀强磁场，所以金属棒有效切割长度为r,根据感

应电动势的计算公式进行求解；微粒处于静止状态，根据平衡条件求解比荷；根据电功

率的计算公式求解电阻消耗的电功率；根据电容的定义式计算电容器所带的电荷量。

本题主要是考查电磁感应现象与电路的结合，对于导体切割磁感应线产生的感应电动势

情况有两种：一是导体平动切割产生的感应电动势，可以根据E=B加来计算；二是导

体棒转动切割磁感应线产生的感应电动势，可以根据E=来计算。

【解答】

A.由于在圆环内存在磁感应强度为8的匀强磁场，所以金属棒有效切割长度为r,根据

E=B却可得棒产生的电动势为^⑶/小故A错误；

氏微粒处于静止状态，根据平衡条件可得：q：=mg,解得微粒的电荷量与质量之比为

—~故B正确；

mBrza）

C.电阻消耗的电功率为P=^=史至，故C错误；

R4R

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。.电容器所带的电荷量为Q=CE=：CBr23,故£＞错误。

故选瓦

10.【答案】BD

【解析】解：A&P。突然向左运动，由右手定则可知，PQ切割磁感线产生的感应电

流沿：PQRS,即PQRS中电流沿顺时针方向；

由左手定则可知，则RS受到的安培力方向水平向左，故A错误，8正确；

CD、尸。RS中的电流产生的磁场向里虽然减小，但7中的合磁场向里却增大，根据楞次

定律可知，T中产的感应电流沿逆时针方向，故。正确，C错误；

故选：BD。

应用右手定则判断出PQ切割磁感线产生的感应电流方向；根据PQ的运动情况判断PQ

产生的感应电流如何变化，然后应用楞次定律判断T中感应电流的方向。

本题考查了感应电流的方向判断，两种方法：一种是右手定则，另一种是楞次定律。使

用楞次定律判断比较难，但是掌握它的核心也不会很难.

11.【答案】AC

【解析】解：A3、当导体棒以v匀速运动时受力平衡，则有：mgsinO=

当导体棒速度达到泄，产生的感应电动势为E=BL《T，导体棒中电流大小为/=p

导体棒受到的安培力大小为F=B1L=喑。

2R

由牛顿第二定律，mgsind-F=ma

联立解得a=£sin。，故4正确，8错误；

CD、当导体棒以2V的速度匀速运动时受力平衡，则有：F+mgsinO==卫

结合TngsiTiO—BLv,得：F~mgsind

R

拉力的功率为：P=F-2v=2mgvsine,故C正确，。错误。

故选：AC。

当导体棒速度达到;时，由法拉第电磁感应定律、欧姆定律和安培力公式尸=B/L求出安

培力大小，再由牛顿第二定律求加速度；导体棒最终匀速运动时受力平衡，由平衡条件

求出拉力尸大小，再由P=F。可求拉力的功率。

本题考查电磁感应与力学知识的综合应用，解决本题的关键要能熟练推导出安培力与速

度的关系，通过分析导体棒的受力，判断其运动规律，知道导体棒的合力为零时做匀速

直线运动，根据牛顿第二定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等知识进行求

解。

12.【答案】AC

【解析】解：AC、0.01s时线圈产生的感应电流最大，则感应电动势最大，则穿过线圈

的磁通量变化率最大，说明线圈平面与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，故AC正

确；

B、由题图乙可知，交变电流的周期7=0.02s,则频率f=*=^"z=50Hz,故B错

误；

。、0.02s时线圈产生的感应电流最大，则感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化率

最大，说明线圈平面与中性面垂直，故。错误；

故选：AC.

感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化率最大，穿过线圈的磁通量为零，此时线圈

平面与中性面垂直，据此判断AC。；

根据周期与频率的关系再结合乙图可求出交流电的频率。

本题考查了正弦式电流的图象。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。

13.【答案】BD

【解析】解：48.保持Q的位置不动，将P向下滑动时，变压器输出电压/不变，R减

小，变压器的输出电流/2增大，匝数比不变，则变压器输出电流A增大，故A错误，B

正确；

CD,保持P的位置不动，将Q向上滑动时，变压器输出电压”增大，则凡两端电压变大，

变压器输出功率02变大，则变压器输入功率匕变大，故c错误，。正确；

故选：BD。

保持。位置不动，则输出电压不变，保持P位置不动，则负载不变，再根据变压器的

特点分析。

本题的关键在于P位置不动时总电阻不变，Q不变时输出电压不变，完全利用变压器特

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点。

14.【答案】解：(1)设灯泡额定电流为/(,，有P=括/?...①

灯泡正常发光时，流经的电流/=2/0…②

速度最大时，重力等于安培力mg=BIL...@

由①②③解得B=翳/④

(2)灯泡正常发光时E=BLv…⑤

根据欧姆定律：E=I0R...@

联立①②④⑤⑥得v=竟。

答:(1)磁感应强度的大小为矍电；

(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率为白。

【解析】(1)根据灯泡正常发光求解电流强度，再根据安培力和重力相等求解磁感应强

度；

(2)根据闭合电路的欧姆定律求解速率。

本题为电磁感应与电路结合的题目，明确电路的结构，找出电源是解决此类问题的突破

口，并掌握平衡条件的应用。

15.【答案】解：(l)cd杆静止，由平衡条件可得mgsine=B1L,解得/=12A

因为两杆的电阻均为R，则通过油杆的电流为2/,

设油杆匀速运动的速度大小为Vo

由闭合电路欧姆定律得

c1BLV

21—得u=36m/s

水平拉力尸=B-2/L=1x2X12x1/V=24/V

故水平拉力的功率P=Fv=24x361V=864”

(2)撤去外力后岫杆在安培力作用下做减速运动，安培力做负功，先将棒的动能转化为

电能，再通过电流做功将电能转化为整个电路产生的焦耳热，即焦耳热等于杆的动能的

减小量，有Q=△Ek=|mv2=1