黑龙江省大庆铁人中学2021-2022学年高二下学期开学考试物理试题

铁人中学2020 级高二下学期开学考试 物理试题 试题说明：1．本试题满分110 分，答题时间90 分钟。 2．请将答案填写在答题卡上，考试结束后只交答题卡。 一、选择题（本题共12 题，每小题5 分，1 至7 小题为单选题，8 至12 小题为多选题，多选半对 得3 分，共60 分） 1．图1 中的通电导线在磁场中受力分析正确的是( ) 图1 2.两根互相垂直的绝缘通电长直导线放在水平面上,两个相同的闭合圆形线圈 a、b 放在同一水平面上,两线圈的圆心到两导线的距离都相等.设两直导线中的 电流大小相等,方向如图2 所示.若两直导线中的电流以相同的变化率均匀减小, 则下列说法正确的是( ) A.a 中有顺时针方向的感应电流,b 中无感应电流 B.a 中有逆时针方向的感应电流,b 中无感应电流 C.a 中无感应电流,b 中有顺时针方向的感应电流 D.a 中无感应电流,b 中有逆时针方向的感应电流 3.如图3 所示,三根长为L 的通电导线在空间构成等边三角形,电流的 方向垂直于纸面向里,电流大小均为I,其中A、B 在C 处产生的磁感应 强度的大小均为B0,导线C 位于水平面上且处于静止状态,则导线C 受 到的静摩擦力的大小和方向是 ( ) A.B0IL,水平向左 B.B0IL,水平向右 C.B0IL,水平向左 D.B0IL,水平向右 4.如图4 所示,半径为r 的金属圆盘在垂直于盘面、磁感应强度为B 的 匀强磁场中绕O 以角速度ω 沿逆时针方向匀速转动,金属圆盘的电阻不计, 则通过阻值为R 的电阻的电流的大小和方向是( ) A.I=,由d 到c B.I=,由c 到d C.I=,由d 到c D.I=,由c 到d 5.如图5 所示,MN、PQ 为光滑金属导轨,磁场垂直于导轨平面,C 为 电容器,导体棒ab 垂直跨接在导轨之间,原来ab 静止,C 不带电.现给导体棒ab 一初速度v0,则导体棒( ) A.做匀速运动 B.做匀减速运动 C.做加速度减小的减速运动,最后静止 D.做加速度减小的减速运动,最后匀速运动 6．如图6 所示，abcd 为水平放置的平行“ ”形光滑金属导轨，间距为l，导轨间有垂直于导轨平 面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计．已知金属杆MN 倾斜放置，与导轨成θ 角， 单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v 沿平行于cd 的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触 良好，导轨电阻忽略不计)．则( ) A．电路中感应电动势的大小为 B．电路中感应电流的大小为 C．金属杆所受安培力的大小为 D．金属杆的发热功率为 7.如图7-1 所示，有两个相邻的有界匀强磁场区域，磁感应强度的大小均为B，磁场方向相反，且 与纸面垂直，磁场区域在x 轴方向宽度均为a，在y 轴方向足够宽。现有一高为a 的正三角形导线 框从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域。若以逆时针方向为电流的正方向，在图7-2 中，线框中 感应电流i 与线框移动距离x 的关系图象正确的是（ ） 8.如图8 所示,从一粒子源 O 发出质量相等的三种粒子,以相同的速度垂直射入匀 强磁场中,结果分成了a、b、c 三束.下列说法正确的是( ) A.a 粒子带正电,b 粒子不带电,c 粒子带负电 B.a 粒子带负电,b 粒子不带电,c 粒子带正电 C.a、c 带的电荷量的大小关系为 qa<qc D.a、c 带的电荷量的大小关系为 qa>qc 9.如图9 所示,A、B 两个闭合单匝线圈用完全相同的导线制成,半径 rA=3rB,图示区域内有匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀减小,则( ) A.A、B 线圈中产生的感应电动势之比EA E ∶ B=3∶1 B.A、B 线圈中产生的感应电动势之比EA E ∶ B=9∶1 C.A、B 线圈中产生的感应电流之比IA I ∶B=3∶1 D.A、B 线圈中产生的感应电流之比IA I ∶B=1∶1 10.如图10 所示的圆形区域内有匀强磁场,方向垂直于纸面向里, 有一束 图2 图3 图4 图5 图6 a a a v B B 图7-1 图7-2 A i 3a a -I0 2a I0 O x B i 3a a -I0 2a I0 O x x -2I0 i 3a 2a I0 O C a x I0 i 3a 2a a D O 2I0 -I0 图8 图9 图10 速率各不相同的质子自A 点沿半径方向射入磁场,这些质子在磁场中( ) A.运动时间越长,其轨迹对应的弦长越小 B.运动时间越长,其轨迹越长 C.运动时间越短,射出磁场区域时的速度越小 D.运动时间越短,射出磁场区域时速度的偏转角越小 11.在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变 形的单匝金属圆线圈，线圈所围的面积为0.1m2， 线圈电阻为1Ω．规定线圈中感应电流I 的正方向 从上往下看是顺时针方向，如图11-1 所示．磁场 的磁感应强度B 随t 的变化规律如图11-2 所示．则 以下说法正确的是( ) A．在时间0～5s 内I 的最大值为0.1A B．在时间0～5s 内I 的方向先逆时针后顺时针 C．在时间0～5s 内，线圈最大发热功率为1.0×10-4w D．在时间0～5s 内，通过线圈某截面的总电量为零 12.如图12，一个质量为m、带电量为+q 的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆 处于磁感应强度为B 的匀强磁场中．现给圆环一个水平向右的初速度v0，在以后的运动中下列说 法正确的是（ ） A． 圆环可能做匀减速运动 B． 圆环可能做匀速直线运动 C． 圆环克服摩擦力所做的功可能为mv0 2 D． 圆环克服摩擦力所做的功可能为mv0 2﹣ 二、实验题（本题共2 小题，共12 分） 13.(4 分)如图13 所示是“探究影响通电导线受力的因素”的实验装置图,三块相同的蹄形磁铁并列 放置,可以认为磁极间的磁场是均匀的.实验时,先保持导体棒通电部分的长度不变,改变电流的大小; 然后保持电流的大小不变,改变导体棒通电部分的长度.每次实验中导体棒在磁场内同一位置平衡时, 悬线与竖直方向的夹角记为θ. (1)下列说法正确的是 (不定项选择，填选项前的字母). A.该实验探究了导体棒通电部分长度和电流大小对安培力的影响 B.该实验探究了磁感应强度大小以及通电导体棒长度对安培力的影响 C.如果想增大θ,可以把磁铁的N 极和S 极对调 D.如果想减小θ,可以把接入电路的导体棒从①、④两端换成②、③两端 (2)若当电流为I 且接通②、③时,导体棒受到的安培力为F,则当电流减半且接通①、④时,导体棒的 安培力为 . 14.(8 分)在“探究电磁感应现象”的实验中: (1)首先要确定电流表指针偏转方向与电流方向间的关系,实验中所用电流表量程为0~100 μA,电源 电动势为1.5 V,待选的保护电阻有R1=20 kΩ、R2=1 kΩ、R3=100 Ω 三种,应选用阻值为 的电 阻. (2)已测得电流表指针向右偏时,电流是由正接线柱流入.由于某种原因,螺线管线圈绕线标识没有了, 通过实验查找绕线方向如图14-1 所示,当磁铁N 极插入线圈时,电流表指针向左偏,则线圈的绕线方 向是图14-2 中的 (选填“甲”或“乙”). (3)若将条形磁铁的S 极放在下端,从螺线管中拔出,这时电流表的指针应向 (选填“左”或 “右”)偏. (4)若将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关按图14-3 连接.在开关闭合 后,线圈A 放在线圈B 中的情况下,某同学发现,当他将滑动变阻器的滑片P 向左加速滑动时,电流表 指针向右偏转.由此可以推断,线圈A 中铁芯向上拔出,能引起电流表指针向 (选填“左”或 “右”)偏转. 图13 图14-1 图14-2 图14-3 B 图11-1 I B ／ T t/s O 图11-2 2 3 4 5 1 1 . 0 图12 v o +q B 三、计算题（共38 分。第15 题10 分，第16 题12 分，第17 题16 分） 15.(10 分)如图15 所示,两个光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计)相距L=50 cm,导体棒AB 长度与 导轨间距相同,其电阻为r=1 Ω,且可以在光滑金属导轨上滑动,定值电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,整个装置放 在磁感应强度B=1.0 T 的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向里.现用外力F 拉着AB 向右以v=5 m/s 的速度做匀速运动. (1)求导体棒AB 上产生的感应电动势E 和AB 棒上的感应电流方向; (2)求导体棒AB 两端的电压U; (3)若图中的电容器的电容C 为0.3 μF,则其充电电荷量是多少?经过一 定时间撤去导体棒,从撤去到稳定,通过电阻R2的电荷量是多少? 16.(12 分)如图16 所示,在xOy 坐标系的0≤y≤d 的区域内分布着沿y 轴正方向的匀强电场,在d≤y≤2d 的区域内分布着垂直于xOy 平面向里的匀强磁场,MN 为电场和磁场的交界,ab 为磁场的上边界.现从 原点O 处沿x 轴正方向发射出速率为v0、比荷为k 的带正电粒子,粒子运动轨迹恰好与ab 相切并返 回电场.已知电场强度E= ，不计粒子重力和粒子间的相互作用. (1)求粒子第一次穿过MN 时的速度; (2)求磁场的磁感应强度B 的大小; (3)求粒子从发射到第二次穿过MN 时运动的时间. 17.（16 分）如图17，间距为L 的光滑金属导轨，半径 为r 的圆弧部分竖直放置、直的部分固定于水平地面， MNQP 范围内有磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。金属棒ab 和cd 垂直导轨放置且 接触良好，cd 静止在磁场中，ab 从圆弧导轨的顶端由静止释放，进入磁场后与cd 在运动中始终不 接触。已知两根导体棒的质量均为m、电阻均为R。金属 导轨电阻不计，重力加速度为g。求： (1)ab 棒到达圆弧底端时轨道对其的支持力大小； (2)当ab 棒速度变为 3 4 √2gr 时，cd 棒加速度 的大小（此时两棒均未离开磁场）； (3)若cd 棒以 1 4 √2gr 离开磁场，已知从cd 棒开始运动到其离开磁场一段时间后，通过cd 棒的电 荷量为q，求此过程系统产生的焦耳热是多少。(此过程ab 棒始终在磁场中运动) 图15 图16 图17 b a c d B r M N P Q L 铁人中学2020 级高二下学期开学考试 物理试题答案 一、选择题（本题共12 题，每小题5 分，1 至7 小题为单选题，8 至12 小题为多选题，多选半对 得3 分，共60 分） 1.C [解析] 由左手定则判断通电导线在磁场中的受力,C 正确. 2.D [解析] 由安培定则可知通电导线产生的磁场方向,根据叠加原理可知a 所在区域的两个磁场方 向相反,穿过a 的磁通量为0 且保持不变,所以a 中无感应电流;b 所在区域两个磁场方向相同,合磁场 不为零,当电流减小时,b 中磁通量减小,根据楞次定律可知b 中有逆时针 方向的感应电流. 3.B [解析] A、B 在C 处产生的磁感应强度的大小均为B0,根据平行四 边形定则可知BC=B0,由左手定则可知,安培力方向水平向左,大小为 F A=B0IL,由于导线C 位于水平面上且处于静止状态,所以导线C 受到的静 摩擦力大小为B0IL,方向水平向右,故B 正确. 4.C [解析] 金属圆盘在匀强磁场中匀速转动,可以等效为无数根长为r 的导体棒绕O 做匀速圆周运动,其产生的感应电动势大小为E=,由右手定则可知,其方向指向O,所以 通过电阻的电流大小为I=,方向由d 到c,故C 正确,A、B、D 错误. 5.D [解析] ab 棒切割磁感线,产生感应电动势,给电容器充电,同时ab 棒在安培力作用下减速,当电 容器两极板间电压与ab 棒的电动势相等时,充电电流为零,安培力为零,ab 棒做匀速运动,D 正确. 6.B 解析 电路中的感应电动势E＝Blv，感应电流I＝＝＝，故A 错误，B 正确；金属杆所受安培 力大小F＝BI＝，故C 错误；金属杆的发热功率P＝I2R＝I2 r＝，故D 错误． 7.C 8.AC [解析] 带电粒子在磁场中若受洛伦兹力则做曲线运动,因b 运动方向不变,即不受洛伦兹力,所 以不带电,由左手定则可知,a 带正电,c 带负电,故A 正确,B 错误;由洛伦兹力提供向心力,有Bqv=mv 2 r , 解得q=mv Br ,由图可知rc<ra,则qc>qa,故D 错误,C 正确. 9.BC [解析] 根据法拉第电磁感应定律E=n ΔΦ Δt =nπr2 Δ B Δt ,则E A EB =r A 2 rB 2 =\(3rB \) 2 rB 2 =9 1 ,故B 正确、A 错误;设线圈单位长度的电阻为R,根据闭合电路的欧姆定律得I= E 2 prR ,则I A I B = E A EB ×rB r A =9 1 ×1 3 =3 1 , 故C 正确,D 错误. 10.AD [解析] 设磁场区域半径为R,轨迹的圆心角为α,根据推论可知,质 子在磁场中的偏转角等于轨迹的圆心角α,由t=T 可知,在磁场中运动的 时间越长,则轨迹对应的偏转角越大,圆心角越大,故D 正确; 弦长L=2Rcos,质子运动的时间越长,则α 越大,弦长越小,故A 正确;质子 运动的轨迹长度s=rα= R tan a 2 ·α,质子运动的时间越长,则α 越大,s 越短,故 B 错误;质子在磁场中运动的时间为t=T,轨迹半径r= R tan a 2 ,质子运动的时间越短,则α 越小,r 越大,由 r=mv qB 可知,速度v 越大,故C 错误. 11.CD 12.BCD．分析： 圆环向右运动的过程中可能受到重力、洛伦兹力、杆的支持力和摩擦力，根据圆 环初速度的情况，分析洛伦力与重力大小关系可知：圆环可能做匀速直线运动，或者减速运动到 静止，或者先减速后匀速运动，根据动能定理分析圆环克服摩擦力所做的功． 解：A、当qv0B＜mg 时，圆环做减速运动到静止，速度在减小，洛伦兹力减小，杆的支持力和摩 擦力都发生变化，所以不可能做匀减速运动，故A 错误 B、当qv0B=mg 时，圆环不受支持力和摩擦力，做匀速直线运动，故B 正确 C、当qv0B＜mg 时，圆环做减速运动到静止，只有摩擦力做功．根据动能定理得 W=0 mv ﹣ ﹣ 0 2 得W=mv0 2， 当qv0B＞mg 时，圆环先做减速运动，当qvB=mg 时，不受摩擦力，做匀速直线运动． 当qvB=mg 时得v= 根据动能定理得﹣W= mv2 mv ﹣ 0 2 代入解得W=mv0 2﹣，故C D 正确 二、实验题（本题共2 小题，共12 分） 13.(1)AD (2)F [解析] (1)该实验探究了导体棒通电部分长度和电流大小对安培力的影响,故A、B 错误;把磁铁的N 极和S 极对调,不改变B 的大小,故F 不变,故C 错误;把接入电路的导体棒从①、④两端换成②、③ 两端,则L 减小,故安培力F 减小,故D 正确. (2)若把电流为I 且接通②、③时,导体棒受到的安培力记为F;则当电流减半且接通①、④时,导体棒 的安培力为F'=B× I 2 ×3L=BIL=F. 14.(1)20 kΩ (2)甲 (3)左 (4)右 [解析] (1)由闭合电路欧姆定律得R= E I g = 1.5 100×10 -6 Ω=15×103 Ω,由于R1>R,不会使电流超过电流 表的最大测量值,达到保护电路的作用,所以选用20 kΩ 的电阻. (2)已测得电流表指针向右偏时,电流是由正接线柱流入,当磁铁N 极插入线圈时,根据楞次定律可知, 感应电流的磁场阻碍磁通量的增加,螺线管上端应为N 极,下端为S 极,由于电流表指针向左偏,可知 电流是由电流表正接线柱流出至螺线管上端接线柱,由安培定则可判断螺线管的绕线方向如图甲所 示. (3)若将条形磁铁的S 极放在下端,从螺线管中拨出,则感应电流的磁场方向向上,由螺线管的绕线方 向可以判定,电流是从电流表的负接线柱流入,故指针向左偏. (4)当P 向左加速滑动时,线圈A 中的电流应越来越小,则其磁场减弱,此时线圈B 中产生的电流使指 针向右偏转,由此可知,当B 中的磁通量减小时,电流表指针向右偏;当将线圈A 中铁芯向上拔出的过 程中,穿过线圈B 的磁通量减小,电流表指针向右偏转. 三、计算题（共38 分。第15 题10 分，第16 题12 分，第17 题16 分） 15.(1)2.5 V B 到A (2) V (3)5×10-7 C ×10-7 C [解析] (1)导体棒AB 产生的感应电动势E=BLv=2.5 V 由右手定则得,AB 棒上的感应电流方向是B 到A. (2)外电路电阻R 并= R1 R2 R1+R2 =2 Ω,总电流I= E R并+r = A, 导体棒AB 两端的电压U=I·R 并= V (3)电容器充电电荷量Q=CU=5×10-7 C 从撤去到稳定,通过电阻R2的电荷量是QR2= R1 R1+R2 Q=×10-7 C. 16.(1)2v0,方向与水平方向成60°角斜向右上 (2) (3) [解析] (1)粒子从原点O 处沿x 轴正方向发射,在电场中做类平抛运动,由动能定理得qEd=mv2-mv0 2 将=k,E=代入,解得v=2v0 粒子运动轨迹如图所示 图中cos θ=v0 v = 解得θ=60°. 即粒子第一次穿过MN 时的速度为2v0,方向与水平方向成60°角斜向右上. (2)根据几何关系可知R+Rcos θ=d 得R=d 磁场中做匀速圆周运动qvB=m 解得B= (3)粒子在电场中d=at1 2 t1= 联立解得粒子运动的周期T== 故粒子在磁场中运动的时间为t2=T= 粒子从发射到第二次穿过MN 时运动的时间t=t1+t2 t= + 17. （1）3mg （2） B2 L2 4 Rm √2gr （3） Q=BLq√2gr －1 16 mgr －B2 L2q2 2m 解析：（1）设ab 到达圆弧底端时受到的支持力大小为N，ab 下滑机械能守恒， 有： mgr=1 2×mv o2 （1 分） v0=√2gr 由牛顿第二定律： N−mg= mv o2 r ；（1 分） N=3mg （1 分） （2）设ab 棒的速度 时， cd 棒的速度为v' 由动量守恒定律： 得（1 分） v '= 1 4 √2gr （1 分） ab 棒电动势Eab=BLvab （1 分） cd 棒电动势Ecd=BLv' （1 分） 回路中电流I＝ Eab−Ecd 2 R （1 分） 代入数据解得 I＝ BL 4 R √2gr 此时cd 棒所受安培力 F=BIL （1 分） 此时cd 棒加速度为 a= F m （1 分） 解得a = B2 L2 4 Rm √2