山东省青岛市莱西城关中学2021年高二物理期末试题含解析

山东省青岛市莱西城关中学2021年高二物理期末试题含解析一、选择题：本题共5小题，每小题3分，共计15分．每小题只有一个选项符合题意1.如图所示，x轴的上方有垂直纸面向里的匀强磁场，有两个质量相同、电量相等的带正、负电的离子(不计重力)，以相同速度从O点射入磁场中，射入方向与x轴正向夹角均为θ角。则下列关于正负离子在磁场中运动的说法正确的是(

)A．运动时间相同B．运动轨迹的半径相同C．回到x轴时速度大小和方向均相同D．回到x轴时距O点的距离相等参考答案：BCD2.（单选）如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞，使气缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性良好使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论中正确的是

A．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些；B．若外界大气压增大，则气缸的上底面距地面的高度将增大；C．若气温升高，则气缸的上底面距地面的高度将增大；D．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小。参考答案：C3.氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62eV～3.11eV。下列说法错误的是A．处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．从n=4能级向n=3能级跃迁时发出的光具有显著的热效应C．从n=2能级向n=1能级跃迁时发出的光为可见光D．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光参考答案：C4.（单选）某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（

）A．电源的内阻较大

B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大

D．线圈的自感系数较大参考答案：C5.如图所示，两块平行金属板M、N竖直放置，电压恒为U。一电子（不计重力）从N板静止释放，它运动到M板时速率为v。现将M板水平向右移动一段距离，再将电子从N板静止释放，下列判断正确的是(

)

A．金属板M、N的带电量不变

B．电子运动过程的加速度变大C．电子运动到M板所用的时间变短D．电子运动到M板时速率变小参考答案：BC二、填空题：本题共8小题，每小题2分，共计16分6.一正弦交流电的电压随时间变化规律如图所示，由图可知，该交流电的周期是

s，频率是

Hz，有效值是

V，电压瞬时值的表达式为

，每秒钟方向改变

次。若将该交流电压加在的电阻两端，则电阻消耗的功率是

W。参考答案：0.04

s，

25

Hz，

V，，

50次，

50W。7.某同学有一条打点计时器打出的小车运动的纸带如图所示.，取计数点A、B、C、D、E.每相邻两个计数点间还有4个实验点(图中未画出),已用刻度尺测量以A为起点,到B、C、D、E各点的距离且标在图上,则打纸带上C点时瞬时速度大小vC=

▲

m/s,纸带运动加速度的大小为a=

▲m/s2。参考答案：0.155

0.497每相邻两个计数点间还有4个实验点，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上D点时小车的瞬时速度大小，即设A到B之间的距离为x1，以后各段分别为x2、x3、x4，根据匀变速直线运动的推论公式可以求出加速度的大小，得：

、加速度为：。8.科学家通过长期研究,发现了电和磁的联系,其中最重要的两项研究如图所示.

①甲图是研究

现象的装置,根据这一现象,制成了____机。（“电动机”或“发电机”）②乙图是研究

现象的装置,根据这一现象,制成了

机。（“电动机”或“发电机”）参考答案：9.（4分）如右图所示，是研究平行板电容器电容的实验装置，其中极板A接地，极板B与静电计相接，静电计外壳也接地。在实验中，若将A极板稍向左移动一些，增大电容器两极板间的距离，电容器所带的电量可视为不变，这时可观察到静电计金属箔张角会_________；两极板间的距离增大后，两极板间的电场强度__________。（填“变大”“变小”或“不变”）参考答案：变大；

不变10.在真空中两个带等量异种的点电荷，电量均为2×10-8C，相距20cm，则它们之间的相互作用力为_________N。在两者连线的中点处，电场强度大小为_________N/C。参考答案：11.如图所示，理想变压器的原．副线圈匝数之比为n1∶n2=4∶1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b端加一交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA∶PB=________；两电阻两端的电压之比UA∶UB=_________。

参考答案：（1）2000v（2）99.5%（3）199：2212.一定质量的理想气体按图示过程变化，其中bc与V轴平行，cd与T轴平行，则b→c过程中气体的内能

（填“增加”“减小”或“不变”），气体的压强

（填“增加”“减小”或“不变”），表示等压变化过程的是

（选填“a→b”、“b→c”或“c→d”）．参考答案：不变；增加；a→b．【考点】理想气体的状态方程．【分析】由图象可知气体的变化过程，可知气体做等温变化，由理想气体的内能特点得出内能的变化；再由理想气体状态方程可得压强的变化．【解答】解：由图可知，b→c的过程中，气体的温度不变；而理想气体的内能只与温度有关，故气体的内能不变；由=C可知，温度不变，体积减小，故压强应增大；由=C可知，压强不变的时候，VT成正比，即为过原点的直线，所以等压变化过程的是a→b；故答案为：不变；增加；a→b．13.（6分）小张买了一只袖珍手电筒，用的是两节小的干电池。他取出手电筒中的小灯泡，看到上面标有“2.2V，0.25A”字样，小张认为产品设计者是想让小灯泡在这两节干电池的供电下正常发光，于是他推算出每一节干电池的内阻。若小张的判断是对的，则每一节干电池的内阻为

Ω.参考答案：1.6三、简答题：本题共2小题，每小题11分，共计22分14.（10分）如图是一列简谐横波在t=0时刻的图象,试根据图象回答(1)若波传播的方向沿x轴负方向,则P点处的质点振动方向是____________,R点处质点的振动方向是___________________.(2)若波传播的方向沿x轴正方向,则P、Q、R三个质点，_______质点最先回到平衡位置。(3)若波的速度为5m/s,则R质点的振动周期T=______s,请在给出的方格图中画出质点Q在t=0至t=2T内的振动图象。参考答案：(1)沿y轴正向,（2分）沿y轴负向（2分）(2)

P

（2分）

(3)

0.8（2分）振动图象如图所示（2分）

15.（9分）在《探究单摆周期与摆长的关系》实验中,要注意以下几点(1)摆的振幅不要太大.这是因为单摆只有当摆的振幅不大时,才能认为摆的振动是___________运动.(2)摆线要尽量选择__________、____________,并尽可能_____(填“长”、“短”)一些(3)摆球要尽量选择质量_____(填“大”、“小”)、体积小些的。(4)测量摆的振动周期时,在_________(填“摆球到达最高点”、“摆球经过平衡位置”)作为计时的开始与终止更好些。参考答案：(1)简谐（2分）(2)细一些、伸缩性小些，长（3分）（3）大（2分）（4）摆球经过平衡位置（2分）四、计算题：本题共3小题，共计47分16.（25分）如图所示，有二平行金属导轨，相距l，位于同一水平面内（图中纸面），处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向竖直向下（垂直纸面向里）．质量均为m的两金属杆ab和cd放在导轨上，与导轨垂直．初始时刻，金属杆ab和cd分别位于x=x0和x=0处．假设导轨及金属杆的电阻都为零，由两金属杆与导轨构成的回路的自感系数为L．今对金属杆ab施以沿导轨向右的瞬时冲量，使它获得初速．设导轨足够长，也足够大，在运动过程中，两金属杆之间距离的变化远小于两金属杆的初始间距，因而可以认为在杆运动过程中由两金属杆与导轨构成的回路的自感系数L是恒定不变的．杆与导轨之间摩擦可不计．求任意时刻两杆的位置xab和xcd以及由两杆和导轨构成的回路中的电流i三者各自随时间t的变化关系。参考答案：解析：解法Ⅰ：当金属杆ab获得沿x轴正方向的初速v0时，因切割磁力线而产生感应电动势，由两金属杆与导轨构成的回路中会出现感应电流．由于回路具有自感系数，感应电流的出现，又会在回路中产生自感电动势，自感电动势将阻碍电流的增大，所以，虽然回路的电阻为零，但回路的电流并不会趋向无限大，当回路中一旦有了电流，磁场作用于杆ab的安培力将使ab杆减速，作用于cd杆的安培力使cd杆运动．设在任意时刻t，ab杆和cd杆的速度分别为v1和v2（相对地面参考系S），当v1、v2为正时，表示速度沿x轴正方向；若规定逆时针方向为回路中电流和电动势的正方向，则因两杆作切割磁力线的运动而产生的感应电动势

(1)当回路中的电流i随时间的变化率为时，回路中的自感电动势

(2)根据欧姆定律，注意到回路没有电阻，有

(3)金属杆在导轨上运动过程中，两杆构成的系统受到的水平方向的合外力为零，系统的质心作匀速直线运动．设系统质心的速度为VC，有

(4)得

(5)VC方向与v0相同，沿x轴的正方向．现取一新的参考系，它与质心固连在一起，并把质心作为坐标原点，取坐标轴与x轴平行．设相对系，金属杆ab的速度为u，cd杆的速度为，则有

(6)

(7)因相对系，两杆的总动量为零，即有

(8)由(1)、(2)、(3)、(5)、(6)、(7)、(8)各式，得

(9)在系中，在t时刻，金属杆ab坐标为，在t＋Dt时刻，它的坐标为，则由速度的定义

(10)代入(9)式得

(11)若将视为i的函数，由（11）式知为常数，所以与i的关系可用一直线方程表示

(12)式中b为常数，其值待定．现已知在t＝0时刻，金属杆ab在系中的坐标＝，这时i=0，故得

(13)或

(14)表示t＝0时刻金属杆ab的位置．表示在任意时刻t，杆ab的位置，故就是杆ab在t时刻相对初始位置的位移，用X表示，

(15)当X>0时，ab杆位于其初始位置的右侧；当X<0时，ab杆位于其初始位置的左侧．代入(14)式，得

(16)这时作用于ab杆的安培力

(17)ab杆在初始位置右侧时，安培力的方向指向左侧；ab杆在初始位置左侧时，安培力的方向指向右侧，可知该安培力具有弹性力的性质．金属杆ab的运动是简谐振动，振动的周期

(18)在任意时刻t，ab杆离开其初始位置的位移

(19)A为简谐振动的振幅，j为初相位，都是待定的常量．通过参考圆可求得ab杆的振动速度

(20)

(19)、(20)式分别表示任意时刻ab杆离开初始位置的位移和运动速度．现已知在t＝0时刻，ab杆位于初始位置，即X=0速度故有解这两式，并注意到(18)式得

(21)

(22)由此得ab杆的位移（23）由(15)式可求得ab杆在系中的位置

(24)因相对质心，任意时刻ab杆和cd杆都在质心两侧，到质心的距离相等，故在系中，cd杆的位置

(25)相对地面参考系S，质心以的速度向右运动，并注意到（18）式，得ab杆在地面参考系中的位置

(26)cd杆在S系中的位置

（27）回路中的电流由(16)式得

(28)解法Ⅱ：当金属杆在磁场中运动时，因切割磁力线而产生感应电动势，回路中出现电流时，两金属杆都要受到安培力的作用，安培力使ab杆的速度改变，使cd杆运动．设任意时刻t，两杆的速度分别为v1和v2（相对地面参考系S），若规定逆时针方向为回路电动势和电流的正方向，则由两金属杆与导轨构成的回路中，因杆在磁场中运动而出现的感应电动势为

(1’)令u表示ab杆相对于cd杆的速度，有

(2’)当回路中的电流i变化时，回路中有自感电动势EL，其大小与电流的变化率成正比，即有

(3’)根据欧姆定律，注意到回路没有电阻，有

由式(2’)、(3’)两式得

(4’)设在t时刻，金属杆ab相对于cd杆的距离为，在t＋Dt时刻，ab相对于cd杆的距离为＋，则由速度的定义，有

(5’)代入()式得

(6’)若将视为i的函数，由(6’)式可知，为常量，所以与i的关系可以用一直线方程表示，即

(7’)式中b为常数，其值待定．现已知在t＝0时刻，金属杆ab相对于cd杆的距离为，这时i=0，故得

(8’)或

(9’)表示t＝0时刻金属杆ab相对于cd杆的位置．表示在任意时刻t时ab杆相对于cd杆的位置，故就是杆ab在t时刻相对于cd杆的相对位置相对于它们在t＝0时刻的相对位置的位移，即从t＝0到t＝t时间内ab杆相对于cd杆的位移

(10')于是有

(11’)任意时刻t，ab杆和cd杆因受安培力作用而分别有加速度aab和acd，由牛顿定律有

(12’)

(13’)两式相减并注意到()式得

(14’)式中为金属杆ab相对于cd杆的加速度，而X是ab杆相对cd杆相对位置的位移．是常数，表明这个相对运动是简谐振动，它的振动的周期

(15’)在任意时刻t，ab杆相对cd杆相对位置相对它们初始位置的位移

(16’)A为简谐振动的振幅，j为初相位，都是待定的常量．通过参考圆可求得X随时间的变化率即速度

(17’)现已知在t＝0时刻，杆位于初始位置，即X=0，速度故有解这两式，并注意到(15’)式得

由此得

(18’)因t=0时刻，cd杆位于x=0处，ab杆位于x=x0处，两者的相对位置由x0表示；设t时刻，cd杆位于x=xcd处，ab杆位于x=xab处，两者的相对位置由xab－xcd表示，故两杆的相对位置的位移又可表示为X=xab－xcd－x0

(19’)所以

(20’)(12’)和(13’)式相加,得由此可知，两杆速度之和为一常数即v0，所以两杆的位置xab和xcd之和应为xab＋xcd=x0＋v0t

(21’)由(20’)和(21’)式相加和