云南省玉溪市民中2017-2018学年高二下学期期中考试物理试题

云南省玉溪市民中学年下学期期中考试高二物理试题分卷I一、单选题(共5小题,每小题6.0分,共30分)1.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5Ω，外接一只电阻为95Ω的灯泡，如图乙所示，则()A．电压表的示数为220VB．电路中的电流方向每秒钟改变50次C．灯泡实际消耗的功率为484WD．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J【答案】D【解析】电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由题图知电动势的最大值Em＝220V，有效值E＝220V，灯泡两端电压U＝＝209V，A错；由题图甲知T＝0.02s，一个周期内电流方向改变两次，可知1s内电流方向变化100次，B错；灯泡的实际功率P＝＝W＝459.8W，C错；电流的有效值I＝＝2.2A，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Qr＝I2rt＝2.22×5×1J＝24.2J，D对．2.如图表示一交流电随时间而变化的图象．此交流电流的有效值是()A．5AB．5AC．4AD．3.5A【答案】B【解析】设某一导体的电阻为R，让此交流电通过该电阻．根据焦耳定律，前半个周期(＝0.01s)该电流产生的热量为(4A)2R，后半个周期(＝0.01s)的热量则为(3A)2R.在一个周期内(T＝0.02s)，交变电流通过电阻R产生的热量Q＝(4A)2R＋(3A)2R.设交流电的有效值为I，根据有效值的定义，I2RT＝Q＝(4A)2R＋(3A)2R，则有I＝5A．故选B.3.如图，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场；一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直；虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框．在t＝0时，导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向开始进入磁场区域，直到整个导线框离开磁场区域．以I表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正．下列表示I－t关系的图示中，可能正确的是：()A．B．C．D．【答案】C【解析】据右手定则得线框前条边刚进入磁场区域过程中感应电流为逆时针方向，且由E＝BLv知感应电流逐渐增大，当导线框的前条边完全进入磁场而后条边还未进入磁场的过程中，导线框中的电流恒定不变；之后，当导线框的前条边开始出磁场而后条边还未进磁场的过程中，线框中的电流开始逐渐减小，再后，当导线框的前条边出磁场、后条边开始进磁场的过程中线框中的电流大小继续减小，且减小的情况比前一阶段减小情况更快(因为前后两条边形成的电动势反向抵消)，直到电流减小到零，共4种情况，依此类推此后也是4种情况，C正确．4.金属圆环的圆心为O，金属棒Oa、Ob与金属环接触良好且可绕O在环上转动，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示，当外力使Oa顺时针方向加速转动时，在Oa追上Ob之前，Ob将()A．顺时针方向转动B．逆时针方向转动C．先顺时针方向转动，后逆时针方向转动D．先逆时针方向转动，后顺时针方向转动【答案】A【解析】根据楞次定律，感应电流的磁通量总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，aOb和优弧ab构成的平面的磁通量在减少，所以Ob顺时针转动以阻止磁通量的减少，aOb和劣弧ab构成的平面磁通量在增加，所以Ob顺时针方向转动以减少磁通量的增加，所以应选A.5.自感电动势的大小()A．跟通过线圈的电流大小成正比B．跟线圈中的磁通量变化的大小成正比C．跟线圈中的电流变化大小成正比D．跟线圈中的电流变化快慢成正比【答案】D【解析】自感电动势的大小与线圈中电流变化的快慢成正比，D选项正确．二、多选题(共4小题,每小题6.0分,共24分)6.(多选)如图是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R.下图是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变化的图象．关于这些图象，下列说法中正确的是()A．图甲是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况B．图乙是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况C．图丙是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况D．图丁是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况【答案】BC【解析】开关S由断开变为闭合瞬间，流过自感线圈的电流为零，流过传感器1、2的电流均为.闭合电路稳定后，流过传感器1的电流为，流过传感器2的电流为；开关断开后，流过传感器1的电流立即变为零，流过传感器2的电流方向相反，从逐渐变为零．7.(多选)两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻．将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好．导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示．除电阻R外其余电阻不计．现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则()A．释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度gB．金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为a→bC．金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为F安＝D．电阻R上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少【答案】AC【解析】在金属棒释放的瞬间，速度为零，不受安培力的作用，只受到重力，A对．由右手定则可得，电流的方向从b到a，B错．当速度为v时，产生的电动势为E＝BLv，受到的安培力为F安＝BIL，计算可得F安＝，C对．在运动的过程中，是弹簧的弹性势能、金属棒的重力势能和内能的转化，D错．8.(多选)边长为a的闭合金属正三角形框架，完全处于垂直于框架平面的匀强磁场中，现把框架匀速拉出磁场，如下图所示，则选项图中电动势、外力、外力功率与位置图象规律与这一过程不相符的是()A．B．C．D．【答案】ACD【解析】框架匀速拉出过程中，有效长度L均匀增加，由E＝BLv知，电动势均匀变大，A错，B对；因匀速运动，则F外＝F安＝BIL＝，故外力F外随位移x的增大而非线性增大，C错；外力功率P＝F外·v，v恒定不变，故P也随位移x的增大而非线性增大，D错．9.如图所示，竖直平行导轨间距l＝20cm，导轨顶端接有一开关S，导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R＝0.4Ω，质量m＝20g，导轨的电阻不计，电路中所接电阻为3R，整个装置处在与竖直平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度B＝1T，不计空气阻力，设导轨足够长，g取10m/s2，开始时，开关断开，当ab棒由静止下落3.2m时，突然接通开关，下列说法中正确的是()A．a点的电势高于b点的电势B．ab间的电压大小为1.2VC．ab间的电压大小为0.4VD．导体棒ab立即做匀速直线运动【答案】BD【解析】由右手定则可知，电流由a到b，故a点的电势低于b点的电势，故A错误；由机械能守恒定律可知：mgh＝mv2，解得：v＝＝m/s＝8m/s；感应电动势为：E＝Blv＝1×0.2×8＝1.6V；ab相当于电源，其两端的电势差为：U＝E＝1.2V，故B正确，C错误；接通开关时，导体棒受到的安培力为：F＝BIl＝1××0.2N＝0.2N；ab受到的重力为：G＝mg＝0.2N；故导体棒立即做匀速直线运动，故D正确．故选B、D.分卷II三、计算题10.如图所示，水平面上两平行光滑金属导轨间距为L，左端用导线连接阻值为R的电阻．在间距为d的虚线MN、PQ之间，存在方向垂直导轨平面向下的磁场，磁感应强度大小只随着与MN的距离变化而变化．质量为m、电阻为r的导体棒ab垂直导轨放置，在大小为F的水平恒力作用下由静止开始向右运动，到达虚线MN时的速度为v0.此后恰能以加速度a在磁场中做匀加速运动．导轨电阻不计，始终与导体棒接触良好．求：(1)导体棒开始运动的位置到MN的距离x；(2)磁场左边缘MN处的磁感应强度大小B；(3)导体棒通过磁场区域过程中，电阻R上产生的焦耳热QR.【答案】(1)x＝(2)(3)QR＝(F－ma)【解析】(1)导体棒在磁场外，由动能定理有Fx＝mv解得x＝.(2)导体棒刚进磁场时产生的电动势E＝BLv0由闭合电路欧姆定律有I＝又F安＝ILB由牛顿第二定律有F－F安＝ma解得B＝.(3)导体棒穿过磁场过程中，由牛顿第二定律有F－F安＝ma导体棒克服安培力做功W＝F安d电路中产生的焦耳热Q＝W电阻R上产生的焦耳热QR＝Q解得QR＝(F－ma)．11.内蒙古是我国北部的风能富集区，拥有得天独厚的风力资源．为了有效地利用自然环保能源，缓解城市用电压力，在2008年北京奥运会之前分两期兴建了总装机容量为1.2×105千瓦的风力发电厂．建成后，采用120kV电压向北京输电．如果从内蒙古到北京的输电线电阻的总阻值约为5Ω.(1)求输电导线损耗的功率；(2)把输电电压提高到240kV时，求输电导线损耗的功率．【答案】(1)5×106W(2)1.25×106W【解析】(1)I＝＝A＝103A，P＝I2R＝(103)2×5W＝5×106W，(2)I′＝＝A＝500A，P＝I′2R＝(500)2×5W＝1.25×106W.12.如图所示，固定于水平面上的金属框架MDEN处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式．【答案】B＝【解析】要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线框平面的磁通量不发生变化．在t＝0时刻，穿过线框平面的磁通量Φ1＝B0S＝B0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时磁通量为Φ2＝Bl(l＋vt)由Φ1＝Φ2得：B＝.13.如图所示，在距离水平地面h＝0.8m的虚线的上方，有一个方向垂直于纸面水平向里的匀强磁场．正方形线框abcd的边长l＝0.2m，质量m＝0.1kg，电阻R＝0.08Ω.一条不可伸长的轻绳绕过轻光滑滑轮，一端连线框，另一端连一质量M＝0.2kg的物体A(A未在磁场中)．开始时线框的cd边在地面上，各段绳都处于伸直状态，从如图所示的位置由静止释放物体A，一段时间后线框进入磁场运动，已知线框的ab边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动．当线框的cd边进入磁场时物体A恰好落地，此时将轻绳剪断，线框继续上升一段时间后开始下落，最后落至地面．整个过程线框没有转动，线框平面始终处于纸面内，g取10m/s2.求：(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小．(2)线框从开始运动至到达最高点，用了多长时间？(3)线框落地时的速度多大？【答案】(1)1T(2)0.9s(3)4m/s【解析】(1)设线框到达磁场边界时速度大小为v，由机械能守恒定律可得：Mg(h－l)＝mg(h－l)＋(M＋m)v2代入数据解得：v＝2m/s线框的ab边刚进入磁场时，感应电流：I＝线框恰好做匀速运动，有：Mg＝mg＋IBl代入数据解得：B＝1T.(2)设线框进入磁场之前运动时间为t1，有：h－l＝vt1代入数据解得：t1＝0.6s线框进入磁场过程做匀速运动，所用时间：t2＝＝0.1s此后轻绳拉力消失，线框做竖直上抛运动，到达最高点时所用时间：t3＝＝0.2s线框从开始运动至到达最高点，所用时间：t＝t1＋t2＋t3＝0.9s(3)线框从最高点下落至磁场边界时速度大小为2m/s，线框所受安培力大小也不变，即IBl＝(M－m)g因此，线框穿出磁场过程还是做匀速运动，离开磁场后做竖直下抛运动．由机械能守恒定律可得：mv＝mv2＋mg(h－l)代入数据解得线框落地时的速度：v1＝4m/s.五、填空题(共4小题,每小题5.0分,共20分)14.如图所示为我国某中学一教室墙上有一朝南的窗户，窗高为1.2m，宽0.75m，边缘部分是不锈钢材质．已知该处地磁场的磁感强度的水平分量为5×10－5T，则穿过该窗框平面的磁通量为__________Wb；当把钢窗由左侧向内拉开(如图所示)时，窗框中的感应电流方向是____________．(从拉窗人的角度来看是“顺时针”还是“逆时针”)【答案】4.5×10－5逆时针【解析】穿过该窗框平面的磁通量为Φ＝B水平S＝5×10－5×1.2×0.75＝4.5×10－5Wb.当把钢窗由左侧向内拉开，磁通量减少，窗框中产生感应电流，感应电流所形成的磁场与原磁场方向相同，根据楞次定律可知感应电流方向为逆时针．15.把一个矩形线圈从有理想边界的匀强磁场中匀速拉出(如图所示)，第一次速度为v1，第二次速度为v2且v2＝2v1，则两种情况下拉力做的功之比W1∶W2＝________，拉力的功率之比P1∶P2＝________，线圈中产生热量之比Q1∶Q2＝________.【答案】1∶21∶41∶2【解析】设线圈的ab边长为l，bc边长为l′，整个线圈的电阻为R，把ab边拉出磁场时，cd边以速度v匀速运动切割磁感线，产生感应电动势E＝Blv.其电流方向从c指向d，线圈中形成的感应电流I＝＝，cd边所受的安培力F＝BIl＝，为了维持线圈匀速运动，所需拉力大小为F′＝F＝，因此拉出线圈过程中拉力的功W＝F′l′＝v(W∝v)，拉力的功率P＝F′v＝v2(P∝v2)，线圈中产生的热