【解析】河北省衡水中学2013-2014学年高二上学期期中考试 物理试题

【解析】河北省衡水中学2013-2014学年高二上学期期中考试

物理试题

本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。第Ⅰ卷共6页，第Ⅱ卷共4页。共110分。考试时间110分钟。

第Ⅰ卷（选择题共56分）

注意事项：1.答卷Ⅰ前，考生务必将自己的姓名、准考证号、考试科目用铅笔涂写在答题卡上。

2.答卷Ⅰ时，每小题选出答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂

黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案。不能答在试题卷上。

一、选择题（每小题4分，部分得分2分，共56分。下列每小题所给选项至少有一项符合题

意，请将正确答案的序号填涂在答题卡上）

1．自然界中某个量D的变化量△D，与发生这个变化所用时间△t的比值，叫做这个量D的变化率。下列说法正确的是（）

A．若D表示某质点做匀速直线运动的位移，则是变化的

B．若D表示某质点做平抛运动的速度，则是恒定不变的

C．若D表示通入某线圈的电流，越大，则线圈中的自感电动势越大

D．若D表示穿过某线圈的磁通量，越大，则线圈中的感应电动势不变

【答案】BC

2．如右图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B＝1 T的匀强磁场中，CO间距离为10 cm，当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为()

A．电流方向C→O B．电流方向O→C

C．电流大小为1 A D．电流大小为0.5 A

【答案】B

3. 有一只粗细均匀、直径为d、电阻为r的光滑金属圆环水平放置在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，其俯视图如图所示.一根长为d、电阻为r/2的金属棒始终紧贴圆环以速度v匀速平动，当ab棒运动到圆环的直径位置时，说法正确的是（）

A.ab

B.ab

C.ab

D.外力对ab

【答案】B

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；电功、电功率．

4．有一个垂直于纸面的匀强磁场，它的边界MN 左侧为无场区，右侧是匀强磁场区域，如图（甲）所示，现让一个金属线框在纸平面内以垂直于MN 的恒定速度从MN 左侧进入匀强磁场区域，线框中的电流随时间变化的i －t 图象如右图（乙）所示，则进入磁场区域的金属线框可能是下图的（ ）

【答案】BC

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；法拉第电磁感应定律．

由于B 、v 、R 是定值，则导体棒的有效长度L 应先变长，然后不变，最后变短，且L 随时间均匀变化，即L 与时间t 成正比．

A 、闭合圆环匀速进入磁场时，有效长度L 先变大，后变小，但L 不随时间均匀变化，不符合题意，故A 错误；

B 、正六边形线框进入磁场时，有效长度L 先变大，然后不变，最后变小，故B 正确；

C 、梯形线框匀速进入磁场时，有效长度L 先均匀增加，后不变，最后均匀减小，故C 正确；

D、三角形线框匀速进入磁场时，有效长度L先增加，后减小，且随时间均匀变化，故D错误；

5．如图所示的电路中，电键S闭合且电路达到稳定时，流过灯泡L1和灯泡L2的电流分别为I1和I2，在电键S切断的瞬间，为使小灯泡L2能比原来更亮一些，然后逐渐熄灭，应( )

A．必须使I2?I1

B．与I1、I2大小无关，但必须使线圈自感系数L足够大

C．自感系数L越大，切断时间越短，则I2也越大

D．不论自感系数L多大，电键S切断瞬间I1只能减小，不会增大

【答案】AD

【考点】自感现象的应用

【解析】当断开电键，因为线圈阻碍作用，回路电流不会立即消失，因为线圈阻碍电流的减L的电流不会立即消失，会从原来的大小慢慢减小，而且2L和1L构成回路，小，所以通过

2

L的电流也流过1L，所以2I成反向，且为使小灯泡能比原来更亮一些，必须使通过

2

I I<．选项AD正确

21

6. 如图所示，边长为L的正方形金属框，匝数为n,质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘，金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外．磁场随时间变化规律为B＝kt(k>0)，已知细线所能承受的最大拉力为2mg，下列说法正确的是（）

A.线圈的感应电动势大小为n

B.细绳拉力最大时，金属框受到的安培力大小为mg ；

C.从t＝0

D.以上说法均不正确

【答案】AB

【考点】法拉第电磁感应定律；安培力．

7.光滑平行金属导轨MN 、PQ 所在平面与水平面成θ角，M 、P 两端接有阻值为R 的定值电阻。阻值为r 的金属棒ab 垂直导轨放置，其它部分电阻不计。整个装置处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。从t = 0时刻开始棒受到一个平行于导轨向上的外力F ，由静止开始沿导轨向上运动，运动中棒始终与导轨垂直，且接触良好，通过R 的感应电流随时间t 变化的图象如图2所示。下面分别给出了穿过回路abPM 的磁通量Φ、磁通量的变化率Δt

ΔΦ

、棒两端的电势差ab U 和通过棒的电荷量q 随时间变化的图象，其中正确的是

【答案】B

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；磁通量；法拉第电磁感应定律． 【解析】解：回路中的感应电动势为：E t ?Φ=?,感应电流为：E I R tR

?Φ

==?,由图可知：I kt =,即

kt tR ?Φ=?，故有：ktR t

?Φ

=?，所以图象B 正确； 由于产生的感应电动势是逐渐增大的，而A 图描述磁通量与时间关系中斜率不变，产生的感应电动势不变，故AC 错误；

通过导体棒的电量为：2

Q It k t ==，故Q-t 图象为双曲线，并非过原点的直线，故D 错误．

8．如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件（不分得电压）实现了无级调节亮度．给该台灯接220 V 的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为（ ）

A ．220 V

B ．110 V

C.220

2 V

D.1102

V

【答案】C

【考点】正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率．

【解析】设交流电的有效值为U ，将交流电与直流电分别通过相同电阻R ，分析一个周期内热量：

解得：U =

9．如图所示，在磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，有两根竖直放置的平行金属导轨，顶端用一电阻R 相连，两导轨所在的竖直平面与磁场方向垂直．一根金属棒ab 以初速度v 0沿导轨竖直向上运动，到某一高度后又向下运动返回到原出发点．整个过程中金属棒与导轨保持垂直且接触良好，导轨与棒间的摩擦及它们的电阻均可忽略不计．则在金属棒整个上行与整个下行的两个过程中，下列说法正确的是 （ ）

A ．回到出发点的速度v 等于初速度v 0

B ．上行过程中通过R 的电量等于下行过程中通过R 的电量

C ．上行过程中安培力做负功，下行过程中安培力做正功

D ．上行过程中R 上产生的热量大于下行过程中R 上产生的热量 【答案】BD

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化．

【解析】A 、从出发点上升到回到出发点，根据能量守恒得，重力势能不变，内能增加，则动能减小，所以回到出发点的速度小于初速度．故A 错误． B 、上升过程中和下落过程中，根据E t

?Φ

=?，E q I t t R R ?Φ=?=?=，上升和下落过程中磁

通量的变化相等，故B 正确．

C 、整个过程中安培力都是做负功，因为整个过程中都有热量放出。

D 、根据能量守恒得，除最高点外，在任何一个位置，上升到此位置的速度大于下落到此位置的速度，知在任何一个位置，上升到此位置的电流大于下降到此位置的电流，根据2

Q Rt I =得，上升过程中产生的热量大于下降过程中产生的热量．故D 正确．

10．现将一边长为l 、在如图所示的两平行虚线之间存在着垂直纸面向里、宽度为d 、磁感应强度为B 的匀强磁场，正方形线框abcd 的边长为L （L

A. 线圈ab 边进场阶段一定减速

B. 线圈ab 边进场阶段可能匀速

C. 感应电流所做的功为mgd

D. 感应电流所做的功为2mgd

【答案】AD

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势．

【解析】线圈完全进入之后做匀加速直线运动，而且离开磁场时的速度和进入时速度相同，所以进入时线圈做减速运动，故A 正确；线框的ab 边刚进人磁场到ab 边刚离开磁场这段过程中，根据动能定理得：0A mgd w -=，所以A mgd w =．线框的ab 边刚进人磁场时的速度和ab 边刚离开磁场时的速度相同，可知线框进磁场的过程和出磁场的过程是相同的，所以在线框从进入到全部穿过磁场的过程中，克服安培力做的功为2mgd ．

11．如右图所示，在坐标系xOy 中，有边长为a 的正方形金属线框abcd ，其一条对角线ac 和y 轴重合、顶点a 位于坐标原点O 处．在y 轴的右侧的Ⅰ、Ⅳ象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的上边界与线框的ab 边刚好完全重合，左边界与y 轴重合，右边界与y 轴平行．t ＝0时刻，线圈以恒定的速度v 沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a 的感应电流方向为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流i 随时间t 变化的图线是下图中的( )

【答案】A

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；右手定则．

【解析】在d点运动到O点过程中，ab边切割磁感线，根据右手定则可以确定线框中电流方向为逆时针方向，即正方向，电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0；然后cd边开始切割，感应电流的方向为顺时针方向，即负方向，电动势均匀减小到0，则电流均匀减小到0．故A正确。

12. 如图甲所示，水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接。导轨上放一质量为m的金属杆，金属杆、导轨的电阻均忽略不计，匀强磁场垂直导轨平面向下。用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v和F的关系如图乙所示。下列说法正确的是（）

A．金属杆在匀速运动之前做匀加速直线运动

B． a点电势高于b点电势

C．由图像可以得出B、L、R三者的关系式为

D．当恒力F=4N时，电阻R上消耗的最大电功率为24W

【答案】B

13.如图所示，ABCD 为固定的水平光滑矩形金属导轨，AB 间距离为L ，左右两端均接有阻值为R 的电阻，处在方向竖直向下、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，质量为m 、长为L 的导体棒MN 放在导轨上，甲、乙两根相同的轻质弹簧一端均与MN 棒中点固定连接，另一端均被固定，MN 棒始终与导轨垂直并保持良好接触，导轨与MN 棒的电阻均忽略不计.初始时刻，两弹簧恰好处于自然长度，MN 棒具有水平向左的初速度v 0，经过一段时间，MN 棒第一次运动至最右端，这一过程中AB 间电阻R 上产生的焦耳热为Q ，则（ ）

A.

B.C.当棒再次回到初始位置时，AB 间电阻R D.2

0-Q 【答案】CD

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化．

14.如图所示，一半径为r 的半圆形单匝线圈放在具有理想边界的的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B 。以直径ab 为轴匀速转动，转速为n ， ab 的左侧有垂直于纸面向里(与ab 垂直) ， M 和N 是两个滑环，负载电阻为R 。线圈、电流表和连接导线的电阻不计，下列说法中正确的是（ ）

A B ．从图示位置起转过1/4圈的时间内产生的平均感应电动势为2

2Br n π

C ．从图示位置起转过1/4圈的时间内通过负载电阻R

D ． 以上说法均不正确

【答案】AB

【考点】交流发电机及其产生正弦式电流的原理；电功、电功率．

2013—2014学年度第一学期期中考试

高二年级物理试卷

卷Ⅱ（非选择题共54分）

注意事项：1．答卷Ⅱ前考生务必将自己的姓名、班级、考号填在答卷纸密封线内规定的地方。

2．答卷Ⅱ时用兰黑色钢笔或圆珠笔直接填写在答卷纸规定的地方。

二．填空题（每空2分，共10分）

15．法拉第发现了电磁感应现象之后，又发明了世界上第一台发电机──法拉第圆盘发电机，揭开了人类将机械能转化为电能并进行应用的序幕。法拉第圆盘发电机的原理如图所示，将一个圆形金属盘放置在电磁铁的两个磁极之间，并使盘面与磁感线垂直，盘的边缘附近和中心分别装有与金属盘接触良好的电刷A、B，两电刷与灵敏电流计相连。当金属盘绕中心轴按图示方向转动时，则电刷A的电势电刷B的电势（填高于、低于或等于）；若仅提高金属盘转速，灵敏电流计的示数将；（填增大、减小或不变）；若仅将滑动变阻器滑动头向左滑，灵敏电流计的示数将（填增大、减小或不变）

【答案】低于；增大；减小；

【考点】导体切割磁感线时的感应电动势；闭合电路的欧姆定律．

【解析】根据安培定则可知，电磁铁产生的磁场方向向右，由右手定则判断可知，金属盘产生的感应电流方向从A 到B ，则电刷A 的电势低于电刷B 的电势；若仅提高金属盘转速，由E=BLv 知，产生的感应电动势增大，灵敏电流计的示数将变大；若仅将滑动变阻器滑动头向左滑，变阻器接入电路的电阻增大在，而感应电动势不变，则电路中电流减小，灵敏电流计的示数变小．故D 正确．

16.如图所示，在光滑水平面上方，有两个磁感应强度大小均为B 、方向相反的水平匀强磁场，如图所示，PQ 为两个磁场的边界，磁场范围足够大。一个边长为a ，质量为m ，电阻为R 的正方形金属线框垂直磁场方向，以速度v 从图示位置向右运动，当线框中心线AB 运动

到与PQ ________，此过程回路产生的焦耳热为________。

【答案】R BLV 2)( 2

83mv

三．计算题（共44分）

17．(6分)如图所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道相距l =1m ，两轨道之间用

R =3Ω的电阻连接，一质量m =0.5kg 、电阻r =1Ω的导体杆与两轨道垂直，静止放在轨道上，

轨道的电阻可忽略不计。整个装置处于磁感应强度B =2T 的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道平面向上，现用水平拉力沿轨道方向拉导体杆，当拉力达到最大时，导体杆开始做匀速运动，当位移s =2.5m 时撤去拉力，导体杆又滑行了一段距离s' 后停下，在滑行s' 的过程中电阻R 上产生的焦耳热为12J 。求：

（1）拉力F 作用过程中，通过电阻R 上电量q ； （2）导体杆运动过程中的最大速度v m ；

【答案】1.25c ，s m v m /8=

【考点】法拉第电磁感应定律，能量守恒定律 【解析】试题分析：（1）拉力F 作用过程中，在时间△t 内，磁通量为△Φ，通过电阻R 上电量q

（2分） （2）撤去F 后金属棒滑行过程中动能转化为电能

（1分） 由能量守恒定律，得

（2分） ∴s m v m /8= （1分）

18．（9分）两根足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 间距为0.5 m =l ,其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角.完全相同的两金属棒ab 、cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m=0.02 kg,电阻均为R=0.1 Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.2 T,棒ab 在平行于导轨向上的力F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd 恰好能够保持静止.取g=10 m/s 2,问：

(1)通过棒cd 的电流I 是多少，方向如何？ (2)棒ab 受到的力F 多大？

(3)棒cd 每产生Q=0.1 J 的热量，力F 做的功W 是多少？

【答案】1I A =,0.2F N =,0.4w J =

【考点】安培力，平衡条件，闭合电路欧姆定律 【解析】 (1)棒cd 受到的安培力为

cd F I B =l

棒cd 在共点力作用下平衡，则

cd F mgsin30=

(1分)

由①②式代入数值得： 1I A =

(1分)

根据楞次定律可知，棒cd 中电流方向由d 至c. (1分) (2)棒ab 与棒cd 受到的安培力大小相等，

ab

cd F

F =

对棒ab ，由共点力平衡条件得：

F mgsin30I B =?+l

(1分)

代入数据解得：0.2F N = (1分)

(3)设在时间t 内棒cd 产生Q=0.1 J 热量，由焦耳定律知2

Q Rt I = (1分) 设棒ab 匀速运动的速度大小为v ，其产生的感应电动势E B v =l

由闭合电路欧姆定律可知

E I 2R =

(1分)

根据运动学公式可知，在时间t 内，棒ab 沿导轨的位移 x vt = 则力F 做的功w Fx = （1分）

联立以上各式，代入数值解得： 0.4w J = （1分）

19．（12分）如图所示，固定的光滑金属导轨间距为L ，导轨电阻不计，上端a 、b 间接有阻值为R 的电阻，导轨平面与水平面的夹角为θ，且处在磁感应强度大小为B 、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m 、电阻为r 的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度v 0。整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。已知弹簧的劲度系数为k ，弹簧的中心轴线与导轨平行。

（1）求初始时刻通过电阻R 的电流I 的大小和方向；

（2）当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为v ，求此时导体棒的加速度大小a ； （3）导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为E p ，求导体棒从开始运动直到停止的过程中，电阻R 上产生的焦耳热Q 。

【答案】

BL r R

v +，

【考点】法拉第电磁感应定律，牛顿第二定律，能量守恒定律

【解析】⑴棒产生的感应电动势 1分

通过的电流大小 1分

电流方向为b→a 1分

⑵棒产生的感应电动势为 1分

感应电流 1分

棒受到的安培力大小，方向沿斜面向上1分

根据牛顿第二定律有1分

解得1分

⑶导体棒最终静止，有

压缩量1分

设整个过程回路产生的焦耳热为Q0，根据能量守恒定律有

1分

1分

电阻R上产生的焦耳热

1分

20．（13分）如图所示，左右两边分别有两根平行金属导轨相距为L，左导轨与水平面夹30°角，右导轨与水平面夹60°角，左右导轨上端用导线连接。导轨空间内存在匀强磁场，左边的导轨处在方向沿左导轨平面向下，磁感应强度大小为B的磁场中。右边的导轨处在垂直于右导轨斜向上，磁感应强度大小也为B的磁场中。质量均为m的导杆ab和cd垂直导

轨分别放于左右两侧导轨上，已知两导杆与两侧导轨间动摩擦因数均为μ

恒为R ，若同时无初速释放两导杆，发现cd 沿右导轨下滑s 距离时，ab 杆才开始运动。（认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力）。

（1）试求ab 杆刚要开始运动时cd 棒的速度v （2）以上过程中，回路中共产生多少焦耳热？ （3）cd 棒的最终速度为多少？

【答案】（1

（2

（3

【考点】安培力，法拉第电磁感应定律，动能定理 【解析】试题分析：（1）ab 杆刚运动时，有

N N F mg cos 30F F mg sin 30μ=?-??

=??安

（3分） 由安培力公式F 安=BIL

（1分）

（1分）

对cd 杆由法拉第电磁感应定律E BLv =

（1分）

（2）由动能定理有：mgssin60°-μmgscos60°-W 克安

（2分）

W 克安=Q （1分）

（1分）

（3

22

m

B L v sin60mg cos60

μ

-=

（2分）（1分）