山東省青島市萊西城關(guān)中學(xué)2021年高二物理期末試題含解析

山東省青島市萊西城關(guān)中學(xué)2021年高二物理期末試題含解析一、選擇題：本題共5小題，每小題3分，共計15分．每小題只有一個選項符合題意1.如圖所示，x軸的上方有垂直紙面向里的勻強磁場，有兩個質(zhì)量相同、電量相等的帶正、負電的離子(不計重力)，以相同速度從O點射入磁場中，射入方向與x軸正向夾角均為θ角。則下列關(guān)于正負離子在磁場中運動的說法正確的是(

)A．運動時間相同B．運動軌跡的半徑相同C．回到x軸時速度大小和方向均相同D．回到x軸時距O點的距離相等參考答案：BCD2.（單選）如圖所示，一根豎直的彈簧支持著一倒立氣缸的活塞，使氣缸懸空而靜止。設(shè)活塞與缸壁間無摩擦，可以在缸內(nèi)自由移動，缸壁導(dǎo)熱性良好使缸內(nèi)氣體的溫度保持與外界大氣溫度相同，則下列結(jié)論中正確的是

A．若外界大氣壓增大，則彈簧將壓縮一些；B．若外界大氣壓增大，則氣缸的上底面距地面的高度將增大；C．若氣溫升高，則氣缸的上底面距地面的高度將增大；D．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小。參考答案：C3.氫原子的能級如圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62eV～3.11eV。下列說法錯誤的是A．處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B．從n=4能級向n=3能級躍遷時發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C．從n=2能級向n=1能級躍遷時發(fā)出的光為可見光D．大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出6種不同頻率的光參考答案：C4.（單選）某同學(xué)為了驗證斷電自感現(xiàn)象，自己找來帶鐵心的線圈L、小燈泡A、開關(guān)S和電池組E，用導(dǎo)線將它們連接成如圖所示的電路．檢查電路后，閉合開關(guān)S，小燈泡發(fā)光；再斷開開關(guān)S，小燈泡僅有不顯著的延時熄滅現(xiàn)象．雖經(jīng)多次重復(fù)，仍未見老師演示時出現(xiàn)的小燈泡閃亮現(xiàn)象，他冥思苦想找不出原因．你認為最有可能造成小燈泡未閃亮的原因是（

）A．電源的內(nèi)阻較大

B．小燈泡電阻偏大C．線圈電阻偏大

D．線圈的自感系數(shù)較大參考答案：C5.如圖所示，兩塊平行金屬板M、N豎直放置，電壓恒為U。一電子（不計重力）從N板靜止釋放，它運動到M板時速率為v?，F(xiàn)將M板水平向右移動一段距離，再將電子從N板靜止釋放，下列判斷正確的是(

)

A．金屬板M、N的帶電量不變

B．電子運動過程的加速度變大C．電子運動到M板所用的時間變短D．電子運動到M板時速率變小參考答案：BC二、填空題：本題共8小題，每小題2分，共計16分6.一正弦交流電的電壓隨時間變化規(guī)律如圖所示，由圖可知，該交流電的周期是

s，頻率是

Hz，有效值是

V，電壓瞬時值的表達式為

，每秒鐘方向改變

次。若將該交流電壓加在的電阻兩端，則電阻消耗的功率是

W。參考答案：0.04

s，

25

Hz，

V，，

50次，

50W。7.某同學(xué)有一條打點計時器打出的小車運動的紙帶如圖所示.，取計數(shù)點A、B、C、D、E.每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個實驗點(圖中未畫出),已用刻度尺測量以A為起點,到B、C、D、E各點的距離且標(biāo)在圖上,則打紙帶上C點時瞬時速度大小vC=

▲

m/s,紙帶運動加速度的大小為a=

▲m/s2。參考答案：0.155

0.497每相鄰兩個計數(shù)點間還有4個實驗點，所以相鄰的計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s，根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點時小車的瞬時速度大小，即設(shè)A到B之間的距離為x1，以后各段分別為x2、x3、x4，根據(jù)勻變速直線運動的推論公式可以求出加速度的大小，得：

、加速度為：。8.科學(xué)家通過長期研究,發(fā)現(xiàn)了電和磁的聯(lián)系,其中最重要的兩項研究如圖所示.

①甲圖是研究

現(xiàn)象的裝置,根據(jù)這一現(xiàn)象,制成了____機。（“電動機”或“發(fā)電機”）②乙圖是研究

現(xiàn)象的裝置,根據(jù)這一現(xiàn)象,制成了

機。（“電動機”或“發(fā)電機”）參考答案：9.（4分）如右圖所示，是研究平行板電容器電容的實驗裝置，其中極板A接地，極板B與靜電計相接，靜電計外殼也接地。在實驗中，若將A極板稍向左移動一些，增大電容器兩極板間的距離，電容器所帶的電量可視為不變，這時可觀察到靜電計金屬箔張角會_________；兩極板間的距離增大后，兩極板間的電場強度__________。（填“變大”“變小”或“不變”）參考答案：變大；

不變10.在真空中兩個帶等量異種的點電荷，電量均為2×10-8C，相距20cm，則它們之間的相互作用力為_________N。在兩者連線的中點處，電場強度大小為_________N/C。參考答案：11.如圖所示，理想變壓器的原．副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2=4∶1，原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負載電阻B的阻值相等。a、b端加一交流電壓后，兩電阻消耗的電功率之比PA∶PB=________；兩電阻兩端的電壓之比UA∶UB=_________。

參考答案：（1）2000v（2）99.5%（3）199：2212.一定質(zhì)量的理想氣體按圖示過程變化，其中bc與V軸平行，cd與T軸平行，則b→c過程中氣體的內(nèi)能

（填“增加”“減小”或“不變”），氣體的壓強

（填“增加”“減小”或“不變”），表示等壓變化過程的是

（選填“a→b”、“b→c”或“c→d”）．參考答案：不變；增加；a→b．【考點】理想氣體的狀態(tài)方程．【分析】由圖象可知氣體的變化過程，可知氣體做等溫變化，由理想氣體的內(nèi)能特點得出內(nèi)能的變化；再由理想氣體狀態(tài)方程可得壓強的變化．【解答】解：由圖可知，b→c的過程中，氣體的溫度不變；而理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，故氣體的內(nèi)能不變；由=C可知，溫度不變，體積減小，故壓強應(yīng)增大；由=C可知，壓強不變的時候，VT成正比，即為過原點的直線，所以等壓變化過程的是a→b；故答案為：不變；增加；a→b．13.（6分）小張買了一只袖珍手電筒，用的是兩節(jié)小的干電池。他取出手電筒中的小燈泡，看到上面標(biāo)有“2.2V，0.25A”字樣，小張認為產(chǎn)品設(shè)計者是想讓小燈泡在這兩節(jié)干電池的供電下正常發(fā)光，于是他推算出每一節(jié)干電池的內(nèi)阻。若小張的判斷是對的，則每一節(jié)干電池的內(nèi)阻為

Ω.參考答案：1.6三、簡答題：本題共2小題，每小題11分，共計22分14.（10分）如圖是一列簡諧橫波在t=0時刻的圖象,試根據(jù)圖象回答(1)若波傳播的方向沿x軸負方向,則P點處的質(zhì)點振動方向是____________,R點處質(zhì)點的振動方向是___________________.(2)若波傳播的方向沿x軸正方向,則P、Q、R三個質(zhì)點，_______質(zhì)點最先回到平衡位置。(3)若波的速度為5m/s,則R質(zhì)點的振動周期T=______s,請在給出的方格圖中畫出質(zhì)點Q在t=0至t=2T內(nèi)的振動圖象。參考答案：(1)沿y軸正向,（2分）沿y軸負向（2分）(2)

P

（2分）

(3)

0.8（2分）振動圖象如圖所示（2分）

15.（9分）在《探究單擺周期與擺長的關(guān)系》實驗中,要注意以下幾點(1)擺的振幅不要太大.這是因為單擺只有當(dāng)擺的振幅不大時,才能認為擺的振動是___________運動.(2)擺線要盡量選擇__________、____________,并盡可能_____(填“長”、“短”)一些(3)擺球要盡量選擇質(zhì)量_____(填“大”、“小”)、體積小些的。(4)測量擺的振動周期時,在_________(填“擺球到達最高點”、“擺球經(jīng)過平衡位置”)作為計時的開始與終止更好些。參考答案：(1)簡諧（2分）(2)細一些、伸縮性小些，長（3分）（3）大（2分）（4）擺球經(jīng)過平衡位置（2分）四、計算題：本題共3小題，共計47分16.（25分）如圖所示，有二平行金屬導(dǎo)軌，相距l(xiāng)，位于同一水平面內(nèi)（圖中紙面），處在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場方向豎直向下（垂直紙面向里）．質(zhì)量均為m的兩金屬桿ab和cd放在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直．初始時刻，金屬桿ab和cd分別位于x=x0和x=0處．假設(shè)導(dǎo)軌及金屬桿的電阻都為零，由兩金屬桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的自感系數(shù)為L．今對金屬桿ab施以沿導(dǎo)軌向右的瞬時沖量，使它獲得初速．設(shè)導(dǎo)軌足夠長，也足夠大，在運動過程中，兩金屬桿之間距離的變化遠小于兩金屬桿的初始間距，因而可以認為在桿運動過程中由兩金屬桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的自感系數(shù)L是恒定不變的．桿與導(dǎo)軌之間摩擦可不計．求任意時刻兩桿的位置xab和xcd以及由兩桿和導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中的電流i三者各自隨時間t的變化關(guān)系。參考答案：解析：解法Ⅰ：當(dāng)金屬桿ab獲得沿x軸正方向的初速v0時，因切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由兩金屬桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中會出現(xiàn)感應(yīng)電流．由于回路具有自感系數(shù)，感應(yīng)電流的出現(xiàn)，又會在回路中產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢將阻礙電流的增大，所以，雖然回路的電阻為零，但回路的電流并不會趨向無限大，當(dāng)回路中一旦有了電流，磁場作用于桿ab的安培力將使ab桿減速，作用于cd桿的安培力使cd桿運動．設(shè)在任意時刻t，ab桿和cd桿的速度分別為v1和v2（相對地面參考系S），當(dāng)v1、v2為正時，表示速度沿x軸正方向；若規(guī)定逆時針方向為回路中電流和電動勢的正方向，則因兩桿作切割磁力線的運動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢

(1)當(dāng)回路中的電流i隨時間的變化率為時，回路中的自感電動勢

(2)根據(jù)歐姆定律，注意到回路沒有電阻，有

(3)金屬桿在導(dǎo)軌上運動過程中，兩桿構(gòu)成的系統(tǒng)受到的水平方向的合外力為零，系統(tǒng)的質(zhì)心作勻速直線運動．設(shè)系統(tǒng)質(zhì)心的速度為VC，有

(4)得

(5)VC方向與v0相同，沿x軸的正方向．現(xiàn)取一新的參考系，它與質(zhì)心固連在一起，并把質(zhì)心作為坐標(biāo)原點，取坐標(biāo)軸與x軸平行．設(shè)相對系，金屬桿ab的速度為u，cd桿的速度為，則有

(6)

(7)因相對系，兩桿的總動量為零，即有

(8)由(1)、(2)、(3)、(5)、(6)、(7)、(8)各式，得

(9)在系中，在t時刻，金屬桿ab坐標(biāo)為，在t＋Dt時刻，它的坐標(biāo)為，則由速度的定義

(10)代入(9)式得

(11)若將視為i的函數(shù)，由（11）式知為常數(shù)，所以與i的關(guān)系可用一直線方程表示

(12)式中b為常數(shù)，其值待定．現(xiàn)已知在t＝0時刻，金屬桿ab在系中的坐標(biāo)＝，這時i=0，故得

(13)或

(14)表示t＝0時刻金屬桿ab的位置．表示在任意時刻t，桿ab的位置，故就是桿ab在t時刻相對初始位置的位移，用X表示，

(15)當(dāng)X>0時，ab桿位于其初始位置的右側(cè)；當(dāng)X<0時，ab桿位于其初始位置的左側(cè)．代入(14)式，得

(16)這時作用于ab桿的安培力

(17)ab桿在初始位置右側(cè)時，安培力的方向指向左側(cè)；ab桿在初始位置左側(cè)時，安培力的方向指向右側(cè)，可知該安培力具有彈性力的性質(zhì)．金屬桿ab的運動是簡諧振動，振動的周期

(18)在任意時刻t，ab桿離開其初始位置的位移

(19)A為簡諧振動的振幅，j為初相位，都是待定的常量．通過參考圓可求得ab桿的振動速度

(20)

(19)、(20)式分別表示任意時刻ab桿離開初始位置的位移和運動速度．現(xiàn)已知在t＝0時刻，ab桿位于初始位置，即X=0速度故有解這兩式，并注意到(18)式得

(21)

(22)由此得ab桿的位移（23）由(15)式可求得ab桿在系中的位置

(24)因相對質(zhì)心，任意時刻ab桿和cd桿都在質(zhì)心兩側(cè)，到質(zhì)心的距離相等，故在系中，cd桿的位置

(25)相對地面參考系S，質(zhì)心以的速度向右運動，并注意到（18）式，得ab桿在地面參考系中的位置

(26)cd桿在S系中的位置

（27）回路中的電流由(16)式得

(28)解法Ⅱ：當(dāng)金屬桿在磁場中運動時，因切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，回路中出現(xiàn)電流時，兩金屬桿都要受到安培力的作用，安培力使ab桿的速度改變，使cd桿運動．設(shè)任意時刻t，兩桿的速度分別為v1和v2（相對地面參考系S），若規(guī)定逆時針方向為回路電動勢和電流的正方向，則由兩金屬桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路中，因桿在磁場中運動而出現(xiàn)的感應(yīng)電動勢為

(1’)令u表示ab桿相對于cd桿的速度，有

(2’)當(dāng)回路中的電流i變化時，回路中有自感電動勢EL，其大小與電流的變化率成正比，即有

(3’)根據(jù)歐姆定律，注意到回路沒有電阻，有

由式(2’)、(3’)兩式得

(4’)設(shè)在t時刻，金屬桿ab相對于cd桿的距離為，在t＋Dt時刻，ab相對于cd桿的距離為＋，則由速度的定義，有

(5’)代入()式得

(6’)若將視為i的函數(shù)，由(6’)式可知，為常量，所以與i的關(guān)系可以用一直線方程表示，即

(7’)式中b為常數(shù)，其值待定．現(xiàn)已知在t＝0時刻，金屬桿ab相對于cd桿的距離為，這時i=0，故得

(8’)或

(9’)表示t＝0時刻金屬桿ab相對于cd桿的位置．表示在任意時刻t時ab桿相對于cd桿的位置，故就是桿ab在t時刻相對于cd桿的相對位置相對于它們在t＝0時刻的相對位置的位移，即從t＝0到t＝t時間內(nèi)ab桿相對于cd桿的位移

(10')于是有

(11’)任意時刻t，ab桿和cd桿因受安培力作用而分別有加速度aab和acd，由牛頓定律有

(12’)

(13’)兩式相減并注意到()式得

(14’)式中為金屬桿ab相對于cd桿的加速度，而X是ab桿相對cd桿相對位置的位移．是常數(shù)，表明這個相對運動是簡諧振動，它的振動的周期

(15’)在任意時刻t，ab桿相對cd桿相對位置相對它們初始位置的位移

(16’)A為簡諧振動的振幅，j為初相位，都是待定的常量．通過參考圓可求得X隨時間的變化率即速度

(17’)現(xiàn)已知在t＝0時刻，桿位于初始位置，即X=0，速度故有解這兩式，并注意到(15’)式得

由此得

(18’)因t=0時刻，cd桿位于x=0處，ab桿位于x=x0處，兩者的相對位置由x0表示；設(shè)t時刻，cd桿位于x=xcd處，ab桿位于x=xab處，兩者的相對位置由xab－xcd表示，故兩桿的相對位置的位移又可表示為X=xab－xcd－x0

(19’)所以

(20’)(12’)和(13’)式相加,得由此可知，兩桿速度之和為一常數(shù)即v0，所以兩桿的位置xab和xcd之和應(yīng)為xab＋xcd=x0＋v0t

(21’)由(20’)和(21’)式相加和