河北省唐山市南縣第四中學(xué)2021年高二物理上學(xué)期期末試題含解析

河北省唐山市南縣第四中學(xué)2021年高二物理上學(xué)期期末試題含解析一、選擇題：本題共5小題，每小題3分，共計(jì)15分．每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意1.（單選）一水平放置的平行板電容器的兩極扳間距為d，極扳分別與電池兩極相連．上極板中心有一小孔(小孔對(duì)電場的影響可忽略不計(jì))。小孔正上方d/2處的P點(diǎn)有一帶電粒子，該粒子從靜止開始下落．經(jīng)過小孔進(jìn)入電容器，并在下極板處未與極扳接觸、返回。若將下極板向上平移d/3，則從P點(diǎn)開始下落的相同粒子將（

）A.打到下極扳上

B.在下極板處返回C.在距上極板d/2處返回

D.在距上極扳2d/5處返回參考答案：D2.一電流表的滿偏電流Ig=1mA，內(nèi)阻為200Ω。要把它改裝成一個(gè)量程為0.5A的電流表，則應(yīng)在電流表上（

）A．并聯(lián)一個(gè)200Ω的電阻

B．并聯(lián)一個(gè)0.4Ω的電阻C．串聯(lián)一個(gè)0.4Ω的電阻

D．串聯(lián)一個(gè)200Ω的電阻參考答案：3.（多選）關(guān)于磁感線和電場線，下列說法中正確的是A．磁感線和電場線都是一些互相平行的直線B．磁感線是閉合曲線，而靜電場線不是閉合曲線C．磁感線起始于N極，終止于S極；電場線起始于正電荷，終止于負(fù)電荷D．電場線和磁感線都可以用其疏密表示電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱參考答案：BD4.圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)原理圖，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO’勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的匝數(shù)n=100，電阻r=10Ω，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R=90Ω，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表，在t=0時(shí)刻，線圈平面與磁場方向平行，穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。求：（1）該發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角速度；（2）交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值；（3）電路中交流電壓表的示數(shù)。參考答案：（1）100rad/s（2）200V（3）126V5.一個(gè)小電燈上標(biāo)有“6V，0.3A”，它正常發(fā)光時(shí)的電阻是A．20Ω

B．1.8Ω

C．0.05Ω

D．6.3Ω參考答案：A二、填空題：本題共8小題，每小題2分，共計(jì)16分6.（4分）完成核反應(yīng)方程：→+

，這種核反應(yīng)成為

衰變。參考答案：，7.P、Q是一列簡諧橫波中的質(zhì)點(diǎn)，相距30m，各自的振動(dòng)圖象如圖所示.(1)此列波的頻率f＝________Hz.(2)如果P比Q離波源近，且P與Q間距離小于1個(gè)波長，那么波長λ＝________m，波速v＝________m/s.參考答案：(1)0.25(2)40108.若兩顆人造地球衛(wèi)星的周期之比為T1∶T2＝8∶1，則它們的軌道半徑之比R1∶R2＝________，向心加速度之比a1∶a2＝________。參考答案：4:1；1:169.如圖13是一種風(fēng)速儀示意圖，試回答下列問題：（1）有水平風(fēng)吹來時(shí)磁體如何轉(zhuǎn)動(dòng)？(自上往下看)_______________________.（2）電流計(jì)示數(shù)變小，其風(fēng)速就變_____________．ks5u參考答案：（1）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(填“逆時(shí)針”也可以)（2分）

（2）

小

10.一閉合線圈有50匝，總電阻R＝20Ω，穿過它的磁通量在0.1s內(nèi)由8×10－3Wb增加到1.2×10－2Wb，則線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E感＝

，線圈中的電流強(qiáng)度I感＝

。參考答案：2V，0.1A

[法拉第電磁感應(yīng)定律]11.如圖所示，虛線表示某點(diǎn)電荷Q所激發(fā)電場的等勢(shì)面，已知a、b兩點(diǎn)在同一等勢(shì)面上，c、d兩點(diǎn)在另一個(gè)等勢(shì)面上。甲、乙兩個(gè)帶電粒子以相同的速率，沿不同的方向從同一點(diǎn)a射入電場，在電場中沿不同的軌跡adb曲線、acb曲線運(yùn)動(dòng)。則兩粒子所帶的電荷符號(hào)________（填“不同”或“相同”）；經(jīng)過b點(diǎn)時(shí)，兩粒子的速率va

vb（填“＞”、“＝”或“＜”）參考答案：不同

=12.點(diǎn)電荷A和B之間的距離為r，A帶電量為Q，B帶電量為-3Q，設(shè)靜電力常量為k，則A、B之間的庫侖力大小為

；若將A、B接觸后再分開，然后放回原來的位置，則它們之間的庫侖力大小變?yōu)?/p>

。參考答案：3kQ2/r2；kQ2/r213.（6分）如圖所示，MON是固定的光滑絕緣直角桿，MO沿水平方向，NO沿豎直方向，A、B為兩個(gè)套在此桿上的帶有同種電荷的小球。用一指向豎直桿的水平力F作用在A球上，使兩球均處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將A球沿水平向右方向緩慢拉動(dòng)一小段距離后，A、B兩小球可以重新平衡。則后—種平衡狀態(tài)與前一種平衡狀態(tài)相比較，A、B兩小球間的庫侖力

；A球?qū)O桿的壓力

。（選填變大，變小或不變）

參考答案：變小，不變（各3分）三、實(shí)驗(yàn)題：本題共2小題，每小題11分，共計(jì)22分14.某同學(xué)為了精確測量電阻Rx（阻值約為80Ω）的阻值，實(shí)驗(yàn)室提供了下列可選用的器材：A．電流表A(量程為50mA，內(nèi)阻約為50Ω）

B．電壓表(量程為3V，內(nèi)阻約為10kΩ)

C．電壓表(量程為15V，內(nèi)阻約為20kΩ)

D．滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為10Ω，額定電流1A)

E．滑動(dòng)變阻器R2（阻值范圍0～2kΩ，允許通過的最大電流0.5A)

F．低壓直流電源E

(電動(dòng)勢(shì)4.5V，內(nèi)阻較小)

G．電鍵S，導(dǎo)線若干(1)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，電壓表應(yīng)選用

，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

。（填器材代號(hào)）(2)為達(dá)到上述目的，請(qǐng)?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出正確的實(shí)驗(yàn)電路原理圖，并標(biāo)明所用器材的代號(hào)。

參考答案：(1)V1(2分)，R1(2分)

，

（2）如圖所示(4分)15.在用雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)中，所用實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，調(diào)節(jié)分劃板的位置，使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋(并將其記為第一條)的中心，如圖乙所示，此時(shí)手輪上的讀數(shù)為________mm；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃線向右側(cè)移動(dòng)到第四條亮條紋的中心位置，讀出手輪上的讀數(shù)，并由兩次讀數(shù)算出第一條亮條紋到第四條亮條紋之間的距離a＝9.900mm，又知雙縫間距d＝0.200mm，雙縫到屏的距離l＝1.000m，則對(duì)應(yīng)的光波的波長為________m．如果用上述裝置測量氦氖激光器發(fā)出激光的波長，則圖中除了光源以外，其他不必要的器材元件有________．參考答案：四、計(jì)算題：本題共3小題，共計(jì)47分16.如圖所示，寬度為L＝0.20m的足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，導(dǎo)軌的一端連接阻值為R=1.0Ω的電阻。導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.50T。一根質(zhì)量為m=10g的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)體棒的電阻r=1.0Ω，導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)?，F(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的拉力拉動(dòng)導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度v=10m/s，在運(yùn)動(dòng)過程中保持導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直。求：（1）在閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大??；（2）作用在導(dǎo)體棒上的拉力的大??；（3）當(dāng)導(dǎo)體棒移動(dòng)3m時(shí)撤去拉力，求整個(gè)過程中回路中產(chǎn)生的熱量．參考答案：（1）0.5A（2）0.05N（3）0.65J【詳解】（1）導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

E=BLv=1.0V

感應(yīng)電流為（2）導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)，安培力與拉力平衡

即有

F=F安=BIL=0.05N

（3）導(dǎo)體棒移動(dòng)3m的時(shí)間為根據(jù)焦耳定律，Q1=I2R

t=0.15J

撤去F后，導(dǎo)體棒做減速運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則根據(jù)能量守恒，有

Q2=mv2=0.5J

故電阻R上產(chǎn)生的總熱量為

Q=Q1+Q2=0.65J17.如下圖a所示的平面坐標(biāo)系，在整個(gè)區(qū)域內(nèi)充滿了勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直坐標(biāo)平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖b所示，開始時(shí)刻，磁場方向垂直紙面向內(nèi)，時(shí)刻，有一帶正電的粒子（不計(jì)重力）從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿軸正向進(jìn)入磁場，初速度為，已知正粒子的荷質(zhì)比為，其他有關(guān)數(shù)據(jù)見圖中標(biāo)示。試求：（1）時(shí)刻，粒子的坐標(biāo)；（2）粒子從開始時(shí)刻起經(jīng)多長時(shí)間到達(dá)軸；（3）粒子是否還可以返回原點(diǎn)？如果可以，則經(jīng)多長時(shí)間返回原點(diǎn)？參考答案：（1）粒子進(jìn)入磁場后在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)半徑為R，周期為T，由洛倫茲力提供向心力，有，得：又在磁場變化的第一段時(shí)間內(nèi)，粒子運(yùn)動(dòng)的周期數(shù)為：（運(yùn)動(dòng)周期）運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為120°作出粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡如下圖a所示，第一段時(shí)間末，粒子的坐標(biāo)為：，所求時(shí)刻，粒子的坐標(biāo)（，0.6）（2）根據(jù)第（1）問可知，粒子在第一個(gè)磁場變化的時(shí)間段內(nèi)時(shí)，運(yùn)動(dòng)了個(gè)周期，在第二個(gè)時(shí)間段內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期數(shù)為（個(gè)運(yùn)動(dòng)周期），所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡圓心角為60°第三個(gè)時(shí)間段內(nèi)同樣運(yùn)動(dòng)了：（個(gè)運(yùn)動(dòng)周期）對(duì)應(yīng)的圓心角為120°粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如下圖a所示，粒子恰好在第三段時(shí)間末通過軸故運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

（3）粒子在磁場中做周期性運(yùn)動(dòng)，根據(jù)對(duì)稱性和周期性，畫出粒子的部分運(yùn)動(dòng)軌跡如上圖b所示，其中、、構(gòu)成一個(gè)正三邊形，故粒子在磁場中一共運(yùn)動(dòng)了6個(gè)大圓弧和3個(gè)小圓弧，故從原點(diǎn)出發(fā)到回到原點(diǎn)的總時(shí)間為

18.（20分）目前，大功率半導(dǎo)體激光器的主要結(jié)構(gòu)形式是由許多發(fā)光區(qū)等距離地排列在一條直線上的長條狀，通常稱為激光二極管條．但這樣的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的是很多束發(fā)散光束，光能分布很不集中，不利于傳輸和應(yīng)用．為了解決這個(gè)問題，需要根據(jù)具體應(yīng)用的要求，對(duì)光束進(jìn)行必需的變換（或稱整形）．如果能把一個(gè)半導(dǎo)體激光二極管條發(fā)出的光變換成一束很細(xì)的平行光束，對(duì)半導(dǎo)體激光的傳輸和應(yīng)用將是非常有意義的．為此，有人提出了先把多束發(fā)散光會(huì)聚到一點(diǎn)，再變換為平行光的方案，其基本原理可通過如下所述的簡化了的情況來說明．如圖，S1、S2、S3是等距離（h）地排列在一直線上的三個(gè)點(diǎn)光源，各自向垂直于它們的連線的同一方向發(fā)出半頂角為a=arctan的圓錐形光束．請(qǐng)使用三個(gè)完全相同的、焦距為f=1.50h、半徑為r=0.75h的圓形薄凸透鏡，經(jīng)加工、組裝成一個(gè)三者在同一平面內(nèi)的組合透鏡，使三束光都能全部投射到這個(gè)組合透鏡上，且經(jīng)透鏡折射后的光線能全部會(huì)聚于z軸（以S2為起點(diǎn)，垂直于三個(gè)點(diǎn)光源連線，與光束中心線方向相同的射線）上距離S2為L=12.0h處的P點(diǎn)．（加工時(shí)可對(duì)透鏡進(jìn)行外形的改變，但不能改變透鏡焦距．）1．求出組合透鏡中每個(gè)透鏡光心的位置；2．說明對(duì)三個(gè)透鏡應(yīng)如何加工和組裝，并求出有關(guān)數(shù)據(jù)。參考答案：解析：1．考慮到使3個(gè)點(diǎn)光源的3束光分別通過3個(gè)透鏡都成實(shí)像于P點(diǎn)的要求，組合透鏡所在的平面應(yīng)垂直于z軸，三個(gè)光心O1、O2、O3的連線平行于3個(gè)光源的連線，O2位于z軸上，如圖1所示．圖中表示組合透鏡的平面，、、為三個(gè)光束中心光線與該平面的交點(diǎn)．

＝u就是物距．根據(jù)透鏡成像公式

(1)可解得

因?yàn)橐ＷC經(jīng)透鏡折射后的光線都能全部會(huì)聚于P點(diǎn)，來自各光源的光線在投射到透鏡之前不能交叉，必須有2utana≤h即u≤2h．在上式中取“－”號(hào)，代入f和L的值，算得

≈1.757h (2)此解滿足上面的條件．

分別作3個(gè)點(diǎn)光源與P點(diǎn)的連線．為使3個(gè)點(diǎn)光源都能同時(shí)成像于P點(diǎn)，3個(gè)透鏡的光心O1、O2、O3應(yīng)分別位于這3條連線上（如圖1）．由幾何關(guān)系知，有

(3)即光心O1的位置應(yīng)在之下與的距離為

(4)同理，O3的位置應(yīng)在之上與的距離為0.146h處．由(3)式可知組合透鏡中相鄰薄透鏡中心之間距離必須等于0.854h，才能使S1、S2、S3都能成像于P點(diǎn)．2．現(xiàn)在討論如何把三個(gè)透鏡L1、L2、L3加工組裝成組合透鏡．因?yàn)槿齻€(gè)透鏡的半徑r=0.75h，將它們的光心分別放置到O1、O2、O3處時(shí)，由于＝＝0.854h<2r，透鏡必然發(fā)生相互重疊，必須對(duì)透鏡進(jìn)行加工，各切去一部分，然后再將它們粘起來，才能滿足(3)式的要求．由于對(duì)稱關(guān)系，我們只需討論上半部分的情況．圖2畫出了L1、L2放在平面內(nèi)時(shí)相互交疊的情況（紙面為平面）．圖中C1、C2表示L1、L2的邊緣，、為光束中心光線與透鏡的交點(diǎn)，W1、W2分別為C1、C2與O1O2的交點(diǎn)．為圓心的圓1和以（與O2重合）為圓心的圓2分別是光源S1和S2投射到L1和L2時(shí)產(chǎn)生的光斑的邊緣，其半徑均為

(5)根據(jù)題意，圓1和圓2內(nèi)的光線必須能全部進(jìn)入透鏡．首先，圓1的K點(diǎn)（見圖2）是否落在L1上？由幾何關(guān)系可知

(6)故從S1發(fā)出的光束能全部進(jìn)入L1．為了保證全部光束能進(jìn)入透鏡組合，對(duì)L1和L2進(jìn)行加工時(shí)必須保留圓1和圓2內(nèi)的透鏡部分．下面舉出一種對(duì)透鏡進(jìn)行加工、組裝的方法．在O1和O2之間作垂直于O1O2且分別與圓1和圓2相切的切線和．若沿位于和之間且與它們平行的任意直線對(duì)透鏡L1和L2進(jìn)行切割，去掉兩透鏡的弓形部分，然后把它們沿此線粘合就得到符合所需組合透鏡的上半部．同理，對(duì)L2的下半部和L3進(jìn)行切割，然后將L2的下半部和L3粘合起來，就得到符合需要的整個(gè)組合透鏡．這個(gè)組合透鏡可以將S1、S2、S3發(fā)出的全部光線都會(huì)聚到P點(diǎn)．現(xiàn)在計(jì)算和的位置以及對(duì)各個(gè)透鏡切去部分的大小應(yīng)符合的條件．設(shè)透鏡L