上海市师范大学附属中学2020-2021学年高二上学期期末考试物理试题含答案解析

上海市师范大学附属中学【最新】高二上学期期末考试物理

试题

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

1．以下关于热运动的说法中正确的是（）

A．由于能量守恒，所以不存在能源危机

B．物体内大量分子的无规则运动又叫热运动

C．凡是能量守恒的过程一定能够自发地发生的

D．随着科学技术的发展，永动机可以制造出来

2．下列关于电场强度和电势的说法中，正确的是（）

A．电场强度为零的地方，电势一定为零B．电势为零的地方，电场强度一定为零C．沿着电场强度的方向，电势逐渐降低D．电场强度较大的地方，电势一定较高3．关于电流的磁场，下列说法中正确的是（）

A．直线电流的磁场，只分布在垂直于导线的某一个平面上

B．直线电流的磁感线是一些同心圆，磁感线的疏密是均匀的

C．通电长直螺线管的磁感线分布与条形磁铁相同，在管内无磁场

D．通电长直螺线管的内部中间区域的磁感线可看成是平行等距直线

4．一定质量的0℃的冰熔解成0℃的水时，其分子的动能之和E k和分子的势能之和E p 的变化情况为（）

A．E k变大，E p变大

B．E k变小，E p变小

C．E k不变，E p变大

D．E k变大，E p变小

5．下列说法正确的是（）

A．若斜面粗糙，木块沿斜面向下滑时，斜面、木块组成的系统机械能将增大；B．若斜面粗糙，木块沿斜面向下滑时，木块的能量将增大；

C．做功一定使物体的内能增加

D．压缩空气使之骤然变热，说明做功可以改变物体的内能

6．下列说法正确的是( )

A．物体吸收热量，其温度一定升高

B．热量只能从高温物体向低温物体传递

C ．气体自由膨胀的过程是可逆的

D ．目前，人类消耗的能量主要来自常规能源 7．下列关于电场线的说法中正确的是（ ）

A ．电场线上某点的切线方向就是电荷在该点所受电场力的方向

B ．电场线上某点的切线方向就是电荷在该点时的加速度的方向

C ．电场线上某点的切线方向就是电荷在该点时的速度的方向

D ．以上说法都不正确

8．有两条长直导线垂直水平纸面放置，交纸面与A ．b 两点，通有大小相等的恒定电流，方向如图，A ．b 的连线水平，c 是ab 的中点，d 点与c 点关于b 点对称，已知c 点的磁感应强度为1B ，d 点的磁感应强度为2B ，则关于a 处导线在d 点的磁感应强度的大小和方向，下列说法中正确的是

A ．

1

22

B B +，方向垂直向上 B ．

1

22

B B -，方向竖直向下

C ．12B B +，方向竖直向下

D ．12B B -，方向竖直向上

9．如图所示，一条形磁铁放在水平桌面上，在条形磁铁的左上方固定一根与磁场垂直的长直导线，当导线中通以图示方向的电流时（ ）

A ．磁铁对桌面的压力减小，且受到向左的摩擦力作用

B ．磁铁对桌面的压力减小，且受到向右的摩擦力作用

C ．磁铁对桌面的压力增大，且受到向左的摩擦力作用

D ．磁铁对桌面的压力增大，且受到向右的摩擦力作用

10．如图所示，直线OAC 为某一直流电源的总功率P 总随电流I 变化的图线，抛物线OBC 为同一直流电源内部热功率P r 随电流I 变化的图线．若A 、B 对应的横坐标为2 A ，那么线段AB 表示的功率及I ＝2 A 对应的外电阻是( )

A ．6 W 、2 Ω

B ．4 W 、2 Ω

C ．2 W 、1 Ω

D ．2 W 、0.5 Ω

二、多选题

11．如图，质量为m 、长为L 的直导线用两绝缘细线悬挂于'O O 、，并处于匀强磁场中．当导线中通以沿x 正方向的电流I ，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为

θ．则磁感应强度方向和大小可能为

A ．z 正向，

tan mg

IL θ B ．y 正向，

mg

IL

C ．z 负向，tan mg

IL

θ

D ．沿悬线向上，

sin mg

IL

θ 12．如图所示，直线A 为电源a 的路端电压与电流的关系图象；直线B 为电源b 的路端电压与电流的关系图象；直线C 为一个电阻R 的两端电压与电流的关系图象．如果将这个电阻R 分别接到a 、b 两电源上，那么有( )

A ．R 接到a 电源上，电源的效率较高

B ．R 接到b 电源上，电源的输出功率较小

C ．R 接到a 电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低

D ．R 接到b 电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高

三、填空题

13．如图所示，是一正点电荷电场的电场线，电场中A 、B 两点间的电势差U AB ＝200V ．电荷量为＋6×

10－8C 的电荷从A 移到B ，电场力对其做的功为___________J ，其电势能__________（填“增大”、“减小”或“不变”）．

14．在点电荷Q产生的电场中，距Q为r处的A点有一电量q=5 × 10-9库的点电荷，它受到的电场力为4×10-8牛，则A点电场强度的大小为_________牛/库，若把q移到距离Q为2r处的B点，则它在B点受到的电场力的大小为__________牛．

15．如图所示，质量为1kg的金属杆静止于相距1m的两光滑水平轨道上，金属杆中通有方向如下图所示的、大小为50A的恒定电流，两轨道间存在竖直方向的匀强磁场．欲使杆向右做加速度为10m/s2的匀加速直线运动，两轨道间磁场方向应为_______，磁感应强度B的大小应为______T．

16．如图所示，ab两端电压U不变，若cd两端接理想电压表，则示数为100V，若cd 两端接理想电流表，则示数为5A，若cd两端接电阻R3，则R1、R2、R3上消耗的电功率相等．电阻R1的阻值为________Ω，a、b两端的电压为__________V．

17．如图所示，相距为d、倾角为α的光滑平行导轨（电源E、内阻r和电阻R已知），处于竖直向上的匀强磁场B中，一质量为m的导体杆恰处于水平平衡状态，则该磁场的B大小为________；当B由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中，为保持杆始终静止不动，则B的大小应____________（填如何变化）

四、实验题

18．在“用DIS 研究通电螺线管的磁感应强度”的实验中，用________传感器测量螺线管的轴线上各点的磁感应强度，得到右图所示的B -d 图线．实验中使用的螺线管的内径（直径）为2410-?m ，根据图线估算螺线管中心的磁通量约为________Wb ．

19．某同学采用如图甲所示的电路测定电池的电动势和内阻．除待测电池外，提供的器材还有：电压表、电流表、滑动变阻器、开关和导线若干．

（1）请按图甲所示的电路图，将图乙中的实物图连接成实验电路________．

（2）图丙是根据测量结果作出的U-I 图象，则由图象可知该电池的电动势E=________V ，内阻为r=_________Ω．

（3）我们都有过这样的体验：手电筒里的两节串联的干电池用久了以后，灯泡发“红”光，这时我们常说“电池没电了”．有人为了“节约”，在手电筒里装一新电池和一节旧电池搭配使用．已知新电池的电动势E=1.5V 、内阻r 1=0.2Ω；旧电池的电动势E 2=1.5V ；内阻r 2=6.8Ω；小灯泡上标有"3V ,3W”，且电阻不随温度变化．则手电筒工作时旧电池本身消耗的电功率为________W(已知两电池串联的总电动势等于两电池的电动势之和)．根据计算结果，你认为新旧电池搭配使用的做法是否合理________(填“合理”或“不合理”)．

五、解答题

20．如图所示电路，已知R 3=4Ω，闭合电键，安培表读数为0.75A ，伏特表读数为2V ，经过一段时间，一个电阻被烧坏(断路)，使安培表读数变为0.8A ，伏特表读数变为3.2 V ，问：

（1）哪个电阻发生断路故障？

（2）R1的阻值是多少？

（3）能否求出电源电动势E和内阻r？如果能，求出结果；如果不能，说明理由．21．在与x轴平行的匀强电场中，一带电量为2×10-6C、质量为4×10-2kg的带电物体在绝缘光滑水平面上沿着x轴作直线运动，其位移随时间的变化规律是x=0.3 t－0.05 t2，式中x、t均用国际单位制的基本单位．求：

（1）该匀强电场的场强大小；

（2）从开始运动到第5s末带电物体所运动的路程；

（3）在0～8s内带电物体电势能的增量．

参考答案

1．B

【详解】

自然界中的总能量守恒，但是有些能源消耗就不会再生了，故过度利用会造成能源危机，故

A错误．物体内大量分子的无规则运动又叫热运动,选项B正确；根据热力学第二定律可知，凡是能量守恒的过程不一定能够自发地发生的，选项C错误；根据热力学第二定律，永动机是不可以制造出来的，故D错误；故选B.

2．C

【详解】

电场强度为零的地方，电势不一定为零，例如在等量同种电荷连线的中点处，选项A错误；电势为零的地方，电场强度不一定为零，例如在等量异种电荷连线中点处，选项B错误；沿着电场强度的方向，电势逐渐降低，选项C正确；电场强度较大的地方，电势不一定较高，例如在负的点电荷附近，选项D错误；故选C.

【点睛】

电场强度和电势这两个概念非常抽象，可借助电场线可以形象直观表示电场这两方面的特性：电场线疏密表示电场强度的相对大小，切线方向表示电场强度的方向，电场线的方向反映电势的高低.

3．D

【详解】

A．根据安培定则可知，直线电流的磁场，只分布在垂直于导线的所有平面内，故A错误；B．直线电流的磁感线，以导线为圆心的同心圆，距离导线越远处磁场越弱，磁感线越疏，故B错误．

CD．磁场的方向由安培定则可判，通电螺线管的磁感线分布与条形磁铁相同，且在管内有

磁场，且接近匀强磁场，磁感线是平等距直线，故C错误，D正确．

故选D．

点睛：电流和磁场总是同时产生，同时消失的不会存在延时性．安培定则要熟记，并注意安培定则来判定通电直导线与环形导线的磁场方向时，大拇指与四指所向方向不同．

4．C

【详解】

由于温度不变，分子平均动能相同；由于冰熔化成水从外界吸收了热量，使得分子势能不同．0℃

的冰熔化成0℃的水需要吸收热量，所以质量相同的0℃的水比0℃冰的内能大，即E变大；因为内能包括分子动能和分子势能，由于温度不变，分子平均动能相同，因此水的分子势能应该大于冰的分子势能；即：E k不变，E p变大．

A．E k变大，E p变大，与结论不相符，选项A错误；

B．E k变小，E p变小，与结论不相符，选项B错误；

C．E k不变，E p变大，与结论相符，选项C正确；

D．E k变大，E p变小，与结论不相符，选项D错误；

故选C．

点睛：解决此类问题要结合物态变化过程中的吸热和放热现象及内能进行分析解答，知道温度是分子平均动能的标志．

5．D

【解析】

【详解】

AB．斜面粗糙，木块下滑时要克服摩擦力做功，故斜面、木块组成的系统机械能减小，木块的能量将减小；选项AB错误；

C．做功可以使物体的内能增加，或者可以使物体的机械能变化，选项C错误；

D．压缩空气使之骤然变热，说明做功可以改变物体的内能，选项D正确；

故选D.

6．D

【解析】

【详解】

A．根据热力学第一定律，△E=W+Q，物体的内能的变化与外界做功和物体的吸收热量有关，物体吸收热量，同时物体对外做功，物体的内能可能减小，温度可能降低．故A错误；B．热量也能由低温物体传递到高温物体，但此过程会引起其他的变化．故B错误；C．气体自由膨胀的过程是不可逆的，选项C错误；

D．目前，人类消耗的能量主要来自常规能源，例如煤、石油等，选项D正确；

故选D.

7．D

【解析】

电场线上某点的切线方向就是正电荷在该点所受电场力的方向，也是加速度的方向，但是不

一定是速度方向，选项ABC 均错误；D 正确；故选D. 8．B 【解析】

设a 处导线在d 点的磁感应强度的大小为B ，方向方向竖直向下．根据通电直导线产生的磁场磁感应强度与电流成正比，a 处导线在c 点的磁感应强度的大小为3B ，方向竖直向下．由题，两条长直导线恒定电流大小相等，则得到b 处导线在c 两点的磁感应强度的大小为3B ，根据安培定则得到，方向竖直向下．b 处导线在d 两点的磁感应强度的大小为3B ，根据安培定则得到，方向竖直向上．则根据磁场叠加得B 1=3B+3B=6B ，B 2=3B-B=2B ，根据数学知识得到，B=1 2B

-B 2．所以a 处导线在d 点的磁感应强度的大小为B=1 2

B -B 2．方向是竖直向下．故选B ． 9．

C 【详解】

根据条形磁体磁感线分布情况得到直线电流所在位置磁场方向，在根据左手定则判断安培力方向，如图：

根据牛顿第三定律，电流对磁体的作用力向右下方；选取磁铁为研究的对象，磁铁始终静止，如图所示：

根据牛顿第三定律，电流对磁体的作用力向右下方；选取磁铁为研究的对象，磁铁始终静止，根据平衡条件，可知通电后支持力变大，静摩擦力变大，方向向左；最后再根据牛顿第三定律，磁铁对桌面的压力增大；C 正确，ABD 错误。

故选C ． 【点睛】

本题关键先对电流分析，根据左手定则得到其受力方向，再结合牛顿第三定律和平衡条件分析磁体的受力情况． 10．D 【解析】

由电源总功率为P EI =总，得3V E =．由2

r P I r =，可知1r =Ω．当电流为2A 时，

E

I R r

=+，得0.5R =Ω．此时线段AB 表示的功率22W P EI I r '=-=．综上分析，D 正确． 11．BC 【解析】

试题分析：磁感应强度方向为z 正方向，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y 负方向，则导体不可能处于平衡状态，选项A 错误；磁感应强度方向为y 正向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿z 正方向，此时细线的拉力为零，由平衡条件得：BIL=mg ，解得：

B=

mg

IL

，选项B 正确；磁感应强度方向为z 负向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y 正方向，由平衡条件得：BI Lcosθ=mgsinθ，解得：B=tan mg

IL

θ，选项C 正确； 当沿悬线向上时，由左手定则可知，安培力垂直于导线斜向左下方，导体不可能处于平衡状态，选项D 错误；故选BC.

考点：物体的平衡；安培力；左手定则

【名师点睛】此题是物体的平衡及安培力的方向判断问题；左手定则和右手定则一定要区分开，如果是和力有关的则全依靠左手定则，即关于力的用左手，其他的（一般用于判断感应电流方向）用右手定则；注意立体图形和平面图形的转化. 12．BC 【详解】

ABC ．由图象知：接a 时，η＝50%，接b 时，η＞50%(图中虚线长与纵截距的比值为效率)，在U －I 图象中，面积表示功率，显然接a 时功率大，故A 错误，BC 正确；

D ．当电阻R 与电源组成闭合电路时，电阻R 的U -I 图线与电源的U -I 图线的交点表示工作状态，交点的纵坐标表示电压，横坐标表示电流，由图可知，接b 时，工作状态下的电流与

电压的乘积较小，所以接b 时，电阻的热功率小，故D 错误．

13．61.210-? ； 减小； 【详解】

[1][2]根据公式W qU =可知电场力做功

51.210J AB W qU －==?

电场力做正功电势能减小． 14．8 牛/库 1×10-8 牛 【解析】 【详解】

[1]．A 点电场强度的大小为

8

9

410N/C 8N/C 510

F E q --?===? [2]．距离Q 为2r 处的场强为

2

1

2N/C (2)4

Q E k

E r ===' 它在B 点受到的电场力的大小为

982510110F E q N N --==??=?''

15．向上 0.2 T 【详解】

欲使杆向右做匀加速直线运动，则安培力方向向右，由左手定则可知，两轨道间磁场方向应为竖直向上；根据F=BIL ，F=ma ，代入数据解得110

0.2501

ma B T T IL ?===? 16．25 125 【解析】 【详解】

cd 端接电压表时：总电流I=12 U R R +，则IR 2=

12

U

R R +R 2=100V ①； cd 端接电流表时：R 2短路，I′=

1

U

R =5A ②； cd 端接R 3，功率相等，R 2和R 3并联：U 2=U 3，由P=2

U R

可得R 2=R 3，

I 1=I 2+I 3=2I 3=2I 2，由题意知三个电阻消耗的功率相等，由P=I 2R 可得R 1=3

2 44

R R =③； 将①②③联立得：R 1=25Ω，R 2=R 3=100Ω，U=125V ． 17．mg （R+r ）tan α/Ed ； 先变小再变大 【详解】

由平衡条件可知，对ab 棒：Fcos α=mgsin α； F=BId ；

E

I R r

=

+ 联立解得B=mg （R+r ）tan α/Ed

当B 由竖直向上逐渐变成水平向左时，安培力的方向开始时竖直向上，安培力与斜面的支持力的合力与重力等大反向，则根据平行四边形法则可判断，当B 由竖直向上逐渐变成水平向左的过程中，为保持杆始终静止不动，安培力先减小后增加，则B 先减小后增加. 18．磁 6(5.50.2)10-±?Wb 【详解】

在“用DIS 研究通电螺线管的磁感应强度”的实验中，用磁传感器测量螺线管的轴线上各点的磁感应强度．

根据图线知，螺线管中心的磁感应强度的大小大约为4.5×

10-3T ，则磁通量 Φ=BS=B ?2

4

d π＝4.5×10?3

×43.141610 4-??=5.6×10-6Wb ．

19． 1.50 0.20； 0.612 不合理．

【解析】

【详解】

（1）根据图甲所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．

（2）在U-I 图象中图象与纵坐标的交点等于电源的电动势，所以由图可以读出电源的电动势为1.5V ，图象中的斜率表示电源的内阻，所以电源的内阻为r=1.5 1.0

2.5

-=0.2Ω （3）由灯泡铭牌可知，灯泡额定电压是3V ，额定功率是3W ，

∵P=2

U R ，∴灯泡电阻22

333

U R P ===Ω；

手电筒里装一节新电池和一节旧电池搭配使用，E=E 1+E 2=3V ，内阻r=r 1+r 2=7Ω， 所以电路中电流I=

E

R r

+=0.3A ， 手电筒工作时电路中旧电池提供的电功率为P=E 2I=0.45W ， 它本身消耗的电功率P′=I 2r 2=0.612W ，

由于旧电池本身消耗的电功率大于提供的电功率，所以新旧电池搭配使用的做法是不合理的． 【点睛】本题考查测定电动势和内电阻的数据处理，要求能根据公式得出图象中斜率及截距的含义．在计算电源的内阻的时候，一定要注意纵坐标的数值是不是从0开始的. 20．（1）R 2被烧断路（2）4Ω（3）只能求出电源电动势E 而不能求出内阻r ，E =4V 【详解】

（1）由于发生故障后，伏特表和安培表有示数且增大，说明外电阻增大，故只能是R 2被烧断了．

（2）R 2被烧断后，电压表的示数等于电阻R 1两端的电压，则111 3.2

40.8

U R I '=

=Ω=Ω'.。 （3）第一种情况下，有：电阻R 3两端的电压为：U 3=I 1R 1-U 1=0.75×4-2=1V ，通过电阻R 3的电流为3331

0.25A 4

U I R =

==，根据闭合电路欧姆定律得：E =I 1R 1+（I 1+I 3）（R 4+r ） 第二情况下，有E =U 1′+I 1′（R 4+r ） 代入可得：E =3+（R 4+r ）

E=3.2+0.8（R4+r）

解得：

E=4V，

R4+r=1Ω，

由于R4未知，故只能求出电源电动势E而不能求出内阻r。

【名师点睛】

本题闭合电路的欧姆定律的应用以及电路的分析和计算问题，注意解题时要注意有两种情况，根据闭合电路欧姆定律列出两个方程，求解电动势或内阻，是常用的方法；此题同时给了我们一个测量电动势的方法.

21．（1）2×103N/C（2）0.65m（3）-3.2×10-3J

【解析】

【详解】

（1）加速度a= -0.1m/s2

场强E=F/q =ma /q =4×10-2×0.1/ 2×10-6N/C= 2×103N/C

（2）v0 = 0.3m/s

减速时间为t1 = v0/a = 0.3/0.1s=3s

带电物体所经过的路程为

S = x1+x2 =0.3×3－0.05×32+0.1×22/2 = 0.65m

（3）第6s末带电物体回到出发点，根据对称性，其速度为0.3m/s

第8s末x= v0t2+at22/2 =0.3×2+ 0.1×22/2m= 0.8m

带电物体电势能的增量为

△e = -Eqx= -2×103×2×10-6×0.8J = -3.2×10-3J

【点睛】

本题关键要根据位移表达式得到初速度和加速度，再分析物体运动过程的细节，找出与位移的关系，求解电势能的变化量．