2020北京人大附中高二（上）期末
物理 20201.14
制卷人：吴多常审卷人：刘永进成绩：
说明：本练习共两道大题，5道小题，共4页，满分50分，考试时间40分钟。
一、填空题：本题共2小题，共16分。请将解答填写在答题卡相应的位置。
1. 小雨同学用图1甲的实验装置“研究电磁感应现象”。闭合开关瞬间，发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
（1）闭合开关稳定后，将滑动变阻器的滑片向右滑动过程中，灵敏电流计的指针（填“向左偏转”、“向右偏转”或“不偏转”）；
（2）闭合开关稳定后，将线圈A从线圈B抽出的过程中，灵敏电流计的指针（填“向左偏转”、“向右偏转”或“不偏转”）；
（3）如图1乙所示，R为光敏电阻，其阻值随着光照强度的加强而减小。金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。当光照减弱时，从左向右看，金属环A中电流方向（填“顺时针”或“逆时针”），金属环A将向（填“左”或“右”）运动，并有（填“收缩”或“扩张”）的趋势。
2. 甲、乙两组同学通过实验研究水果电池组的电动势和内阻他们了解到水果电池的内阻可能比较大，因此设计了一个如图2所示的电路进行测量。
（1）甲同学制作了一个苹果电池组，接入图2的电路，调节滑动变阻器的位置，测量出相应的电压U和电流I，并将所测数据用“+”标注在坐标纸上，如图3所示。请你画出这个苹果电池组的U-I图线。
（2）根据图3的U-I图线可求得该电池组的电动势E= V（保留三位有效数字），内阻r= Ω（保留三位有效数字）。
（3）关于该实验的误差，下列说法正确的是。
A. 由于电压表内阻的影响，会使电源内阻的测量值偏大
B. 由于电压表内阻的影响，会使电源内阻的测量值偏小
C. 由于电流表内阻的影响，会使电源内阻的测量值偏大
D. 由于电流表内阻的影响，会使电源内阻的测量值偏小
（4）乙组同学制作了一个柠檬电池组，完成了上述的实验后，发现电动势与甲组测到的基本相同，只是内阻差异较大。这两组同学对两个电池组做了进一步探究，对电池组的输出功率P随外电阻R变化的关系，以及电池组的输出功率P随路端电压U变化的关系进行了猜想，并分别画出了如图4所示的P-R和P-U图象。若已知甲电池组的内阻较大，则下列各图中可能正确的是（选填选项的字母）。
二、计算题：本题共3小题，共计34分。解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题目，答案中必须明确写出数值和单位。
3. 在如图5甲所示的电路中，螺线管匝数n=1500匝，螺线管导线电阻r=1.0Ω，R1=
4.0Ω，R2=
5.0Ω，C= 30μF。在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁通量φ随时间t的变化规律如图5乙所示。
（1）求螺线管中产生的感应电动势大小；
（2）闭合S，电路中的电流稳定后，求电阻R1的功率：
（3）S断开后，求流经R2的电荷量。
4. 如图6所示，两平行金属导轨间的距离L=0.4m,金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.5T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E= 4.2V、内阻r=1.0Ω的直流电源。现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上，此时导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R=2.0Ω,金属导轨电阻不计，g取
10m/s2。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：
（1）导体棒受到的安培力大小；
（2）导体棒受到的摩擦力大小及方向；
（3）若将直流电源置换成一个电阻为R0=1.0Ω的定值电阻（图中未画出），然后将导体棒由静止释放，导体棒将沿导轨向下运动，求导体棒的最大速率（假设金属导轨足够长，导体棒与金属导轨之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等）。
5. 图7为某种质谱仪的结构的截面示意图，该种质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。其中静电分析器由两个相互绝缘且同心的四分之一圆柱面的金属电极K1和K2构成，O1点是圆柱面电极的圆心。静电分析器中的电场的等势面在该截面图中时一系列以O1为圆心的同心圆弧，图中虚线A是半径为r的等势线。S1和S2分别为静电分析器两端为带电粒子进出所留的狭缝。磁分析器中有以O2为圆心、半径为2d的四分之一圆弧的区域，该区域有垂直于截面的匀强磁场，磁场左边界与静电分析器的右边界平行，P1为磁分析器上为带电粒子进入所留的狭缝。
离子源不断地发出正离子束，正离子束中包含电荷量均为q、质量分别为m1、m2的两种同位素离子。离子束从离子源发出的初速度可忽略不计，经电压为U的加速电场加速后，全部从狭缝S1沿垂直于O1S1的方向进入静电分析器。进入静电分析器后，同位素离子沿等势线A运动并从狭缝S2射出静电分析器，而后由狭缝P1沿垂直于O2P1的方向进入磁场中。质量为m1的同位素离子偏转后从磁场下边界中点P2沿垂直于O2P2的方向射出，而质量为m2的同位素离子偏转后从磁场下边界的点P3射出，其中O2P3=√3d。忽略离子的重力、离子之间的相互作用、离子对场的影响和场的边缘效应。求：
（1）静电分析器中等势线A上各点的电场强度E的大小；
（2）两种同位素离子的质量之比m1：m2；
（3）两种同位素离子在磁场中的运动时间之比t1：t2。
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