1、2014届山东省德州高三上学期期末考试物理试卷与答案（带解析） 选择题 在物理学的发展过程中，许多物理学家做出了杰出的贡献，下列叙述符合史实的是 A库仑通过扭秤实验确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律 B奥斯特最早发现了通电导线周围存在磁场，即电流的磁效应 C法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流 D楞次在分析了许多实验事实后提出了感应电流方向的判断方法 答案： ABD 试题分析：库伦通过扭秤实验发现了两个静止的点电荷之间相互作用的规律从而提出了库仑定律选择 A对。奥斯特最早发现通电导线能使周围的小磁针发生偏转从而发现了电流的磁效应选项 B对。
2、恒定电流产生恒定的磁场，而导线静止使得磁场不但恒定而且是静止的，固定导线圈面积不变，也没有相对运动，所以线圈磁通量没有变化，不会产生感应电流选项 C错。楞次在分析了许多实验事实后提出了感应电流方向的判断方法被人们称为楞次定律选项 D对。 考点：物理学史 如图所示，间距为 l的光滑平行金属导轨与水平面夹角 30o，导轨电阻不计，正方形区域 abcd内匀强磁场的磁感应强度为 B，方向垂直导轨向上。甲、乙两金属杆电阻相同、质量均为 m，垂直于导轨放置。起初甲金属杆处在磁场的上边界 ab上，乙在甲上方距甲也为 l处。现将两金属杆同时由静止释放，释放同时在甲金属杆上施加一个沿着导轨的拉力，使甲金属杆始终
3、以大小为的加速度沿导轨向下匀加速运动，已知乙金属杆刚进入磁场时做匀速运动，重力加速度为 g，则以下正确的是 A每根金属杆的电阻 B甲金属杆在磁场区域运动过程中，拉力对杆做的功在数值上等于电路中产生的焦耳热 C乙金属杆在磁场区域运动过程中，安培力的功率是 D乙金属杆进入磁场直至出磁场过程中回路中通过的电量为 答案： AB 试题分析：乙金属杆进入磁场之前，乙仅受到自身重力斜面支持力作用，加速度 与金属杆甲的加速度相同，所以二者一直保持相对静止。那么当乙刚进入磁场时，甲恰好离开磁场，此前，根据匀变速直线运动可计算乙进入磁场的速度 ，产生的感应电流 ，根据乙做匀速直线运动可得 ，解得每个金属杆电阻选项
4、 A对。甲在磁场中运动过程，合力 即合力等于重力沿斜面向下的分力，拉力与安培力平衡，所以拉力对杆做的功在数值上等于电路中产生的焦耳热选项 B 对。乙金属杆在磁场 区域运动过程中是匀速，所以安培力做功功率等于重力功率等于 选项 C错。乙金属杆进入磁场直至出磁场过程中回路中通过的电量为，选项D错。 考点：电磁感应 在两个等量点电荷形成的电场中，一带负电的粒子仅在电场力作用下从 x1处沿 x轴负方向运动。粒子质量为 m，初速度大小为 v0，其电势能 Ep随坐标 x变化的关系如图所示，图线关于纵轴左右对称，以无穷远处为零电势能点，粒子在原点 O处电势能为 E0，在 x1处电势能为 E1， 则下列说法中
5、正确的是 A坐标原点 O处电场强度为零 B粒子经过 x1、 -x1处速度相同 C由 x1运动到 O过程加速度一直减小 D若粒子能够一直沿 x轴负方向运动，一定有 答案： AB 试题分析：电势能 ，所以 ，图像斜率即 ，所以图像斜率即电场力，与电场强度成正比，坐标原点斜率为 0 即电场强度为 0，选项 A对。粒子运动过程仅有电场力做功，所以动能和势能之和守恒， x1、 -x1处电势能相同，所以动能相等，因为运动方向没变化，所以速度相同，选项 B对。由 x1运动到 O过程图像斜率即电场力先增大后逐渐减小，根据牛顿第二定律加速度先增大后逐渐减小，选项 C错。坐标原点 O的电势能最大，所以此处动能最小
6、，若能够通过 O点，则 粒子一直沿 x轴负方向运动，要想通过原点，需要满足 ,整理即得 ，选项 D错。 考点：电场力做功与电势能 如右图所示，一平行板电容器，右极板接电源正极，板长为 2d，板间距离为 d。一带电量为 q、质量为 m的负离子（重力不计）以速度 v0贴近左极板沿极板方向射入，恰从右极板下边缘射出。在右极板右侧空间存在垂直纸面方向的匀强磁场（未标出）。要使该负离子在磁场中运动后，又恰能直接从右极板上边缘进入电场，则 A磁场方向垂直纸面向里 B磁场方向垂直纸面向外 C磁感应强度大小为 D在磁场中运动时间为 答案： BC 试题分析：粒子进入匀强电场后，竖直方向匀速直线运动 ，水平方向匀
7、加速直线运动 ，离开下极板时竖直速度为 ，水平速度，所以离开电场的速度为 ，方向与水平方向成 斜向下，进入匀强磁场后做匀速圆周运动，要再次从右极板边缘进入电场，运动轨迹如下图，根据负电荷向右偏转判断磁场垂直纸面向外，选项 A错 B对。根据几何关系，半径 ,根据 可得，整理可得 ，选项 C对 D错。 考点：带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动 如右图所示， MN右侧有一正三角形匀强磁场区域（边缘磁场忽略不计），上边界与 MN垂直。现有一与磁场边界完全相同的三角形导体框，从 MN左侧垂直于 MN匀速向右运动。导体框穿过磁场过程中所受安培力 F的大小随时间变化的图象以及感应电流 i随时间变化的图象正
8、确的是（取逆时针电流为正） 答案： BC 试题分析：线框进入磁场过程，磁通量增大，根据楞次定律，感应电流沿逆时针方向为正，出磁场过程磁通量减少，感应电流为顺时针方向为负。线框匀速进入磁场设速度为 v，时间为 t，则切割磁感线的有效长度是磁场中线框首尾连接的线段即 ，如下图，但有效长度与速度不垂直，分解后为 ，所以产生的感应电流 与时间成正比，随时 间均匀增大，安培力与时间的平方成正比，所以选项 A错。当线框与磁场区域完全重合时，感应电流最大，安培力最大，此后为出磁场过程，与进磁场过程对称，所以选项 BC对 D错。 考点：电磁感应 某兴趣小组用实验室的手摇发电机和理想变压器给一个灯泡供电，电路如
9、图所示。当线圈以较大的转速 n匀速转动时，电压表示数是 U1，额定电压为 U2的灯泡正常发光，灯泡正常发光时电功率为 P，手摇发电机的线圈电阻是 r，则有 A电流表的示数是 B变压器的原副线圈的匝数比是 U2 U1 C从如图所示位置开始计时，变压器输入电压的瞬时值表达式 u=D手摇发电机的线圈中产生的电动势最大值是 答案： AC 试题分析：灯泡正常发光即说明副线圈电压 ，功率为 ，那么原副线圈功率相等，所以 ，整理得电流表示数 ，选项 A正确。理想变压器原副线圈电压与匝数成正比，所以 选项 B错。原线圈输入电压为，那么最大值为 ，线圈从图示位置刚好是中性面，按正弦规律变化即，选项 C正确。理想
10、变压器原线圈和绕轴转动的线圈构成闭合电路，电压表示数 是外电路电压，电源电动势为，最大值为 选项 D错。考点：理想变压器 正弦交流电 如图所示， AC、 BD 为圆的两条相互垂直的直径，圆心为 O，半径为 R。 E、F为圆周上关于 BD对称的两点， EOD=30o。将电量均为 Q的两个异种点电荷分别放在 E、 F两点， E点放负电荷。静电力常量为 K，下列说法正确的是 A电子沿圆弧从 B点运动到 C点，电场力做功为零 B电子在 A点的电势能比 C点小 C A点和 C点的场强相同 D O点的场强大小为 答案： D 试题分析：等量异种点电荷形成的电场，中垂线 BD是等势面，电场强度关于中垂线对称分
11、布。电子沿圆弧从 B运动到 C，相当于从 O点到 C点，电场力做正功， 选项 A错。根据 E点放负电荷， F点放正电荷所以 C点电势高于 A点，但是电子为负电荷，所以根据 判断电子在 C 点电势能比 A 点电势能小，选项 B错。根据对称性， A点和 C点的电场强度大小相等，但方向不同，选项C错。 E和 F的点电荷在 O点电场强度大小相等，关于 OA对称分布，根据几何关系可得 O点电场强度 选项 D对。 考点：等量异种点电荷电场 如图是一个理想变压器的示意图， S为单刀双掷开关， P是滑动变阻器 R的滑动触头， R0是定值电阻，保持交变电压 U1不变。下列说法正确的是 A若 P的位置不变， S由
12、 b合到 a处，则电流表示数减小 B若 P的位置不变， S由 a合到 b处，则电压表示数减小 C若 S置于 a处，将 P向下滑动，则滑动变阻器 R消耗的电功率一定增大 D若 S置于 b处，将 P向上滑动，则电压表示数增大 答案： AD 试题分析：若 P的位置不变则副线圈电阻 R不变， S由 b合到 a处， 增大，根据理想变压器 可得 变小，电功率 变小，理想变压器原副线圈功率相等 所以 变小电流表示数变小，选项 A对。 S由 a合到 b处， 减小， 变大，副线圈电流变大，滑动变阻器电压即电压表示数变大，选项 B错。若 S置于 a处，将 P向下滑动，则 不变，副线圈电压 不变，将 P向下滑动滑动
13、变阻器阻值变小，此时可以把 看做电源电动势，定值电阻看做电源内阻，滑动变阻器越接近定值电阻电功率越大，选项 C错。若 S置于 b处，将 P向上滑动，则 不变，副线圈电压 不变，滑动变阻器阻值变大，副线圈电流变小，定值电阻分电压变小，滑动变阻器电压变大，电压表示数变大，选项 D对。 考点：理想变压器 如图所示，速度不同的同种带电粒子（重力不计） a、 b沿半径 AO方向进入一圆形匀强磁场区域， a， b两粒子的运动轨迹分别为 AB和 AC，则下列说法中正确的是 A a、 b两粒子均带正电 B a粒子的速度比 b粒子的速度大 C a粒子在磁场中的运动时间比 b粒子长 D两粒子离开磁场时的速度反向延
14、长线一定都过圆心 O 答案： CD 试题分析：粒子沿半径方向进入圆形匀强磁场区域，以粒子 a 的运动轨迹为例，弦 AB既是圆形磁场的弦长，也是粒子在磁场中圆周运动的弦长，弦的垂直平分线过两个圆的圆心，根据对称性，弦的两个端点为两个圆的半径交点，互相垂直，所以末速度方向就是圆形磁场的半径方向。两粒子离开磁场时的速度反向延长线一定都过圆心 O，选项 D对。从 A点进入磁场，过 A点做垂线指向圆周运动的圆心，连接弦长，做垂直平分线与垂线的 交点即圆周运动圆心，如下图所示。根据粒子进入磁场后向下偏转，判断粒子带负电，选项 A错。据下图可判断粒子 a的半径小，根据 ， 可判断粒子 a的速度小，选项 B错
15、。带电粒子在匀强磁场中圆周运动的周期 与线速度无关，所以两粒子周期相同，粒子 a对应的圆心角大，所以运动时间长，选项 C对。 考点：带电粒子在匀强磁场中的运动 如图所示，将两块水平放置的金属板用导线与一线圈连接，线圈中存在方向竖直向上、大小变化的磁场，两板间有一带正电的油滴恰好处于静止状态，则磁场的磁感应强度 B随时间 t变化的图象是 答案： C 试题分析：带正电油滴处于静止，说明感应电动势恒定，在正对金属板之间产生的电场为恒定的匀强电场，电场力与重力平衡。即电场力向上，说明上极板为感应电动势的负极，根据电流在电源内部从负极流向正极可以判断感应电流是自上而下的方向，右手判断感应电流的磁场是竖直
16、向上的，根据楞次定律感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化，说明原磁场在减小，根据感应电动势恒定，判断原磁场在均匀减小，选项 C对。 考点：电磁感应 楞次定律 实验题 （ 6分）为了测定电源电动势 E、内电阻 r的大小并同时描绘出小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图甲所示 的电路。闭合开关，调节电阻箱的阻值，同时记录电阻箱的阻值 R，电压表 V1的示数 U1，电压表 V2的示数 U2。根据记录数据计算出流过电阻箱的电流 I，分别描绘了 a、 b两条 UI 图线，如图乙所示。请回答下列问题： （ 1）写出流过电阻箱的电流 I的表达式 I= ；（用 U1、 U2、 R表示） （ 2）电源两端电压随电
17、流变化的图象是 （选填 “a”或 “b”）；当电阻箱阻值调节为 时，两条图线存在交点； （ 3）根据图乙可以求得电源的电动势 E= V，内电阻 r= ，该电路中小灯泡消耗的最大功率为 W。（本小题结果均保留两位有效数字） 答案：（ 1） （ 2） B 0 （ 3） 3.0 2.0 1.0 试题分析：（ 1）观察电路图可知，电压表 V1的示数 U1 为路端电压，电压表 V2的示数 U2 为灯泡电压，而灯泡和电阻箱为串联电路，路端电压等于个用电器电压之和，所以电阻箱的电压 ，所以电阻箱电流 。 （ 2）电流 I越大，电路内电压 越大，电压两端电压即路端电压 随电流增大而减小，而且是一条倾斜的直线，
18、所以 b是电源两端电压随电流变化的图象。当电阻箱电阻为 0时，外电路只有灯泡，灯泡电压即路端电压，二个图像有交点。 （ 3）根 据路端电压随电流变化图像 b可判断图像与纵轴交点就是电源电动势，斜率即内阻，所以 ，内阻 ，灯泡的伏安特性曲线纵坐标和横坐标乘积即灯泡电功率，所以灯泡消耗的最大功率为 。 考点：测量电动势和内阻以及小灯泡伏安特性曲线的描述实验探究分析 （ 10分）某同学要测量额定电压为 3V的某圆柱体电阻 R的电阻率 。 （ 1）用游标卡尺和螺旋测微器分别测量其长度和直径，如图所示，则其长度L= mm，直径 d= mm。 （ 2）为精确测量 R的阻值，该同学先用如图所示的指针式多用电
19、表粗测其电阻。他将红黑表笔分别插入 “+”、 “” 插孔 中，将选择开关置于 “l”挡位置，然后将红、黑表笔短接调零，此后测阻值时发现指针偏转角度较小，如图甲所示。试问： 为减小读数误差，该同学应将选择开关置于 “ ”挡位置。 再将红、黑表笔短接，此时发现指针并未指到右边的 “ ”处，如图乙所示，那么他该调节 直至指针指在 “ ”处再继续实验，结果看到指针指在如图丙所示位置。 现要进一步精确测量其阻值，实验室提供了下列可选用的器材： A灵敏电流计 G（量程 200 A，内阻 300 ） B电流表 A（量程 3A，内阻约 0 3 ） C电压表 V1（量程 3V，内阻约 3k ） D电压表 V2量
20、程 l5V，内阻约 5k ） E滑动变阻器 R1（最大阻值为 10 ） F最大阻值为 99 99 的电阻箱 R2 以及电源 E（电动势 4V，内阻可忽略）、电键、导线若干为了提高测量精确度并且使电阻 R两端电压调节范围尽可能大，除电源、电键、导线以外还应选择的最恰当器材（只需填器材前面的字母）有 。请在下面的方框中画出你设计的电路图。 答案：（ 1） 70.15 4.600 （ 2） 欧姆调零 ACEF 试题分析：（ 1）游标卡尺读数注意游标尺零刻度线左侧读出主尺上面毫米的整数部分即 70mm，再看游标尺上与主尺对齐的刻度线即 ，游标尺 20分度，精确度为 0.05mm，所以最终结果为 。螺旋
21、测微器读数先读出固定刻度上面半毫米的整数倍即 4.5mm，再从可动刻度上找到与固定刻度对齐的刻度，注意估读一位即 10.0，螺旋测微器精确度为 0.01mm，最终读数为 。 （ 2） 欧姆档选择 时指针偏转角度小，说明读数很大，所以要换用大倍率即 。 换倍率后重新欧姆调零，红黑表笔短接后指针不指零，选择欧姆调零旋钮把指针调到 0. 电源电动势 4v所以电压表 D量程过大，读数不准，选择 C。根据图丙可知待测电阻在 150 左右，所以电流 ,电流表选择 A量程太小， B的量程过大，所以我们选择把 A与定值电阻并联扩大量程。为了提高测量精确度并且使电阻 R两端电压调节范围尽可能大，要接入滑动变阻器
22、并且选择分压式，根据待测电路 ，所以电流表选择内接法，电路图见答案：。 考点：实验电路的设计分析 计算题 （ 12分）如右图所示， PQ是两块平行金属板，上极板接电源正极，两极板之间的电压为 U=1 2104V，一带负电的粒子通过 P极板的小孔以速度v0=2 0104m/s垂直金属板飞入，通过 Q极板上的小孔后，垂直 AC边经中点O进入边界为等腰直角 三角形的匀强磁场中，磁感应强度为 B=1 0T，边界AC的长度为 L=1 6m，粒子比荷 =5104C/kg，不计粒子的重力。求： （ 1）粒子进入磁场时的速度大小； （ 2）粒子经过磁场边界上的位置到 B点的距离以及在磁场中的运动时间。 答案：
23、（ 1） （ 2） BD=0.8m 试题分析：（ 1）粒子从 P板到 Q板的过程，只有重力做功，根据动能定理有带入数据计算得 （ 2）粒子进入磁场后做匀速圆周运动 解得圆周运动半径 从 O点垂直 Q板进入磁场，洛伦兹力水平向右，且半径等于 OC，所以圆周运动以 C点为圆心，那么 离开磁场时从 BC边的 D点离开，则 CD=0.8m。根据几何关系 BD=0.8m 粒子在磁场中做圆周运动的周期 有几何关系可知，磁场中转过的圆心角为直角，所以运动时间考点：带电粒子在加速电场和匀强磁场中的运动 （ 14分）如图甲所示，电阻不计的 “ ”形光滑导体框架水平放置，导体框处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度
24、为 B=1T，有一导体棒 AC横放在框架上且与导体框架接触良好，其质量为 m=0 2kg，电阻为 R=0 8 ，现用绝缘轻绳拴住导体棒，轻绳的右端通过光滑的定滑轮绕在电动机的转轴上，左端通过另一光滑的定滑轮 与物体 D相连，物体 D的质量为 M=0 2kg，电动机内阻r=1 。接通电路后电压表的读数恒为 U=10V,电流表读数恒为 I=1A，电动机牵引原来静止的导体棒 AC平行于 EF向右运动，其运动位移 x随时间 t变化的图象如图乙所示，其中 OM段为曲线， MN段为直线。（取 g=10m/s2）求： （ 1）电动机的输出功率； （ 2）导体框架的宽度； （ 3）导体棒在变速运动阶段产生的热
25、量。 答案：（ 1） （ 2） （ 3） 试题分析：（ 1）电动机为非纯电阻电路，电动机总功率 电动机内阻发热的功率 那么电动机输出的机械功率 （ 2）位移时间图像的斜率代表速度， 后导体棒 AC为匀速直线运动，速度 。 设导轨宽度为 L，则有导体棒切割磁感线产生感应电流 ，受到安培力拉动导体棒匀速运动的拉力 根据电动机输出功率有 计算得 （ 3）根据位移时间图像可知，变速阶段初始度为 0，末速度为 此过程电动机做功转化为 D的重力势能以及 D和导体棒的动能还有克服安培力做功即焦耳热。 所以有 其中 带入计算得 考点：电磁感应 功能关系 （ 18分）在竖直平面内建立一平面直角坐标系 xoy，
26、x轴沿水平方向，如图甲所示。第一象限内有竖直向上的匀强电场， 第二象限内有一水平向右的匀强电场。某种发射装置（未画出）竖直向上发射出一个质量为 m、电荷量为 q的带正电粒子（可视为质点），该粒子以 v0的初速度从 x轴上的 A点进入第二象限，并从 y轴上的 C 点沿水平方向进入第一象限后能够沿水平方向运动到 D点。已知 OA、 OC距离相等， CD的距离为 OC， E点在 D点正下方，位于 x轴上，重力加速度为 g。则： （ 1）求粒子在 C点的速度大小以及 OC之间的距离； （ 2）若第一象限同时存在按如图乙所示规律变化的磁场，磁场方向垂直纸面，（以垂直纸面向外的磁场方向为正方向，图中 B0
27、， T0均为未 知量），并且在时刻粒子由 C点进入第一象限，且恰好也能通过同一水平线上的 D点，速度方向仍然水平。若粒子在第一象限中运动的周期与磁场变化周期相同，求交变磁场变化的周期； （ 3）若第一象限仍同时存在按如图乙所示规律变化的磁场（以垂直纸面向外的磁场方向为正方向，图中 B0， T0均为未知量），调整图乙中磁场变化的周期，让粒子在 t=0时刻由 C点进入第一象限，且恰能通过 E点，求交变磁场的磁感应强度 B0应满足的条件。 答案：（ 1） （ 2） （ 3）试题分析：（ 1）粒子抛出后，竖直方向受重力作用，匀减速直线运动，加速度，到达 C点时只有水平速度，竖直速度等于 0，因此有 ,
28、水平方向受到电场力作用为初速度 0的匀加速直线运动， 整理得 即粒子在 C点的速度大小为 对竖直方向的匀减速直线运动有 解得 （ 2）在第一象限没有磁场存在时，粒子能沿水平线运动，说明 加上磁场后粒子将在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动， 由于磁场周期性变化，所以粒子运动轨迹也是周期性变化， 时刻进入磁场开始圆周运动，要回到同一水平线上的 D点，运动轨迹如下图所示 洛伦兹力提供向心力 ， CD的长度 根据几何关系 即得磁感应强度 粒子做圆周运 动的周期 有运动轨迹判断磁场变化的周期 （ 3）粒子在 t=0时刻由 C点进入第一象限，且恰能通过 E点，运动轨迹如下图所示。有几何关系得 则每经过磁场的半个周期，粒子转过 的圆心角，对应的弦长刚好等于圆周运动的半径 R。 洛伦兹力提供向心力 整理得 考点：带电粒子在复合场中的运动
