物理卷·2019届河北省故城县高级中学高二上学期12月月考试题（解析版）x

物理卷·2019届河北省故城县高级中学高二上学期12月月考试题（解析版）x

河北省故城县高级中学2017—2018学年高二上学期12月月考物理试题 一．选择题（1-8为单选题， 9-12为多选题）‎ ‎1. 关于运动电荷和磁场的说法中，正确的是（ ）‎ A. 运动电荷在某点不受洛仑兹力的作用，这点的磁感应强度必为零 B. 运动电荷所受洛仑兹力的方向一定垂直于磁场方向，一定垂直于粒子速度方向 C. 电子射线受到垂直于它的磁场作用而偏转，这是因为洛仑兹力对电子做功的结果 D. 电荷的运动方向、磁感应强度和电荷所受洛仑兹力的方向一定互相垂直 ‎【答案】B ‎【解析】若电荷的运动方向与磁场方向平行，则运动电荷不受洛伦兹力作用．故A错误．根据左手定则，洛伦兹力的方向与磁场方向、粒子的运动方向垂直．故B正确，电子射线垂直进入磁场发生偏转，而洛伦兹力方向与速度方向垂直，洛伦兹力对电子不做功．故C错误．根据左手定则，洛伦兹力的方向与磁场方向、粒子的运动方向垂直，但运动方向与磁场的方向不一定垂直，故D错误．故选B．‎ ‎【点睛】当带电粒子的速度方向与磁场方向不平行，带电粒子受到洛伦兹力作用，根据左手定则可以得出洛伦兹力的方向．‎ ‎2. 如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，长度关系为c最长，b最短，将c弯成一直径与b等长的半圆，将装置置于向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三棒受到安培力的大小关系为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】设a、b两棒的长度分别为和、c的直径为d．由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：、、，因，则有：．选C．‎ ‎【点睛】图中导体棒都与磁场垂直，对直棒的安培力，直接安培力公式F=BIL求解；对于弯棒c，可等效为长度为直径的直棒．‎ ‎3. 如图所示，在粗糙的足够长的竖直木杆上套有一个带正电小球，整个装置处在有水平匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场组成的足够大的复合场中，小球由静止开始下滑，在整个运动过程中，关于描述小球运动的v﹣t图象中正确的是（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】在小球下滑的过程中，对小球受力分析，如图所示 ‎【点睛】对小球受力分析，开始时洛伦兹力较小，所以木杆对小球的支持力较大，摩擦力较大，加速度较小，随着速度的增加，分析竖直方向的合力变化，从而判断加速度的变化．了解了加速度变化的情况，也就知道了v-t图象的变化规律．‎ ‎4. 如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r．圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为（ ）‎ ‎ ‎ A. 1：1 B. 1：2 C. 1：4 D. 4：1‎ ‎【答案】A ‎【解析】根据磁通量的定义，当B垂直于S时，穿过线圈的磁通量为Ф=BS，其中S为有磁感线穿过区域的面积，所以图中a、b两线圈的磁通量相等，所以A正确；BCD错误．‎ ‎【名师点睛】本题主要注意磁通量的计算公式中S的含义，它指的是有磁感线穿过区域的垂直面积．‎ ‎5. 如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上（与纸面平行），磁场方向垂直于纸面向里．三个带正电的微粒a，b，c电荷量相等，质量分别为，，‎ ‎．已知在该区域内，a在纸面内做匀速圆周运动，b在纸面内向右做匀速直线运动，c在纸面内向左做匀速直线运动．下列选项正确的是（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】由题意知，mag=qE，mbg=qE+Bqv，mcg+Bqv=qE，所以，故B正确，ACD错误。‎ ‎【名师点睛】三种场力同时存在，做匀速圆周运动的条件是mag=qE，两个匀速直线运动，合外力为零，重点是洛伦兹力的方向判断。‎ ‎6. 如图所示，正方形线框abcd位于纸面内，边长为L，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为（ ）‎ ‎ ‎ A. B. 4BL C. D. 2BL ‎【答案】C ‎【解析】如图,当正方形线圈abcd有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中时,磁通量为：，故C正确，ABD错误。‎ 故选：C。‎ 点睛：在匀强磁场中，当线圈与磁场垂直时，穿过线圈的磁通量为Φ=BS，图中S为有磁感线穿过的线圈的面积，即为有效面积．‎ ‎7. 如图所示，一带负电的离子束沿图中箭头方向通过两磁极间时，它受的洛伦兹力方向（ ）‎ ‎ ‎ A. 向下 B. 向上 C. 向N极 D. 向S极 ‎【答案】A ‎【解析】由图可知，磁场方向从N极指向S极，根据左手定则可知，让四指指向与正电荷运动方向相同，让磁感线穿过手心，根据大拇指的指向即可判断出洛伦兹力的方向，由此可知负电的离子束所受的洛伦兹力的方向向下，故A正确，BCD错误．故选A．‎ ‎【点睛】带电粒子在磁场中运动时受到洛伦兹力方向根据左手定则判断，由磁感线方向确定手心方向，由电荷运动方向确定四指指向，由大拇指指向来判断洛伦兹力的方向．‎ ‎8. 彼此绝缘、相到垂直的两根通电直导线与闭合线圈共面，穿过闭合线圈的磁通量可能为零的是（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】试题分析：由安培定则可以判断，A中I1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，I2在线圈位置产生的磁场方向向外，穿过线圈的磁通量可能为零，同理可以判断B中，I1在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向外，I2在线圈位置产生的磁场方向垂直纸面向里，穿过线圈的磁通量可能为零，A、B正确；C中I1、I2‎ 在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向里，D中I1，I2在线圈位置产生的磁场方向都垂直纸面向外，C、D中穿过线圈的磁通量不可能为零．‎ 考点：通电直导线周围磁场的方向。‎ ‎9. 质量为m的通电细杆ab置于倾角为的平行导轨上，导轨宽度为d，杆ab与导轨间的动摩擦因数为．有电流时ab恰好在导轨上静止，如图所示．如图是沿b→a的方向观察时的四个平面图，标出了四种不同的匀强磁场方向，其中杆与导轨间摩擦力可能为零的是（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】BD ‎【解析】杆受到的重力竖直向下，安培力水平向右，杆要静止的话，必定要受到沿斜面向上的摩擦力的作用，摩擦力不可能为零，A错误；杆受到向下的重力，水平向左的安培力，和垂直于斜面的支持力的作用，在这三个力的作用下，可以处于平衡状态，摩擦力可以为零，B正确；杆受到的重力竖直向下，安培力也是竖直向下的，支持力垂直于斜面向上，杆要静止的话，必定要受到沿斜面向上的摩擦力的作用，摩擦力不可能为零，C错误；杆受到的重力竖直向下，安培力竖直向上，当着两个力等大反向的时候，杆就处于平衡状态，此时的摩擦力就是零，D正确；故选BD．‎ ‎【点睛】根据左手定则，判断出安培力的方向，再判断杆ab的受力是否可以处于平衡状态．‎ ‎10. 如图所示，以O为圆心、MN为直径的圆的左半部分内有垂直纸面向里的匀强磁场，三个不计重力、质量相同、带电量相同的带正电粒子a、b和c以相同的速率分别沿ao、bo和co方向垂直于磁场射入磁场区域，已知bo垂直MN，ao、co和bo的夹角都为 ‎，a、b、c三个粒子从射入磁场到射出磁场所用时间分别为、、，则下列给出的时间关系可能的是（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】ACD ‎【解析】粒子带正电，偏转方向如图所示，‎ 粒子在磁场中的运动周期相同，在磁场中运动的时间，故粒子在磁场中运动对应的圆心角越大，运动时间越长．若粒子的运动半径r和圆形区域半径R满足r=R，则如图甲所示，；当r＞R时，粒子a对应的圆心角最小，c对应的圆心角最大，则有，故A正确；当时，轨迹如图乙所示，则三个粒子的圆心角相等，则有；同理，当时，圆心角a的最小，b与c相等，则有：，故B错误，CD正确，故选ACD.‎ ‎【点睛】粒子垂直磁场方向射入，洛伦兹力提供向心力，做匀速圆周运动；画出运动轨迹，根据求出粒子的运动时间，进而分析可能存在的关系.‎ ‎11.‎ ‎ 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是（ ）‎ A. 增大磁场的磁感应强度 B. 增大匀强电场间的加速电压 C. 增大D形金属盒的半径 D. 减小狭缝间的距离 ‎【答案】AC ‎【解析】试题分析：回旋加速器利用电场加速和磁场偏转来加速粒子，根据洛伦兹力提供向心力求出粒子射出时的速度，从而得出动能的表达式，看动能与什么因素有关．‎ 解：由qvB=m，解得v=．‎ 则动能EK=mv2=，则知带电粒子的最大动能与加速的电压无关，狭缝间的距离无关，与磁感应强度大小和D形盒的半径有关，增大磁感应强度和D形盒的半径，可以增加粒子的动能．故A、C正确，B、D错误．‎ 故选：AC．‎ ‎【点评】解决本题的关键知道回旋加速器电场和磁场的作用，知道粒子的最大动能与加速的电压无关，与磁感应强度大小和D形盒的半径有关．‎ ‎12.‎ ‎ 如图长L、质量为m的导体棒ab，被两轻质细线水平悬挂，静置于匀强磁场中；当ab中通过如图的恒定电流I时，ab棒摆离原竖直面，在细绳与竖直方向成角的位置再次处于静止状态；已知ab棒始终与磁场方向垂直，则磁感应强度的大小可能是（ ）‎ ‎ ‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】AB ‎【解析】若磁场竖直向上，则画出从右侧看逆着电流方向的侧视图，如图甲所示：‎ 金属棒在重力、悬线拉力、安培力F三个力的作用下处于平衡状态．‎ 由共点力平衡条件得：，解得：。‎ 若所加磁场的方向应平行于悬线向上，此时所加磁场的磁感应强度最小，则棒平衡时所受的安培力有最小值．由于棒的重力恒定，悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知（如图乙）‎ 安培力的最小值为：，即：，‎ 所以，故选项AB正确。‎ 点睛：对于安培力的方向与大小如何确定与计算，要知道当安培力的方向与拉力的方向垂直，安培力最小，磁感应强度最小。‎ 二．填空题（共2小题）‎ ‎13. 如图所示，质量为m、带电量为+q的液滴，处在水平方向的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，液滴运动的速度为v，如要液滴在竖直平面内做匀速圆周运动，则施加一电场，其电场方向应是______，电场强度大小为______，液滴绕行方向为_______．（从纸外往纸内看）‎ ‎【答案】 (1). 竖直向上 (2). (3). 逆时针 ‎【解析】液滴带正电，判断在最高点受向下的磁场力，根据左手定则知粒子此时向左运动，即绕行方向为逆时针；液滴做匀速圆周运动，则重力与电场力应平衡，故受向上的电场力，则电场强度方向竖直向上，则，解得：‎ ‎【点睛】对液滴受力分析，液滴做匀速圆周运动，则重力与电场力应平衡，根据左手定则判断绕行方向．‎ ‎14. 电磁流量计是一根管道，内部没有任何阻碍流体流动的结构．现给你一个非磁性材料做成的圆形管道和一个已知磁感应强度为B的匀强磁场，并让此圆形管道垂直磁场放置．回答下列问题：‎ ‎（1）还需选用哪些器材方可测出管中液体的流量：_________．‎ ‎（2）要测出流量，还需测量的物理量有：____________．‎ ‎（3）用所给的和测得的物理量写出流量的表达式：_______．‎ ‎（4）用此装置有哪些优点：_____________、_____________（至少说出两点）‎ ‎【答案】 (1). 电压表、刻度尺 (2). 电压、管的直径 (3). (4). 具有测量范围宽 (5). 易与其他自动控制装置配套 ‎【解析】因为电磁流量计是一根管道，内部没有任何阻碍液体流动的结构，所以可以用来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量．它具有测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套等优点．当导电液体流过磁场区域时，相当于长为D（D为管道直径）的一段导体切割磁感线，产生感应电动势E=BLv．其中L=D，v为流速．根据液体流量，由E=BLv，得：，联立得：，由表达式可知，需要测量电压，故要用电压表，要测直径，故需要刻度尺；它具有测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套等优点 三．计算题（3小题）‎ ‎15. 如图所示，电源电动势E=3V，内阻不计，水平导轨不计电阻，不计摩擦阻力，宽为0.2m．在导轨上搁一导体，其电阻为，串联电阻R的阻值为，现用水平细绳通过定滑轮吊着质量为0.01kg的重物，此时重物对地面的压力恰好为零，则竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B为多大？‎ ‎【答案】1T ‎【解析】试题分析：根据对棒受力分析，结合平衡条件，及安培力表达式，再根据闭合电路欧姆定律，即可求解．‎ 根据左手定则可知，棒受力向左，要提起重物，安培力 F=Mg ‎ 且 F=BIL ‎ 电路中的电流 联立得B=1T ‎16. 在直角区域aOb内，有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，一质量为m、电量为q的带电粒子从O点沿纸面以速度v射入磁场中，速度方向与边界Ob成角．粒子从Ob边射出，求：‎ ‎（1）粒子带正电还是负电？在磁场中运动的时间为多少？‎ ‎（2）若磁场的磁感应强度为2B，仍以速度v射入磁场，求从磁场出来的位置离开O点的距离为多少？‎ ‎【答案】（1）粒子带负电， ；（2 .‎ ‎ ‎ ‎（1）粒子的运动轨迹如图所示 由左手定则可判断粒子带负电 粒子做匀速圆周运动时，洛仑兹力提供向心力为：‎ 解得：‎ 又 由几何关系知，粒子运动的圆心角为 则粒子在磁场中运动的时间为：‎ 联立得：‎ ‎（2）若磁感应强度为2B，则粒子的半径为：，粒子的运动轨迹如图所示 粒子的圆心角不变，由几何关系可得粒子从磁场出来的位置离开O点的距离为：‎ ‎【点睛】在解题时要注意的是当磁场加倍时，由洛仑兹力提供向心力知道，粒子做匀速圆周运动的半径将减半，由对称性则粒子从磁场射出时方向不变，则带电粒子向右偏移的距离也变为原来的一半．‎ ‎17. 如图所示，在xOy平面坐标系的第I象限内有沿x轴负方向的匀强电场，其场强大小为，第 II象限有垂直平面向里的匀强磁场B．一个带正电粒子以速度大小从上A点沿y轴正方向射人电场，并从C点进人磁场．已知A点坐标为（0.2m，0），该粒子的比荷，不计粒子的重力．‎ ‎（l）求C点的坐标；‎ ‎（2）求粒子刚进入磁场时的速度；‎ ‎（3）若要使粒子不能进入第 III象限，求磁感应强度B的大小．‎ ‎ ‎ ‎【答案】（l）（0，0.4m）；（2），与y轴的夹角为；（3）．‎ ‎【解析】试题分析：（1）粒子在第一象限内做类平抛运动，即沿y轴正方向做匀速直线运动，沿x轴负方向做匀加速直线运动，由类平抛运动规律可以求出水平位移．（2）在第一问手基础上，求出类平抛运动的末速度即为进入磁场的初速度．（3）粒子进入第二象限后做匀速圆周运动，若要使粒子不进入第三象限，则当粒子的运动轨迹恰与x轴相切时，是粒子的最大的半径，对应最小的磁感应强度．‎ ‎（l）粒子在第I象限内的运动类似平抛运动，轨迹如图 沿x轴负方向做匀加速运动，则有：，‎ 沿y轴正方向做匀速运动，则有：‎ 联立解得：y=0.4m 故粒子经过y轴时的坐标为（0，0.4m）‎ ‎（2）设粒子进入磁场时的速度为v 则x轴方向的速度为，y轴方向的速度为 由，解得：‎ 设速度v的方向与y轴的夹角为 则有：‎ 解得：，即速度v的方向与y轴的夹角为 ‎（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动，其最大半径为R的圆弧 在运动轨迹图中，由几何关系得：，‎ 又 联立解得：磁感应强度最小值为 则第 II象限内的磁场磁感应强度 ‎【点睛】本题是带电粒子在组合的匀强电场和匀强磁场中做类平抛运动和匀速圆周运动的综合题，需要考虑的是带电粒子在匀强磁场中运动的极端情况，要使粒子不进入第三象限，则带电粒子最大的运动半径恰恰与x轴相切，由几何关系求出最大半径，再由洛仑兹力提供向心力从而求出最小的磁感应强度．‎ ‎ ‎ ‎ ‎