江苏省海安高级中学2019-2020学年高二10月月考物理试题

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文档介绍

江苏省海安高级中学2019-2020学年高二10月月考物理试题

‎2019-2020学年度第一学期高二年级阶段检测 物 理(选修)‎ 一、单项选择题:本题共7小题,每小题3分,共计21分.每小题只有一个选项符合题意.‎ ‎1.如图所示,某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。一正方形刚性线圈,边长为L,匝数为n,线圈平面与磁场方向垂直,线圈的一半在磁场内。某时刻,线圈中通过大小为I的电流,则此线圈受到的安培力大小为( )‎ A. B. ‎ C. nBIL D. ‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】在磁场中通电导线的有效长度为,每一匝线圈都要受到安培力,则线圈所受的安培力大小是.‎ A.,与结论不相符,选项A错误;‎ B.,与结论不相符,选项B错误;‎ C.nBIL,与结论不相符,选项C错误;‎ D.,与结论相符,选项D正确;‎ ‎2.如图为洛伦兹力演示仪结构图。励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外,电子束由电子枪产生,其速度方向与磁场方向垂直。电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制,磁场强弱可通过励磁线圈的电流来调节。下列说法正确的是(  )‎ A. 仅增大励磁线圈的电流,电子束径迹的半径变大 B. 仅提高电子枪的加速电压,电子束径迹的半径变大 C. 仅增大励磁线圈的电流,电子做圆周运动的周期将变大 D. 仅提高电子枪的加速电压,电子做圆周运动的周期将变大 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 本题主要考查了洛伦兹力、动能定理、圆周运动。根据动能定理表示出加速后获得的速度,然后根据洛伦兹力提供向心力推导出半径的表达式,利用速度公式推导出周期表达式,增大励磁线圈中的电流,电流产生的磁场增强,当提高电子枪加速电压,速度增大,并结合以上公式即可解题。‎ ‎【详解】电子在加速电场中加速,由动能定理有:,电子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有:,解得:,那么周期为:,当增大励磁线圈中的电流,电流产生的磁场增强,半径在减小,周期变小,故AC错误;当提高电子枪加速电压,速度增大,电子束的轨道半径变大、周期不变,故B正确,D错误。‎ ‎3.如图所示,质量为M的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶,一质量为m的救生员站在船尾,相对小船静止.若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中,则救生员跃出后小船的速率为(  )‎ A. v0+(v0+v) B. v0-v C. v0+v D. v0+(v0-v)‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】人在跃出的过程中船人组成的系统水平方向动量守恒,规定向右为正方向,由动量守恒定律得:(M+m)v0=Mv′-mv,解得:v′=v0+(v0+v);‎ A. v0+(v0+v),与结论相符,选项A正确;‎ B. v0-v,与结论不相符,选项B错误;‎ C. v0+v,与结论不相符,选项C错误;‎ D. v0+(v0-v) ,与结论不相符,选项D错误;‎ ‎4.如图所示,导线框abcd与导线在同一平面内,直导线通恒定电流I,当线框由左向右匀速通过直导线时,线框中感应电流的方向是(  )‎ A. 始终dcba B. 先abcd,后dcba C. 先abcd,后dcba,再abcd D. 先dcba,后abcd,再dcba ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】根据右手定则可以判断,线圈所在位置磁场垂直纸面向外,根据电流磁场分布,线圈向右移动过程中,回路磁通量向外变大,感应电流磁场向里,根据右手定则判断,电流方向dcba,当dc边通过直导线位置后,磁通量向外减小,感应电流磁场向外,感应电流方向abcd,当ab过直导线后,磁通量向里减小,感应电流磁场向里,电流为dcba,ABC错误D正确。‎ ‎5.水力采煤是利用高速水流冲击煤层而进行的.假如煤层受到3.6×106N/m2的压强冲击即可被破碎,若高速水流沿水平方向冲击煤层,不考虑水的反向溅射作用,则冲击煤层的水流速度至少应为 A. 30m/s B. 40m/s C. 45m/s D. 60m/s ‎【答案】D ‎【解析】‎ 本题考查动量定理。,,得,,选D。‎ ‎6.如图所示,闭合导线框向右匀速穿过垂直纸面向里匀强磁场区域,磁场区域宽度大于线框尺寸,规定线框中逆时针方向的电流为正,则线框中电流i随时间t变化的图象可能正确的是( )‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ 线圈刚进入磁场时,产生逆时针方向的电流,故选项D错误;线圈一半进入磁场后有效长度减半,故感应电动势减半,感应电流减半;线圈出离磁场时产生顺时针方向的电流,刚出离磁场时,有效长度为L,一半出离磁场时有效长度减半,则感应电流减半;由以上分析可知,线框中电流i随时间变化的图线应该为B.故选B.‎ 点睛:解题时先根据楞次定律判断感应电流的方向.再分两段时间分析感应电动势,由欧姆定律得到感应电流的变化情况.感应电动势公式E=Blv,L是有效的切割长度即与速度垂直的长度。‎ ‎7.如图所示,a、b是一对水平放置的平行金属板,板间存在着竖直向下的匀强电场。一个不计重力的带电粒子从两板左侧正中位置以初速度v沿平行于金属板的方向进入场区,带电粒子进入场区后将向上偏转,并恰好从a板的右边缘处飞出;若撤去电场,在两金属板间加垂直纸面向里的匀强磁场,则相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区后将向下偏转,并恰好从b板的右边缘处飞出。现上述的电场和磁场同时存在于两金属板之间,仍让相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区,则下面的判断中正确的是( )‎ A. 带电粒子将做匀速直线运动 B. 带电粒子将偏向a板一方做曲线运动 C. 带电粒子将偏向b板一方做曲线运动 D. 无法确定带电粒子做哪种运动 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 分析:粒子进入电场与磁场的复合场后,会受到向上电场力qE和向下的洛伦兹力Bqv.若电场力大于洛伦兹力,则粒子会偏向a板,做曲线运动.若电场力小于洛伦兹力,则粒子会偏向b板,做曲线运动.‎ 解答:解:只有电场时,粒子做类平抛,‎ 设半间距离为d,板长为L,有:qE=ma…①‎ at2…②‎ L=v0t… ③‎ 由①②③得:qE=…④‎ 只有磁场时,粒子做匀速圆周运动,设运动半径为R,有:Bqv0=…⑤‎ 由几何关系知:R2-L2=(R-)…⑥‎ 由⑤⑥联立得:Bqv0=…⑦‎ 对比④⑦知:qE>Bqv0,电场力大于洛伦兹力,故向a板偏转做曲线与动.‎ 故答案选B 点评:本题综合了电场、磁场、类平抛、圆周运动等内容,具有一定的综合性.解决此类问题的关键是判断洛伦兹力和电场力的大小.‎ 二、多项选择题:本题共4小题,每小题4分,共计16分.每小题有多个选项符合题意,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不答的得0分.‎ ‎8.质量为0.2kg的小球以6m/s的速度竖直向下落至水平地面上,再以4m/s的速度反向弹回。取竖直向上为正方向,在小球与地面接触的时间内,关于小球动量的变化量Δp和合外力对小球做的功W,下列说法正确的是( )‎ A. Δp=-2kg·m/s B. Δp=2kg·m/s C. W=-2J D. W=2J ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】AB.取竖直向上为正方向,在小球与地面接触的时间内,小球动量的变化量 Δp=mv2-mv1=0.24kg·m/s-0.2(-6)kg·m/s=2kg·m/s 故A错误,B正确;‎ CD.根据动能定理,合外力对小球做的功 W=mv22-mv12=0.2(42-62)J=-2J 故C正确,D错误。‎ ‎9.如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r,用相同粗细、相同材料的金属导线制成。圆形匀强磁场的边缘恰好与a线圈重合,其磁感应强度B随时间均匀增大,则( )‎ A. 穿过a、b两线圈的磁通量之比为11‎ B. a、b两线圈的感应电动势之比为12‎ C. a、b两线圈的感应电流之比为21‎ D. a、b两线圈的电功率之比为21‎ ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【详解】A.任意时刻穿过a、b两线圈的磁感线条数相同,磁通量相同,穿过两线圈的磁通量之比为11,故A正确;‎ B.根据法拉第电磁感应定律E=S,S=r2,是个定值,所以a、b两线圈的感应电动势之比为11,故B错误;‎ C.线圈a、b的半径分别为r和2r,周长之比为12,电阻之比为12,根据欧姆定律I=知,a、b两线圈的感应电流之比为21,故C正确;‎ D.根据电功率P=知,E相同,电阻之比为12,则a、b两线圈的电功率之比为21,故D正确。‎ ‎10.如图所示,半径为r的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场,经过时间t从C点射出磁场,∠AOC为120°。现将带电粒子的速度变为,仍从A沿直径射入磁场,不计重力,则( )‎ A. 运动半径为 B. 运动半径为 C. 粒子在磁场中运动时间变为 D. 粒子在磁场中运动时间变为2t ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】圆形磁场区域的半径是r,带电粒子以速度v射入时,半径r1=,根据几何关系可知,=,所以r1=r,带电粒子转过的圆心角=,运动的时间t=T=;带电粒子以速度射入时,r2===,设第二次射入时的圆心角为,根据几何关系可知==,所以=,则第二次运动的时间t´===2t。‎ A.运动半径为,与分析不一致,故A错误;‎ B.运动半径为,与分析相一致,故B正确;‎ C.粒子在磁场中运动时间变为,与分析不一致,故C错误;‎ D.粒子在磁场中运动时间变为2t,与分析相一致,故D正确。‎ ‎11.半导体内导电的粒子—“载流子”有两种:自由电子和空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子),以自由电子导电为主的半导体叫N型半导体,以空穴导电为主的半导体叫P型半导体。图为检验半导体材料的类型和对材料性能进行测试的原理图,图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品板放在沿y轴正方向的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时,会在与z轴垂直的两个侧面之间产生霍尔电势差UH,霍尔电势差大小满足关系,其中k为材料的霍尔系数。若每个载流子所带电量的绝对值为e,下列说法中正确的是( ) ‎ ‎ ‎ A. 如果上表面电势高,则该半导体为P型半导体 B. 霍尔系数越大的材料,其内部单位体积内的载流子数目越多 C. 若将磁场方向改为沿z轴正方向,则在垂直y轴的两个侧面间会产生的霍尔电势差变小。‎ D. 若将电流方向改为沿z轴正方向,则在垂直x轴的两个侧面间会产生的霍尔电势差变大。‎ ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据左手定则判断带电粒子的电性,根据最终洛伦兹力和电场力平衡列式,再根据电流的微观表达式列式,最后联立求解即可.‎ ‎【详解】电流向右,磁场垂直向内,若上表面电势高,即带正电,故粒子受到的洛伦兹力向上,故载流子是带正电的“空穴”,是P型半导体,故A正确;最终洛伦兹力和电场力平衡,有:evB=e;电流的微观表达式为:I=nevS;且霍尔电势差大小满足关系UH=k,联立解得:,单位体积内的载流子数目,随着霍尔系数越大,而越小,故B错误;若将磁场方向改为沿z轴正方向,则平衡时:evB=e,解得U=Bdv,则d由原来的b变为c,减小,此时的电势差产生在前表面和后表面,则在垂直y轴的两个侧面间会产生的霍尔电势差变小,选项C正确,D错误。故选AC。‎ ‎【点睛】本题关键是明确霍尔效应的原理,知道左手定则中四指指向电流方向,注意单位体积内的载流子数目表达式的各物理量的含义.‎ 三、简答题:本题(第12、13题),共计12分.请将解答填写在相应的位置.‎ ‎12.某物理兴趣小组利用如图所示的装置进行实验。在足够大的水平平台上的A点放置一个光电门,水平平台上A点右侧摩擦很小可忽略不计,左侧为粗糙水平面,当地重力加速度大小为g。采用的实验步骤如下:‎ ‎①在小滑块a上固定一个宽度为d的窄挡光片;‎ ‎②用天平分别测出小滑块a(含挡光片)和小球b的质量ma、mb;‎ ‎③在a和b间用细线连接,中间夹一被压缩了的轻弹簧,静止放置在平台上;‎ ‎④细线烧断后,a、b瞬间被弹开,向相反方向运动; ‎ ‎⑤记录滑块a通过光电门时挡光片的遮光时间t;‎ ‎⑥滑块a最终停在c点(图中未画出),用刻度尺测出AC之间的距离Sa;‎ ‎⑦小球b从平台边缘飞出后,落在水平地面的B点,用刻度尺测出平台距水平地面的高度h及平台边缘铅垂线与B点之间的水平距离Sb;‎ ‎⑧改变弹簧压缩量,进行多次测量。 ‎ ‎(1)该实验要验证“动量守恒定律”,则只需验证_________=____________即可。(用上述实验数据字母表示) ‎ ‎ (2)改变弹簧压缩量,多次测量后,该实验小组得到Sa与的关系图象如图所示,图线的斜率为k,则平台上A点左侧与滑块a之间的动摩擦因数大小为________。(用上述实验数据字母表示)‎ ‎【答案】 (1). (2). (3). ‎ ‎【解析】‎ 试题分析:要验证动量守恒,必须求出被弹开瞬间两滑块的速度,根据通过光电门的平均速度等于其瞬时速度和平抛运动规律求解(2)根据动能定理写出表达式,然后根据斜率列等式求解 ‎(1)由于A点右侧摩擦可以不计,所以被弹开后滑块a的瞬时速度等于经过光电门的速度,即,b被弹开后的瞬时速度等于做平抛运动的初速度,根据可得,该实验要验证“动量守恒定律”,则只需验证 ‎(2)根据动能定理可得,即,化简得,即解得 ‎13.如图所示,木块A的质量mA=1kg,足够长的木板B的质量mB=4kg,质量为mC=4kg的木块C置于木板B上,水平面光滑,B、C之间有摩擦。现使A以v0=12m/s的初速度向右运动,与B碰撞后以4m/s的速度弹回,则A与B碰撞后瞬间,B的速度为__m/s ,C运动过程中的最大速度为__m/s ,整个过程中因为B、C之间的摩擦而产生的总内能为___J。‎ ‎【答案】 (1). 4 (2). 2 (3). 16‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]A与B碰瞬间,C的运动状态未变,B速度最大。以A、B组成的系统为研究对象,以A的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得 mAv0=-mAvA+mBvB,‎ 代入数据得A与B碰撞后瞬间,B速度vB=4m/s。 [2]A、B碰撞后,B与C相互作用使B减速、C加速,由于B板足够长,所以B和C能达到相同速度,二者共速后,C速度最大,以B、C组成的系统为研究对象,以向右为正方向,由动量守恒定律 mBvB=(mB+mC)vC 代入数据得C运动过程中的最大速度vC=2m/s. [3]整个过程中因为B、C之间的摩擦而产生的总内能E=mBvB2-(mB+mC)vC2=16J。‎ 四、 计算题:本题共4小题,共计51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,答案中必须明确写出数值和单位.‎ ‎14.在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.2T,有一水平放置的光滑框架,宽度L=0.4m,如图所示,框架上放置一质量m=0.05kg、电阻R=1Ω的金属杆cd,框架电阻不计。若杆cd在水平外力F的作用下以恒定加速度a=2m/s2由静止开始向右做匀变速运动,求:‎ ‎(1)5s内的平均感应电动势;‎ ‎(2)第5s末回路中的电流I;‎ ‎(3)第5s末作用在杆cd上的水平外力F的大小。‎ ‎【答案】(1)0.4V(2)0.8A(3)0.164N ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎(1)由匀变速直线运动的位移公式求出位移,然后求出平均速度,再应用E=BLv求出感应电动势.(2)由E=BLv求出感应电动势,由欧姆定律求出电流;(3)由安培力公式求出安培力,由牛顿第二定律求出外力.‎ ‎【详解】(1)5s内的位移为:x=at2=×2×52=25m 5s内的平均速度为:, 所以平均感应电动势为:; (2)第5s末速度为:v=at=10 m/s 此时感应电动势为:E=BLv, 回路中的电流为:. (3)杆cd匀加速运动,由牛顿第二定律得:F-F安 ‎=ma, 即:F=BIL+ma=0.164N;‎ ‎15.如图甲所示,一个圆形线圈的匝数n=100,线圈面积S=200cm2,线圈的电阻r=1Ω,线圈外接一个阻值R=4Ω的电阻,把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。求:‎ ‎(1)线圈中的感应电流的大小和方向;‎ ‎(2)电阻R两端电压及消耗的功率;‎ ‎(3)前4s内通过R的电荷量。‎ ‎【答案】(1)0﹣4s内,线圈中的感应电流的大小为0.02A,方向沿逆时针方向。4﹣6s内,线圈中的感应电流大小为0.08A,方向沿顺时针方向;(2)0﹣4s内,R两端的电压是0.08V;4﹣6s内,R两端的电压是0.32V,R消耗的总功率为0.0272W;(3)前4s内通过R的电荷量是8×10﹣2C。‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)0﹣4s内,由法拉第电磁感应定律有:‎ 线圈中的感应电流大小为:‎ 由楞次定律知感应电流方向沿逆时针方向。‎ ‎4﹣6s内,由法拉第电磁感应定律有:‎ 线圈中的感应电流大小为:,方向沿顺时针方向。‎ ‎(2)0﹣4s内,R两端的电压为:‎ 消耗的功率为:‎ ‎4﹣6s内,R两端的电压为:‎ 消耗的功率为:‎ 故R消耗的总功率为:‎ ‎(3)前4s内通过R的电荷量为:‎ ‎16.如图所示,在矩形区域abcd内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场矩形区域的边长ab=L,ad=3L.一粒子源处在ad边中点O,在t=0时刻粒子源垂直于磁场发射出大量的同种带电粒子,所有粒子的初速度大小相同,方向与Od的夹角分布在0~180°范围内.已知在bc边能接受到的最早到达的粒子时间为t=t0,粒子在磁场中做圆周运动的半径R=L,不计粒子的重力和粒子间的相互作用,求 ‎(1)粒子在磁场中的运动周期T;‎ ‎(2)粒子比荷;‎ ‎(3)粒子在磁场中运动的最长时间。‎ ‎【答案】(1)(2)(3)‎ ‎【解析】‎ ‎ (1)初速度沿Od方向发射的粒子在磁场中运动的轨迹如图1,其圆心为θ, 由几何关系有:sinθ=,所以:θ=60°,, 解得:T=6t0 ‎ ‎ (2)粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提供,根据牛顿第二定律得:qvB=m 所以:T= 解得 (3)如图2所示,在磁场中运动时间最长的粒子的轨迹的弦Ob=L,圆轨迹的半径为L,所以Ob弦对应的圆心角为120°,粒子在磁场中运动的最长时间tmax==2t0. 点睛:本题的解题关键是画出粒子的运动轨迹,根据几何知识确定隐含的极值条件和粒子运动轨迹对应的圆心角.‎ ‎17.如图甲所示,物块A、B的质量分别是mA=4.0kg和mB=3.0kg。用轻弹簧拴接,放在光滑的水平地面上,物块B右侧与竖直墙壁相接触。另有一物块C从t=0时以一定速度向右运动,在t=4s时与物块A相碰,并立即与A粘在一起不再分开,C的v-t图象如图乙所示。求:‎ ‎(1)C质量mC;‎ ‎(2)t=8s时弹簧具有的弹性势能Ep1,4~12s内墙壁对物块B的冲量大小I;‎ ‎(3)B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能Ep2。‎ ‎【答案】(1)2kg ;(2)27J,36N·S;(3)9J ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)由题图乙知,C与A碰前速度为v1=9m/s,碰后速度大小为v2=3m/s,C与A碰撞过程动量守恒 mCv1=(mA+mC)v2‎ 解得C的质量mC=2kg。‎ ‎(2)t=8s时弹簧具有的弹性势能 Ep1=(mA+mC)v22=27J 取水平向左为正方向,根据动量定理,4~12s内墙壁对物块B的冲量大小 I=(mA+mC)v3-(mA+mC)(-v2)=36N·S ‎(3)由题图可知,12s时B离开墙壁,此时A、C的速度大小v3=3m/s,之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒,且当A、C与B的速度相等时,弹簧弹性势能最大 ‎(mA+mC)v3=(mA+mB+mC)v4‎ ‎(mA+mC)=(mA+mB+mC)+Ep2‎ 解得B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能Ep2=9J。‎ ‎ ‎ ‎ ‎
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