【物理】天津市第一中学2019-2020学年高二上学期期中考试试题（解析版）

【物理】天津市第一中学2019-2020学年高二上学期期中考试试题（解析版）

天津一中 2019-2020-1 高二年级物理学科期中模块 质量调查试卷 第I卷 一、单项选择题（共6小题，每题仅有一个正确选项）‎ ‎1.如图所示，条形磁铁穿过一闭合弹性导体环，且导体环位于条形磁铁的中垂面上，如果把导体环压扁成椭圆形，那么这一过程中（ ）‎ A. 穿过导体环的磁通量减少，有感应电流产生 B. 穿过导体环的磁通量增加，有感应电流产生 C. 穿过导体环的磁通量变为零，无感应电流 D. 穿过导体环的磁通量不变，无感应电流 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】把导体环压扁成椭圆形，面积减小，通过圆环的净磁通量增加，由于磁通量发生变化，故有感应电流产生，B正确。‎ ‎2.每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，地球磁场可以有效地改变这些射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带负电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将 A. 向东偏转 B. 向南偏转 ‎ C. 向西偏转 D. 向北偏转 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】地球的磁场由南向北，当带负电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来时，根据左手定则可以判断粒子的受力的方向为向西，所以粒子将向西偏转。‎ A．向东偏转，与结论不相符，选项A错误；‎ B．向南偏转，与结论不相符，选项B错误；‎ C．向西偏转，与结论相符，选项C正确；‎ D．向北偏转，与结论不相符，选项D错误；‎ ‎3.如图所示，一带正电的物体在水平方向的匀强电场中沿光滑的水平面做曲线运动，当物体从M点运动到N点时，其速度方向恰好改变了90°，则物体在M点到N点的运动过程中，物体的电势能将 A. 先增大后减小 B. 先减小后增大 C 不断增大 D. 不断减小 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】带电粒子速度方向改变了90°，则知电场力方向应为斜向右下方，与初速度的方向夹角先大于90°，后小于90°，才能出现末速度与初速度垂直的情况，因此电场力先做负功，当达到速度与电场力方向垂直后再做正功，则电势能先增大后减小。 A．先增大后减小，与结论相符，选项A正确；‎ B．先减小后增大，与结论不相符，选项B错误；‎ C．不断增大，与结论不相符，选项C错误；‎ D．不断减小，与结论不相符，选项D错误；‎ ‎4.如图所示,两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线M和N,通有同向等值电流;沿纸面与直导线M、N等距放置的另一根可自由移动的通电导线ab,则通电导线ab在安培力作用下运动的情况是 A. 沿纸面逆时针转动 B. 沿纸面顺时针转动 C. a端转向纸里，b端转向纸外 D. a端转向纸外，b端转向纸里 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】导线M和N的磁感线都是同心圆。因此对ab上半段，M导线的磁感线指向右下，而N导线的磁感线指向右上，根据矢量的合成法则，则合磁场方向向右，再根据左手定则判断a端受到向里的力；同理也可以分析出b端受向外的力。从而使得a端转向纸里，b端转向纸外，故C正确；ABD错误；故选C。‎ ‎5.质谱仪是测带电粒子的质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后；垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子质量，其工作原理如图所示，虚线为离子运动轨迹，由图可知 A. 此粒子带负电 B. 下极板S2比上极扳S1电势髙 C. 若只增大加速电压U的值，则半径r变大 D. 若只增大入射粒子的质量，则半径r变小 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据粒子的运动轨迹判断电性，根据电性判断两极板的电势高低，根据动能定理求出粒子进入磁场的速度，根据牛顿第二定律求出轨道半径，从而得知半径与什么因素有关．‎ ‎【详解】根据动能定理得，qU=mv2，由qvB=m得，r=。‎ A、由图结合左手定则可知，该电荷带正电，故A错误；‎ B、正电粒子经过电场要加速，所以下极板S2比上极板S1电势低，故B错误；‎ C、若只增大加速电压U，由上式可知，则半径r变大，故C正确；‎ D、若只增大入射粒子的质量，q不变，由上式可知，则半径也变大．故D错误．‎ 故选：C．‎ ‎6.在xoy平面的第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场B，一对质量相等的等量异种电荷，沿着x轴夹角30°方向，由o点以速度vo垂直于B的方向射入磁场，偏转后又从x轴和y轴的穿过磁场区域，则下列说法正确的是 ‎①正粒子从x轴穿过②负粒子从x轴穿过 ‎③正负粒子在磁场中运动时间比为1:2‎ ‎④正负粒子在磁场中运动时间比为2:1‎ A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】由左手定则可知，粒子刚进入磁场时正粒子所受洛伦兹力垂直与速度斜向右下方，粒子沿顺时针方向偏转，从x轴离开磁场；负粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力垂直于速度斜向左上方，沿逆时针方向偏转，从y轴离开磁场，故①正确，②错误； 粒子磁场中做匀速圆周运动，粒子运动轨迹如图所示：‎ ‎ 由几何知识可知：θ=60°，α=120°， 粒子在磁场中做圆周运动的周期为：相等， 粒子在磁场中的运动时间为：‎ 正负粒子在磁场中的运动时间之比：‎ 故③正确，④错误； A．①③，与结论相符，选项A正确； ‎ B．①④ ，与结论不相符，选项B错误；‎ C．②③ ，与结论不相符，选项C错误；‎ D．②④，与结论不相符，选项D错误。‎ 二、多项选择题（共4小题，每题至少有两个正确选项）‎ ‎7.如图，一带正电的点电荷固定于O点，两虚线圆均以O为圆心，两实线分别为带电粒子M和N先后在电场中运动的轨迹，a、b、c、d、e为轨迹和虚线圆的交点不计重力下列说法正确的是　　‎ A M带负电荷，N带正电荷 B. M在b点的动能小于它在a点的动能 C. N在d点的电势能等于它在e点的电势能 D. N在从c点运动到d点的过程中克服电场力做功 ‎【答案】ABC ‎【解析】‎ 试题分析：由粒子运动轨迹可知，M受到的是吸引力，N受到的是排斥力，可知M带负电荷，N带正电荷，故A正确．M从a到b点，库仑力做负功，根据动能定理知，动能减小，则b点的动能小于在a点的动能，故B正确．d点和e点在同一等势面上，电势相等，则N在d点的电势能等于在e点的电势能，故C正确．‎ D、N从c到d，库仑斥力做正功，故D错误．故选ABC 考点：带电粒子在电场中的运动 ‎【名师点睛】本题关键是根据曲线运动的条件判断出静电力的方向，掌握判断动能和电势能变化的方向，一般的解题思路是根据动能定理判断动能的变化，根据电场力做功判断电势能的变化。‎ ‎8.有两个匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，Ⅰ中的磁感应强度是Ⅱ中的k倍．两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动．则下列计算正确的是 A. Ⅰ中运动的电子与Ⅱ中的电子圆周运动的半径比是1∶k B. Ⅰ中运动的电子与Ⅱ中的电子运动的加速度大小比是比是1∶k C. Ⅰ中运动的电子与Ⅱ中的电子圆周运动的周期是比是1∶k D. Ⅰ中运动的电子与Ⅱ中的电子圆周运动的角速度比是1∶k ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】设Ⅱ中的磁感应强度为B，则Ⅰ中的磁感应强度为kB； A．根据电子在磁场中运动的半径公式可知，Ⅰ中的电子运动轨迹的半径为，Ⅱ中的电子运动轨迹的半径为，所以Ⅱ中的电子运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍，故A正确；‎ B．电子在磁场运动的洛伦兹力作为向心力，所以电子的加速度的大小为，所以Ⅰ中的电子加速度的大小为，Ⅱ中的电子加速度的大小为，所以Ⅱ的电子的加速度大小是Ⅰ中的倍，故B错误；‎ C．根据电子在磁场中运动的周期公式可知，Ⅰ中的电子运动周期为，Ⅱ中的电子运动周期为，所以Ⅱ中的电子运动轨迹的半径是Ⅰ中的k倍，所以Ⅱ中的电子运动轨迹的周期是Ⅰ中的k倍，故C正确；‎ D．做圆周运动的角速度，所以Ⅰ中的电子运动角速度为，Ⅱ中的电子运动角速度为，在Ⅱ的电子做圆周运动的角速度是Ⅰ中的倍，故D错误；‎ ‎9.如图所示，甲带正电，乙是是不带电的绝缘物块，甲乙叠放在一起置于光滑绝缘水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现加一水平向左的匀强电场，发现甲、乙无相对滑动一起向左加速运动．在加速运动阶段（）‎ A. 甲对乙的压力变大 B. 乙对甲的摩擦力保持不变 C. 甲对乙的摩擦力变大 D. 乙对地面的压力保持不变 ‎【答案】AB ‎【解析】‎ ‎【详解】AD．由左手定则可知，甲乙向左运动时甲所受洛伦兹力的方向向下，则由f=qvB可知，随速度的增加，甲对乙的压力变大；同样对甲乙的整体，随速度的增加，乙对地面的压力增大，选项A正确，D错误；‎ BC．对甲乙的整体，水平方向 可知加速度不变；对甲：‎ 可知乙对甲的摩擦力保持不变，选项B正确，C错误。‎ ‎10.在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力)，电子可能沿水平方向向右做直线运动的是(　 　)‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】如电子水平向右运动，在A图中电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，故不可能；在B图中，电场力水平向左，洛伦兹力为零，故电子可能水平向右做匀减速直线运动；在C图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，电子向右可能做匀速直线运动；在D图中电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能做水平向右的直线运动，因此BC正确．‎ 三、填空题（共4小题）‎ ‎11.小明同学设计了一个“电磁天平”，如图所示，等臂天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，两臂平衡。线圈的水平边长L=‎0.1m，匝数为N。线圈的下边处于匀强磁场内，磁感应强度B0=1.0T，方向垂直线圈平面向里。线圈中通有可在0~‎2.0A范围内调节的电流I。挂盘放上待测物体后，调节线圈中电流使得天平平衡，为使电磁天平的量程达到‎0.5kg，线圈的匝数N至少为________匝（g=‎10m/s2）．‎ ‎【答案】25‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．线圈受到安培力为：‎ F=NB0IL 天平平衡有：‎ mg=NB0IL 代入数据解得：‎ N=25匝 ‎12.平行金属板M、N其上有一内壁光滑的绝缘圆筒与N板相切，切点处有一小孔S。圆筒内有垂直圆筒截面方向的匀强磁场，磁感应强度为B。电子与孔S及圆心O在同一直线上。M板内侧中点处有一质量为m，电荷量为e的静止电子，经过M、N间电压为U的电场加速后射入圆筒，在圆筒壁上碰撞5次后，恰好沿原路返回到出发点。（不考虑重力，设碰撞过程中无动能损失）电子到达小孔S时的速度大小为__________________；电子在磁场中运动的时间__________________．‎ ‎【答案】 (1). (2). ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．设加速后获得的速度为v，根据 解得：‎ ‎[2]．电子在圆筒壁上碰撞5次后，恰好沿原路返回到出发点，轨迹如图；电子的周期 电子在磁场中运动的时间 ‎13.一块横截面为矩形的金属导体的宽度为b，厚度为d，将导体置于一磁感应强度为B的匀强磁场中，磁感应强度的方向垂直于侧面，如图所示．当在导体中通以图示方向的电流I时，在导体的上下表面间用电压表测得的电压为UH，已知自由电子的电量为e，电压表的“＋”接线柱接_______(上、下）表面，该导体单位体积内的自由电子数为______．‎ ‎【答案】 (1). 下 (2). ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．由图，磁场方向向里，电流方向向右，则电子向左移动，根据左手定则，电子向上表面偏转，则上表面得到电子带负电，那么下表面带上正电，所以电压表的“+”接线柱接下表面； [2]．根据电场力与洛伦兹力平衡，则有：‎ 由 I=neSv=nebdv 得导体单位体积内自由电子数为：‎ ‎14.某型号的回旋加速器的工作原理图如图甲所示，图乙为俯视图．回旋加速器的核心部分为D形盒，D形盒置于真空容器中，整个装置放在电磁铁两极之间的磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与D形盒盒面垂直．两盒间狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．带电从粒子源A处进入加速电场的初速度不计，从静止开始加速到出口处所需的时间为t（带电粒子达到最大速度在磁场中完成半个圆周后被导引出来），已知磁场的磁感应强度大小为B，加速器接一高频交流电源，其电压为U，可以使带电粒子每次经过狭缝都能被加速，不考虑相对论效应和重力作用，D形盒半径R＝_______，D型盒内部带电粒子前三次做匀速圆周的轨道半径之比(由内到外)为______________．‎ ‎【答案】 (1). (2). ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．设粒子从静止开始加速到出口处运动了n圈，质子在出口处的速度为v，则 质子圆周运动的周期 质子运动的总时间 ‎ t=nT 联立解得 ‎；‎ ‎[2]．设质子第1次经过狭缝被加速后的速度为v1 由动能定理得 由牛顿第二定律有 联立解得：‎ 同理，粒子经2次加速后做圆周运动半径：‎ ‎ ‎ 粒子经3次加速后做圆周运动的半径：‎ ‎ ‎ 可知D型盒内部带电粒子前三次做匀速圆周的轨道半径之比(由内到外)为：‎ 四、计算题（共3小题）‎ ‎15.如图所示，电子由静止开始经加速电场加速后，沿平行于板面的方向射入偏转电场，并从另一侧射出。已知电子质量为m，电荷量为e，加速电场电压为U0。偏转电场可看作匀强电场，极板间电压为U，极板长度为L，板间距为d。‎ ‎(1)忽略电子所受重力，求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy；‎ ‎(2)分析物理量的数量级，是解决物理问题的常用方法。在解决（1）问时忽略了电子所受重力，请利用下列数据分析说明其原因。已知，，，，。‎ ‎(3)极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性质，请写出电势的定义式。类比电势的定义方法，在重力场中建立“重力势”的概念，并简要说明电势和“重力势”的共同特点。‎ ‎【答案】(1) (2)由于F远大于G，因此不需要考虑电子所受重力 (3) 电势和重力势都是反映场的能的性质的物理量，仅由场自身的因素决定.‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)根据动能定理，有 则电子射入偏转电场的初速度 在偏转电场中，电子的运动时间 偏转距离 ‎(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级，有 重力 电场力 由于，因此不需要考虑电子所受重力 ‎(3)电场中某点电势定义为电荷在该点的电势能与其电荷量q的比值，即 由于重力做功与路径无关，可以类比静电场电势的定义，将重力场中物体在某点的重力势能与其质量m的比值，叫做“重力势”，即 电势和重力势都是反映场的能的性质的物理量，仅由场自身的因素决定 ‎16.间距为L＝‎20cm的光滑平行导轨水平放置，导轨左端通过开关S与内阻不计、电动势为E的电源相连，右端与半径为L的两段光滑圆弧导轨相接，一根质量m＝‎60g、电阻R＝1Ω、长为L的导体捧ab，用长也为L的绝缘细线悬挂，如图所示，系统空间有竖直方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B＝0.5T，当闭合开关S后，导体棒沿圆弧摆动，摆到最大高度时细线水平，摆动过程中导体棒始终与导轨接触良好且细线处于张紧状态，不考虑导体棒切割磁感线的影响，导轨电阻不计。回答下列问题：‎ ‎（1）磁场方向如何？‎ ‎（2）求电源电动势E大小；‎ ‎（3）导体棒在向上摆动过程中的最大速度是多大。‎ ‎【答案】（1）向下（2）6V（3）‎1.29m/s ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）导体棒中的电流为由a到b，安培力方向向右，由左手定则可知，磁场方向向下；‎ ‎（2）导体棒在圆弧轨道上运动时，由动能定理：‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 联立解得：‎ E=6V ‎（3）导体棒在平衡位置时速度最大，因mg=F安可知平衡位置在圆弧中点位置，与竖直方向夹角为45°，由动能定理：‎ 解得 ‎17.如图所示的xoy坐标系中，在第Ⅰ象限内存在沿y轴负向的匀强电场，第IV象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，从y轴上的P点垂直进入匀强电场，经过x轴上的Q点以速度可进入磁场，方向与x轴正向成30°。若粒子在磁场中运动后恰好能再回到电场，已知=‎3L，粒子的重力不计，电场强度E和磁感应强度B大小均未知。求 ‎（1）OP的距离 ‎（2）磁感应强度B的大小 ‎（3）若在O点右侧‎2L处放置一平行于y轴的挡板，粒子能击中挡板并被吸收，求粒子从P点进入电场到击中挡板的时间 ‎【答案】（1）（2）（3）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）粒子在Q点进入磁场时 粒子从P点运动到Q点时间 OP间距离 ‎（2）粒子恰好能回到电场，即粒子在磁场中轨迹的左侧恰好与y轴相切，设半径为R 可得 ‎（3）粒子在电场和磁场中做周期性运动，轨迹如图 一个周期运动过程中，在x轴上发生的距离为 P点到挡板的距离为‎22L，所以粒子能完成5个周期的运动，然后在电场中沿x轴运动‎2L时击中挡板。‎ ‎5个周期的运动中，在电场中的时间为 磁场中运动的时间 剩余‎2L中的运动时间 总时间