物理卷·2018届安徽省太和中学高二上学期第三次月考（2016-12）

物理卷·2018届安徽省太和中学高二上学期第三次月考（2016-12）

太和中学高二上学期第三次月考 物理试题 (本卷满分 100 分，考试时间 100 分钟．) 第Ⅰ卷（选择题 共 40 分） 一、选择题（每题 4 分，共 40 分．1～6 题为单选题，7～10 题多选题．） 1．19 世纪 20 年代，以塞贝克（数学家）为代表的科学家已认识到：温度差会引起电流， 安培考虑到地球自转造成了太阳照射后正面与背面的温度差，从而提出如下假设：地球磁场 是由绕地球的环形电流引起的．则该假设中的电流方向是( ) A．由西向东垂直磁子午线 B．由东向西垂直磁子午线 C．由南向北沿磁子午线 D．由赤道向两极沿磁子午线 （注：磁子午线是地球磁场 N 极与 S 极在地球表面的连线） 2．如图所示，磁场方向竖直向下，通电直导线 ab 由水平位置 1 绕 a 点在竖直平面内转到位 置 2，则通电导线所受的安培力( ) A．数值变大，方向不变 B．数值变小，方向不变 C．数值不变，方向改变 D．数值、方向均改变 3．关于磁感应强度，下列说法正确的是( ) A．一小段通电导体放在磁场 A 处，受到的磁场力比 B 处的大，说明 A 处的磁感应强度比 B 处的磁感应强度大 B．由 B＝ F IL 可知，某处的磁感应强度大小与放入该处的通电导线所受磁场力 F 成正比，与 导线的 IL 成比 C．一小段通电导体在磁场中某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零 D．小磁针 N 极所受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向 4．薄铝板将同一匀强磁场分成Ⅰ、Ⅱ两个区域，高速带电粒子可穿过铝板一次，在两个区 域运动的轨迹如图所示，半径 R1＞R2．假定穿过铝板前后粒子电荷量保持不变，则该粒子 ( ) A．带正电 B．在Ⅰ、Ⅱ区域的运动时间相同 C．在Ⅰ、Ⅱ区域的运动加速度相同 D．从区域Ⅱ穿过铝板运动到区域Ⅰ 5．如图所示，三根通电长直导线 P、Q、R 互相平行，垂直纸面放置，其间距均为 a，电流 均为 I，方向垂直纸面向里(已知电流为 I 的长直导线产生的磁场中，距导线 r 处的磁感应 强度 B＝kI r ，其中 k 为常数)．某时刻有一电子(质量为 m，电荷量为 e)正好经过原点 O，其 速度大小为 v，方向沿 y 轴正方向，则电子此时所受磁场力为( ) A．方向垂直纸面向里，大小为2evkI 3a B．方向指向 x 轴正方向，大小为2evkI 3a C．方向垂直纸面向里，大小为evkI 3a D．方向指向 x 轴正方向，大小为evkI 3a 6．如图，质量是 m、电荷量是 q 的带正电的粒子从空中某个位置静止释放，当它进入水平 向里的匀强磁场后，在洛伦兹力的 作用下发生偏转，最后沿 水平方向做匀速直线运动，已知磁场的磁感应强度是 B，则 ( ) A．粒子在加速运动的过程中，洛伦兹力对粒子做正功 B．粒子做匀速运动时的速度是 mg q C．粒子做匀速运动时的速度是 mg qB D．若增大增感应强度，粒子从静止下落到沿水平方向做匀 速运动时下降的高度不变 7．速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如 图所示，则下列相关说法中正确的是( ) A．该束带电粒子带正电 B．速度选择器的 P1 极板带负电 C．能通过狭缝 S0 的带电粒子的速率等于 EB1 D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 S0，粒子的比荷越大 8．回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为 B 的 匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可 忽略，它们接在电压为 U、频率为 f 的交流电源上，若 A 处粒 子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（ ） A．若只增大交流电压 U，则质子获得的最大动能增大 B．若只增大交流电压 U，则质子在回旋加速器中运行时间会 变短 C．若磁感应强度 B 增大，交流电频率 f 必须适当增大才能正 常工作 D．不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，该回旋加速器也能用于加速α粒子 9．如图所示，质量为 m 的环带的电荷量为＋q，套在足够长的绝缘杆上，动摩擦因数为μ， 杆处于正交的匀强电场和匀强磁场中，杆与水平电场夹角为θ．若 环能从静止开始下滑，则以下说法正确的是( ) A．环在下滑过程中，加速度不断减小，最后为零 B．环在下滑过程中，加速度先增大后减小，最后为零 C．环在下滑过程中，速度不断增大，最后匀速 D．环在下滑过程中，速度先增大后减小，最后为零 10．如图所示，下端封闭，上端开口且内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有一带电的小球， 整个装置水平向右做匀速运动，进入方向垂直于纸面向里的匀强磁场，由于外力作用，玻璃 管在磁场中的速度保持不变，最终小球从上端口飞出，若小球的电荷量始终保持不变，则从 玻璃管进入磁场到小球飞出上端口的过程中( ) A．洛伦兹力对小球做正功 B．小球在竖直方向上作匀加速直线运动 C．小球的运动轨迹是抛物线 D．小球的机械能守恒 第Ⅱ卷(非选择题 共 60 分) 二、填空题(本题共 2 小题，每空 4 分，共 12 分．) 11．学习磁场后，某研究小组开始对磁场的测量进行探究．此小组采用如下实验器材测定匀 强磁场的磁感应强度 B． 实验器材：匝数为 n 且边长为 L 的正方形线圈、轻弹簧、质量为 m 的小钩码、毫米刻度尺、 蓄电池、电流表、滑动变阻器、导线、开关、木质支架等．实验装置如图所示． 实验步骤： A．先用轻弹簧悬挂质量为 m 的小钩码，测量轻弹簧的伸 长量Δx0，用来求弹簧的劲度系数； B．把实验器材按图示装置连接好，接通电路，调整滑动 变阻器，记录电流表示数 I 以及因通电而使轻弹簧发生 的弹簧长度的改变量△x； C．再调整滑动变阻器，多次进行测量，然后取平均值． 请写出 B 的表达式：____________．(用Δx、Δx0、I、L、m、n 来表示，重力加速度为 g) 12．一个电子(电荷量为 e，质量为 m)以速率 v 从 x 轴上某点垂 直 x 轴进入上方匀强磁场区域，如图所示，已知上方磁感应强 度为 B，且大小为下方匀强磁场磁感应强度的 2 倍，将从开始到 再一次由 x 轴进入上方磁场作为一个周期，那么，电子运动一 个周期所用的时间是________，电子运动一个周期的平均速度 大小为________． 三、计算题(本题共 4 小题，共 48 分．解答应写出必要的文字说明、方程式和主要的演算步 骤．) 13．（10 分）两根平行、光滑的斜金属导轨相距 L=0.1m，与水平面间的夹角为θ=370，有一 根质量为 m=0.01kg 的金属杆 ab 垂直导轨搭在导轨上，匀强磁场与导轨平面垂直，磁感应强 度为 B=0.2T，当杆中通以从 b 到 a 的电流时，杆可静止在斜面上，取 g=10m/s2． （1）求此时通过 ab 杆的电流 （2）若保持其他条件不变，只是突然把磁场方向改为竖直向上，求此时杆的加速度 (sin370=0.6 cos370=0.8) 14．（10 分）如图所示，有一矩形区域 abcd，水平方向 d a b c O L1 L2 v ab 边长 L1= 3 m，竖直方向 ad 边长 L2=1m，一电荷量为 q=1×10-5C，质量为 m=6×10-6kg 的带 正电的粒子由 a 点沿 ab 方向以大小为 2m/s 的速度 v 进入该区域．当该区域存在与纸面垂直 的匀强磁场时，粒子的运动轨迹恰好通过该区域的几何中心 O 点，不计粒子的重力，求： （1）匀强磁场的磁感应强度大小和方向； （2）粒子通过磁场区域所用的时间． 15．（12 分）如图所示是半径为 R 的半圆柱形容器的横截面，在其直径的两端沿母线开有狭 缝 a 和 b，整个容器处于高真空环境中，有大量的质量为 m、电荷量为 q 的正离子以较大的 恒定速度 v0 从狭缝 a 源源不断地沿直径 ab 射入容器，接着又从狭缝 b 穿出，若从某时刻开 始计时，容器中出现垂直于纸面向里的大小从零逐渐增大的磁场，出现下述现象：一会儿没 有离子从 b 缝穿出，一会儿又有离子从 b 缝穿出，而且这种情况不断地交替出现．若离子在 容器中与圆柱面相碰时既没有电荷量损失，又没有动能损失，而与直径相碰时便立即被器壁 完全吸收，另外由于离子的速度很快，而磁场增强得很慢，可以认为各个离子在容器中运动 的过程磁场没有发生变化，同时不计重力的影响，试求： （1）出现磁场后，第一次从 b 缝穿出的离子在容器中运动的时间； （2）出现磁场后，第二次有离子从 b 缝穿出时磁场的磁感应强度． 16．（16 分）如图所示，在坐标系 xOy 的第一象限内虚线 OC 的上方存在垂直纸面向里的匀 强磁场，磁感应强度大小为 B0，第四象限内存在磁感应强度大小未知、方向垂直纸面向里 的匀强磁场，第三象限内存在沿 y 轴负方向的匀强电场，在 x 轴负半轴上有一接收屏 GD， GD＝2OD＝2d．现有一带电粒子(不计重力)从 y 轴上的 A 点，以初速度 v0 水平向右垂直射入 匀强磁场，恰好垂直 OC 射出，并从 x 轴上的 P 点(未画出)进入第四象限内的匀强磁场，粒 子经磁场偏转后又垂直 y 轴进入匀强电场并被接收屏接收，已知 OC 与 x 轴的夹角为 37°， OA＝ 2 5 d ，sin37°=0.6，cos37°=0.8．求： （1）粒子的带电性质及比荷q m ； （2）第四象限内匀强磁场的磁感应强度 B 的 大小； （3）第三象限内匀强电场的电场强度 E 的大 小范围． 太和中学高二上学期第三次月考 物理试题参考答案 一、选择题（每题 4 分，共 40 分．1～6 题为单选题，7～10 题多选题．） 1．【答案】B 【解析】地理的北极是地磁场的南极，地理的南极是地磁场的北极。由题意知，地磁场的 N 极朝南，根据安培定则，大拇指指向地磁场的 N 极，则四指的绕向即为电流的方向，即安 培假设中的电流方向应该是由东向西垂直磁子午线，故 B 正确，ACD 错误。 2．【答案】B 【解析】安培力的计算公式为 F＝BILsinθ，其中θ表示磁场方向与通电直导线之间的夹 角，本题中θ变小，所以安培力变小；根据左手定则，安培力既垂直于磁场方向，又垂直 于电流方向，即安培力垂直于磁场和电流所构成的平面，本题中安培力的方向不变，始终垂 直于纸面所在平面．综上分析，只有选项 B 正确． 3．【答案】D 【解析】磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，是磁场本身性质的反映，其大小由 磁场以及磁场中的位置决定，与 F、I、L 都没有关系， FB IL  只是磁感应强度的定义式．同 一通电导体受到的磁场力的大小由所在处 B 和放置的方式共同决定，所以 ABC 都是错误的； 磁感应强度的方向就是该处小磁针 N 极所受磁场力的方向，所以 D 正确．故选 D． 4．【答案】B 【解析】设粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为 r，线速度大小为 v，根据洛伦兹力提 供向心力有 Bvq＝mv2 r ，可得 v＝Brq m ∝r，可见，轨道半径越大，表示粒子的线速度越大，考 虑到轨道半径 R1＞R2，可知粒子从Ⅰ区域穿过铝板进入Ⅱ区域，选项 D 错误；知道粒子的运 动方向、磁场方向和安培力的方向，结合左手定则可以判断出粒子带负电，选项 A 错误；根 据粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期的计算公式 T＝2πm Bq 可知，粒子在Ⅰ、Ⅱ区域的 运动周期相同，运动时间也相同，选项 B 正确；根据 ma＝Bvq 可得 a＝Bvq m ，粒子在Ⅰ、Ⅱ 区域的运动速率不同，加速度也不同，选项 C 错误． 5．【答案】A 【解析】通电长直导线 P、Q 在 O 点产生的磁场的磁感应强度等大反向，两磁场的合磁感 应强度为 0，通电长直导线 R 在 O 点产生的磁场的磁感应强度为 kI 3a 2 ，三磁场叠加的合磁感 应强度大小为 kI 3a 2 ，其方向由 O 指向 P，磁场力 F＝evB＝2evkI 3a ，方向垂直纸面向里，选项 A 正确． 6．【答案】C 【解析】带电粒子在磁场中运动时，由于粒子受力一直与运动方向相互垂直，故洛伦兹力 不做功，故 A 错误；当粒子匀速运动时，由平衡条件可知， Bqv mg ，解得 mgv qB  ，故 B 错误，C 正确；根据 B 中公式可得，增大 B 时，匀速运动的速度减小；而在运动过程中由 于洛伦兹力不做功，只有重力做功，则根据机械能守恒可知，下降的高度应减小，故 D 错误。 7．【答案】AD 【解析】带电粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹，由左手定则可知该束带电粒子带正电， A 选项正确；在速度选择器中，带正电的粒子受向下的磁场力，则必受向上的电场力，所以 上 极 板 带 负 电 ， B 选 项 错 误 ； 由 于 在 速 度 选 择 器 中 粒 子 做 匀 速 直 线 与 的 ， 所 以 1 1 , EqvB qE v B   ，C 选项错误；带电粒子由左端射入质谱仪后做匀速圆周运动，由 2 2 vqvB m R  ，解得 2 1 2 q v E m RB RB B   ，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 S0，R 越小， 而 E、B1、B2 不变，所以粒子的比荷 q m 越大，D 选项正确。 8．【答案】BC 【解析】当粒子从 D 形盒中出来时速度最大，根据 2 m m vqv B m R  ，得 m qBRv m  ，那么质 子获得的最大动能 2 2 2 2Km q B RE m  ，则最大动能与交流电压 U 无关．故 A 错误．根据 2 mT Bq  ，若只增大交变电压 U，不会改变质子在回旋加速器中运行的周期，但加速次数 减少，则运行时间也会变短．故 B 正确．根据 2 mT Bq  ，若磁感应强度 B 增大，那么 T 会 减小，只有当交流电频率 f 必须适当增大才能正常工作．故 C 正确．带电粒子在磁场中运动 的周期与加速电场的周期相等，根据 2 mT Bq  知，换用α粒子，粒子的比荷变化，周期变 化，回旋加速器需改变交流电的频率才能加速α粒子．故 D 错误．故选 BC. 9．【答案】BC 【解析】正电荷所受电场力与电场同向，洛伦兹力与速度方向垂直，方向如图。初始速度 为 0 时，杆的弹力垂直杆向上，受到滑动摩擦力沿杆向上 f=μN，且合力方向沿杆向下开始 向下加速。随着速度增大，洛伦兹力 qvB 增大，弹力 N 减小，摩擦力 f=μN 减小，向下的加 速度增大，当 N=0 时，摩擦力等于 0，加速度最大，此后速度继续增大，弹力变为垂直杆向 下，随速度增大弹力增大摩擦力增大，加速度开始减小，知道加速度减小到 0 速度达到最大。 即环在下滑过程中加速度先增大后减小到 0，答案 B 对。整个过程加速度一直向下，因此速 度一直增大，最后匀速答案 C 对。选项 B、C 正确． 10．【答案】BC 【解析】运动过程中，洛伦兹力垂直小球的速度方向，对小球不做功， 设小球竖直分速度为 v，以小球为研究对象，受力如图所示。由于小球随 玻璃管在水 平方向做匀速直线运动，则竖直方向的洛伦兹力 F1=qvB 是恒 力，在竖直方向上还受到竖直向下的重力，两个力都是恒力，所以小球在 竖直方向上做匀加速直线运动，B 正确；在竖直方向上做匀加速直线运动，在水平方向上做 匀速直线运动，所以小球的运动轨迹为抛物线，C 正确；由于过程中内壁对小球做功，所以 小球的机械能不守恒，D 错误。 二、填空题(本题共 2 小题，每空 4 分，共 12 分．) 11．【答案】B＝mgΔx nILΔx0 【解析】由平衡条件得 mg＝kΔx0，nBIL＝kΔx，联立可得 B＝mgΔx nILΔx0 12．【答案】 3πm eB 2v 3π 【解析】电子一个周期内的运动轨迹如右图所示．由牛顿第二定律及洛伦兹力公式，可 知 evB＝mv2 R ，故圆半径 R＝mv eB ，所以上方 R1＝mv eB ，T1＝2πm eB ；下方 R2＝2mv eB ，T2＝4πm eB ．因此 电子运动一个周期所用时间是：T＝T1 2 ＋T2 2 ＝πm eB ＋2πm eB ＝3πm eB ，在 这段时间内位移大小：x＝2R2－2R1＝2×2mv eB －2×mv eB ＝2mv eB ，所以 电子运动一个周期的平均速度大小为： v ＝x T ＝ 2mv eB 3πm eB ＝ 2v 3π ． 三、计算题(本题共 4 小题，共 48 分．解答应写出必要的文字说明、方程式和主要的演算步 骤．) 13．【答案】（1）3A； （2）1.2m/s2，方向沿斜面向下 【解析】 （1）杆静止在斜面上，受力平衡，杆受到重力、轨道的支持力以及安培力，根据平衡条件 得： BIL mgsin ，解得： 0.01 10 0.6 30.2 0.1 ＝ ＝A＝mgsinI ABL     。 （2）若把磁场方向改为竖直向上，对杆受力分析，根据牛顿第二定律得： 合F mgsin BILcos mgsin mgsin cos ma         解得： 210 0.6 10 0.6 0.8 1.2 /=a m s     ，方向沿斜面向下。 14．【答案】（1）1.2T （2）0.785s 【解析】 （1）作出粒子在磁场中偏转运动的轨迹如图所示，由题意可知 aO 长度 L=1m，所以 d 点就 是轨迹的圆心，轨迹半径为：R=L2=1m 根据左手定则，可以判断磁场的方向垂直于纸面向外 由 2vqvB m R  得 1.2mvB TqR   （2）由题意可知，粒子在磁场中的运动轨迹为 1/4 圆弧，所以有 st v  所以 2 4 R t sv    =0.785s 15．【答案】（1）πR v0 （2） 3mv0 qR 【解析】 （1）第一次从 b 缝穿出的离子在容器中与器壁碰撞 1 次，则圆周运动的半径 r1＝R 运动时间 t＝πr1 v0 ＝πR v0 ． （2）第二次离子从 b 缝穿出磁场时．离子在容器中与器壁碰撞 2 次，圆周运动的半径 r2＝ Rtan 30°＝ 3R 3 又 qv0B＝mv2 0 r2 则磁感应强度 B＝ 3mv0 qR . 16．【答案】（1） 0 0 0 1 0 5 2 v vq m B R B d   （2） 0 0 2 16 25 mvB BqR   （3） 0 04 45 B v ≤E≤ 0 04 5 B v 【解析】 （1）由题意可知，粒子带负电荷，由题意可知 1 2 5 dR  由 2vqvB m R  得 0 0 0 1 0 5 2 v vq m B R B d   （2）作出粒子的运动轨迹如图所示，易知 2 dOP  所以粒子在第四象限内的轨迹半径为 2 5 8 dR  由 2vqvB m R  得 0 0 2 16 25 mvB BqR   （3）粒子进入电场后，加速度大小为： 0 0 5 2 v EqEa m B d   OQ 间的距离为： 3 5 8 8y d d d   电场 E 最小时，粒子运动到 G 点，时间为： 1 0 3dt v  由 2 1 1 2y at 得 0 0 1 4 45 B vE  电场 E 最大时，粒子运动到 D 点，时间为： 2 0 dt v  由 2 2 1 2y at 得 0 0 2 4 5 B vE  综上所述，电场强度 E 的大小范围是： 0 04 45 B v ≤E≤ 0 04 5 B v G D y C P Q O′