2017-2018学年河北省定州中学高二下学期期中考试物理试题 解析版

2017-2018学年河北省定州中学高二下学期期中考试物理试题 解析版

‎ 2017-2018学年河北省定州中学高二下学期期中考试物理试题 解析版 一、选择题（1—13题多选，14—20题单选）‎ ‎1. 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为 ，则（ ）‎ A. 当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22V B. 当时，电压表的读数为 C. 单刀双据开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表的示数增大，电流表示数变小 D. 当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表A的示数均变大 ‎【答案】CD ‎【解析】当单刀双掷开关与a连接时，根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压的最大值为，副线圈电压的有效值为，但是不知道电阻R0的大小，所以不能计算滑动变阻器的电压，故A错误；根据瞬时值表达式可知，原线圈的电压的有效值为220V，所以电压表V0的读数为220V，所以B错误；当滑动变阻器触头P向上移动的过程中，滑动变阻器的电阻变大，电路的总电阻变大，电流变小，电阻R0电压减小，滑动变阻器的电压变大，所以电压表的示数变大，所以C正确；若当单刀双掷开关由a扳向b时，理想变压器原、副线圈的匝数比由10：1变为5：1，所以输出的电压升高，电压表和电流表的示数均变大，所以D正确。‎ ‎2. 根据实际需要，磁铁可以制造成多种形状，如图就是一根很长的光滑圆柱形磁棒，在它的侧面有均匀向外的辐射状磁场。现将磁棒竖直固定在水平地面上，磁棒外套有一个粗细均匀的圆形金属线圈，金属线圈的质量为m，半径为R，电阻为r ‎，金属线圈所在位置的磁场的磁感应强度大小为B。让金属线圈从磁棒上端由静止释放，经一段时间后与水平地面相碰(碰前金属线圈已达最大速度)并原速率反弹，又经时间t，上升到距离地面高度为h处速度减小到零。下列说法中正确的是（ ）‎ A. 金属线圈与地面撞击前的速度大小 B. 撞击反弹后上升到最高处h的过程中，通过金属线圈某一截面的电荷量 C. 撞击反弹后上升到最高处h的过程中，金属线圈中产生的焦耳热 D. 撞击反弹后上升到最高处h的过程中，通过金属线圈某一截面的电荷量 ‎【答案】ABC ‎【解析】A. 线圈第一次下落过程中有E=B⋅2πRv，I=E/r、FA=BIL=BI⋅2πR，得安培力大小为：‎ FA= ‎ 根据牛顿第二定律得：‎ mg−FA=ma 可知线圈做加速度减小的加速运动，当a=0时，速度最大，代入求得最大速度为：vm=，故A正确；‎ B. 反弹后上升的过程中某一时刻，由牛顿运动定律得：mg+BI⋅2πR=ma 则得：mg△t+BI⋅2πR⋅△t=ma△t 在一段微小时间△t内，速度增量为△υ=a△t，通过线圈截面电量为：△q=I△t 则：△q=‎ 得到：∑△q=∑，‎ 又∑ma△t=∑m△v=mvm=，‎ ‎∑mg△t=mgt1，‎ 故：q=，故B正确，D错误；‎ C．撞击反弹后上升到最高处h的过程中，最大动能一部分转化为重力势能，一部分转化为金属线圈中产生的焦耳热，金属线圈中产生的焦耳热Q=-mgh= ，故C正确 故选：ABC.‎ 点睛：线圈下落过程中垂直切割磁感线，产生感应电动势，由E=BLv、I=E/r、FA=BIL得到安培力的表达式，由牛顿第二定律分析线圈加速度的变化，判断线圈的运动情况：安培力逐渐增大，加速度逐渐减小，当安培力与重力平衡时，线圈做匀速直线运动，速度达到最大，由平衡条件可求出最大速度；根据牛顿第二定律得到反弹上升过程中线圈加速度的表达式，采用积分法求出电量q；根据能量转化与守恒定律，求金属线圈中产生的焦耳热。‎ ‎3. 如图所示，一质量为m、电荷量为q的小球在电场强度为E、区域足够大的匀强电场中，以初速度沿ON在竖直面内做匀变速直线运动．ON与水平面的夹角为30°，且mg=Eq，则(　　)‎ A. 电场方向竖直向上 B. 小球运动的加速度大小为 C. 小球上升的最大高度为 D. 小球返回原位置所用时间为 ‎【答案】DC ‎【解析】AB、小球做匀变速直线运动，合力应与速度在同一直线上，即在ON直线上，因mg＝Eq，所以电场力Eq与重力关于ON对称，根据数学知识得：电场力qE与水平方向的夹角应为30°，受力情况如图所示，合力沿ON方向向下，大小为mg，所以加速度为g ‎，方向沿ON向下，故AB错误；‎ C、小球做匀减速直线运动，由运动学公式可得最大位移为，则最大高度为，故C正确；‎ D、小球返回原位置所用时间为t，由于运动的对称性可得返回时的速度大小与开始时相等，方向相反，得：，故D正确；‎ 故选CD。‎ ‎4. 如图所示，间隔L=0.2m的两光滑平行导轨水平放置，轨道平面内有磁感应强度B=0.5T垂直平面向下的匀强磁场，电阻均为R=0.5Ω导体棒ab和cd静止在导轨上，ab棒质量，cd棒质量为，现用一水平向右的力F拉ab棒，使其由静止开始做匀加速运动，ab棒的加速度，则（ ）‎ A. 力F随时间均匀增大 B. 导体棒ab中的最大电流为4A C. cd棒的最大加速度为 D. ab和cd的最大速度差为40m/s ‎【答案】BD ‎【解析】A项：由牛顿第二定律可知，，即，故力F随时间不是均匀增大，故A错误；‎ B、C项：当两棒加速度相等时，ab棒速度最大，电流最大，对cd棒有：BIL=mcda，即，故B正确，C错误；‎ D项：当两棒加速度相等时，ab和cd有最大速度差，根据，即 ‎，故D正确。‎ ‎5. 如图所示，用恒力F将闭合线圈自静止开始（不计摩擦）从图示位置向左加速拉出有界匀强磁场，则在此过程中（ ）‎ A. 线圈向左做匀加速直线运动 B. 线圈向左运动且速度逐渐增大 C. 线圈向左运动且加速度逐渐减小 D. 线圈中感应电流逐渐减小 ‎【答案】BC ‎【解析】本题的关键是首先根据右手定则或楞次定律判定ab边产生电动势的方向并写出电动势大小，再根据左手定则判定ab边产生安培力的方向并写出安培力大小，然后根据牛顿第二定律写出线圈产生加速度的表达式，再讨论即可。‎ 线圈向左运动时，ab边做切割磁感线运动产生电动势，根据右手定则可知ab产生的电动势方向从a向b，电动势的大小为 ，通过ab的电流为 ，由左手定则可知ab边受到的安培力方向向右，大小为，根据牛顿第二定律应有，可得 。可知，线圈做加速度减小的加速运动，所以A错误BC正确；线圈加速运动，产生的感应电流应逐渐增大，所以D错误。‎ ‎6. CD、EF是两条水平放置的阻值可忽略的平行金属导轨，导轨间距为L，在水平导轨的左侧存在磁感应强度方向垂直导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场区域的长度为d，如图所示．导轨的右端接有一电阻R，左端与一弯曲的光滑轨道平滑连接．将一阻值也为R的导体棒从弯曲轨道上h高处由静止释放，导体棒最终恰好停在磁场的右边界处．已知导体棒与水平导轨接触良好，且动摩擦因数为μ，则下列说法中正确的是（ ）‎ A. 电阻R的最大电流为 B. 导体棒在水平面运动一半时间电阻R中的电流 C. 导体棒在水平面运动的时间为 D. 导体棒在水平面运动一半位移的过程中电阻R中产生的焦耳热大于 ‎【答案】CD ‎【解析】A：金属棒下滑过程中，机械能守恒，由机械能守恒得，金属棒到达水平面的速度，金属棒到达粗糙水平面后在安培力和摩擦力的作用下做减速运动，刚到达水平面的速度最大，最大感应电动势，电阻R的最大电流，联立解得：。故A项错误。‎ B：金属棒到达粗糙水平面后在安培力和摩擦力的作用下做减速运动，据牛顿第二定律可得：，即，则金属棒在水平面上做加速度减小的减速运动，导体棒在水平面运动一半时间后，导体棒在水平面运动一半时间电阻R中的电流。故B项错误。‎ C：据B项分析，，则，对时间累积后，解得导体棒在水平面运动的时间。故C项正确。‎ D：导体棒在水平面运动的全程中，电路中产生的焦耳热，金属棒到达粗糙水平面后在安培力和摩擦力的作用下做减速运动，前半程的安培力大于后半程的安培力，则前半程克服安培力做的功大于后半程克服安培力做的功，前半程电路中产生的焦耳热，导体棒在水平面运动一半位移的过程中电阻R中产生的焦耳热。故D项正确。‎ 综上，答案为CD。‎ ‎7. 如图，柔软轻绳ON的一端O固定，其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N ‎。初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角为（）。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中（ ）‎ A. MN上的张力逐渐增大 B. MN上的张力先增大后减小 C. OM上的张力逐渐增大 D. OM上的张力先增大后减小 ‎【答案】AD ‎【解析】初始时OM上的张力等于重物的重力，MN上张力为0，保持夹角不变，将重物向右上方缓慢拉起时，两段轻绳的张力合力始终与重力等大反向，作图将该合力分解为夹角恒定为的两个方向上，如下图所示 OM力的变化情况如甲箭头所示，MN力的变化情况如乙箭头所示，可得在将OM拉至水平的过程中，MN上的张力逐渐增大，OM上的张力先增大后减小，故AD正确，BC错误；‎ 故选AD。‎ ‎【点睛】整个拉动过程中，小球的重力不变，根据共点力平衡条件分析。‎ ‎8. 如图所示，正方形单匝铝质线圈abcd和efgh分别在外力作用下以相同速度v 向右匀速进入同一匀强磁场中。已知两线圈导线的横截面积相同，所用材料也相同，两线圈的边长之比为1：2，则（ ）‎ A. 两线圈的右边刚进入磁场时，产生的感应电流之比为1：2‎ B. 两线圈的右边刚进入磁场时，所加的外力大小之比为1：2‎ C. 两线圈在进入磁场的整个过程中，通过导体横截面的电荷量之比为1：2‎ D. 两线圈在进入磁场的整个过程中，产生的焦耳热之比为1：4‎ ‎【答案】BCD ‎【解析】A、设线圈abcd的边长为L，线圈efgh的边长为2L.线圈abcd进入磁场过程中，产生的感应电动势 E=BLv，感应电流 ，又电阻 ，联立得，故两电流之比为1:1，A错误；‎ B、线圈匀速通过，则有，故外力之比等于边长之比，为1:2，B正确；‎ C、 ，又 ，则电荷量 ，故电荷量之比等于边长之比，为1:2，C正确；‎ D、线圈进入磁场过程中产生的焦耳热： ，故产生的焦耳热之比为边长的平方比，为1:4，D正确；‎ 故选BCD ‎9. 电阻不计的单匝矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈两端的电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是( )‎ A. t=0.01s时，线圈平面与磁场方向平行 B. 理想交流电压表连接在线圈两端时，其示数为10V C. 线圈转动过程中穿过其磁通量的最大值为 D. 当接外电路时，线圈内的电流方向1s内改变50次 ‎【答案】BC ‎【解析】A. t=0.01s时，电动势为零，所以磁通量应该是最大的，此时线圈平面与磁场方向垂直，故A错误；‎ B、电压表读数为有效值，所以 ，故B正确；‎ C、 所以 ，故C正确；‎ D、交流电的周期是0.02s， 一个周期内电流方向改变两次，所以线圈内的电流方向1s内改变100次，故D错误；‎ 故选BC ‎10. 在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星，它们到地面的距离等于地球半径R，地面上的重力加速度为g，则 A. 卫星运动的速度为 B. 卫星运动的加速度为 C. 卫星运动的周期为 D. 卫星的动能为 ‎【答案】CD ‎【解析】在忽略地球自转情况下，由万有引力提供人造地球卫星的向心力 ，得 ，加速度，故A B错误；由因 ，故C正确；由上以分析可知卫星的动能 ，故D正确。‎ ‎【点睛】明确万有引力与重力，向心力之间的关系；利用万有引力提供向心力，选取对应的向心力公式去解。‎ ‎11. 如图，abcd是一个质量为m，边长为L的正方形金属线框，从图示位置自由下落，在下落h后进入磁感应强度为B的匀强磁场，恰好做匀速直线运动，该磁场的宽度也为L。在这个磁场的正下方h+L处还有一个未知的匀强磁场，金属线框abcd在穿过这个磁场时也恰好做匀速直线运动，那么下列说法正确的是( )‎ A. 未知磁场的磁感应强度是 B. 未知磁场的磁感应强度是 C. 线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能是4mgL D. 线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能是2mg(h+2L)‎ ‎【答案】AC ‎【解析】A、B、设线圈刚进入第一个磁场时速度为v1，那么线框进入第一个磁场前，机械能守恒，则得：，解得，设线圈刚进入第二个磁场时速度为v2，则得：,解得，线框进入两个磁场都做匀速直线运动，则有：,.联立以上三式解得,故A正确、B错误.C、D、线框穿过两个磁场时都做匀速直线运动，减少的重力势能都转化为电能，所以在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgL，故C正确，D错误.故选AC.‎ ‎【点睛】本题是电磁感应与力学知识的综合，安培力是联系电磁感应和力学的桥梁，安培力的分析和计算是解决这类问题的关键．‎ ‎12. 如图所示，A和B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A环中通有如图所示交流电i，则（ ）‎ A. 从到时间内A、B两线圈相斥 B. 从到时间内A、B两线圈相斥 C. 时刻两线圈间作用力为零 D. 时刻两线圈间吸引力最大 ‎【答案】BC ‎【解析】A项：在t1到t2时间内，若设逆时针（从左向右看）方向为正，则线圈A电流方向逆时针且大小减小，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向右的磁通量大小减小，由楞次定律可知，线圈B的电流方向逆时针方向，因此A、B中电流方向相同，出现相互吸引现象，故A错误；‎ B项：在t2到t3时间内，若设逆时针方向（从左向右看）为正，则线圈A电流方向顺时针且大小增大，所以根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向左的磁通量大小增大，由楞次定律可知，线圈B的电流方向逆时针方向，因此A、B中电流方向相反，A、B出现互相排斥，故B正确；‎ C项：由题意可知，在t1时刻，线圈A中的电流最大，而磁通量的变化率是最小的，所以线圈B感应电流也是最小，因此两线圈间作用力为零，故C正确；‎ D项：在t2时刻，线圈A中的电流最小，而磁通量的变化率是最大的，所以线圈B感应电流也是最大，但A、B间的相互作用力最小，故D错误。‎ 点晴：根据安培定则确定电流与磁场的方向关系，再根据楞次定律知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化，当磁通量增大时，感应电流的磁场与它相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场与它相同，最后运用同向电流相互吸引，反向电流相排斥。‎ ‎13. 如图所示，光滑水平面上存在有界匀强磁场，直径与磁场宽度相同的金属圆形线框以一定的初速度斜向上匀速通过磁场。在必要的时间段内施加必要的水平拉力保证其匀速运动，则( )‎ A. 金属框内感应电流方向先逆时针再顺时针 B. 金属框内感应电流经历两次先增大后减小 C. 水平拉力方向与速度同向 D. 水平拉力方向与磁场边界垂直 ‎【答案】AB ‎【解析】A ‎、进磁场时，向里的磁通量在增大，根据楞次定律，感应电流的方向为逆时针方向。出磁场时，向里的磁通量减小，根据楞次定律，感应电流方向为顺时针方向。故A正确。B、根据法拉第电磁感应定律知，进磁场时，磁通量的变化率先变快再变慢，则感应电流的大小先变大后变小。出磁场时，磁通量的变化率先变快再变慢，则感应电流大小先变大后变小。故B正确。C、水平拉力和安培力平衡，方向相反，安培力的方向水平向左，则水平拉力的方向水平向右，与速度方向无关。故C错误，D错误。故选AB.‎ ‎【点睛】解决本题的关键掌握楞次定律判断感应电流的方向，以及知道感应电动势的大小与磁通量的变化率有关，磁通量变化率越大，感应电动势越大．‎ ‎14. 如图所示，质子由静止开始经一加速电场加速后，垂直于电场与磁场复合区域的界面进入并沿直线穿过场区，质子(不计重力)穿过复合场区所用时间为t，从复合场区穿出时的动能为，则（ ）‎ A. 若撤去磁场B，质子穿过场区时间大于t B. 若撤去电场E，质子穿过场区时间小于t C. 若撤去磁场B，质子穿出场区时动能大于 D. 若撤去电场E，质子穿出场区时动能大于 ‎【答案】C ‎【解析】粒子在电场中是直线加速，进入复合场，电场力与洛伦兹力均与速度垂直，是匀速直线运动；若撤去磁场，只剩下电场，粒子做类似平抛运动，水平分运动是匀速直线运动，速度不变，故质子穿过场区时间不变，等于t；故A错误；若撤去电场，只剩下磁场，粒子做匀速圆周运动，速率不变，水平分运动的速度减小，故质子穿过场区时间增加，大于t；故B错误；若撤去磁场，只剩下电场，粒子做类似平抛运动，电场力做正功，故末动能大于Ek，故C正确；若撤去电场，只剩下磁场，粒子做匀速圆周运动，速率不变，末动能不变，仍为Ek，故D错误；‎ ‎【点睛】本题关键是明确粒子的受力情况和运动情况，知道类似平抛运动和匀速圆周运动的特性，能够结合运动的分解和动能定理列式分析基础题目。‎ ‎15. 磁流体发电是一项新兴技术。如图表示了它的原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子，而从整体来说呈电中性)‎ 喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体速度均为v，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间，其电阻率为ρ，当发电机稳定发电时，A、B就是一个直流电源的两个电极。下列说法正确的是 （ ）‎ A. 图中A板是电源的正极 B. A、B间的电压即为该发电机的电动势 C. 正对面积S越大，该发电机电动势越大 D. 电阻R越大，该发电机输出效率越高 ‎【答案】D ‎【解析】大量带正电和带负电的微粒向右进入磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下，所以正电荷会聚集的B板上，负电荷受到的洛伦兹力向上，负电荷聚集到A板上，故A板相当于电源的负极，B板相当于电源的正极，故A错误；A、B间的电压即为电阻R两端的电压，是路端电压，故不是产生的电动势，故B错误；AB间的场强为 ，故两极板间的电势差为，与正对面积无关，故C错误；输出的效率，故电阻R越大，该发电机输出效率越高，故D正确；‎ ‎【点睛】根据洛伦兹力的方向判断物体的运动方向，此题还可以根据洛伦兹力与极板间产生的电场力平衡解得磁流体发电机的电动势．‎ ‎16. 如图所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后，水平进入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B的复合场中（E和B已知），小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则下列说法中错误的是（　　）‎ A. 小球可能带正电 B. 小球做匀速圆周运动的半径为 C. 小球做匀速圆周运动的周期为 D. 若电压U增大，则小球做匀速圆周运动的周期不变 ‎【答案】A ‎【解析】A、小球在竖直平面内做匀速圆周运动，故重力等于电场力，即洛伦兹力提供向心力，所以，由于电场力的方向与场强的方向相反，故小球带负电，故错误；‎ B、由于洛伦兹力提供向心力，故有，解得，又由于，解得，所以，故B正确；‎ C、由于洛伦兹力提供向心力做圆周运动，故有运动周期，故正确；‎ D由于洛伦兹力提供向心力做圆周运动，故有运动周期，显然运动周期与加速电压无关，电压U增大，则小球做匀速圆周运动的周期不变，故D正确；‎ 故下列说法中错误的是选A．‎ ‎17. 如图所示，a、b两个同心圆线圈处于同一水平面内，以下叙述正确的是（ ）‎ A. 若a线圈中通以顺时针方向稳定的电流，则b线圈上将感应出逆时针方向的感应电流，并有扩张的趋势 B. 若a线圈中通以顺时针方向逐渐增大的电流，则b线圈上将感应出逆时针方向的感应电流，并有收缩的趋势 C. 若b线圈中通以顺时针方向逐渐增大的电流，则a线圈上将感应出顺时针方向的感应电流，并有收缩的趋势 D. 若b线圈中通以逆时针方向逐渐减小的电流，则a线圈上将感应出逆时针方向的感应电流，并有扩张的趋势 ‎【答案】B ‎【解析】当一个线圈中通有不断变化的电流时，周围的磁场发生变化，根据楞次定律结合右手螺旋定则判断出另一线圈中感应电流的方向．根据楞次定律的另一种表述，“‎ 同向电流相吸，异向电流相斥”，确定另一线圈有扩张还是收缩趋势。‎ 当线圈a中通以顺时针方向稳定的电流时，知穿过线圈b的磁通量不变，不会产生感应电流，因此没有变化趋势。故A错误；当线圈a中通有不断增大的顺时针方向的电流时，知穿过线圈B的磁通量垂直向里，且增大，根据楞次定律，线圈b产生逆时针方向的电流，由于 “同向电流相吸，异向电流相斥”，因此线圈b有收缩的趋势，故B正确；若b线圈中通以顺时针方向逐渐增大的电流，根据楞次定律，则a线圈上将感应出顺时针方向的感应电流，由于同向电流相吸，因此线圈a有扩张的趋势，故C错误；若b线圈中通以逆时针方向逐渐减小的电流，根据楞次定律，则a线圈上将感应出逆时针方向的感应电流，由于同向电流相吸，因此线圈a有收缩的趋势，故D错误。‎ ‎18. 如图甲所示，一对光滑的平行导轨（电阻不计）固定在同一水平面上，导轨足够长且间距，导轨左端接有阻值为的电阻．一段质量为、长度也为L的金属棒MN垂直放置在导轨上并始终与导轨接触良好，金属棒MN的电阻，整个装置置于方向竖直向上的匀强磁场中，金属棒在水平向右的外力F的作用下由静止开始运动，拉力F与金属棒的速率的倒数关系如图乙所示，由（ ）‎ A. 拉力F的功率逐渐增大 B. 时，拉力F的功率为 C. 磁场的磁感应强度大小为 D. 若经过时间金属棒达到最大速度，则在这段时间内电阻R产生的热量为30J ‎【答案】C ‎ ‎ C：由图知，金属棒的最大速度是，对应的拉力；此时，‎ 则磁场的磁感应强度。故C项正确。‎ D：若经过4s金属棒的速度最大，则金属棒的加速过程有，又。联立解得：。故D项错误。‎ 点睛：本题的突破口是图象的斜率，明确斜率等于拉力的功率是关键，同时要充分挖掘图象的信息，读出金属棒的运动情况，结合电磁感应的规律和力学知识解答。‎ ‎19. 据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束带电粒子运动，使之束缚在某个区域内。如图所示，环状磁场的内半径为，外半径为，被束缚的带电粒子的比荷为k，若中空区域内带电粒子均具有沿半径方向的速度，速度大小为v。中空区域中的带电粒子都不会穿出磁场的外边缘而被约束在半径为的区域内，则环状区域内匀强磁场的磁感应强度最小值为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】由题意可知，粒子的比荷k已经确定，粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，，则，有 粒子运动的半径r已经确定，要使所有的粒子都不能穿出磁场，则：‎ 与内圆相切的方向进入磁场的粒子在磁场运动的轨迹刚好与外圆相切，可知2r最大为，如图所示：‎ 从而推知，‎ 即 则，故C正确，ABD错误；‎ 故选C。‎ ‎20. 如图甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流，电流大小为，方向周期性变化，周期为T，图甲中电流I所示方向为电流正方向。则金属棒( )‎ A. 加速度始终不变 B. 受到的安培力随时间周期性变化 C. 在第一个周期内，先向右运动后向左运动 D. 在第一个周期内，受到的安培力做功为 ‎【答案】B ‎【解析】ABC、根据左手定则知,导体棒开始所受的安培力方向水平向右,根据F=BIL知,安培力在第一个 内做匀加速直线运动,在第二个内,安培力方向水平向左,大小不变,做匀减速直线运动,根据运动的对称性知,一个周期末速度为零,金属棒的速度方向未变.知金属棒一直向右移动,先向右做匀加速直线运动,再向右做匀减速运动,速度随时间周期性变化,而位移一直增大.故B正确，AC错误；‎ D、在一个周期内,动能的变化量为零,则安培力在一个周期内做功为零.故D错误. ‎ 故选B 点睛：根据左手定则判断出安培力的方向,结合加速度方向与速度方向的关系判断金属棒的运动规律.从而得出速度、安培力随时间的变化规律.‎ 二、实验题 ‎21. 在做“描绘小灯泡的伏安特性曲线”实验中，采用的仪器有：‎ ‎①电源E（电动势6V，内阻r=2Ω）；‎ ‎②标号为“4.0V，1.6W”的小灯泡L；‎ ‎③电流表（量程0.6A，内阻约2Ω）；‎ ‎④电流表（量程为3A，内阻约0.5Ω）‎ ‎⑤电压表V（量程6V，内阻约15kΩ）；‎ ‎⑥滑动变阻器（最大阻值l0Ω）；‎ ‎⑦滑动变阻器（最大阻值200Ω）；‎ ‎⑧开关S，导线若干．‎ ‎（1）实验中要求加在小灯泡上的电压从零到小灯泡的额定电压连续可调．则滑动变阻器须选用____（填“或”），电流表须选用____（填“或”）‎ ‎（2）请在虚线方框中设计出实验所用的电路原理图．_____‎ ‎（3）如上图所示为某同学根据正确的实验电路图所测的几组数据画出的I-U图象，如果把两个这样的灯泡和的定值电阻串联起来接在电源E（电动势6V，内阻r=2Ω）上，如上图，则每只灯泡消耗的实际功率为_______W．‎ ‎【答案】 (1). (2). (3). (4). 0.2‎ ‎【解析】根据实验要求及给出的额定值可以选择对应的电表和滑动变阻器；根据实验要求选择滑动变阻器接法以及电流表的接法；根据闭合电路欧姆定律可明确对应的图象，与灯泡的伏安特性曲线的交点为灯泡的工作点。‎ ‎（1）实验中要求电压从零开始调节，故滑动变阻器应选择总阻值较小的R1；由P=UI可知，灯泡的额定电流为0.4A，故电流表应选择A1； ‎ ‎（2）根据实验要求可知，本实验采用分压接法，同时因灯泡内阻较小，故应采用电流表外接法；电路图如图所示；‎ ‎ （3）‎ 将R0等效为电源内阻，则可视为两灯泡与电动势为6V，内阻为的电阻串联；设灯泡电压为U，电流为I；由闭合电路欧姆定律可知：代入数据解得： 即在对应灯泡伏安特性曲线中作出以上对应图象，图象的交点为灯泡的工作点，如图所示； 灯泡的电压为1V，电流为0.2A，则可知灯泡的实际功率。‎ ‎【点睛】本题考查灯泡伏安特性曲线实验；要注意明确实验原理，能正确选择实验电路及仪表的选择，同时掌握实验数据的处理方法。‎ 三、解答题 ‎22. 如图所示，质量为M=4kg倾角为的斜面体（斜面光滑且足够长）放在粗糙的水平地面上，底部与地面的动摩擦因数为μ，斜面顶端与劲度系数为k=10N/m、自然长度为L=1m的轻质弹簧相连，弹簧的另一端连接着质量为m=1kg的物块。压缩弹簧使其长度为时将物块由静止开始释放，且物块在以后的运动中，斜面体始终处于静止状态。重力加速度为。‎ ‎（1）选物块的平衡位置为坐标原点，沿斜面向下为正方向建立坐标轴，用x表示物块相对于平衡位置的位移，证明物块做简谐运动；‎ ‎（2）求弹簧的最大伸长量；‎ ‎（3）为使斜面始终处于静止状态，地面给斜面摩擦力什么时候最大，最大值多少？‎ ‎【答案】（1）见解析（2）1.7m（3）8.8N ‎（1）设物块在斜面上平衡时，弹簧伸长量为，根据平衡条件有：‎ 解得：‎ 当物块位移为x时，弹簧伸长量为，物块所受合力为 联立以上各式解得，可知物块做简谐运动。‎ ‎（2）由题可知，物块做简谐振动的振幅为 由对称性可知,最大伸长量为 ‎(3)物块在最高点或最低点时，地面摩擦力最大，则斜面体受力情况如图所示 根据平衡条件有：水平方向，又，‎ 联立解得： ‎ ‎【点睛】本题关键是先对滑块受力分析，然后根据牛顿第二定律列式分析；最后对斜面体受力分析，确定物块在什么位置时有静摩擦力有最大值，然后进行正交分解，并根据平衡条件列式进行求解最大静摩擦力.‎ ‎ ‎