江苏省南通市启东中学2019-2020学年高二上学期期初考试物理试题 16页

江苏省启东中学2019-2020学年度第一学期期初考试 高二物理试卷 一、单项选择题．本题共6小题，每小题3分，共计18分．每小题只有一个选项符合题意 ‎1.首先发现电流的磁效应的科学家是(　　)‎ A. 特斯拉 B. 安培 C. 奥斯特 D. 法拉第 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】奥斯特发现了通电导体周围存在磁场，是第一个发现电流磁效应的科学家。‎ A. 特斯拉与分析不相符，故A项与题意不相符；‎ B. 安培与分析不相符，故B项与题意不相符；‎ C. 奥斯特与分析相符，故C项与题意相符；‎ D. 法拉第与分析不相符，故D项与题意不相符。‎ ‎2.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．‎ ‎3.以下关于磁场和磁感应强度B的说法，正确的是（ ）‎ A. 磁场中某点的磁感应强度，根据公式B＝，它跟F、I、l都有关 B. 磁场中某点的磁感应强度的方向垂直于该点的磁场方向 C. 穿过线圈的磁通量为零的地方，磁感应强度不一定为零 D. 磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也一定越大 ‎【答案】C ‎【解析】‎ 试题分析：磁感应强度的大小是由磁场本身的性质决定的，公式只是一个定义式，而不是决定式，所以磁感应强度B与F、I、L无关，选项A错。磁感应强度的方向就是磁场的方向，二者是一个概念，选项B错。穿过线圈的磁通量为0，即，由于不知道平面和磁场的夹角是否为0度，所以无法肯定磁感应强度是否为0选项C对。若不知道线圈和磁场的夹角关系，磁感应强度大的地方，磁通量也未必大，选项D错。‎ 考点：磁感应强度 磁通量 ‎4.如图所示，直导线ab与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动，当同时通有图示方向电流时，从左向右看，线圈将(　　) ‎ A. 不动 B. 顺时针转动，同时靠近导线 C. 逆时针转动，同时离开导线 D. 逆时针转动，同时靠近导线 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】根据安培定则可知，通电导线ab在右侧产生磁场方向垂直纸面向里。采用电流元法，将圆环分成前后两半，根据左手定则可知，外侧半圆受到的安培力向上，内侧受到的安培力向下，圆环将逆时针转动。再用特殊位置法：圆环转过时，通电直导线ab对左半圆环产生吸引力，对右半圆环产生排斥力，由于吸引力大于排斥力，圆环靠近ab．则从左向右看，线圈将逆时针转动，同时靠近直导线ab A.不动与分析不符，故A项与题意不相符；‎ B. 顺时针转动，同时靠近导线与分析不符，故B项与题意不相符；‎ C. 逆时针转动，同时离开导线与分析不符，故C项与题意不相符；‎ D. 逆时针转动，同时靠近导线与分析相符，故D项与题意相符 ‎5.质谱仪两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场．如图3所示为质谱仪的原理图．设想有一个静止的质量为m、带电荷量为q的带电粒子(不计重力)，经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的P点，设OP＝x，则在图4中能正确反映x与U之间的函数关系的是 (　　)‎ A. ‎ B. ‎ C. ‎ D. ‎ ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】带电粒子先经加速电场加速，故qU＝mv2，进入磁场后偏转，OP＝x＝2r＝，两式联立得，OP＝x＝∝，所以B为正确答案．‎ ‎6.如图所示，一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面向里．一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场．若电子在磁场中运动的轨道半径为2d．O′在MN上，且OO′与MN垂直．下列判断正确的是：‎ A. 电子将向右偏转 B. 电子打在MN上的点与O′点的距离为d C. 电子打在MN上的点与O′点的距离为 D. 电子在磁场中运动的时间为．‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ 试题分析：根据左手定则，电子射入磁场后受到向左的洛伦兹力，电子往左偏，A错；作出轨迹图，如下，依题意，PB=PO=2d，AB=d，RtΔPAB中，所以电子打在MN上的点与O′点的距离为，BC错误；RtΔPAB中，所以，所以电子在磁场中运动的时间为，D正确。‎ 考点：考查了带电粒子在磁场中的运动 点评：做此类型的题目一般步骤为，画轨迹，定圆心，求半径；‎ 二、多项选择题．本题共6小题，每小题4分，共计24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．‎ ‎7.《梦溪笔谈》中涉及力学、光学、磁学、声学等领域．沈括记载了“以磁石磨针锋”制造指南针的方法，磁针“常微偏东，不全南也”．他是世界上第一个指出地磁场存在磁偏角的人，这比西方要早400年．关于地磁场的下列说法正确的是(　　)‎ A. 地磁场只分布在地球的外部 B. 在地理南极点地磁场方向是竖直向上的 C. 穿过地球表面的地磁场的磁通量为零 D. 在地球表面各处地磁场的磁感应强度大小不相等 ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【详解】A. 根据磁场的性质可知，磁感线是闭合的，故地球内部一定有磁感线，故一定有磁场；故A项与题意不符；‎ B. 地理南极点并不是地磁的N极，故地理南极点处磁场方向不是竖直向上的；故B与题意不符；‎ C. 根据磁通量的性质可知，由外向里和从里向外穿过地球表面的磁感线条数一定相等。故地磁场穿过地球表面的磁通量为零；故C项与题意相符；‎ D. 地球两极处磁感应强度最大，而赤道上磁感应强度最小；所以在地球表面各处地磁场的磁感应强度大小不相等，故D项与题意相符。‎ ‎8.如图所示，个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成θ角(环面轴线为竖直方向)。若导电圆环上载有如图所示的恒定电流下，则下列说法正确的是（ ）‎ A. 导电圆环有收缩的趋势 B. 导电圆环所受安培力方向竖直向上 C. 导电圆环所受安培力的大小为2BIR D. 导电圆环所受安培力的大小为2BIRsinθ ‎【答案】AB ‎【解析】‎ 由左手定则，每段电流元受到的安培力均垂直磁场和电流元的方向指向圆心斜上方，可知导电环有收缩的趋势，故A正确；把磁感应强度分解为水平分量与竖直分量，由左手定则可知，竖直方向的磁场对环形电流的安培力的合力为零，水平方向的磁场对电流的安培力竖直向上，即导电圆环所受安培力竖直向上，故B正确；水平方向上的磁场每一点均与导线垂直，故导电圆环可以等效为直线电流，导线的有效长度等于环的周长，水平磁场对电流的安培力F=B水平I•2πR=2πBIRsinθ，故CD错误；故选AB．‎ 点睛：本题考查应用左手定则分析安培力的方向以及利用安培力公式求解安培力的大小，要注意应将磁场进行分析，本题对学生的空间想像能力要求较高，在磁场学习中要注意多加练习．‎ ‎9.利用如图所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数n，现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b，厚为d，并加有与侧面垂直的匀强磁场B，当通以图示方向电流I时，在导体上、下表面间用电压表可测得电压为UH．已知自由电子的电荷量为e，则下列判断正确的是(　　) ‎ A. 导体内自由电子只受洛伦兹力作用 B. 用电压表测UH时，电压表的“+”接线柱接下表面 C. 金属导体的厚度d越大，UH越小 D. 该导体单位体积内的自由电子数为 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】A. 定向移动的电子受到洛伦兹力发生偏转，在上下表面间形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，故A项与题意不相符；‎ B. 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，故B项与题意相符；‎ C. 根据电场力与洛伦兹力平衡，则有：‎ ‎ ‎ 解得：‎ ‎ ‎ 则金属导体的厚度d越大，UH越大，故C项与题意不相符；‎ D.根据 再由 ‎ ‎ 得导体单位体积内的自由电子数为：‎ ‎ ‎ 故D项与题意相符。‎ ‎10.如图所示，a、b是一对平行的金属板，分别接到直流电源的两极上，右边有一挡板，正中间开有一小孔d，在较大范围内存在着匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直纸面向里，且在a、b两板间还存在着匀强电场，从两板左侧中点C处射入一束正离子，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔中射出后分成三束，则这些正离子的(　　)‎ A. 从d点射出的速度相同 B. 质量一定有三种不同的值 C. 电量一定有三种不同的值 D. 比荷一定有三种不同的值 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【详解】A. 3束离子在复合场中运动情况相同，即沿水平方向直线通过故有 ‎ ‎ 所以 ‎ ‎ 故三束正离子的速度一定相同。故A项与题意相符；‎ BCD. 3束离子在磁场中有 ‎ ‎ 解得：‎ 由于三束正离子的在磁场中圆周运动的轨道半径不同，故比荷一定不相同，故BC项不符合题意，D项符合题意。‎ ‎11.如图所示，ABC为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB为倾斜直轨道，BC为与AB相切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。质量相同的甲、乙、丙三个小球中，甲球带正电、乙球带负电、丙球不带电。现将三个小球在轨道AB上分别从不同高度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最高点，则 A. 经过最高点时，三个小球的速度相等 B. 经过最高点时，甲球的速度最小 C. 甲球释放位置比乙球的高 D. 运动过程中三个小球的机械能均保持不变 ‎【答案】CD ‎【解析】‎ ‎【详解】试题分析：在最高点时，甲球受洛伦兹力向下，乙球受洛伦兹力向上，而丙球不受洛伦兹力，故三球在最高点受合力不同，故由知，三球的速度不相等，A错；因甲球在最高点受合力最大，故甲球在最高点的速度最大，B 错；因甲球的速度最大，而在整个过程中洛伦兹力不做功，故机械能守恒，甲球释放时的高度最高，C对；因洛伦兹力不做功，故系统机械能守恒，三小球的机械能保持不变，D对。‎ 考点：机械能守恒、带电粒子在匀强磁场中的运动。‎ ‎【名师点睛】复合场中重力是否考虑的三种情况 ‎(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略．而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等，一般应考虑其重力．‎ ‎(2)在题目中明确说明的按说明要求是否考虑重力．‎ ‎(3)不能直接判断是否考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要由分析结果确定是否考虑重力．‎ ‎12.如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，y轴竖直向上．第Ⅲ、Ⅳ象限内有垂直纸面向外的匀强磁场，第Ⅳ象限同时存在方向平行于y轴的匀强电场（图中未画出）．一带电小球从x轴上的A点由静止释放，恰好从P点垂直于y轴进入第Ⅳ象限，然后做圆周运动，从Q点垂直于x轴进入第Ⅰ象限，Q点距O点的距离为d，重力加速度为g．根据以上信息，可以求出的物理量有（ ）‎ A. 圆周运动的速度大小 B. 电场强度的大小和方向 C. 小球在第Ⅳ象限运动的时间 D. 磁感应强度大小 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【详解】试题分析：小球在第Ⅳ做匀速圆周运动，由题意可知，小球轨道半径：r=d，从A到P过程，由动能定理得：，解得：，小球以速度v做圆周运动，故A正确；小球在第Ⅳ象限做匀速圆周运动，则，电场强度：，由于不知道：m、q，无法求出电场强度大小，故B错误；小球做圆周运动的周期：‎ ‎，小球在第Ⅳ象限的运动时间：，故C正确；小球做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：，解得：，由于不知道m、q，无法求出B，故D错误 考点：考查了带电粒子在电磁场中的运动 三、计算题：本题共4小题，共计58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，答案中明确写出数值和单位．‎ ‎13.如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37º，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.50T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内阻r=0.50Ω的直流电源。现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0=2.5Ω，金属导轨的其它电阻不计，g取10m/s2。已知sin37º=0.60，cos37º=0.80，‎ 试求：‎ ‎（1）通过导体棒的电流；‎ ‎（2）导体棒受到的安培力大小；‎ ‎（3）导体棒受到的摩擦力的大小。‎ ‎【答案】（1）1.5A （2）0.30N （3）0.06N ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ ‎（1）根据闭合电路欧姆定律求出电流的大小。 （2）根据安培力的公式F=BIL求出安培力的大小，运用左手定则判断安培力的方向。 （3）导体棒受重力、支持力、安培力、摩擦力处于平衡，根据共点力平衡求出摩擦力的大小。‎ ‎【详解】（1）导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有： ‎ ‎ 代人数据解得：I=1.5A （2）导体棒受到的安培力：F安=BIL 代人数据解得：F=0.30N，方向沿斜面向上  （3）导体棒所受重力沿斜面向下的分力为：F1=mgsin37°=0.24N 由于F1小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f，根据共点力平衡条件有： mgsin37°+f=F安 解得：f=0.06N ‎【点睛】解决本题的关键掌握闭合电路欧姆定律，安培力的大小公式，以及会利用共点力平衡去求未知力。‎ ‎14.如图所示的平面直角坐标系xOy，在第Ⅰ象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y正方向；在第Ⅳ象限的正三角形abc区域内有匀强电场，方向垂直于xOy平面向里，正三角形边长为L，且ab边与y轴平行。一质量为m、电荷量为q的粒子，从y轴上的P（0，h）点，以大小为v0的速度沿x轴正方向射入电场，通过电场后从x轴上的a（2h，0）点进入第Ⅳ象限，又经过磁场从y轴上的某点进入第Ⅲ象限，且速度与y轴负方向成45°角，不计粒子所受的重力。求：‎ ‎（1）电场强度E的大小；‎ ‎（2）粒子到达a点时速度的大小和方向；‎ ‎（3）abc区域内磁场的磁感应强度B的最小值。‎ ‎【答案】（1）；（2），方向与x轴的夹角为45°；（3）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）设粒子在电场中运动的时间为t，‎ 则有x=v0t=2h，‎ ‎ ‎ qE=ma，‎ 联立以上各式可得 ；‎ ‎（2）粒子达到a点时沿负y方向的分速度为vy=at=v0，‎ 所以 ，‎ 方向指向第IV象限与x轴正方和成45o角；‎ ‎（3）粒子磁场中运动时，有 ，‎ 当粒子从b点射出时，磁场的磁感应强度为最小值，此时有 ，‎ 所以磁感应强度B的最小值 ‎15.质量为m的金属滑块，带电荷量＋q，以某一初速度沿水平放置的绝缘板进入电磁场空间，匀强磁场方向如图所示，匀强电场方向水平(且与地板平行)，滑块与绝缘地板间的动摩擦因数为μ。已知滑块自A点沿绝缘板匀速直线运动，到B点与电路开关相撞，使形成电场的电路断开，电场立即消失，磁场依然存在。设碰撞时滑块无电荷量损失，而动能变为碰前的。滑块碰撞后，做匀速直线运动返回A点，往返总时间为T，AB长为L，求：‎ ‎(1)匀强电场场强大小及方向；‎ ‎(2)磁感应强度B；‎ ‎(3)全过程摩擦力做的功。‎ ‎【答案】(1) E的方向必水平向右 (2) (3)－3μmgL ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)滑块速度向右，根据匀速运动条件 Eq＝μ(mg＋qv1B)‎ 可知E的方向必水平向右。‎ 由返回速度向左时仍匀速运动可知 qv2B＝mg 而题中有 联立得知 v1＝2v2‎ 即 qv1B＝2mg 所以 ‎(2)由往返总时间为 可得 ‎(3)返回时不受摩擦力，所以全过程摩擦力做功为 W＝－FfL＝－μ(mg＋qv1B)L＝－3μmgL。‎ ‎16.如图所示，在足够长的绝缘板MN上方存在方向垂直纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场（图中未标出），在绝缘板上方距离为d的P点有一个粒子发射源，能够在纸面内向各个方向发射速度大小相等，比荷q/m=k的带正电粒子，已知粒子在磁场中运动的轨道半径R=d ‎，不计粒子间的相互作用和粒子的重力，试求：‎ ‎(1)粒子源所发射粒子的速度大小v0；‎ ‎(2)能够到达绝缘板上的带电粒子在板上留下痕迹的最大长度Lm；‎ ‎(3)同时射出的粒子打到板上的最大时间差Δtm．‎ ‎【答案】(1) (2) (3) ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)带电粒子在磁场中运动时 ‎ 解得 ‎ ‎(2) 画出粒子运动轨迹的示意图如图所示，设粒子能打中绝缘板上最左端和最右端的点分别为C、D 粒子在C点与绝缘板相切，PD为粒子轨迹圆的直径 根据几何关系可得带电粒子在板上留下痕迹的最大长度：‎ ‎(3) 同时射出的粒子中最先和最后打中绝缘板的粒子运动情况如图所示，‎ 根据几何关系可知，‎ 最先打中绝缘板的粒子转过的圆心角：‎ 最后打中绝缘板的粒子转过的圆心角：‎ 粒子在磁场中运动的周期：‎ ‎ ‎ 同时射出的粒子打到板上的最大时间差：‎ 所以最大时间差 ‎ ‎