【物理】江西省南昌市第十中学2019-2020学年高二上学期第二次月考试题（解析版） 17页

南昌十中2019-2020学年高二第一学期第二次月考 高二物理试题 一、选择题 ‎1.奥斯特深信电和磁有某种联系为了研究这种联系，有一次他拿一根细铂丝接到电源上，在它的延长线附近放一枚磁针，试图用铂丝来吸引磁针．结果铂丝变灼热，甚至发光了，磁针却纹丝不动．你认为，在这次实验中奥斯特应该如何改进 A. 将电源的正负极对换 B. 将铂丝南北放置在小磁针上方 C. 把小磁针放置在金属网罩内 D. 将铂丝东西放置在小磁针下方 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】在地球的周围存在沿南北方向的磁场，所以小磁针静止时沿南北方向，若奥斯特实验时，电流的磁场方向也沿南北方向，则小磁针不能发生偏转．所以奥斯特该次实验失败的主要原因可能是由于电流的方向沿东西方向，电流的磁场受到地球的磁场的干扰．如果将铂丝南北放置在小磁针上方，可能实验的效果更加明显．‎ A．将电源的正负极对换，与结论不相符，选项A错误；‎ B．将铂丝南北放置在小磁针上方，与结论相符，选项B正确；‎ C．把小磁针放置在金属网罩内，与结论不相符，选项C错误；‎ D．将铂丝东西放置在小磁针下方，与结论不相符，选项D错误；‎ ‎2.如图两根相互平行的长直导线分别通有大小和方向相同的电流I，为导线某一横截面所在平面内的四点，且与两导线共面；b点与两导线的距离相等，的连线与导线所在平面垂直，则磁感应强度可能为零的点是（ ）‎ A. a点 B. b点 C. c点 D. d点 ‎【答案】B ‎【解析】两电流在该点的合磁感应强度为0，说明两电流在该点的磁感应强度满足等大反向关系，根据右手螺旋定则在两电流的连线中点磁感应强度大小相等，方向相反，则磁感应强度可能为零的点是b点，B正确；ACD错误；故选B．‎ ‎3.下列各图中，正确的是（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】A.电流垂直纸面向外,根据右手定则可以判断磁感应强度方向为逆时针，故A错误。‎ B.根据右手定则判断，螺线管右端为N极，磁感线方向向右，故B错误。‎ C.正电荷所在位置的磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则判断，受力向上，故C正确。‎ D.根据左手定则判断，导线受到的安培力垂直导线向下，故D错误。‎ ‎4.霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的电学元件．其结构和原理如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件． 在E、F 间通入恒定的电流 I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N 间出现了电压，称为霍尔电压UH．当磁场方向和电流方向如图所示时，关于M、N极板电势的高低，下列说法正确的是 A. 不管载流子带电性质如何，电极N的电势一定高于电极M B. 不管载流子带电性质如何，电极N的电势一定低于电极M C. 只有当载流子为负电荷时，电极M的电势才高于电极N D. 只有当载流子为正电荷时，电极M的电势才高于电极N ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】当载流子为负电荷时，由左手定则可知，负电荷偏向电极N，则电极M 的电势高于电极N；当载流子为正电荷时，由左手定则可知，正电荷偏向电极N，电极M的电势低于电极N；故选C.‎ ‎5.如图所示，甲、乙两个带等量异种电荷而质量不同的带电粒子，以相同的速率经小孔P垂直磁场边界MN，进入方向垂直纸面向外的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，并垂直磁场边界MN射出磁场，运动轨迹如图中虚线所示．不计粒子所受重力、空气阻力和粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）‎ A. 甲带负电荷，乙带正电荷 B. 甲的质量大于乙的质量 C. 洛伦兹力对甲做正功 D. 甲在磁场中运动的时间等于乙在磁场中运动的时间 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】A. 在点，带电粒子速度向下，磁场向外，甲受向左的洛伦兹力，根据左手定则可得甲带正电荷；同理在点，乙受向右的洛伦兹力，根据左手定则可得乙带负电荷；故A错误；‎ B. 粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，有：‎ 解得：‎ 由于、、均相同，甲的轨道半径比乙的轨道半径大，则有甲的质量大于乙的质量，故B正确；‎ C. 根据左手定则，洛伦兹力与速度垂直，故洛伦兹力永不做功，故C错误；‎ D. 带电粒子在磁场中做圆周运动的周期：‎ 在磁场中运动的时间：‎ 由于、均相同，甲的质量大于乙的质量，故甲运动时间大于乙运动的时间，故D错误．‎ ‎6.如图所示圆形区域内，有垂直于纸面方向的匀强磁场，一束质量和电荷量都相同的带电粒子，以不同的速率，沿着相同的方向，对准圆心射入匀强磁场，又都从该磁场中射出，这些粒子在磁场中的运动时间有的较长，有的较短，若带电粒子在磁场中只受磁场力的作用，则在磁场中运动时间越长的带电粒子（ ）‎ A. 速率越小 B. 速率越大 C. 速度偏转角越小 D. 在磁场中的周期一定越大 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】D.由周期公式；由于带电粒子们的B、q、m均相同，所以T相同，故D错误；‎ ABC.根据可知，在磁场中运动时间越长的带电粒子，圆心角越大，半径越小，由知速率一定越小，A正确，BC错误．‎ ‎7.如图，由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框，垂直磁场放置，将AB两点接入电压恒定的电源两端，通电时，线框受到的安培力为F，若将AB 边移走，则余下线框受到的安培力大小为（ ）‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向，如图 由于曲线ACB上产生的安培力等效于长AB上的电线产生的安培力，所以等效电路为r和2r并联，并联后总电阻为：‎ 根据欧姆定律：并联的电流：‎ 则安培力 若将AB边移走 余下线框受到的安培力大小为：‎ A. 与分析不符，故A错误。B. 与分析不符，故B错误。‎ C. 与分析相符，故C正确。D. 与分析不符，故D错误。‎ ‎8.回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，a、b接在电压为U、周期为T的交流电源上．设D形盒的半径为R，现将垂直于D形盒的磁场感应强度调节为，刚好可以对氚核进行加速，氚核所能获得的最大能量为，以后保持交流电源的周期T不变．已知氚核和粒子的质量之比为3：4，电荷量之比为1：2．下列说法正确的是（ ）‎ A. 若只增大交变电压U，则氚核在回旋加速器中运行的时间不会发生变化 B. 若用该装置加速粒子，应将磁场的磁感应强度大小调整为 C. 将磁感应强度调整后对粒子进行加速，粒子在加速器中获得的最大能量大于氚核的获得的能量 D. 将磁感应强度调整后对粒子进行加速，粒子在加速器中加速次数大于氚核的次数 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】A. 粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有：‎ 粒子的最大速度：‎ 所以，粒子加速后的最大动能：‎ 根据动能定理：‎ Ekm=n•qU 若其他量不变，只提高加速电压U，则氚核在电场中加速的次数减小；氚核在加速器中运动的总时间将缩短，故A错误。‎ B. 粒子在磁场中运动的周期，若该装置加速α粒子，则：，由于：‎ 应将磁场的磁感应强度大小调整为：，故B正确。‎ C. 将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，a粒子在加速器中获得的能量等于氚核的能量：‎ 故C正确。‎ D. 氚核在磁场中加速的次数：‎ a粒子在加速器中加速的次数：‎ 可知将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，a粒子在加速器中加速的次数小于氚核的次数，故D错误。‎ ‎9.均匀带电的薄圆盘的右侧，用拉力传感器A、B水平悬挂一根通电导线ab，电流方向由a到b，导线平行于圆盘平面．圆盘绕过圆心的水平轴沿如图所示方向匀速转动，与圆盘静止时相比，拉力传感器的示数增大了，悬线仍然竖直，则下列说法正确的是(　　)‎ A. 圆盘带正电荷 B. 圆盘带负电荷 C. 若增大圆盘转动角速度，则传感器示数减小 D. 若改变圆盘转动方向，则传感器示数减小 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【详解】AB．与圆盘静止时相比，拉力传感器的示数增大，悬线竖直，说明导线所受安培力竖直向下，由左手定则可判断，导线所在位置的磁感应强度方向水平向右；由安培定则可以判断，圆盘转动形成的等效电流与其转动方向相同，故圆盘带正电荷，A对，B错；‎ C．若增大圆盘转动角速度，则等效电流增大，方向不变，产生的磁感应强度增大，导线所受安培力增大，传感器示数增大，C选项错误；‎ D．若改变圆盘转动方向，则导线所在位置的磁场方向水平向左，导线所受安培力方向向上，传感器示数减小，D选项正确.‎ ‎10.如图所示，A点的离子源沿纸面垂直OQ方向向上射出一束负离子，重力忽略不计．为把这束负离子约束在0P之下的区域，可加垂直纸面的匀强磁场．已知OA间的距离为s ,负离子比荷为q/m ，速率为v ，OP与OQ间夹角为300．则所加磁感应强度B满足 （ ） ‎ A. 垂直纸面向里， B 垂直纸面向里，‎ C. 垂直纸面向外， D. 垂直纸面向外，‎ ‎【答案】BC ‎【解析】‎ AB、当所加匀强磁场方向垂直纸面向里时，由左手定则知：负离子向右偏转．约束在OP之下的区域的临界条件是离子运动轨迹与OP相切．如图（大圆弧）‎ 由几何知识知：，而，所以，所以当离子轨迹的半经小于s时满足约束条件，由牛顿第二定律及洛仑兹力公式列出，所以得；故A错误，B正确；‎ CD、当所加匀强磁场方向垂直纸面向外时，由左手定则知：负离子向左偏转．约束在OP之下的区域的临界条件是离子运动轨迹与OP相切．如图（小圆弧）：‎ 由几何知识知道相切圆的半经为，所以当离子轨迹的半经小于时满足约束条件，由牛顿第二定律及洛仑兹力公式列出，所以得，故C正确，D错误；‎ 故选BC．‎ ‎【点睛】根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力，写出方程，结合几何关系可确定半径的范围，即可求解．‎ 二、填空题 ‎11.（1）如图甲是简易多用电表的电路图．图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为500 μA，内阻Rg＝200 Ω，R1＝20 Ω，R2＝180 Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连．A端与______（填“红”或“黑”）色表笔相连接．若电源电动势为1.5 V，内阻忽略不计，R3＝400 Ω，则欧姆挡中值电阻为______Ω．‎ ‎（2）如图乙，如果用欧姆档来测电阻，当用×100Ω挡测量时，若指针指在∞刻线附近，则应换用___（填“×1”“×10”或“×1k”）挡，换挡之后应先将红、黑表笔短接，调节部件T，进行____（填“欧姆调零”或“机械调零），使指针对准电阻的“0”刻线．再将待测电阻接入红黑表笔之间．‎ ‎【答案】 (1). 黑 (2). 1500 (3). ×1k (4). 欧姆调零 ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1][2] 虚线方框内为换挡开关，根据欧姆表的原理及共用表头的要求，由于电流从黑表笔流出，所以A端与黑表笔相接；当共用电流表A2满偏时 所以欧姆表的总内阻 所以欧姆表刻度盘的中值电阻 R中=RΩ=1500Ω ‎(2)[3][4] 如果用欧姆档来测电阻，当用×100Ω挡测量时，若指针指在∞刻线附近，即示数太大，要减小示数则要增大倍率，即换成“×1k”的倍率，换挡之后应先将红、黑表笔短接，调节欧姆调零部件T，进行欧姆调零，使指针对准电阻的“0”刻线，最后再将待测电阻接入两表笔进行测量。‎ ‎12.测定一节干电池的电动势和内电阻．电路如图甲所示，MN为一段粗细均匀、电阻率较大的电阻丝，定值电阻R0=1.00Ω．调苗滑片P，记录电压表示数U、电流表示数I及对应的PN长度x，绘制了U-I图象如图乙所示．‎ ‎（1）由图乙求得该干电池的电动势E =_______________V， 内阻r=______________Ω；（结果均在小数点后保留两位小数）‎ ‎（2）根据实验数据可绘出图象，如图丙所示．图象纵轴截距的物理意义是__________________________；图象斜率为k，电阻丝横截面积为S，电阻丝的电阻率为ρ=___________________________（用k、S表示）．‎ ‎【答案】 (1). 1.50 0.50 (2). 电流表内阻 kS ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)[1][2]由闭合电路欧姆定律可知：‎ 所以图乙中的U-I图像与纵坐标的交点表示电动势，故E=1.50V，图像的斜率表示内电阻，则：‎ 因为R0=1.00Ω，所以r=0.50Ω.‎ ‎(2)[3][4]根据欧姆定律和电阻定律有：‎ 得图象纵轴截距的物理意义是电流表的内阻.斜率表示：‎ 所以解得：‎ 三、计算题 ‎13.如图所示，在与水平方向夹角为60°的光滑金属导轨间有一电源，在相距1 m的平行导轨上放一质量为m＝0.3 kg的金属棒ab，通以从b→a，I＝3 A的电流，磁场方向竖直向上，这时金属棒恰好静止．求：‎ ‎（1）匀强磁场磁感应强度的大小；‎ ‎（2）ab棒对导轨压力的大小．(g＝10 m/s2)‎ ‎【答案】（1）T（2）6N ‎【解析】‎ 详解】(1)如图所示受力分析 BIL=mgtanθ 解得：‎ 代入数据得 ‎(2)由平衡可得 代入数据得：‎ FN=6N ‎14.如图所示，匀强磁场宽度为L，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里．有一质量为m，电量为q的带正电的粒子（不计重力），以初速度垂直磁场方向从小孔C射入匀强磁场后从磁场右边界A点射出，射出方向与水平方向的夹角为，求：‎ ‎（1）粒子的初速度v0；‎ ‎（2）粒子在磁场中的运动时间t ‎【答案】(1) (2) ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）过A点作v0的垂线交于左边界M点，由几何关系可知： ；‎ 根据 得： ；‎ ‎（2）根据．‎ ‎15.质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2.今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动．求：‎ ‎(1)粒子的速度v为多少？‎ ‎(2)速度选择器的电压U2为多少？‎ ‎(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？‎ ‎【答案】(1) 　(2)B1d 　(3) ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】解： (1)在电场中，粒子被加速电场U1加速，由动能定理有：‎ 解得粒子速度：‎ ‎(2)在速度选择器中，粒子受的电场力和洛伦兹力大小相等，则有：‎ 解得速度选择器的电压：‎ ‎(3)在磁场中，粒子受洛伦兹力作用而做圆周运动，则有：‎ 解得半径：‎ ‎16.如图所示，以竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系；该真空中存在方向沿x轴正向、场强为E的匀强电场和方向垂直xoy平面向外、磁感应强度为B的匀强磁场；原点O处的离子源连续不断地发射速度大小和方向一定，质量为m、电荷量为-q（q＞0）的粒子束，粒子恰能在xy平面内做直线运动，重力加速度为g不计粒子间的相互作用，已知量为m、g、q、B.‎ ‎（1）求粒子运动速度v的大小;‎ ‎（2）求粒子运动到距x轴为h所用的时间;‎ ‎（3）若保持E、B不变，仅将粒子束的初速度大小变为2v，求运动过程中，粒子速度大小等于v的点所在的直线方程.‎ ‎【答案】(1) (2) （3）y ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)粒子恰能在平面内做直线运动，则粒子在垂直速度方向上所受合外力一定为零，又有电场力和重力为恒力，其在垂直速度方向上的分量不变，而要保证该方向上合外力为零，则洛伦兹力大小不变，因为洛伦兹力洛，所以受到大小不变，即粒子做匀速直线运动，重力、电场力和磁场力三个力的合力为零，设重力与电场力合力与轴夹角为，粒子受力如图所示，则有：‎ 解得粒子运动速度的大小：‎ ‎(2)则在方向上分量大小：‎ 因为粒子做匀速直线运动，根据运动的分解可得粒子运动到距轴为处所用的时间：‎ ‎(3)那么设离子运动到位置坐标满足速率等于初速度大小，由动能定理得： ‎ 所以直线方程为：‎ ‎17.如图所示，xoy坐标系中，在y＜0的范围内存在足够大匀强电场，方向沿y轴正方向，在0＜y＜2d的区域内分布有垂直于xoy平面向里的匀强磁场．在y＝2d处放置一垂直于y轴的足够大金属板ab，带电粒子打到板上即被吸收，如果粒子轨迹与板相切则刚好不被吸收．一质量为m、电量为+q的粒子以初速度v0由P（0，﹣d）点沿x轴正方向射入电场，第一次从Q（1.5d，0）点经过x轴．粒子重力不计．求：‎ ‎（1）匀强电场的电场强度E ‎（2）要使粒子不打到挡板上，磁感应强度B应满足的条件；‎ ‎（3）若粒子恰好不打在挡板上，粒子第四次经过x轴时的坐标．‎ ‎【答案】（1）（2）B≥（3）（0.5d，0）‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，‎ 水平方向：‎ ‎1.5d＝v0t 竖直方向：‎ d＝‎ 解得：‎ E＝‎ ‎（2）粒子进入磁场时与x轴夹角：‎ θ＝atctan＝arctan＝arctan＝53°‎ 粒子进入磁场时的速度为：‎ v＝‎ 粒子运动轨迹与挡板相切时粒子刚好不打在挡板上，由几何知识得：‎ r+rcos53°＝2d 解得：‎ r＝‎ 粒子做圆周运动，由牛顿第二定律得：qvB＝m，解得：‎ B＝‎ 粒子不打在挡板上，磁感应强度需要满足的条件是：B≥；‎ ‎（3）粒子从磁场进入电场后在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做类竖直上抛运动，在水平方向的位移为：‎ ‎2×1.5d＝3d 粒子第四次到达x轴时：‎ x＝1.5d﹣2rsin53°+3d﹣2rsin53°＝0.5d 粒子第四次经过x轴时的坐标（0.5d，0）；‎