2017-2018学年湖北省武汉市蔡甸区实验高级中学高二上学期12月月考物理试题 解析版 14页

‎2017-2018学年第一学期高二物理月考试卷 一、选择题（1-9为单选，10-12为多选。共12小题，每小题4分，共48分。）‎ ‎1. 指南针静止时，其位置如图中虚线所示．若在其上方放置一水平方向的导线，并通以恒定电流，则指南针转向图中实线所示位置．据此可能是 A. 导线南北放置，通有向北的电流 B. 导线南北放置，通有向南的电流 C. 导线东西放置，通有向西的电流 D. 导线东西放置，通有向东的电流 ‎【答案】B ‎..................‎ B、导线南北放置，通有向南的电流时，根据安培定则可知，小磁针N极将向东偏转，可转向图中实线所示位置，B正确；‎ ‎ C、导线东西放置，通有向西的电流，根据安培定则可知，小磁针N极将向南偏转，C错误；‎ ‎ D、导线东西放置，通有向东的电流，根据安培定则可知，小磁针N极不偏转，D错误；‎ 故选B。‎ ‎2. 由磁感应强度的定义式可知，磁场中某处的磁感应强度的大小 A. 随通电导线中的电流I的减小而增大 B. 随IL乘积的减小而增大 C. 随通电导线所受磁场力F的增大而增大 D. 跟F、I、L的变化无关 ‎【答案】D ‎【解析】试题分析：磁场中某处的磁感应强度的大小是由磁场本身决定的，与检验电流的大小、长度及所受的安培力无关，故选D.‎ 考点：磁感应强度 ‎【名师点睛】此题考查对磁感应强度的理解，要知道磁场中某点的磁感应强度是由来量度的，但是磁场中某处的磁感应强度的大小是由磁场本身决定的，与检验电流I的大小、长度L及所受的安培力F无关，要理解比值定义法的含义.‎ ‎3. 光滑的平行导轨（图中粗线）与电源连接后，倾斜放置，导轨上放一个质量为m的金属导体棒。通电后，导体棒电流垂直纸面向外，在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场，可以使导体棒静止平衡，下面四个图中分别加了不同方向的磁场，其中一定不能平衡的是 A. B. C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】试题分析：由左手定则可知A图中导线所受安培力竖直向上，当安培力等于重力时，导体棒可以处于平衡状态．故A正确．B图中安培力水平向右，这样安培力有沿斜面向上的分力可能与重力沿斜面向下分力平衡，导体棒即可处于平衡状态，故B正确．C图中导体所受安培力垂线斜面斜向上，没有力和重力沿斜面向下的分力平衡，故导体棒一定不能平衡．故C错误．D中由左手定则可知安培力沿斜面向上，当安培力大小与重力沿斜面向下分力相等时，导体棒即可处于平衡状态，故D正确．本题选一定不能平衡的，故选C.‎ 考点：左手定则；物体的平衡.‎ ‎【名师点睛】此题考查了左手定则的应用及物体的平衡问题；这类问题的解题思路和以前所学力学中物体平衡解题思路一样，只不过在受力分析时多了安培力，注意正确应用左手定则判断安培力的方向；注意三力平衡时三力的位置关系.‎ ‎4. 如图所示为带电粒子(不计重力)在匀强磁场中的运动轨迹．中央是一块金属薄板，粒子穿过金属板时有动能损失．则 ‎ A. 粒子带正电 B. 粒子的运动路径是abcde C. 粒子的运动路径是edcba D. 粒子在下半周的运动时间比上半周运动的时间长 ‎【答案】C ‎【解析】由Bqv=m，可知 ； 因粒子在穿过板后速度减小，则粒子的半径减小，故说明粒子是由下向上穿过，故运动方向为edcba；粒子受力指向圆心，则由左手定则可知粒子应带负电； 故C正确，AB错误；粒子在磁场中运动的周期： ，与粒子的速度无关，所以粒子在下半周的运动时间与上半周运动的时间一样长．故D错误．故选C.‎ 点睛：带电粒子在磁场中运动的考查的重点为牛顿第二定律及向心力公式的应用，不过在选择题中可以直接应用结论，同时判定洛伦兹力方向时，注意正负电荷．‎ ‎5. 关于带电粒子在匀强磁场中运动，不考虑其他场力(重力)作用，下列说法正确的是 A. 可能做匀速直线运动 B. 可能做匀变速直线运动 C. 可能做匀变速曲线运动 D. 一定做匀速圆周运动 ‎【答案】A ‎【解析】当速度方向与磁场方向平行时，它不受洛伦兹力作用，又不受其他力作用，这时它将做匀速直线运动，故A正确；因洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，改变速度方向，因而同时也改变洛伦兹力的方向，所以洛伦兹力是变力，粒子不可能做匀变速运动，故BC错误；只有当速度方向与磁场方向垂直时，带电粒子才做匀速圆周运动，如果速度方向与磁场不垂直，则粒子不做匀速圆周运动，故D错误。所以A正确，BCD错误。‎ ‎6. 倾角为α的导电轨道间接有电源，轨道上静止放有一根金属杆ab.现垂直轨道 平面向上加一匀强磁场，如图所示，磁感应强度B由零逐渐增加的过程中，‎ 金属杆ab受到的静摩擦力 ‎ A. 逐渐增大 B. 逐渐减小 C. 先增大后减小 D. 先减小后增大 ‎【答案】D ‎【解析】加上磁场之前，对杆受力分析，受重力、支持力、摩擦力。根据平衡条件，‎ 加上磁场后，根据左手定则，安培力的方向平行斜面向上，磁感应强度B逐渐增加的过程中，安培力逐渐增加，根据平衡条件 ， 由于安培力逐渐变大，所以摩擦力先减小后反向增大，选项D正确。‎ ‎7. 两根长直通电导线互相平行，电流方向相同.它们的截面处于一个等边三角形ABC的A和B处.如图所示，两通电导线在C处的磁场的磁感应强度的值都是B，则C处磁场的总磁感应强度是 ‎ A. 2B B. B C. 0 D. B ‎【答案】D ‎【解析】磁感应强度是个矢量，求和应遵循矢量求和，两个电流在C出产生的磁场夹角为120°，所以求和也为B.选B。‎ ‎8. 如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电量均相同的正、负离子(不计重力)，从点O以相同的速度先后射入磁场中，入射方向与边界成q角，关于正、负离子在磁场中的运动，下列说法错误的是 ‎ A. 运动时间相同 B. 运动轨迹的半径相同 C. 重新回到边界时速度的大小和方向相同 D. 重新回到边界的位置与O点距离相等 ‎【答案】A ‎【解析】粒子在磁场中运动周期为，则知两个离子圆周运动的周期相等．根据左手定则分析可知，正离子逆时针偏转，负离子顺时针偏转，重新回到边界时正离子的速度偏转角为2π-2θ，轨迹的圆心角也为2π-2θ，运动时间．同理，负离子运动时间，显然时间不等．故A错误．根据牛顿第二定律得： 得：，由题意可知q、v、B大小均相同，则r相同．故B正确．‎ 正负离子在磁场中均做匀速圆周运动，速度沿轨迹的切线方向，根据圆的对称性可知，重新回到边界时速度大小与方向相同．故C正确．根据几何知识得知重新回到边界的位置与O点距离S=2rsinθ，r、θ相同，则S相同．故D正确．故选BCD．‎ 点睛：带电粒子垂直射入单边界的匀强磁场中，可分两类模型分析：一为同方向射入的不同粒子；二为同种粒子以相同的速率沿不同方向射入．无论哪类模型，都遵守以下规律： （1）轨迹的圆心在入射方向的垂直线上，常可通过此垂线的交点确定圆心的位置． （2）粒子射出方向与边界的夹角等于射入方向与边界的夹角．‎ ‎9. 如图所示，质量为m、电量为q的带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，磁场的磁感应强度为B，粒子经过a点时，速度与直线ab成60°角，ab与磁场垂直，ab间的距离为d.若粒子能从b点经过，则粒子从a到b所用的最短时间为 A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】C ‎【解析】当粒子沿圆弧直接从a运动到b，所用的时间最短，轨迹如图所示：‎ ‎10. 如图，一条形磁铁放在水平桌面上静止不动，在它的正中央上方固定一直导线，导线与磁铁垂直，若给导线通以垂直于纸面向里的电流，则 A. 磁铁对桌面的压力增大 B. 磁铁对桌面的压力减少 C. 桌面对磁铁没有摩擦力 D. 磁铁所受的合力不变 ‎【答案】ACD ‎【解析】试题分析：磁铁的磁感线在它的外部是从N极到S极，因为长直导线在磁铁的中央上方，所以此处的磁感线是水平的，电流的方向垂直与纸面向里，根据左手定则，导线受磁铁给的“安培力”方向竖直向上，如下图所示：‎ 长直导线是固定不动的，根据物体间力的作用是相互的，导线给磁铁的反作用力方向就是竖直向下的；因此磁铁对水平桌面的压力除了重力之外还有通电导线的作用力，压力是增大的；因为这两个力的方向都是竖直向下的，所以磁铁不会发生相对运动，也就不会产生摩擦力．磁铁始终处于平衡状态，合力为零，合力不变。‎ 考点：本题考查安培力、受力分析。‎ ‎11. 如图所示，一个带负电的油滴以水平向右的速度v进入一个方向垂直纸面向外的匀强磁场后，保持原速度做匀速直线运动，设磁感应强度为B，如果使匀强磁场发生变化，则下列判断中正确的是 A. 磁感应强度B减小，油滴动能增加 B. 磁感应强度B增大，油滴机械能不变 C. 使磁场方向反向，油滴动能减小 D. 使磁场方向反向后再减小，油滴重力势能减小 ‎【答案】ABD ‎【解析】带负电的油滴在匀强磁场B中做匀速直线运动，则受到竖直向下的重力和竖直向上的洛伦兹力而平衡，当B减小时，由F=qvB可知洛伦兹力减小，重力大于洛伦兹力，重力做正功，故油滴动能增加，但油滴机械能不变，故A正确；B正确，若磁场反向，油滴洛伦兹力竖直向下，重力做正功，动能增加，重力势能减小，故C错误，D正确。所以ABD正确，C错误。‎ ‎12. 在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴Ｏ在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示．若小球运动到Ａ点时，绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法正确的是　‎ A. 小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径不变 B. 小球仍做逆时针匀速圆周运动，但半径减小 C. 小球做顺时针匀速圆周运动，半径不变 D. 小球做顺时针匀速圆周运动，半径减小 ‎【答案】ACD ‎【解析】若小球带正电，则小球所受的洛伦兹力指向圆心，开始时，拉力可能为零，绳断后，仍然洛伦兹力提供向心力，逆时针做圆周运动，半径不变．若开始靠洛伦兹力和拉力的合力提供向心力，拉力减小为零，小球靠洛伦兹力提供向心力，速度的大小不变，半径变大，故B错误，A正确．如果小球带负电，则小球所受的洛伦兹力方向背离圆心，当洛伦兹力的大小等于小球原来所受合力大小时，绳子断后，小球做顺时针的匀速圆周运动，半径不变，也可能洛伦兹力小于之前合力的大小，则半径减小．故CD正确．故选ACD.‎ 点睛：该题考查带电粒子在磁场中的运动，解题的关键是能正确分析向心力的来源，结合受力分析判断洛伦兹力的方向，以及洛伦兹力的大小与初状态的合力的大小之间的关系．‎ 二.实验题：（14分）‎ ‎13. 利用通电导线在磁场中受到的安培力与磁感应强度的关系就可以测定磁感应强度的大小.实验装置如图所示,弹簧测力计下端挂一矩形导线框,导线框接在图示电路中,线框的短边置于蹄型磁体的N、S极间磁场中的待测位置.‎ 在接通电路前,待线框静止后,先观察并记录下弹簧测力计的读数F0;‎ ‎②接通电路,调节滑动变阻器使电流表读数为I,待线框静止后,观察 并记录下弹簧测力计的读数.‎ 由以上测量数据可知:导线框所受重力大小等于__________．‎ 磁场对矩形线框位于磁场中的一条边的作用力大小为__________．‎ 若已知导线框在磁场中的这条边的长度为L、线圈匝数为N,‎ 则利用上述数据计算待测磁场的磁感应强度的表达示为B=__________．‎ ‎【答案】 (1). (2). (3). ‎ ‎【解析】在接通电路前，由于导线框只受到重力和弹簧的拉力，所以重力等于弹簧的拉力，即F0；接通电路后，调节滑动变阻器使电流表读数为I ‎，待线框静止后，观察并记录下弹簧测力计的读数F，此时导线框受到重力、安培力和拉力的作用，处于平衡状态，平衡方程为：，所以：。又因为F安=NBIL，解得磁感应强度为：。‎ ‎14. 2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家，材料的电阻随磁场的增加而增大的现象称为磁阻效应，利用这种效应可以测量磁感应强度．若图为某磁敏电阻在室温下的电阻--磁感应强度特性曲线，其中RB、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为了测量磁感应强度B，需先测量磁敏电阻处于磁场中的电阻值RB，请按要求完成下列实验； ‎ ‎（1）设计一个可以测量磁场中该磁敏电阻阻值的电路，在图的虚线框内画出实验电路原理图（磁敏电阻及所处磁场已给出，待测磁场磁感应强度大小约为0.6～1.2T，不考虑磁场对电路其它部分的影响）．要求误差较小，提供的器材如下：,‎ A. 磁敏电阻，无磁场 时阻值Ro=200Ω B. 滑动变阻器R，全电阻约20Ω C. 电流表．量程2.5mA，内阻约30Ω D. 电压表，量程3V，内阻约3Kω E. 直流电源E，电动势3V，内阻不计 F. 开关S，导线若干 正确接线后，将磁敏电阻置入待测磁场中，测量数据如下表，根据下表可求出磁敏电阻的测量值RB= _______Ω，结合下面所给的图象可知待测磁场的磁感应强度B=_____T．‎ ‎（均保留两位有效数字）‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎【答案】 (1). (2). 1.0‎ ‎【解析】（1）实验电路如图：‎ 采用多次测量取平均的方法，求出RB的值 ‎ ‎ 由图1可知待测磁场的磁感应强度B为1.0T 三．计算题（共38分,解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)‎ ‎15.‎ ‎ 如图，一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里：弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘。金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连，电路总电阻为2Ω。已知开关断开时两弹簧的伸长量均为0.5cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm。判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量。‎ 重力加速度大小取10m/s2。‎ ‎ ‎ ‎【答案】0.01kg ‎【解析】试题分析：依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受安培力方向竖直向下。‎ 开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长为．由胡克定律和力的平衡条件得 式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小。‎ 开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为②‎ 式中，I是回路电流，L是金属棒的长度。两弹簧各自再伸长了，由胡克定律和力的平衡条件得③‎ 由欧姆定律有 式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻。‎ 联立①②③④式，并代入题给数据得⑤‎ 考点：考查了有安培力时的共点力平衡 ‎【名师点睛】在闭合前，导体棒处于平衡状态，在闭合后，根据闭合电路的欧姆定律求的电流，根据左手定则判断出安培力的方向，根据F=BIL求的安培力，由共点力平衡求的质量．‎ 视频 ‎16. 如图所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为610－2 kg的通电直导线，电流强度I＝1‎ ‎ A，方向垂直于纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中，设t＝0时，B＝0，则需要多长时间，斜面对导线的支持力为零？(g取10 m/s2)‎ ‎ ‎ ‎【答案】5s ‎【解析】试题分析：斜面对导线的支持力为零时导线的受力如图所示．由平衡条件，有：‎ ‎…①，…②‎ 由①②解得：‎ 由解得：，‎ 由于，故；‎ 考点：考查了安培力的计算 ‎【名师点睛】本题关键是明确导线的受力情况，根据平衡条件列式求解安培力，同时要记住磁感应强度的定义公式．‎ ‎17. 如图所示，半径为 r 的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,一 个质量为 m，电量为 q 的带电粒子从圆形边界沿半径方向以速度 v0 进入磁场,粒子射出磁场时的偏向角为 90 度，不计粒子的重力。求：‎ ‎（1）判断粒子的带电性质 ‎（2）匀强磁场的磁感应强度。‎ ‎（3）粒子在磁场中运动的的时间.‎ ‎【答案】（1）带正电 （2） （3）‎ ‎【解析】（1）由左手定则可知，粒子带正电；‎ ‎（2）由几何关系可知，粒子在磁场中运动的轨道半径为R=r；‎ 洛伦兹力等于向心力，则 ‎ 解得： ‎ ‎（3）粒子在磁场中运动的时间： ‎ ‎18. 如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度B＝210－3T；磁场右边是宽度L＝0.2 m、‎ 场强E＝40 V/m、方向向左的匀强电场．一带电粒子电荷量q＝－3.210－19 C，质量 m＝6.410－27 kg，以v＝4104 m/s的速度沿OO′垂直射入磁场，在磁场中偏转后 进入右侧的电场，最后从电场右边界射出．求：(不计粒子的重力）‎ ‎(1)大致画出带电粒子的运动轨迹 (画在给出的图中)；‎ ‎(2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径；‎ ‎(3)带电粒子飞出电场时的动能Ek.‎ ‎【答案】（1）（2）0.4m （3）‎ ‎【解析】解：（1）|轨迹如图．‎ ‎（2）带电粒子在磁场中运动时，由洛伦兹力提供向心力，有 m ‎（3）带电粒子在电场中运动时，电场力做功，粒子的动能增加：‎ 代人数据解得：J 答：（1）大致画出带电粒子的运动轨迹如图；‎ ‎（2）带电粒子在磁场中运动的轨道半径是0.4m；‎ ‎（3）带电粒子飞出电场时的动能J．‎ ‎【点评】本题是常见的带电粒子在磁场中和电场中运动的问题，画出轨迹，运用几何知识是处理带电粒子在磁场中运动问题的基本方法．‎ ‎ ‎ ‎ ‎