2017-2018学年江西省南昌市第十中学高二上学期第二次月考物理试题 解析版 15页

江西省南昌市第十中学2017-2018学年高二上学期第二次月考 物理试题 一、选择题 ‎1. 关于磁场和磁感线的描述，下列说法正确的是(　　)‎ A. 磁感线从磁体的N极出发到磁体的S极终止 B. 自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N极指向螺线管的北极 C. 赤道正上空的磁感线由北指南 D. 两条磁感线的空隙处不存在磁场 ‎【答案】B ‎【解析】磁感线在磁体外部由N极指向S极；内部由S极指向N极，A错误；自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N极指向表示磁场的方向，所以指向螺线管的北极，B正确；由地磁场是从地理的南极指向北极，因此赤道上空的磁感线由南向北，C错误；磁感线的疏密表示磁场的强弱；只要某区域中有磁感线，则说明该部分都有磁场，包括空隙处，D错误；选B.‎ ‎【点睛】磁感线是描述磁场分布而假想的，磁感线的疏密表示磁场强弱，磁感线某点的切线方向表示该点的磁场方向；磁感线是闭合曲线，磁体外部磁感线是从N极到S极，而内部是从S极到N极.‎ ‎2. 如图所示为磁场、磁场作用力演示仪中的赫姆霍兹线圈，在线圈中心处挂上一个小磁针，且与线圈在同一平面内，则当赫姆霍兹线圈中通以如图所示方向的电流时(　　) ‎ A. 小磁针N极向里转 B. 小磁针N极向外转 C. 小磁针在纸面内向左摆动 D. 小磁针在纸面内向右摆动 ‎【答案】A ‎【解析】试题分析：根据右手螺旋定则判断出环形电流内部和外部的磁场，根据小磁针静止时N极所指的方向为磁场的方向，判断出小磁针N极的偏转．本题中根据右手螺旋定则知，环形电流内部的磁场方向向里，外部的磁场方向向外，则小磁针的N极向纸面里偏转．故A正确，‎ 考点：考查了右手螺旋定则的应用 ‎3. 在赤道正上方某处有一条东西方向水平放置的长直导线，通有从东向西流动的电流，则此通电导线所受地磁场的作用力的方向是(　　)‎ A. 向南 B. 向北 C. 竖直向上 D. 竖直向下 ‎【答案】D ‎【解析】赤道处的磁场方向从南向北，电流方向自东向西，根据左手定则，安培力的方向竖直向下．故D正确，ABC错误．故选D．‎ ‎4. 如图所示，长为2l的直导线折成边长相等，夹角为60o的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流I时，该V形通电导线受到的安培力大小为(　　)‎ ‎ ‎ A. 0 B. 0.5BIl C. BIl D. 2BIl ‎【答案】C ‎【解析】试题分析：导线在磁场内有效长度为，故该V形通电导线受到安培力大小为，选项C正确，选项ABD错误。‎ 考点：安培力 ‎【名师点睛】由安培力公式进行计算，注意式中的应为等效长度，本题考查安培力的计算，熟记公式，但要理解等效长度的意义。‎ 视频 ‎5. 如图所示，a和b是从A点以相同的速度垂直磁场方向射入匀强磁场的两个粒子运动的半圆形径迹，已知两个粒子带电量相同，且ra=2rb ，不计重力的影响，则由此可知 （ ）‎ A. 两粒子均带正电，质量比 B. 两粒子均带负电，质量比 C. 两粒子均带正电，质量比 D. 两粒子均带负电，质量比 ‎【答案】B ‎【解析】两粒子进入磁场后均向下偏转，可知在A点，均受到向下的洛伦兹力，由左手定则可知，四指所指的方向与运动方向相反，得知两个粒子均带负电；在磁场中由洛伦兹力提供向心力，则有，得，因a、b进入磁场的速度相同，电量也相同，又在同一磁场运动，故，选B.‎ ‎【点睛】该题考查带电粒子在匀强磁场中的偏转，带电粒子在匀强磁场中以垂直于磁场方向运动，洛伦兹力提供向心力，粒子做匀速圆周运动．根据偏转方向，利用左手定则来判断粒子所带的电性，根据半径判断粒子的质量比．‎ ‎6. 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，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用同一回旋加速器分别加速氚核（ ）和α粒子（‎ ‎ ），比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有(　　)‎ ‎ ‎ A. 加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较大 B. 加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较小 C. 加速α粒子的交流电源的周期较大，α粒子获得的最大动能较小 D. 加速α粒子的交流电源的周期较小，α粒子获得的最大动能较大 ‎【答案】D ‎【解析】带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据，可知氚核的质量与电量的比值大于粒子的质量与电量的比值，故氚核在磁场中运动的周期大，则加速氚核的交流电源的周期较大，粒子在磁场中运动的周期小，则加速粒子的交流电源的周期较小；根据，解得：，则最大动能，氚核的质量是粒子的倍，氚核的电量是粒子的倍，则氚核的最大动能是粒子的倍，即氚核的最大动能较小，粒子的动能较大，故ABC错误，D正确，选D.‎ ‎【点睛】回旋加速器是通过电场进行加速，磁场进行偏转来加速带电粒子．带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据比较周期．当粒子最后离开回旋加速器时的速度最大，根据求出粒子的最大速度，从而得出最大动能的大小关系．‎ ‎7. 在直径为d的圆形区域内存在着匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直圆面指向纸外。一电荷量为q、质量为m的带正电粒子，从磁场区域的一条直径AC上的A点沿纸面射入磁场，其速度方向与AC成α＝15°角，如图所示，此粒子在磁场区域运动的过程中，速度的方向改变了90°，重力可忽略不计，则该粒子射入时的速度大小v为(　　)‎ ‎ ‎ A. B. C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】带电粒子垂直射入匀强磁场中做匀速圆周运动时，其运动轨迹如图所示 因轨迹所对应的圆心角等于速度的偏向角，由题知粒子速度的方向改变了，则轨迹所对应的圆心角是，设带电粒子圆周运动的半径为r，则由几何知识得：，解得：，由，得，选A.‎ ‎【点睛】画出运动轨迹，由几何知识求出粒子圆周运动的半径，由半径公式求出该粒子射入时的速度大小v．‎ ‎8. 在方向如图所示的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)共存的场区中，一电子沿垂直电场线和磁感线的方向以速度v0射入场区，设电子射出场区时的速度为v，不计重力的影响，则(　　)‎ ‎ ‎ A. 若，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度 B. 若，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度 C. 若，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度 D. 若，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度 ‎【答案】AD ‎【解析】电子进入电磁场中，受到洛伦兹力与电场力两个力作用，由左手定则判断可知，洛伦兹力方向向下，而电场力方向向上．若，则 ‎，电子向下偏转，沿轨迹Ⅱ运动，洛伦兹力不做功，而电场力对电子负功，动能减小，速度减小，故速度，A正确，B错误；若，则，电子向上偏转，沿轨迹Ⅰ运动，洛伦兹力不做功，而电场力对电子正功，动能增加，速度增大，故速度，C错误，D正确；选AD.‎ ‎【点睛】电子进入电磁场中，受到洛伦兹力与电场力两个力作用，由已知条件，分析两个力的大小，由左手定则判断出洛伦兹力方向，确定出电场力方向，即可确定电子的偏转方向，根据电场力做功的正负，分析速度的变化．‎ ‎9. 如图所示，宽h=2cm的有界匀强磁场的纵向范围足够大，磁感应强度的方向垂直纸面向里，现有一群正粒子从O点以相同的速率沿纸面不同方向进入磁场，若粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径均为r=5cm，不计重力的影响，则(　　)‎ ‎ ‎ A. 左边界：y>8 cm有粒子射出 B. 左边界：04 cm和y＜-4 cm有粒子射出 ‎【答案】BC ‎【解析】当粒子的轨迹恰好与x轴方向的右边界相切时，如图所示 ‎......‎ ‎【点睛】粒子垂直进入磁场后做匀速圆周运动，当粒子的轨迹恰好与x轴方向的右边界相切时，y值正值达到最大；当粒子沿-y轴方向射入磁场时，粒子从磁场右边界x轴下方射出时，y的负值达到最大，根据几何知识求解．‎ ‎10. 1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，不计重力的影响，则下列相关说法中正确的是(　　) ‎ ‎ ‎ A. 该束带电粒子带正电 B. 速度选择器的上极板带正电 C. 在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小 D. 在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大 ‎【答案】ABC ‎【解析】带电粒子在磁场中向下偏转，磁场的方向垂直纸面向外，根据左手定则知，该粒子带正电．A正确．在平行金属板间，根据左手定则知，带电粒子所受的洛伦兹力方向竖直向上，则电场力的方向竖直向下，知电场强度的方向竖直向下，所以速度选择器的上极板带正电．B正确．进入磁场中的粒子速度是一定的，根据，得，可知r越大，比荷越小，但质量m不一定大．C正确，D错误．选ABC.‎ ‎【点睛】根据带电粒子在磁场中的偏转方向确定带电粒子的正负．根据在速度选择器中电场力和洛伦兹力平衡确定上极板的带电情况．在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力，求出粒子的轨道半径，即可知道轨迹半径与什么因素有关．‎ 二、填写题 ‎11. 如图所示，一面积为S的长方形线圈有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中，这时穿过线圈的磁通量为__________ ，当线圈从图中位置绕轴转过180０过程中穿过这个线圈的磁通量改变了 ________‎ ‎【答案】 (1). 0.5BS (2). 1.5BS ‎【解析】由题知，当长方形线圈abcd有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中时，磁通量为：，当线圈从图中位置转过时，磁通量的方向与原方向相反，所以是；该过程中穿过这个线圈的磁通量改变了：，大小是．‎ ‎【点睛】在匀强磁场中，当线圈与磁场垂直时，穿过线圈的磁通量为，图中S有磁感线穿过线圈的面积，即为有效面积．线圈从图中位置转过时，磁通量的方向与原方向相反．‎ ‎12. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，一质量为m，带电荷量为+q的小物体从倾角为θ的绝缘光滑足够长的斜面上由静止开始下滑，则此物体在斜面Q上运动的最大速度为________，此物体在斜面上运动的距离为___________‎ ‎【答案】 (1). （1） (2). （2）‎ ‎【解析】当洛伦兹力等于小球重力垂直斜面方向的分力时，则小球刚好要离开斜面，则有：，解得：；由于小球在下滑过程中，做匀加速直线运动，根据受力分析，由牛顿第二定律得：，由运动学公式，得：.‎ ‎13. 如图所示，质量为m，带电量为q的微粒，以与水平方向成45°角的速度射入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间，匀强磁场的磁感应强度为B，微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动，重力加速度为g，则电场强度大小为__________，微粒的速度大小为___________。‎ ‎【答案】 (1). (2). ‎ ‎【解析】粒子做匀速直线运动，合力为零，其中电场力向右，重力向下，洛仑兹力与速度方向和磁场方向垂直，故向左上方，故粒子向右上方运动，受力如图所示 由平衡条件得，，，解得：电场强度为，微粒的速度大小为.‎ 三、计算题 ‎14. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，其方向与导轨平面成θ角斜向上且和棒ab垂直，质量为m，长为L，通有电流为I的导体棒ab静止在水平导轨上，（重力加速度为g）求：‎ ‎（1）ab受到的摩擦力的大小（2）ab受到的支持力的大小.‎ ‎【答案】（1）f=BILsinθ（2）FN=mg-BILcosθ ‎ ‎【解析】试题分析：由左手定则判断安培力的方向，画出受力图；由水平方向受力平衡可得摩擦力大小；由竖直方向受力平衡可得支持力大小.‎ ‎（1）ab棒受力如图所示 因为棒ab处于静止状态，由水平方向受力平衡可得：‎ ‎（2）设支持力为，根据竖直方向上受力平衡得：‎ 则 ‎15. 如图所示，第一象限的匀强磁场的磁感应强度为B，一质量为m，带电量为－q，不计重力的粒子，从x轴上的P(a，0)点沿纸面方向射入磁场，速度与x轴正方向夹角为60°，并恰好垂直于y轴射出第一象限。求：‎ ‎ ‎ ‎(1)带电粒子的速度v；‎ ‎(2)穿过第一象限的时间t。‎ ‎【答案】（1）（2）‎ ‎【解析】试题分析：（1）由几何轨迹找到圆心位置，由几何关系得到半径，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律列方程可得带电粒子的速度v；（2）根据求出粒子运动的时间．‎ ‎（1）根据题意知，带电粒子的运动轨迹，垂直于y轴，必然有圆心在y轴上，根据半径垂直于速度，则可确定圆心O，如图所示．‎ 由几何关系得：，解得：‎ 由，得：‎ ‎（2）粒子圆周运动的周期为：‎ 由几何知识知，粒子在第一象限内运动的圆弧对应的圆心角为：‎ 则粒子的运动时间为：‎ ‎【点睛】带电粒子在磁场中运动常用到的解题思路为：找到圆心位置，由几何关系求半径，由洛伦兹力提供向心力得到速度，由圆心角确定运动的时间．‎ ‎16. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为d，边界为CD和EF。一电子从CD边界外侧以速率v0垂直匀强磁场射入，入射方向与CD边界间夹角为θ。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计重力的影响，求：‎ ‎（1）为使电子能从磁场的另一侧EF射出，电子的速率v0满足什么条件?‎ ‎（2）电子在磁场中运动的最长时间是多少？‎ ‎【答案】（1）（2） ‎ ‎【解析】试题分析：（1）电子在磁场中做匀速圆周运动，当其轨迹恰好与EF边相切时，轨迹半径最小，对应的速度最小．（2）电子在磁场中做匀速圆周运动，周期不变，圆心角最大，则运动的时间最长.‎ ‎（1）作出电子的运动轨迹图，如图所示 电子恰好从EF边射出时，由几何知识得：‎ 解得：‎ 由，解得：‎ ‎（2）因电子在磁场中的周期为，与速度、半径无关 故当电子能从左侧射出时，圆心角最大，运动的时间最长 由几何关系得：‎ 则最长时间为：‎ ‎【点睛】当入射速率很小时，电子会在磁场中转动一段圆弧后又从CD一侧射出，速率越大，轨道半径越大，当轨道与边界EF相切时，电子恰好不能从EF射出．当电子能从左侧射出时，圆心角最大，运动的时间最长，由求最长的运动时间.‎ ‎17. 一个匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面，在xy平面上，磁场分布在一个圆形区域内。一个质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，由原点O进入磁场，初速为v，方向沿x正方向。粒子飞出磁场后，再过一段时间，经过y轴上的P点，此时速度方向与y轴的夹角为30°，P到O的距离为L，如图所示，不计重力的影响。求: ‎ ‎（1）磁场的磁感强度B的大小 ‎（2）xy平面上磁场区域的最小面积 ‎【答案】（1） （2）‎ ‎（1）画出磁场区域及粒子运动的轨迹如图所示 设粒子圆周运动的半径为r，由几何知识得：r+2r=L 解得：‎ 由，得：‎ ‎（2）由图可知，当磁场半径为时，有最小面积 则几何知识得：‎ 则最小面积为 ‎18. 如图所示，空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场。左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右，电场宽度为L；中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外；右侧区域匀强磁场的磁感应强度大小也为B，方向垂直纸面向里，其右边可向右无限延伸。一个质量为m、电量为q、不计重力的带正电的粒子从电场的左边缘的O点由静止开始运动，穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后，又回到O点，然后重复上述运动过程。求：‎ ‎（1）带电粒子在匀强磁场中的半径 ‎（2）中间磁场区域的宽度d ‎（3）带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间t.‎ ‎【答案】（1）（2）（3）‎ ‎【解析】试题分析：（1）带正电的粒子在电场中做匀加速直线运动，垂直进入磁场后做匀速圆周运动，画出粒子运动的轨迹，根据动能定理即可求解带电粒子在磁场中运动的速率；（2）粒子在磁场中由洛伦兹力充当向心力，由牛顿第二定律求出轨迹的半径．根据几何关系求解中间磁场区域的宽度；（3）先求出在电场中运动的时间，再求出在两段磁场中运动的时间，三者之和即可带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间．‎ ‎（1）带电粒子在电场中加速，由动能定理得：‎ 带电粒子在磁场中偏转，由牛顿第二定律得：‎ 联立得：‎ ‎（2）作出粒子的运动轨迹图如图所示 由于在两磁场区域中粒子运动半径相同，则三段圆弧的圆心组成的三角形是等边三角形，其边长为2R．所以中间磁场区域的宽度为 ‎（3）在电场中 在中间磁场中运动时间 在右侧磁场中运动时间 则粒子第一次回到O点的所用时间为 ‎ ‎