2018-2019学年湖北省随州市第二高级中学、郧阳中学高二12月月考物理试题 解析版 17页

随州二中、 郧阳中学 2017 级高二上学期第三次月考物理试卷 一、选择题(本题共 48 分，在给出的四个选项中，第 1-8 小题只有一项是正确的，第 9-12 小题有多个选项是正确的，全部选对得 4 分，选不全的得 2 分，有选错或不答的得 0 分)‎ ‎1.用比值法定义物理量是物理学中一种常用方法,以下关于电场强度和磁感应强度的表达式中不属于比值法定义式的是 A. E= B. E= C. B= D. B=‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 所谓比值定义法，就是用两个物理量的“比值”来定义一个新的物理量的方法．比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的属性，与参与定义所用的物理量无关．根据物理量的定义分析是否是比值定义法。‎ ‎【详解】两端间电势差不变时，d变化，电场强度也变化，所以不属于比值定义式，故A符合题意；电场强度E与电场力及检验电荷的电荷量无关，属于比值定义法，故B不符合题意； 磁感应强度与放入磁场中的电流元无关，运用的是比值定义法，故C不符合题意；磁感应强度与在磁场中运动的电荷无关，运用的是比值定义法，故D不符合题意。所以选A。‎ ‎【点睛】决本题的关键理解比值定义法的特点：被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性，它不随定义所用的物理量的大小取舍而改变。‎ ‎2.如图(a)，直线 MN 表示某电场中一条电场线，a、b 是线上的两点，将一带负电荷的粒子从 a 点处由静止释放，粒子从 a 运动到 b 过程中的 vt 图线如图(b)所示。设 a、b 两点的电势分别为 φa、φb，电场强度大小分别为 Ea、Eb，粒子在 a、b 两点受到的静电力大小分别为 Fa、Fb，具有的电势能分别为 Wa、Wb，不计粒子重力，则有 A. φa＞φb B. Ea＞Eb C. Fa＜Fb D. Wa＜Wb ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据粒子的电场力方向得出电场线的方向，根据沿电场线方向电势逐渐降低得出电势的高低。根据加速度的变化得出电场强度及电场力的变化。根据电场力做功得出电势能的变化。‎ ‎【详解】负电荷从a运动到b，做加速运动，可知电场力的方向水平向右，则电场线的方向水平向左，可知φa＜φb，故A错误；从a到b的过程中，电荷的加速度逐渐减小，可知电场强度的大小逐渐减小，则Ea＞Eb，Fa＞Fb，故B正确，C错误；从a到b的过程中，电场力做正功，电势能减小，则Wa＞Wb，故D错误。所以B正确，ACD错误。‎ ‎【点睛】解决本题的关键知道电荷做加速度逐渐增大的加速运动，知道沿电场线方向电势逐渐降低，以及知道电场力做功与电势能的关系。‎ ‎3.如图所示，电源电动势为E，内电阻为r，L1、L2、L3是3只小电灯，R是滑动变阻器，开始时，它的滑片P位于中点位置．当S闭合时，3只小电灯都发光．现使滑动变阻器的滑片P向右移动时，则小电灯L1、L2、L3的亮度变化情况（　　）‎ A. L1变亮 B. L2变亮 C. L3变亮 D. L1、L2、L3均变暗 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 当滑片右移时，滑动变阻器接入电阻增大，则电路中总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知电路中总电流减小，故L1变暗；电路中电流减小，故内阻及L1两端的电压减小，而电动势不变，故并联部分的电压增大，故L2变亮；因L2中电流增大，干路电流减小，故流过L3的电流减小，故L3变暗，故ACD错误，B正确；故选B.‎ 点睛：本题是简单的电路动态变化分析问题，通常按照“部分→整体→部分”的思路分析，要求学生能灵活应用串并联电路的电流电压规律及闭合电路的欧姆定律．‎ ‎4.如图所示,直线A为电源a的路端电压与电流的关系图象，直线B为电源b的路端电压与电流的关系图象,直线C为一个电阻R的两端电压与电流的关系图象.将这个电阻R分别接到a,b两电源上,那么 （ ）‎ A. R接到a电源上,电源的效率较高 B. R接到b电源上,电源的输出功率较大 C. R接到a电源上,电源的输出功率较大,但电源效率较低 D. R接到b电源上,电阻的发热功率和电源的效率都较高 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】电源a的电动势大，内阻也大，电源的效率，由此可知外电阻相同时内阻越小，电源效率越高，则R接到b电源上，电源的效率较高，A错误；输出功率，当R=r时电源输出功率最大，由图象可知图线的斜率表示内阻大小，图线C的斜率表示外电阻阻值的大小，图线a的内阻与C的电阻相接近，所以a电源输出功率较大。C正确。‎ ‎5.如图，M、N 和 P 是以 MN 为直径的半圆弧上的三点，O 点为半圆弧的圆心，∠MOP=600在 M、N 处各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图所示，这时 O 点的磁感应强度大小为B1。若将 N 处的长直导线移至P 处，则 O 点的磁感应强度大小变为B2，B2与B1之比为 ‎ A. 3 :1 B. 3 : 2 C. 1:1 D. 1: 2‎ ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由磁感应强度的叠加可知每根导线单独在O点形成的磁感应强度大小，移动之后导线距O点的距离不变，故磁感应强度大小不变，则由矢量合成的方向可得出移动之后的合磁场；即可求得比值。‎ ‎【详解】依题意，每根导线在O点产生的磁感应强度为，方向竖直向下，则当N移至P点时，根据磁感应强度的合成可得O点合磁感强度大小为：，所以，故D正确，ABC错误。‎ ‎【点睛】磁感强度为矢量，在求合磁感强度时应先分别求得各导线O点的磁感强度再由矢量的合成方法-平行四边形求得总的磁感强度。‎ ‎6.在匀强磁场的区域内有一根长为 L、质量为 m 的直导线，用两根绝缘轻质细绳悬挂在天花板下面,通有方向垂直纸面向内的电流I 后,导线静止时细绳与纸面平行且与竖直方向的夹角为 θ,如图是导线静止时的截面图。磁感应强度 B 的大小和方向可能是 A. B=mgsinθ/IL,方向平行细绳向下 B. B=mgtanθ/IL，方向竖直向上 C. B=mgcosθ/IL,方向平行细绳向下 D. B=mg/IL，方向水平向右 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据左手定则，结合磁场的方向分析能否使导线保持静止．根据平衡条件和安培力公式列式求解磁感应强度的大小。‎ ‎【详解】当磁场平行细绳向下时，由左手定则可知，安培力垂直于导线斜向左上方，由平衡条件得：BIL=mgsinθ，可得，故A正确，C错误；当磁场方向竖直向上时，由左手定则可知，安培力水平向右，导线不可能静止，故B错误；当磁场方向水平向右时，由左手定则可知，安培力竖直向下，导线不可能静止，故D错误。所以A正确，BCD错误。‎ ‎【点睛】解决本题的关键通过左手定则判断出安培力的方向，结合共点力平衡进行分析．对于选择题可以采用定性分析B的方向和定量计算B的大小，结合分析。‎ ‎7.如图所示电路中，开关S原先闭合，电路处于稳定状态时，通过两电阻的电流大小分别为I1，I2，已知R1＞R2，不计线圈L的直流电阻，A为理想电流表．在某一时刻突然断开开关S，则通过电流表的电流I随时间t变化的图线可能是下图中的 ‎【答案】D ‎【解析】‎ 试题分析：当断开电键，原来通过的电流立即消失，电感阻碍自身电流变化，产生的感应电流流过电阻，其方向与原来流过电阻的方向相反，慢慢减小最后为0．故D正确。‎ 考点：自感现象和自感系数 ‎【名师点睛】做好本题的关键：知道线圈对电流突变时的阻碍作用，特别是断开时相当于电源，L中原来电流的方向即电动势的正极。‎ ‎8.如图所示，足够长的竖直绝缘管内壁粗糙程度处处相同，处在方向彼此垂直的匀强电场和匀强磁场中，电场强度和磁感应强度的大小分别为E和B，一个质量为m，电荷量为+q的小球从静止开始沿管下滑，下列关于小球所受弹力N、运动速度v、运动加速度a、运动位移x，运动时间t之间的关系图像中正确的是（ ）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【解析】‎ 试题分析：小球向下运动的过程中，在水平方向上受向右的电场力qE和水平向左的洛伦兹力和管壁的弹力N的作用，水平方向上合力始终为零，则有：①，在竖直方向上受重力和摩擦力f作用，其中摩擦力为：②，在运动过程中加速度为：③，由式可知，N-v图象时一条直线，且N随v的增大而减小，A正确；由①②③可知，小球向下运动的过程中，速度的变化不是均匀的，所以加速度的变化也不是均匀的，B错误；由②可知，在速度增大的过程中，摩擦力是先减小后增大的（在达到最大速度之前），结合③式可知加速度先增大后减小，C图体现的是加速度先减小后增大，C错误；在速度增到最大之前，速度是一直增大，而图D体现的是速度先减小后增大，所以选项D错误．‎ 考点：考查了带电小球在复合场中的运动 ‎【名师点睛】本题关键明确小球的运动情况，先做加速度增加的加速运动，然后做加速度减小的加速运动，当加速度减为零时，速度最大．同时要注意在不同的图象中斜率所表示的不同含义．‎ ‎9.A、B 两个带电小球，质量分别为 mA、mB，电荷量分别为 qA、qB，用不可伸长的轻质绝缘细线悬挂，静止时如图所示，A、B 两球处在同一水平面上。若 B 对 A 及 A 对 B 的库仑力大小分别为 FA、FB，细线 AC、BC 的拉力大小分别为 TA、TB。由上述条件能求出比值的是 A. mA:mB B. qA:qB C. FA:FB D. TA:TB ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【详解】对小球A受力分析，受重力、静电力、拉力，如图所示：‎ ‎ 根据平衡条件，则有，两球间的库仑力是作用力与反作用力，一定相等，即FA:FB=1:1，两球间的库仑力与两个球是否带电量相等无关，所以不能求出电量之比，故C正确，B错误；根据平衡条件可得：，所以，故A正确；对小球A受力分析，根据平衡条件可得：mAg=TAcos30°，同理对B球有：mBg=TBcos60°，所以，故D正确。所以ACD正确，B错误。‎ ‎【点睛】本题关键分别对两个小球受力分析，然后根据平衡条件列方程；再结合库仑定律列方程分析求解。‎ ‎10.如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内有相互正交的匀强磁场和匀强电场， 磁感应强度和电场强度分别为 B 和 E。平板 S 上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板 S 下方有强度为B0的匀强磁场。下列判断正确的是 ‎ A. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 B. 质谱仪是分析同位素的重要工具 C. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P ，粒子的比荷越小 D. 能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 带电粒子经加速后进入速度选择器，电场力和洛伦兹力平衡时，速度为，的粒子沿直线通过P孔，然后进入磁场，打在胶片上的不同位置．在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力，求出粒子的轨道半径，分析半径与荷质比的关系．‎ ‎【详解】带电粒子进入磁场中向左偏转，所受的洛伦兹力向左，磁场的方向垂直纸面向外，根据左手定则知，该粒子带正电；该粒子在速度选择器中，受到电场力方向水平向右，则洛伦兹力方向必须水平向左，该粒子才能通过速度选择器，根据左手定则判断可知磁场方向垂直纸面向外，故A错误；质谱仪是测量带电粒子荷质比、分析同位素的重要工具，故B正确；根据，可得：，则越靠近狭缝P，半径越小，则比荷越大，故C错误；根据qE=qvB，可得，即速度大小为的粒子能通过速度选择器，故D正确。所以BD正确，AC错误。‎ ‎【点睛】解决本题的关键理解粒子速度选择器的工作原理，掌握偏转磁场中粒子的运动规律。‎ ‎11. 劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如右图所示。置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是 A. 质子被加速后的最大速度不可能超过2πRf B. 质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比 C. 质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为 D. 不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能加速粒子 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ 试题分析：质子处回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则最大速度为，A对；由，知，则最大动能，与加速电压无关，B错；由，则质子第二次和第一次经过D形盒的半径比为，C对；带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等，由知，换用α粒子，粒子的比荷变化，周期变化，回旋加速器需改变交流电的频率才能加速α粒子，D错。‎ 考点：质谱仪与回旋加速器的工作原理。‎ ‎【名师点睛】回旋加速器：‎ ‎（1）构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．D形盒处于匀强磁场中．‎ ‎（2）原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速．由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度和D形盒半径决定，与加速电压无关．‎ ‎12.某飞机正在地球北半球飞行，机翼保持水平，飞行高度不变，已知北半球地磁场的竖直分量向下，由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差。设飞行员左方机翼末端处的电势为，右方机翼末端处的电势为，下列判断正确的是 A. 若飞机从西往东飞，则比高 B. 若飞机从东往西飞，则比高 C. 若飞机从南往北飞，则比高 D. 若飞机从北往南飞，则比高 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ 当飞机在北半球飞行时，由于地磁场的存在，且地磁场的竖直分量方向竖直向下，由右手定则可判知，在北半球，不论沿何方向水平飞行，都是飞机的左方机翼电势高，右方机翼电势低，即总有比高，故AD正确，BC错误；‎ 故选AD。‎ ‎【点睛】由于地磁场的存在，当飞机在北半球水平飞行时，两机翼的两端点之间会有一定的电势差，相当于金属棒在切割磁感线一样．由右手定则可判定电势的高低。‎ 二、实验题（16 分）‎ ‎13.某学习小组想测量一种导电溶液的电阻率，先在一根均匀的长玻璃管两端各装了一个电极 (接触电阻不计)，两电极相距 L=0.700m，玻璃管的内径为 d=4.000mm，其间充满待测的导电溶液。实验所用器材如下:‎ 电压表(量程 15V，内阻约 30kΩ); 电流表(量程 300μA，内阻约 50Ω); 滑动变阻器(100Ω，0.1A);‎ 电池组(电动势 E=12V，内阻约 6Ω);‎ 单 刀 单 掷 开 关 一 个 ; ‎ 导 线 若 干 。‎ ‎(1)该小组先用欧姆表粗测溶液电阻，他们选择欧姆×100 挡，欧姆调零后测量结果如图 1 所示，为了使读数更精确些，接下来要进行的步骤是_________。 ‎ A.换为×10 挡，不重新欧姆调零就测量 ‎ B.换为×1k挡，不重新欧姆调零就测量 C.换为×10 挡，重新欧姆调零后再测量 ‎ D.换为×1k挡，重新欧姆调零后再测量 ‎(2)根据欧姆表的粗测结果及可供选择的器材，学习小组设计了实验电路，下表是他们测量的数据。‎ U/V ‎0‎ ‎1.0‎ ‎3.0‎ ‎5.0‎ ‎7.0‎ ‎9.0‎ ‎11.0‎ I/μA ‎0‎ ‎22‎ ‎65‎ ‎109‎ ‎155‎ ‎175‎ ‎240‎ 由以上信息，你认为该研究小组设计的电路图是以下选项中的________，并根据电路图将图 2 甲实物图连线补充完整。‎ ‎(3)根据表中数据在坐标图中已描点，请你在图 2 乙上作出U-I 图象，并根据图象求出电阻 R=_____Ω(保留两位有效数字)测量导电溶液的电阻率的表达式 ρ=________ (用题给物理量的符号表示)。‎ ‎【答案】 (1). D (2). C (3). (4). ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 使用多用电表的欧姆档时，注意，每次变换档位需要调零；根据实验数据分析电压的变化特点，进而分析出电路的特征；根据图象中的斜率表示的含义计算出相关的物理量；根据电阻定律可得电阻率的表达式。‎ ‎【详解】（1）从读数可以看出，电阻有些大，为了误差减小，应使用大档位测量，选择×1K档，然后欧姆调零，再次测量，故选D。‎ ‎（2）数据可以看出，电压表数据曾经有过0的情况，所以需要选择分压式的接法，从数据中大概看出待测电阻和电压表的比较接近，所以采用电流表的内接法，C电路图符合要求，故选C。‎ ‎（3）图象如图所示，图象的斜率等于待测电阻的阻值，通过图象可以计算出R=4.6×104Ω。‎ 根据电阻定律，其中，整理计算可得：.‎ ‎【点睛】本题考查了电阻的测量．在使用多用电表市需要注意欧姆档的调零；选择电路时，注意根据需要选择合适的电路，不同的电路图，测量过程中数据的范围是不同的。‎ 三、计算题（本题共 4 小题，共 46 分。解答应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，答案中必须写出数值和单位。）‎ ‎14.边长为L 的等边三角形OAB 区域内有垂直纸面向里的匀强磁场， 磁感应强度大小为B。在纸面内从O点沿OB 方向向磁场内射入一速率为 v 带电粒子,该粒子从AB边的中点 C 射出,不计粒子的重力。‎ ‎(1)粒子带何种电荷？比荷是多少？ ‎ ‎(2)该粒子在磁场中运动的时间是多少？‎ ‎【答案】(1)粒子带正电　　 (2) ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 粒子在磁场中做圆周运动，根据题意应用左手定则判断粒子电性；根据题意作出粒子运动轨迹，求出比荷，根据运动学公式求出粒子在磁场中的运动时间。‎ ‎【详解】（1）粒子在磁场中受力分析和运动轨迹圆弧如图所示：圆心O1，可知粒子带正电。‎ ‎，为等边三角形，粒子轨迹半径为 ‎ 解得： ‎ 设粒子质量为 ，电荷量大小为，由洛仑兹力提供向心力得： ‎ 联立可得： ‎ ‎（2）粒子在磁场中运动的时间为： ‎ 联立以上可得：‎ ‎【点睛】带电粒子做匀速圆周运动的圆心的确定，依据：其一是洛仑兹力提供向心力，洛仑兹力必指向圆心，且洛仑兹力垂直于速度方向的，那么圆心必在过O点的垂线上；其二是垂径定理，即弦的垂直平分线通过圆心。‎ ‎15.如图所示，在真空中平行板电容器内有匀强电场，一个动能为 E0=100eV 的电子垂直电场强度射入电场，经过时间tl 穿越电容器，电子的动能变为 Ek1=104eV ；另一个动能为 2E0=200eV 的电子垂直电场强度射入电场，经过时间t2 穿越电容器。求：‎ ‎(1)电子两次穿越电容器的时间之比 t1：t2 ； ‎ ‎(2)电子第二次穿出电容器时的动能 Ek2 。‎ ‎【答案】(1) (2) ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 带电粒子在磁场里做类平抛运动，根据动能定理和运动学公式即可求出电子两次穿越电容器的时间之比；根据位移时间公式求出位移，在根据动能定理即可求出电子第二次穿出电容器时的动能。‎ ‎【详解】（1）电子质量用表示，两个电子进入电场的初速度大小分别用表示，有 ‎ ‎ 平行板长度设为L，有 ‎ 联立可得： ‎ ‎（2）设电子在平行板间受静电力大小为F，沿电场方向的位移为：‎ 加速度为：，‎ 根据动能定理则有：， ‎ 联立可得：‎ ‎【点睛】本题主要考查了带电粒子在电场中的运动，根据动能定理和运动学公式即可解题。‎ ‎16.如图所示，两条足够长的平行金属导轨PQ、EF倾斜放置，间距为L，与水平方向夹角为θ 。导轨的底端接有阻值为R电阻，导轨光滑且电阻不计。现有一垂直导轨平面向上的匀强磁场大小为B，金属杆ab长也为L，质量为m，电阻为r，置于导轨底端。给金属杆ab一平行导轨向上的初速度v0，经过一段时间后返回底端时已经匀速。金属杆在运动过程中始终与导轨垂直且接触良好。求 ‎（1）金属杆ab刚向上运动时，流过电阻R的电流方向；‎ ‎（2）金属杆ab返回时速度大小及金属杆ab从底端出发到返回底端电阻R上产生的焦耳热；‎ ‎（3）金属杆ab从底端出发到返回底端所需要的时间。‎ ‎【答案】(1) 感应电流方向为a指向b (2) (3) ‎ ‎【解析】‎ ‎（1）由右手定则可知：感应电流方向为a指向b ‎ ‎（2）设返回底端匀速运动时速度为v,则两导轨间杆电动势为：‎ 回路的总电阻为：‎ 根据闭合电路的欧姆定律得： ‎ 根据平衡条件得： ‎ 联立解得：‎ 杆从出发到返回过程中由能量守恒有： ‎ 又因为 联立解得： ‎ ‎（3）设上升过程时间为，下降过程序时间为，上升的距离为s 根据动理定理得：上升过程有 变形得：‎ 同理可得下降过程：‎ 所以 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎