2023-2024学年人教版(2019)选修2-高二下学期期中考试物理试题C卷(原卷版+解析版)

文档属性

名称 2023-2024学年人教版(2019)选修2-高二下学期期中考试物理试题C卷(原卷版+解析版)
格式 zip
文件大小 3.0MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2024-03-15 13:10:50

文档简介

中小学教育资源及组卷应用平台
2023-2024学年高二下学期期中考试物理试题C卷
检测范围:选择性必修二 第一章、第二章
(考试时间:75分钟 试卷满分:100分)
一、选择题:本题共10小题,共43分。在每小题给出的四个选项中,第1~7小题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8~10小题有多项符合题目要求,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的或不选的得0分。
1.若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场,其大小(k的数量级为)。现有横截面半径为的导线构成半径为的圆形线圈处于超导状态,其电阻率上限为。开始时线圈通有的电流,则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为(  )
A., B.,
C., D.,
2.空间中有沿y轴正向的匀强磁场,一通电直导线与x轴平行放置时受到的安培力为F。若将该导线做成圆环如图放置在xOy坐标平面内,并保持通过的电流不变,则圆环受到的安培力大小为( )
A.F B. C. D.
3.如图有一混合正离子束先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ,如果这束正离子束流在区域Ⅰ中不偏转,进入区域Ⅱ后偏转半径又相同,则说明这些正离子具有相同的( )
A.动能 B.质量 C.电荷 D.荷质比
4.如图所示,边长为L的等边三角形ABC内有垂直于纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场,D是AB边的中点,一质量为m、电荷量为的带电的粒子从D点以速度v平行于BC边方向射入磁场,不考虑带电粒子受到的重力,则下列说法正确的是(  )
A.粒子可能从B点射出
B.若粒子垂直于BC边射出,则粒子做匀速圆周运动的半径为
C.若粒子从C点射出,则粒子在磁场中运动的时间为
D.若粒子从AB边射出,则粒子的速度越大,其在磁场中运动的时间越短
5.用两根粗细、材料均相同的导线绕制成如图所示的矩形闭合线圈A和B,匝数分别为和,在它们之间放有一根平行于两线圈平面且与两线圈距离相等的通电直导线。若通电直导线中的电流I均匀增大,则下列说法正确的是(  )
A.穿过线圈A、B的磁通量之比为
B.线圈A、B中的感应电流方向相同
C.线圈A、B中的感应电动势大小之比为
D.线圈A、B中的感应电流大小之比为4∶3
6.如图所示,固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上,磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴上,随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为的电阻和电容器,不计其它电阻和摩擦,下列说法正确的是( )
A.棒产生的电动势为
B.电容器两端的电压为
C.电阻消耗的电功率为
D.圆环边缘的电势高于中心的电势
7.如图所示,一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属圆环中穿过。现将环从位置Ⅰ释放,环穿过磁铁到达位置ⅠⅠ,环穿过磁铁时未与磁铁相碰。对环经过磁铁下端附近的位置ⅠⅠ时,细线的拉力与磁铁重力的关系,以及从上向下看电流方向的判断正确的是(  )
A.拉力大于重力,电流方向为顺时针 B.拉力大于重力,电流方向为逆时针
C.拉力小于重力,电流方向为顺时针 D.拉力小于重力,电流方向为逆时针
8.如图所示,水平桌面上水平固定一半径为L的金属细圆环,圆环的电阻为,竖直向下的匀强磁场磁感应强度大小为B。一长度为、电阻为r的导体棒,由棒中点与圆环重合位置A点沿与棒垂直的直径以恒定加速度a从静止开始向右运动,运动过程中棒与圆环始终接触良好。当棒经过环心时(  )
A.棒两端的电势差为 B.棒两端的电势差为
C.棒所受安培力的大小为 D.棒所受安培力的大小为
9.在如图所示的两平行虚线之间存在着垂直纸面向里、宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场,正方形线框abcd的边长为L(),质量为m,电阻为R。将线框从距离磁场的上边界为h高处由静止释放后,线框的ab边刚进入磁场时的速度为,ab边刚离开磁场时的速度也为,在线框进入磁场的过程中,下列说法正确的是(  )
A.a点的电势高于b点
B.线框一定做减速运动
C.通过导线横截面的电荷量为
D.克服安培力所做的功为mgd
10.应用霍尔效应可以测量车轮的转动角速度ω,如图为轮速传感器的原理示意图,假设齿轮为五齿结构,且均匀分布,当齿轮凸起部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场增强,凹陷部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场减弱。工作时,通过霍尔元件上下两面通入电流I,前后两面连接控制电路,下列说法正确的是(  )
A.若霍尔元件内部是通过负电荷导电的,则前表面比后表面的电势低
B.增大通过霍尔元件的电流,可以使控制电路监测到的电压变小
C.控制电路接收到的电压升高,说明齿轮的凹陷部分在靠近霍尔元件
D.若控制电路接收到的信号电压变化周期为T,则车轮的角速度为
二、实验题(本题共2小题,共16分。)
11.甲、乙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。

(1)如图,请补齐连线 ,补齐线后,甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转,下列操作中同样能使指针向右偏转的有 。
A.闭合开关
B.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动
C.开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出
D.开关闭合时将B线圈倒置再重新插入A线圈中
(2)为确切判断A线圈中的感应电流方向,应在实验前先查明灵敏电流计指针偏转方向与 的关系。
(3)乙同学设计了如图b所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认,某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转,说明此时黑表笔接触的是二极管的 (选填“正极”或“负极”)。实验操作时将磁铁插入线圈时,只有灯 (选填“C”或“D”)短暂亮起。
12.利用霍尔效应工作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域。小聪同学设计了一个研究霍尔电压与电流、磁感应强度等物理量的关系的实验,小聪查得某种由铜制成的霍尔元件的霍尔电压在以内变化,工作电流在以内,并设计了如图甲所示的电路。图甲中线圈电流不超过,已知霍尔元件处的磁感应强度B与线圈中的电流大小成正比。
实验室可供选择的器材有:
A.电流表(量程,内阻约为)
B.电流表(量程,内阻约为)
C.电流表(量程,内阻约为)
D.电压表(量程,内阻约为)
E.电压表(量程,内阻约为)
F.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
G.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
H.两个相同的电源(电动势均为,内阻可忽略)
I.单刀单掷开关两个和导线若干

(1)为了完成实验,电流表应选用 ,电压表V应选用 ,滑动变阻器应选用 。(以上均选填器材前的字母标号)
(2)用笔画线代替导线将图甲中的电压表的连线补充完整 。(要注意电压表正、负接线柱接线正确)
(3)为了研究霍尔电压与电流的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器使电流表的指针有较大偏转,并保持电流表的示数不变,调节滑动变阻器,记录电流表的示数I和对应的电压表的示数U,将记录的实验数据描绘在坐标系中,如图乙所示,请作出关系图线 ,结合所作图象可得,在误差允许范围内霍尔电压U与电流I的关系式为 (选填“”“”或“”)。

(4)为了研究霍尔电压与磁感应强度的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器 (选填“”或“”)使相应的电流表指针有较大偏转并稳定后,再调节滑动变阻器 (选填“”或“”)记录相应电流表的示数I和对应的电压表的示数U,从而就可以判断霍尔电压与磁感应强度的关系。
三、计算题(本题共3小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。)
13.图示为航母电磁弹射装置的原理简化示意图,使用前先给电容为的大容量电容器充电,弹射舰载机时,电容器释放储存的电能所产生的强大电流,导轨处的强大磁场使磁浮弹射车受到磁场力而加速,从而推动舰载机起飞。
(1)假定没弹射技术发射时,若舰载机模型质量为,在水平直线跑道上由静止匀加速起飞,起飞过程中受到的平均阻力恒为舰载机所受重力的倍。发动机牵引力恒为,离开地面起飞时的速度为,重力加速度为,求舰载机模型的起飞距离(离开地面前的运动距离);
(2) 某实验室模拟电磁弹射,舰载机及磁浮弹射车可等效为沿两根足够长且处于强磁场中相互行的足够长光滑导轨无摩擦滑动的金属棒,质量m=2.0kg、长度L=1.0m。电容器C=0.5F连接电压充电,不计空气阻力。 当磁感应强度B多大时,金属杆的最终速度最大,最大速度为多少?
14.如图所示,两块足够大的带电平行金属板、竖直放置,两金属板相距为。现有一带正电的颗粒从板下边缘以大小为的初速度竖直向上射入电场,当它飞到板时,速度大小不变,而方向变为水平方向,且刚好从距板底部的高度也为处的狭缝穿过而进入区域,区域的宽度也为,所加匀强电场的电场强度与金属板间的电场强度大小相等,方向竖直向上,匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里,大小(为金属板间的电场,未知),重力加速度大小未知。求:
(1)颗粒在区域的运动时间;
(2)颗粒在区域中做匀速圆周运动的半径;
(3)颗粒在区域中做匀速圆周运动所用的时间。
15.如图所示,平行倾斜光滑导轨与足够长的平行水平光滑导轨平滑连接,导轨电阻不计。质量分别为2m和m的金属棒b和c静止放在水平导轨上,b、c两棒均与导轨垂直。图中de虚线的右侧有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场。质量为2m的绝缘棒a垂直于倾斜导轨由静止释放,释放位置与水平导轨的高度差为h。已知绝缘棒a滑到水平导轨上与金属棒b发生弹性正碰,金属棒b进入磁场后始终未与金属棒c发生碰撞,重力加速度为g。求:
(1)a棒与b棒碰后b棒的速度大小;
(2)两金属棒b、c上最终产生的总焦耳热;
(3)金属棒b进入磁场后,其加速度为其最大加速度的一半时b棒速度的大小。

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2023-2024学年高二下学期期中考试物理试题C卷
检测范围:选择性必修二 第一章、第二章
(考试时间:75分钟 试卷满分:100分)
一、选择题:本题共10小题,共43分。在每小题给出的四个选项中,第1~7小题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8~10小题有多项符合题目要求,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的或不选的得0分。
1.若通以电流I的圆形线圈在线圈内产生的磁场近似为方向垂直线圈平面的匀强磁场,其大小(k的数量级为)。现有横截面半径为的导线构成半径为的圆形线圈处于超导状态,其电阻率上限为。开始时线圈通有的电流,则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为(  )
A., B.,
C., D.,
【答案】D
【详解】线圈中电流的减小将在线圈内导致自感电动势,故
其中L代表线圈的自感系数,有
在计算通过线圈的磁通量时,以导线附近即处的B为最大,而该处B又可把线圈当成无限长载流导线所产生的,根据题意

根据电阻定律有
联立解得
A,V
则线圈的感应电动势大小的数量级和一年后电流减小量的数量级分别为,。
故选D。
2.空间中有沿y轴正向的匀强磁场,一通电直导线与x轴平行放置时受到的安培力为F。若将该导线做成圆环如图放置在xOy坐标平面内,并保持通过的电流不变,则圆环受到的安培力大小为( )
A.F B. C. D.
【答案】B
【详解】设通电直导线的长度为L,电流为I,磁感应强度为B,则平行放置时受到的安培力为
将该导线做成圆环后,设圆环半径为r,则此时导线在磁场中的与磁场垂直的有效长度为Ob,即为r,则圆环受到的安培力大小为
根据数学知识有
联立解得,圆环受到的安培力大小为
故选B。
3.如图有一混合正离子束先后通过正交电场磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ,如果这束正离子束流在区域Ⅰ中不偏转,进入区域Ⅱ后偏转半径又相同,则说明这些正离子具有相同的( )
A.动能 B.质量 C.电荷 D.荷质比
【答案】D
【详解】这束正离子束流在区域Ⅰ中不偏转,则有
可得
进入区域Ⅱ后偏转半径又相同,由洛伦兹力提供向心力可得
可得
可知这些正离子具有相同的速度和荷质比。
故选D。
4.如图所示,边长为L的等边三角形ABC内有垂直于纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场,D是AB边的中点,一质量为m、电荷量为的带电的粒子从D点以速度v平行于BC边方向射入磁场,不考虑带电粒子受到的重力,则下列说法正确的是(  )
A.粒子可能从B点射出
B.若粒子垂直于BC边射出,则粒子做匀速圆周运动的半径为
C.若粒子从C点射出,则粒子在磁场中运动的时间为
D.若粒子从AB边射出,则粒子的速度越大,其在磁场中运动的时间越短
【答案】C
【详解】A.带负电的粒子从D点以速度v平行于BC边方向射入磁场,由左手定则可知,粒子向下偏转,由于BC边的限制,粒子不能到达B点,故A错误;
B.粒子垂直于BC边射出,如图甲所示
则粒子做匀速圆周运动的半径等于D点到BC边的距离,即
故B错误;
C.粒子从C点射出,如图乙所示
根据几何关系可得
解得
则粒子轨迹对应的圆心角的正弦值为

粒子在磁场中运动的时间为
故C正确;
D.由,可知
若粒子从AB边射出,则粒子的速度越大,轨迹半径越大,如图丙所示
粒子从AB边射出时的圆心角相同,其在磁场中运动的时间相同,故D错误。
故选C。
5.用两根粗细、材料均相同的导线绕制成如图所示的矩形闭合线圈A和B,匝数分别为和,在它们之间放有一根平行于两线圈平面且与两线圈距离相等的通电直导线。若通电直导线中的电流I均匀增大,则下列说法正确的是(  )
A.穿过线圈A、B的磁通量之比为
B.线圈A、B中的感应电流方向相同
C.线圈A、B中的感应电动势大小之比为
D.线圈A、B中的感应电流大小之比为4∶3
【答案】D
【详解】A.通电直导线与两线圈共平面且与两线圈距离相等,则磁感应强度大小相等,根据磁通量的定义,由于线圈面积是2:1,则磁通量之比为2:1,故A错误;
B.当电流I均匀增大,其在右边产生在磁场方向是垂直于平面向里且强度在变大,穿过B线圈的磁通量向里且增大,根据楞次定律,线圈B中的感应电流方向为逆时针;同理可知线圈A中的电流方向为顺时针,故B错误;
C.根据法拉第电磁感应定律,A、B两线圈产生感应电动势为分别为
则电动势之比为
故C错误;
D.因单匝线圈的周长之比为3:2,则根据电阻定律两线圈的电阻之比为
又因两线圈电动势之比为
则根据欧姆定律有,其电流之比为
故D正确。
故选D。
6.如图所示,固定在水平面上的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上,磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒,一端与圆环接触良好,另一端固定在竖直导电转轴上,随轴以角速度匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为的电阻和电容器,不计其它电阻和摩擦,下列说法正确的是( )
A.棒产生的电动势为
B.电容器两端的电压为
C.电阻消耗的电功率为
D.圆环边缘的电势高于中心的电势
【答案】B
【详解】A.棒产生的电动势为
故A错误;
B.电容器两端的电压为
故B正确;
C.电阻消耗的电功率为
故C错误;
D.根据右手定则可知,圆环边缘的电势低于中心的电势,故D错误。
故选B。
7.如图所示,一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属圆环中穿过。现将环从位置Ⅰ释放,环穿过磁铁到达位置ⅠⅠ,环穿过磁铁时未与磁铁相碰。对环经过磁铁下端附近的位置ⅠⅠ时,细线的拉力与磁铁重力的关系,以及从上向下看电流方向的判断正确的是(  )
A.拉力大于重力,电流方向为顺时针 B.拉力大于重力,电流方向为逆时针
C.拉力小于重力,电流方向为顺时针 D.拉力小于重力,电流方向为逆时针
【答案】B
【详解】圆环从静止开始向下运动到落到磁铁下方的过程中,穿过圆环的磁通量先增加再减小,根据楞次定律可知磁铁对线圈的作用是:感应电流的磁场先阻碍磁通量先增加再阻碍其减小,即先是排斥其向下运动,阻碍其磁通量增大,后是吸引线圈,阻碍其磁通量的减小。所以环经过磁铁下端附近的位置ⅠⅠ时,细线的拉力大于磁铁重力;在位置ⅠⅠ时原磁场方向向上,下落经过位置ⅠⅠ的过程中,磁通量减小,由楞次定律可知在位置ⅠⅠ时感应电流产生的磁场方向向上,由安培定则可知,从上向下看电流方向为逆时针。
故选B。
8.如图所示,水平桌面上水平固定一半径为L的金属细圆环,圆环的电阻为,竖直向下的匀强磁场磁感应强度大小为B。一长度为、电阻为r的导体棒,由棒中点与圆环重合位置A点沿与棒垂直的直径以恒定加速度a从静止开始向右运动,运动过程中棒与圆环始终接触良好。当棒经过环心时(  )
A.棒两端的电势差为 B.棒两端的电势差为
C.棒所受安培力的大小为 D.棒所受安培力的大小为
【答案】BC
【详解】AB.由运动学公式可知,当棒经过环心时,棒的速度为,产生的感应电动势为
此时相当于圆环左、右两边并联,再与棒串联,总电阻为
流过棒的电流为
棒两端的电压为
A错误,B正确;
CD.棒所受安培力的大小为
C正确,D错误。
故选BC。
9.在如图所示的两平行虚线之间存在着垂直纸面向里、宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场,正方形线框abcd的边长为L(),质量为m,电阻为R。将线框从距离磁场的上边界为h高处由静止释放后,线框的ab边刚进入磁场时的速度为,ab边刚离开磁场时的速度也为,在线框进入磁场的过程中,下列说法正确的是(  )
A.a点的电势高于b点
B.线框一定做减速运动
C.通过导线横截面的电荷量为
D.克服安培力所做的功为mgd
【答案】BCD
【详解】A.在线框进入磁场的过程中,ab边切割磁感线,ab边相当于电源,根据右手定则可知感应电流为逆时针方向,a点电势低于b点,故A项错误;
B.由于线框完全进入磁场之后,线框会做加速度为g的加速运动,而ab边刚离开磁场的速度与ab边刚进入磁场的速度相同,因此线框进入磁场的过程中,一定减速,故B项正确;
C.线框进入磁场的过程中,线框的平均电动势为
线框的平均电流为
由电流公式有
解得
故C项正确;
D.从ab边刚进入磁场到ab边刚离开磁场这一过程进行研究,由于线框全部进入磁场之后,线框不受安培力,设线框进入磁场过程中安培力做的功为,根据动能定理可得
所以此过程中安培力做功为
所以克服安培力做功mgd,故D项正确。
故选BCD。
10.应用霍尔效应可以测量车轮的转动角速度ω,如图为轮速传感器的原理示意图,假设齿轮为五齿结构,且均匀分布,当齿轮凸起部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场增强,凹陷部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场减弱。工作时,通过霍尔元件上下两面通入电流I,前后两面连接控制电路,下列说法正确的是(  )
A.若霍尔元件内部是通过负电荷导电的,则前表面比后表面的电势低
B.增大通过霍尔元件的电流,可以使控制电路监测到的电压变小
C.控制电路接收到的电压升高,说明齿轮的凹陷部分在靠近霍尔元件
D.若控制电路接收到的信号电压变化周期为T,则车轮的角速度为
【答案】AD
【详解】A.若霍尔元件内部是通过负电荷导电的,根据左手定则,负电荷向前表面偏转,则前表面比后表面的电势低,故A正确;
B.设前、后表面的距离为,左、右表面的距离为,根据电流微观表达式
霍尔元件稳定时,有
整理得
故增大通过霍尔元件的电流,可以使控制电路监测到的电压增大,故B错误;
C.当齿轮的凸起部分在靠近霍尔元件,磁感应强度变大,故控制电路接收到的电压升高,说明齿轮的凸起部分在靠近霍尔元件,故C错误;
D.霍尔电压变化一个周期,对应齿轮转过弧度,故若控制电路接收到的信号电压变化周期为T,则车轮的角速度为
故D正确。
故选AD。
二、实验题(本题共2小题,共16分。)
11.甲、乙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。

(1)如图,请补齐连线 ,补齐线后,甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转,下列操作中同样能使指针向右偏转的有 。
A.闭合开关
B.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动
C.开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出
D.开关闭合时将B线圈倒置再重新插入A线圈中
(2)为确切判断A线圈中的感应电流方向,应在实验前先查明灵敏电流计指针偏转方向与 的关系。
(3)乙同学设计了如图b所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认,某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转,说明此时黑表笔接触的是二极管的 (选填“正极”或“负极”)。实验操作时将磁铁插入线圈时,只有灯 (选填“C”或“D”)短暂亮起。
【答案】 CD/DC 电流方向 负极 C
【详解】(1)[1]将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路,再将电流计与大螺线管串联成另一个回路,实物连接如图所示

[2]断开开关时,线圈中电流迅速减小,则A线圈中磁通减小,出现感应电流,使灵敏电流计指针向右偏转;为了同样使指针向右偏转,应减小A线圈中的磁通量或增加A线圈中反向的磁通量;
A.闭合开关,B线圈中的电流突然增大,则A线圈中的磁通量增大,故A错误;
B.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动,B线圈中的电流增大,则A线圈中的磁通量增大,故B错误;
C.开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出,则A线圈中的磁通量减小,故C正确;
D.开关闭合时将B线圈倒置,再重新插入A线圈中,则A线圈中反向的磁通量增加,故D正确。
故选CD。
(2)[3]判断感应电流具体流向,应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入方向的关系;
(3)[4]欧姆挡指针没有偏转时,说明二极管的负极与电源正极相连,根据多用电表红进黑出的操作原则,此时黑表笔接触的是二极管的负极;
[5]当磁铁插入线圈时,可判断线圈中方向的电流,灯C短暂亮起。
12.利用霍尔效应工作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等领域。小聪同学设计了一个研究霍尔电压与电流、磁感应强度等物理量的关系的实验,小聪查得某种由铜制成的霍尔元件的霍尔电压在以内变化,工作电流在以内,并设计了如图甲所示的电路。图甲中线圈电流不超过,已知霍尔元件处的磁感应强度B与线圈中的电流大小成正比。
实验室可供选择的器材有:
A.电流表(量程,内阻约为)
B.电流表(量程,内阻约为)
C.电流表(量程,内阻约为)
D.电压表(量程,内阻约为)
E.电压表(量程,内阻约为)
F.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
G.滑动变阻器(电阻,允许通过的最大电流)
H.两个相同的电源(电动势均为,内阻可忽略)
I.单刀单掷开关两个和导线若干

(1)为了完成实验,电流表应选用 ,电压表V应选用 ,滑动变阻器应选用 。(以上均选填器材前的字母标号)
(2)用笔画线代替导线将图甲中的电压表的连线补充完整 。(要注意电压表正、负接线柱接线正确)
(3)为了研究霍尔电压与电流的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器使电流表的指针有较大偏转,并保持电流表的示数不变,调节滑动变阻器,记录电流表的示数I和对应的电压表的示数U,将记录的实验数据描绘在坐标系中,如图乙所示,请作出关系图线 ,结合所作图象可得,在误差允许范围内霍尔电压U与电流I的关系式为 (选填“”“”或“”)。

(4)为了研究霍尔电压与磁感应强度的关系,应闭合开关、后,先调节滑动变阻器 (选填“”或“”)使相应的电流表指针有较大偏转并稳定后,再调节滑动变阻器 (选填“”或“”)记录相应电流表的示数I和对应的电压表的示数U,从而就可以判断霍尔电压与磁感应强度的关系。
【答案】 A D F
【详解】(1)[1] [2] [3]根据电表要大角度偏转和安全的原则,电流表应选用A,电压表V选择D,因为电流表的最大示数可达到,滑动变阻器应选用F。
(2)[4]因为是铜制成的霍尔元件,所以该霍尔元件导电,根据左手定则可知电子偏向N,所以N为负极,M为正极。电路图如图所示

(3)[5]关系图线如图所示

[6]结合所描数据点,用平滑的曲线连接,可以看出所作图线近似为直线,则在误差允许的范围内霍尔电压U与电流大小I的关系为
(4)[7] [8]为了研究霍尔电压与磁感应强度的关系,应控制电流不变,而改变磁感应强度,因此先调节滑动变阻器使相应的电流表有较大偏转并保持稳定,再调节滑动变阻器,记录相应电流表的示数I和对应的电压表的示数U,从而就可以判断霍尔电压与磁感应强度的关系。
三、计算题(本题共3小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。)
13.图示为航母电磁弹射装置的原理简化示意图,使用前先给电容为的大容量电容器充电,弹射舰载机时,电容器释放储存的电能所产生的强大电流,导轨处的强大磁场使磁浮弹射车受到磁场力而加速,从而推动舰载机起飞。
(1)假定没弹射技术发射时,若舰载机模型质量为,在水平直线跑道上由静止匀加速起飞,起飞过程中受到的平均阻力恒为舰载机所受重力的倍。发动机牵引力恒为,离开地面起飞时的速度为,重力加速度为,求舰载机模型的起飞距离(离开地面前的运动距离);
(2) 某实验室模拟电磁弹射,舰载机及磁浮弹射车可等效为沿两根足够长且处于强磁场中相互行的足够长光滑导轨无摩擦滑动的金属棒,质量m=2.0kg、长度L=1.0m。电容器C=0.5F连接电压充电,不计空气阻力。 当磁感应强度B多大时,金属杆的最终速度最大,最大速度为多少?
【答案】(1);(2),
【详解】(1)根据牛顿第二定律有
根据匀变速直线运动规律有
解得
(2)金属棒稳定时,速度最大,设最终速度为,此时电容器的电压为,则有
金属杆收到的安培力的冲量,由动量定理得
即为
其中
联立得


联立解得
根据数学方法可知当时,最大,
解得

14.如图所示,两块足够大的带电平行金属板、竖直放置,两金属板相距为。现有一带正电的颗粒从板下边缘以大小为的初速度竖直向上射入电场,当它飞到板时,速度大小不变,而方向变为水平方向,且刚好从距板底部的高度也为处的狭缝穿过而进入区域,区域的宽度也为,所加匀强电场的电场强度与金属板间的电场强度大小相等,方向竖直向上,匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里,大小(为金属板间的电场,未知),重力加速度大小未知。求:
(1)颗粒在区域的运动时间;
(2)颗粒在区域中做匀速圆周运动的半径;
(3)颗粒在区域中做匀速圆周运动所用的时间。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)设颗粒在区域的运动时间为,则有
解得
(2)颗粒在区域水平方向上做初速度为0的匀加速直线运动,刚好从距板底部的高度也为处的狭缝穿过而进入区域,有
进入区域,电场力大小未变,方向竖直向上,电场力与重力平衡,颗粒做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力有
解得
又,解得
(3)在区域,颗粒运动轨迹所对应的圆心角为,则由
可得
颗粒在区域中做匀速圆周运动所用的时间
15.如图所示,平行倾斜光滑导轨与足够长的平行水平光滑导轨平滑连接,导轨电阻不计。质量分别为2m和m的金属棒b和c静止放在水平导轨上,b、c两棒均与导轨垂直。图中de虚线的右侧有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场。质量为2m的绝缘棒a垂直于倾斜导轨由静止释放,释放位置与水平导轨的高度差为h。已知绝缘棒a滑到水平导轨上与金属棒b发生弹性正碰,金属棒b进入磁场后始终未与金属棒c发生碰撞,重力加速度为g。求:
(1)a棒与b棒碰后b棒的速度大小;
(2)两金属棒b、c上最终产生的总焦耳热;
(3)金属棒b进入磁场后,其加速度为其最大加速度的一半时b棒速度的大小。

【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)设a棒滑到水平导轨时速度为v0,根据动能定理可得
解得
a棒与b棒发生弹性正碰,取向右为正方向,由动量守恒定律可得
由机械能守恒定律,可得
联立解得
(2)最终b、c以相同的速度匀速运动,取向右为正方向,由动量守恒定律可得
由能量守恒定律可得
联立解得
(3)b棒刚进磁场时的加速度最大,设b棒进入磁场后某时刻,b棒的速度为,c棒的速度为,则b、c组成的回路中的感应电动势为
设回路中的总电阻为R,由闭合电路欧姆定律得
由安培力公式得
F=BIL=2ma
联立得
故当b棒加速度为最大值的一半时有
b、c两棒组成的系统合外力为零,系统动量守恒,取向右为正方向,由动量守恒定律可得
联立解得
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