安徽省滁州市定远重点中学2024-2025第二学期3月检测高二物理卷（含解析）

2024-2025第二学期3月检测高二物理
一、单项选择题：本大题共8小题，共32分。
1.如图所示，用两绝缘细线将质量为、长为的直导线悬挂于两点。导线中通有如图所示的电流，在直导线所在空间加上匀强磁场，直导线稳定时绝缘细线与竖直方向的夹角为，重力加速度大小为。空间所加匀强磁场最弱时( )
A. 磁感应强度大小为，方向沿细线向下
B. 磁感应强度大小为，方向沿细线向上
C. 磁感应强度大小为，方向沿细线向下
D. 磁感应强度大小为，方向沿细线向上
2.如图所示，电阻均匀的竖直圆环固定于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，是直径，圆弧对应的圆心角为当、与内阻不计的直流电源相连时，圆环所受的安培力大小为当、与该电源相连时，圆环所受的安培力大小为( )
A. B. C. D.
3.如图所示，平行长直金属导轨、水平放置，间距为，电阻值不计。左侧接电动势为、内阻为的电源。导体棒静止放在导轨上，与轨道间的夹角为，两点间电阻为且与轨道接触良好。导轨所在区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为。则以下说法中正确的是( )
A. 导体棒所受安培力的方向水平向右
B. 导体棒所受安培力的方向垂直于向左上方
C. 导体棒所受安培力大小为
D. 导体棒所受安培力大小为
4.如图所示，带正电的物体与斜面间的动摩擦因数为，斜面绝缘足够长且所在空间有图示方向的匀强磁场。现将物体沿斜面静止释放。下列说法正确的是( )
A. 物体沿斜面向下做匀加速运动
B. 物体沿斜面先加速后减速，最后静止在斜面上
C. 物体沿斜面运动时，加速度将一直增大
D. 物体最终匀速运动
5.如图，在平面直角坐标系的第一象限内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为。一个质量为、电量为的粒子从轴上的点射入磁场，入射速度方向与轴正方的夹角为，粒子垂直轴离开磁场。不计粒子的重力。则正确的是( )
A. 粒子一定带负电
B. 粒子离开磁场的位置到点的距离为
C. 粒子入射速率为
D. 粒子在磁场中运动的时间为
6.回旋加速器的原理如图所示，加速器由两个间距很小的半圆形金属盒、构成，两个金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，感应强度大小为，粒子源置于盒的圆心，带电粒子在两盒之间被电场加速。现粒子源产生某种带电粒子在加速器中恰能被周期性加速。已知交流电源的频率为，带电粒子的电荷量为，则下列说法正确的是( )
A. 带电粒子的质量为
B. 电源的电压越大，带电粒子最终射出加速器的速度越大
C. 带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
D. 该回旋加速器接频率为的交流电源时，仍可以对该带电粒子加速
7.某化工厂的排污管末端安装如图所示的电磁流量计。流量计处于方向竖直向下的匀强磁场中，其测量管由绝缘材料制成，长为直径为，左右两端开口，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极。当污水含有大量的正、负离子充满管口从左向右流经该测量管时，稳定后两端的电压为，显示仪器显示污水流量为单位时间内排出的污水体积下列说法正确的是( )
A. 匀强磁场的磁感应强度
B. 侧电势比侧电势低
C. 污水中离子浓度越高，显示仪器的示数越大
D. 污水流量与成正比，与无关
8.如图是一种回旋式加速器的简化模型图，半径为的真空圆形区域内存在着垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为，圆心正下方点处有一极窄的平行金属板，两板间加有脉冲电压大小为用于加速某质量为，电荷量为的正电荷，粒子由金属板间右侧小孔飘入初速度视为零，经加速后，水平向左射入磁场，当粒子加速到需要的速度时，通过磁屏蔽导流管将粒子沿导流管轴线引出。导流管可沿直线平移，其端始终在线上，与水平线之间的夹角为。，不计粒子重力、粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑相对论效应。则下列说法正确的是( )
A. 为使粒子在经过平行金属板间时总能被加速，板间电场方向应随时间发生周期性变化
B. 粒子能获得的最大速度
C. 粒子加速完后导出时导流管与水平线之间的夹角为
D. 该加速器加速比荷相同的带电粒子时，从开始加速直至以最大速度引出，在磁场中运动的时间一定相同
二、多项选择题：本大题共2小题，共10分。
9.如图所示为某科技爱好者设计的电磁炮模型示意图，水平发射轨道宽，长，发射的炮弹含相关附件总质量为，磁场方向如图所示，电路中的电流恒为时，炮弹从轨道左端由静止开始加速，然后从轨道右端以最大的速度发射出去。忽略一切阻力，下列说法正确的是 ( )
A. 电流从端流入端流出
B. 磁场的磁感应强度大小为
C. 炮弹含相关附件所受安培力的功率保持不变
D. 炮弹的加速度大小为
10.如图所示，在直角区域内存在垂直于三角形平面向里的匀强磁场，，，。在顶点处有一粒子源，可以在垂直磁场的平面内，向区域内各个方向均匀射入比荷为、速率为的带负电的粒子，有的粒子能从边射出，忽略粒子的重力及相互间的作用力。下列说法中正确的是( )
A. 匀强磁场的磁感应强度大小为 B. 粒子在磁场中运动的最短时间为
C. 粒子在磁场中运动的最长时间为 D. 边有粒子射出的区域长度为
三、实验题：本大题共2小题，共18分。
11.如图所示，用洛伦兹力演示仪可以观察电子在磁场中的运动轨迹。图甲是洛伦兹力演示仪的实物图，图乙是其结构示意图。励磁线圈通电后可以产生垂直纸面的匀强磁场，励磁线圈中的电流越大，产生的磁场越强。图乙中，电子经电子枪中的加速电场加速后水平向右垂直于磁感线方向射入磁场。图丙是励磁线圈的结构示意图。
要使电子形成如图乙所示的运动轨迹，图乙中的励磁线圈应通以沿垂直于纸面向里方向观察 选填“逆时针”或“顺时针”方向的电流。
若仅增大励磁线圈中的电流，则电子束轨迹的半径 选填“变小”“变大”或“不变”。
若仅增大电子枪中加速电场的电压，则电子束轨迹的半径 ，电子做匀速圆周运动的周期 。均选填“变小”“变大”或“不变”
12.某实验小组用图示电路测量匀强磁场的磁感应强度。实验器材如下：边长为、匝数为的正方形线圈、为引出端一个，天平一台，各种质量砝码若干，直流电源一个，灵敏电流计一个，定值电阻一个，开关、导线等若干。实验步骤如下：
实验开始时，左、右砝码盘均未放置砝码，现将线圈悬挂在天平右臂，在左盘添加合适质量的砝码，使天平平衡。将与连接、与连接，闭合开关，在 选填“左盘”“右盘”中添加合适质量的砝码，使天平再次平衡，记录 填物理量名称及符号
断开开关，将与连接、与连接，再次闭合开关，这时需要在天平的 选填“左盘”“右盘”中放入质量为的砝码，仍旧使天平平衡
已知重力加速度大小为，则磁感应强度的大小为 用上述物理量表示。
四、计算题：本大题共3小题，共40分。
13.如图所示，两足够长平行金属导轨间的距离，金属导轨所在的平面与水平面夹角，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势、内阻的直流电源．现把一个质量的导体棒放在金属导轨上，导体棒恰能静止，导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻，金属导轨电阻不计，取，已知，，求：
导体棒里的电流大小和导体棒受到的安培力；
导体棒受到的摩擦力大小；
若只把匀强磁场的方向改为竖直向上、大小改为，动摩擦因数为，其他条件都不变，求导体棒运动的加速度大小。
14.如图所示，平面直角坐标系中第一、二、四象限内存在磁感应强度大小为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，第三象限存在沿轴正方向的匀强电场。一质量为、电荷量为的带正电粒子从点由静止释放，进入磁场区域运动，恰好过轴上点，不计粒子重力。
求匀强电场的电场强度大小
粒子释放开始计时，求粒子第次到达轴正半轴的时间
粒子第次过轴时的坐标。
15.如图为质谱仪的原理示意图，带电粒子从粒子源无初速度飘出，经电压加速后穿过狭缝垂直进入磁感应强度为的磁场，并打在显示屏上，显示屏最左边的点记为，最右边的点记为，已知带电粒子在磁场中形成的等效电流大小为，显示屏在狭缝的左侧，其上的亮斑与狭缝距离为。不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用
求粒子的比荷；
若粒子打在显示屏上不反弹，求带电粒子对显示屏的作用力大小；
在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。如图，狭缝左、右边缘分别在、，，，，设磁感应强度大小可调，为保证上述粒子均能打到显示屏上，求匀强磁场磁感应强度大小的范围。
答案和解析
1.
【解析】直导线受到竖直向下的重力 、沿细线方向的拉力，受力分析如图所示
当安培力与细线拉力垂直时安培力有最小值，所加磁场的磁感应强度最小，由
解得
由左手定则可知磁感应强度的方向沿细线向下。
故选A。
2.
【解析】由图可知，当、与电源相连时，圆环和圆环的其余部分并联，两部分的长度之比为，电阻之比为，则通过的电流之比为，设圆的半径为，通过圆环的电流为，则整个圆环所受的安培力大小当、与该电源相连时，设通过圆环的电流为，由欧姆定律可知，则圆环所受的安培力大小，A正确。
3.
【解析】导体棒中电流方向和磁场方向垂直，根据左手定则，导体棒所受安培力的方向垂直于向右下方， AB错误，；
导体棒连入电路的实际阻值即为，所以，导体棒的长度，，故导体棒所受安培力，故C错误，D正确。
4.
【解析】由于 ，故，所以物体将沿斜面向下加速，此时 ， ，
物体向下加速，速度增大，洛伦兹力增大，则增大，故加速度减小。
所以物体将沿斜面向下做加速度减小的加速运动，最后匀速运动。
故选D。
5.
【解析】A.根据题意可知粒子垂直轴离开磁场，根据左手定则可知粒子带正电，故A错误；
时，粒子垂直轴离开磁场，运动轨迹如图
粒子运动的半径为
洛伦兹力提供向心力
解得粒子入射速率
轨迹对应的圆心角为，粒子在磁场中运动的时间为
故CD错误；
B.粒子离开磁场的位置到点的距离为
故B正确。
故选B。
6.
【解析】设形盒的半径为，带电粒子射出形盒时的速度为，则由洛伦兹力充当向心力，有，
可得：，带电粒子在两形盒所加电场中加速，其做圆周运动的周期与两形盒所加电压的变化周期相同，粒子才能被同步加速，即，则由洛伦兹力充当向心力，有，联立以上各式解得：，A正确，C错误；
带电粒子射出加速器时，由洛伦兹力充当向心力，有，解得，可知，在磁感应强度一定的情况下，粒子最终射出回旋加速器的速度只与形盒的半径有关，与加速电压高低无关，B错误；
高频电源的周期与带电粒子在磁场中做圆周运动的周期相同，该回旋加速器接频率为的交流电源时，不可以对该带电粒子加速，D错误。
7.
【解析】流量，又因为电场力等于洛伦兹力，达到平衡时，电势差稳定，即，
解得 ，的大小与粒子浓度无关，所以流量，解得，故A正确，CD错误；
B.磁场方向竖直向下，由左手定则，污水中的正离子聚集到 端，负离子聚集到 端， 侧电势比 侧电势高，B错误。
故选A。
8.
【解析】A.因粒子每次过平行金属板间都是自右向左通过，为使粒子都能加速，粒子每次过平行金属板间电场方向均应水平向左，故A错误；
B.由题意可知，当粒子速度最大时，其做圆周运动的最大半径为，
根据洛伦兹力提供向心力，有，解得，故B错误；
C.根据几何关系可知，导流管与水平线之间的夹角为，故C错误；
D.设加速电压为，粒子加速次后达到，根据动能定理可知，
解得，
带电粒子在磁场中运动的周期为，
带电粒子在磁场中的运动时间为，
可知带电粒子比荷相同时，在磁场中运动的时间相同，故D正确。
9.
【解析】A.由左手定则可知，电流从端流入端流出，故A错误；
B.发射炮弹过程，只有安培力做功，由动能定理得，代入数据解得，故B正确；
C.发射炮弹过程，炮弹含相关附件所受安培力的功率增加，故 C错误；
D.根据牛顿第二定律得，代入数据解得，故D正确。
10.
【解析】A、粒子源射出的粒子有从边射出，则速度方向与边成角范围的粒子都从边射出，如图所示，当粒子速度方向与边成时，粒子轨迹与边相切，其圆心为，由几何关系可得粒子的轨道半径为，又，解得，A正确
B、所有粒子在磁场中运动的轨道半径相同，轨迹对应弦长越短，在磁场中运动时间越短，运动时间最短的粒子对应弦垂直于，由几何关系可得，轨迹对应圆心刚好在边上，最短时间，B错误
C、轨迹对应圆心角越大，在磁场中运动时间越长，故，C错误
D、边有粒子射出的区域如图所示，由几何关系可得，D正确。
11.逆时针；变小；变大；不变。
【解析】根据电子进入磁场的方向，利用左手定则判断出电子受到的洛伦兹力正好指向圆心，所以磁场方向垂直纸面向外，根据安培定则可知，励磁线圈中应通以逆时针方向的电流；
若仅增大励磁线圈中的电流，则磁感应强度增大，根据公式，可得运动半径变小；
根据公式和可得，当仅增大电子枪中加速电场的电压时，电子的速度增加，所以电子的运动半径变大；根据公式可知，电子做匀速圆周运动的周期和速度大小无关，故周期不变。
12.左盘
灵敏电流计的读数
右盘
【解析】将与连接、与连接，闭合开关，由左手定则可知闭合开关后线框所受的安培力向下，在天平的左盘中放入合适质量的砝码，使天平平衡；记录灵敏电流计的读数；
断开开关，将与连接、与连接，再次闭合开关，由左手定则可知闭合开关后线框所受的安培力向上，这时需要在天平的右盘中放入质量为的砝码，使天平再次平衡；
设左侧砝码与盘的总质量为，右侧砝码、盘、线框总质量为，
由题意可知，第一次天平平衡时有：，
第二次天平平衡时有：，
所以，
则。
13.【解析】根据闭合电路欧姆定律得
导体棒受到的安培力
对导体棒受力分析如图
将重力正交分解，沿导轨方向
因为
所以根据平衡条件
解得导体棒受到的摩擦力大小为
对导体棒受力分析如图
沿导轨方向由牛顿第二定律
垂直于导轨方向
其中
联立可得，导体棒运动的加速度大小为
14.【解析】粒子在电场中加速，由动能定理可得：，粒子进入磁场中，由洛伦兹力提供向心力：，由几何关系可知，粒子在磁场中圆周运动的半径为：，联立解得匀强电场的电场强度大小：；
从粒子进入磁场，到其第次到达轴正半轴，其运动轨迹如图示：
由图可知，粒子在磁场中到达轴正半轴时，转过半个圆周，故其用时为：在电场中加速时，由位移公式：，，粒子释放开始计时， 到第次到达轴正半轴的时间：，联立解得：
粒子在磁场中到达轴负半轴时，经过位置，进入电场，在电场中与初速度做类平抛运动，可得：，垂直与电场方向有匀速直线运动可得：，联立解得：，，由此可得粒子第次过轴时的坐标为：．
15.【解析】带电粒子在电场中加速，根据动能定理，有
由洛伦兹力提供向心力，有，可得
则粒子的比荷的大小为
设时间内有个粒子打在屏上，根据电流的定义式有
由牛顿第三定律，显示屏受力与粒子受力大小相等，取打在屏上时速度方向为正，
由动量定理，有
解得
粒子从：运动半径，根据洛伦兹力提供向心力，
解得
粒子从：运动半径，根据洛伦兹力提供向心力，
解得
综上所述得。
第8页，共14页