安徽省滁州市皖东名校2024-2025学年第二学期高二3月考物理试题（含解析）

2024-2025学年第二学期高二3月考物理试题
一、单选题：本大题共8小题，共32分。
1.质量和电荷量都相等的带电粒子和，以不同的速率经小孔垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是( )
A. 带正电，带负电 B. 的速率小于的速率
C. 洛伦兹力对、做正功 D. 的运动时间等于的运动时间
2.年月，郑钦文在巴黎奥运会上拿到女单冠军，为我国夺得该项目的第一块奥运金牌质量为的网球以速度飞来，以相同速率反向击回，在她击球过程中网球( )
A. 动量变化量为 B. 动能变化量为
C. 所受重力的冲量大小为 D. 所受外力的合力冲量大小为
3.如图所示，某区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小，一正方形刚性线圈，其边长，匝数匝，线圈平面与磁场方向垂直，线圈一半在磁场内。某时刻线圈中通过大小的电流，则此线圈所受安培力的大小为( )
A. B. C. D.
4.如图所示，质量的人，站在质量的车的一端，人和车均相对于地面静止。人由车的一端走到另一端的过程中，车后退，车与地面间的摩擦可以忽略不计，则车的总长为( )
A. B. C. D.
5.如图所示，当带电粒子从左侧以速率水平向右射入速度选择器时，该粒子能水平匀速通过速度选择器，不计粒子重力，则下列说法正确的是( )
A. 速度选择器能用来识别带电粒子的电性
B. 当入射速度时，带电粒子可能向上偏转
C. 当入射速度时，带电粒子一定向上偏转
D. 带电粒子以从右侧水平射入，能匀速通过速度选择器
6.如图所示，质量为的带电小物块从半径为的固定绝缘光滑半圆槽顶点由静止滑下，整个装置处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中。已知物块所带的电荷量保持不变，物块运动过程中始终没有与圆槽分离，物块第一次经过圆槽最低点时对圆槽的压力与自身受到的重力大小相等，重力加速度大小为，则物块对圆槽的最大压力为( )
A. B. C. D.
7.两个初速度大小相同的同种离子和，从点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，最后打到屏上。不计重力，下列说法正确的有( )
A. 、均带负电 B. 在上的落点与点的距离比的近
C. 在磁场中飞行的路程比的短 D. 在磁场中飞行的时间比的短
8.如图为某质谱仪的示意图，由竖直放置的速度选择器、偏转磁场构成。由三种不同粒子组成的粒子束以某速度沿竖直向下的方向射入速度选择器，该粒子束沿直线穿过底板上的小孔进入偏转磁场，最终三种粒子分别打在底板上的、、点，已知底板上下两侧的匀强磁场方向均垂直纸面向外，且磁感应强度的大小分别为、，速度选择器中匀强电场的电场强度的大小为，不计粒子的重力以及它们之间的相互作用，则( )
A. 速度选择器中的电场方向向右，且三种粒子电性可正可负
B. 三种粒子打在上时速度不相等
C. 如果三种粒子的电荷量相等，则打在点的粒子质量最大
D. 如果三种粒子电荷量均为，且、点的间距为，则打在、两点的粒子质量差为
二、多选题：本大题共2小题，共10分。
9.如图为回旋加速器的示意图。两个靠得很近的形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的处开始加速。已知型盒的半径为，磁场的磁感应强度为，高频交变电源的电压为，频率为，质子质量为，电荷量为，不计粒子在电场中运动时间。下列说法正确的是( )
A. 质子的最大速度不超过
B. 质子的最大动能为
C. 高频交变电源的频率
D. 质子的最大动能与高频交变电源的电压有关，且随电压增大而增加
10.如图所示，一质量为的小车静止在光滑水平面上，小车上一质量为可视为质点的物块向左压缩轻质弹簧后用细绳锁定，物块和弹簧不拴接。烧断细绳，经过时间，物块恰好运动到小车右端而不滑下。已知初始时物块到小车右端的距离为，弹簧弹性势能为，重力加速度大小为，则( )
A. 物块到达小车右端时，物块向右移动的距离为
B. 物块到达小车右端时，小车向左移动的距离为
C. 物块与小车上表面间的动摩擦因数为
D. 物块运动到小车右端过程中，合外力对物块的冲量大小为
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某学校兴趣小组的同学在学习了磁场的知识后设计了一个利用天平测定磁感应强度的实验方案。天平的左臂下面挂一个矩形线圈，宽为，共匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。实验步骤如下：
未通电流时，在天平右盘内放入质量为的砝码，使天平平衡；
当给线圈通以顺时针方向流动大小为的电流如图所示时，需在天平右盘更换质量为的砝码后，天平才能重新平衡。
若，此时矩形线圈的底边所受的安培力方向为___________选填“竖直向上”或“竖直向下”，磁场方向垂直于纸面___________选填“向里”或“向外”。
若，用所测量的物理量和重力加速度表示磁感应强度的大小为___________。
12.利用图所示的仪器研究动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。
试验中，直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的。但是，可以通过仅测量 ，间接地解决这个问题。
A.小球开始释放的高度
B.小球抛出点距地面的高度
C. 小球做平抛运动的射程
图中的点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球多次从斜轨上位置静止释放，找到其平均落地点的位置，测量平抛射程，然后把被碰小球静止于轨道的水平部分，再将入射小球从斜轨上位置静止释放，与小球相撞，并多次重复。接下来要完成的必要步骤是 ；
A.用天平测量两个小球的质量、；
B.测量小球开始释放高度；
C.测量抛出点距地面的高度；
D.分别找到、相碰后平均落地点的位置、；
E.测量平抛射程、；
若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为 用中测量的量表示；
碰撞的恢复系数的定义为，其中和分别是碰撞前两物体的速度，和分别是碰撞后两物体的速度。经测定，小球落地点的平均位置到点的距离如图所示。利用相关数据可以计算出，本次碰撞的恢复系数 。结果保留两位有效数字
四、计算题：本大题共3小题，共42分。
13.如图所示，两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，另一端接有电阻，现把一个质量为的导体棒放在金属导轨上，导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，与金属导轨接触的两点间的导体棒的电阻，金属导轨电阻不计，取，求：
导体棒所受的安培力大小；
导体棒所受的摩擦力的大小和方向。
14.如图所示，在坐标系的第四象限存在宽度为的匀强磁场，磁场方向垂直于平面向外；第一象限内有沿轴负方向的匀强电场。一带电荷量为、质量为的粒子以速率自轴的点沿轴正方向射入电场，经轴上的点射入磁场。已知，粒子经过点时与轴正方向的夹角，忽略粒子的重力。问：
的长度；
若粒子恰不能从下边界飞出磁场，求匀强磁场磁感应强度的大小。
15.质量为的木板静止于光滑水平面上，物块质量为，停在的左端。质量为的小球用长为的轻绳悬挂在固定点上，将轻绳拉直至水平位置后，由静止释放小球，小球在最低点与发生碰撞，碰撞时间极短且无机械能损失，物块与小球可视为质点，不计空气阻力。已知、间的动摩擦因数，重力加速度。求：
小球与碰撞前的瞬间，绳子对小球的拉力的大小；
小球与碰撞后的瞬间，物块获得的速度的大小；
为使、达到共同速度前不滑离木板，木板至少多长。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.由左手定则判断出带正电荷，带负电荷，故A错误；
B.粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，半径为：，在质量与电量相同的情况下，半径大说明速率大，即的速度率大于的速率，故B错误；
C.洛伦兹力不做功，故C错误；
D.粒子在磁场中运动半周，即时间为周期的一半，而周期为，与粒子运动的速度无关，所以的运行时间等于的运行时间，故D正确。故选D。
2.【答案】
【解析】A.击球前后速度反向，动量变化量，不为，A错误；
B.动能是标量，动能变化量为，B错误；
C、根据动量定理，合力冲量，时间未知，重力冲量不可求，C错误D正确
3.【答案】
【解析】线圈在磁场内有效长度为，故该正方形通电线圈受到安培力大小为 ，故A正确，BCD错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】人和车组成的系统水平方向平均动量守恒：
两边同时乘以时间可得：
根据位移关系得：
联立解得：
故B正确，ACD错误。
5.【答案】
【解析】A.粒子能水平匀速通过速度选择器，不计粒子重力，粒子在板间运动时电场力等于洛伦兹力，改为粒子的电性，电场力和洛伦兹力仍可平衡；故A错误；
B.根据题意有可知，当入射速度时，则，若粒子带正电，粒子将向下偏转，若粒子带负电，将向上偏转；故B正确；
C.当入射速度时，则，若粒子带正电，粒子将向上偏转，若粒子带负电，将向下偏转；故C错误
D.若仅将该粒子改为从右侧水平射入，受力分析可得此时电场力和洛伦兹力不能平衡，所以粒子不能沿直线飞出，不能匀速通过速度选择器，故D错误。
6.【答案】
【解析】解：设物块经过圆槽最低点时速度为，物块运动过程中只有重力做功，根据机械能守恒定律有
物块第一次经过圆槽最低点时，对物块受力分析可知：
物块在半圆槽内做往复运动，当物块在最低点受到向下的洛伦兹力时，物块对半圆槽的压力最大，根据牛顿第二定律结合牛顿第三定律可得：
联立解得，故C正确、ABD错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】A.因粒子向下偏转，则由左手定则可知，粒子均带正电，故A错误；
B.由于两个同种粒子的初速度大小相同，根据半径公式，可知和两粒子半径相等， 根据粒子入射方向可判断其向心力方向，从而确定其圆心的位置，画出知、粒子的运动轨迹如图所示：

由图根据运动轨迹可知，粒子的落点与的距离等于圆的直径，而的落点与的距离为一个小于直径的弦，因此在上的落点与点的距离比的近，故B正确；
C.由图可知粒子在磁场转过的圆心角较大，又因为它们的半径相同，故在磁场中飞行的路程要长，故C错误；
D.由于粒子在磁场转过的圆心角较大，根据时间公式可知，在磁场中飞行的时间比的长，故D错误。
故选B。
8.【答案】
【解析】A.带电粒子通过速度选择器时，需要二力平衡，故
且两力方向相反。根据带电粒子在偏转磁场中的偏转方向，由左手定则，可知三种粒子均带正电，故速度选择器中洛伦兹力方向为水平向左，可知电场方向向右。故A错误；
B.粒子在速度选择器中运动时速度保持不变，进入偏转磁场，洛伦兹力不做功，到打在上速度大小都不变，故B错误；
C.粒子在偏转磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有
解得
三种粒子的电荷量相等，半径与质量成正比，故打在点的粒子质量最大。故C错误；
D.打在、两点的粒子间距为
解得
故D正确。
故选D。
9.【答案】
【解析】A、质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为，则所以最大速度不超过，故A正确。
、据洛伦兹力作为向心力可得 当 时，有最大速度为 ，质子的最大动能为 ，质子的最大动能与电压无关，故B正确，D错误。
C、高频交流电的频率与质子在磁场中做圆周运动的频率相等，高频交流电的频率：，故C正确。
故选：。
10.【答案】
【解析】由于物块和小车组成的系统在任意时刻总动量都为零，即任意时刻小车向左的动量大小上都等于物块向右的动量大小，根据动量守恒定律，小物块脱离弹簧时取向右为正方向，则有
两边同乘有
其中
综上有，
则小车向左移动的距离为，物块向右移动的距离为，故A正确，B错误；
C.由于物块和小车组成的系统动量守恒，取向右为正方向，则
当物块到达小车右端时
由能量转化和守恒定律得
则物块与小车间的动摩擦因数为，故C正确；
D.物块的初速度与末速度都为，根据动量定理，取向右为正方向，故D错误。
故选：。
11.【答案】竖直向上；向外；。
【解析】，说明天平左侧受到的拉力小于矩形线圈的重力，因此矩形线圈的底边所受的安培力方向为竖直向上，根据左手定则可知磁场方向为垂直纸面向外
对矩形线圈，根据力的平衡可得，解得。
12.【答案】

【解析】解：小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，小球的水平位移与小球的初速度成正比，可以用小球的水平位移代替其初速度，即测量射程，故AB错误，C正确。
故选C；
要验证动量守恒定律定律，即验证，小球离开轨道后做平抛运动，它们抛出点的高度相等，在空中的运动时间相等，上式两边同时乘以得，，可得，因此实验需要测量两球的质量和小球做平抛运动的水平射程，为了测量位移，应找出落点，故选ADE；
若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为；
碰撞的恢复系数为。
13.【答案】根据题意可知，导体棒与电阻并联，并联后电阻为
由闭合回路欧姆定律可得，电路中总电流为
则流过导体棒的电流为
导体棒所受的安培力大小
由左手定则可知，导体棒所受安培力方向沿斜面向上，设导体棒所受的摩擦力的大小为 ，由平衡条件有
解得
假设成立，即导体棒所受的摩擦力的大小为 ，方向沿斜面向下。

14.【答案】粒子在电场中做类平抛运动，根据平抛运动的推论可知，在点的速度方向的反向延长线经过水平位移的中点，可知
解得
粒子恰不能从下边界飞出磁场，则由几何关系可知
解得
设粒子进入磁场的速度为，由运动的关系可得
根据
解得

15.【答案】；；
【解析】小球下摆过程机械能守恒，由机械能守恒定律得
代入数据解得
对小球，由牛顿第二定律得
代入数据解得
小球与碰撞过程系统动量守恒，以小球的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
由机械能守恒定律得
代入数据解得
物块与木板相互作用过程，系统动量守恒，以的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
代入数据解得
由能量守恒定律得
代入数据解得
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