保定市高二物理12月月考试卷及答案

2012—2013 学年第一学期 12 月考试 高二物理试卷 （考试时间：90 分钟；分值：100 分；） 一、选择题：请将本题答案涂在答题卡上．．．．．．．．．．．．（本题共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分.在 每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确， 全部选对的得 4 分，选不全的得 2 分，有选错或不答的得 0 分）。 1．自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡献。 下列说法正确的是（ ） A.奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电现象和磁现象之间的联系 B.欧姆发现了欧姆定律，说明了热现象和电现象之间存在联系 C.法拉第发现了电磁感应现象，揭示了磁现象和电现象之间的联系 D.焦耳发现了电流的热效应，定量经出了电能和热能之间的转换关系 2．如图所示，金属细棒质量为 m，用两根相同轻弹簧吊放在水平方向的匀强磁场中，弹簧的劲度 系数为 k，棒 ab 中通有稳恒电流，棒处于平衡，并且弹簧的弹力恰好 为 零．若电流大小不变而将方向突然改变，则( ) A．每根弹簧弹力的大小为 mg B．每根弹簧弹力的大小为 2mg C．弹簧形变量为 mg/k D．弹簧形变量为 2mg/k 3．如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出， 线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流.各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈 的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中表示正确的是( ) 4．医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通 发过 动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极 a 和 b 以及磁 极 N 和 S 构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极 a、 b 均 与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方 向两 两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起 在磁 场中运动，电极 a、b 之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场， 血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，血管内径为 5.0mm，血管壁的 厚度可忽略，两触点间的电势差为 300µV，磁感应强度的大小为 0.050T。则血流速度的近似值和 电极 a、b 的正负为 （ ） A. 1.2m/s ，a 正、b 负 B. 2.4m/s ， a 正、b 负 C. 1.2m/s，a 负、b 正 D. 2.4m/s ， a 负、b 正 5．如右图所示，一半圆形铝框处在水平向外的非匀强磁场 中， 离地面越近磁场越强．铝框平面与磁场垂直，直径 ab 水平， (空 气阻力不计)铝框由静止释放下落的过程中( ) A．铝框回路磁通量不变，感应电动势为 0 B．回路中感应电流沿顺时针方向，直径 ab 两点间电势差为 0 C．铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度 g D．直径 ab 受安培力向上，半圆弧 ab 受安培力向下 6．一磁棒自远处匀速沿一圆形线圈的轴线运动，并穿过线圈向远处而去．则图中 A、B、C、D 所示 较正确反映线圈中电流 i 与时间 t 关系的是(线圈中电流以图示 箭头为 正方向) 7．带电粒子以初速度 v0 从 a 点进入匀强磁场，如图所示.运动中经过 b 点，Oa=Ob，若撤去磁场加 一个与 y 轴平行的匀强电场，仍以 v0 从 a 点进入电场，粒子仍能通过 b 点，那么电场强度 E 与磁感 应强度 B 之比为( ) A .V0 B .1 C. 2V0 D . V0 2 8．图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 相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 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。下列表述正确的是（ ） A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 C．能通过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的荷 质比 越小 9．在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴 O 在匀强磁场中做逆时针方向 的匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，且范围足够大，其俯视图如图所示，若小球运动到某点时， 绳子突然断开，则关于绳子断开后，对小球可能的运动情况 的判 断正确的是（ ) A．小球做离心运动，逐渐远离 O 点 B．小球仍做逆时针方向的匀速圆周运动，半径不变 C．小球做顺时针方向的匀速圆周运动，半径和原来相同 D．小球做顺时针方向的匀速圆周运动，半径比原来小 10．回旋加速器是加速带电粒子的装置．其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个 D 形 金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两 D 形金 属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电 粒子射出 时的动能，则下列说法中正确的是( ) A．减小磁场的磁感应强度 B．增大匀强电场间的加速电压 C．增大 D 形金属盒的半径 D．减小狭缝间的距离 二、填空(共 16 分) 11. (每空 2 分，共 4 分)如图所示，一束电子（电量为 e）以速度 v 垂直射入磁感强度为 B，宽度为 d 的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角是 30°，则电子的质量是 ，穿透磁场的时间是 。 12．(每空 2 分，共 6 分)一个 200 匝、面积为 20 cm2 的线圈，放在磁场中， 磁场的方向与线圈平面成 30°角，若磁感应强度在 0.05 s 内由 0.1 T 增加到 0.5 T.在此过程中穿过线圈的磁通量的变化是___________ Wb；磁通量的平均 变化率是___________ Wb/s；线圈中的感应电动势的大小是___________ V. 13．(每空 3 分，共 6 分)如右图所示，在光滑的绝缘水平面上，一个半径为 10 cm、电阻为 1.0 Ω、质量为 0.1 kg 的金属环以 10 m/s 的速度冲入一有界 磁场，磁感应强度为 B=0.5 T ; 经过一段时间后，圆环恰好有一半进入磁场，此时圆环的瞬时速度 为 6m/s；则瞬时加速度为_______ m/s2、该过程产生了 J 的电热。 三．计算题（共 44 分，解题过程需要有基本公式和必要的文字说明） 14．（10 分）水平面上有电阻不计的 U 形导轨 NMPQ，它们之间的宽度 为 L，M 和 P 之间接入电动势为 E 的电源(不计内阻)．现垂直于导轨搁 一根质量为 m，电阻为 R 的金属棒 ab，并加一个范围较大的匀强磁场， 磁感应强度大小为 B，方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方，如图所示， 问： (1)当 ab 棒静止时，受到的支持力和摩擦力各为多少？ (2)若 B 的大小和方向均能改变，则要使 ab 棒所受支持力为零，B 的大小至少为多少？此时 B 的方 向如何？ 15．（12 分）已经知道，反粒子与正粒子有相同的质量，却带有等量的异号电荷.物理学家推测， 既然有反粒子存在，就可能有由反粒子组成的反物质存在。1998 年 6 月，我国科学家研制的阿尔法 磁谱仪由“发现号”航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据.磁谱仪的核心部分如图所示， PQ、MN 是两个平行板，它们之间存在匀强磁场区，磁场方向与两板平行.宇宙射线中的各种粒子从 板 PQ 中央的小孔 O 垂直 PQ 进入匀强磁场区，在磁场中发生偏转，并打在附有感光底片的板 MN 上，留下痕迹.假设宇宙射线中存在氢核、反氢核、氦核、反氦核四种粒子，它们以相同速度 v 从小 孔 O 垂直 PQ 板进入磁谱仪的磁场区，并打在感光底片上的 a、b、c、d 四点，已知氢核质量为 m， 电荷量为 e，PQ 与 MN 间的距离为 L，磁场的磁感应强度为 B. （1）指出 a、b、c、d 四点分别是由哪种粒 子留下的痕迹?（不要求写出判断过程） （2）求出氢核在磁场中运动的轨道半径； （3）反氢核在 MN 上留下的痕迹与氢核在 MN 上留下的痕迹之间的距离是多少? 16．（12 分）如图 4-3-14 所示，半径为 R 的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁感应 强度为 B，方向垂直于纸面向内.一根长度略大于导轨直径的导体棒 MN 以速率 v 在圆导轨上从左端滑到右端，电路中的定值电阻为 r， 其余电阻不计.导体棒与圆形导轨接触良好.求： (1)、在滑动过程中通过电阻 r 的电流的平均值； (2)、当 MN 通过圆导轨中心时，通过 r 的电流是多大？ (3)、MN 从左端到右端的整个过程中，通过 r 的电荷量？ 17. （10 分）两根足够长的光滑平行直导轨 MN、PQ 与水平面成θ角放置，两导轨间距为 L，M、 P 两点间接有阻值为 R 的电阻。一根质量为 m 的均匀直金属杆 ab 放在两导轨上，并与导轨垂直。整 套装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向上，导轨和金属杆接触良好， 它们的电阻不计。现让 ab 杆由静止开始沿导轨下滑。 ⑴求 ab 杆下滑的最大速度 vm； ⑵ab 杆由静止释放至达到最大速度的过程中，电阻 R 产生的焦耳热为 Q，求该过程中 ab 杆下滑 的距离 x。 高二物理试题参考答案 一、选择题 θθ B R a b M N P Q 1.选 ACD。2.AC 3. C、D 4.A 5. CD 6.B 7.C.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，则由 8. AC 解析：由加速电场可见粒子所受电场力向下，即粒子带正电，在速度选择器中，电场力水平 向右，洛伦兹力水平向左，如图所示，因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外，B 不正确；经过 速度选择器时满足 qvBqE  ，可知能通过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/B，带电粒子进入磁场 做匀速圆周运动则有 qBmvR  ，可见当 v 相同时， q mR  ，所以可以用来区分同位素，且 R 越 大，比荷就越大，D 错误。 9.BCD 10.C. 回旋加速器工作时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由 qvB＝mv2 r ，得 v＝qBr m ；带电 粒子射出时的动能 Ek＝1 2mv2＝q2B2r2 2m .因此增大磁场的磁感应强度或者增大D 形金属盒的半径，都能 增大带电粒子射出时的动能． 二、填空题(共 16 分) 11. (每空 2 分，共 4 分) m=2dBe/v t=πd/3v。 12. (每空 2 分，共 6 分) 4×10-4 Wb 8×10-3 Wb/s 1.6 V. 磁通量的变化量是由磁场的变化引起的，所以 ΔΦ=ΔBSsinθ=（0.5-0.1）×20×10-4×0.5 Wb=4×10-4 Wb 磁通量的变化率 t  = 05.0 104 4 Wb/s=8×10-3 Wb/s 感应电动势 E=n t  =200×8×10-3 V=1.6 V. 13．(每空 3 分，共 6 分) 0.6 m/s2；3.2J 此时切割磁感线的有效长度为圆环直径，故瞬时电动势为 E=Blv1，瞬时电流 I= R E ，安培力 F=BIl， 瞬时加速度为 a= m F ，整理得：a= Rm vlB 1 22 =0.6 m/s2.根据能量守恒定律，动能的减少等于产生的电热， 即 2 1 mv2- 2 1 mv12=E 热，代入数据解得：E 热=3.2 J； 三、计算题 14、（10 分）【详解】(1)水平方向：f＝F 安 sin θ① 竖直方向：N＋F 安 cos θ＝mg② 又 F 安＝BIL＝BE RL③ 联立①②③得：N＝mg－BLEcos θ R f＝BLEsin θ R (2)使 ab 棒受支持力为零，且让磁场最小，则受安培力竖直向上．则有 F 安＝mg，Bmin＝mgR EL ，根据 左手定则判定磁场方向水平向右． 15 解: （12 分）（1）a、b、c、d 四点分别是反氢核、反氦核、氦核和氢核留下的痕迹. （2）对氢核，在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得： R vmevB 2  eB mvR  （3）由图中几何关系知： 2 22 22 22 L Be vm eB mvLRRs do  所以反氢核与氢核留下的痕迹之间的距离 2 22 22 222 L Be vm eB mvss doad   16、（12 分）解：导体棒从左向右滑动的过程中，切割磁感线产生感应电动势，对电阻 r 供电. (1)、计算平均电流，应该用法拉第电磁感应定律，先求出平均感应电动势.整个过程磁通量的变 化为ΔΦ=BS=B πR2 ，所用的时间Δt= v R2 ，代入公式 E= t  = 2 BRv ，平均电流为 I= r BRv r E 2  . (2)、当 MN 通过圆形导轨中心时，切割磁感线的有效长度最大，l=2R，根据导体切割磁感线产 生的电动势公式 E=Blv 得：E=B·2Rv，此时通过 r 的电流为 I= r BRv r E 2 . (3)、电荷量的运算应该用平均电流，q=IΔt= r RB 2 17. （10 分）【解析】⑴ 根据法拉第电磁感应定律有 BLvE  根据欧姆定律有 R EI  w!w!w.!x!k!b!1.com 根据安培力公式有 BILFA  根据牛顿第二定律 有 maFmg A sin 整理得 maR vLBmg  22 sin 当加速度 a 为零时，速度 v 达最大，速度最大值 22 sin LB mgRvm  ⑵根据能量守恒定律 有 Qmvmgx m  2 2 1sin 得 44 22 2 LB singRm sinmg Qx   