2023太原英才学校高中部高二上学期12月月考物理试题含解析

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山西英才学校2022学年11月高二月考试题（分值：100分、时间60分钟）一、单选题（每小题5分）1. 如图所示，竖直面内的导体框ABCD所在平面有水平方向的匀强磁场，AP⊥BC，∠B=∠C=60°，AB=CD=20 cm，BC=40 cm。若磁场的磁感应强度为0.3 T，导体框中通入图示方向的5 A电流，则该导体框受到的安培力（　　）A. 大小为0.6 N，方向沿PA方向B. 大小为0.6 N，方向沿AP方向C. 大小0.3 N，方向沿PA方向D. 大小为0.3 N，方向沿BC方向【答案】C【解析】【详解】导线的有效长度为DA，相当于从D到A的通电导线放在磁场中，根据几何关系得则安培力的大小 根据左手定则知安培力的方向沿PA方向，故C正确；故选C。2. 如图所示为电视机显像管的原理示意图(俯视图)，通过改变偏转线圈的电电子枪流，虚线区域内偏转磁场的方向和强弱电子束都在不断变化，电子束打在荧光屏上的荧光屏光点就会移动，从而实现扫描，下列关于荧光屏上的光点说法正确的是A. 光点打在A点，则磁场垂直纸面向里B. 从A向B扫描，则磁场垂直纸面向里且不断减弱C. 从A向B扫描.则磁场垂直纸面向外且不断减弱D. 从A向B扫描，则磁场先垂直纸面向外且不断减弱，后垂直纸面向里且不断增强【答案】D【解析】【详解】A.如果光点打在A点，电子在磁场中向上偏转，说明洛伦兹力的方向向上，电子带负电荷，根据左手定则可得，磁场垂直纸面向外．故A错误；BCD.要使电子束在荧光屏上的位置由A向B点移动，则磁场方向应该先垂直纸面向外后垂直纸面向里，电子在偏转磁场中运动的半径先增大后减小，则电子在磁场中圆周运动的半径公式分析得知，偏转磁场强度应该先由大到小，再由小到大．故BC错误，D正确．3. 如图所示，原来静止的圆形线圈通过逆时针方向的电流，在其直径上靠近b点有一长直导线垂直于圆形线圈平面被固定。今在长直导线中通以图示方向的电流时，在磁场力的作用下，圆形线圈将（　　）A. 向左平动 B. 向右平动C. 仍然静止 D. 绕轴转动【答案】D【解析】【详解】根据右手螺旋定则知，直线电流在a点的磁场方向竖直向上，与a点电流方向平行，所以a点不受安培力。同理b点也不受力；取线圈上、下位置一微元研究，上边微元电流方向水平向左，下边微元电流方向水平向右，直线电流在此两处位置产生的磁场方向为斜向上，根据左手定则，上边微元受到的安培力垂直纸面向里，下边微元所受安培力垂直纸面向外，所以圆形线圈将以直径ab为轴转动。故选D。4. 一根中空的绝缘圆管放在光滑的水平桌面上．圆管底端有一个带正电的光滑小球．小球的直径略小于圆管的内径．空间存在一个垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示．现用一拉力F拉圆管并维持圆管以某速度水平向右匀速运动，则在圆管水平向右运动的过程中(   ) A. 小球做类平抛运动，且洛伦兹力不做功B. 小球做类平抛运动，且洛伦兹力做正功C. 小球所受洛伦兹力一直沿圆管向管口方向D. 小球的运动很复杂，以上说法都不对【答案】A【解析】【详解】洛伦兹力总是与速度垂直，不做功；设管子运动速度为v，小球垂直于管子向右的分运动是匀速直线运动，小球沿管子方向受到洛伦兹力的分力F=qvB，q、v、B均不变，所以F不变，即小球沿管子做匀加速直线运动，与平抛运动类似，小球运动的轨迹是一条抛物线，故A正确，BCD错误．5. 两个带电粒子以同一速度从同一位置进入匀强磁场，在磁场中它们的运动轨迹如图所示。粒子a的运动轨迹半径为r1，粒子b的运动轨迹半径为r2，且r2＝2r1，q1、q2分别是粒子a、b所带的电荷量，则（  ）A. a带负电、b带正电，比荷之比为∶＝2∶1B. a带负电、b带正电，比荷之比为∶＝1∶2C. a带正电、b带负电，比荷之比为∶＝2∶1D. a带正电、b带负电，比荷之比为∶＝1∶2【答案】C【解析】【详解】由粒子的运动轨迹及左手定则可判断，a带正电、b带负电，因为带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，有得所以故选C。6. 如图所示，两相邻且范围足够大的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ的磁感应强度方向平行、大小分别为B和2B。一带正电粒子（不计重力）以速度v从磁场分界线MN上某处射入磁场区域Ⅰ，其速度方向与磁场方向垂直且与分界线MN成角，经过t1时间后粒子进入到磁场区域Ⅱ，又经过t2时间后回到区域Ⅰ，设粒子在区域Ⅰ、Ⅱ中的角速度分别为ω1、ω2，则(　　)A. ω1∶ω2＝1∶1 B. ω1∶ω2＝2∶1C. t1∶t2＝1∶1 D. t1∶t2＝2∶1【答案】D【解析】【详解】AB．由洛伦兹力充当向心力可知根据线速度和角速度关系可得联立解得则可知，角速度与磁场成正比，故故AB错误；CD．粒子在两磁场中运动轨迹如图所示，粒子在两磁场中转过的圆心角均为，由可知，粒子在I中的周期为II中周期的2倍；则由可知故C错误，D正确。故选D。7. 如图所示，在通电螺线管中央的正上方用轻质细线悬挂长为l的一小段通电直导线，导线中通入垂直于纸面向里的电流I，力传感器用来测量细线的拉力大小，导线下方的螺线管与一未知极性的直流电源连接．开关断开时，力传感器的示数恰好等于通电直导线的重力G，现闭合开关，则下列说法正确的是(　　)A. 通电螺线管在通电直导线处产生的磁场方向可能竖直向下B. 通电直导线可能受到垂直纸面向里的安培力作用C. 若力传感器的示数变大，则电源的右端一定为正极D. 若力传感器的示数变为通电直导线重力的一半，则通电直导线所在处的磁感应强度大小一定为【答案】D【解析】【详解】A．闭合开关后，通电螺线管在周围产生磁场，通电螺线管在通电直导线处产生的磁场方向水平，选项A错误；B．由于通电螺线管在通电直导线处产生的磁场方向水平，故安培力方向一定竖直向上或竖直向下，选项B错误；C．若力传感器的示数变大，说明通电直导线受到竖直向下的安培力作用，由左手定则可知，此处磁场方向水平向右，由安培定则可知，电源的左端为正极，选项C错误；D．若力传感器的示数变为导线重力的一半，说明导线受到的安培力方向竖直向上，且大小等于导线重力的一半，则有BIl＝G，可得B＝ ，选项D正确.8. 为了测量某化工厂污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个表面内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口以一定的速度从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法正确的是（　　）A. 若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B. 前表面电势一定高于后表面的电势，与哪种离子多无关C. 污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D. 污水流量Q与U成正比，与a、b无关【答案】D【解析】【详解】A B．根据左手定则，正离子向后表面偏转，负离子向前表面偏转，所以后表面电势高于前表面的电势，与正负离子的多少无关， A、B错误；C．最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有解得电压表的示数与离子浓度无关， C错误；D．由得则流量与U成正比，与a、b无关，D正确。故选D二、多选题（每小题5分、选对但不全得3分）9. 如图所示，水平长直导线MN中通以M到N方向的恒定电流，用两根轻质绝缘细线将矩形线圈abcd悬挂在其正下方。开始时线圈内不通电流，两细线内的张力均为T，当线圈中通过的电流为I时，两细线内的张力均减小为T′。下列说法正确的是（    ）A. 线圈中通过的电流方向为a→d→c→b→aB. 线圈中通过的电流方向为a→b→c→d→aC. 当线圈中电流变为时，两细线内的张力均为零D. 当线圈中电流变为时，两细线内的张力均为零【答案】BC【解析】【详解】AB．当MN通以强度为I的电流时，两细线内的张力均减小为T′，知此时线框所受安培力合力方向竖直向上，则ab边所受的安培力的向上，cd边所受安培力方向向下，根据左手定则可知线圈处磁场方向垂直纸面向里，则线圈中I的方向为a→b→c→d→a，故A错误，B正确；CD．当MN内不通电流时，根据线框处于平衡状态有2T=mg当MN中通过电流为I时，根据题意可知，设直导线在ab处产生的磁场的磁感应强度为B1，则ab所受安培力为设直导线在cd处产生的磁场的磁感应强度为B2，则cd所受安培力为此时两细线内的张力均减小为T′，则有当绳子中的张力为零时，设此时线圈中的电流为I1，则有且联立解得故C正确，D错误。故选BC。10. 如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束正离子以速度v从左侧水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力）则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，下列说法正确的是（　　）A. 该电场场强大小为，方向向下B. 离子沿直线匀速穿过该装置的时间与场强无关C. 负离子以速度v从右向左水平射入时，不会发生偏转D. 负离子以速度v从左向右水平射入时，也不会发生偏转【答案】BD【解析】【详解】A．为使粒子不发生偏转，粒子所受到的电场力和洛伦兹力是平衡力，即所以电场强度大小与磁感应强度大小的关系为根据左手定则，得洛伦兹力方向向下，所以电场力必须向上，即电场强度向上。故A错误；B．设装置长度为L，则离子沿直线匀速穿过该装置的时间为 故时间与场强无关。故B正确；C．负离子从右向左以速度v水平射入时，洛伦兹力和电场力的方向都向下，所以受力不再平衡，将发生偏转。故C错误；D．负离子从左向右以速度v水平射入时，洛伦兹力向上，电场力向下，还是受力平衡，所以负离子不会发生偏转。故D正确。故选BD。11. 1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，分别与高频交流电极相连，在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，交流电压为U0，频率为f，保持匀强磁场B不变，分别对质子和氦核加速。下列说法正确的是（　　）A 若f不变，可以先后对质子和氦核进行加速B. 增大加速电压U0，可以使粒子最终获得更大的动能C. 质子与氦核所能达到的最大速度之比为2∶1D. 若U0不变，且不考虑电场加速时间，质子与氦核从静止开始加速到出口处回旋整数圈所用的时间相同【答案】CD【解析】【详解】A．加速电场的频率，加速质子和加速氦核需要的交流电的频率是不同的，所以若不变，不能先后对质子和氦核进行加速，故A错误；B．当粒子从形盒中出来时速度最大，根据可得与电压无关，故B错误；C．根据质子和氦核的比荷关系，得质子与氦核所能达到的最大速度之比为，故C正确；D．不考虑电场加速的时间，粒子在磁场中的时间为与粒子的质量和电荷量均无关，故D正确。故选CD。12. 如图所示，两个半径相同的半圆形轨道分别竖直放在匀强电场和匀强磁场中，轨道两端在同一高度上，轨道是光滑的，两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放，M、N为轨道的最低点，以下说法正确的是A. 两小球到达轨道最低点的速度B. 两小球到达轨道最低点时对轨道的压力C. 小球第一次到达M点的时间大于到达N点的时间D. 在磁场中小球能到达轨道的另一端，在电场中不能【答案】ABD【解析】【分析】【详解】AC．由于小球在磁场中运动，磁场力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒；而小球在电场中运动受到的电场力对小球做负功，到达最低点时的速度的较小，两个小球走过的路程相同，所以在电场中运动的时间也长，所以A正确，C错误；B．小球在磁场中运动，在最低点进行受力分析可知FM-mg-Bqv1=m解得FM=m+mg+Bqv1小球在电场中运动，在最低点受力分析可知FN-mg=m解得FN=m+mg因为vM＞vN，可知FM>FN故B正确；D．由于小球在磁场中运动，磁场力对小球不做功，整个过程中小球的机械能守恒，所以小球可以到达轨道的另一端，而电场力做小球做负功，所以小球在达到轨道另一端之前速度就减为零了，故D正确。故选ABD。三、非选择题13. 在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要．我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子（参与导电的“带电粒子”）的电荷量的值是e（电子电量的绝对值），但不知道它的电性和载流子的数密度n（单位体积中载流子的数量）．为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块偏平的六面体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d（如图中所示）．现将这块样品接入电路中，且把靠外的偏平面标记为M，靠里的偏平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场．接通电键S，调节可变电阻R．使电路中产生合适的电流．然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压（也叫霍耳电压），从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度．（1）当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带___电（填“正”或“负”）；（2）为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有（写出物理量的含义并设定相应的符号）_______________________；（3）根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式__________．【答案】    ①. 负    ②. 电路中的电流强度，间的电压    ③. 【解析】【详解】（1）[1]根据左手定则，载流子如果是正电荷，M板将带正电，是高电势，因此材料中的载流子带负电；（2）（3）[2][3]载流子的洛伦兹力与电场力平衡，即即可得根据电流微观表达式，有联立解得根据电阻定律，结合闭合电路欧姆定律，确定洛伦兹力与电场力的关系，还需要测量间的电压与通过的电流。14. 如图所示，光滑导轨与水平面成θ角，导轨宽L。匀强磁场磁感应强度为B。金属杆长也为L，质量为m，水平放在导轨上。当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止。求：（1）B至少多大？这时B的方向如何？（2）若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？【答案】（1），方向垂直于导轨平面向上；（2）【解析】【详解】（1）只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B也最小，根据左手定则，这时B应垂直于导轨平面向上，根据平衡条件有BI1L=mgsinθ解得（2）当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，沿导轨方向合力为零，根据平衡条件有BI2Lcosθ=mgsinθ解得15. 如图所示，点距坐标原点的距离为L，坐标平面内有边界过点和坐标原点的圆形匀强磁场区域，磁场方向于垂直坐标平面向里．有一电子（质量为、电荷量为）从点以初速度平行轴正方向射入磁场区域，在磁场中运动行，从轴上的点射出磁场区域，此时速度方向与轴的正方向之间的夹角为，求：（1）磁场的磁感应强度大小．（2）磁场区域的圆心的坐标．（3）电子的磁场中运动的时间．【答案】（1）．（2）．（3）．【解析】【详解】试题分析：（1）根据题意画出粒子运动的轨迹，找出粒子轨迹半径R与L之间的关系，由洛伦兹力提供向心力列方程即可求得磁感应强度大小；（2）根据几何关系即可求出磁场的圆心点的坐标；（3）粒子在磁场中飞行时间为，是轨迹对应的圆心角，由几何知识确定圆心角，即可求解．（1）过B点作电子出射速度方向的垂线交y轴于C点，则C点为电子在磁场中运动轨迹的圆心，画出电子的运动轨迹，如图所示：由几何知识得，设电子在磁场中运动的轨迹半径为R由几何关系得：，解得：R=2L洛伦兹力提供向心力，则有：联立解得：（2）过A、O、B三点的圆的圆心在AB连线的中点,由几何关系可知，为等边三角形故AB的长度也为R=2L，则磁场的半径为L，故所以：x轴坐标  y轴坐标为则点坐标为（3）由图可知圆心角，则粒子在磁场中飞行时间为：