2022-2023学年湖南省衡阳县第四中学高二下学期第一次测试 物理试题（含解析）

2022-2023学年湖南省衡阳县第四中学

高二下学期第一次测试 物理试题（含解析）

一、选择题（每小题6分，共72分）

1.如图所示，轻质弹簧下面挂有边长为L、质量为m的正方形金属框，各边电阻相同，金属框放置在磁感应强度大小为B、方向垂直金属框平面向里的匀强磁场中.若两端与电源相连，通以如图所示方向的电流时，弹簧恰好处于原长状态，则通入正方形金属框边的电流大小为(   )

A. B. C. D.

2.如图所示空间中存在沿水平方向的匀强磁场，磁感应强度大小为，将长度为的通电直导线由中点O处弯成折线，夹角为，现在导线中通有恒定电流I。如果在空间另外施加一磁感应强度大小为的匀强磁场，且使导线所受的安培力相等，则下列说法正确的是(   )

A.磁场的方向斜向左下方与水平方向成角，受到的安培力的大小为

B.磁场方向竖直向上，受到的安培力的大小为

C.磁场方向竖直向下，受到的安培力的大小为

D.磁场方向斜向右上方与水平方向成角，受到的安培力的大小为

3.如图，水平导体棒PQ用一根劲度系数均为的竖直绝缘轻弹簧悬挂起来，置于水平向里的匀强磁场中，PQ长度为，质量为。当导体棒中通以大小为的电流，并处于静止时，弹簧恰好恢复到原长状态。欲使导体棒下移2 cm后能重新处于静止状态，（重力加速度g取）则(   )

A.通入的电流方向为，大小为1.2 A

B.通入的电流方向为，大小为2.4 A

C.通入的电流方向为，大小为1.2 A

D.通入的电流方向为，大小为2.4 A

4.将长度的导线从中点b折成如图所示的形状，放于的匀强磁场中，平面与磁场垂直。若在导线中通入的直流电，则整个导线所受安培力的大小为(   )

A. B. C.2N D.4N

5.如图所示，边长为l的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板，导线框中通一逆时针方向的电流，图中虚线过和边的中点，虚线的下方有一垂直于导线框向内的匀强磁场，此时通电导线框处于静止状态，细线的拉力为。保持其他条件不变，现将虚线下方的磁场，平移至虚线上方，稳定后细线的拉力为。已知导线框的质量为m，则重力加速度g为(   )

A. B. C. D.

6.下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是(   )

A. B.

C. D.

7.关于安培力与洛伦兹力的关系理解正确的一项是(   )

A.安培力和洛伦兹力是完全独立的两种力，它们没有任何联系

B.安培力和洛伦兹力是完全相同的同种力，它们没有任何区别

C.安培力是磁场给电荷的作用力，洛伦兹力是磁场给电流的作用力，都是磁场作用的力

D.安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质

8.如图所示，垂直纸面放置的三条通电长直导线P、Q、R相互平行，且彼此之间距离相等，三条导线通入大小相等，方向相同的电流，则导线R受到的磁场力的方向是(   )

A.垂直R，指向y轴负方向 B.垂直R，指向y轴正方向

C.垂直R，指向x轴正方向 D.垂直R，指向x轴负方向

9.如图，弹簧测力计下挂有一单匝正方形线框，线框边长为L，质量M，线框上边水平且处于垂直纸面向内的匀强磁场中，线框通有如图方向电流，且线框处于静止状态，若此时弹簧测力计示数大小为F，已知该线框单位长度自由电子个数为n，重力加速度为g，则电子定向移动对应的洛仑兹力大小为(   )

A. B. C. D.

10.在匀强磁场B中，一带电粒子做匀速圆周运动，运动半周后顺利进入另一磁感应强度为的匀强磁场中，两磁场的方向如图所示。下列说法正确的是(   )
 

A.粒子速率加倍，周期减半

B.粒子的半径加倍，周期加倍

C.粒子的半径减半，周期减半

D.粒子在磁感应强度为的匀强磁场中仍沿逆时针方向运动

11.1930年，师从密立根的中国科学家赵忠尧，在实验中最早观察到正负电子对产生与湮没，成为第一个发现正电子的科学家.此后，人们在气泡室中，观察到一对正负电子的运动轨迹，如图所示.已知匀强磁场的方向垂直照片平面向里，电子重力忽略不计，则下列说法正确的是(   )
 

A.右侧为正电子运动轨迹

B.正电子与负电子分离瞬间，正电子速度大于负电子速度

C.正、负电子在气泡室运动时，有能量损失，则动能减小、半径减小、周期减小

D.正、负电子所受洛伦兹力始终相同

12.一个静止的放射性同位素的原子核衰变为，另一个也静止的天然放射性元素的原子核衰变为，在同一磁场中得到衰变后粒子的运动轨迹1、2、3、4如图所示，则这四条径迹依次是(   )
 

A.电子、、正电子 B.、电子、正电子、

C.、正电子、电子、 D.正电子、、、电子

二、计算题（本题共2小题，共28分）

13.（12分）电磁轨道炮原理如图所示,炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行轨道之间,并与轨道壁密接.开始时炮弹在轨道的一端,通有电流后炮弹会被磁场力加速,最后从位于轨道另一端的出口高速射出.设两轨道之间的距离,轨道长,炮弹质量.轨道上的电流I的方向如图中箭头所示.可认为,炮弹在轨道内运动时做匀加速运动,它所在处磁场的磁感应强度始终为,方向垂直纸面向里.若炮弹在出口处速度为,忽略摩擦力与重力的影响.求:

(1)炮弹在轨道中运动的加速度大小;

(2)通过轨道的电流I.

14.（16分）19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点。一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子。1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献。假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：
 

（1）如图所示的真空玻璃管内，阴极K发出的粒子经加速后形成一细束射线，以平行于金属板的速度进入该区域，射在屏上O点。如何判断射线粒子的电性？

（2）已知间的距离为d，在间施如电压U，使极板D的电势高于极板C，同时施加一个磁感应强度为B的匀强磁场，可以保持射线依然射到O点。求该匀强磁场的方向和此时阴极射线的速度v。

（3）撤去磁场，射线射在屏上P点。己知极板的长度为，极板区的中点M到荧光屏中点O的距离为，磁感应强度为到O的距离为y。试求该粒子的比荷。

答案以及解析

1.答案：B

解析：根据电流方向可知，边、边、边串联，再与边并联，设每边电阻为R，根据平衡条件可知，根据并联电路的特点可知，联立两式解得，故B正确.

2.答案：D

解析：当所加磁场的方向斜向左下方与水平方向成角时，受到的安培力仍垂直纸面向里，大小为，受到的安培力垂直纸面向外，大小为，A错误；当所加磁场方向竖直向上时，受到的安培力仍垂直纸面向里，大小为，受到的安培力垂直纸面向里，大小为，B错误；当所加磁场方向竖直向下时，受到安培力垂直纸面向里，大小为，受到的安培力垂直纸面向外，大小为，C错误；当所加磁场方向斜向右上方与水平方向成角时，受到的安培力仍垂直纸面向里，大小为，受到的安培力垂直纸面向里，大小为，D正确。

3.答案：C

解析：水平导体棒PQ用一根劲度系数为的竖直绝缘轻弹簧悬挂起来，没有通电时弹簧伸长；当导体棒中通以大小为的电流，并处于静止时，弹簧恰好恢复到原长状态，此时有：解得；欲使导体棒下移，棒能重新处于静止状态，则安培力方向向下，根据左手定则可知电流方向由根据平衡条件可得：，解得，故C正确，ABD错误。故选C。

4.答案：A

解析：由题意知导线在磁场内的有效长度，故整个通电导线受到的安培力的大小，选项A正确。

5.答案：C

解析：导线在磁场中的等效的长度为，

当在虚线的下方有一垂直于导线框向里的匀强磁场，此时导线框处于静止状态，细线中的拉力为，

据平衡条件得：，

将虚线下方的磁场，平移至虚线上方时，细线中的拉力为，

根据平衡条件得：，

联立解得：，故C正确，ABD错误。

故选：C。

6.答案：B

解析：由左手定则知A中力F的方向应竖直向上，B中力F的方向应竖直向下，C、D中运动电荷速度v与磁感应强度B平行，不受洛伦兹力，故选B。

7.答案：D

解析：A、通电导线的电流也是由电荷的定向移动而形成的，所以两种力本质上都是磁场对运动电荷的作用，故A错误；

B、安培力可以对通电导线做功，但洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以洛伦兹力不做功，故B错误；

C、安培力是磁场对通电导线的作用力，洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，都是磁场作用的力，故C错误；

D、根据对洛伦兹力和安培力的研究可知，安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质，故D正确。

故选：D。

8.答案：A

解析：由安培定则和磁场的叠加可知，通电直导线P、Q在处产生的磁场方向水平向右，即沿x轴正方，由左手定则可知，通电直导线R所受安培力垂直R指向y轴负方向，故A正确，BCD错误。

故选A。

9.答案：D

解析：线框受到竖直向下的重力、竖直向上的安培力和弹力，则有

而线框中的安培力是由个电子受到的洛伦兹力的合力，所以

解得

故ABC错误，D正确。

故选D。

10.答案：C

解析：粒子在磁场中运动，洛伦兹力不做功，故粒子在两匀强磁场中运动的速率相同，选项A错误。根据洛伦兹力提供向心力有，解得，带电粒子进入的磁场后，磁感应强度加倍，但速度不变，可得粒子的半径、周期都减为原来的一半，选项B错误，C正确。根据左手定则可知粒子带负电，进入磁感应强度为的匀强磁场中将沿顺时针方向运动，D错误。

11.答案：B

解析：根据左手定则知，题图中右侧为负电子运动轨迹，故A错误；由洛伦兹力提供向心力，可得，解得电子的速度为，由题图知正电子轨迹半径大，则正电子速度大于负电子速度，故B正确；带电粒子在磁场中运动周期，与速度大小、轨迹半径无关，则正、负电子在气泡室运动时，有能量损失，则动能减小、轨迹半径减小、周期不变，故C错误；正、负电子所受洛伦兹力的方向时刻发生变化，故D错误.

12.答案：B

解析：放射性元素放出正电子时，正电子与反冲核的速度方向相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆。而放射性元素放出电子时，电子与反冲核的速度方向相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆。静止的放射性元素放出粒子时，两带电粒子的动量等大反向。由半径公式，可得轨迹半径与电荷量成反比，而正电子和电子的电荷量比反冲核的电荷量小，则正电子和电子的半径比反冲核的半径都大，故轨迹1、2、3、4依次是、电子、正电子、，故B正确，A、C、D错误。

13.答案：(1)

(2)

解析：(1)(2)在轨道通有电流I时,炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为,

设炮弹的加速度大小为a,则有,

炮弹在两轨道间做匀加速运动,有,

联立解得，

.

14.答案：（1）见解析

（2）垂直纸面向外；

（3）

解析：解：（1）根据带电粒子从电场的负极向正极加速的特点，即可判断射线粒子带负电。

（2）极板D的电势高于极板C，形成的电场竖直向上，当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，粒子做匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外。设粒子的速度为v，则

所以。
（3）通过长度为的极板区域所需的时间
当两极板之间加上电压时，设两极板间的电场强度为E，作用于粒子的电场力的大小为

因粒子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间内垂直于极板方向的位移
粒子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度
设粒子离开极板区域后，粒子到达荧光屏上P点所需时间为：

在时间内，粒子做匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移
P点到O点的距离等于粒子在垂直于极板方向的总位移

由以上各式得粒子的比荷为
加上磁场B后，荧光屏上的光点重新回到O点，表示在粒子通过平行板电容器的过程中所受电场力与洛伦兹力大小相等，即
联立解得。