河南省焦作市第四中学2023-2024学年高二上学期10月月考物理试卷

这是一份河南省焦作市第四中学2023-2024学年高二上学期10月月考物理试卷，共22页。试卷主要包含了选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题：共12小题，1-8题为单选，9-12题为多选。每小题4分，共48分。
1. 关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是（ ）
A. 安培力的方向可以不垂直于直导线
B. 安培力的方向总是垂直于磁场的方向
C. 安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关
D. 将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半
【答案】B
【解析】
【详解】AB．根据左手定则可知，安培力方向与磁场和电流组成的平面垂直，即与电流和磁场方向都垂直，A错误，B正确；
C．磁场与电流不垂直时，安培力的大小为F=BILsinθ，则安培力的大小与通电导线和磁场方向的夹角有关，C错误；
D．当电流方向与磁场的方向平行，所受安培力为0，将直导线从中折成直角，让其中的一半与磁场的方向平行，安培力的大小将变为原来的一半；将直导线在垂直于磁场的方向的平面内从中折成直角，安培力的大小变为原来的，D错误。
故选B。
2. 物理关系式不仅反映了物理量之间的关系，也反映了单位间的关系，如关系式既反映了电压、电流和电阻之间的关系，也反映了V（伏）与A（安）和（欧）的乘积等效。现有物理量单位：m（米）、s（秒）、N（牛）、J（焦）、W（瓦）、C（库）、F（法）、A（安）、（欧）和T（特）．由它们组合成的单位都与电压单位V（伏）等效的是（ ）
A. 和B. 和
C. 和D. 和
【答案】B
【解析】更多课件教案等低价滋源(一定远低于各大平台价格)请 家 威杏 MXSJ663 【详解】A．由可知单位与电压单位V等效，由可知单位与电压单位V不等效，故A错误；
B．由可知单位与电压单位V等效，由可知单位与电压单位V等效，故B正确；
C．由可知单位与电压单位V等效，由可知单位是力的单位，故C错误；
D．由可知单位是电流单位，由可知单位是力的单位，故D错误。
故选B。
3. 图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示．一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是( )
A. 向上B. 向下C. 向左D. 向右
【答案】B
【解析】
【详解】试题分析：带电粒子在磁场中受洛伦兹力，磁场为4根长直导线在O点产生的合磁场，根据右手定则，a在O点产生的磁场方向为水平向左，b在O点产生磁场方向为竖直向上，c在O点产生的磁场方向为水平向左，d在O点产生的磁场方向竖直向下，所以合场方向水平向左．根据左手定则，带正电粒子在合磁场中洛伦兹力方向向下．故选B．
考点：洛伦兹力方向判定（左手定则）和直导线周围磁场的判定（右手螺旋定则）．
4. 如图所示，在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置，两者之间的距离为l.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零．如果让P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为( )
A. 0B. C. D. 2B0
【答案】C
【解析】
【详解】在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离为l的a点处的磁感应强度为零，如下图所示：
由此可知，外加的磁场方向与PQ平行，且由Q指向P，即B1=B0；依据几何关系，及三角知识，则有：BPcs30°=B0； 解得P或Q通电导线在a处的磁场大小为BP=B0；
当P中的电流反向，其他条件不变，再依据几何关系，及三角知识，则有：B2=B0；因外加的磁场方向与PQ平行，且由Q指向P，磁场大小为B0；最后由矢量的合成法则，那么a点处磁感应强度的大小为B=，故C正确，ABD错误．
5. 如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ．如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是
A. 棒中的电流变大，θ角变大
B. 两悬线等长变短，θ角变小
C. 金属棒质量变大，θ角变大
D. 磁感应强度变大，θ角变小
【答案】A
【解析】
【详解】导体棒受力如图所示，
导体棒平衡，可得：
；
A．棒中电流I变大，θ角变大，故A正确；
B．两悬线等长变短，θ角不变，故B错误；
C．金属棒质量变大，θ角变小，故C错误；
D．磁感应强度变大，θ角变大，故D错误．
故选A．
【点睛】此题考查了安培力及物体的平衡问题；解题时对金属棒进行受力分析、应用平衡条件，根据安培力公式分析即可正确解题．
6. 如图，长为的直导线拆成边长相等，夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流强度为的电流时，该形通电导线受到的安培力大小为
A. 0B. 0.5C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】试题分析：导线在磁场内有效长度为，故该V形通电导线受到安培力大小为，选项C正确，选项ABD错误．
考点：安培力
【名师点睛】由安培力公式进行计算，注意式中的应为等效长度，本题考查安培力的计算，熟记公式，但要理解等效长度的意义．
7. 如下左图所示，足够长的直线ab靠近通电螺线管，与螺线管平行．用磁传感器测量ab上各点的磁感应强度B，在计算机屏幕上显示的大致图象是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】试题分析：通电螺线管的磁场分布相当于条形磁铁，根据磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小．
解：通电螺线管的磁场分布相当于条形磁铁，因此根据磁感线的分布，再由磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小可知，
因为ab线段的长度大于通电螺线管的长度，由条形磁铁磁感线的分布，可知应该选C，如果ab线段的长度小于通电螺线管的长度，则应该选B．
由于足够长的直线ab，故C选项正确，ABD错误；
故选C
点评：考查通电螺线管周围磁场的分布，及磁感线的疏密程度来确定磁感应强度的大小，本题较简单但会出错．
8. 如图所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场中；质量为m、带电量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑。在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是（ ）
A. 滑块受到的摩擦力不变
B. 滑块到地面时的动能与B的大小无关
C. 滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下
D. B很大时，滑块可能静止于斜面上
【答案】C
【解析】
【详解】AC．小滑块向下运动的过程中受到重力，支持力，垂直斜面向下的洛伦兹力，摩擦力，向下运动的过程中，速度增大，洛伦兹力增大，支持力增大，滑动摩擦力增大，故A错误，C正确；
B．B的大小不同，洛伦兹力大小不同，导致滑动摩擦力大小不同，根据动能定理，摩擦力功不同，到达底端的动能不同，B错误；
D．滑块之所以开始能动，是因为重力的沿斜面的分力大于摩擦力，B很大时，一旦运动，不会停止，最终重力的沿斜面的分力等于摩擦力，小滑块匀速直线运动，故D错误。
故选C。
【点睛】解决本题的关键知道洛伦兹力的方向和洛伦兹力的大小以及能够正确的受力分析，理清物体的运动状况。
9. 边长为a的等边三角形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一束质量为m电荷量为的带电粒子（不计重力）从边的中点沿平行边的方向以不同的速率射入磁场区域，则（ ）
A. 从边射出的粒子的最大速率为
B. 从边射出的粒子的最大速率为
C. 能从边射出的粒子最小速率为
D. 能从边射出的粒子最小速率为
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】AB．如图所示，当粒子恰好从C点射出时，轨道半径最大，速率最大，圆心为O1，由几何关系可知，轨道半径
由牛顿第二定律可得
联立解得
A正确，B错误；
CD．当粒子的轨迹恰好与BC相切时，半径最小，速率最小，圆心为O2，由几何关系可知，轨道半径
由牛顿第二定律可得
联立解得
C错误，D正确。
故选AD。
10. 电磁轨道炮工作原理如图所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面得磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与I成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的方法是
A. 只将轨道长度L变为原来的2倍
B. 只将电流I增加至原来的2倍
C. 只将弹体质量减至原来的一半
D. 将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其它量不变
【答案】BD
【解析】
【详解】试题分析：通电的弹体在轨道上只受安培力作用，根据动能定理可得，因为磁感应强度的大小与I成正比，即，联立解得，若只将轨道长度L变为原来的2倍，则速度变为原来的倍，若只将电流I增加至原来的2倍，则速度变为原来的2倍，若将弹体质量减至原来的一半，则速度变为原来的倍，将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，则速度变为原来的2倍，故BD正确；
考点：考查了安培力，动能定理
11. 如图，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O'，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x负方向的电流I且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为。则磁感应强度方向和大小可能为（ ）
A. z正向，B. y负向，
C. z负向，D. 沿悬线向上，
【答案】ABD
【解析】
【分析】
详解】A．若磁感应强度方向沿z轴正向，受力如图：
根据平衡条件有
解得
选项A正确；
B．若磁感应强度方向沿y轴负向，受力如图：
根据平衡条件有
解得
选项B正确；
C．若磁场方向沿z负向，则直导线不可能平衡在图示位置，选项C错误；
D．若磁感应强度方向沿沿悬线向上，受力如图：
根据平衡条件有
解得
选项D正确；
故选ABD。
12. 如图所示为质谱仪的结构图，该质谱仪由速度选择器与偏转磁场两部分组成，已知速度选择器中的磁感应强度大小为、电场强度大小为E，荧光屏下方匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为。三个带电荷量均为q、质量不同的粒子沿竖直方向经速度选择器由荧光屏上的狭缝O进入偏转磁场，最终打在荧光屏上的、、处，相对应的三个粒子的质量分别为、、，忽略粒子的重力以及粒子间的相互作用。则下列说法正确的是（ ）
A. 三个粒子均带负电
B. 打在位置的粒子质量最大
C. 如果，则
D. 粒子进入偏转磁场的速度是
【答案】BD
【解析】
【分析】
【详解】A．荧光屏下方匀强磁场的方向垂直纸面向外，由左手定则知三种粒子均带正电，A错误；
BD．三种粒子在速度选择器中做匀速直线运动，受力平衡
解得
则粒子进入偏转磁场的速度是
根据
解得
打在位置的粒子半径最大，则打在位置的粒子质量最大，BD正确；
C．根据
解得
解得
C错误
故选BD。
二、实验题：共2题，每空2分，共20分。
13. 利用霍尔效应可以测量磁感应强度。如图甲所示，将导体置于磁场中，沿垂直磁场方向通入电流，在导体中垂直于电流和磁场的方向上会产生一个横向电势差，这种现象叫霍尔效应。导体材料中单位体积内的自由电荷数目为n，自由电荷所带电荷量为q，将定义为霍尔系数。利用霍尔系数k已知的材料制成探头，其工作面（相当于图甲中垂直磁场的面）的面积可以做到很小，因此可用来较精确测量空间某一位置的磁感应强度。
如图乙所示为一种利用霍尔效应测磁感应强度的仪器，其中的探头固定在探杆的前端，且使探头的工作面与探杆垂直。这种仪器既可以控制通过探头的电流I的大小，又可以测出探头所产生的霍尔电势差，并自动计算出探头所测位置磁场的磁感应强度大小。
（1）在利用上述仪器测量磁感应强度的过程中，对探杆的放置方位有何要求：___________。
（2）计算所测位置磁感应强度，除了k、I、外，还需要知道哪个物理量___________。（请填写下面选项前的字母）
A．探头沿磁场方向的厚度l
B．探头产生电势差两面间的距离h
C．探头沿电流方向的长度L
用上述物理量表示所测磁感应强度大小___________。
【答案】 ①. 使探杆与磁场方向平行（或调整探杆的放置方位使霍尔电势差达到最大） ②. A ③.
【解析】
【详解】（1）[1]由题给信息易知，磁场应垂直探头工作面，即使探杆与磁场方向平行（或调整探杆的放置方位使霍尔电势差达到最大）；
（2）[2][3]自由电荷在运动过程中受到的电场力和洛伦兹力是一对平衡力，即
联立可得
需要测量的物理量是探头沿磁场方向的厚度l，A正确。
故选A。
14. 图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场．现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向．所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；为电流表；S为开关．此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线．
(1)在图中画线连接成实验电路图________．
(2)完成下列主要实验步骤中的填空：
①按图接线．
②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1．
③闭合开关S，调节R值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D________；然后读出________，并用天平称出________．
④用米尺测量________．
(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B＝________．
(4)判定磁感应强度方向的方法是：若________，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里．
【答案】 ①. (1)如图所示
②. 重新处于平衡状态 ③. 电流表的示数I ④. 此时细沙的质量m2 ⑤. D的底边长度L ⑥. ⑦.
【解析】
【详解】（1）[1]如图所示
（2）[2][3][4]③重新处于平衡状态；读出电流表的示数I；此时细沙的质量m2；④D的底边长度l;
（3）（4）[5] [6]开关S断开时，D中无电流，D不受安培力，此时D所受重力Mg=m1g；S闭合后，D中有电流，左右两边所受合力为0，D所受合力等于底边所受的安培力，如果m2＞m1，有
m2g= m1g+BIL
则安培力方向向下，根据左手定则可知，磁感应强度方向向外；如果m2＜m1，有
m2g= m1g-BIL
则安培力方向向上，根据左手定则可知，磁感应强度方向向里；综上所述，则
．
三、计算题：共4题，共42分。
15. 如图所示，质量为、长为的铜棒，用长度也为L的两根轻导线水平悬吊在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度。未通电时，轻导线在竖直方向上，通入恒定电流后，铜棒开始向外偏转，偏转的最大角度，g取，求此铜棒中恒定电流的大小。
【答案】
【解析】
【详解】铜棒向外偏转的过程中，导线拉力不做功，对铜棒进行受力分析可知，安培力F做功为
重力做功
由动能定理得
解得
16. 如图所示，平面直角坐标系第一象限内存在电场强度方向竖直向上，大小为的匀强电场，在第四象限内存在磁感应强度方向垂直纸面向里的匀强磁场。一带负电的粒子，比荷为，以初速度从y轴上的A点垂直y轴射入电场，，不计粒子的重力。
（1）求粒子第一次经过x轴时的位置到原点O的距离；
（2）若要使粒子不能进入第三象限，求磁感应强度大小B的取值范围。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【分析】
【详解】（1）由牛顿第二定律得
设粒子在电场中运动时间为t，粒子经过y轴时的位置与原点O的距离为
粒子经过x轴时的位置与原点O的距离为
解得
（2）粒子经过x轴时在电场方向的分速度为
粒子经过x轴时的速度大小为
设速度v与x轴正方向的夹角为
解得
要使粒子恰不进入第三象限，如图所示
设此时粒子做圆周运动的轨道半径为R，则
由洛伦兹力提供向心力，得
解得
17. 如图所示，在倾角为θ＝37°的斜面上，固定一宽为L＝1.0m的平行金属导轨。现在导轨上垂直导轨放置一质量m＝0.4kg、电阻R0＝2.0Ω、长为1.0m的金属棒ab，它与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5．整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为B＝2T的匀强磁场中。导轨所接电源的电动势为E＝12V，内阻r＝1.0Ω，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，滑动变阻器的阻值符合要求，其他电阻不计，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cs37°＝0.8．现要保持金属棒在导轨上静止不动，求：
（1）金属棒所受安培力大小的取值范围；
（2）滑动变阻器接入电路中的阻值范围。
【答案】（1）N≤F≤8N；（2）0≤R≤30Ω
【解析】
【详解】（1）当金属棒刚好达到向上运动的临界状态时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向下，对金属棒受力分析，如图甲所示，此时金属棒所受安培力最大，设为F1，则有
垂直斜面方向
FN＝F1sinθ＋mgcsθ
沿斜面方向
F1csθ＝mgsinθ＋Ffmax
又
Ffmax＝μFN
以上三式联立并代入数据可得
F1＝8N
当金属棒刚好达到向下运动的临界状态时，金属棒受到的摩擦力为最大静摩擦力，方向平行斜面向上，其受力分析如图乙所示，此时金属棒所受安培力最小，设为F2，则有
FN′＝F2sinθ＋mgcsθ
F2csθ＋Ffmax′＝mgsinθ
Ffmax′＝μFN′
以上三式联立并代入数据可得
F2＝N
所以金属棒受到的安培力的取值范围为N≤F≤8N。
（2）因磁场与金属棒垂直，所以金属棒受到的安培力为
F＝BIL
因此有
I＝
由安培力的取值范围可知电流的取值范围为A≤I≤4A
设电流为I1＝A时滑动变阻器接入电路中的阻值为R1，由闭合电路欧姆定律，有
E－I1r＝I1（R0＋R1）
代入数据可得
R1＝30Ω
设电流为I2＝4A时滑动变阻器接入电路中的阻值为R2，由闭合电路欧姆定律，有
E－I2r＝I2（R0＋R2）
代入数据可得
R2＝0
所以滑动变阻器接入电路中的阻值范围为0≤R≤30Ω。
18. 扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭摆，其简化模型如图甲。Ⅰ、Ⅱ两处宽度均为的匀强磁场区相距也为，磁场方向相反且垂直纸面。一质量为、电量为、重力不计的粒子，从靠近平行板电容器板处由静止释放，极板间电压为，粒子经电场加速后平行于纸面射入Ⅰ区，射入时速度与水平方向的夹角。
（1）粒子从Ⅰ区右边界射出时速度与水平方向夹角为，求粒子在Ⅰ区运动的时间；
（2）为使粒子能返回Ⅰ区，求Ⅱ区磁感应强度应满足的条件；
（3）若粒子从进入Ⅱ区域左边界的点（图中没有标出）开始计时，磁场随着时间变化的情况如乙图所示（垂直纸面向外为正），电子运动一段时间后由Ⅱ区域的右边界点飞出磁场，速度方向与水平方向的夹角也是，且连线与Ⅱ区域磁场边界垂直，求磁场的变化周期和磁感应强度大小分别应满足何种条件。
【答案】（1）；（2）；（3），
【解析】
【分析】
【详解】（1）如图1所示，设粒子射入磁场I区速度为v，在磁场I区做圆周运动半径为，由动能定理和牛顿第二定律得
由几何关系得
设粒子在Ⅰ区做圆周运动期为T，运动时间为t
，
联立得
（2）如图2所示，为使粒子能再次返到I区应满足
联立解得
（3）如图所示，由题意可知
磁场的变化周期为
，
磁感应强度大小应满足
，，