精品解析：上海市复旦大学附属中学2024-2025学年高二上学期12月阶段性质量检测物理试题

复旦附中高二第一学期物理12月阶段性质量检测 （考试时间60分钟，满分100分） （试卷共4页） 特别提示： 1．本试卷中选择类试题皆为单选，每小题只有1个正确选项。 2．在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 3．除特殊说明外，本卷所用重力加速度g大小均取。 1. 加速器 在高能物理中，由于需要对粒子进行加速，加速器成为重要的仪器，常见的加速器有回旋加速器和电子感应加速器，本题对这两种加速器的原理进行讨论。 （1）某回旋加速器的示意图如图所示。匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒内，且与金属盒表面垂直。 ①电源通过Ⅰ、Ⅱ分别与相连，仅在缝隙间的狭窄区域产生______的电场。 A.恒定 B.变化 ②初动能为零的带电粒子由加速器的______进入加速器。 A.中心 B.边缘 ③经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入。粒子在运动过程中，粒子受到______力，该力对粒子______（选填“做功”或“不做功”）。 （2）（计算）若带电粒子质量为m，电荷量大小为，磁感应强度大小为B，两D形盒间加速电场的电势差大小恒为U，加速器最大回旋半径为R，则： ①粒子加速后获得的最大速度。 ②粒子在加速器的磁场中的运动时间t。 （3）电子感应加速器利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，图的上部分为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈电流的可以变化，在两极间产生一个变化的磁场，这个变化的磁场又在真空室内激发出一个感生电场。 ①若电子轨道所围面积内平均磁感应强度随时间变化如图所示（垂直纸面向外为的正方向），请画出每周期的感生电场的方向_______。（图中已画出第一个周期的感应电场的方向） ②从上向下看，如乙图所示，电子从电子枪右端逸出，电子在感生电场的作用下被加速，同时在洛伦兹力的作用下，在真空室中沿逆时针方向（图乙中箭头方向）做圆周运动，则电子可以被加速的时间段是（ ）。 A. B. C. D. 2. 自感&互感 当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感。两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感。 （1）自感电动势的大小可由公式计算，自感电动势也是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律。实验表明，磁场的强弱B正比于电流的强弱I，设，已知线圈的匝数N，线圈横截面积S，则公式中_______；自感系数L在国际单位制中用基本单位可表示为______。 （2）如图所示，用双线密绕在一个长直圆柱上，形成两个螺线管线圈和（分别以实线和虚线表示），已知两个线圈的自感都是L。今若把a与b两端相连，把和两端接入电路，这时两个线圈的总自感等于______；若把a与b两端相连作为一端，与相连作为另一端，把这两端接入电路，这时两个线圈的总自感等于______。 （3）如图所示电路中，线圈L的电阻与另一支路中电阻器R的阻值相同。 ①当开关S接通瞬间，电流表的示数______电流表的示数； A．大于 B．等于 C．小于 ②当开关S断开瞬间，电流表的示数______电流表的示数。 A．大于 B．等于 C．小于 ③当开关S接通瞬间和断开瞬间，通过R的电流方向______。 A．相同 B．不相同 （4）利用互感现象可实现无线充电。如图（a），某无线充电装置接收线圈匝数为N、半径为a、电阻为r。一匀强磁场垂直穿过接受线圈，其磁感应强度B随时间t变化规律如图（b）所示。外接定值电阻阻值为R。求： ①（计算）在时间内，接收线圈中的感应电动势E______。 ②（计算）在时间内，通过定值电阻的电荷量q______。 ③在两段时间内，定值电阻上产生的热量之比为（ ） A． B． C． D． 3. 新粒子的发现 自从19世纪末电子的发现，物理学家在微观领域不断发现新的粒子。1897年，J．J．汤姆孙发现了电子。电子带负电，质量为，1919年，卢瑟福发现了质子。质子带正电，电荷量与一个电子的电荷量相等，质子的质量为。1932年，查德威克发现了中子。中子不带电。中子的质量是，与质子相近。同一年，实验物理学家安德森在云室也发现了一个新粒子的踪迹。1936年安德森因此发现获得诺贝尔奖。本题对该实验现象进行讨论。 （1）右图是该粒子穿过云室中穿过一薄铅板留下的轨迹．径迹在纸面内，铅板与纸面垂直的，外加恒定匀强磁场的方向垂直纸面向里。假设粒子带电量的大小为，铅板下部径迹的半径，铅板上部径迹的半径，铅板内的径迹与铅板法线成，铅板厚度，磁感应强度，不考虑云室中气体对粒子的阻力。 ①该粒子的运动方向是______。 A．从A到B B．从B到A C．都有可能 ②该粒子的电性是______。 A．正电荷 B．负电荷 C．都有可能 ③若粒子穿过铅板的速度可近似为光速，则粒子穿过铅板的时间_______。（答案保留两位小数） ④粒子在穿过铅板期间所受的平均力的大小（答案保留一位有效数字）（计算）_______。 （2）我们已经学过当物体速度接近光速时，要对物体的质量进行相对论修正，其中是粒子静止时的质量，已知粒子在穿过铅板前的速度为。 ①则该粒子的静质量_______（答案保留两位有效数字） ②我们可以称该粒子为______。 4. 小磁体在金属管中的下落 小磁体在金属管中下落会明显慢于在塑料管中的下落。本题对金属管中的落磁运动进行讨论。如图所示，小磁体在竖直放置的金属管内下落，管中的磁通量发生变化，会产生涡流，从而对小磁体的下落造成影响。（空气阻力忽略不计） （1）小磁铁在下落过程中会受到一个阻力作用，该阻力视作______的反作用力。 （2）若该阻力与速度成正比，可表示为，k为阻尼系数，小磁体质量为m，小磁体在金属管口静止释放，且始终保持竖直下落，金属管足够长，分析小磁体的运动情况并求出收尾速度vT。 （3）假设阻尼系数k可用函数关系表示，其中是真空磁导率，单位是T·m/A，p是描述小磁铁性质的物理量，单位是；R为整个金属管的等效电阻，a为金属管半径，则_______；_______。 （4）由静止下落的过程中，小磁铁的重力势能会减少，根据能量守恒，增加的能量是______。 （5）实验测得，小磁体质量为10g，金属管长20cm，小磁体下落时间为ls，若忽略加速时间，可将小磁体下落近似看成以收尾速度做匀速直线运动，则阻尼系数k=_______。 （6）根据理论计算，可得到小磁体下落速度和时间的关系为，请判断将小磁体下落近似看作匀速直线是否合理？ A. 合理 B. 不合理 （7）请对上述选择做出解释。（论述） 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 复旦附中高二第一学期物理12月阶段性质量检测 （考试时间60分钟，满分100分） （试卷共4页） 特别提示： 1．本试卷中选择类试题皆为单选，每小题只有1个正确选项。 2．在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。 3．除特殊说明外，本卷所用重力加速度g大小均取。 1. 加速器 在高能物理中，由于需要对粒子进行加速，加速器成为重要的仪器，常见的加速器有回旋加速器和电子感应加速器，本题对这两种加速器的原理进行讨论。 （1）某回旋加速器的示意图如图所示。匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒内，且与金属盒表面垂直。 ①电源通过Ⅰ、Ⅱ分别与相连，仅在缝隙间的狭窄区域产生______的电场。 A.恒定 B.变化 ②初动能为零的带电粒子由加速器的______进入加速器。 A.中心 B.边缘 ③经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入。粒子在运动过程中，粒子受到______力，该力对粒子______（选填“做功”或“不做功”）。 （2）（计算）若带电粒子质量为m，电荷量大小为，磁感应强度大小为B，两D形盒间加速电场的电势差大小恒为U，加速器最大回旋半径为R，则： ①粒子加速后获得的最大速度。 ②粒子在加速器的磁场中的运动时间t。 （3）电子感应加速器利用感生电场使电子加速的设备。它的基本原理如图甲所示，图的上部分为侧视图，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电磁铁线圈电流的可以变化，在两极间产生一个变化的磁场，这个变化的磁场又在真空室内激发出一个感生电场。 ①若电子轨道所围面积内平均磁感应强度随时间变化如图所示（垂直纸面向外为的正方向），请画出每周期的感生电场的方向_______。（图中已画出第一个周期的感应电场的方向） ②从上向下看，如乙图所示，电子从电子枪右端逸出，电子在感生电场的作用下被加速，同时在洛伦兹力的作用下，在真空室中沿逆时针方向（图乙中箭头方向）做圆周运动，则电子可以被加速的时间段是（ ）。 A. B. C. D. 【答案】（1） ①. B ②. A ③. 洛伦兹 ④. 不做功 （2）； （3） ①. ②. C 【解析】 【小问1详解】 ①粒子经过金属盒后，运动方向发生变化，欲使粒子一直加速，电场应为变化的电场。 故选B。 ②初动能为零的带电粒子由加速器的中心进入加速器。 故选A。 ③经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入。粒子在运动过程中，粒子受到洛伦兹力，该力对粒子不做功。 【小问2详解】 ①电子速度达到最大时，其运动半径达到最大回旋半径为R，根据洛伦兹力提供向心力得 解得电子加速后获得的最大速度 ②加速电场的电势差大小恒为U，电子每次加速时，电场均为匀强电场，电场强度为 由牛顿第二定律可得： 将电子运动过程中的磁场偏转部分去掉，电子加速的全过程可等效为一个匀加速直线运动过程，结合上问的结论，可得： 联立解得电子在电场中加速所用的总时间 【小问3详解】 ①每周期的感生电场的方向如图 ②在时间内，磁场向外增强，根据楞次定律可知感应电场沿顺时针方向，根据左手定则可知，此时电子受的洛伦兹力方向指向圆心，则电子能被正常加速。 故选C。 2. 自感&互感 当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势。这种现象称为自感。两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感。 （1）自感电动势的大小可由公式计算，自感电动势也是感应电动势，同样遵从法拉第电磁感应定律。实验表明，磁场的强弱B正比于电流的强弱I，设，已知线圈的匝数N，线圈横截面积S，则公式中_______；自感系数L在国际单位制中用基本单位可表示为______。 （2）如图所示，用双线密绕在一个长直圆柱上，形成两个螺线管线圈和（分别以实线和虚线表示），已知两个线圈的自感都是L。今若把a与b两端相连，把和两端接入电路，这时两个线圈的总自感等于______；若把a与b两端相连作为一端，与相连作为另一端，把这两端接入电路，这时两个线圈的总自感等于______。 （3）如图所示电路中，线圈L的电阻与另一支路中电阻器R的阻值相同。 ①当开关S接通瞬间，电流表的示数______电流表的示数； A．大于 B．等于 C．小于 ②当开关S断开瞬间，电流表的示数______电流表的示数。 A．大于 B．等于 C．小于 ③当开关S接通瞬间和断开瞬间，通过R的电流方向______。 A．相同 B．不相同 （4）利用互感现象可实现无线充电。如图（a），某无线充电装置接收线圈匝数为N、半径为a、电阻为r。一匀强磁场垂直穿过接受线圈，其磁感应强度B随时间t变化规律如图（b）所示。外接定值电阻阻值为R。求： ①（计算）在时间内，接收线圈中的感应电动势E______。 ②（计算）在时间内，通过定值电阻的电荷量q______。 ③在两段时间内，定值电阻上产生的热量之比为（ ） A． B． C． D． 【答案】（1） ①. ②. （2） ①. 0 ②. L （3） ①. C ②. B ③. B （4） ①. ②. ③. C 【解析】 【小问1详解】 [1]根据电磁感应定律知电动势 自感电动势 由于 联立解得 [2]由公式可知，的单位为，则有 因此的单位用国际基本单位表示是。 【小问2详解】 [1] 把和两端接入电路，这时两个线圈的总自感等于线圈不闭合，匝数为零，故这时两个线圈的总自感等于0； [2] 若把a与 b 两端相连作为一端，和相连作为另一端，把这两端接入电路，此时就是匝数等于一个线圈的，故这时两个线圈的总自感等于L。 【小问3详解】 ①闭合S瞬间，由于线圈的电流变大，导致其产生自感电动势，从而阻碍电流的变大，所以电流表A1示数小于A2示数。 故选C。 ②断开S瞬间，线圈电流变小，从而产生自感电动势，线圈与电阻构成闭合回路，由于两电流表串联，所以电流表A1示数等于A2示数。 故选B。 ③闭合S瞬间，通过电阻的电流方向向右，断开S瞬间，线圈电流变小，从而产生自感电动势，自感电动势方向与线圈原电流方向相同，因此通过电阻的电流方向向左。 故选B。 【小问4详解】 ①在 0～t0时间内，接收线圈中的感应电动势 ②在 0～t0时间内，通过定值电阻的电荷量 ③在 0～t0时间内，感应电流为 在 0～t0时间内，定值电阻上产生的热量 在t0～1.5 t0时间内，感应电动势为 在t0～1.5 t0时间内，感应电流为 在t0～1.5 t0时间内，定值电阻上产生的热量 定值电阻上产生的热量之比为 故选C。 3. 新粒子的发现 自从19世纪末电子的发现，物理学家在微观领域不断发现新的粒子。1897年，J．J．汤姆孙发现了电子。电子带负电，质量为，1919年，卢瑟福发现了质子。质子带正电，电荷量与一个电子的电荷量相等，质子的质量为。1932年，查德威克发现了中子。中子不带电。中子的质量是，与质子相近。同一年，实验物理学家安德森在云室也发现了一个新粒子的踪迹。1936年安德森因此发现获得诺贝尔奖。本题对该实验现象进行讨论。 （1）右图是该粒子穿过云室中穿过一薄铅板留下的轨迹．径迹在纸面内，铅板与纸面垂直的，外加恒定匀强磁场的方向垂直纸面向里。假设粒子带电量的大小为，铅板下部径迹的半径，铅板上部径迹的半径，铅板内的径迹与铅板法线成，铅板厚度，磁感应强度，不考虑云室中气体对粒子的阻力。 ①该粒子的运动方向是______。 A．从A到B B．从B到A C．都有可能 ②该粒子的电性是______。 A．正电荷 B．负电荷 C．都有可能 ③若粒子穿过铅板的速度可近似为光速，则粒子穿过铅板的时间_______。（答案保留两位小数） ④粒子在穿过铅板期间所受的平均力的大小（答案保留一位有效数字）（计算）_______。 （2）我们已经学过当物体速度接近光速时，要对物体的质量进行相对论修正，其中是粒子静止时的质量，已知粒子在穿过铅板前的速度为。 ①则该粒子的静质量_______（答案保留两位有效数字） ②我们可以称该粒子为______。 【答案】（1） ①. A ②. A ③. s ④. N （2） ①. ②. 正电子 【解析】 【小问1详解】 ①根据洛伦兹力提供向心力有 解得 粒子穿过铅板，速度变小，半径变小，可知粒子从A运动到B。 故选A。 ②根据左手定则可知其电荷为正。 故选A。 ③粒子的运动速度与磁场方向垂直，洛伦兹力在纸面内；磁力不改变荷电粒子动量的大小，只改变其方向.若不考虑云室中气体对粒子的阻力，荷电粒子在恒定磁场作用下的运动轨迹就是曲率半径为一定值的圆弧；可以写出其运动方程 其中是粒子电荷，是粒子速度的大小，是粒子动量的大小，是粒子在时间内转过的角度，是轨迹曲率半径，于是有 按题意，，用和分别表示粒子射入铅板和自铅板射出时动量的大小，注意到当时应使用狭义相对论，从 中可以得到 用和分别表示粒子进入和离开铅板时的速度大小可得 于是，粒子穿过铅板的平均速度 则有 代入数据解得 s ④根据动量定理有 解得 N 【小问2详解】 ①根据 解得 ②我们可以称该粒子为正电子。 4. 小磁体在金属管中的下落 小磁体在金属管中下落会明显慢于在塑料管中的下落。本题对金属管中的落磁运动进行讨论。如图所示，小磁体在竖直放置的金属管内下落，管中的磁通量发生变化，会产生涡流，从而对小磁体的下落造成影响。（空气阻力忽略不计） （1）小磁铁在下落过程中会受到一个阻力作用，该阻力视作______的反作用力。 （2）若该阻力与速度成正比，可表示为，k为阻尼系数，小磁体质量为m，小磁体在金属管口静止释放，且始终保持竖直下落，金属管足够长，分析小磁体的运动情况并求出收尾速度vT。 （3）假设阻尼系数k可用函数关系表示，其中是真空磁导率，单位是T·m/A，p是描述小磁铁性质的物理量，单位是；R为整个金属管的等效电阻，a为金属管半径，则_______；_______。 （4）由静止下落的过程中，小磁铁的重力势能会减少，根据能量守恒，增加的能量是______。 （5）实验测得，小磁体质量为10g，金属管长20cm，小磁体下落时间为ls，若忽略加速时间，可将小磁体下落近似看成以收尾速度做匀速直线运动，则阻尼系数k=_______。 （6）根据理论计算，可得到小磁体下落速度和时间的关系为，请判断将小磁体下落近似看作匀速直线是否合理？ A. 合理 B. 不合理 （7）请对上述选择做出解释。（论述） 【答案】（1）安培力 （2）见解析 （3） ①. 2 ②. -4 （4）焦耳热 （5）0.5kg/s （6）A （7）见解析 【解析】 【小问1详解】 小磁铁在下落过程中会受到一个阻力作用，该阻力视作安培力的反作用力。 【小问2详解】 小磁体在金属管口静止释放，根据牛顿第二定律可得 由于v增大，则加速度不断减小，当加速度减为零时，速度达到最大，即 所以 小磁体下落过程中先做加速度减小的加速运动，后做匀速运动。 【小问3详解】 [1][2]由于 其中的单位是T·m/A，p的单位是；R的单位为Ω，a的单位为m，则 联立可得 ， 【小问4详解】 由静止下落的过程中，小磁铁的重力势能会减少，根据能量守恒，增加的能量为涡流产生的热，即焦耳热。 【小问5详解】 根据题意可得 联立解得 【小问6详解】 根据 可得 结合指数函数的特点可知，随着时间增大，速度变化越来越慢，且小磁体质量较小，金属管足够长，所以小磁体可以近似看成做匀速运动。 故选A。 【小问7详解】 根据数学知识可知，小磁体下落过程中的运动可近似看成匀速直线运动。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $