精品解析：辽宁省鞍山一中等五校2024-2025学年高二上学期期末物理试题

2024—2025学年26届高二上学期期末考试物理科试卷 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1. 在阻值定值电阻两端接一交流电压，电压表达式为，则该电阻在电压的一个周期内产生的电热为（　　） A. 20J B. C. D. 40J 2. 如图，空间中存在平行于纸面向右的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一根在b点被折成直角的金属棒abc平行于纸面放置，ab = bc = L，ab边垂直于磁场方向。现该金属棒以速度v垂直于纸面向里运动。则ac两点间的电势差Uac为（　　） A. BLv B. C. −BLv D. 3. 如图所示，一个铝环套在铁芯上，下方线圈接通电源后，内部装置可以在铁芯处产生竖直向上的磁场By，在铝环处产生沿径向向外的磁场Br。两个磁场大小可以通过装置独立调节。现在想让铝环跳起来，可以采取下列哪种方法（　　） A. 保持By不变，增大Br B. 保持Br不变，增大By C. 保持By不变，减小Br D. 保持Br不变，减小By 4. 边长为L的正方形线单匝金属框，右边刚好位于匀强磁场左边界，磁场区域宽度为2L，磁感应强度大小为B0。金属框在外力作用下从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域，当金属框刚好全部进入磁场区域时，磁感应强度开始随时间均匀增加，使整个过程金属框中的电流不变，则当金属框右边刚好到达磁场的右边界时，匀强磁场的磁感应强度大小为（　　） A. 4B0 B. 3B0 C. 2B0 D. 5. 在如图所示电路中，三个灯泡完全相同，电感的直流电阻和灯泡电阻相等。闭合开关S，电路稳定后，将开关S断开，下列对于S断开后各元件说法中正确的是（　　） A. 灯泡A1突然熄灭 B. 灯泡A1先闪亮一下再逐渐熄灭 C. 灯泡A2逐渐熄灭 D. 灯泡A3逐渐熄灭 6. 如图所示，水平虚线上方有垂直纸面向外的匀强磁场，下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小相等。直线为磁场左侧边界，右侧及上下范围足够大。一带正电粒子从P点进入磁场，速度大小为v，方向垂直于，第一次到达时速度方向与垂直。若要求该粒子仍从P点垂直于出发但不从左侧边界离开磁场，不计粒子重力。则粒子速度的最小值为（　　） A B. C D. 7. 空间中存在方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场，一个不计重力的带电粒子以某一初速度在该空间中做匀速直线运动。某时刻，粒子运动至P点处，此时撤掉空间中的电场，经过一段时间后，粒子的速度第一次与P点相反，此时恢复原来的电场，又经过相同的时间后，粒子到达Q点处。则线段PQ与粒子的初速度方向夹角的正切值为（　　） A. B. 1 C. D. 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的选项中，有多个选项符合要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 8. 下列科技成果应用了电磁感应原理的是（　　） A. 发电站通过变压器实现变压和电能的输送 B 回旋加速器使带电粒子做回旋运动而加速 C. 真空冶炼炉外的线圈通入高频交变电流，使炉内的金属熔化 D. 无线电台利用LC电路形成振荡电流，从而发射电磁波 9. 一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器升压后向远方输电，输电线路总电阻，到目的地经变压器降压，负载为多个正常发光的灯泡、。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的，变压器和的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则　　 A. 原、副线圈电流分别为和20A B. 原、副线圈电压分别为和220V C. 和的变压比分别为1：50和40：1 D. 有盏灯泡、正常发光 10. 如图，两平行光滑金属长导轨固定在水平面上，间距为L0。导轨间有垂直于纸面向里匀强磁场，磁感应强度大小为B。相同材质的金属棒a、b相隔一段距离垂直于导轨平行放置，质量分别为m，2m，长度均为L，a棒的电阻为R，导轨电阻可忽略。最初a棒可自由滑动，b棒被固定在导轨上。现给a棒一个水平向右的初速度va = v0，a棒向右减速滑动。当a棒速度减为0时，解除b棒的固定并同时给b棒一个向右的初速度vb，又经足够长时间后，a、b间距离不变且与最初相等，且上述过程中a、b没有相碰。下列说法正确的是（　　） A. B. 整个过程中b棒中产生的电热为 C. 整个过程中b棒中产生的电热为 D. 整个过程中通过b棒横截面的电荷量为0 三、非选择题：共54分。考生根据要求作答。 11. 某同学在物理实验室找到一个热敏电阻（图中符号TC），想研究其电阻随温度变化的关系。按照下图连接了实验器材，图中为定值电阻，电压表视为理想电压表。 （1）为了使热敏电阻两端的电压可从零开始调节，请在图中添加一根导线改进该实验_____。 （2）正确添加导线后，闭合开关，将滑动变阻器R的滑片调至适当位置，读出并记录两电压表，的示数，。则热敏电阻的阻值可以表示为__________（用、、表示） （3）该同学查阅相关资料，发现热敏电阻分为正温度系数电阻（阻值随温度升高而增大）和负温度系数电阻（阻值随温度升高而减小）两种，同时了解温度一定时流过热敏电阻的电流大小也会影响电阻值。为了判断该热敏电阻的种类，用控温箱升高热敏电阻的温度后，该同学应采取的实验步骤及判断方法是____________________。 12. 某同学学习多用电表的原理和使用方法后，设计了一个有两个挡位（，）的欧姆表，原理电路如图： 使用的器材有： 直流电源（电动势，内阻可忽略）； 电阻箱R（量程）； 电流表A（量程，内阻）； 滑动变阻器（最大阻值）； 红黑表笔各一个，导线若干。 回答下列问题： （1）按照多用电表的使用原则，表笔a应为__________（填“红”或“黑”）表笔。 （2）使用欧姆表的档测量电阻时，若发现电流表指针偏转幅度__________（填“偏大”或“偏小”），则应换成档。 （3）若滑动变阻器的滑片移动至M，N两点处时刚好对应欧姆表的两个挡位，则M处应为__________（填“”，或“”）档。 （4）该同学想把该欧姆表的档内阻设计为，且电流表满偏时对应的欧姆表刻度为0。则他应首先调节电阻箱的阻值为__________，然后将红黑表笔短接，调节滑动变阻器的滑片，使__________，此时变阻器滑片左侧的电阻值为__________。 13. 如图所示，理想变压器的原线圈左端接一有效值为的正弦式交流电源，定值电阻，副线圈接有阻值为的定值电阻和一个滑动变阻器R（最大阻值），现电路正常工作，两块理想交流电流表的示数为，的示数为。求： （1）变压器原副线圈的匝数比k； （2）调节滑动变阻器，求副线圈负载的总电功率最大时滑动变阻器的阻值Rm（结果保留至小数点后两位）。 14. 一种电磁分析仪的原理简化图如图所示，在挡板MN左侧的区域内存在垂直于纸平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在挡板MN上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端的距离为2d。较窄的缝正对着一个板间距为d且足够长的速度选择器，C板电势高于D板电势，板间电压恒定，但可调节。板间还有垂直纸面、磁感应强度大小也为B的匀强磁场（图中未画出）。在速度选择器右侧的直角三角形区域OPQ范围内有垂直纸面向里的匀强磁场，PQ边与C板共线，，，过O点平行于PQ放置有一足够长粒子接收屏，右图是其局部放大图。大量质量为m，带电量绝对值为q的粒子（不计重力和相互间的作用）以不同的速度在纸平面内从宽度为2d的缝垂直于边界进入磁场，部分粒子能从较窄的缝射出且水平穿过速度选择器。求： （1）粒子的电性及速度选择器中磁场的方向； （2）调节CD板间电压U，使PO边任一点都有粒子到达，且速度尽量大。求U； （3）接（2），到达P处的粒子经右侧磁场偏转后击中粒子接收屏上的S点（图中未画出），线段OS的长度恰好为粒子在右侧磁场中运动的轨道半径。求右侧磁场中的磁感应强度。 15. 如图所示，水平地面上竖直放置一个边长为，质量，总电阻为的正方形单匝导体框MNPQ，竖直面内存在两个矩形匀强磁场区域abcd和efgh，宽度均为3L且足够高，磁感应强度大小均为，方向均垂直纸面向里，cd水平且在地面以下，gh水平且与地面相距L，bc与eh的水平距离为2L。导体框的MQ边刚好和ad重合。对导体框施加一个水平向右的拉力，使导体框由静止开始做加速度大小为的匀加速运动，直至导体框恰好离开磁场区域abcd，之后令其做匀速直线运动。已知重力加速度为，导体框平面始终与磁场垂直，导体框与地面的动摩擦因数为，。求： （1）导体框的NP边刚离开bc边时，拉力的大小； （2）导体框从开始运动到恰好离开磁场区域abcd的过程中，拉力冲量IF的大小； （3）导体框从开始运动至NP边到达fg边的过程中与地面摩擦产生的热量Q。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2024—2025学年26届高二上学期期末考试物理科试卷 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1. 在阻值的定值电阻两端接一交流电压，电压表达式为，则该电阻在电压的一个周期内产生的电热为（　　） A. 20J B. C. D. 40J 【答案】A 【解析】 【详解】由电压表达式可知，交流电压有效值为 交流电的周期为 则该电阻在电压的一个周期内产生的电热为 故选A 2. 如图，空间中存在平行于纸面向右的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一根在b点被折成直角的金属棒abc平行于纸面放置，ab = bc = L，ab边垂直于磁场方向。现该金属棒以速度v垂直于纸面向里运动。则ac两点间的电势差Uac为（　　） A. BLv B. C. −BLv D. 【答案】C 【解析】 【详解】金属棒以速度v垂直于纸面向里运动，ab边垂直切割磁感线，ab边为等效电源，根据右手定则可知，a端为等效电源的负极，bc边没有切割磁感线，则bc边两端点电势相等，则有 故选C。 3. 如图所示，一个铝环套在铁芯上，下方线圈接通电源后，内部装置可以在铁芯处产生竖直向上的磁场By，在铝环处产生沿径向向外的磁场Br。两个磁场大小可以通过装置独立调节。现在想让铝环跳起来，可以采取下列哪种方法（　　） A. 保持By不变，增大Br B. 保持Br不变，增大By C. 保持By不变，减小Br D. 保持Br不变，减小By 【答案】B 【解析】 【详解】AC．只改变沿径向向外的磁场Br，并不会使铝环的磁通量发生变化，铝环不会产生感应电流，不能使铝环跳起来，故AC错误； BD．只改变竖直向上的磁场By，会使铝环的磁通量发生变化，铝环会产生感应电流，根据楞次定律可知，增大By，穿过铝环的磁通量增加，铝环有远离线圈的趋势，铝环可能跳起来；减小By，穿过铝环的磁通量减小，铝环有靠近线圈的趋势，铝环不可能跳起来；故B正确，D错误。 故选B。 4. 边长为L正方形线单匝金属框，右边刚好位于匀强磁场左边界，磁场区域宽度为2L，磁感应强度大小为B0。金属框在外力作用下从图示位置开始向右匀速穿过磁场区域，当金属框刚好全部进入磁场区域时，磁感应强度开始随时间均匀增加，使整个过程金属框中的电流不变，则当金属框右边刚好到达磁场的右边界时，匀强磁场的磁感应强度大小为（　　） A. 4B0 B. 3B0 C. 2B0 D. 【答案】C 【解析】 【详解】设金属框的运动速度为v，则金属框从开始运动到完全进入磁场的过程产生的感应电流 当金属框完全进入磁场后磁场随时间变化关系为 则 感应电流 即 解得 则当金属框右边刚好到达磁场的右边界时，匀强磁场的磁感应强度大小为 故选C。 5. 在如图所示电路中，三个灯泡完全相同，电感的直流电阻和灯泡电阻相等。闭合开关S，电路稳定后，将开关S断开，下列对于S断开后各元件说法中正确的是（　　） A. 灯泡A1突然熄灭 B. 灯泡A1先闪亮一下再逐渐熄灭 C. 灯泡A2逐渐熄灭 D. 灯泡A3逐渐熄灭 【答案】C 【解析】 【详解】电路稳定时，因电感的直流电阻和灯泡电阻相等，可知通过L以及A2的电流等于通过A1电流的一半；S断开后灯泡A3立即熄灭，由于线圈中产生自感电动势阻碍电流减小，此时L相当电源，在A2和A1中重新形成新的回路，则A1和A2都逐渐熄灭，因通过A1的电流小于A1原来的电流，可知灯泡A1不会闪亮一下。 故选C。 6. 如图所示，水平虚线上方有垂直纸面向外的匀强磁场，下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小相等。直线为磁场左侧边界，右侧及上下范围足够大。一带正电粒子从P点进入磁场，速度大小为v，方向垂直于，第一次到达时速度方向与垂直。若要求该粒子仍从P点垂直于出发但不从左侧边界离开磁场，不计粒子重力。则粒子速度的最小值为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】根据洛伦兹力提供向心力 设，粒子第一次到达MN时速度方向与MN垂直可知 解得 若要求该粒子仍从P点垂直于PQ出发但不从左侧边界离开磁场，则粒子运动轨迹如图所示 设粒子此时做圆周运动的半径为，根据几何关系可得 根据洛伦兹力提供向心力 联立解得粒子速度的最小值为 故选A。 7. 空间中存在方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场，一个不计重力的带电粒子以某一初速度在该空间中做匀速直线运动。某时刻，粒子运动至P点处，此时撤掉空间中的电场，经过一段时间后，粒子的速度第一次与P点相反，此时恢复原来的电场，又经过相同的时间后，粒子到达Q点处。则线段PQ与粒子的初速度方向夹角的正切值为（　　） A. B. 1 C. D. 【答案】D 【解析】 【详解】粒子受到电场力与洛伦兹力做匀速直线运动，电场力与洛伦兹力平衡，则速度方向与电场力方向垂直，令速度方向水平向右，某时刻，粒子运动至P点处，此时撤掉空间中的电场，粒子的速度第一次与P点相反，此时粒子做匀速圆周运动轨迹恰好为半个圆周 对粒子，洛伦兹力提供向心力有 运动周期 变形整理解得， 粒子在磁场中运动的时间为 此时恢复原来的电场，粒子速度与初速度相反，此时洛伦兹力方向与电场力方向相同，将该速度v分解为向右的v和向左的2v，则向右的分速度v对应的洛伦兹力与电场力平衡，该分运动为向右的匀速直线运动，向左的分速度2v对应匀速圆周运动 同理有 运动周期 解得， 由此可知，又经过相同的时间后，上述过程，粒子向右分运动的位移 粒子另一个分运动做匀速圆周运动，其恰好经历半个圆周，令线段PQ与粒子的初速度方向夹角为，则有 解得，ABC错误，故D正确。 故选D。 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的选项中，有多个选项符合要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 8. 下列科技成果应用了电磁感应原理的是（　　） A. 发电站通过变压器实现变压和电能的输送 B. 回旋加速器使带电粒子做回旋运动而加速 C. 真空冶炼炉外的线圈通入高频交变电流，使炉内的金属熔化 D. 无线电台利用LC电路形成振荡电流，从而发射电磁波 【答案】ACD 【解析】 【详解】A．发电站通过变压器实现变压和电能的输送应用了电磁感应原理，故A正确； B．回旋加速器使带电粒子做回旋运动而加速，是利用带电粒子在磁场中运动时受洛伦兹力而做圆周运动，在电场中运动时被电场加速的原理，没有应用电磁感应原理，故B错误； C．真空冶炼炉能在真空环境下，利用电磁感应原理，使炉内的金属产生涡流，根据电流的热效应，会使金属大量发热而熔化，从而炼化金属，故C正确； D．无线电台利用LC电路形成振荡电流，变化的磁场和变化的电场之间相互转化，应用了电磁感应原理，故D正确。 故选ACD。 9. 一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器升压后向远方输电，输电线路总电阻，到目的地经变压器降压，负载为多个正常发光的灯泡、。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的，变压器和的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则　　 A. 原、副线圈电流分别为和20A B. 原、副线圈电压分别为和220V C. 和的变压比分别为1：50和40：1 D. 有盏灯泡、正常发光 【答案】AB 【解析】 【详解】A．由可得升压变压器输入电流为 由 得升压变压器的输出电流为 故A正确； B．由 得 根据 得升压变压器的输出电压为 输电线上的电压损失为 降压变压器的输入电压 用户得到的电压即为降压变压器的输出电压 故B正确； C．降压变压器匝数比 故 C错误； D．用户得到的功率 可供灯泡正常发光的盏数 盏 故D错误。 故选AB。 【点睛】本题考查远距离输电中的能量损失及功率公式的应用，要注意功率公式中P=UI中的电压U应为输电电压，不是发电机的输出电压．本题突破点是由输电线上的损失功率，从而算出电线上的电流． 10. 如图，两平行光滑金属长导轨固定在水平面上，间距为L0。导轨间有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。相同材质的金属棒a、b相隔一段距离垂直于导轨平行放置，质量分别为m，2m，长度均为L，a棒的电阻为R，导轨电阻可忽略。最初a棒可自由滑动，b棒被固定在导轨上。现给a棒一个水平向右的初速度va = v0，a棒向右减速滑动。当a棒速度减为0时，解除b棒的固定并同时给b棒一个向右的初速度vb，又经足够长时间后，a、b间距离不变且与最初相等，且上述过程中a、b没有相碰。下列说法正确的是（　　） A. B. 整个过程中b棒中产生的电热为 C. 整个过程中b棒中产生的电热为 D. 整个过程中通过b棒横截面的电荷量为0 【答案】ACD 【解析】 【详解】材料相同的a和b质量分别为m、2m，长度均为L，a棒的电阻为R，根据m = ρSL可知，b的横截面积为a的2倍，根据电阻定律可知，b的电阻为0.5R。 A．b棒被固定在导轨上，对a分析，取向右为正方向，根据动量定理可得 给b棒一个向右的初速度vb后，设二者达到的共同速度为v，取向右为正方向，对a根据动量定理可得 最后a、b间距离不变且与最初相等，则有 联立解得 取向右为正方向，对b根据动量定理可得 解得 故A正确； BC．第一个过程中b棒产生的电热为 第二个过程中b棒产生的电热为 解得 整个过程中b棒中产生的电热为 解得 故B错误，C正确； D．最后a、b间距离不变且与最初相等，磁通量变化为零，根据电荷量的计算公式可得 故D正确。 故选ACD。 三、非选择题：共54分。考生根据要求作答。 11. 某同学在物理实验室找到一个热敏电阻（图中符号TC），想研究其电阻随温度变化的关系。按照下图连接了实验器材，图中为定值电阻，电压表视为理想电压表。 （1）为了使热敏电阻两端的电压可从零开始调节，请在图中添加一根导线改进该实验_____。 （2）正确添加导线后，闭合开关，将滑动变阻器R的滑片调至适当位置，读出并记录两电压表，的示数，。则热敏电阻的阻值可以表示为__________（用、、表示） （3）该同学查阅相关资料，发现热敏电阻分为正温度系数电阻（阻值随温度升高而增大）和负温度系数电阻（阻值随温度升高而减小）两种，同时了解温度一定时流过热敏电阻的电流大小也会影响电阻值。为了判断该热敏电阻的种类，用控温箱升高热敏电阻的温度后，该同学应采取的实验步骤及判断方法是____________________。 【答案】（1） （2） （3）调节滑动变阻器阻值，使电压表示数与之前相同，若示数变大，则为正温度系数电阻，反之则为负温度系数电阻。 【解析】 【小问1详解】 为了使热敏电阻两端的电压可从零开始调节，滑动变阻器用分压式接法，如图所示 【小问2详解】 由欧姆定律，通过热敏电阻的电流大小为 热敏电阻大小为 联立解得 【小问3详解】 调节滑动变阻器阻值，使电压表示数与之前相同，若示数变大，则为正温度系数电阻，反之则为负温度系数电阻。 12. 某同学学习多用电表原理和使用方法后，设计了一个有两个挡位（，）的欧姆表，原理电路如图： 使用的器材有： 直流电源（电动势，内阻可忽略）； 电阻箱R（量程）； 电流表A（量程，内阻）； 滑动变阻器（最大阻值）； 红黑表笔各一个，导线若干。 回答下列问题： （1）按照多用电表的使用原则，表笔a应为__________（填“红”或“黑”）表笔。 （2）使用欧姆表的档测量电阻时，若发现电流表指针偏转幅度__________（填“偏大”或“偏小”），则应换成档。 （3）若滑动变阻器的滑片移动至M，N两点处时刚好对应欧姆表的两个挡位，则M处应为__________（填“”，或“”）档。 （4）该同学想把该欧姆表的档内阻设计为，且电流表满偏时对应的欧姆表刻度为0。则他应首先调节电阻箱的阻值为__________，然后将红黑表笔短接，调节滑动变阻器的滑片，使__________，此时变阻器滑片左侧的电阻值为__________。 【答案】（1）黑 （2）偏小 （3）×10 （4） ①. 75 ②. 电流表满偏 ③. 50 【解析】 【小问1详解】 按照多用电表的使用原则，黑表笔接内部电源的高电势端，故表笔a应为黑表笔。 【小问2详解】 使用欧姆表的×1挡测量电阻时，若发现电流表指针偏转幅度偏小，说明待测电阻较大，则应换成×10档。 【小问3详解】 若滑动变阻器的滑片移动至M，N两点处时刚好对应欧姆表的两个挡位，根据电流表的改装原理可知，M处对应的量程较小；则M处应为×10挡。 小问4详解】 [1][2][3]该同学想把该欧姆表的×10挡内阻设计为150Ω，且电流表满偏时对应的欧姆表刻度为0，此时电路中的电流为 设变阻器滑片左侧的电阻值为R1，根据电表改装原理可知 解得 R1=50Ω 并联总电阻为 电阻箱的阻值为 R2=R内-R并 解得 R2=75Ω 13. 如图所示，理想变压器的原线圈左端接一有效值为的正弦式交流电源，定值电阻，副线圈接有阻值为的定值电阻和一个滑动变阻器R（最大阻值），现电路正常工作，两块理想交流电流表的示数为，的示数为。求： （1）变压器原副线圈的匝数比k； （2）调节滑动变阻器，求副线圈负载的总电功率最大时滑动变阻器的阻值Rm（结果保留至小数点后两位）。 【答案】（1） （2） 【解析】 【小问1详解】 副线圈两端电压为 原线圈两端电压为 变压器原副线圈的匝数比 【小问2详解】 副线圈负载的总电功率等于原线圈的功率，则有 当 时，副线圈负载的总电功率最大，此时流过副线圈的电流为 副线圈两端的电压为 根据闭合电路的欧姆定律 解得此时滑动变阻器的阻值为 14. 一种电磁分析仪的原理简化图如图所示，在挡板MN左侧的区域内存在垂直于纸平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在挡板MN上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端的距离为2d。较窄的缝正对着一个板间距为d且足够长的速度选择器，C板电势高于D板电势，板间电压恒定，但可调节。板间还有垂直纸面、磁感应强度大小也为B的匀强磁场（图中未画出）。在速度选择器右侧的直角三角形区域OPQ范围内有垂直纸面向里的匀强磁场，PQ边与C板共线，，，过O点平行于PQ放置有一足够长粒子接收屏，右图是其局部放大图。大量质量为m，带电量绝对值为q的粒子（不计重力和相互间的作用）以不同的速度在纸平面内从宽度为2d的缝垂直于边界进入磁场，部分粒子能从较窄的缝射出且水平穿过速度选择器。求： （1）粒子的电性及速度选择器中磁场的方向； （2）调节CD板间电压U，使PO边任一点都有粒子到达，且速度尽量大。求U； （3）接（2），到达P处的粒子经右侧磁场偏转后击中粒子接收屏上的S点（图中未画出），线段OS的长度恰好为粒子在右侧磁场中运动的轨道半径。求右侧磁场中的磁感应强度。 【答案】（1）粒子带负电，磁场方向垂直纸面向里 （2） （3）或 【解析】 【小问1详解】 粒子要从2d缝进入磁场，根据左手定则，可知粒子带负电；在速度选择器中，C板电势高于D板电势，粒子受到电场力方向竖直向上，则粒子要水平穿过速度选择器，可知粒子受到的洛伦兹力方向竖直向下，根据左手定则判断知磁场方向垂直纸面向里。 【小问2详解】 依题意，从窄缝最上方射出的粒子，半径在之间，从窄缝最下方射出的粒子，半径在之间，所以要使PO边任意一点都有粒子到达且速度尽量大，到达粒子的半径应为 根据 且粒子水平穿过速度选择器，有 联立可得 【小问3详解】 情况1：粒子的运动轨迹如图1所示 设粒子在中的半径为，由几何关系得 求得 情况2：粒子运动轨迹如图2所示 由几何关系得，与全等，，，且 解得 根据 联立求得 15. 如图所示，水平地面上竖直放置一个边长为，质量，总电阻为的正方形单匝导体框MNPQ，竖直面内存在两个矩形匀强磁场区域abcd和efgh，宽度均为3L且足够高，磁感应强度大小均为，方向均垂直纸面向里，cd水平且在地面以下，gh水平且与地面相距L，bc与eh的水平距离为2L。导体框的MQ边刚好和ad重合。对导体框施加一个水平向右的拉力，使导体框由静止开始做加速度大小为的匀加速运动，直至导体框恰好离开磁场区域abcd，之后令其做匀速直线运动。已知重力加速度为，导体框平面始终与磁场垂直，导体框与地面的动摩擦因数为，。求： （1）导体框的NP边刚离开bc边时，拉力的大小； （2）导体框从开始运动到恰好离开磁场区域abcd的过程中，拉力冲量IF的大小； （3）导体框从开始运动至NP边到达fg边的过程中与地面摩擦产生的热量Q。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 设导体框的NP边刚离开bc边时的速度为，根据牛顿第二定律可得 结合欧姆定律可得 由运动学公式可得 联立解得 【小问2详解】 设导体框从开始运动到恰好离开磁场区域abcd的过程所用时间为，末速度为，由动量定理可得 根据运动学公式可得 由欧姆定律可得 联立解得 【小问3详解】 导体框从开始运动到进入磁场efgh区域之前，竖直方向上所受安培力的合力为0，所以地面对导体框的支持力等于重力，导体框与地面的摩擦产生的热量 当NP边开始匀速进入磁场efgh区域时，设此时刻后导体框位移的大小为x，此过程产生的电流大小为 当时，导体框竖直方向受力平衡，地面对导体框的支持力为 当时，回路无感应电流不受安培力的作用。地面对导体框的摩擦力为 当时 当时 故阶段导体框与地面摩擦产生的热量 导体框从开始运动至NP边到达fg边的过程中与地面摩擦产生的热量 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$