精品解析：辽宁省大连二十四中、八中、省实验、东北育才、鞍山一中五校联考2024-2025学年高二下学期期末物理试卷

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 B. C. D. 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平行于纸面放置，，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。则两点间的电势差为（　　）。 A. B. C. 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，在铝环处产生沿径向向外的磁场，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. 保持不变，增大 B. 保持不变，增大 C. 保持不变，减小 D. 保持不变，减小 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，磁感应强度大小为。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. B. C. 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. 灯泡突然熄灭 B. 灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭 C. 灯泡逐渐熄灭 D. 灯泡逐渐熄灭 6. 如图所示，水平虚线上方有垂直纸面向外匀强磁场，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4 000kW，电压为4000 V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R＝1kΩ。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V、60W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则(　　) A. T1原、副线圈电流分别为103A和20A B. T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220V C. T1和T2的变压比分别为1:50和40:1 D. 有6×104盏灯泡(220V、60W)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L。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、，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，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，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×1挡测量电阻时，若发现电流表指针偏转幅度__________（填“偏大”或“偏小”），则应换成×10挡。 （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“×1”，或“×10”）挡。 （4）该同学想把该欧姆表的×10挡内阻设计为，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（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左图所示，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，OP = d，∠POQ = 60°，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Bx。 15. 如图所示，水平地面上竖直放置一个边长为2L = 0.2 m、质量m = 0.8 kg、总电阻为R = 1 × 10−4 Ω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B = 0.1 T，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a = 0.6 m/s2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g = 10 m/s2，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μ = 0.1，。求： （1）导体框的NP边刚离开bc边时，拉力的大小F0； （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. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】由题意可知，电阻所接交变电流的峰值为 所以，该交变电流的有效值为 由电压表达式可知周期为 所以，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平行于纸面放置，，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。则两点间的电势差为（　　）。 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】该金属棒以速度v垂直于纸面向里运动时，只有ab部分切割磁感线，由右手定则可知a点电势低于b点，b点电势等于c点电势，则 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，在铝环处产生沿径向向外的磁场，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. 保持不变，增大 B. 保持不变，增大 C. 保持不变，减小 D. 保持不变，减小 【答案】B 【解析】 【详解】在铝环处产生沿径向向外的磁场，想让铝环跳起来，则铝环受到的安培力方向向上，根据左手定则可知，铝环内产生的感应电流方向沿顺时针方向。根据安培定则，铝环内产生的感应磁场方向向下，由楞次定律“增反减同”可知，感应磁场方向与铁芯处原磁场方向相反，则磁通量必定增强，即增大，故ACD错误，B正确。 故选B。 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，磁感应强度大小为。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. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】设金属框匀速运动的速度大小为v，整个过程金属框中的电流不变，感应电动势不变，则有 其中 ， 解得 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. 灯泡突然熄灭 B. 灯泡先闪亮一下再逐渐熄灭 C. 灯泡逐渐熄灭 D. 灯泡逐渐熄灭 【答案】C 【解析】 【详解】三个灯泡完全相同，线圈直流电阻和灯泡电阻相等，可知闭合S稳定后，流过灯泡A1的电流比灯泡A2流过的电流大。某时刻将开关S断开，灯泡A3立即熄灭，而线圈的自感电动势阻碍电流减小，线圈相当于电源，与灯泡A1、灯泡A2重新形成回路，使得灯泡A1、灯泡A2都慢慢熄灭，但都不会闪亮。 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，则有 ， 解得 ， 粒子运动时间 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，则有 ， 解得 ， 可知，又经过相同的时间后，上述过程，粒子向右的分运动的分位移为 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 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，变压器中原副线圈通过电磁感应原理传递电能，选项A正确； B．回旋加速器使带电粒子在D型盒狭缝中的电场中被加速，在磁场中做匀速圆周运动，选项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电路形成振荡电流过程中，根据电磁感应原理，通过变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场，从而产生电磁波发射出去，选项D正确。 故选ACD。 9. 一台发电机最大输出功率为4 000kW，电压为4000 V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R＝1kΩ。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220V、60W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则(　　) A. T1原、副线圈电流分别为103A和20A B. T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220V C. T1和T2的变压比分别为1:50和40:1 D. 有6×104盏灯泡(220V、60W)正常发光 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．对于原线圈回路，根据 解得 I1＝103 A 对于副线圈回路，输电线上消耗的功率 解得 I2＝20 A 故A正确； B．根据T1原副线圈两端的功率不变，则有 解得 U2＝2×105 V 输电线上损失电压 U线＝I2R＝2×104 V 则T2原线圈的输入电压 U3＝U2－U线＝1.8×105 V 又灯泡正常发光，T2的副线圈的电压为220 V，故B正确； C．T1的变压比 T2的变压比 故C错误； D．根据T2原副线圈功率不变，则有 U3I2＝60n 解得 n＝6×104盏 故D正确。 故选ABD。 10. 如图，两平行光滑金属长导轨固定在水平面上，间距为L。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、，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，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，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： 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×1挡测量电阻时，若发现电流表指针偏转幅度__________（填“偏大”或“偏小”），则应换成×10挡。 （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“×1”，或“×10”）挡。 （4）该同学想把该欧姆表的×10挡内阻设计为，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. 75 【解析】 【小问1详解】 多用电表电流满足“红进黑出”，故黑表笔接表内电池的正极，所以左端电源正极处应接黑表笔，即表笔a应为黑表笔。 【小问2详解】 使用欧姆表的×1挡测量电阻时，若应换成×10挡说明所测电阻较大，即指针偏角较小。 【小问3详解】 若滑动变阻器滑片移动至M点时，欧姆表的内阻较大，则外接相同的电阻时，电路中的电流较小，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，又因为此时电流表满偏，所以 则变阻器滑片右侧电阻的电流为 根据串并联电流关系可知，电流表和变阻器滑片左侧的电阻值之和与变阻器滑片右侧电阻的关系为 解得 电流表与滑动变阻器并联后的总电阻为 则电阻箱的阻值为 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（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 原线圈两端电压 所以变压器原副线圈的匝数比 【小问2详解】 副线圈负载的功率等于原线圈的功率 所以当 时，P最大。此时流过副线圈的电流为 副线圈两端电压为 所以滑动变阻器的阻值为 14. 一种电磁分析仪的原理简化图如左图所示，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，OP = d，∠POQ = 60°，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Bx。 【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】 挡板MN左侧，粒子向上偏转，由左手定则可知粒子带负电。带负电粒子在速度选择器中受到的静电力向上，要能通过速度选择器，洛伦兹力与静电力平衡，故带负电粒子所受洛伦兹力竖直向下，负电粒子运动方向自左向右，故速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里。 【小问2详解】 从窄缝最上方射出的粒子，半径在1.5d ~ 2.5d之间，从窄缝最下方射出的粒子，半径在d ~ 2d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2d，有 所以 【小问3详解】 情况1：粒子的轨迹如图所示 设粒子在Bx中的半径为r，由几何关系得 所以 情况2：粒子的轨迹如图所示 由几何关系得，三角形△OO′b与三角形△aSb全等，则 ， 解得 所以 15. 如图所示，水平地面上竖直放置一个边长为2L = 0.2 m、质量m = 0.8 kg、总电阻为R = 1 × 10−4 Ω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B = 0.1 T，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a = 0.6 m/s2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g = 10 m/s2，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μ = 0.1，。求： （1）导体框的NP边刚离开bc边时，拉力的大小F0； （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）2.64 N （2）2.08 N⋅s （3）0.492 J 【解析】 【小问1详解】 根据牛顿第二定律，可得 根据已知条件，可得 设导体框的NP边刚离开bc边时的速度为v0，则有 可知，导体框的NP边刚离开bc边时，导体框所受的安培力 联立解得 小问2详解】 根据动量定理可得 设导体框恰好离开磁场区域abcd时的速度为v1，则有 可知，从开始运动到恰好离开磁场区域abcd所用的时间为 从开始运动到恰好离开磁场区域abcd，摩擦力冲量的大小为 导体框在磁场区域abcd内运动时不受安培力，出磁场区域时受到安培力作用，方向水平向左。设从导体框的NP边刚离开bc边到MQ边刚离开bc边用时为t1，则 可知，导体框从开始运动到恰好离开磁场区域abcd的过程中，安培力冲量的大小为 联立解得，导体框从开始运动到恰好离开磁场区域abcd的过程中，拉力冲量的大小 【小问3详解】 导体框从开始运动到进入磁场efgh区域之前，地面对导体框的支持力大小等于mg，导体框与地面的摩擦产生的热量为 当NP边开始匀速进入磁场efgh区域时，设此时刻后导体框的位移大小为x，此过程产生的电流大小为 当0 ≤ x < 2L时，导体框竖直方向受力平衡，地面对导体框的支持力满足 地面对导体框的摩擦力为 当x = 0时，f1′ = 0.8 N；当x = 2L时，f2′ = 0.92 N，则这段运动过程中的平均摩擦力为 当2L ≤ x ≤ 3L时，回路无感应电流，所以地面对导体框的支持力大小等于mg，摩擦力为 因此，在0 ≤ x ≤ 3L阶段，导体框与地面摩擦产生的热量为 所以导体框从开始运动到NP边到达fg边的过程中与地面摩擦产生的总热量为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $