精品解析：北京市中关村中学2022-2023学年高二上学期期中物理试题

北京市中关村中学2022--2023学年第一学期期物理练习 高二物理 本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。 考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将答题卡交回。 第一部分 一、单选题，共10题，每题3分，共30分。在四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 在恒定的匀强磁场中固定一根通电直导线，导线的方向与磁场方向垂直，如图反映的是这根导线受到的磁场力大小F与通过导线的电流I之间的关系，M、N两点各对应一组F、I的数据，其中可能正确的是（　　） A. B. C. D. 2. 有I、II两根不同材料的电阻丝，长度之比为L1：L2=1：5，横截面积之比为S1：S2=2：3，电阻之比为R1：R2=2：5，则它们的电阻率之比为（　　） A. 2：3 B. 3：4 C. 4：3 D. 8：3 3. 关于电功W和电热Q的说法正确的是（　　） A. 在任何电路中都有、且 B. 在任何电路中都有、，但W不一定等于Q C. 、均只有在纯电阻电路中才成立 D. 不能计算电路生成热量，可以计算电路生成的热量 4. 通电矩形导线框与无限长通电直导线在同一平面内，电流方向如图所示，边与平行。关于中电流产生的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是（　　） A. 线框有两条边所受到的安培力方向相同 B. 线框有两条边所受到的安培力大小相同 C. 整个线框有向里收缩的趋势 D. 若导线向左微移，各边受力将变小，但合力不变 5. 现有规格为“220V，36W”的排气扇，如图所示，排气扇电动机的线圈电阻为40Ω，当正常工作时，排气扇的（　　） A. 通电电流计算式为 B. 输出功率计算式为 C. 发热功率计算式为 D. 电功率大于36W 6. 如图所示，当开关S闭合后，小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知电源电动势为E，内阻为r，指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，则（　　） A. 电动机的额定电压为IR B. 电动机的输出功率为IE﹣I2R C. 电源的输出功率为IE﹣I2r D. 整个电路的热功率为I2（R0+R） 7. 如图所示的电路中，电源的电动势为E内电阻为r。闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，下列结论正确的是（ ） A. 电容器C上的电荷量增加 B. 电源的总功率变小 C. 电压表读数变大 D. 电流表读数变大 8. 测定一节蓄电池的内阻r比较小，为了实验的方便，电路中串联了一个定值电阻R0。采用如图所示电路测量电动势和内阻，产生系统误差的主要原因是（　　） A. 电压表的分流作用 B. 电流表的分流作用 C. 电流表的分压作用 D. 电压表的分压作用 9. 利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表。下列说法正确的是（ ） A. 充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定 B. 充电过程中，电压表示数迅速增大后趋于稳定 C. 放电过程中，电流表的示数均匀减小至零 D. 放电过程中，电压表的示数均匀减小至零 10. 如图所示，电流表A的量程为，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02A；的阻值等于电流表内阻的；的阻值等于电流表内阻的3倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是（　　） A. 将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04A B. 将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02A C. 将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06A D. 将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01A 二、多选题，本部分共4题，每题3分，共12分。少选得2分，错选0分。 11. 如图所示的电路中，闭合开关S后，电流表的示数为0.20A，已知电源内阻，电阻，电流表和电压表均视为理想电表，下列说法正确的是（　　） A. 电压表的示数为1.8V B. 电源的电动势为1.8V C. 电阻R的电功率为0.4W D. 电路消耗的总功率为0.4W 12. 如图所示，置于水平面上的两根金属导轨间距为L，分别与电源正、负极相连，导体棒放在导轨上且与导轨垂直，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒，且与导轨平面夹角为，已知回路中电流为I，导体棒始处于静止状态，关于导体棒的受力情况，下列说法正确的是（　　） A. 安培力大小为0 B. 安培力大小为 C. 静摩擦力大小为 D. 静摩擦力大小为 13. 如图所示，在一个圆形区域内有垂直于圆平面匀强磁场，现有两个质量相等、所带电荷量大小也相等的带电粒子a和b，先后以不同的速率从圆边沿的A点对准圆形区域的圆心O射入圆形磁场区域，它们穿过磁场区域的运动轨迹如图所示。粒子之间的相互作用力及所受重力和空气阻力均可忽略不计，下列说法中正确的是 A. a、b两粒子所带电荷的电性一定不同 B. 射入圆形磁场区域时a粒子的速率较大 C. 穿过磁场区域的过程洛伦兹力对a做功较多 D. 穿过磁场区域的过程a粒子运动的时间较长 14. 图甲是某实验小组同学通过实验作出的电源E的路端电压U与电流I的关系图像，图乙是该实验小组的同学通过实验作出的小灯泡L的图像。下列说法中正确的是（　　） A. 电源E的电动势约为 B. 电源E的内阻约为 C. 电源E的路端电压为时，电源效率约为50% D. 将小灯泡L接在电源E两端组成闭合回路，此时小灯泡消耗的功率约为 第二部分 三、实验题，共2小题，共20分。 15. 某实验小组在利用实验室提供的器材测量一种金属电阻丝的电阻率时，先用多用电表欧姆挡粗测了金属电阻丝的阻值，所使用的多用电表欧姆挡共有“”“”“”“”四个挡。实验小组的主要操作步骤有如下三步：[请填写第(2)步操作] (1)将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”、“-”插孔，选择“”倍率的欧姆挡； (2)___________； (3)把红、黑表笔分别与金属电阻丝的两端相接，表针指在如图中虚线①的位置。为了能获得更准确的测量数据，应将倍率调整到欧姆挡___________的挡位；在一系列正确操作后表针指在如图中虚线②的位置，则该金属电阻丝阻值的测量值是___________； 16. 在“测量金属丝的电阻率”的实验中，实验小组的同学测量一段阻值约为5Ω、粗细均匀金属丝的电阻率。 （1）用螺旋测微器分别在三个不同的位置测量金属丝的直径，某次示数如图甲所示，该次测量值为________mm。 （2）实验小组的同学采用图乙所示的电路图，用伏安法测金属丝的电阻Rx，现有电源（电动势为3.0V，内阻可忽略不计），开关和导线若干，以及下列器材： A．电压表V1（量程0~3V，内阻约3kΩ） B．电压表V2（量程0~15V，内阻约15kΩ） C．电流表A1（量程0~3A，内阻约0.025Ω） D．电流表A2（量程0~0.6A，内阻约0.125Ω） E．滑动变阻器R1（0~5Ω，3A） F．滑动变阻器R2（0~1000Ω，0.5A） ①为减小测量误差，在实验中，电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。（选填各器材前的字母） ②图丙是测量Rx实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据图乙的电路图，补充完成图丙中实物间的连线________。 （3）测量出金属丝直径为d，长度为L，电压表示数为U，电流表示数为I，则该金属丝电阻率测量值的表达式=________。考虑电流表和电压表内阻引起的误差，该测量值________真实值（选填“大于”或“小于”）。 四、本题包括4小题，共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 17. 如图所示，两光滑平行金属导轨固定在倾角为的同一斜面内，间距为L，其下端有内阻为r的电源，整个装置处在垂直导轨平面向下，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一质量为m、长度为L、电阻为R的导体棒ab垂直导轨放置在导轨上，接触良好，且保持静止状态。不计导轨电阻。已知重力加速度为g。求： （1）导体棒所受安培力F的大小和方向； （2）电路中的电流大小； （3）电源的电动势E。 18. 如图所示，质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，不计带电粒子所受重力： （1）求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T； （2）为使该粒子做匀速直线运动，还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场，求电场强度E的大小。 19. 如图所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电．改变变阻器R的阻值，路端电压U与电流I均随之变化． （1）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义． （2）a．请在图2画好的U-I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率； b．请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件． 20. 对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e、质量为m。 （1）当该导线通有恒定的电流I时： ①请根据电流的定义，推导出导线中自由电子定向移动的速率v； ②经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k。请根据以上的描述构建物理模型，推导出比例系数k的表达式。 （2）将上述导线弯成一个闭合圆线圈，若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴匀速率转动，线圈中不会有电流通过，若线圈转动的线速度大小发生变化，线圈中会有电流通过，这个现象首先由斯泰瓦和托尔曼在1917年发现，被称为斯泰瓦—托尔曼效应。这一现象可解释为：当线圈转动的线速度大小均匀变化时，由于惯性，自由电子与线圈中的金属离子间产生定向的相对运动。取线圈为参照物，金属离子相对静止，由于惯性影响，可认为线圈中的自由电子受到一个大小不变、方向始终沿线圈切线方向的力，该力的作用相当于非静电力的作用。 已知某次此线圈匀加速转动过程中，该切线方向的力的大小恒为F。根据上述模型回答下列问题： ① 求一个电子沿线圈运动一圈，该切线方向的力F做功的大小； ② 推导该圆线圈中的电流 的表达式。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 北京市中关村中学2022--2023学年第一学期期物理练习 高二物理 本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。 考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将答题卡交回。 第一部分 一、单选题，共10题，每题3分，共30分。在四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 在恒定的匀强磁场中固定一根通电直导线，导线的方向与磁场方向垂直，如图反映的是这根导线受到的磁场力大小F与通过导线的电流I之间的关系，M、N两点各对应一组F、I的数据，其中可能正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】根据 F=BLI 可知F-I图像为过原点的直线。 故选C。 2. 有I、II两根不同材料的电阻丝，长度之比为L1：L2=1：5，横截面积之比为S1：S2=2：3，电阻之比为R1：R2=2：5，则它们的电阻率之比为（　　） A. 2：3 B. 3：4 C. 4：3 D. 8：3 【答案】C 【解析】 【详解】根据 解得 则 故选C。 3. 关于电功W和电热Q的说法正确的是（　　） A. 在任何电路中都有、且 B. 在任何电路中都有、，但W不一定等于Q C. 、均只有在纯电阻电路中才成立 D. 不能计算电路生成的热量，可以计算电路生成的热量 【答案】B 【解析】 【详解】A．在任何电路中，电功公式和电热公式均成立，但仅在纯电阻电路中成立。非纯电阻电路中，故A错误； B．在任何电路中，和均成立，但是否等于取决于电路是否为纯电阻电路。此说法正确，故B正确； C．和的适用性不依赖于电路是否为纯电阻，只有在纯电阻电路两者才相等，故C错误； D．在纯电阻电路中，可计算热量；而能计算任何电路生成的热量，故D错误。 故选B。 4. 通电矩形导线框与无限长通电直导线在同一平面内，电流方向如图所示，边与平行。关于中电流产生的磁场对线框的作用，下列叙述中正确的是（　　） A. 线框有两条边所受到的安培力方向相同 B. 线框有两条边所受到的安培力大小相同 C. 整个线框有向里收缩的趋势 D. 若导线向左微移，各边受力将变小，但合力不变 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】ABC．直导线中的电流方向向上，根据安培定则，导线右侧区域磁感应强度方向向内，根据左手定则，ad边受向左的安培力，bc边受到向右的安培力，ab边受到向下的安培力，cd受到向上的安培力，方向全不同， ab和cd两边电流相等，而所在位置的磁场相同，ab和cd两边受到的安培力大小相等，距离导线越近磁场越强，则ad边受向左的安培力大于bc边受到向右的安培力，整个线框有向外扩张的趋势，AC错误，B正确； D．若导线向左微移，则线框各边所在处磁感应强度均减小，但ad边所在处减小得更多，故各边受安培力均变小，线框所受向左的合力变小，D错误。 故选B。 5. 现有规格为“220V，36W”的排气扇，如图所示，排气扇电动机的线圈电阻为40Ω，当正常工作时，排气扇的（　　） A. 通电电流计算式为 B. 输出功率计算式为 C. 发热功率计算式为 D. 电功率大于36W 【答案】C 【解析】 【详解】A．电动机正常工作时为非纯电阻电路，不能直接根据计算通电电流。通电电流计算式 故A错误； B．不是纯电阻电路，故，故输出功率的计算式为 故B错误； C．发热功率计算式为 故C正确； D．正常工作时的电功率为额定功率，为，故D错误。 故选C。 6. 如图所示，当开关S闭合后，小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知电源电动势为E，内阻为r，指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，则（　　） A. 电动机的额定电压为IR B. 电动机的输出功率为IE﹣I2R C. 电源的输出功率为IE﹣I2r D. 整个电路的热功率为I2（R0+R） 【答案】C 【解析】 【详解】AB．电动机不是纯电阻，不能满足欧姆定律；电动机的电压为 电动机的输出功率为 故AB错误。 C．电源的输出功率为 故C正确； D．整个电路的热功率为 故D错误。 故选C。 7. 如图所示的电路中，电源的电动势为E内电阻为r。闭合开关S，在滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中，下列结论正确的是（ ） A. 电容器C上的电荷量增加 B. 电源的总功率变小 C. 电压表读数变大 D. 电流表读数变大 【答案】D 【解析】 【详解】A．与变阻器并联的电容器两端电压变小，电容不变，则由知电容器C上电荷量减小，故A错误； B．电源的总功率，与电流的大小成正比，则知电源的总功率变大，故B错误； CD．当滑片向左滑动的过程中，其有效阻值变小，所以根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流变大，电源的内电压变大，路端电压变小，则电流表读数变大，电压表读数变小，故C错误，D正确。 故选D。 8. 测定一节蓄电池的内阻r比较小，为了实验的方便，电路中串联了一个定值电阻R0。采用如图所示电路测量电动势和内阻，产生系统误差的主要原因是（　　） A. 电压表的分流作用 B. 电流表的分流作用 C. 电流表的分压作用 D. 电压表的分压作用 【答案】A 【解析】 【详解】由电路图可知，根据闭合电路欧姆定律 解得 由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比实际的电路总电流小，从而造成实验误差，故A正确，B、C、D错误。 故选A。 9. 利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表。下列说法正确的是（ ） A. 充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定 B. 充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定 C. 放电过程中，电流表的示数均匀减小至零 D. 放电过程中，电压表示数均匀减小至零 【答案】B 【解析】 【详解】A．电容器充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电路中的电流逐渐减小，电容器充电结束后，电流表示数为零，故A错误； B．电容器充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电压表测量电容器两端的电压，电容器两端的电压迅速增大，电容器充电结束后，最后趋于稳定，故B正确； CD．电容器放电过程中，两极板间的电荷量越来越少，电压越来越小，电荷所受电场力越来小，则其移动的速度越来越小，故电流越来越小，所以电压表、电流表的示数都是不均匀减小至零，故CD错误。 故选B。 10. 如图所示，电流表A的量程为，表盘均匀划分为30个小格，每一小格表示0.02A；的阻值等于电流表内阻的；的阻值等于电流表内阻的3倍。若用电流表A的表盘刻度表示流过接线柱1的电流值，则下列分析正确的是（　　） A. 将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.04A B. 将接线柱1、2接入电路时，每一小格表示0.02A C. 将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.06A D 将接线柱1、3接入电路时，每一小格表示0.01A 【答案】C 【解析】 【详解】AB．将接线柱1、2接入电路时，电流表A和并联，根据并联电路定律可知，通过的电流为流过电流表电流的2倍，故总电流为 则每一小格表示 故AB错误； CD．将接线柱1、3接入电路时，电流表A和并联，后和串联，对电流表量程无影响，因此每一小格表示0.06A，故C正确，D错误。 故选C。 二、多选题，本部分共4题，每题3分，共12分。少选得2分，错选0分。 11. 如图所示的电路中，闭合开关S后，电流表的示数为0.20A，已知电源内阻，电阻，电流表和电压表均视为理想电表，下列说法正确的是（　　） A. 电压表的示数为1.8V B. 电源的电动势为1.8V C. 电阻R的电功率为0.4W D. 电路消耗的总功率为0.4W 【答案】AD 【解析】 【详解】A．根据欧姆定律 A正确； B．根据闭合电路欧姆定律 解得 B错误； C．电阻R的电功率为 C错误； D．电路消耗的总功率为 D正确。 故选AD。 12. 如图所示，置于水平面上的两根金属导轨间距为L，分别与电源正、负极相连，导体棒放在导轨上且与导轨垂直，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒，且与导轨平面夹角为，已知回路中电流为I，导体棒始处于静止状态，关于导体棒的受力情况，下列说法正确的是（　　） A. 安培力大小为0 B. 安培力大小为 C. 静摩擦力大小为 D. 静摩擦力大小为 【答案】BD 【解析】 【详解】AB．因为B与IL的关系为始终垂直，故安培力为 A错误，B正确； CD．导体棒受力如下图所示 因B与水平方向夹角为，而根据左手定则B与垂直，由几何关系易知与竖直方向夹角为，可得 C错误，D正确。 故选BD。 13. 如图所示，在一个圆形区域内有垂直于圆平面的匀强磁场，现有两个质量相等、所带电荷量大小也相等的带电粒子a和b，先后以不同的速率从圆边沿的A点对准圆形区域的圆心O射入圆形磁场区域，它们穿过磁场区域的运动轨迹如图所示。粒子之间的相互作用力及所受重力和空气阻力均可忽略不计，下列说法中正确的是 A. a、b两粒子所带电荷的电性一定不同 B. 射入圆形磁场区域时a粒子的速率较大 C. 穿过磁场区域的过程洛伦兹力对a做功较多 D. 穿过磁场区域的过程a粒子运动的时间较长 【答案】AD 【解析】 【详解】A．粒子的运动偏转轨迹相反，根据左手定则可知，粒子电性相反，故A正确； B．粒子沿圆形磁场的直径飞入，根据径向对称定圆心如图所示： 可知： 粒子在磁场中，洛伦兹力提供向心力： 解得：，两粒子的质量和电荷量大小相等，所以，故B错误； C．根据左手定则可知洛伦兹力始终与速度垂直，不做功，故C错误； D．粒子在磁场中运动的周期： 圆心角为，在磁场中运动的时间： 两粒子的质量和电荷量大小相等，所以周期相等，因为，所以穿过磁场区域过程中所用时间：，故D正确。 故选AD。 14. 图甲是某实验小组同学通过实验作出的电源E的路端电压U与电流I的关系图像，图乙是该实验小组的同学通过实验作出的小灯泡L的图像。下列说法中正确的是（　　） A. 电源E的电动势约为 B. 电源E的内阻约为 C. 电源E的路端电压为时，电源效率约为50% D. 将小灯泡L接在电源E两端组成闭合回路，此时小灯泡消耗的功率约为 【答案】AD 【解析】 【详解】AB．由闭合电路的欧姆定律，结合电源的图像可知，图像的纵截距表示电动势，斜率表示内阻，可得 故A正确，B错误； C．由电源的路端电压时，电源的效率为 故C错误； D．在小灯泡的图像上作出电源的图像，如图所示 两图像的交点即为工作点，则灯泡的实际功率为 故D正确； 故选AD。 第二部分 三、实验题，共2小题，共20分。 15. 某实验小组在利用实验室提供的器材测量一种金属电阻丝的电阻率时，先用多用电表欧姆挡粗测了金属电阻丝的阻值，所使用的多用电表欧姆挡共有“”“”“”“”四个挡。实验小组的主要操作步骤有如下三步：[请填写第(2)步操作] (1)将红、黑表笔分别插入多用电表的“+”、“-”插孔，选择“”倍率的欧姆挡； (2)___________； (3)把红、黑表笔分别与金属电阻丝的两端相接，表针指在如图中虚线①的位置。为了能获得更准确的测量数据，应将倍率调整到欧姆挡___________的挡位；在一系列正确操作后表针指在如图中虚线②的位置，则该金属电阻丝阻值的测量值是___________； 【答案】 ①. 将红、黑表笔直接接触，调整“欧姆调零旋钮”，使表针指向0。或（将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮进行欧姆调零） ②. ×1 ③. 6.0 【解析】 【详解】(2)[1]将红、黑表笔直接接触，调整“欧姆调零旋钮”，使表针指向0。或（将红、黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮进行欧姆调零） (3)[2]指针偏转角度太大，代表“”倍率的电阻阻值较小，为了指针指向中央附近而减小误差，则应降挡选“”挡； [3]指针所示的数字为6.0，则电阻阻值为 16. 在“测量金属丝的电阻率”的实验中，实验小组的同学测量一段阻值约为5Ω、粗细均匀金属丝的电阻率。 （1）用螺旋测微器分别在三个不同的位置测量金属丝的直径，某次示数如图甲所示，该次测量值为________mm。 （2）实验小组的同学采用图乙所示的电路图，用伏安法测金属丝的电阻Rx，现有电源（电动势为3.0V，内阻可忽略不计），开关和导线若干，以及下列器材： A．电压表V1（量程0~3V，内阻约3kΩ） B．电压表V2（量程0~15V，内阻约15kΩ） C．电流表A1（量程0~3A，内阻约0.025Ω） D．电流表A2（量程0~0.6A，内阻约0.125Ω） E．滑动变阻器R1（0~5Ω，3A） F．滑动变阻器R2（0~1000Ω，0.5A） ①为减小测量误差，在实验中，电压表应选用________，电流表应选用________，滑动变阻器应选用________。（选填各器材前的字母） ②图丙是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据图乙的电路图，补充完成图丙中实物间的连线________。 （3）测量出金属丝直径为d，长度为L，电压表示数为U，电流表示数为I，则该金属丝电阻率测量值的表达式=________。考虑电流表和电压表内阻引起的误差，该测量值________真实值（选填“大于”或“小于”）。 【答案】 ①. 0.550##0.551##0.549 ②. A ③. D ④. E ⑤. ⑥. ⑦. 小于 【解析】 【详解】（1）[1]由图甲可读出该金属丝的直径为 （2）①[2]电源两端电压保持3V不变，故电压表选A； [3]待测电阻约为，估算流过待测电阻的最大电流约为0.6A，故电流表选D； [4]滑动变阻器采用分压式接法，且由于待测金属丝电阻较小，为了方便调节和电表读数，故滑动变阻器选E； ②[5]根据电路图，实物连接如图所示 （3）[6]由电阻定律及，可得 [7]该电路采用电流表外接法，由于电压表的分流作用，导致电流表的测量值大于流经金属丝的真实电流，由可知测量值将小于真实值。 四、本题包括4小题，共38分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 17. 如图所示，两光滑平行金属导轨固定在倾角为的同一斜面内，间距为L，其下端有内阻为r的电源，整个装置处在垂直导轨平面向下，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一质量为m、长度为L、电阻为R的导体棒ab垂直导轨放置在导轨上，接触良好，且保持静止状态。不计导轨电阻。已知重力加速度为g。求： （1）导体棒所受安培力F的大小和方向； （2）电路中的电流大小； （3）电源的电动势E。 【答案】（1）mgsinθ，沿导轨平面向上； （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 由题意可知，导体棒所受安培力F的方向沿斜面向上，导体棒的受力情况如图所示， 根据共点力的平衡可得F=mgsinθ，方向沿导轨平面向上； 【小问2详解】 因为F=ILB 可得 【小问3详解】 由全电路的欧姆定律 所以 18. 如图所示，质量为m、电荷量为q的带电粒子，以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，不计带电粒子所受重力： （1）求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T； （2）为使该粒子做匀速直线运动，还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场，求电场强度E的大小。 【答案】（1），；（2）。 【解析】 【详解】（1）粒子在磁场中受洛伦兹力F=qvB，洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动所需的向心力，有 则粒子做匀速圆周运动的半径 粒子做匀速圆周运动周期 可得 （2）分析知粒子带正电，为使该粒子做匀速直线运动，需加一竖直向下的匀强电场，电场力与洛伦兹力等大反向，相互平衡，即 qE=qvB 电场强度E的大小 E=vB 答：（1）求粒子做匀速圆周运动半径，周期；（2）电场强度E=vB。 19. 如图所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电．改变变阻器R的阻值，路端电压U与电流I均随之变化． （1）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图，并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义． （2）a．请在图2画好的U-I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率； b．请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件． 【答案】（1）U–I图象如图所示： 图象与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流（2）a如图所示：b. 【解析】 【分析】（1）根据闭合电路的欧姆定律得到表达式，再画出图象；根据表达式分析图象与两坐标轴交点的物理意义； （2）根据画出图象，根据闭合电路的欧姆定律结合电功率的计算公式求解最大输出功率； 【详解】（1）U–I图像如图所示， 其中图像与纵轴交点的坐标值为电源电动势，与横轴交点的坐标值为短路电流 （2）a．如图所示 b．电源输出的电功率： 当外电路电阻R=r时，电源输出的电功率最大，为 【点睛】本题主要是考查闭合电路欧姆定律和电功率的计算，能够推导出U-I关系式是画出图象的关键；知道电源最大输出功率的条件． 20. 对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为l、电阻率为ρ、横截面积为S的细金属直导线，单位体积内有n个自由电子，电子电荷量为e、质量为m。 （1）当该导线通有恒定的电流I时： ①请根据电流的定义，推导出导线中自由电子定向移动的速率v； ②经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为k。请根据以上的描述构建物理模型，推导出比例系数k的表达式。 （2）将上述导线弯成一个闭合圆线圈，若该不带电的圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴匀速率转动，线圈中不会有电流通过，若线圈转动的线速度大小发生变化，线圈中会有电流通过，这个现象首先由斯泰瓦和托尔曼在1917年发现，被称为斯泰瓦—托尔曼效应。这一现象可解释为：当线圈转动的线速度大小均匀变化时，由于惯性，自由电子与线圈中的金属离子间产生定向的相对运动。取线圈为参照物，金属离子相对静止，由于惯性影响，可认为线圈中的自由电子受到一个大小不变、方向始终沿线圈切线方向的力，该力的作用相当于非静电力的作用。 已知某次此线圈匀加速转动过程中，该切线方向的力的大小恒为F。根据上述模型回答下列问题： ① 求一个电子沿线圈运动一圈，该切线方向的力F做功的大小； ② 推导该圆线圈中的电流 的表达式。 【答案】（1）①；② ne2ρ；（2）① Fl；② 。 【解析】 【详解】（1）①一小段时间内，流过导线横截面的电子个数为： 对应的电荷量为： 根据电流的定义有： 解得： ②从能量角度考虑，假设金属中自由电子定向移动的速率不变，则电场力对电子做的正功与阻力对电子做的负功大小相等，即： 又因为： 联立以上两式得： （2）①电子运动一圈，非静电力做功为： ②对于圆线圈这个闭合回路，电动势为： 根据闭合电路欧姆定律，圆线圈这个闭合回路的电流为： 联立以上两式，并根据电阻定律： 解得： 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $