内容正文:
乌市68中2025-2026学年度第二学期期中阶段性检测高二年级物理试卷
一、单选题(4×7=28)
1. 分析下列所描述的四个物理现象:
①听到迎面面来的汽笛声变得尖锐
②水塘中的水波能绕过障碍物继续传播
③夏天里一次闪电过后,有时会雷声轰鸣不绝
④具有主动降噪功能的耳机,根据收集到的噪声信息发出特定声波可以抵消噪声。这些现象分别是波的( )
A. 多普勒效应、反射现象、衍射现象、干涉现象
B. 多普勒效应、衍射现象、反射现象、干涉现象
C. 干涉现象、衍射现象、多普勒效应、折射现象
D. 多普勒效应、反射现象、干涉现象、衍射现象
2. 图中标出了磁场的方向、通电直导线中电流的方向,以及通电直导线所受磁场力的方向。其中正确的是( )
A. B.
C. D.
3. 如图,在水平虚线上方存在垂直于纸面向里、范围足够大的匀强磁场,一不计重力的带电粒子从水平虚线上的O点垂直于虚线射入磁场。下列说法正确的是( )
A. 若粒子速度方向不变,大小变为原来的2倍,则粒子在磁场中运动的时间变为原来的2倍
B. 若增大磁感应强度,则粒子在磁场中运动的时间减小
C. 若磁感应强度变为原来的2倍,则粒子离开磁场的点到O点的距离变为原来的2倍
D. 若粒子的比荷变为原来的2倍,则粒子离开磁场的点到O点的距离变为原来的2倍
4. 两波源、在水槽中形成的波形如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,则( )
A. a点的振动始终加强 B. a点的振动始终减弱
C. 在两波相遇的区域中会产生干涉 D. 在两波相遇的区域中不会产生干涉
5. 图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情境,导体ab上的感应电流方向为的是( )
A. B.
C. D.
6. 下列说法正确的是( )
A. 图甲是洛伦兹力演示仪的示意图,仅增大励磁线圈的电流,则电子运动的周期增大
B. 图乙是回旋加速器的示意图,仅增大加速电压U,则粒子从加速器射出的最大动能增大
C. 图丙是磁流体发电机的示意图,B极板是发电机的正极
D. 图丁是质谱仪的示意图,粒子打在底片上的位置越靠近狭缝,粒子的比荷越小
7. 如图所示,在空间中有一坐标系Oxy,其第一象限内充满着两个匀强磁场区域I和 Ⅱ,直线OP是它们的边界.区域I中的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外;区域Ⅱ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内.边界上的P点坐标为(4L,3L).一质量为 m、电荷量为q的带正电粒子从P点平行于y轴负方向射入区域I,经过一段时间后, 粒子恰好经过原点O.忽略粒子重力,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.则下列说法中不正确的是 ( )
A. 该粒子一定沿y轴负方向从O点射出
B. 该粒子射出时与y轴正方向夹角可能是74°
C. 该粒子在磁场中运动的最短时间
D. 该粒子运动的可能速度为
二、多选题(3×6=18)
8. 下列关于电磁感应现象的说法正确的是( )
A. 穿过闭合电路的磁通量越大,闭合电路中的感应电动势越大
B. 穿过闭合电路的磁通量为零时,感应电动势不一定为零
C. 穿过闭合电路的磁通量变化越快,闭合电路中的感应电动势越大
D. 只要穿过闭合电路的磁通量不为零,闭合电路中就一定有感应电流
9. 华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖,他被誉为“光纤通信之父”。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维,它的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是( )
A. 内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B. 内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C. 波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D. 频率越大的光在光纤中传播的速度越小
10. 如图甲所示,一倾角为θ、上端接有阻值为R的定值电阻的光滑导轨,处于磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中,导轨间距为L,导轨电阻忽略不计、且ab两点与导轨上端相距足够远。一质量为m的金属棒,在棒中点受到沿斜面且平行于导轨的拉力F作用,由静止开始从ab处沿导轨向上加速运动,金属棒运动的速度—位移图像如图乙所示(b点位置为坐标原点)。金属棒在导轨间连接的阻值为R,且重力加速度为g,则金属棒从起点b沿导轨向上运动x0的过程中( )
A. 金属杆所受安培力的大小与速率成正比
B. 金属棒做匀加速直线运动
C. 定值电阻产生的焦耳热为
D. 拉力F做的功为
三、实验题(2×9=18)
11. 在“探究电磁感应的产生条件”实验中,实验连线后如图所示:
(1)接通电源,闭合开关,G表指针会向右偏转,几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的触头迅速向右滑动时,G表指针________(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”):迅速抽出铁芯时,G表指针________(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”)。
(2)断开开关和电源,将铁芯重新插入内线圈中,把直流输出改为交流输出,其他均不变。接通电源,闭合开关,G表指针_______(“不动”、“右偏”。“左偏”、“不停振动”)。
(3)实验结束后,某同学在开关还没断开,A、B两螺线管和铁芯也没分开放置的情况下,直接用手去拆除某螺线管处的导线,突然被电击了一下,则该同学被电击是在拆除___________(选填“A”或“B”)螺线管所在电路时发生的。
12. 某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
(1)确定P3位置的方法正确的是 ;
A. 透过玻璃砖,P3挡住P2的像
B. 先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
C. 透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像
(2)在图甲中作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角;________
(3)经过多次测量作出的图像如图乙,玻璃砖的折射率为_________(计算结果保留三位有效数字);
(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则测出来的折射率_________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图丙中右边的插针应该是 。
A. P3、P6 B. P3、P8 C. P5、P6 D. P7、P8
四、解答题(12+6+18=36)
13. 如图所示,光滑平行导轨置于磁感应强度的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨所在平面。导轨间距,一端接有电阻,其余部分电阻不计。导体棒ab的电阻,以的速度向右匀速运动,运动过程中与导轨接触良好。求:
(1)回路中感应电流I的大小并判断导体棒ab中的电流方向;
(2)导体棒a、b两点的电势差U;
(3)电阻R上消耗的功率P。
14. 如图所示,为一玻璃砖的横截面,,一束蓝光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为53°,已知,光在真空中的传播速度为c,,求:
(1)玻璃砖对蓝光的折射率n;
(2)蓝光在玻璃砖中的传播时间t。
15. 在如图所示的平面直角坐标系xOy中,第一象限有竖直向下的匀强电场,第三、四象限有垂直于纸面向外、磁感应强度大小不同的匀强磁场。一质量为m、电量为的带电粒子沿x轴正向以初速度从A(0,1.5l)点射入第一象限,偏转后打到x轴上的点,之后直接运动到点。已知第四象限匀强磁场的磁感应强度大小为不计粒子重力。
(1)求第一象限匀强电场的电场强度大小;
(2)求该粒子从A点运动到P点所用的时间;
(3)为使该粒子从P点经过第三象限磁场偏转后直接回到A点,求第三象限磁场的磁感应强度大小。
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乌市68中2025-2026学年度第二学期期中阶段性检测高二年级物理试卷
一、单选题(4×7=28)
1. 分析下列所描述的四个物理现象:
①听到迎面面来的汽笛声变得尖锐
②水塘中的水波能绕过障碍物继续传播
③夏天里一次闪电过后,有时会雷声轰鸣不绝
④具有主动降噪功能的耳机,根据收集到的噪声信息发出特定声波可以抵消噪声。这些现象分别是波的( )
A. 多普勒效应、反射现象、衍射现象、干涉现象
B. 多普勒效应、衍射现象、反射现象、干涉现象
C. 干涉现象、衍射现象、多普勒效应、折射现象
D. 多普勒效应、反射现象、干涉现象、衍射现象
【答案】B
【解析】
【详解】根据多普勒效应,当观察者与波源相互靠近时,接收到的频率增大,即听到迎面面来的汽笛声变得尖锐是多普勒效应;当水波的波长与障碍物尺寸差不多、或者大于障碍物的尺寸时,能够发生明显的衍射现象,即水塘中的水波能绕过障碍物继续传播是衍射现象;夏天里一次闪电过后,有时会雷声轰鸣不绝是由于声波经云层反射而形成的,因此是声波的反射现象;具有主动降噪功能的耳机,根据收集到的噪声信息发出特定声波,当发出的声波与噪声的频率相等时,发生干涉现象,在减弱区域可以抵消噪声,因此是干涉现象。综上上述,这些现象分别是波的多普勒效应、衍射现象、反射现象、干涉现象。
故选B
2. 图中标出了磁场的方向、通电直导线中电流的方向,以及通电直导线所受磁场力的方向。其中正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】根据左手定则可知,A图中安培力方向向上;B图中导线不受安培力;C图中安培力方向向下;D图中安培力方向垂直纸面向外。
故选A。
3. 如图,在水平虚线上方存在垂直于纸面向里、范围足够大的匀强磁场,一不计重力的带电粒子从水平虚线上的O点垂直于虚线射入磁场。下列说法正确的是( )
A. 若粒子速度方向不变,大小变为原来的2倍,则粒子在磁场中运动的时间变为原来的2倍
B. 若增大磁感应强度,则粒子在磁场中运动的时间减小
C. 若磁感应强度变为原来的2倍,则粒子离开磁场的点到O点的距离变为原来的2倍
D. 若粒子的比荷变为原来的2倍,则粒子离开磁场的点到O点的距离变为原来的2倍
【答案】B
【解析】
【详解】A.粒子在磁场中做半圆周运动,时间为,由
得
周期与速度大小无关,改变粒子的速度大小,粒子在磁场中运动的时间不变,A错误;
B.增大磁感应强度,周期减小,粒子在磁场中运动的时间减小,B正确;
C.由
得半径
若磁感应强度变为原来的2倍,半径变为原来的,粒子离开磁场的点到O点的距离即做半圆周运动的直径也变为原来的,C错误;
D.若粒子的比荷变为原来的2倍,半径变为原来的,粒子离开磁场的点到O点的距离即做半圆周运动的直径也变为原来的,D错误。
故选B。
4. 两波源、在水槽中形成的波形如图所示,其中实线表示波峰,虚线表示波谷,则( )
A. a点的振动始终加强 B. a点的振动始终减弱
C. 在两波相遇的区域中会产生干涉 D. 在两波相遇的区域中不会产生干涉
【答案】D
【解析】
【详解】CD.从图中看出,两列波的波长不同,而在同一介质中不同的机械波的波速相等,根据,可知两列水波的频率不同,两列波的频率相同时才能发生干涉现象,故在两波相遇的区域中不会产生干涉,故C错误,D正确;
AB.因不能发生稳定的干涉现象,a点的振动不能始终加强,也不能始终减弱,故AB错误。
故选D。
5. 图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情境,导体ab上的感应电流方向为的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A.导体ab顺时针转动,运用右手定则,磁感线穿过手心,拇指指向顺时针方向,则导体ab上的感应电流方向为a→b,A正确;
B.导体ab向纸外运动,运用右手定则时,磁感线穿过手心,拇指指向纸外,则知导体ab上的感应电流方向为b→a,B错误;
C.导体框向右运动,ad边切割磁感线,由右手定则可知,导体ab上的感应电流方向为b→a,C错误;
D.导体ab沿导轨向下运动,由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a,D错误。
故选A。
6. 下列说法正确的是( )
A. 图甲是洛伦兹力演示仪的示意图,仅增大励磁线圈的电流,则电子运动的周期增大
B. 图乙是回旋加速器的示意图,仅增大加速电压U,则粒子从加速器射出的最大动能增大
C. 图丙是磁流体发电机的示意图,B极板是发电机的正极
D. 图丁是质谱仪的示意图,粒子打在底片上的位置越靠近狭缝,粒子的比荷越小
【答案】C
【解析】
【详解】A.图甲中,仅增大励磁线圈的电流,产生的磁感应强度B增大,根据洛伦兹力提供向心力有
电子运动周期为
可知磁感应强度B增大时,电子运动的周期变小,故A错误;
B.图乙中,当粒子在磁场中运动的轨道半径等于D形盒半径时,粒子从加速器射出的动能最大,则由
可得粒子从加速器射出的最大动能为
由此可知粒子从加速器射出的最大动能与加速电压U无关,故B错误;
C.图丙中,等离子体进入A、B极板之间后,受到洛伦兹力作用,由左手定则可知,带正电的粒子向B极板偏转,带负电的粒子向A极板偏转,则B极板是发电机的正极,A极板是发电机的负极,故C正确;
D.图丁中,粒子经过加速电场后,由动能定理可得
解得
粒子在磁场中,由洛伦兹力提供向心力得
可得
所以
由此可知,打在照相底片上的位置越靠近狭缝,轨道半径r越小,此时粒子的比荷越大,故D错误。
故选C。
7. 如图所示,在空间中有一坐标系Oxy,其第一象限内充满着两个匀强磁场区域I和 Ⅱ,直线OP是它们的边界.区域I中的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外;区域Ⅱ中的磁感应强度为2B,方向垂直纸面向内.边界上的P点坐标为(4L,3L).一质量为 m、电荷量为q的带正电粒子从P点平行于y轴负方向射入区域I,经过一段时间后, 粒子恰好经过原点O.忽略粒子重力,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.则下列说法中不正确的是 ( )
A. 该粒子一定沿y轴负方向从O点射出
B. 该粒子射出时与y轴正方向夹角可能是74°
C. 该粒子在磁场中运动的最短时间
D. 该粒子运动的可能速度为
【答案】B
【解析】
【详解】AB.带电粒子射入磁场中,由洛伦兹力提供向心力而做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得
,解得
所以,粒子在Ⅰ和Ⅱ两磁场中做圆周运动的半径分别为:,有题意知OP边与x轴的夹角,知,故带正电粒子从P点平行于y轴负方向射入区域I与OP边的夹角为53°,由带电粒子在单边磁场运动的对称性知从区域Ⅱ中射出的粒子速度方向一定为y轴负方向,故A选项正确,B选项错误;
C.粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为
粒子在区域Ⅰ中转过的圆心角为,粒子在区域Ⅰ中运动的时间为
粒子在区域Ⅱ中转过的圆心角为粒子在区域Ⅱ中运动的时间为
所以该粒子在磁场中运动的最短时间
=,
故C选项正确;
带电粒子每次从区域Ⅱ射出为一个周期,在OP边移动的距离为
,
其中
,
而
,n=1,2,3……
联立解得
,
故D选项正确;
综上所述,只有B选项错误.
二、多选题(3×6=18)
8. 下列关于电磁感应现象的说法正确的是( )
A. 穿过闭合电路的磁通量越大,闭合电路中的感应电动势越大
B. 穿过闭合电路的磁通量为零时,感应电动势不一定为零
C. 穿过闭合电路的磁通量变化越快,闭合电路中的感应电动势越大
D. 只要穿过闭合电路的磁通量不为零,闭合电路中就一定有感应电流
【答案】BC
【解析】
【详解】穿过闭合电路的磁通量变化越快,磁通量变化率越大,根据法拉第电磁感应定律知,感应电动势越大。穿过闭合电路的磁通量越大,磁通量变化率不一定大,磁通量为零时,磁通量可能在变,感应电动势不为零。磁通量不为零时,磁通量变化才有感应电流或感应电动势,故BC正确AD错误。
故选BC。
9. 华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖,他被誉为“光纤通信之父”。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维,它的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是( )
A. 内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B. 内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C. 波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D. 频率越大的光在光纤中传播的速度越小
【答案】AD
【解析】
【分析】
【详解】AB.光从光密介质射向光疏介质才能发生全反射,所以内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射,选项A正确,B错误;
CD.频率越大(波长越短),折射率越大,根据
折射率越大的光在光纤中传播的速度越小,选项C错误,D正确。
故选AD。
10. 如图甲所示,一倾角为θ、上端接有阻值为R的定值电阻的光滑导轨,处于磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中,导轨间距为L,导轨电阻忽略不计、且ab两点与导轨上端相距足够远。一质量为m的金属棒,在棒中点受到沿斜面且平行于导轨的拉力F作用,由静止开始从ab处沿导轨向上加速运动,金属棒运动的速度—位移图像如图乙所示(b点位置为坐标原点)。金属棒在导轨间连接的阻值为R,且重力加速度为g,则金属棒从起点b沿导轨向上运动x0的过程中( )
A. 金属杆所受安培力的大小与速率成正比
B. 金属棒做匀加速直线运动
C. 定值电阻产生的焦耳热为
D. 拉力F做的功为
【答案】AD
【解析】
【详解】B.根据图乙可知v − x图像为一条倾斜的直线,若金属棒做匀加速直线运动,金属棒运动的速度位移之间的关系为
此时v − x图像应该为曲线,所以金属棒做变加速直线运动,故B错误;
A.金属杆所受安培力的大小为
故金属杆所受安培力的大小与速率成正比,故A正确;
CD.金属棒从静止开始从ab处沿导轨向上加速运动过程ab棒产生a流向b的感应电流,受到沿斜面向下的安培力,从开始到向上运动x0的过程中,根据动能定理得
这段时间v − x图像与横轴围成图形的面积为,所以
解得
电路中产生的焦耳热等于克服安培力做的功,所以定值电阻产生的焦耳热为
故C错误,D正确。
故选AD。
三、实验题(2×9=18)
11. 在“探究电磁感应的产生条件”实验中,实验连线后如图所示:
(1)接通电源,闭合开关,G表指针会向右偏转,几秒后G表指针停在中间不动。将滑动变阻器的触头迅速向右滑动时,G表指针________(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”):迅速抽出铁芯时,G表指针________(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”)。
(2)断开开关和电源,将铁芯重新插入内线圈中,把直流输出改为交流输出,其他均不变。接通电源,闭合开关,G表指针_______(“不动”、“右偏”。“左偏”、“不停振动”)。
(3)实验结束后,某同学在开关还没断开,A、B两螺线管和铁芯也没分开放置的情况下,直接用手去拆除某螺线管处的导线,突然被电击了一下,则该同学被电击是在拆除___________(选填“A”或“B”)螺线管所在电路时发生的。
【答案】(1) ①. 右偏 ②. 左偏
(2)不停振动 (3)B
【解析】
【小问1详解】
[1]由题知,通过A螺线管的磁通量增大时,G表指针右偏;滑动变阻器的触头迅速向右滑动时,电阻减小,电流增大,B螺线管的磁场增强,通过A螺线管的磁通量增大, G表指针向右偏;
[2]抽出铁芯,B螺线管的磁场减弱,通过A螺线管的磁通量减小,G表指针向左偏。
【小问2详解】
改用交流电后,磁场方向周期性变化,感应电流方向也随之周期性变化,故G表指针不停振动;
【小问3详解】
B线圈匝数多,自感电动势大,断电瞬间产生高压,故该同学被电击是在拆除B螺线管所在电路时发生的。
12. 某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上P3和P4大头针,便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
(1)确定P3位置的方法正确的是 ;
A. 透过玻璃砖,P3挡住P2的像
B. 先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置
C. 透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像
(2)在图甲中作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角;________
(3)经过多次测量作出的图像如图乙,玻璃砖的折射率为_________(计算结果保留三位有效数字);
(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则测出来的折射率_________(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图丙中右边的插针应该是 。
A. P3、P6 B. P3、P8 C. P5、P6 D. P7、P8
【答案】(1)C (2)
(3)1.50 (4)偏小 (5)C
【解析】
【小问1详解】
确定P3位置的方法正确的是:透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像。
故选C。
【小问2详解】
光路图如图所示
【小问3详解】
根据可知,图像的斜率表示折射率,由题图乙可知玻璃砖的折射率为
n=1.50
【小问4详解】
若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则P4P3的连线与bb'的交点偏右,测得的折射角θ2偏大,则根据
可知,测出来的折射率偏小。
【小问5详解】
光路图如图所示
根据光路图可知,经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处向下偏折,然后射入右侧玻璃砖后平行射出,所以在图中右边的插针应该是P5、P6。
故选C。
四、解答题(12+6+18=36)
13. 如图所示,光滑平行导轨置于磁感应强度的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨所在平面。导轨间距,一端接有电阻,其余部分电阻不计。导体棒ab的电阻,以的速度向右匀速运动,运动过程中与导轨接触良好。求:
(1)回路中感应电流I的大小并判断导体棒ab中的电流方向;
(2)导体棒a、b两点的电势差U;
(3)电阻R上消耗的功率P。
【答案】(1),由指向
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
导体棒切割磁感线产生的电动势为
根据闭合电路欧姆定律,可得回路感应电流
根据右手定则,可知中电流方向为由指向
【小问2详解】
导体棒相当于电源,间的电势差为路端电压
【小问3详解】
由功率公式可得
14. 如图所示,为一玻璃砖的横截面,,一束蓝光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为53°,已知,光在真空中的传播速度为c,,求:
(1)玻璃砖对蓝光的折射率n;
(2)蓝光在玻璃砖中的传播时间t。
【答案】(1)
(2)
【解析】
【小问1详解】
由折射定律得
解得
【小问2详解】
蓝光在玻璃砖中的传播速度为
蓝光在玻璃砖中的传播距离为
蓝光在玻璃砖中的传播时间为
联立解得
15. 在如图所示的平面直角坐标系xOy中,第一象限有竖直向下的匀强电场,第三、四象限有垂直于纸面向外、磁感应强度大小不同的匀强磁场。一质量为m、电量为的带电粒子沿x轴正向以初速度从A(0,1.5l)点射入第一象限,偏转后打到x轴上的点,之后直接运动到点。已知第四象限匀强磁场的磁感应强度大小为不计粒子重力。
(1)求第一象限匀强电场的电场强度大小;
(2)求该粒子从A点运动到P点所用的时间;
(3)为使该粒子从P点经过第三象限磁场偏转后直接回到A点,求第三象限磁场的磁感应强度大小。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)粒子在第一象限内做类平抛运动,则有根据牛顿第二定律有
联立可得
(2)粒子方向末速度为
则合速度为
可知速度方向与轴正向成角,斜向右下,进入第四象限内粒子做匀速圆周运动,运动半径为,则有
解得
由此可得,粒子运动轨迹如下图
所示则粒子在第四象限运动的周期为
根据几何知识可得
则粒子从C点直接运动到P点所用的时间为
则粒子从C点直接运动到P点所用的时间为
则粒子从A点直接运动到P点所用的时间为
(3)粒子在第三象限和第二象限运动的轨迹如图
设粒子在第三象限运动的轨道半径为,粒子在第四象限运动的轨迹与轴正方向的夹角为,则有
解得
则在第三象限运动时,根据洛伦兹力提供向心力有
解得
所以第三象限磁场的磁感应强度大小为。
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