精品解析:天津市2025届普通高中学业水平等级性考试物理模拟试题(一)
2026-07-29
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 高考复习-模拟预测 |
| 学年 | 2025-2026 |
| 地区(省份) | 天津市 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 2.72 MB |
| 发布时间 | 2026-07-29 |
| 更新时间 | 2026-07-29 |
| 作者 | 学科网试题平台 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-07-29 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/59011892.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
内容正文:
2025年天津市普通高中学业水平等级性考试物理模拟试题(一)
第Ⅰ卷(共40分)
一、单项选择题(本题共5小题,共25分)
1. 如图所示为铀238辐射出的射线穿过饱和甲醇蒸气时显现出的“射线”形态。已知铀238发生衰变的核反应方程为,下列说法正确的是( )
A. 钍234的比结合能比铀238的大 B. X粒子为粒子
C. X粒子的电离能力比射线的弱 D. 甲醇蒸气可使铀238的半衰期发生改变
2. 如图,一直立的绝热汽缸中的理想气体被轻弹簧连接的绝热活塞分成a、b两部分,活塞与缸壁间密封良好且没有摩擦。初始时活塞静止,缓慢将汽缸旋转90°,使其平放后( )
A. b气体的压强减小
B. a气体的温度降低
C. a气体所有气体的分子速率都增大
D. b气体中单位体积内的分子数增加
3. 地球同步轨道上方300千米处的圆形轨道,是国际处理太空垃圾的“墓地轨道”,将废弃飞行物处理到此,可以为“地球同步轨道”释放更多的空间。2022年1月,运行在地球同步轨道上的中国“实践21号”卫星,将一颗失效的北斗二号卫星拖入到了“墓地轨道”。已知“墓地轨道”半径为r,地球静止卫星轨道半径为R,下列说法正确的是( )
A. “地球同步轨道”处的重力加速度为0
B. 北斗二号卫星在“墓地轨道”和“同步轨道”上运行的角速度之比为
C. 北斗二号卫星在“同步轨道”上的机械能比在“墓地轨道”上小
D. “实践21号”卫星从“墓地轨道”返回“地球同步轨道”,需要加速
4. 如图所示,、、为一条弹性轻绳上的三点,且。时刻,波源开始起振,方向垂直于向上,振动规律为。此后,测得点开始振动的时刻为。下列说法正确的是( )
A. 波长为
B. 波传播速度为
C. 点开始振动时方向向下
D. 时刻质点处在平衡位置
5. x轴上O、P两点分别固定点电荷甲、乙,电荷量的绝对值分别为。一个带负电的试探电荷沿着x轴运动时,在O、P之间的电势能随x变化关系如图所示,在P点右侧,运动到B点时电势能最大。已知,A点为O、P之间的中点,C点为P、B之间的中点,试探电荷运动到A点时加速度大小为a。若试探电荷仅受静电力的作用,下列判断正确的是( )
A. 点电荷甲带正电,点电荷乙带负电 B. 两个点电荷的电荷量满足
C. P、B之间的电场方向沿着x轴负方向 D. 试探电荷运动到C点时加速度大小为
二、不定项选择题(本题共3小题,共15分,少选得3分,错选不得分)
6. 光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤,它的结构如图甲所示。一束激光由光导纤维左端的点以入射角射入一直线光导纤维内,恰好在光导纤维的侧面(侧面与过点的法线平行)发生全反射,如图乙所示。下列说法中正确的是( )
A. 光纤内芯的折射率比外套的小
B. 光从左端空气中进入光纤内芯后,频率变小
C. 光在光纤内芯中传播的速度小于真空中的光速
D. 稍微减小入射角,光在光导纤维的侧面仍会发生全反射
7. 现有如图所示的两种发电机,其中正方形金属框的边长均为,均在磁感应强度为的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动,阻值为的电阻两端的电压最大值均为,其它电阻不计。从如图所示位置开始,则金属框转动一周( )
A. 甲图中发电机的金属框内电流方向不变
B. 乙图中电阻内电流方向不变
C. 两图中的金属框转动角速度均为
D. 两图中电阻产生的焦耳热均为
8. 质量为2kg的物体在光滑的水平地面上做匀速直线运动。时刻起沿运动方向所在直线对物体施加力F的作用,F随时间t变化的关系如图甲所示,物体的速度v随时间t变化的关系如图乙所示,重力加速度大小。则( )
A. 时刻物体的速度为2m/s
B. 时刻物体的动量为6kg·m/s
C. 从到时间内,合力对物体的冲量为零
D. 从到时间内,力F对物体所做的功为8J
第Ⅱ卷(共60分)
9. 如图(a)所示,某兴趣小组用单摆测量重力加速度。选用的实验器材有:智能手机、小球、细线、铁架台、夹子、游标卡尺、刻度尺等,实验操作如下:
(1)用铁夹将细线上端固定在铁架台上,将小球竖直悬挂;
(2)用刻度尺测出摆线的长度为l,用游标卡尺测出小球直径为d;
(3)将智能手机置于小球平衡位置的正下方,启用APP《手机物理工坊》的“近距秒表”功能;
(4)将小球由平衡位置拉开一个角度(θ<5°),静止释放,软件同时描绘出小球与手机间距离随时间变化的图像,如图(b)所示。
请回答下列问题:
(1)根据图(b)可知,单摆的周期T=______s。
(2)重力加速度g的表达式为______(用测得的物理量符号表示);
(3)改变摆线长度l,重复步骤(2)、(3)、(4)的操作,可以得到多组T和l的值,进一步描绘出如图(c)的图像,则该图像以______为横坐标(选填“T”或“T2”),若图线的斜率为k,则重力加速度的测量值为______。
10. 某同学要测量一节干电池的电动势和内阻,实验室提供了如下器材:
待测干电池,电流表A1(量程0.6A,内阻约1Ω);电流表A2(量程3A,内阻约0.2Ω);电压表V1(量程3V,内阻约10kΩ);滑动变阻器R1(最大阻值100Ω);滑动变阻器R2(最大阻值10Ω),开关,导线若干。
(1)电流表应选__________(填“A1”或“A2”),滑动变阻器应选___________(填“R1”或“R2”)。
(2)请用实线代替导线,在图甲中补全实物图__________。
闭合开关前,滑动变阻器滑片应滑到最___________端(填“左”或“右”)。
(3)该同学按照图甲所示的电路进行实验,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是( )
A.电压表分流 B.干电池内阻较小
C.滑动变阻器最大阻值较小 D.电流表内阻较小
(4)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该同学利用实验室提供的一个定值电阻R3=2.0Ω就解决了问题。并重新连接电路进行实验,并绘制U-I图像,如图丙所示,根据图像可知该干电池电动势E=______V,内阻r=__________Ω。
11. 如图所示,在竖直平面内有一上下边界均水平,垂直线圈所在平面的匀强磁场,磁感应强度,方向如图所示。正方形单匝金属线圈在磁场上方处,质量,边长,总阻值。现将线框由静止释放,下落过程中线圈ab边始终与磁场边界平行,ab边刚要离开磁场时线圈的加速度,已知磁场高,不计空气阻力,重力加速度g取。
(1)试判断线圈在进入磁场的过程中感应电流方向是顺时针还是逆时针?
(2)求cd边刚进入磁场瞬间,c、d两点的电压U;
(3)求线圈从进入磁场开始到线圈穿出磁场的整个过程中安培力对线圈做的总功W。
12. 如图,左端固定在墙壁上的水平轻质弹簧,处于自然状态时另一端在光滑水平台面右端;质量为3m的小车静置于光滑的水平面上且紧靠平台,其左侧a端与台面等高,小车的上表面由长度为R的粗糙水平面ab和半径为R的四分之一圆弧形光滑轨道bc组成。质量为m的小物块P(与弹簧不栓接)在外力作用下将弹簧压缩至某一位置,由静止释放后从a端以大小为(g为重力加速度大小)的速度滑上小车,恰好能到达顶端c。
(1)求由静止释放时弹簧的弹性势能;
(2)求P与ab间的动摩擦因数;
(3)请通过计算判断P是否会滑离小车?
13. 某种离子诊断测量简化装置如图所示,竖直平面内存在边界为矩形MNPQ、方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为 的水平匀强磁场,探测板平行于 竖直放置,能沿水平方向左右缓慢移动且接地。a、b、c为三束宽度不计、间距均为的离子束,离子均以相同速度持续从边界 竖直向上射入磁场,束中的离子在磁场中沿半径为的四分之一圆弧运动后从右边界 水平射出,并打在探测板的上边缘点。已知每束每秒射入磁场的离子数均为,探测板的长度为,离子质量均为、电荷量均为 ,不计重力及离子间的相互作用, 。
(1)求离子速度 的大小;
(2)a、c两束中同时进入磁场的两个离子,求它们打在探测板上的时间差;
(3)若打到探测板上的离子被全部吸收,求离子束对探测板的平均作用力的水平分量与板到 距离的关系。
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2025年天津市普通高中学业水平等级性考试物理模拟试题(一)
第Ⅰ卷(共40分)
一、单项选择题(本题共5小题,共25分)
1. 如图所示为铀238辐射出的射线穿过饱和甲醇蒸气时显现出的“射线”形态。已知铀238发生衰变的核反应方程为,下列说法正确的是( )
A. 钍234的比结合能比铀238的大 B. X粒子为粒子
C. X粒子的电离能力比射线的弱 D. 甲醇蒸气可使铀238的半衰期发生改变
【答案】A
【解析】
【详解】A.钍234比铀238更稳定,故钍234的比结合能比铀238的大,A项正确;
B.根据电荷数和质量数守恒可知,
所以X粒子为粒子氦核,B项错误;
C.粒子的电离能力比射线的强,C项错误;
D.铀238的半衰期不会因外界环境而发生改变,D项错误。
故选A。
2. 如图,一直立的绝热汽缸中的理想气体被轻弹簧连接的绝热活塞分成a、b两部分,活塞与缸壁间密封良好且没有摩擦。初始时活塞静止,缓慢将汽缸旋转90°,使其平放后( )
A. b气体的压强减小
B. a气体的温度降低
C. a气体所有气体的分子速率都增大
D. b气体中单位体积内的分子数增加
【答案】A
【解析】
【详解】AB.设弹簧对对活塞的弹力为,活塞的质量为,横截面积为方向竖直向上(竖直向下时同样分析即可),对活塞受力分析可知,汽缸竖直放置时,根据平衡条件则有
水平放置时则有
假设a部分气体的压强不变,则b部分气体的压强减小,根据理想气体状态方程和热力学第一定律可知,此时b部分气体的体积一定增大,a部分气体的体积一定减小,外界对a部分气体做功,其内能增大温度升高,故综合分析可知,水平放置时,a部分气体的压强增大,体积减小温度升高,b部分气体压强减小,体积增大,温度降低,A正确,B错误;
C.温度是分子平均动能的标志,a气体温度升高,分子的平均速率增大,并不意味着每个分子的速率都增大,C错误;
D.b气体的体积增大,质量不变,单位体积内的分子数应减小,D错误。
故选A。
3. 地球同步轨道上方300千米处的圆形轨道,是国际处理太空垃圾的“墓地轨道”,将废弃飞行物处理到此,可以为“地球同步轨道”释放更多的空间。2022年1月,运行在地球同步轨道上的中国“实践21号”卫星,将一颗失效的北斗二号卫星拖入到了“墓地轨道”。已知“墓地轨道”半径为r,地球静止卫星轨道半径为R,下列说法正确的是( )
A. “地球同步轨道”处的重力加速度为0
B. 北斗二号卫星在“墓地轨道”和“同步轨道”上运行的角速度之比为
C. 北斗二号卫星在“同步轨道”上的机械能比在“墓地轨道”上小
D. “实践21号”卫星从“墓地轨道”返回“地球同步轨道”,需要加速
【答案】C
【解析】
【详解】A.设地球质量为M,根据
可得“地球同步轨道”处的重力加速度为
可知“地球同步轨道”处的重力加速度不为0,A错误;
B.根据万有引力提供向心力
解得
得北斗二号卫星在“墓地轨道”和“同步轨道”上运行的角速度之比为,B错误;
C.北斗二号卫星从“同步轨道”上到在“墓地轨道”上需要将北斗二号卫星加速做离心运动,除万有引力外其他力对其做正功,机械能增大,C正确;
D.“实践21号”卫星从“墓地轨道”返回“地球同步轨道”, 需要使其减速做近心运动,D错误。
故选C。
4. 如图所示,、、为一条弹性轻绳上的三点,且。时刻,波源开始起振,方向垂直于向上,振动规律为。此后,测得点开始振动的时刻为。下列说法正确的是( )
A. 波长为
B. 波传播速度为
C. 点开始振动时方向向下
D. 时刻质点处在平衡位置
【答案】A
【解析】
【详解】AB.由于P点到N点的距离为2m,从P点传到N点的时间为2s,故该波的波速
根据振动方程可得其周期为
故波长为
A正确,B错误;
C.点开始振动时方向与波源相同,故点开始振时方向向上,C错误;
D.M点开始振动的时间
时刻质点振动的时间
结合振动方程可知,此时M点在最大位移处,而不是平衡位置,D错误。
故选A。
5. x轴上O、P两点分别固定点电荷甲、乙,电荷量的绝对值分别为。一个带负电的试探电荷沿着x轴运动时,在O、P之间的电势能随x变化关系如图所示,在P点右侧,运动到B点时电势能最大。已知,A点为O、P之间的中点,C点为P、B之间的中点,试探电荷运动到A点时加速度大小为a。若试探电荷仅受静电力的作用,下列判断正确的是( )
A. 点电荷甲带正电,点电荷乙带负电 B. 两个点电荷的电荷量满足
C. P、B之间的电场方向沿着x轴负方向 D. 试探电荷运动到C点时加速度大小为
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据
又因为试探电荷带负电,所以两电荷间的电势沿着轴的负方向降低,即电场线沿轴的负方向,即甲带负电,乙带正电,故A错误;
B.因为试探电荷运动到B点时电势能最大,即点的电场强度为零,即
解得
故B错误;
C.由B分析可知,点的电场强度为零,则P、B之间的电场方向沿着x轴正方向,故C错误;
D.设试探电荷的质量为,电荷量为q,则试探电荷在点时,根据牛顿第二定律
在点时,根据牛顿第二定律
联立,解得
故D正确。
故选D。
二、不定项选择题(本题共3小题,共15分,少选得3分,错选不得分)
6. 光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤,它的结构如图甲所示。一束激光由光导纤维左端的点以入射角射入一直线光导纤维内,恰好在光导纤维的侧面(侧面与过点的法线平行)发生全反射,如图乙所示。下列说法中正确的是( )
A. 光纤内芯的折射率比外套的小
B. 光从左端空气中进入光纤内芯后,频率变小
C. 光在光纤内芯中传播的速度小于真空中的光速
D. 稍微减小入射角,光在光导纤维的侧面仍会发生全反射
【答案】CD
【解析】
【详解】A.发生全反射的条件是从光密介质射入光疏介质,光在内芯与外套界面发生全反射,说明内芯的折射率比外套的大,故A错误;
B.光从一种介质进入另一种介质时,频率不改变,故B错误;
C.由,因为折射率大于1,光在内芯中的传播速度,即小于真空中的光速,故C正确;
D.稍减小入射角,根据折射定律,折射角减小;在内芯和外套界面上的入射角增大,大于临界角,故光在光导纤维的侧面仍会发生全反射,故D正确。
故选CD。
7. 现有如图所示的两种发电机,其中正方形金属框的边长均为,均在磁感应强度为的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动,阻值为的电阻两端的电压最大值均为,其它电阻不计。从如图所示位置开始,则金属框转动一周( )
A. 甲图中发电机的金属框内电流方向不变
B. 乙图中电阻内电流方向不变
C. 两图中的金属框转动角速度均为
D. 两图中电阻产生的焦耳热均为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.甲图中金属框转动产生交流电,旋转一周金属框内电流方向改变两次,故A错误;
B.乙图中,电阻与金属框间用换向器连接,则流过电阻的电流方向不变,故B正确;
C.两图中阻值为的电阻两端的电压最大值均为,其它电阻不计。则有
解得角速度为
故C错误;
D.金属框转动一周,两图中电阻产生的焦耳热均为
联立解得
故D正确。
故选BD。
8. 质量为2kg的物体在光滑的水平地面上做匀速直线运动。时刻起沿运动方向所在直线对物体施加力F的作用,F随时间t变化的关系如图甲所示,物体的速度v随时间t变化的关系如图乙所示,重力加速度大小。则( )
A. 时刻物体的速度为2m/s
B. 时刻物体的动量为6kg·m/s
C. 从到时间内,合力对物体的冲量为零
D. 从到时间内,力F对物体所做的功为8J
【答案】BD
【解析】
【详解】A.令时刻物体的速度为,2s时刻速度为,在0到3s内,根据动量定理有
根据图甲可知
解得
故A错误;
B.图像与时间轴所围面积表示冲量,则在0到2s内,根据动量定理有
其中
解得
则时刻物体的动量
故B正确;
C.合力等于F,图像与时间轴所围面积表示冲量,可知,从到时间内,合力对物体的冲量为
故C错误;
D.令4s时速度为,根据动量定理有
结合上述解得
根据动能定理可知,从到时间内,力F对物体所做的功
故D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷(共60分)
9. 如图(a)所示,某兴趣小组用单摆测量重力加速度。选用的实验器材有:智能手机、小球、细线、铁架台、夹子、游标卡尺、刻度尺等,实验操作如下:
(1)用铁夹将细线上端固定在铁架台上,将小球竖直悬挂;
(2)用刻度尺测出摆线的长度为l,用游标卡尺测出小球直径为d;
(3)将智能手机置于小球平衡位置的正下方,启用APP《手机物理工坊》的“近距秒表”功能;
(4)将小球由平衡位置拉开一个角度(θ<5°),静止释放,软件同时描绘出小球与手机间距离随时间变化的图像,如图(b)所示。
请回答下列问题:
(1)根据图(b)可知,单摆的周期T=______s。
(2)重力加速度g的表达式为______(用测得的物理量符号表示);
(3)改变摆线长度l,重复步骤(2)、(3)、(4)的操作,可以得到多组T和l的值,进一步描绘出如图(c)的图像,则该图像以______为横坐标(选填“T”或“T2”),若图线的斜率为k,则重力加速度的测量值为______。
【答案】(1)2 (2)
(3) ①. ②.
【解析】
【小问1详解】
根据单摆的运动规律一个周期内应该有两个小球与手机间距离的最小值。由图(b)可得出,单摆的周期为
T=2s
【小问2详解】
根据
解得重力加速度g的表达式为
【小问3详解】
[1]由上一问中重力加速度的表达式可得
结合图(c)的图像,可知则该图像以为横坐标。
[2]若图线的斜率为k,则
可知重力加速度的测量值为
10. 某同学要测量一节干电池的电动势和内阻,实验室提供了如下器材:
待测干电池,电流表A1(量程0.6A,内阻约1Ω);电流表A2(量程3A,内阻约0.2Ω);电压表V1(量程3V,内阻约10kΩ);滑动变阻器R1(最大阻值100Ω);滑动变阻器R2(最大阻值10Ω),开关,导线若干。
(1)电流表应选__________(填“A1”或“A2”),滑动变阻器应选___________(填“R1”或“R2”)。
(2)请用实线代替导线,在图甲中补全实物图__________。
闭合开关前,滑动变阻器滑片应滑到最___________端(填“左”或“右”)。
(3)该同学按照图甲所示的电路进行实验,记录此过程中电压表和电流表的示数,利用实验数据在U-I坐标纸上描点,如图乙所示,结果发现电压表示数的变化范围比较小,出现该现象的主要原因是( )
A.电压表分流 B.干电池内阻较小
C.滑动变阻器最大阻值较小 D.电流表内阻较小
(4)针对电压表示数的变化范围比较小的问题,该同学利用实验室提供的一个定值电阻R3=2.0Ω就解决了问题。并重新连接电路进行实验,并绘制U-I图像,如图丙所示,根据图像可知该干电池电动势E=______V,内阻r=__________Ω。
【答案】 ①. ②. ③. ④. 右 ⑤. B ⑥. 1.40 ⑦. 0.40
【解析】
【详解】(1)[1][2]测量一节干电池的电动势和内阻,电路中的电流不超过0.6A,则电流表应选用A1;为了便于调节,滑动变阻器应选用R2。
(2)[3]由于电源内阻较小,所以电流表应相对于电源外接,所以实物图如图所示
[4]为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器滑片应滑到阻值最大端,即最右端。
(3)[5]由闭合电路欧姆定律得路端电压
当电源内阻r太小时,干路中电流I有变化时,Ir变化很小,电压表示数即路端电压U变化很小,电压表示数变化范围很小。
故选B。
(4)[6][7]由闭合电路欧姆定律
可知
根据图丙可知
纵截距
即该干电池电动势为1.40V;斜率绝对值为
可得该干电池的内阻为
11. 如图所示,在竖直平面内有一上下边界均水平,垂直线圈所在平面的匀强磁场,磁感应强度,方向如图所示。正方形单匝金属线圈在磁场上方处,质量,边长,总阻值。现将线框由静止释放,下落过程中线圈ab边始终与磁场边界平行,ab边刚要离开磁场时线圈的加速度,已知磁场高,不计空气阻力,重力加速度g取。
(1)试判断线圈在进入磁场的过程中感应电流方向是顺时针还是逆时针?
(2)求cd边刚进入磁场瞬间,c、d两点的电压U;
(3)求线圈从进入磁场开始到线圈穿出磁场的整个过程中安培力对线圈做的总功W。
【答案】(1)逆时针 (2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
根据右手定则可知,线圈在进入磁场的过程中感应电流方向为逆时针。
【小问2详解】
根据动能定理可得cd边刚进入磁场瞬间有
则cd边刚进入磁场时c、d两点的电压是
【小问3详解】
ab边离开磁场时线圈的加速度为0,可知安培力与重力互相平衡,则有
ab边离开磁场时线圈中感应电流大小为
感应电动势为
则根据动能定理可得
解得线圈从进入磁场开始到线圈穿出磁场的整个过程中安培力对线圈做的总功为
12. 如图,左端固定在墙壁上的水平轻质弹簧,处于自然状态时另一端在光滑水平台面右端;质量为3m的小车静置于光滑的水平面上且紧靠平台,其左侧a端与台面等高,小车的上表面由长度为R的粗糙水平面ab和半径为R的四分之一圆弧形光滑轨道bc组成。质量为m的小物块P(与弹簧不栓接)在外力作用下将弹簧压缩至某一位置,由静止释放后从a端以大小为(g为重力加速度大小)的速度滑上小车,恰好能到达顶端c。
(1)求由静止释放时弹簧的弹性势能;
(2)求P与ab间的动摩擦因数;
(3)请通过计算判断P是否会滑离小车?
【答案】(1);(2);(3)P会滑离小车
【解析】
【详解】(1)令弹簧恢复原长时,P的速度为,根据系统能量守恒有
其中
解得
(2)P恰好到达顶点c时,此时P与小车共速,设此时速度大小为v,根据水平方向动量守恒有
根据系统能量守恒
解得
(3)设小物块P最终停在小车上,小物块在粗糙水平面ab上的相对路程为s,由于水平方向动量守恒,可知,此时P与小车速度大小仍然为v,根据系统能量守恒有
解得
由于
故P会滑离小车。
13. 某种离子诊断测量简化装置如图所示,竖直平面内存在边界为矩形MNPQ、方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为 的水平匀强磁场,探测板平行于 竖直放置,能沿水平方向左右缓慢移动且接地。a、b、c为三束宽度不计、间距均为的离子束,离子均以相同速度持续从边界 竖直向上射入磁场,束中的离子在磁场中沿半径为的四分之一圆弧运动后从右边界 水平射出,并打在探测板的上边缘点。已知每束每秒射入磁场的离子数均为,探测板的长度为,离子质量均为、电荷量均为 ,不计重力及离子间的相互作用, 。
(1)求离子速度 的大小;
(2)a、c两束中同时进入磁场的两个离子,求它们打在探测板上的时间差;
(3)若打到探测板上的离子被全部吸收,求离子束对探测板的平均作用力的水平分量与板到 距离的关系。
【答案】(1)
(2)
(3)当时;当时,;当时
【解析】
【小问1详解】
离子在磁场中做圆周运动,由牛顿运动定律得
解得离子的速度大小
【小问2详解】
离子在磁场的运动的周期为,
作出粒子的运动轨迹如图
由几何关系可知束中的离子从同一点射出,离开磁场的速度分别与水平方向的夹角为,则
束中的离子在磁场中运动的圆心角分别为
则两离子的在磁场中运动时间的差值为
得
由于两离子出磁场的速度与磁场边界所成的夹角相同,则两离子从磁场到EF板的时间相同,即离子运动的时间差
【小问3详解】
同时探测到三束离子,满足:
解得
同时探测到两束离子同理有:
对离子束由动量定理有:
而或 束中每个离子动量的水平分量:
离子束对探测板的平均作用力为:当时,
当时,
当时,
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