内容正文:
塘沽一中2025-2026学年度第一学期
高二年级第二次月考物理学科试题
第I卷(共48分)
一、单项选择题(本大题共8小题,每小题4分,共32分,每小题只有一个选项正确)
1. 如图甲所示,a、b位于两个等量异种电荷的连线上,且a、b到O点的距离相等;如图乙所示,两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点,O'为MN的中点,c、d位于MN的连线上,且c、d到O点的距离相等,两导线中通有等大反向的恒定电流,下列说法正确的是( )
A. O点处的电场强度为零
B. c、d处的磁感应强度相同
C. 在a点处无初速的释放点电荷+q,点电荷将在a、b间做往复运动
D. O'点处的磁感应强度为零
2. 在一些电子显示设备中,让阴极发射的电子束通过适当的非匀强电场,可以使发散的电子束聚集。如图,带箭头的实线表示电场线,虚线表示电子的运动轨迹,M、N是这条轨迹上的两点。下列说法正确的是( )
A. M点的电势高于N点
B. 电子在M点的加速度大于在N点的加速度
C. 电子在M点的动能大于在N点的动能
D. 电子在M点的电势能大于在N点的电势能
3. 图中所示虚线1、2、3、4为静电场的等势面,相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0。一个电子在运动中仅受静电力的作用,经过a、b点的动能分别为和,则下列说法正确的是( )
A. 电子一定是从a点运动到b点
B. 等势面1的电势为
C. 电子在等势面2上的电势能为
D. 电子的电势能为时,它的动能为
4. 某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,下面说法错误的是( )
A. 车灯的电流变小 B. 路端电压变小
C. 电路的总电流变小 D. 电源的总功率变大
5. 如图所示,平行板电容器与电源连接,下极板接地,开关S闭合,一带电油滴在电容器中的点处于静止状态。下列说法正确的是( )
A. 保持开关闭合,A板竖直上移一小段距离,电容器的电容增大
B. 保持开关闭合,A板竖直上移一小段距离,点的电势将升高
C. 保持开关闭合,A板竖直上移一小段距离过程中,电流计中电流方向向右
D. 断开开关S后,A板竖直上移一小段距离,带电油滴向下运动
6. 如图所示为磁流体发电机的示意图,一束等离子体(含正、负离子)沿图示方向垂直射入一对磁极产生的匀强磁场中,A、B是一对平行于磁场放置的金属板,板间连入电阻R,不计粒子重力和粒子间相互作用,则( )
A. 电路稳定后,A、B板聚集电荷量基本不变
B. 通过电阻R的电流方向向下
C. 若只增大离子的射入速度,发电机的电动势不变
D. 若只增大两极板的正对面积,发电机的电动势将增大
7. 回旋加速器的示意图如图所示,两个D形盒半径均为R,两D形盒之间的狭缝中存在周期性变化的加速电场,加速电压大小为U,D形盒所在空间存在垂直于盒面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B,回旋加速器中心O处有一粒子源,可无初速度的释放质量为m,电荷量为()的带电粒子,经过多次加速后在D形盒的边缘被引出。不计粒子之间的相互作用和相对论效应,忽略粒子经过狭缝的时间,则粒子从无初速度释放到离开加速器的过程中所需要的时间为( )
A. B. C. D.
8. 研究人员在研究污水排放的过程中,常用到一种如图甲所示的电磁流量计,其原理可以简化为如图乙所示的模型:液体内含有大量正、负离子,从圆柱体容器右侧流入,左侧流出,圆柱体侧面直径大小为,磁场垂直纸面向里,磁感应强度大小为。稳定后、两点间的电势差为,流量值等于单位时间内通过横截面液体的体积,则( )
A. 稳定后、两点电势相等 B. 稳定后点电势低于点电势
C. 液体流量 D. 液体流量
二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项是正确的,全部选对的得4分,选对但选不全的得2分,有选错的得0分)
9. 如图所示,在垂直纸面向里的匀强磁场中,有两根彼此靠近且平行的长直导线a和b放在纸面内,导线长度均为L。导线中通有如图所示的相反方向电流,a中电流为I,b中电流为2I,a受到的磁场力大小为F1,b受到的磁场力大小为F2,则( )
A. 导线a的电流在导线b处产生的磁场方向垂直纸面向里
B. F2=2F1
C. F2<2F1
D. 导线a的电流在导线b处产生的磁感应强度大小为
10. 在一次南极科考中,科考人员使用磁强计测定地磁场的磁感应强度。其原理如图所示,电路中有一段长方体的金属导体,它长、宽、高分别为a、b、c,放在沿y轴正方向的匀强磁场中,导体中电流强度沿x轴正方向,大小为I.已知金属导体单位体积中的自由电子数为n,电子电荷量为e,自由电子做定向移动可视为匀速运动,测出金属导体前后两个侧面间电压为U,则( )
A. 金属导体的前侧面电势较低
B. 金属导体的电阻为
C. 自由电子定向移动的速度大小为
D. 磁感应强度的大小为
11. 某同学将一直流电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流变化的图线画在了同一坐标系中,如图所示。以下判断正确的是( )
A. 电源的最大输出功率
B. 电源的电动势,内电阻
C. 、图线的交点与、图线的交点的横坐标之比一定为,纵坐标之比一定为
D. 在、、三条图线上分别取横坐标相同的三点,这三点的纵坐标不一定满足关系
12. 如图所示,一根足够长的绝缘粗糙细杆固定放在垂直纸面向里的匀强磁场中,杆与水平方向的夹角为θ,杆上穿了一个质量为m、所带电荷量为-q(q>0)的小球,小球由静止释放时可沿杆下滑,则小球下滑的过程中( )
A. 小球速度先增加后减小
B. 杆对小球的弹力一直减小
C. 小球下滑的最大加速度为g sinθ
D. 小球所受洛伦兹力一直增大,直到最后不变
第II卷(共52分)
三、填空题(本大题共2小题,每空2分,共16分)
13. 在“用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中:
(1)用多用电表测电流或电阻的过程中________(填选项前的字母)。
A. 在测量电阻时,更换倍率后必须重新进行调零
B. 在测量电流时,更换量程后必须重新进行调零
C. 在测量未知电阻时,必须先选择倍率最大挡进行试测
D. 在测量未知电流时,必须先选择电流最大量程进行试测
(2)测量时多用电表指针指在如图所示位置。若选择开关处于“10V”挡,其读数为________V;若选择开关处于“”挡,其读数________(选填“大于”“等于”或“小于”)200Ω。
14. 用图甲所示的电路,测定一节旧干电池的电动势和内阻。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:
双量程电流表:A(量程);
电压表:V(量程);
滑动变阻器:(阻值范围,额定电流);
(阻值范围,额定电流);
(1)为了调节方便,测量精度更高,实验中应选用电流表的量程为_______A,应选用滑动变阻器_______(填写滑动变阻器符号)。
(2)某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻,经过正确的操作获得了若干组实验数据,据此描绘出的图像(其中U、I分别为电压表和电流表的读数)如图中的实线所示,虚线表示该电池两端的电压与流经电池电流的关系图线,下列图像合理的是________。
A. B. C. D.
(3)为了分析本实验的误差,某同学自学了等效电压源定理:任何一个含有电源的二端网络(即图中的“有源网络”)可以等效为一个电压源,等效电压源的电动势等于该网络的开路电压,即a、b两点开路时的路端电压,等效电压源的内阻等于从网络两端看有源网络的总电阻,此时电源仅当作阻值为其自身内阻的一个定值电阻。请你用该方法求出本实验电池的电动势的测量值_______,内阻的测量值_______。(用电压表内阻值和电池的电动势的真实值E,内阻的真实值r表示)。
四、计算题(本大题共2小题,共36分)
15. 电子质量为m、电荷量为q,以速度v0与x轴成角射入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后落在x轴上的P点,如图所示,求:
(1)电子运动轨道的半径R;
(2)OP的长度;
(3)电子从由O点射入到落在P点所需的时间t。
16. 显像管电视机已渐渐退出了历史的舞台,但其利用磁场控制电荷运动的方法仍然被广泛应用。如图为一磁场控制电子运动的示意图,大量质量为m,电荷量为e(e>0)的电子从P点飘进加速电压为U的极板,加速后的电子从右极板的小孔沿中心线射出,一圆形匀强磁场区域,区域半径为R,磁感应强度大小,方向垂直于纸面向里,其圆心O1位于中心线上,在O1右侧2R处有一垂直于中心线的荧光屏,其长度足够大,屏上O2也位于中心线上,不计电子进电场时的初速度及它们间的相互作用,R,U,m,e为已知量。求:
(1)电子在磁场中运动时的半径r;
(2)电子从进入磁场到落在荧光屏上的运动时间;
(3)若圆形磁场区域可由图示位置沿y轴向上或向下平移,则圆形区域向哪个方向平移多少距离时,电子在磁场中的运动时间最长?并求此情况下粒子打在荧光屏上位置离O2的距离。
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塘沽一中2025-2026学年度第一学期
高二年级第二次月考物理学科试题
第I卷(共48分)
一、单项选择题(本大题共8小题,每小题4分,共32分,每小题只有一个选项正确)
1. 如图甲所示,a、b位于两个等量异种电荷的连线上,且a、b到O点的距离相等;如图乙所示,两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点,O'为MN的中点,c、d位于MN的连线上,且c、d到O点的距离相等,两导线中通有等大反向的恒定电流,下列说法正确的是( )
A. O点处的电场强度为零
B. c、d处的磁感应强度相同
C. 在a点处无初速的释放点电荷+q,点电荷将在a、b间做往复运动
D. O'点处的磁感应强度为零
【答案】B
【解析】
【详解】A.正电荷在O点处的电场强度方向水平向右,负电荷在O点处的电场强度方向水平向右,根据场强叠加可知,O点处的总电场强度不为零,故A错误;
BD.根据右手螺旋定则,M、N两点处长直导线在c、d、O'点处的磁感应强度方向均竖直向下,根据对称性以及场强叠加可知,c、d处的磁感应强度相同,O'点处的磁感应强度不为零,故B正确,D错误;
C.点电荷在a、b间时,根据场强叠加可知,总电场强度方向水平向右,点电荷所受电场力水平向右,不会做往复运动,故C错误。
故选B。
2. 在一些电子显示设备中,让阴极发射的电子束通过适当的非匀强电场,可以使发散的电子束聚集。如图,带箭头的实线表示电场线,虚线表示电子的运动轨迹,M、N是这条轨迹上的两点。下列说法正确的是( )
A. M点的电势高于N点
B. 电子在M点的加速度大于在N点的加速度
C. 电子在M点的动能大于在N点的动能
D. 电子在M点的电势能大于在N点的电势能
【答案】D
【解析】
【详解】A.沿电场线电势逐渐降低,可知 M点的电势低于N点,选项A错误;
B.因N点电场线比M点密集,可知N点场强较大,电子在N点受电场力较大,则电子在M点的加速度小于在N点的加速度,选项B错误;
CD.电子从M到N点,电场力做正功,动能增加,则在M点的动能小于在N点的动能,电势能减小,则电子在M点的电势能大于在N点的电势能,选项C错误,D正确。
故选D。
3. 图中所示虚线1、2、3、4为静电场的等势面,相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0。一个电子在运动中仅受静电力的作用,经过a、b点的动能分别为和,则下列说法正确的是( )
A. 电子一定是从a点运动到b点
B. 等势面1的电势为
C. 电子在等势面2上的电势能为
D. 电子的电势能为时,它的动能为
【答案】D
【解析】
【详解】A.电子不一定是从a点运动到b点,故A错误;
B.若电子从a点运动到b点,根据动能定理,电场力做正功为
得
即
可见相邻的等势面之间的电势差为,因为
所以
故B错误;
C.由上述知
所以电子在等势面2上的电势能为
故C错误;
D.电子在等势面1上的电势能为
电子运动中动能和电势能之和不变,为
所以电子的电势能为时,它的动能为
故D正确。
故选D。
4. 某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,下面说法错误的是( )
A. 车灯的电流变小 B. 路端电压变小
C. 电路的总电流变小 D. 电源的总功率变大
【答案】C
【解析】
【详解】A.开关闭合时,车灯变暗,故流过车灯的电流变小,故A正确;
B.电路的路端电压为
变小,路端电压变小,故B正确;
C.总电流即干路电流为
减小,干路电流增大,故C错误;
D.电源总功率为
增大,总功率变大,故D正确。
故选C。
5. 如图所示,平行板电容器与电源连接,下极板接地,开关S闭合,一带电油滴在电容器中的点处于静止状态。下列说法正确的是( )
A. 保持开关闭合,A板竖直上移一小段距离,电容器的电容增大
B. 保持开关闭合,A板竖直上移一小段距离,点的电势将升高
C. 保持开关闭合,A板竖直上移一小段距离过程中,电流计中电流方向向右
D. 断开开关S后,A板竖直上移一小段距离,带电油滴向下运动
【答案】B
【解析】
【详解】A.保持开关闭合,平行板电容器两端电压U恒定不变。
电容的决定式为
A板竖直上移一小段距离,d增大,C减小,故A错误;
B.保持开关闭合,平行板电容器两端电压U恒定不变。
平行板电容器之间的匀强电场强度
A板竖直上移一小段距离,d增大,E减少。
由于下极板接地,则
根据
由于BP之间距离不变,BP之间的电势差减小。
又
所以增大,故B正确;
C.保持开关闭合,平行板电容器两端电压U恒定不变。
电容的定义式
由A选项分析得,A板竖直上移一小段距离,C减小,则Q减小,电容器放电,电流计中电流方向向左,故C错误;
D.断开开关后,平行板电容器的电荷量Q不变。
电场强度
A板竖直上移一小段距离,d增大,E不变,故带电油滴静止不动,故D错误。
故选B。
6. 如图所示为磁流体发电机的示意图,一束等离子体(含正、负离子)沿图示方向垂直射入一对磁极产生的匀强磁场中,A、B是一对平行于磁场放置的金属板,板间连入电阻R,不计粒子重力和粒子间相互作用,则( )
A. 电路稳定后,A、B板聚集电荷量基本不变
B. 通过电阻R的电流方向向下
C. 若只增大离子的射入速度,发电机的电动势不变
D. 若只增大两极板的正对面积,发电机的电动势将增大
【答案】A
【解析】
【详解】A.电路稳定 ,两板间粒子所受洛伦兹力与电场力平衡,即
故电路稳定后,场强不变,A、B板聚集电荷量基本不变,A正确;
B.由左手定则可知,正离子向B板偏转,负离子向A板偏转,故通过电阻R的电流方向向上,B错误;
CD.设两板间的距离为,则电动势为
电动势的大小与B、、有关,与极板间的正对面积无关,CD错误。
故选A。
7. 回旋加速器的示意图如图所示,两个D形盒半径均为R,两D形盒之间的狭缝中存在周期性变化的加速电场,加速电压大小为U,D形盒所在空间存在垂直于盒面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B,回旋加速器中心O处有一粒子源,可无初速度的释放质量为m,电荷量为()的带电粒子,经过多次加速后在D形盒的边缘被引出。不计粒子之间的相互作用和相对论效应,忽略粒子经过狭缝的时间,则粒子从无初速度释放到离开加速器的过程中所需要的时间为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】粒子被引出时,根据洛伦兹力提供圆周运动的向心力有
此时动能达到最大值
令电场中加速了n次,则有
粒子在磁场中圆周运动的周期
电场中加速一次,磁场中运动半周,则有
解得
故选D。
8. 研究人员在研究污水排放的过程中,常用到一种如图甲所示的电磁流量计,其原理可以简化为如图乙所示的模型:液体内含有大量正、负离子,从圆柱体容器右侧流入,左侧流出,圆柱体侧面直径大小为,磁场垂直纸面向里,磁感应强度大小为。稳定后、两点间的电势差为,流量值等于单位时间内通过横截面液体的体积,则( )
A. 稳定后、两点电势相等 B. 稳定后点电势低于点电势
C. 液体流量 D. 液体流量
【答案】D
【解析】
【详解】AB.根据左手定则,正离子向下偏转,负离子向上偏转,则稳定后M点电势高于N点电势。故AB错误;
CD.稳定后,离子受到的电场力和洛伦兹力平衡,有
解得
液体流量
故C错误,D正确。
故选D。
二、多项选择题(本大题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项是正确的,全部选对的得4分,选对但选不全的得2分,有选错的得0分)
9. 如图所示,在垂直纸面向里的匀强磁场中,有两根彼此靠近且平行的长直导线a和b放在纸面内,导线长度均为L。导线中通有如图所示的相反方向电流,a中电流为I,b中电流为2I,a受到的磁场力大小为F1,b受到的磁场力大小为F2,则( )
A. 导线a的电流在导线b处产生的磁场方向垂直纸面向里
B. F2=2F1
C. F2<2F1
D. 导线a的电流在导线b处产生的磁感应强度大小为
【答案】AC
【解析】
【详解】A.由安培定则可知,导线a的电流在导线b处产生的磁场方向垂直纸面向里,选项A正确;
BCD.两个导线间的作用力是相互排斥力,根据牛顿第三定律,等大、反向、共线,大小设为Fab;磁场的磁感应强度为B,则
对左边电流有
F1=BIL+Fab
对右边电流有
F2=2BIL+Fab
两式联立解得
Fab=2F1-F2
则
2F1>F2
则a通电导线的电流在b导线处产生的磁感应强度大小为
则选项C正确,BD错误。
故选AC。
10. 在一次南极科考中,科考人员使用磁强计测定地磁场的磁感应强度。其原理如图所示,电路中有一段长方体的金属导体,它长、宽、高分别为a、b、c,放在沿y轴正方向的匀强磁场中,导体中电流强度沿x轴正方向,大小为I.已知金属导体单位体积中的自由电子数为n,电子电荷量为e,自由电子做定向移动可视为匀速运动,测出金属导体前后两个侧面间电压为U,则( )
A. 金属导体的前侧面电势较低
B. 金属导体的电阻为
C. 自由电子定向移动的速度大小为
D. 磁感应强度的大小为
【答案】AD
【解析】
【详解】A.金属导体中有自由电子,当电流形成时,金属导体内的自由电子逆着电流的方向做定向移动,在磁场中受到洛伦兹力作用的是自由电子。由左手定则可知,自由电子受到的洛伦兹力沿z轴正方向,自由电子向前侧面偏转,金属导体前侧面聚集了电子,后侧面感应出正电荷,金属导体前侧面电势低,后侧面电势高,故A正确;
B.金属导体前后侧面间的电势差是感应电势差,则有
U=Eb
E为感应电场强度,所以金属导体的电阻不等于,故B错误;
C.由电流的微观表达式可知,电流
I=nevS=nevbc
电子定向移动的速度大小
故C错误;
D.电子在做匀速直线运动,洛伦兹力与电场力平衡,由平衡条件得
eE=evB
导体前后侧面间的电势差
U=Eb
解得
故D正确。
故选AD。
11. 某同学将一直流电源的总功率、输出功率和电源内部的发热功率随电流变化的图线画在了同一坐标系中,如图所示。以下判断正确的是( )
A. 电源的最大输出功率
B. 电源的电动势,内电阻
C. 、图线的交点与、图线的交点的横坐标之比一定为,纵坐标之比一定为
D. 在、、三条图线上分别取横坐标相同的三点,这三点的纵坐标不一定满足关系
【答案】BC
【解析】
【详解】A.电源的输出功率,则图像为开口向下的抛物线,即图线c,可知最大输出功率,A错误;
B.由图像可知当I=3A时
即
解得电源的电动势,内电阻,B正确;
C.因当电源内阻等于外电阻时电源输出功率最大,此时内阻和外电阻消耗的功率相等,(即、图线的交点)此时电流,
由图像可知,a、b图线的交点,;则、图线的交点与、图线的交点的横坐标之比一定为,纵坐标之比一定为,C正确;
D.根据电源的总功率等于输出功率与内阻上的功率之和可知,在、、三条图线上分别取横坐标相同的三点,这三点的纵坐标一定满足关系,D错误。
故选BC。
12. 如图所示,一根足够长的绝缘粗糙细杆固定放在垂直纸面向里的匀强磁场中,杆与水平方向的夹角为θ,杆上穿了一个质量为m、所带电荷量为-q(q>0)的小球,小球由静止释放时可沿杆下滑,则小球下滑的过程中( )
A. 小球速度先增加后减小
B. 杆对小球的弹力一直减小
C. 小球下滑的最大加速度为g sinθ
D. 小球所受洛伦兹力一直增大,直到最后不变
【答案】CD
【解析】
【详解】C.小球由静止开始下滑,在开始阶段,受力如图所示
垂直杆方向上有
沿杆向下方向上有
又
洛伦兹力F洛=Bqv,随速度的增大,洛伦兹力不断增大,支持力则不断减小,摩擦力随着不断减小,合力不断增大,加速度不断增大,当FN=0时,Ff=0,此时加速度最大,由
mgsinθ=mam
得
am=gsin θ
则C正确;
ABD.小球速度继续增大,洛伦兹力继续增大,当F洛>mgcosθ时,有
杆对小球的弹力方向变为垂直杆向下且不断增大,小球受到的摩擦力也随之不断增大,小球加速度逐渐减小,当加速度减小为零时,小球的速度不再增加,以此时的速度做匀速运动,洛伦兹力则保持不变,综上所述,AB错误,D正确。
故选CD。
第II卷(共52分)
三、填空题(本大题共2小题,每空2分,共16分)
13. 在“用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中:
(1)用多用电表测电流或电阻的过程中________(填选项前的字母)。
A. 在测量电阻时,更换倍率后必须重新进行调零
B. 在测量电流时,更换量程后必须重新进行调零
C. 在测量未知电阻时,必须先选择倍率最大挡进行试测
D. 在测量未知电流时,必须先选择电流最大量程进行试测
(2)测量时多用电表指针指在如图所示位置。若选择开关处于“10V”挡,其读数为________V;若选择开关处于“”挡,其读数________(选填“大于”“等于”或“小于”)200Ω。
【答案】(1)AD (2) ①. 5.4 ②. 小于
【解析】
【小问1详解】
A.在测量电阻时,更换倍率后,欧姆表的内部电阻发生了变化,欧姆挡的零刻度在最右边,也就是电流满偏,所以必须重新进行调零,故A正确;
B.在测量电流时,根据电流表的原理,电流的零刻度在左边,更换量程后不需要调零,故B错误;
C.在测量未知电阻时,若先选择倍率最大挡进行试测,当被测电阻较小时,电流有可能过大,所以应从中等倍率的挡进行测试,若指针偏角过小,再换用倍率较大的挡,故C错误;
D.在测量未知电流时,为了电流表的安全,必须先选择电流最大量程进行试测,若指针偏角过小,再换用较小的量程进行测量,故D正确。
故选AD。
【小问2详解】
[1]选择开关处于“10V”挡,最小分度值为0.2V,所以此时的读数为5.4V。
[2]因多用电表的欧姆挡的刻度分布不是均匀的,越向左,刻度越密集,所以10至30的中间数值一定小于20,若选择开关处于“×10”挡,其读数小于200Ω。
14. 用图甲所示的电路,测定一节旧干电池的电动势和内阻。除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:
双量程电流表:A(量程);
电压表:V(量程);
滑动变阻器:(阻值范围,额定电流);
(阻值范围,额定电流);
(1)为了调节方便,测量精度更高,实验中应选用电流表的量程为_______A,应选用滑动变阻器_______(填写滑动变阻器符号)。
(2)某同学利用如图所示的电路测定干电池的电动势和内电阻,经过正确的操作获得了若干组实验数据,据此描绘出的图像(其中U、I分别为电压表和电流表的读数)如图中的实线所示,虚线表示该电池两端的电压与流经电池电流的关系图线,下列图像合理的是________。
A. B. C. D.
(3)为了分析本实验的误差,某同学自学了等效电压源定理:任何一个含有电源的二端网络(即图中的“有源网络”)可以等效为一个电压源,等效电压源的电动势等于该网络的开路电压,即a、b两点开路时的路端电压,等效电压源的内阻等于从网络两端看有源网络的总电阻,此时电源仅当作阻值为其自身内阻的一个定值电阻。请你用该方法求出本实验电池的电动势的测量值_______,内阻的测量值_______。(用电压表内阻值和电池的电动势的真实值E,内阻的真实值r表示)。
【答案】 ①. 0~0.6 ②. ③. B ④. ⑤.
【解析】
【分析】
【详解】(1)[1][2] 由于电源内阻较小,为方便实验操作,滑动变阻器应选总阻值较小的R1;一节旧干电池的电动势约为1.5V,总电阻大约在10Ω左右,总电流在0.15A左右,所以实验中应选用电流表的量程为0~0.6A。
(2)[3] 由电路图可知,本次实验采用了电流表相对电源的外接法,由于电压表的分流而使电流表示数偏小,而电压表直接接在电源两端,故电压表示数是准确的,因此测量图象应在真实图象的左方;同时当外电流短路时,电压表的分流可以忽略,故短路电流应相同,故B正确,ACD错误。
(3)[4][5]根据闭合电路欧姆定律
整理得
故
,
四、计算题(本大题共2小题,共36分)
15. 电子质量为m、电荷量为q,以速度v0与x轴成角射入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后落在x轴上的P点,如图所示,求:
(1)电子运动轨道的半径R;
(2)OP的长度;
(3)电子从由O点射入到落在P点所需的时间t。
【答案】(1);(2);(3)。
【解析】
【详解】(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则有:
解得:
(2)过O点和P点作速度方向的垂线,两线交点C即为电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心,如图所示
由几何知识得:
(3)由图中可知,由图中可知圆弧对应的圆心角为,粒子做圆周运动的周期:
则粒子的运动时间:
16. 显像管电视机已渐渐退出了历史的舞台,但其利用磁场控制电荷运动的方法仍然被广泛应用。如图为一磁场控制电子运动的示意图,大量质量为m,电荷量为e(e>0)的电子从P点飘进加速电压为U的极板,加速后的电子从右极板的小孔沿中心线射出,一圆形匀强磁场区域,区域半径为R,磁感应强度大小,方向垂直于纸面向里,其圆心O1位于中心线上,在O1右侧2R处有一垂直于中心线的荧光屏,其长度足够大,屏上O2也位于中心线上,不计电子进电场时的初速度及它们间的相互作用,R,U,m,e为已知量。求:
(1)电子在磁场中运动时的半径r;
(2)电子从进入磁场到落在荧光屏上的运动时间;
(3)若圆形磁场区域可由图示位置沿y轴向上或向下平移,则圆形区域向哪个方向平移多少距离时,电子在磁场中的运动时间最长?并求此情况下粒子打在荧光屏上位置离O2的距离。
【答案】(1) ;(2);(3)沿y轴负向平移;
【解析】
【详解】(1)设电子在电场中加速获得的速度v,由动能定理得
电子在磁场中做匀速圆周运动时,由牛顿第二定律
又
解得
(2)由左手定则判断出电子圆周运动的圆心在中心线下方,设速度偏向角及轨迹圆弧对应的圆心角为,出磁场后打到荧光屏的M点
由几何关系可知
解得
则
电子在磁场中的运动时间为
电子飞出磁场后的运动时间为
则电子从进磁场到落在荧光屏上的运动时间为
(3)易知,当粒子射入和射出两点连线为圆形磁场直径时,时间最长,如图,当磁场由图示位置沿y轴负向平移时,电子从C点进入磁场,从D点出磁场,做圆周运动的圆心为,速度偏向角及轨迹圆弧对应的圆心角为,出磁场后打到荧光屏的N点,CD为圆形区域的直径。的延长线交中心线于F
由几何关系可知
解得
故磁场沿y轴负向平移时电子在磁场中运动时间最久,又
解得
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