精品解析：北京市北京师范大学附属实验中学2025-2026学年高三上学期12月学情自测物理试题

北师大实验中学2025-2026学年度第一学期 高三年级物理12月月考 一、单项选择题（本题共10小题，每小题只有一个选项最符合题意。每小题3分，共30分） 1. 如图甲所示，直线AB是一条电场线。一正电荷仅在静电力作用下，以一定初速度沿电场线从A点运动到B点，运动过程中速度v随时间t变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A. 该电场线的方向是由B点指向A点 B. 该电场可能是负点电荷产生的 C. A点电势小于B点电势 D. A点电场强度大于B点电场强度 2. 如图所示，导体棒ab置于倾角为的粗糙导轨上且与导轨垂直，整个装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒。闭合开关S，导体棒处于静止状态。下列磁场方向中，使导体棒与导轨之间一定存在静摩擦力的是（ ） A. 竖直向上 B. 水平向左 C. 垂直于导轨平面向下 D. 垂直于导轨平面向上 3. 有一束连续电子流沿着三维直角坐标系的轴正方向运动，如图所示，电子流在轴上的点处产生的磁场方向（ ） A. 沿轴正方向 B. 沿轴负方向 C. 沿轴正方向 D. 沿轴负方向 4. 如图所示，圆形匀强磁场区域圆心为O，半径为R，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B。一质量为m、电荷量为的带电粒子以某一速度从P点沿磁场区域的半径方向射入磁场，从Q点射出，PO与OQ成角，不计粒子重力。下列说法正确的是（ ） A. 若射入速度变大，粒子在磁场中的运动时间变短 B. 带电粒子在磁场中的运动时间等于 C. 若射入速度变大，粒子运动的半径变小 D. 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径等于R 5. 如图所示平面内，在通有图示方向电流的长直导线右侧固定矩形金属线框，边与导线平行。调节电流使得空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，则（ ） A. 线框中产生的感应电流方向为 B. 线框中产生的感应电流大小不变 C. 线框整体受到的安培力方向水平向左 D. 线框整体受到的安培力大小不变 6. 人体中的脂肪因缺乏自由电子或离子，不容易导电，某脂肪测量仪的工作原理是根据人体等效电阻阻值的大小来判断脂肪所占比例的高低，简化电路如图所示，其中定值电阻与人体等效电阻的阻值相差不大。下列说法正确的是（ ） A. 脂肪所占比例高者对应的电流表的示数较小 B. 脂肪所占比例低者对应的电压表的示数较大 C. 脂肪所占比例低者对应的电源内阻消耗的功率较小 D. 脂肪所占比例高者对应的电源消耗的总功率较大 7. 电磁流量计可以测量导电液体的流量Q——单位时间内流过管道横截面的液体体积。如图所示，内壁光滑的薄圆管由非磁性导电材料制成，空间有垂直管道轴线的匀强磁场，磁感应强度为B。液体充满管道并以速度v沿轴线方向流动，圆管壁上的两点连线为直径，且垂直于磁场方向，两点的电势差为。下列说法错误的是（　　） A. N点电势比M点高 B. 正比于流量Q C. 在流量Q一定时，管道半径越小，越小 D. 若直径与磁场方向不垂直，测得的流量Q偏小 8. 在竖直方向的磁场中水平放置一个100匝、面积为的圆形导体线圈。规定线圈中电流和磁场的正方向如图甲所示。磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示，下列说法不正确的是（　　） A. 在0~0.4s内，线圈中的感应电流方向为正方向 B. 在0.4~0.5s内，线圈中的感应电流在轴线处产生的磁场方向向下 C. 在0.4~0.5s内，线圈中的感应电动势大小为4V D. 0~0.4s内与0.4~0.5s内，线圈中的感应电流大小之比为 9. 某学习小组想将一块小量程电流表改装为伏特表和安培表，设计了如图所示的电路。下列说法不正确的是（　　） A. 若将S调到1位置，则为改装后的安培表 B. 若将S调到2位置，则为改装后的伏特表 C. 若想扩大安培表的量程，可适当增大 D. 若想扩大伏特表的量程，可适当增大 10. 如图所示，一定厚度和宽度的半导体板放在匀强磁场中，当半导体板通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，在上侧面A和下侧面之间会产生一定的电势差UH将这种半导体板制成磁敏元件，可用来探测某空间的磁场。下列说法正确的是（　　） A. 若半导体板内载流子为电子，则上侧面A的电势比下侧面的电势高 B. 探测空间磁场时，UH与被测磁场的磁感应强度呈线性关系 C. 探测空间磁场时，磁敏元件的摆放方向对UH的数值无影响 D. 在图示情况下，半导体板单位体积中载流子数目越大UH越大 二、多项选择题（本题共4小题，每小题有多个选项最符合题意。每小题3分，共12分） 11. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，在磁铁正下方有一个固定在水平桌面上的闭合铜质线圈。将磁铁竖直向下拉至某一位置后放开，磁铁开始上下振动。下列说法正确的是（　　） A. 磁铁振动过程中，线圈中电流的方向保持不变 B. 磁铁振动过程中，线圈对桌面的压力始终大于线圈的重力 C. 磁铁振动过程中，弹簧和磁铁组成系统的机械能一直减小 D. 磁铁靠近线圈时，线圈有收缩的趋势 12. 如图甲所示的电路中，是可调电阻，是定值电阻，电源内阻不计。实验时调节的阻值，得到若干组电压和电流的数据，用这些数据在坐标纸上描点、拟合，作出的图线如图乙所示。电压表和电流表均可视为理想电表。下列说法正确的是（　　） A. 定值电阻 B. 电源的电动势 C. 当干路电流为时，可调电阻 D. 可调电阻上消耗的最大功率为 13. 为演示断电自感现象，用小灯泡、带铁芯的电感线圈L和定值电阻R等元件组成如图甲所示的电路。闭合开关待电路稳定后，电路中两支路的电流分别为和。如图乙反映断开开关前后的一小段时间内电路中的电流随时间变化的关系。断开开关后（ ） A. 自感线圈所在支路的电流如曲线a所示 B. 自感线圈所在支路的电流如曲线b所示 C. 小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭 D. 小灯泡逐渐变暗直至熄灭 14. 为了测定某沿水平方向的匀强磁场的磁感应强度（远大于地磁场的磁感应强度），某同学在北京地区利用如图所示装置进行了如下操作： ①在水平地面放置的灵敏电子秤的绝缘托盘上，沿东西方向放置一根金属直杆，杆的两端与外电源相连（图中未画出）； ②在杆内通以沿方向、大小为的恒定电流后，绕点沿逆时针改变杆的摆放角度，俯视图如图甲所示； ③测量杆与正东方向的夹角及对应的电子秤示数，绘制出图乙所示的图线，图线上的最大值和最小值分别为和对应的角度为。 已知杆的长度为、重力加速度为，下列说法正确的是（　　） A. 金属直杆的质量为 B. 待测磁场的方向与正东方向的夹角为 C. 待测磁场的磁感应强度大小为 D. 若考虑地磁场，通过该方法测得的磁感应强度偏小 三、实验探究题（本题共2小题，共18分） 15. 用如图所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验。线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到电流表上，把线圈A放入线圈B中。开关闭合瞬间，电流表指针向左偏转。电路稳定后，将线圈A向上拔出，电流表指针向______偏转。 16. 用实验室提供的器材测量一种金属电阻丝的电阻。现有电源（电动势为，内阻不计）、开关和导线若干，以及下列器材。 A.电流表（量程0～，内阻约） B.电压表（量程0～，内阻约） C.滑动变阻器（0～，额定电流） D.滑动变阻器（0～，额定电流） 为减小误差，且电压从零开始可调，滑动变阻器应选______。图是测量该电阻丝实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，还有两根导线没有连接，请补充完成电路______。 17. 某同学根据闭合电路欧姆定律测量电池的电动势和内阻。 （1）由图1所示的电路图连接好实物装置后闭合开关，调节滑动变阻器，发现电压表读数与电流表读数始终为零。已知导线与接线柱均无故障，仅通过改变电压表接线位置检查故障。当电压表接在电源两端时，电压表示数接近，则电路故障可能为__________； （2）故障排除后测得电压与电流数据如图2所示，则电池的电动势__________，内阻__________。（结果保留小数点后两位） 18. 为测量某金属丝的电阻率，小明同学设计了如图甲、乙所示的两种实验方案，已知该实验选用的电源可视为内阻不计的理想电源。 （1）小明先进行了如图甲方案的测量。 ①他首先用米尺测出接入电路中金属丝的长度L=50.00cm，再利用螺旋测微器测金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝直径的测量值d=__________mm。 ②小明闭合开关前应将滑动变阻器的滑片置于______端。（选填“左”或“右”） ③实验过程中，小明移动滑动变阻器的滑片分别处于不同的位置，并依次记录了两电表的测量数据如下表所示，其中5组数据的对应点他已经标在如图所示的坐标纸上，请你标出余下一组数据的对应点，并画出U−I图线______，根据图线求得金属丝的阻值R=_____Ω。 实验次数 1 2 3 4 5 6 U/V 0.90 1.20 1.50 1.80 2.10 2.40 I/A 0.18 0.24 0.31 0.37 0.43 0.49 ④利用甲方案测得的金属丝的电阻率ρ=__________Ω⋅m。 （说明：③、④计算结果保留两位有效数字） （2）小明又进行了如图乙方案的测量，实验中闭合开关S后，他可以通过改变接线夹（即图乙中滑动变阻器符号上的箭头）接触金属丝的位置以控制接入电路中金属丝的长度，并通过改变电阻箱接入电路中的阻值，保持电流表示数不变。记录电阻箱接入电路中的阻值R和对应接入电路中金属丝长度L的数据，并在R−L坐标系中描点连线，作出R−L的图线，如图所示。请用金属丝的直径d、R−L图线斜率的绝对值k和必要的常数，写出该金属丝电阻率测量值的表达式 ρ= _________________。 （3）电表的内阻可能对实验产生系统误差。 ①若采用甲方案，电阻率的测量值_______真实值（选填“大于”或“等于”或“小于”），原因是：______________________________。 ②若采用乙方案，电阻率的测量值_______真实值（选填“大于”或“等于”或“小于”），原因是：______________________________。 四、论述、计算题（本题共5小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，画出必要的示意图。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位） 19. 如图所示，M为粒子加速器；N为速度选择器，两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B。从S点释放一初速度为0、质量为m、电荷量为q的带正电粒子，经M加速后恰能以速度v沿直线（图中平行于导体板的虚线）通过N。不计重力。 （1）求粒子加速器M的加速电压U； （2）求速度选择器N两板间的电场强度E的大小和方向； （3）仍从S点释放另一初速度为0、质量为2m、电荷量为q的带正电粒子，离开N时粒子偏离图中虚线的距离为d，求该粒子离开N时的动能。 20. 北京谱仪是北京正负电子对撞机的一部分，它可以利用带电粒子在磁场中的运动测量粒子的质量、动量等物理量。 考虑带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中的运动，且不计粒子间相互作用。 （1）一个电荷量为的粒子的速度方向与磁场方向垂直，推导得出粒子的运动周期T与质量m的关系。 （2）两个粒子质量相等、电荷量均为q，粒子1的速度方向与磁场方向垂直，粒子2的速度方向与磁场方向平行。在相同的时间内，粒子1在半径为R的圆周上转过的圆心角为，粒子2运动的距离为d。求： a．粒子1与粒子2的速度大小之比； b．粒子2的动量大小。 21. 如图为某种“电磁弹射”装置的简化原理图。在竖直向下的匀强磁场中，两根光滑的平行长直导轨水平放置，一根导体棒放置在导轨上，与导轨垂直且接触良好。已知磁场的磁感应强度大小为B，导轨间距为L，导体棒的质量为m，电阻为R。开关S接1，导轨与恒流源相连，回路中的电流恒定为I，导体棒由静止开始做匀加速运动，一段时间后速度增大为v。此时，将开关S接2，导轨与定值电阻R0相连，导体棒开始做减速运动直至停止。不计导轨电阻及空气阻力。 （1）开关S接1后，求导体棒受到安培力的大小FA及其加速运动的时间t； （2）开关S接2后，求导体棒速度为0.5v时加速度的大小a； （3）求导体棒在加速运动阶段及减速运动阶段产生的焦耳热Q1和Q2. 22. 磁流体发电机是一种将内能直接转换为电能的新型发电装置，具有发电效率高、环境污染小、结构简单等特点，具有广泛的应用前景。如图所示为该装置的导流通道，其主要结构如图1所示，通道的上下平行金属板M、N之间有很强的磁场，将等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）从左侧不断高速喷入整个通道中，M、N两板间便产生了电压，其简化示意图如图2所示。M、N两金属板相距为a，板宽为b，板间匀强磁场的磁感应强度为B，速度为v的等离子体自左向右穿过两板后速度大小仍为v，截面积前后保持不变。设两板之间单位体积内等离子的数目为n，每个离子的电量为q，板间部分的等离子体等效内阻为r，外电路电阻为R。 （1）金属板M、N哪一个是电源的正极，求这个发电机的电动势E； （2）开关S接通后，设等离子体在板间受到阻力恒为f，请从受力或能量转化与守恒的角度，求等离子体进出磁场前后的压强差Δp； （3）假设上下金属板M、N足够大，若R阻值可以改变，试讨论R中电流的变化情况，求出其最大值Im。并在图3中坐标上定性画出I随R变化的图线，并指出横、纵轴关键点坐标值的大小。 23. 2020年1月，我国首款大功率电磁式霍尔推力器成功完成点火试验。其工作原理简化如下：如图甲所示，从推力器右侧的阴极逸出的一部分电子（初速度近似为0）进入放电室，放电室内有沿圆柱体轴向的电场和环形径向磁场，电子在洛伦兹力和电场力共同作用下运动，大多数电子被束缚在一定的区域内，与进入放电室的中性推进剂（氙原子）发生碰撞并使其电离；电离后的氙离子在磁场中的偏转角度很小，其运动可视为在轴向电场力作用下的直线运动，飞出放电室后与阴极导出的另一部分电子中和并被高速喷出，霍尔推力器由于反冲获得推进动力。设某次核心舱进行姿态调整，开启霍尔推力器，电离后的氙离子初速度为0，经电压为的电场加速后高速喷出，氙离子所形成的等效电流为。已知氙离子的质量为，电荷量为，忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响，求： （1）单位时间内喷出氙离子的数目。 （2）霍尔推力器获得的平均推力大小。 （3）放电室中的电场和磁场很复杂，为简化研究，将图甲中的磁场和电场在小范围内看作XOY平面内的方向向右的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度为，俯视图如图乙所示。质量为、电荷量为的电子从点以速度沿轴正方向入射时，恰好可以沿轴做直线运动。 ①求电场强度的大小； ②若电子沿轴正方向入射，入射速度在范围内均匀分布，其中与轴的最大距离介于和之间的电子对氙原子的电离效果更好，求有更好电离效果的电子数占总电子数的百分比。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 北师大实验中学2025-2026学年度第一学期 高三年级物理12月月考 一、单项选择题（本题共10小题，每小题只有一个选项最符合题意。每小题3分，共30分） 1. 如图甲所示，直线AB是一条电场线。一正电荷仅在静电力作用下，以一定初速度沿电场线从A点运动到B点，运动过程中速度v随时间t变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A. 该电场线的方向是由B点指向A点 B. 该电场可能是负点电荷产生的 C. A点电势小于B点电势 D. A点电场强度大于B点电场强度 【答案】D 【解析】 【详解】A．由图像可知，正电荷从A点到B点做加速度逐渐减小的加速运动，由于电荷带正电，则该电场线的方向是由A指向B，故A错误； BD．根据牛顿第二定律可得可知，A点处的场强比B点处的场强大，又电场方向由A点到B，则该电场不可能是由负点电荷产生的，故D正确，B错误； C．由于电场方向由A点到B，根据沿电场方向电势降低可知，A点电势大于B点电势，故C错误。 故选D。 2. 如图所示，导体棒ab置于倾角为的粗糙导轨上且与导轨垂直，整个装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒。闭合开关S，导体棒处于静止状态。下列磁场方向中，使导体棒与导轨之间一定存在静摩擦力的是（ ） A. 竖直向上 B. 水平向左 C. 垂直于导轨平面向下 D. 垂直于导轨平面向上 【答案】C 【解析】 【详解】A．如果磁场方向竖直向上，由左手定则可知导体棒所受安培力水平向右，导体棒受到重力、水平向右的安培力和支持力作用，三力的合力可能为0，所以导体棒不一定受到静摩擦力作用，故A错误； B．如果磁场方向水平向左，由左手定则可知导体棒所受安培力竖直向上，若安培力恰好等于重力，则支持力和摩擦力均为0，故B错误； C．如果磁场方向垂直于导轨平面向下，由左手定则可知导体棒所受安培力沿斜面向下，则导体棒一定受到沿斜面向上的静摩擦力作用，故C正确； D．如果磁场方向垂直于导轨平面向上，由左手定则可知导体棒所受安培力沿斜面向上，导体棒受到重力、沿斜面向上的安培力和支持力作用，三力的合力可能为0，所以导体棒不一定受到静摩擦力作用，故D错误。 故选C。 3. 有一束连续电子流沿着三维直角坐标系的轴正方向运动，如图所示，电子流在轴上的点处产生的磁场方向（ ） A. 沿轴正方向 B. 沿轴负方向 C. 沿轴正方向 D. 沿轴负方向 【答案】A 【解析】 【详解】电子流沿着三维直角坐标系的轴正方向运动，形成的等效电流的方向沿轴负方向，根据安培定则，右手握住电流方向（大拇指指向等效电流的x轴负方向），四指环绕的方向就是磁场的环绕方向，由环绕方向可判断，P点的磁场方向沿y轴正方向。 故选A。 4. 如图所示，圆形匀强磁场区域圆心为O，半径为R，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B。一质量为m、电荷量为的带电粒子以某一速度从P点沿磁场区域的半径方向射入磁场，从Q点射出，PO与OQ成角，不计粒子重力。下列说法正确的是（ ） A. 若射入速度变大，粒子在磁场中的运动时间变短 B. 带电粒子在磁场中的运动时间等于 C. 若射入速度变大，粒子运动的半径变小 D. 带电粒子在磁场中做圆周运动的半径等于R 【答案】A 【解析】 【详解】A．粒子以某一速度从点沿磁场区域的半径方向射入，根据对称性和几何关系可知，其出射速度方向一定沿另一半径方向向外，设入射点和出射点所在半径夹角为，粒子运动轨迹的圆心角为，由几何知识有，，若射入速度变大，根据可知，粒子运动的半径变大，则变大，偏转角变小；根据且周期保持不变，可知粒子在磁场中的运动时间变短，故A正确； B．，则粒子轨迹的圆心角 带电粒子在磁场中的运动时间，故B错误； C．根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式可知，若射入速度变大，粒子运动的半径变大，故C错误； D．根据几何关系可得，带电粒子在磁场中做圆周运动的半径，故D错误。 故选A。 5. 如图所示平面内，在通有图示方向电流的长直导线右侧固定矩形金属线框，边与导线平行。调节电流使得空间各点的磁感应强度随时间均匀增加，则（ ） A. 线框中产生的感应电流方向为 B. 线框中产生的感应电流大小不变 C. 线框整体受到的安培力方向水平向左 D. 线框整体受到的安培力大小不变 【答案】B 【解析】 【详解】A．由右手螺旋法则可知，直导线右侧磁场垂直纸面向里，当空间各点的磁感应强度随时间均匀增加时，由楞次定律可知，线框中产生的感应电流方向为，故A错误； B．当空间各点的磁感应强度随时间均匀增加时，穿过线圈的磁通量的变化率恒定，则线框中产生的感应电流大小恒定，故B正确； C．磁场方向向里，根据左手定则，则ad边受安培力向右，cb边受安培力向左，但因ad边所处位置的磁场较强，则ad边受安培力较大，可知线框整体受到的安培力方向水平向右，故C错误； D．线框的感应电流​恒定，但空间各点的磁感应强度随时间均匀增大，由 可知、边的安培力会随的增大而增大，因此线框整体的安培力大小随时间均匀变大，D错误。 故选B。 6. 人体中的脂肪因缺乏自由电子或离子，不容易导电，某脂肪测量仪的工作原理是根据人体等效电阻阻值的大小来判断脂肪所占比例的高低，简化电路如图所示，其中定值电阻与人体等效电阻的阻值相差不大。下列说法正确的是（ ） A. 脂肪所占比例高者对应的电流表的示数较小 B. 脂肪所占比例低者对应的电压表的示数较大 C. 脂肪所占比例低者对应的电源内阻消耗的功率较小 D. 脂肪所占比例高者对应的电源消耗的总功率较大 【答案】A 【解析】 【详解】A．根据题意，脂肪不易导电，因此脂肪占比越高，人体等效电阻越大。脂肪占比高→​大→总电阻大→总电流小，因此电流表示数较小，故A正确； B．脂肪占比低→小→总电阻小→总电流大，​两端电压 增大则减小，电压表示数更小，故B错误； C．脂肪占比低→​小→总电流大，电源内阻功率 越大则内阻功率越大，故C错误； D．脂肪占比高，总电流小，电源总功率 越小则总功率越小，故D错误。 故选A。 7. 电磁流量计可以测量导电液体的流量Q——单位时间内流过管道横截面的液体体积。如图所示，内壁光滑的薄圆管由非磁性导电材料制成，空间有垂直管道轴线的匀强磁场，磁感应强度为B。液体充满管道并以速度v沿轴线方向流动，圆管壁上的两点连线为直径，且垂直于磁场方向，两点的电势差为。下列说法错误的是（　　） A. N点电势比M点高 B. 正比于流量Q C. 在流量Q一定时，管道半径越小，越小 D. 若直径与磁场方向不垂直，测得的流量Q偏小 【答案】C 【解析】 【详解】A．根据左手定则可知正离子向下偏，负离子向上偏，故N点电势比M点高，故A正确； BC．设管道半径为r，稳定时，离子受到的洛伦兹力与电场力平衡有 同时有 联立解得 故正比于流量Q；流量Q一定时，管道半径越小，越大； 故B正确，C错误； D．若直径MN与磁场方向不垂直，根据可知此时式中磁场强度为磁感应强度的一个分量，即此时测量时代入的磁场强度偏大，故测得的流量Q偏小； 故D正确。 本题选错误的，故选C。 8. 在竖直方向的磁场中水平放置一个100匝、面积为的圆形导体线圈。规定线圈中电流和磁场的正方向如图甲所示。磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示，下列说法不正确的是（　　） A. 在0~0.4s内，线圈中的感应电流方向为正方向 B. 在0.4~0.5s内，线圈中的感应电流在轴线处产生的磁场方向向下 C. 在0.4~0.5s内，线圈中的感应电动势大小为4V D. 0~0.4s内与0.4~0.5s内，线圈中的感应电流大小之比为 【答案】B 【解析】 【详解】A．0～0.4s内，磁感应强度增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场与原场强方向相反，据右手螺旋定则，可知感应电流的方向为正，故A正确； B．0.4～0.5s内，线圈中的磁感应强度减小，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场与原场强方向相同，线圈中的感应电流在轴线处的磁场方向向上，故B错误； C．0.4～0.5s内，线圈中的感应电动势大小，故C正确； D．0～0.4s内，线圈中的感应电动势大小 设线圈的电阻为，0～0.4s内与0.4～0.5s内线圈中的感应电流大小之比，故D正确。 本题选择不正确的，故选B。 9. 某学习小组想将一块小量程电流表改装为伏特表和安培表，设计了如图所示的电路。下列说法不正确的是（　　） A. 若将S调到1位置，则为改装后的安培表 B. 若将S调到2位置，则为改装后的伏特表 C. 若想扩大安培表的量程，可适当增大 D. 若想扩大伏特表的量程，可适当增大 【答案】C 【解析】 【详解】A．将S调到1位置时，电阻与表头并联，这是扩大表头的电流量程，故其改装后是安培表，故A正确； B．将S调到2位置，电阻与改装后的电流表串联，电阻起到分压作用，则为改装后的伏特表，故B正确； C．若想扩大安培表的量程，电阻分流的增大，电流增大，根据欧姆定律可以知道需要减小电阻，故C错误； D．若想扩大伏特表的量程，则电阻分压作用要增大，故需要适当增大，故D正确。 故选C。 10. 如图所示，一定厚度和宽度的半导体板放在匀强磁场中，当半导体板通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，在上侧面A和下侧面之间会产生一定的电势差UH将这种半导体板制成磁敏元件，可用来探测某空间的磁场。下列说法正确的是（　　） A. 若半导体板内载流子为电子，则上侧面A的电势比下侧面的电势高 B. 探测空间磁场时，UH与被测磁场的磁感应强度呈线性关系 C. 探测空间磁场时，磁敏元件的摆放方向对UH的数值无影响 D. 在图示情况下，半导体板单位体积中载流子数目越大UH越大 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据左手定则可知，电子受到洛伦兹力向上偏转，故上侧面A的电势比下侧面的电势低，A错误； BD．设半导体板的厚度为d，高度为h，根据电流的微观表达式 当电势差稳定时洛伦兹力与电场力平衡，则有 联立解得 可知电势差与B成正比，与d成反比，半导体板单位体积中载流子数目越大UH越小，B正确，D错误； C．探测空间磁场时，磁敏元件的摆放要求磁场方向与板的厚度平行，即磁敏元件的摆放方向对UH的数值有影响，C错误。 故选B。 二、多项选择题（本题共4小题，每小题有多个选项最符合题意。每小题3分，共12分） 11. 如图所示，弹簧上端固定，下端悬挂一个磁铁，在磁铁正下方有一个固定在水平桌面上的闭合铜质线圈。将磁铁竖直向下拉至某一位置后放开，磁铁开始上下振动。下列说法正确的是（　　） A. 磁铁振动过程中，线圈中电流的方向保持不变 B. 磁铁振动过程中，线圈对桌面的压力始终大于线圈的重力 C. 磁铁振动过程中，弹簧和磁铁组成系统的机械能一直减小 D. 磁铁靠近线圈时，线圈有收缩的趋势 【答案】CD 【解析】 【详解】A．磁铁上下振动过程中，穿过线圈的磁通量先向下增大，后向下减小，由楞次定律可知，线圈中电流的方向会变化，A错误； B．磁铁振动过程中，由“来拒去留”的规律，可知线圈对桌面的压力先大于重力再小于重力，B错误； C．磁铁振动过程中，由于线圈中产生了感应电流，即有电能产生，由能量守恒定律，可知弹簧和磁铁组成系统的机械能会一直减小，C正确； D．磁铁靠近线圈时，由“增缩减扩”的规律，可知线圈有收缩的趋势，D正确。 故选CD。 12. 如图甲所示的电路中，是可调电阻，是定值电阻，电源内阻不计。实验时调节的阻值，得到若干组电压和电流的数据，用这些数据在坐标纸上描点、拟合，作出的图线如图乙所示。电压表和电流表均可视为理想电表。下列说法正确的是（　　） A. 定值电阻 B. 电源的电动势 C. 当干路电流为时，可调电阻 D. 可调电阻上消耗的最大功率为 【答案】BD 【解析】 【详解】AB．根据闭合电路欧姆定律可得 由图乙可知，当时，；当时， 代入这两组数据，解得， 故A错误，B正确； C．当干路电流为时，由图乙可知此时两端的电压为 此时可调电阻的阻值为 故C错误； D．可调电阻上消耗的功率为 由数学关系可知，当，即当时，可调电阻上消耗的功率最大，此时为 故D正确。 故选BD。 13. 为演示断电自感现象，用小灯泡、带铁芯的电感线圈L和定值电阻R等元件组成如图甲所示的电路。闭合开关待电路稳定后，电路中两支路的电流分别为和。如图乙反映断开开关前后的一小段时间内电路中的电流随时间变化的关系。断开开关后（ ） A. 自感线圈所在支路的电流如曲线a所示 B. 自感线圈所在支路的电流如曲线b所示 C. 小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭 D. 小灯泡逐渐变暗直至熄灭 【答案】AC 【解析】 【详解】AB．断开开关前后的一小段时间内，通过自感线圈的电流方向是不变的，则自感线圈所在支路的电流如曲线a所示，选项A正确，B错误； CD．由图可知，断开开关之前通过线圈的电流大于通过小灯泡的电流，则断开开关后，线圈产生自感电动势阻碍电流减小，线圈相当电源，由于线圈、电阻和灯泡重新组成回路，则小灯泡先突然变亮再逐渐熄灭，选项C正确，D错误。 故选AC。 14. 为了测定某沿水平方向的匀强磁场的磁感应强度（远大于地磁场的磁感应强度），某同学在北京地区利用如图所示装置进行了如下操作： ①在水平地面放置的灵敏电子秤的绝缘托盘上，沿东西方向放置一根金属直杆，杆的两端与外电源相连（图中未画出）； ②在杆内通以沿方向、大小为的恒定电流后，绕点沿逆时针改变杆的摆放角度，俯视图如图甲所示； ③测量杆与正东方向的夹角及对应的电子秤示数，绘制出图乙所示的图线，图线上的最大值和最小值分别为和对应的角度为。 已知杆的长度为、重力加速度为，下列说法正确的是（　　） A. 金属直杆的质量为 B. 待测磁场的方向与正东方向的夹角为 C. 待测磁场的磁感应强度大小为 D. 若考虑地磁场，通过该方法测得的磁感应强度偏小 【答案】CD 【解析】 【详解】B．由题意可知，当OA与正东方向的夹角为θ1时受安培力最大，可知该位置直导线与磁场方向垂直，即待测磁场的方向与正东方向的夹角为，选项B错误； A．当电子秤读数最小时，直导线与磁场垂直且受安培力方向向上，则此时电子秤的读数小于金属杆的重力，即金属直杆的质量大于，选项A错误； C．由题意可知， 解得待测磁场的磁感应强度大小为 选项C正确； D．因该磁场方向为南偏东θ1方向，若考虑地磁场，因地磁场有正北方向，两个磁场夹角为锐角，合磁场的磁感应强度小于待测磁场的磁感应强度，则通过该方法测得的磁感应强度偏小，选项D正确。 故选CD。 三、实验探究题（本题共2小题，共18分） 15. 用如图所示的装置做“探究影响感应电流方向的因素”实验。线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连接到电流表上，把线圈A放入线圈B中。开关闭合瞬间，电流表指针向左偏转。电路稳定后，将线圈A向上拔出，电流表指针向______偏转。 【答案】右 【解析】 【详解】根据题意可知，开关闭合，穿过线圈B的磁通量增大，产生感应电流，且电流表指针向左偏转；电路稳定后，将线圈A向上拔出，穿过线圈B的磁通量减小，产生感应电流，则电流表指针向右偏转。 16. 用实验室提供的器材测量一种金属电阻丝的电阻。现有电源（电动势为，内阻不计）、开关和导线若干，以及下列器材。 A.电流表（量程0～，内阻约） B.电压表（量程0～，内阻约） C.滑动变阻器（0～，额定电流） D.滑动变阻器（0～，额定电流） 为减小误差，且电压从零开始可调，滑动变阻器应选______。图是测量该电阻丝实验器材的实物图，图中已连接了部分导线，还有两根导线没有连接，请补充完成电路______。 【答案】 ①. C ②. 【解析】 【分析】 【详解】[1]为减小误差，且电压从零开始可调，滑动变阻器应选用分压式接法，选择最大阻值较小的滑动变阻器，应选C； [2]因为待测电阻金属电阻丝一般电阻比较小，因此电流表采用外接法，实物图连接如图 【点睛】 17. 某同学根据闭合电路欧姆定律测量电池的电动势和内阻。 （1）由图1所示的电路图连接好实物装置后闭合开关，调节滑动变阻器，发现电压表读数与电流表读数始终为零。已知导线与接线柱均无故障，仅通过改变电压表接线位置检查故障。当电压表接在电源两端时，电压表示数接近，则电路故障可能为__________； （2）故障排除后测得电压与电流数据如图2所示，则电池的电动势__________，内阻__________。（结果保留小数点后两位） 【答案】（1）开关断路 （2） ①. 1.48 ②. 0.63 【解析】 【小问1详解】 连接好实物装置后闭合开关，调节滑动变阻器，发现电压表读数与电流表读数始终为零，表明电路断路，当电压表接在电源两端时，电压表示数接近1.5V，可能开关断路； 【小问2详解】 [1][2]根据闭合电路欧姆定律有E=U+Ir 解得U=E-Ir 根据图像斜率与截距可知E=1.48V， 18. 为测量某金属丝的电阻率，小明同学设计了如图甲、乙所示的两种实验方案，已知该实验选用的电源可视为内阻不计的理想电源。 （1）小明先进行了如图甲方案的测量。 ①他首先用米尺测出接入电路中金属丝的长度L=50.00cm，再利用螺旋测微器测金属丝的直径，示数如图所示，则金属丝直径的测量值d=__________mm。 ②小明闭合开关前应将滑动变阻器的滑片置于______端。（选填“左”或“右”） ③实验过程中，小明移动滑动变阻器的滑片分别处于不同的位置，并依次记录了两电表的测量数据如下表所示，其中5组数据的对应点他已经标在如图所示的坐标纸上，请你标出余下一组数据的对应点，并画出U−I图线______，根据图线求得金属丝的阻值R=_____Ω。 实验次数 1 2 3 4 5 6 U/V 0.90 1.20 1.50 1.80 2.10 2.40 I/A 0.18 0.24 0.31 0.37 0.43 0.49 ④利用甲方案测得的金属丝的电阻率ρ=__________Ω⋅m。 （说明：③、④计算结果保留两位有效数字） （2）小明又进行了如图乙方案的测量，实验中闭合开关S后，他可以通过改变接线夹（即图乙中滑动变阻器符号上的箭头）接触金属丝的位置以控制接入电路中金属丝的长度，并通过改变电阻箱接入电路中的阻值，保持电流表示数不变。记录电阻箱接入电路中的阻值R和对应接入电路中金属丝长度L的数据，并在R−L坐标系中描点连线，作出R−L的图线，如图所示。请用金属丝的直径d、R−L图线斜率的绝对值k和必要的常数，写出该金属丝电阻率测量值的表达式 ρ= _________________。 （3）电表的内阻可能对实验产生系统误差。 ①若采用甲方案，电阻率的测量值_______真实值（选填“大于”或“等于”或“小于”），原因是：______________________________。 ②若采用乙方案，电阻率的测量值_______真实值（选填“大于”或“等于”或“小于”），原因是：______________________________。 【答案】（1） ①. 0.359##0.360##0.361 ②. 右 ③. ④. 4.8##4.9##5.0##5.1##5.2 ⑤. 0.99×10-6~1.1×10-6 （2） （3） ①. 小于 ②. 由于电压表的分流作用导致金属丝的电流测量值偏大，其电阻的测量值偏小，电阻率的测量值偏小 ③. 等于 ④. 图乙方案中，所以电表内阻对电阻率的测量结果没有影响。 【解析】 【小问1详解】 [1]  固定刻度0mm，可动刻度第36.0格与固定尺横线对齐，总读数 [2] 甲图，闭合开关前，滑片应置于右端，从而保护电路； [3] U-I图像如图所示 [4]U-I图像的斜率表示电阻，求斜率得 [5]根据电阻决定式 代入数据解得 【小问2详解】 根据闭合电路欧姆定律可得 变形得 所以图像斜率的绝对值为 解得 【小问3详解】 [1] 小于 [2]由于电压表的分流作用导致金属丝的电流测量值偏大，其电阻的测量值偏小，电阻率的测量值偏小 [3] 等于 [4]图乙方案中，所以电表内阻对电阻率的测量结果没有影响 四、论述、计算题（本题共5小题，共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，画出必要的示意图。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位） 19. 如图所示，M为粒子加速器；N为速度选择器，两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B。从S点释放一初速度为0、质量为m、电荷量为q的带正电粒子，经M加速后恰能以速度v沿直线（图中平行于导体板的虚线）通过N。不计重力。 （1）求粒子加速器M的加速电压U； （2）求速度选择器N两板间的电场强度E的大小和方向； （3）仍从S点释放另一初速度为0、质量为2m、电荷量为q的带正电粒子，离开N时粒子偏离图中虚线的距离为d，求该粒子离开N时的动能。 【答案】（1）；（2），方向垂直导体板向下；（3） 【解析】 【分析】 【详解】（1）粒子直线加速，根据功能关系有 解得 （2）速度选择器中电场力与洛伦兹力平衡 得 方向垂直导体板向下。 （3）粒子在全程电场力做正功，根据功能关系有 解得 20. 北京谱仪是北京正负电子对撞机的一部分，它可以利用带电粒子在磁场中的运动测量粒子的质量、动量等物理量。 考虑带电粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中的运动，且不计粒子间相互作用。 （1）一个电荷量为的粒子的速度方向与磁场方向垂直，推导得出粒子的运动周期T与质量m的关系。 （2）两个粒子质量相等、电荷量均为q，粒子1的速度方向与磁场方向垂直，粒子2的速度方向与磁场方向平行。在相同的时间内，粒子1在半径为R的圆周上转过的圆心角为，粒子2运动的距离为d。求： a．粒子1与粒子2的速度大小之比； b．粒子2的动量大小。 【答案】（1） （2）a．；b． 【解析】 【小问1详解】 粒子速度方向与磁场垂直，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力 解得轨道半径 圆周运动的周期 将R代入得 比例关系为 【小问2详解】 a．由题意知粒子1做圆周运动，线速度 粒子2做匀速直线运动，速度 所以速度之比 即 b．对粒子1，由洛伦兹力提供向心力有 可得 粒子2的动量 结合前面的分析可得 21. 如图为某种“电磁弹射”装置的简化原理图。在竖直向下的匀强磁场中，两根光滑的平行长直导轨水平放置，一根导体棒放置在导轨上，与导轨垂直且接触良好。已知磁场的磁感应强度大小为B，导轨间距为L，导体棒的质量为m，电阻为R。开关S接1，导轨与恒流源相连，回路中的电流恒定为I，导体棒由静止开始做匀加速运动，一段时间后速度增大为v。此时，将开关S接2，导轨与定值电阻R0相连，导体棒开始做减速运动直至停止。不计导轨电阻及空气阻力。 （1）开关S接1后，求导体棒受到安培力的大小FA及其加速运动的时间t； （2）开关S接2后，求导体棒速度为0.5v时加速度的大小a； （3）求导体棒在加速运动阶段及减速运动阶段产生的焦耳热Q1和Q2. 【答案】（1）， （2） （3）， 【解析】 【小问1详解】 开关S接1后，导体棒受到安培力的大小 根据牛顿第二定律有 得 导体棒做匀加速直线运动的时间 得 【小问2详解】 开关S接2后，当导体棒速度为0.5v时，导体棒的感应电动势 回路中的感应电流 导体棒受到的安培力 根据牛顿第二定律，导体棒加速度的大小 【小问3详解】 开关S接1后，导体棒产生的焦耳热 开关S接2后，电路产生的焦耳热 其中导体棒产生的焦耳热 22. 磁流体发电机是一种将内能直接转换为电能的新型发电装置，具有发电效率高、环境污染小、结构简单等特点，具有广泛的应用前景。如图所示为该装置的导流通道，其主要结构如图1所示，通道的上下平行金属板M、N之间有很强的磁场，将等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）从左侧不断高速喷入整个通道中，M、N两板间便产生了电压，其简化示意图如图2所示。M、N两金属板相距为a，板宽为b，板间匀强磁场的磁感应强度为B，速度为v的等离子体自左向右穿过两板后速度大小仍为v，截面积前后保持不变。设两板之间单位体积内等离子的数目为n，每个离子的电量为q，板间部分的等离子体等效内阻为r，外电路电阻为R。 （1）金属板M、N哪一个是电源的正极，求这个发电机的电动势E； （2）开关S接通后，设等离子体在板间受到阻力恒为f，请从受力或能量转化与守恒的角度，求等离子体进出磁场前后的压强差Δp； （3）假设上下金属板M、N足够大，若R阻值可以改变，试讨论R中电流的变化情况，求出其最大值Im。并在图3中坐标上定性画出I随R变化的图线，并指出横、纵轴关键点坐标值的大小。 【答案】（1）M板为正极， （2） （3）， 【解析】 【小问1详解】 由左手定则可知，正离子向上偏转，则M板为正极。 S断开时，M、N两板间电压的最大值，等于此发电机的电动势，根据 得 【小问2详解】 方法一：根据能量转化与守恒 外电路闭合后，有： 即： 得： 方法二：根据平衡角度分析： 外电路闭合后，有 等离子体横向受力平衡，则 解得 【小问3详解】 若R可调，由（2）知I随R减小而增大。当所有进入通道的离子全部偏转到极板上形成电流时，电流达到最大值，即饱和电流Im。 当I<Im时，由（2）可得： 解得：当时， I随R的增大而减小， 当时， 电流饱和保持不变。 由上分析：可定性画出如图所示的I-R图像（图中，）。 23. 2020年1月，我国首款大功率电磁式霍尔推力器成功完成点火试验。其工作原理简化如下：如图甲所示，从推力器右侧的阴极逸出的一部分电子（初速度近似为0）进入放电室，放电室内有沿圆柱体轴向的电场和环形径向磁场，电子在洛伦兹力和电场力共同作用下运动，大多数电子被束缚在一定的区域内，与进入放电室的中性推进剂（氙原子）发生碰撞并使其电离；电离后的氙离子在磁场中的偏转角度很小，其运动可视为在轴向电场力作用下的直线运动，飞出放电室后与阴极导出的另一部分电子中和并被高速喷出，霍尔推力器由于反冲获得推进动力。设某次核心舱进行姿态调整，开启霍尔推力器，电离后的氙离子初速度为0，经电压为的电场加速后高速喷出，氙离子所形成的等效电流为。已知氙离子的质量为，电荷量为，忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响，求： （1）单位时间内喷出氙离子的数目。 （2）霍尔推力器获得的平均推力大小。 （3）放电室中的电场和磁场很复杂，为简化研究，将图甲中的磁场和电场在小范围内看作XOY平面内的方向向右的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度为，俯视图如图乙所示。质量为、电荷量为的电子从点以速度沿轴正方向入射时，恰好可以沿轴做直线运动。 ①求电场强度的大小； ②若电子沿轴正方向入射，入射速度在范围内均匀分布，其中与轴的最大距离介于和之间的电子对氙原子的电离效果更好，求有更好电离效果的电子数占总电子数的百分比。 【答案】（1） （2） （3）， 【解析】 【小问1详解】 由电流定义，等效电流 解得 【小问2详解】 以Δt内喷出的n个氙离子为研究对象，设氙离子喷出速度为v，由动能定理 由动量定理 整理得 联立得 由牛顿第三定律得，推力器获得推力 【小问3详解】 ①电子沿Y轴做直线运动时，X方向合力为0，有 解得 ②电子速度为时洛伦兹力抵消电场力，剩余速度分量仅受洛伦兹力提供向心力，则电子的运动可分解为速度为​的沿Y轴匀速直线运动，和速度为的匀速圆周运动。 由洛伦兹力充当向心力 解得圆周运动的轨道半径 电子到Y轴的最大距离为圆周运动的直径 代入​​， 解得对应速度， 介于两速度之间的电子对氙原子的电离效果更好，因为入射速度在范围内均匀分布，有更好电离效果的电子数占总电子数的百分比为 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $