精品解析：北京市育英中学2026-2027学年高二上学期11月期中物理试题

2026-2027学年度第一学期期中考试试卷 高二物理选考 一、单项选择题（共10小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。每小题3分，共30分） 1. 下列几幅图中，由电流产生的磁场方向正确的是(　 　 ) A. B. C. D. 2. 小明同学探究楞次定律的实验装置如图所示。实验中观察到，当把磁铁N极向线圈中插入时，电流表指针向右偏转。下列说法正确的是（ ） A. 若线圈导线的绕向未知，对探究楞次定律没有影响 B. 磁铁匀速向上远离线圈，闭合回路中不会产生感应电流 C. 把磁铁的S极向线圈中插入，可使电流表指针向右偏转 D. 把磁铁的S极向线圈中拔出，可使电流表指针向右偏转 3. 阴极射线管是一种能从其阴极A发射出电子流的装置。如图所示的阴极射线管放在蹄形磁铁的N、S两极间，则此时电子流将（　　） A. 向S极偏转 B. 向N极偏转 C. 向上偏转 D. 向下偏转 4. 干电池的电动势为1.5V，下列说法正确的是（　　） A. 用电压表直接连接干电池的两极，测得的电压就是该电池的电动势 B. 外电路闭合时，在1s内有1.5J的其他能转化为电能 C. 外电路闭合时，在1s内有1.5C的电荷量通过该电池 D. 外电路闭合时，当1C的电荷量通过干电池时该电池提供1.5J的电能 5. 两条平行的通电直导线AB、CD通过磁场发生相互作用，电流方向如图所示。下列说法正确的是（ ） A. 两根导线之间将相互排斥 B. 在位置产生的磁场方向垂直纸面向里 C. CD受到的力是由的磁场施加的 D. 若，则AB受到的力大于CD受到的力 6. 在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r。闭合开关S，电灯L正常发光。两块电表均为理想电表。在滑片P向右移动的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 电流表的示数变小 B. 电源的总功率变大 C. 灯泡L的亮度变大 D. 电压表的示数变大 7. 如图所示的电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁场的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中减小质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。已知重力加速度为g，则该磁场的磁感应强度的大小为（　　） A. B. C. D. 8. 磁流体发电机的结构简图如图所示。把平行金属板A、B和电阻R连接，A、B之间有很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子）以速度v喷入磁场，A、B两板间便产生电压，成为电源的两个电极。下列判断正确的是（ ） A. B板为电源的负极 B. A、B两板间电压等于电源的电动势 C. 若增加两板的正对面积，则电源的电动势会增加 D. 两板间非静电力对等离子体做功，使电路获得电能 9. 洛伦兹力演示仪是由励磁线圈（也叫亥姆霍兹线圈）、洛伦兹力管和电源控制部分组成的。励磁线圈是一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。洛伦兹力管的圆球形玻璃泡内有电子枪，能够连续发射出电子，玻璃泡内充有稀薄的气体，电子束通过泡内气体时能够显示出电子运动的径迹，其结构如图所示。若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。若只增大电子枪的加速电压或励磁线圈中的电流，下列说法正确的是（ ） A. 只增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径变大，电子运动一周的时间（周期）变长 B. 只增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径不变，电子运动一周的时间（周期）变短 C. 只增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径变小，电子运动一周的时间（周期）变短 D. 只增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径不变，电子运动一周的时间（周期）变长 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，在上侧面和下侧面之间会产生一定的霍尔电势差。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，则上侧面的电势比下侧面的电势低 B. 探测空间磁场时，磁敏元件的摆放方向对的数值无影响 C. 探测空间磁场时，与载流子定向移动速度无关 D. 在图示情况下，半导体板单位体积中载流子数目越小，越小 二、不定项选择题（本题共4小题，在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是符合题意的。每小题全选对的得3分，选对但不全的得2分，错选不得分，共12分） 11. 在如图所示的图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻的图线。用该电源直接与电阻相连组成闭合电路，由图象可知（ ） A. 电源的电动势为，内阻为 B. 电源的总功率为 C. 电阻的阻值为 D. 电源的效率为 12. 如图所示，金属杆ab的质量为m，长为l，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成角斜向上，结果ab静止于水平导轨上。已知重力加速度为g。关于金属杆所受力的大小，下列说法正确的是（ ） A. 安培力大小为 B. 安培力大小为 C. 摩擦力大小为 D. 支持力大小为 13. 如图所示平面内，在通有图示方向电流I的长直导线右侧，固定一矩形金属线框abcd，ad边与导线平行。调节电流I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ad边所受的安培力大小恒定 D. 线框整体受到的安培力方向水平向左 14. 在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一闭合金属圆环，面积为S，电阻为R。规定圆环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正。当磁感应强度B随时间t按图乙变化时，下列说法正确的是（ ） A. 内感应电流的磁场在圆环圆心处的方向向下 B. 内通过圆环的感应电流的方向与图甲所示方向相同 C. 内线圈中产生的焦耳热为 D. 内线圈中产生的感应电动势为 三、实验题（共9分） 15. 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差。 （1）应该选择的实验电路是图1中的______（选项“甲”或“乙”），该方案的实验误差原因是______； （2）现有电流表（0～0.6A）、开关和导线若干，以及以下器材： A．电压表（0～15V） B．电压表（0～3V） C．滑动变阻器（0～） D．滑动变阻器（0～） 实验中电压表应选用______；滑动变阻器应选用______；（选填相应器材前的字母） （3）请根据图1所示的电路图，在图2中完成实物的连接______； （4）某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图3的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出图线______； 序号 1 2 3 4 5 6 电压U（V） 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 电流I（A） 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 （5）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势______V，内电阻______。 四、论述、计算题（本题共6道题，写出必要的公式和解答过程，共49分） 16. 如图所示，光滑水平导线框放在磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，线框中接有电阻，线框的电阻不计。长度、电阻的导体棒向右做匀速运动，速度。则： （1）求回路中的电流； （2）导体棒两端的电压； （3）棒向右运动时所受的外力的大小； 17. 如图所示，一束电子以垂直于磁感应强度并垂直于磁场边界的速度射入宽度为的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为，求： （1）电子运动的轨迹半径； （2）电子的比荷； （3）电子穿越磁场的时间。 18. 质谱仪是一种分离和检测同位素的重要工具，其结构原理如图所示。区域Ⅰ为粒子加速器，加速电压为：区域Ⅱ为速度选择器，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，电场方向水平向左，板间距离为d；区域Ⅲ为偏转分离器，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，一质量为m，电荷量为的粒子，初速度为零，经粒子加速器加速后，恰能沿直线通过速度选择器，由O点沿垂直于边界的方向进入分离器后打在上的P点，空气阻力，粒子重力及粒子间相互作用力均忽略不计。 （1）求粒子进入速度选择器时的速度大小v； （2）求速度选择器两极板间的电压； （3）19世纪末，阿斯顿设计的质谱仪只由区域Ⅰ粒子加速器和区域Ⅲ偏转分离器构成，在实验中发现了氖22和氖20两种同位素粒子（两种粒子电荷量相同，质量不同），他们分别打在上相距为的两点。为便于观测。的数值大一些为宜，不计粒子从区域Ⅰ的上极板飘入时的初速度，请通过计算分析为了便于观测应采取哪些措施。 19. 1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间接交流电源，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生的质子，质量为m、电荷量为q，（质子初速度很小，可以忽略）在加速器中被加速，加速电压为U，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用，求： （1）要使质子每次经过电场都被加速，则交流电源的周期为多大。 （2）对于用回旋加速器加速带电粒子，甲、乙两位同学有不同的看法：甲同学认为增大交流电源的电压U，就能得到更大能量的粒子；乙同学认为增大D形盒的半径R，就能得到更大能量的粒子。忽略相对论效应。你认为哪位同学的看法合理？简要说明理由。 （3）求质子在回旋加速器中运动的总时间。在实际装置设计中，可以采取哪些措施尽量减少带电粒子在电场中的运行时间。 20. 如图所示，两根倾斜直金属导轨MN、PQ平行放置，它们所构成的轨道平面与水平面之间的夹角，两轨道之间的距离。一根质量的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，且接触良好，整套装置处于与ab棒垂直的匀强磁场中。在导轨的上端接有电动势、内阻的直流电源和电阻箱R。已知导轨与金属杆的电阻均可忽略不计，，，重力加速度。 （1）若金属杆ab和导轨之间的摩擦可忽略不计，当电阻箱接入电路中的电阻时，金属杆ab静止在轨道上。 ①如果磁场方向竖直向下，画出金属杆ab的平面受力图，求满足条件的磁感应强度的大小； ②如果磁场的方向可以随意调整，求满足条件的磁感应强度的最小值及方向； （2）如果金属杆ab和导轨之间的摩擦不可忽略，整套装置处于垂直于轨道平面斜向下、磁感应强度大小的匀强磁场中，当电阻箱接入电路中的电阻值时，金属杆ab仍保持静止，求此时金属杆ab受到的摩擦力f大小及方向。 21. 如图甲所示，空间分布着方向平行于纸面、宽度为d的水平匀强电场。在紧靠电场右侧半径为R的圆形区域内，分布着垂直于纸面向里的匀强磁场。一个质量为m、电荷量为-q的粒子从左极板上A点由静止释放后，在M点离开加速电场，并以速度v0沿半径方向射入匀强磁场区域，然后从N点射出。MN两点间的圆心角∠MON=120°，粒子重力可忽略不计。 （1）求加速电场场强E0的大小； （2）求匀强磁场的磁感应强度B的大小； （3）若仅将该圆形区域的磁场改为平行于纸面的匀强电场，如图乙所示，带电粒子垂直射入该电场后仍然从N点射出。求该匀强电场场强E的大小。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2026-2027学年度第一学期期中考试试卷 高二物理选考 一、单项选择题（共10小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的。每小题3分，共30分） 1. 下列几幅图中，由电流产生的磁场方向正确的是(　 　 ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】试题分析：由安培定则可得出通电导体周围的磁场情况，注意分析其平面图形． A、由图可知，电流方向向外，则由安培定则可知，磁感线应与图示方向相反，故A错误； B、由安培定则可知，B正确； C、线圈中电流由左侧流入，右侧流出，则由安培定则可知磁场方向向下，故C错误； D、由图可知电流由上侧流入，则由右手螺旋定则可知，内部磁感线向左，故D错误； 故选B． 考点：通电直导线和通电线圈周围磁场的方向． 点评：通电导体周围的磁场方向要求我们能熟练判出，并能结合立体图和平面图进行分析． 2. 小明同学探究楞次定律的实验装置如图所示。实验中观察到，当把磁铁N极向线圈中插入时，电流表指针向右偏转。下列说法正确的是（ ） A. 若线圈导线的绕向未知，对探究楞次定律没有影响 B. 磁铁匀速向上远离线圈，闭合回路中不会产生感应电流 C. 把磁铁的S极向线圈中插入，可使电流表指针向右偏转 D. 把磁铁的S极向线圈中拔出，可使电流表指针向右偏转 【答案】D 【解析】 【详解】A．探究楞次定律的核心是总结感应磁场对原磁通量变化的阻碍作用，需要根据线圈的绕向，由感应电流的方向推导感应磁场的方向；若线圈绕向未知，无法建立感应电流方向与感应磁场方向的对应关系，无法完成探究过程，故A错误。 B．感应电流的产生条件是闭合回路的磁通量发生变化，磁铁匀速向上远离线圈时，穿过线圈的磁通量随磁铁与线圈的距离增大而减小，磁通量发生变化，因此闭合回路会产生感应电流，故B错误。 C．规定向下为磁通量的正方向，已知N极插入线圈时，穿过线圈的磁通量，且磁通量增加即，对应电流表指针右偏。将S极向线圈插入时，穿过线圈的磁场方向向上，即，插入过程中磁通量的大小增大，因此，与已知的方向相反，感应电流方向相反，电流表指针向左偏转，故C错误。 D．将S极从线圈处拔出时，穿过线圈的磁场方向向上即，拔出过程中磁通量的大小减小，因此，与N极插入时的方向一致，感应电流方向相同，电流表指针向右偏转，故D正确。 故选D。 3. 阴极射线管是一种能从其阴极A发射出电子流的装置。如图所示的阴极射线管放在蹄形磁铁的N、S两极间，则此时电子流将（　　） A. 向S极偏转 B. 向N极偏转 C. 向上偏转 D. 向下偏转 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】因为A是阴极，B是阳极，所以电子在阴极管中的运动方向是A到B，产生的电流方向是B到A（注意是电子带负电），根据左手定则，四指指向A，手掌心对向N极，此时大拇指方向向下，所以轨迹向下偏转。 故选D。 4. 干电池的电动势为1.5V，下列说法正确的是（　　） A. 用电压表直接连接干电池的两极，测得的电压就是该电池的电动势 B. 外电路闭合时，在1s内有1.5J的其他能转化为电能 C. 外电路闭合时，在1s内有1.5C的电荷量通过该电池 D. 外电路闭合时，当1C的电荷量通过干电池时该电池提供1.5J的电能 【答案】D 【解析】 【详解】A．用电压表直接连接干电池的两极，测得的电压不是该电池的电动势，是路端电压，A错误； D． 外电路闭合时，当1C的电荷量通过干电池时该电池提供的电能为 D正确； BC．外电路闭合时，当1C的电荷量通过干电池时该电池有1.5J的其他能转化为电能，BC错误。 故选D。 5. 两条平行的通电直导线AB、CD通过磁场发生相互作用，电流方向如图所示。下列说法正确的是（ ） A. 两根导线之间将相互排斥 B. 在位置产生的磁场方向垂直纸面向里 C. CD受到的力是由的磁场施加的 D. 若，则AB受到的力大于CD受到的力 【答案】C 【解析】 【详解】A．根据平行通电直导线间的相互作用规律：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥。图中两导线电流方向相同（均向下），故两根导线之间将相互吸引，故A错误； B．根据安培定则（右手螺旋定则），右手握住导线，大拇指指向电流的方向（向下），四指弯曲的方向即为磁感线的环绕方向。在导线的右侧（即所在位置），磁感线方向垂直纸面向外，故B错误； C．通电导线在磁场中会受到安培力的作用，导线处于产生的磁场中，因此受到的力是由的磁场施加的，故C正确； D．导线对的作用力与对的作用力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，它们大小相等、方向相反，与电流、的大小无关，故D错误。 故选C。 6. 在如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r。闭合开关S，电灯L正常发光。两块电表均为理想电表。在滑片P向右移动的过程中，下列说法正确的是（　　） A. 电流表的示数变小 B. 电源的总功率变大 C. 灯泡L的亮度变大 D. 电压表的示数变大 【答案】B 【解析】 【详解】A．滑片P向右移动，滑动变阻器的阻值减小，则电路中的总电阻减小，所以干路电流变大，即电流表的示数变大，故A错误； B．电源的总功率为 电源电动势E不变，干路电流I变大，则电源的总功率变大，故B正确； C．根据闭合电路欧姆定律有 电源电动势E和内阻r不变，干路电流I变大，则路端电压U变小，则灯泡的电压变小，所以灯泡L的亮度变暗，故C错误； D．灯泡L的亮度变暗，即灯泡L的电流变小，干路电流I变大，则电阻的电流变大，所以电阻的电压也变大，而路端电压U变小，则滑动变阻器的电压变小，所以电压表的示数变小，故D错误。 故选B。 7. 如图所示的电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，处于匀强磁场内，磁场的方向与线圈平面垂直。当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。然后使电流反向，大小不变。这时需要在左盘中减小质量为m的砝码，才能使两臂再达到新的平衡。已知重力加速度为g，则该磁场的磁感应强度的大小为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】设电流方向未改变时，安培力竖直向下，等臂天平的左盘内砝码质量为m1，右盘的质量为m2，则由等臂天平的平衡条件，有： m1g=m2g+nBIL 电流方向改变之后，安培力反向，同理可得： （m1-m）g=m2g-nBIL 两式相减得： 故选A。 8. 磁流体发电机的结构简图如图所示。把平行金属板A、B和电阻R连接，A、B之间有很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子）以速度v喷入磁场，A、B两板间便产生电压，成为电源的两个电极。下列判断正确的是（ ） A. B板为电源的负极 B. A、B两板间电压等于电源的电动势 C. 若增加两板的正对面积，则电源的电动势会增加 D. 两板间非静电力对等离子体做功，使电路获得电能 【答案】D 【解析】 【详解】A．根据左手定则，磁感线从N极指向S极（向右），穿过手心（手心朝左），四指指向等离子体运动方向（垂直纸面向里），大拇指指向洛伦兹力方向（向下），可知正离子向板偏转，负离子向板偏转，所以板为电源的正极，板为电源的负极，故A错误； B．、两板间电压相当于电源的路端电压，根据闭合电路欧姆定律可知，路端电压小于电源的电动势，故B错误； C．当等离子体在板间匀速运动时，洛伦兹力与电场力平衡，有 解得电源电动势，可知电动势与两板的正对面积无关，故C错误； D．在磁流体发电机中，洛伦兹力是非静电力，非静电力对等离子体做功，将等离子体的动能转化为电能，故D正确。 故选D。 9. 洛伦兹力演示仪是由励磁线圈（也叫亥姆霍兹线圈）、洛伦兹力管和电源控制部分组成的。励磁线圈是一对彼此平行的共轴串联的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。洛伦兹力管的圆球形玻璃泡内有电子枪，能够连续发射出电子，玻璃泡内充有稀薄的气体，电子束通过泡内气体时能够显示出电子运动的径迹，其结构如图所示。若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。若只增大电子枪的加速电压或励磁线圈中的电流，下列说法正确的是（ ） A. 只增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径变大，电子运动一周的时间（周期）变长 B. 只增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径不变，电子运动一周的时间（周期）变短 C. 只增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径变小，电子运动一周的时间（周期）变短 D. 只增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径不变，电子运动一周的时间（周期）变长 【答案】C 【解析】 【详解】电子在加速电场中加速，由动能定理得  解得电子进入磁场的速度 电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得 解得轨道半径 电子运动的周期 AB．只增大电子枪的加速电压，由 ，可知轨道半径变大 由，可知周期与加速电压无关，故周期不变，故AB错误； CD．只增大励磁线圈中的电流，磁感应强度 变大。由可知，因不变，增大，则轨道半径变小 由可知，因增大，则周期变短，故C正确，D错误。 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，在上侧面和下侧面之间会产生一定的霍尔电势差。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，则上侧面的电势比下侧面的电势低 B. 探测空间磁场时，磁敏元件的摆放方向对的数值无影响 C. 探测空间磁场时，与载流子定向移动速度无关 D. 在图示情况下，半导体板单位体积中载流子数目越小，越小 【答案】A 【解析】 【详解】A．根据左手定则判断洛伦兹力的方向：磁感线垂直侧面向里（由图示箭头方向可知），电流方向向右。若载流子为电子，电子带负电，其定向移动方向与电流方向相反。根据左手定则，让磁感线穿过手心，四指指向电子运动的反方向，大拇指指向上，可知电子受到的洛伦兹力向上。电子向上侧面偏转并聚集，使得下侧面带正电，电势较高；上侧面带负电，电势较低。故上侧面的电势比下侧面的电势低，A正确； C．当电场力与洛伦兹力平衡时，有 解得，可知霍尔电势差与载流子定向移动速度有关，C错误； B．由可知，霍尔电势差的大小与磁感应强度垂直于电流方向的分量有关。若改变磁敏元件的摆放方向，使得磁场方向与半导体板不垂直，有效磁感应强度减小，的数值会减小。故摆放方向对的数值有影响，B错误； D．根据电流的微观表达式（其中为上下侧面距离，为板的厚度），可得 代入中，解得 由此可知，在电流、磁感应强度及板厚度一定的情况下，半导体板单位体积中载流子数目越小，越大，D错误。 故选A。 二、不定项选择题（本题共4小题，在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是符合题意的。每小题全选对的得3分，选对但不全的得2分，错选不得分，共12分） 11. 在如图所示的图像中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻的图线。用该电源直接与电阻相连组成闭合电路，由图象可知（ ） A. 电源的电动势为，内阻为 B. 电源的总功率为 C. 电阻的阻值为 D. 电源的效率为 【答案】AC 【解析】 【详解】A．由直线Ⅰ知，电源的电动势为，内阻， 故A正确； B．由直线Ⅱ知，电阻R接入电路中的电流，电源的总功率，故B错误； C．由直线Ⅱ知，电阻的阻值，故C正确； D．由直线Ⅱ知，电阻接入电路时，电源路端电压为 电源的效率，故D错误。 故选AC。 12. 如图所示，金属杆ab的质量为m，长为l，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面成角斜向上，结果ab静止于水平导轨上。已知重力加速度为g。关于金属杆所受力的大小，下列说法正确的是（ ） A. 安培力大小为 B. 安培力大小为 C. 摩擦力大小为 D. 支持力大小为 【答案】CD 【解析】 【详解】金属杆的受力如图所示 电流方向与磁场方向垂直，则金属杆受到的安培力为 根据受力平衡可得金属杆受到的摩擦力为 金属杆受到的支持力为 故选CD。 13. 如图所示平面内，在通有图示方向电流I的长直导线右侧，固定一矩形金属线框abcd，ad边与导线平行。调节电流I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ad边所受的安培力大小恒定 D. 线框整体受到的安培力方向水平向左 【答案】AB 【解析】 【详解】A．由安培定则，长直导线右侧的磁场垂直纸面向里。磁感应强度增大，穿过线框的磁通量也增大。根据楞次定律，感应电流的磁场垂直纸面向外，再由安培定则可判定感应电流方向。下图标出感应电流和各边的安培力方向，其中为感应电流，和分别为边和边所受安培力 因此感应电流方向为，故A正确； B．线框固定，可将其围成的面积分成许多小块。各小块处磁感应强度随时间均匀增加，故各小块磁通量的变化率恒定，整个线框磁通量的变化率也恒定。由法拉第电磁感应定律，感应电动势恒定； 设线框的总电阻为，由欧姆定律，感应电流大小不变，故B正确； C．设边的长度为，该边处的磁感应强度为。该边电流垂直于磁场，由安培力公式得。由于和不变，随时间增大，因此随时间增大，故C错误； D．由左手定则，边所受安培力水平向右，边所受安培力水平向左。设边处的磁感应强度为，其长度同为，则。长直导线的磁场随到导线的距离增大而减弱，边比边更靠近导线，因此 上下两边在相同横向位置处的磁场相同、电流相反，所以对应小段所受安培力等大反向，两边的合力抵消。取水平向右为正方向，线框整体所受安培力为 因此合安培力水平向右，故D错误。 故选AB。 14. 在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一闭合金属圆环，面积为S，电阻为R。规定圆环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正。当磁感应强度B随时间t按图乙变化时，下列说法正确的是（ ） A. 内感应电流的磁场在圆环圆心处的方向向下 B. 内通过圆环的感应电流的方向与图甲所示方向相同 C. 内线圈中产生的焦耳热为 D. 内线圈中产生的感应电动势为 【答案】ABD 【解析】 【详解】AB．图乙是磁感应强度随时间变化的图像，纵坐标为正表示磁场向上。在内，磁场向下且磁感应强度的大小逐渐减小，穿过圆环的向下磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向下。在内，向上的磁通量增大，感应电流的磁场方向仍向下。由安培定则，从上向下看，感应电流沿顺时针方向，与图甲所示方向相同，故AB正确； CD．圆环平面与磁场垂直，磁通量为。图乙中直线斜率的绝对值表示磁感应强度变化率的大小，与两段的斜率绝对值相等，故两段感应电动势的大小相等。设其大小为，由法拉第电磁感应定律得 圆环中电流的大小为。由焦耳定律，内圆环产生的焦耳热为，故C错误，D正确。 故选ABD。 三、实验题（共9分） 15. 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻，要求尽量减小实验误差。 （1）应该选择的实验电路是图1中的______（选项“甲”或“乙”），该方案的实验误差原因是______； （2）现有电流表（0～0.6A）、开关和导线若干，以及以下器材： A．电压表（0～15V） B．电压表（0～3V） C．滑动变阻器（0～） D．滑动变阻器（0～） 实验中电压表应选用______；滑动变阻器应选用______；（选填相应器材前的字母） （3）请根据图1所示的电路图，在图2中完成实物的连接______； （4）某位同学记录的6组数据如下表所示，其中5组数据的对应点已经标在图3的坐标纸上，请标出余下一组数据的对应点，并画出图线______； 序号 1 2 3 4 5 6 电压U（V） 1.45 1.40 1.30 1.25 1.20 1.10 电流I（A） 0.060 0.120 0.240 0.260 0.360 0.480 （5）根据（3）中所画图线可得出干电池的电动势______V，内电阻______。 【答案】 ①. 甲 ②. 电压表的分流 ③. B ④. C ⑤. ⑥. ⑦. 1.5 ⑧. 0.83 【解析】 【详解】（1）[1][2]干电池内阻较小，为减小实验误差，应选题甲所示电路图；产生误差的原因是电压表的分流作用； （2）[3]一节干电池电动势约为1.5V，则电压表应选B； [4]为方便实验操作，要求尽量减小实验误差，滑动变阻器应选C； （3）[5]电路连线如图 （4）[6]根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出电源的U-I图象如图所示 （5）[7]由图示电源U-I图象可知，图象与纵轴交点坐标值是1.5，则电源电动势为 [8]电源内阻为 四、论述、计算题（本题共6道题，写出必要的公式和解答过程，共49分） 16. 如图所示，光滑水平导线框放在磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，线框中接有电阻，线框的电阻不计。长度、电阻的导体棒向右做匀速运动，速度。则： （1）求回路中的电流； （2）导体棒两端的电压； （3）棒向右运动时所受的外力的大小； 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 导体棒的运动方向与棒及磁场方向均垂直，由动生电动势公式，棒产生的感应电动势为 棒相当于电动势为、内阻为的电源，电阻为外电阻。由闭合电路欧姆定律，回路中的电流为 由右手定则，棒中电流由端流向端，回路中电流沿方向。 【小问2详解】 棒两端的电压是路端电压。线框电阻不计，棒两端电压等于电阻两端的电压，由欧姆定律得 电阻中的电流由端流向端，因此端电势高于端。 【小问3详解】 棒中电流与磁场方向垂直，由安培力公式，棒所受安培力的大小为 由左手定则，安培力方向水平向左。导轨光滑，棒在水平方向只受外力和安培力。取水平向右为正方向，设外力大小为，由棒匀速运动的平衡条件得 所以所需外力大小为，方向水平向右。 17. 如图所示，一束电子以垂直于磁感应强度并垂直于磁场边界的速度射入宽度为的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为，求： （1）电子运动的轨迹半径； （2）电子的比荷； （3）电子穿越磁场的时间。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【详解】（1）由几何关系 可得 （2）设电子质量为m、电量为e，由 解得 （3）由，运动的周期 得 由 解得 18. 质谱仪是一种分离和检测同位素的重要工具，其结构原理如图所示。区域Ⅰ为粒子加速器，加速电压为：区域Ⅱ为速度选择器，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，电场方向水平向左，板间距离为d；区域Ⅲ为偏转分离器，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，一质量为m，电荷量为的粒子，初速度为零，经粒子加速器加速后，恰能沿直线通过速度选择器，由O点沿垂直于边界的方向进入分离器后打在上的P点，空气阻力，粒子重力及粒子间相互作用力均忽略不计。 （1）求粒子进入速度选择器时的速度大小v； （2）求速度选择器两极板间的电压； （3）19世纪末，阿斯顿设计的质谱仪只由区域Ⅰ粒子加速器和区域Ⅲ偏转分离器构成，在实验中发现了氖22和氖20两种同位素粒子（两种粒子电荷量相同，质量不同），他们分别打在上相距为的两点。为便于观测。的数值大一些为宜，不计粒子从区域Ⅰ的上极板飘入时的初速度，请通过计算分析为了便于观测应采取哪些措施。 【答案】（1）；（2）；（3）增加加速电压U或者减小磁场的磁感应强度B2 【解析】 【详解】（1）粒子在加速电场中加速时 则 （2）在速度选择器中 解得 （3）粒子在加速电场中加速时 则 进入磁场后做圆周运动 解得 设氖22和氖20两种同位素粒子质量分别为m1和m2，电荷量为均q，则 则为了便于观测，可增加加速电压U或者减小磁场的磁感应强度B2。 19. 1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间接交流电源，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生的质子，质量为m、电荷量为q，（质子初速度很小，可以忽略）在加速器中被加速，加速电压为U，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用，求： （1）要使质子每次经过电场都被加速，则交流电源的周期为多大。 （2）对于用回旋加速器加速带电粒子，甲、乙两位同学有不同的看法：甲同学认为增大交流电源的电压U，就能得到更大能量的粒子；乙同学认为增大D形盒的半径R，就能得到更大能量的粒子。忽略相对论效应。你认为哪位同学的看法合理？简要说明理由。 （3）求质子在回旋加速器中运动的总时间。在实际装置设计中，可以采取哪些措施尽量减少带电粒子在电场中的运行时间。 【答案】（1） （2）乙同学的看法合理。粒子受到的伦兹力提供向心力得 质子的最大动能为 质子的质量、电荷量和磁感应强度一定时，最大动能随盒的半径增大而增大，与加速电压无关。其他条件不变时，增大盒的半径能提高最大动能，增大加速电压只能减少所需的加速次数。 （3），可采取的措施为缩小两盒间的狭缝宽度、在绝缘条件允许时适当增大加速电压。 【解析】 【小问1详解】 质子在金属盒内不受电场力，洛伦兹力不做功，质子做匀速圆周运动。设质子的速率为，轨道半径为，周期为，由洛伦兹力提供向心力得 可得 质子运动一周的路程为，将半径的表达式代入周期与路程、速率的关系，得 可见，忽略相对论效应时，回旋周期与质子速率无关。题图中质子每在一个盒内运动半周便再次穿过狭缝，此时运动方向与上次穿过狭缝时相反。为了使质子每次经过电场都被加速，电场必须每隔半个回旋周期反向一次，因此交流电源的周期为 【小问2详解】 质子轨道半径达到盒的半径时，获得的动能最大。设此时速率为，由洛伦兹力提供向心力得 解得最大速率为 所以质子的最大动能为 在质子的质量、电荷量和磁感应强度一定时，最大动能随盒的半径增大而增大，与加速电压无关。增大加速电压只增大每次通过狭缝时的动能增量，减少达到最大动能所需的加速次数。因此乙同学的看法合理。 【小问3详解】 设质子共被加速次。初动能忽略不计，每次通过狭缝时电场力做功，盒内洛伦兹力不做功，由动能定理并代入第（2）问求得的最大动能，得 解得所需加速次数为 忽略通过狭缝的时间，每次加速后质子在盒内运动半个周期，因此在回旋加速器中运动的总时间为 实际装置中，缩小两盒间的狭缝宽度，可以缩短质子在电场中通过的距离；在绝缘条件允许时适当增大加速电压，可以增强狭缝电场，使质子更快通过狭缝，并减少达到最大动能所需的加速次数，从而减少质子在电场中运动的总时间。 20. 如图所示，两根倾斜直金属导轨MN、PQ平行放置，它们所构成的轨道平面与水平面之间的夹角，两轨道之间的距离。一根质量的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，且接触良好，整套装置处于与ab棒垂直的匀强磁场中。在导轨的上端接有电动势、内阻的直流电源和电阻箱R。已知导轨与金属杆的电阻均可忽略不计，，，重力加速度。 （1）若金属杆ab和导轨之间的摩擦可忽略不计，当电阻箱接入电路中的电阻时，金属杆ab静止在轨道上。 ①如果磁场方向竖直向下，画出金属杆ab的平面受力图，求满足条件的磁感应强度的大小； ②如果磁场的方向可以随意调整，求满足条件的磁感应强度的最小值及方向； （2）如果金属杆ab和导轨之间的摩擦不可忽略，整套装置处于垂直于轨道平面斜向下、磁感应强度大小的匀强磁场中，当电阻箱接入电路中的电阻值时，金属杆ab仍保持静止，求此时金属杆ab受到的摩擦力f大小及方向。 【答案】（1）①受力图如下， ②，方向垂直轨道平面向下。 （2），方向沿导轨向下。 【解析】 【小问1详解】 ①以金属杆为研究对象，沿杆的方向观察，重力竖直向下，导轨对杆的合支持力垂直轨道平面向上。磁场竖直向下且与杆垂直，安培力沿水平方向；为使杆静止，其方向应指向轨道上端所在的一侧，受力图见答案。杆静止，不产生感应电动势，由闭合电路欧姆定律得 取沿轨道向上为正方向，由平衡条件得 由于磁场垂直于杆，安培力大小满足，代入平衡方程得 ②调整磁场方向时，杆仍静止，电路中的电流仍为。设安培力与沿轨道向上的方向夹角为，沿轨道方向的平衡条件为 电流及杆长一定，磁感应强度最小时安培力也最小。安培力沿轨道的分力固定，且该分力不会大于安培力本身，故当安培力沿轨道向上时，其大小最小，此时 由左手定则，此时磁场应垂直轨道平面向下，金属杆的受力方向如下图所示 所求最小磁感应强度为 【小问2详解】 电阻箱接入电阻为时，杆仍静止，由闭合电路欧姆定律得 磁场垂直轨道平面向下，电流方向未改变，由左手定则，安培力沿轨道向上，其大小为 重力沿轨道向下的分力为 安培力大于重力沿轨道向下的分力，杆有沿轨道向上的相对运动趋势，故静摩擦力沿轨道向下，受力关系如下图所示 取沿轨道向上为正方向，由平衡条件得 代入得 21. 如图甲所示，空间分布着方向平行于纸面、宽度为d的水平匀强电场。在紧靠电场右侧半径为R的圆形区域内，分布着垂直于纸面向里的匀强磁场。一个质量为m、电荷量为-q的粒子从左极板上A点由静止释放后，在M点离开加速电场，并以速度v0沿半径方向射入匀强磁场区域，然后从N点射出。MN两点间的圆心角∠MON=120°，粒子重力可忽略不计。 （1）求加速电场场强E0的大小； （2）求匀强磁场的磁感应强度B的大小； （3）若仅将该圆形区域的磁场改为平行于纸面的匀强电场，如图乙所示，带电粒子垂直射入该电场后仍然从N点射出。求该匀强电场场强E的大小。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【分析】 【详解】(1)根据动能定理有 解得 (2)粒子运动轨迹如图所示 粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有 由几何关系可得 解得 (3)粒子在偏转电场中做匀加速曲线运动，运动轨迹如图所示 根据运动的合成分解及几何关系，在x方向有 在y方向有 根据牛顿第二定律有 Eq=ma 联立解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $