2022-2023学年度第二学期3月月考
高二物理试卷
注意事项:
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑；如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上，写在试卷上无效。
3.考试结束后，本试卷和答题卡一并交回。
第I卷（选择题）
一、选择题：本题共7小题，每小题4分，共48分。每小题给出的4个选项中只有一项是符合题意要求的。
1. 电磁炮是一种利用电磁作用发射炮弹的先进武器，某同学利用饼型强磁铁和导轨模拟电磁炮的发射原理，如图所示，相同的饼型强磁铁水平等间距放置，使导轨平面近似为匀强磁场。下列说法不正确的是( )
A. 放置强磁铁时，应保证磁铁的磁极同向
B. 强磁铁磁性越强，在相同电流条件下，受到的安培力越大
C. 随着导体棒运动的速度增加，棒受到的安培力将增大
D. 若全部磁铁极向上，导体棒所受安培力水平向右
2. 在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的直角三角形线框，，，磁场方向垂直于线框平面，、两点接一直流电源，电流方向如图所示．已知，，则下列说法正确的是( )
A. 导线受到的安培力大于导线所受的安培力
B. 导线受到的安培力的合力大于导线受到的安培力
C. 导线、所受安培力的大小之比为
D. 导线受到的安培力的合力方向垂直于向上
3. 一带电粒子沿垂直磁场方向射入匀强磁场，经过轨迹如图所示，轨迹上每一小段都可以近似看成圆弧，其能量逐渐减小质量、电量不变，从图中可以确定运动方向和电性是( )
A. 粒子从到，带负电 B. 粒子从到，带负电
C. 粒子从到，带正电 D. 粒子从到，带正电
4. 质量和电荷量都相等的带电粒子和，以不同的速率经小孔垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示。下列表述正确的是( )
A. 带负电，带正电 B. 的速率小于的速率
C. 洛伦兹力对做正功，对做负功 D. 的运行时间大于的运行时间
5. 如图所示，圆形区域内存在垂直纸面向内的匀强磁场，和是圆的两条相互垂直的半径，一带电粒子从点沿方向进入磁场，从点离开，若该粒子以同样的速度从点点为弧上任意一点平行于方向进入磁场，则( )
A. 粒子带负电
B. 该粒子从之间某点离开磁场
C. 该粒子仍然从点离开磁场
D. 入射点越靠近点，粒子运动时间越长
6. 随着人民生活水平的提高，环境保护越来越受到重视如图所示为污水监测仪的核心部分，两块宽度为的矩形金属极板平行正对置于排液口的上、下表面，排液口厚度为，有一磁感应强度为的匀强磁场垂直于侧面向里已知污水中含有大量的带电荷量为的正离子，当污水的流速为时，在导体的上、下表面间用电压表测得的电压为下列判断正确的是 ( )
A. 液体内离子只受洛伦兹力作用
B. 用电压表测时，电压表的“”接线柱接下表面
C. 厚度越大，则越小
D. 根据两极板间的电压值可以测出污水的流速
7. 图为速度选择器和质谱仪，某时刻有一带电粒子射入，其轨迹如图所示，图中所给的数据均为已知，不考虑粒子受到的重力，下列说法正确的是( )
A. 该带电粒子带负电
B. 该带电粒子的初速度大小为
C. 粒子的动能先不变再增大
D. 若带电粒子在磁场的运动半径为，则该粒子的比荷为
二、选择题：本题共3小题，每小题4分，共12分。每小题给出的4个选项中有多项是符合题意要求的。选全对的得4分，不全对的得2分，有选错的得0分。
8. 如图所示，导线框与电源、滑动变阻器、电流表、开关组成闭合回路，将导线框用弹簧测力计悬挂起来，导线框下端置于蹄形磁铁两极之间，与磁场方向垂直放置。在接通电路前先观察并记录下弹簧测力计的读数。接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为，观察并记录弹簧测力计此时的读数，继续调节滑动变阻器使电流表读数为，，，，观察并记录弹簧测力计相应的读数，，，。若实验过程中导线框下端都未离开蹄形磁铁两极之间的区域，且该区域的磁场可看作匀强磁场，则根据以上数据描绘出的弹簧测力计弹力大小随电流变化的图像可能是( )
A. B.
C. D
9. 如图所示，点为固定在竖直平面内光滑绝缘的圆弧轨道的最低点，、两点位于同一高度，匀强磁场方向与轨道平面垂直。将一个带正电的小球视为点电荷自点由静止释放后，小球在轨道上、间做往复运动。下列说法正确的是( )
A. 小球每次经过点时的速度均相同
B. 小球向右经过点和向左经过点时的向心加速度相同
C. 小球每次经过点时对轨道的压力均相等
D. 小球由点到点所用的时间等于由点到点所用的时间
10. 下列四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、质谱仪的示意图，进入装置的带电粒子重力均不计，下列说法正确的是( )
A. 图甲中增大交变电压可增大带电粒子的最大动能
B. 图乙中可以判断出通过的电流方向从到
C. 图丙中带电粒子沿向右或沿向左做直线运动的条件都是
D. 图丁中在分析同位素时，匀强磁场中半径最小的带电粒子对应质量也一定最小
第II卷（非选择题）
三、填空题：本大题共2小题，每小空2分，共12分。
11. 质子和粒子从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两粒子的动能之比________；轨道半径之比 ________；周期之比_________。
12. 质量为、带电量为的微粒，以速度与水平方向成角进入匀强电场和匀强磁场同时存在的空间如图所示，微粒在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速直线运动，则带电粒子运动方向为沿______方向选填“”或“”，带电粒子带______电；磁感应强度的大小为______。
四、计算题：本大题共3小题，共48分。
13. （14分） 如图所示，两平行金属导轨所在的平面与水平面夹角，导轨的一端接有电动势内阻的直流电源，两导轨间的距离。在导轨所在空间内分布着磁感应强度、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量的导体棒放在金属导轨上，导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒的电阻，导体棒恰好刚要滑动。金属导轨电阻不计。取，，求：
棒受到的安培力；
棒与导轨的动摩擦系数。
14. （16分）如图，左侧为一对平行金属板，平行金属板长度 ，极板间距也为 ，两金属板间电压为 ，上极板带正电荷。现有一质量为、电荷量为的负电荷从左侧中点处，以初速度沿平行于极板方向射入，然后进入右侧匀强磁场中。匀强磁场紧邻电场，宽度为 ，匀强磁场上下足够长，方向垂直纸面向里，磁感应强度不计粒子重力，不计电场、磁场的边缘效应。试求：
带电粒子射出金属板时速度的大小、方向；
带电粒子在磁场中运动的时间以及从匀强磁场射出时的位置。
15. （18分）如图所示为回旋加速器的工作原理示意图．它由两个铝制“”形金属盒组成，两个“”正中间有一条狭缝，两个“”形盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上．在盒中心处有离子源，它发出的质子初速度可视为零经狭缝电场加速后，进入盒中．已知磁场的磁感应强度大小为，高频交变电源的电压为，两个“”形盒的半径为，质子质量为，电荷量为忽略狭缝宽度和粒子在缝隙间的运动时间，不考虑相对论效应和重力作用．求：
质子第二次加速后，再次经过狭缝时与的距离；
质子加速完成后获得的最大动能；
质子在回旋加速器中运动的时间．
2022-2023学年度第二学期3月月考
高二物理试卷答案
1. 【解析】A、两个正对的相互靠近的异名磁极间的磁场近似为匀强磁场，强磁铁为了形成匀强磁场，放置强磁铁时，应保证磁铁的磁极同向，故A正确，不符合题意；
、由知，强磁铁磁性越强，在相同电流条件下，棒受到的安培力越大，但棒受到的安培力大小与棒运动的速度无关，故B正确，不符合题意，C错误，符合题意；
D、由题知，通过棒的电流方向沿棒向里，则当全部磁铁极向上时，由左手定则知，棒所受安培力水平向右，故D正确，不符合题意。
2. 【解析】、设磁感应强度大小为，边长为，则的长度为，由题意可知在、点接一直流电源后，流过导线的电流为，流过导线的电流为，故导线受到的安培力大小为，导线所受的安培力大小为，选项A错误
B、导线的有效长度为，受到的安培力大小为，选项B错误
C、、所受安培力的大小之比为，选项C正确
D、根据左手定则，导线受到的安培力的合力方向垂直于向下，选项D错误．
3. 【解析】由题意可知，由于带电粒子的能量逐渐减小，故其速度减小，在磁场中由于洛伦兹力对粒子提供向心力：，解得其半径为：，由于速度减小，故其半径逐渐减小，故可知粒子的运动方向从到；由其偏转方向及左手定则可知粒子的电性为正，故C正确，ABD错误。故选C。
4. 【解析】A.由左手定则判断出带正电荷，带负电荷，故A正确；
B.粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，半径为，在质量与电量相同的情况下，半径大说明速率大，即的速度率大于的速率，B错误；
C.洛伦兹力方向与速度方向始终垂直，所以洛伦兹力对粒子不做功，C错误；
D.粒子在磁场中运动半周，即时间为其周期的一半，而周期为，与粒子运动的速度无关，所以的运行时间等于的运行时间，故D错误。。
5. 【解析】带电粒子从点沿方向进入磁场，从点离开，那么粒子在点向右上方偏转，则由左手定则可判定：粒子带正电，故A错误；
一个带电粒子从点沿方向进入磁场，那么，粒子做圆周运动在点的径向垂直于；又有和互相垂直，且粒子从点离开，则由、及圆周运动在、两点的半径构成的四边形为正方形，如图所示，所以，粒子在磁场中做圆周运动的半径为扇形区域的半径；那么只要点在之间，粒子圆周运动轨迹的两条半径与扇形区域的两条半径构成菱形，那么，粒子转过的中心角一定等于，所以，粒子仍然从点离开磁场，故B错误；C正确；
D.粒子做圆周运动的半径、速度不变，那么粒子做圆周运动的周期不变，所以，点越靠近点，偏转角度越小，运动时间越短，故D错误。
故选C。
6. 【解析】A. 定向移动的离子受到洛伦兹力作用发生偏转，在上下表面间形成电势差，最终离子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，故A错误；
B.由图可知，磁场方向向里，电流方向向右，根据左手定则可知，正离子向上表面偏转，则上表面带正电，下表面带负电，所以电压表的“”接线柱接上表面，故B错误；
C.根据电场力与洛伦兹力平衡，有，解得，厚度越大，则越大，故C错误；D.根据，因、已知，如果测得，就可以得出污水的流速，故D正确。故选D。
7. 【解析】A、粒子进入单独磁场时向下偏转，由左手定则知，粒子带正电，故A错误；
、粒子在速度选择器中在电场力和洛伦兹力作用下做直线运动，该直线运动一定是匀速直线运动，由平衡条件：，解得带电粒子的初速度，此过程粒子的动能不变，此后粒子在磁场中做匀速圆周运动，其动能也不变，则整个过程粒子的动能不变，故BC错误；
D、粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律：，解得该粒子的比荷，故D正确。
8. 【解析】在未接通电路前，弹簧测力计的读数，
接通电路，如导线框受到竖直方向的安培力，如安培力竖直向上，则根据平衡状态有，所以弹簧测力计的大小为：，与的图象是一条斜率为负的倾斜的直线；
当安培力向下时，根据平衡条件有弹簧测力计的弹力大小为，则与的图象是斜率为正的倾斜的直线，故AD错误，BC正确。
9. 【解析】小球在运动过程中，只有重力做功，其所受弹力和洛伦兹力均不做功，小球的机械能守恒，根据机械能守恒定律可知，小球每次经过最低点时，速度大小总相等，但方向相反，小球向右经过点和向左经过点时的向心加速度的大小和方向均相同，故A错误、B正确
C.小球在最低点时受重力，支持力和洛伦兹力，从到时，洛伦兹力向下，故有：故此时小球对轨道的压力为：，小球从到时，洛伦兹力向上，故有：，故此时小球对轨道的压力为：，所以小球经过最低点时对轨道的压力大小不相等，故C错误
D.由于洛伦兹力的方向总与速度方向垂直，因此只有重力做功对小球的速度大小有影响，小球无论从哪边滚下，时间都是一样的，故D正确。
10.
11.：；：；：
【解析】粒子在加速电场中：由动能定理得，则得：：：；
粒子进入磁场后，轨道半径为，则可得半径之比：；
周期为，则得：：：。
12.；正；
【解析】粒子做匀速直线运动，合力为零，其中电场力水平向右，重力竖直向下，由平衡条件知洛仑兹力方向与重力和电场力的合力方向相反，且与速度方向和磁场方向垂直，故洛伦兹力方向向左上方，故粒子沿方向运动，即粒子带正电，
受力如图所示：
由于合力为零，则：，所以：。
故答案为：，正，。
13.解：导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：
导体棒受到的安培力：
，方向沿斜面向上。
导体棒所受重力沿斜面向下的分力：；
由于小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力，根据共点力平衡条件得：
解得：
由于恰好滑动，即摩擦力等于滑动摩擦力，
解得：。
14. 解：（1）带电粒子在电场中受电场力
粒子沿平行于极板方向射入做类平抛运动，设粒子射出金属板时速度的大小、方向与水平方向夹角为，则有
，
又，，
联立解得
，，
（2）粒子进入磁场做圆周运动，则有洛伦兹力提供向心力：
，
解得：
因，，磁场宽度为，则由几何关系可知：粒子恰好从上极板向右延长线与磁场右边界交点处射出，如图所示
又
所以带电粒子在磁场中运动时间
15.解：设质子第一次加速后的速度为，则有
在磁场中运动时由洛伦兹力提供向心力，有
根据题意可知，
设质子第二次加速后的速度为，可得
同理有
解得
则质子再次经过盒缝时与的距离；
质子在磁场中运动时由洛伦兹力提供向心力，则有
解得
故质子加速完成后获得的最大动能
质子在磁场中做圆周运动的周期相等，均为，
质子在回旋加速器回旋一周，增加的动能为，在回旋加速器中的运动时间由回旋的周期数决定，设回旋周期数为，则由
可得
所以质子运动的总时间。
