昌平区部分学校2023-2024学年高二上学期12月月考
物理
行政班级 走班班级 姓名 2023.12
一、单项选择题。本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1．如图1所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近.当导线中通有电流时，磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家是（ ）
图1
A．牛顿 B．伽利略 C．奥斯特 D．焦耳
2．一个电热水壶的铭牌上所列的主要技术参数如下表所示.根据表中提供的数据，计算出此电热水壶在额定电压下工作时，通过电热水壶的电流约为（ ）
额定功率 900W 额定频率 50Hz
额定电压 220V 容量 1.2L
A．6.4A B．4.1A C．3.2A D．2.1A
3．用电流表和电压表测量电阻的电路如图8所示，其中Rx为待测电阻.电表内阻对测量结果的影响不能忽略，下列说法中正确的是（ ）
图8
A．电流表的示数小于通过Rx的电流
B．电流表的示数大于通过Rx的电流
C．电压表的示数小于Rx两端的电压
D．电压表的示数大于Rx两端的电压
4．在图9所示的四幅图中，正确标明了带电的粒子所受洛伦兹力F方向的是（ ）
A B C D
图9
5．面积是S的矩形导线框，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框所在平面垂直，则穿过导线框所围面积的磁通量为（ ）
A． B． C．BS D．0
6．在恒定的匀强磁场中固定一根通电直导线，导线的方向与磁场方向垂直。图3反映的是这根导线受到的磁场力大小F与通过导线的电流I之间的关系，M、N两点各对应一组F、I的数据，其中可能正确的是（ ）
A B C D
图3
7．如图4所示，置于水平面上的两根金属导轨间距为L，分别与电源正、负极相连。导体棒ab放在导轨上且与导轨垂直，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒，且与导轨平面夹角为θ。已知回路中电流为I，导体棒始终处于静止状态。关于导体棒的受力情况，下列说法正确的是（ ）
图4
A．安培力大小为0 B．安培力大小为ILBsinθ
C．静摩擦力大小为ILBcosθ D．静摩擦力大小为ILBsinθ
8．某同学用图5所示装置探究影响感应电流方向的因素，将磁体从线圈中向上匀速抽出时，观察到灵敏电流计指针向右偏转。关于该实验，下列说法正确的是（ ）
图5
A．必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转
B．若将磁体向上加速抽出，灵敏电流计指针就会向左偏转
C．将磁体的N、S极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转
D．将磁体的N、S极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转
9．如图7所示，用洛伦兹力演示仪研究带电粒子在匀强磁场中的运动，以虚线表示电极K释放出来的电子束的径迹。在施加磁场之前，电子经加速后沿直线运动，如图甲所示；施加磁场后电子束的径迹，如图乙所示；再调节演示仪可得到图丙所示的电子束径迹。下列说法正确的是（ ）
图7
A．施加的磁场方向为垂直纸面向外
B．在图乙基础上仅提高电子的加速电压，可得到图丙所示电子束径迹
C．在图乙基础上仅减小磁感应强度，可得到图丙所示电子束径迹
D．图乙与图丙中电子运动一周的时间可能不相等
10．如图所示，质量为m、长为l的直导线用两条绝缘细线悬挂于O、，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ。该磁场的磁感应强度可能是（ ）
A．方向沿z轴正方向，大小为
B．方向沿y轴正方向，大小为
C．方向沿悬线向上，大小为
D．方向垂直悬线向上，大小为
11．如图6所示，一质量为m的带电粒子从P点以垂直于磁场边界方向的速度v射入磁场，穿出磁场时，速度方向与入射方向夹角为θ。设磁感应强度为B、磁场宽度为d。粒子速度始终与磁场垂直，不计粒子所受重力和空气阻力。下列说法正确的是（ ）
A．在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子做的功不为0
B．在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子的冲量为0
C．该粒子在磁场中运动的时间为
D．该粒子的比荷为
12．将一个表头G改装成多量程的电流表，通常有两种连接方式。图7甲所示的连接方式称作开路转换式（其中电阻R1＜R2）。图7乙所示的连接方式称作闭路抽头式。两种连接方式在实际中均有使用，下列说法不正确的是（ ）
图7
A．开路转换式中，开关S接1时的量程大于开关S接2时的量程
B．开路转换式中，若电阻R1发生变化，则开关S接1、2对应的两个量程都会发生变化
C．闭路抽头式中，抽头3对应的量程大于抽头4对应的量程
D．闭路抽头式中，若电阻R3发生变化，则抽头3、4对应的两个量程都会发生变化
13．如图所示，将非磁性材料制成的圆管置于匀强磁场中，当含有大量正负离子的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，测得管两侧M、N两点之间有电势差U。忽略离子重力影响，则（ ）
A．M点的电势等于N点
B．N点的电势高于M点
C．管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电势差U越大
D．管中导电液体的离子浓度越大，M、N两点之间的电势差U越大
14．1911年，科学家们发现一些金属在温度低于某一临界温度Tc时，其直流电阻率会降到以下，远低于正常金属的，称为超导现象。1934年，科学家提出超导体的二流体模型初步解释了低温超导现象。
该模型认为，当金属在温度低于Tc成为超导体后，金属中的自由电子会有一部分凝聚成超导电子（“凝聚”是指电子动量分布趋于相同、有序）。随着温度进一步降低，越来越多的自由电子凝聚为超导电子。这些超导电子与金属离子不发生“碰撞”，因而超导电子的定向运动不受阻碍，具有理想的导电性。一圆柱形金属导体，沿其轴线方向通有均匀分布的恒定电流，将中间一段金属降温转变为超导体后，超导体内的电流只分布在表面厚为量级的薄层内，其截面示意图如图10所示。在正常金属和超导体之间还存在尺度为量级的交界区。根据上述信息可知（ ）
图10
A．交界区两侧单位时间内通过的电荷量可能不相等
B．超导体中需要恒定电场以维持其中的超导电流
C．图10中超导体内部可能存在定向移动的自由电子
D．图10中超导体内部轴线处的磁场一定为零
二、实验题（共10分）
15．在“测量金属丝的电阻率”的实验中，实验小组的同学测量一段阻值约为5Ω、粗细均匀金属丝的电阻率。
（1）用螺旋测微器分别在三个不同的位置测量金属丝的直径，某次示数如图12所示，该次测量值为
mm。
图12
（2）实验小组的同学采用图13所示的电路图，用伏安法测金属丝的电阻Rx，现有电源（电动势为3.0V，内阻可忽略不计），开关和导线若干，以及下列器材：
A．电压表V1（量程0~3V，内阻约3kΩ）
B．电压表V2（量程0~15V，内阻约15kΩ）
C．电流表A1（量程0~3A，内阻约0.025Ω）
D．电流表A2（量程0~0.6A，内阻约0.125Ω）
E．滑动变阻器R1（0~5Ω，3A）
F．滑动变阻器R2（0~1000Ω，0.5A）
①为减小测量误差，在实验中，电压表应选用 ，电流表应选用 ，滑动变阻器应选用 。（选填各器材前的字母）
②图14是测量Rx的实验器材实物图，图中已连接了部分导线。请根据图13的电路图，补充完成图14中实物间的连线。
（3）测量出金属丝直径为d、长度为L，电压表示数为U，电流表示数为I，则该金属丝电阻率测量值的表达式ρ= 。考虑电流表和电压表内阻引起的误差，该测量值 真实值（选填“大于”或“小于”）。
（4）在测量另一根阻值未知的金属丝电阻率时，实验小组的同学将电流表换成了量程为0~100mA的毫安表，依据图13连接了电路，调整滑动变阻器R后保持R的阻值不变。然后，将电压表右侧导线分别接在M点和N点，读出相应的电压表和毫安表示数，记录在表格中。根据这两组数据，同学们认为将电压表右侧导线接在M点比接在N点实验误差更小。请判断他们得出的结论是否正确，并说明理由。
接M点 接N点
U/V 0.8 0.9
I/mA 84 83
三、计算题（共48分）
16．一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量为q、质量为m的正离子，从容器A下方的小孔飘入电压为U的加速电场，其初速度几乎为0。这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后打在照相底片MN的中点P上。已知，放置底片的区域MN=L，且OM=L。
（1）求离子进入磁场时的速度v的大小；
（2）求磁场的磁感应强度B的大小；
（3）某次测量发现底片MN左侧包括P点在内的区域损坏，检测不到离子，但右侧区域仍能正常检测到离子。若要使原来打到底片中点的离子可以被检测，在不改变底片位置的情况下，分析说明可以采取哪些措施调节质谱仪。
17．回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图18甲所示。两D形盒分别在M端和P端跟高频交流电源（图中未画出）相连，便在两D形盒之间的狭缝中形成加速电场，使粒子每次穿过狭缝时都被加速。两D形盒放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于D形盒底面，粒子源置于圆心O处，粒子源射出的带电粒子质量为m、电荷量为q，最大回旋半径为R。不计粒子在两D形盒间加速电场内运动的时间，不计粒子离开粒子源时的初速度，忽略粒子所受重力以及粒子间相互作用。若M、P之间所加电压UMP随时间t的变化如图18乙所示，每个周期内U0和U0持续时间相同，求：
甲 乙
图18
（1）粒子离开加速器时的最大动能Ek；
（2）粒子在加速器中的加速次数N。
18、利用电场、磁场可以控制带电粒子的运动.如图18所示，在平面直角坐标系xOy中，有一个半径为r的圆形区域，其圆心坐标为（r，0）.在这个区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场.在直线的下方，有水平向左的匀强电场，电场强度的大小为E.一质子从O点沿x轴正方向射入磁场，在磁场中做半径为r的匀速圆周运动.已知质子的质量为m，电荷量为q，不计质子的重力.求：
（1）质子射入磁场时速度的大小v；
（2）质子运动到y轴时距O点的距离L.
图18
19．（10分）示波器中的示波管对电子的偏转是电偏转，电视机中的显像管对电子的偏转是磁偏转。小明同学对这两种偏转进行了定量的研究并做了对比，已知电子的质量为m、电荷量为e，在研究的过程中空气阻力和电子所受重力均可忽略不计。
（1）如图甲所示，水平放置的偏转极板的长度为l，板间距为d，极板间的偏转电压为U，在两极板间形成匀强电场。极板右端到竖直荧光屏MN的距离为b，荧光屏MN与两极板间的中心线垂直。电子以水平初速度v0从两极板左端沿两极板间的中心线射入，忽略极板间匀强电场的边缘效应，求电子打到荧光屏上时沿垂直于极板板面方向偏移的距离；
（2）如图乙所示，圆心为O2、半径为r的水平圆形区域中有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，与磁场区域右侧边缘的最短距离为L的处有一竖直放置的荧光屏PQ，荧光屏PQ与连线垂直。今有一电子以水平初速度v0从左侧沿方向射入磁场，飞出磁场区域时其运动方向的偏转角度为α（未知）。请求出的表达式；
（3）对比第（1）、（2）问中这两种偏转，请从运动情况、受力情况、能量变化情况等角度简要说明这两种偏转的不同点是什么？（至少说出两点）
20.如图甲所示，真空中有一长直细金属导线MN，与导线同轴放置一半径为R的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同的电子，已知电子质量为m，电荷量为e。不考虑出射电子间的相互作用。
（1）可以用以下两种实验方案测量出射电子的初速度：
a.在柱面和导线之间，只加恒定电压；
b.在柱面内，只加与MN平行的匀强磁场。
当电压为U0或磁感应强度为B0时，刚好没有电子到达柱面。分别计算出射电子的初速度v0。
（2）撤去柱面，沿柱面原位置放置一个弧长为a、长度为b的金属片，如图乙所示。在该金属片上检测到出射电子形成的电流为I，电子流对该金属片的压强为p。求单位长度导线单位时间内出射电子的总动能。
甲 乙
昌平区部分学校2023-2024学年高二上学期12月月考
物理
参考答案
1C 2B 3B 4A 5C 6C 7D 8D 9D 10B 11D 12B 13C 14D
15（10分）
（1）0.550
（2）①A；D；E②如答图1
答图1
（3）；小于
（4）该小组同学的结论正确。对电压表右侧导线接在M点和接在N点进行比较，电压表示数的相对变化为，电流表示数的相对变化为，可见电压表变化明显，将电压表右侧导线接在M点误差小。
16．（9分）
（1）离子加速过程，根据功能关系
得
（2）离子进入磁场做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律
根据题意
得
（3）由（1）（2）可推得
可知，将r增大的调整措施有增大加速电场的电压U，或减小磁场的磁感应强度B（2分）
17．（9分）（1）当粒子做匀速圆周运动的半径为最大回旋半径R时，其速度取得最大值vm，因此其动能也最大。根据洛伦兹力、牛顿运动定律和圆周运动等规律，有
可得最大动能
（2）粒子在磁场中运动时，其动能保持不变。当粒子在加速电场中运动时，粒子每通过1次加速电场，就会被加速1次，从而获得能量qU0，根据能量守恒，有
可得
18（9分）（1）质子从O点射入磁场后做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得
解得
（2）质子沿x轴正方向射入磁场，经圆弧后以速度v垂直于电场方向进入电场．在沿电场方向上，质子做初速为0的匀加速直线运动，加速度大小
质子经过时间t到达y轴
在垂直电场方向上，质子的位移
质子到达y轴时距O点的距离
19．（10分）（1）设电子在偏转电场运动的加速度为a，时间为t，离开偏转电场时的偏移距离为y，根据运动学公式有：
根据牛顿第二定律有：
电子在电场中的运动时间：
联立解得：
电子飞出偏转电场时，其速度的反向延长线通过偏转电场的中心，设电子打在屏上距的最大距离为Y，则由几何关系可知：
将y代入解得
（2）由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得
解得
由如答图3所示的几何关系得，粒子在磁场中一段圆弧轨迹所对应的圆心角与偏转角相等，均为
答图3
则：
（3）不同点有：
①电子运动类型不同：在电场中电子是匀变速曲线运动，在磁场中电子是匀速圆周运动
②电子受力情况不同：在电场中电子受到的电场力是恒力，在磁场中电子受到的洛伦兹力是大小不变、方向不断变化的变力
③电子速度变化情况不同：在电场中电子速度的大小和方向都发生变化，在磁场中电子速度的大小不改变，仅方向发生变化
④电子运动方向的偏转角范围不同：在电场中电子运动方向的偏转角度一定小于90，在磁场中电子运动方向的偏转角度可能大于90
⑤电子受力做功不同：在电场中电子所受的电场力做正功，在磁场中电子所受的洛伦兹力不做功
⑥电子能量变化情况不同：在电场中电场力做正功，电子动能增加，在磁场中洛伦兹力不做功，电子动能不变
（答对一条给2分，最多给4分）
20.（12分）（1），；（2）。
