2019-2020学年山西省应县第一中学校高二上学期第四次月考物理试题 word版

2019-2020学年山西省应县第一中学校高二上学期第四次月考物理试题 word版

山西省应县第一中学校 2019-2020 学年高二上学期第四次月考 物 理 试 题 2019.12 时间：100 分钟 满分：110 分 一、单项选择题(每小题 4 分，共 40 分） 1.如图所示，直线 A 为电源的 U－I 图线，直线 B 为电阻 R 的 U－I 图线，用该 电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电路的总功率分别是( ) A．4 W、8 W B．2 W、4 W C．4 W、6 W D．2 W、3 W 2.如图所示，R1 和 R2 都是“100 4W”的电阻，R3 是“100 1W”的电阻，A、B 两端允许输 入最大电功率是（ ） A、9W B、3W C、9/8W D、1.5W 3.根据磁感应强度的定义式 B= ，下列说法中正确的是（ ） A、在磁场中某确定位置，B 与 F 成正比，与 I、L 的乘积成反比 B、一小段能通电直导线在空间某处受磁场力 F=0，那么该处的 B 一定为零 C、磁场中某处的 B 的方向跟直线电流在该处受磁场力 F 的方向相同 D、一小段通电直导线放在 B 为零的位置，那么它受到磁场力 F 也一定为零 4．如图所示，在竖直向上的匀强磁场中，水平放置着一根长直导线，电流方向垂直纸面向里， a、b、c、d 是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中( ） A．a、b 两点磁感应强度相同 B．c、d 两点磁感应强度相同 C．a 点磁感应强度最大 D．b 点磁感应强度最大 5.如图所示,金属棒 MN 两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中 棒中通以由 M 向 N 的电流 I,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ.如果仅改变下列某 一个条件,θ角的相应变化情况是( ) A.棒中的电流变大,θ角变大 B.两悬线等长变短,θ角变小 C.金属棒质量变大,θ角变大 D.磁感应强度变大,θ角变小 6.如图所示，有界匀强磁场边界线 SP∥MN，速率不同的同种带电粒子从 S 点沿 SP 方向同时射入磁场.其中穿过 a 点的粒子速度 v1 与 MN 垂直；穿过 b 点的粒子速度 v2 与 MN 成 60°角，设粒子从 S 到 a、b 所需时间分别为 t1 和 t2，则 t1∶t2 为(重力 不计)( ) A.1∶3 B.4∶3 C.1∶1 D.3∶2 7.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电 压恒定。质子（ H）在入口处从静止开始被电场加速，经匀强磁场偏转后从出口 离开磁场。若换作α粒子（ He）在入口处从静止开始被同一电场加速，为使它经 匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的倍数是 （ ） A. B． C．2 D. 8.如图，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P 为磁场边界上的一点．大 量相同的带电粒子以相同的速率经过 P 点，在纸面内沿不同方向射入磁场．若粒子射入速率 为 v1，这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上；若粒子射入速率为 v2，相应的 出射点分布在三分之一圆周上．不计重力及带电粒子之间的相互作用．则 v2∶v1 为（ ） 9.如图所示，把一重力不计的通电直导线 AB 水平放在蹄形磁铁磁极的正上方，导线可以在空 间自由运动，当导线通以图示方向电流 I 时，导线的运动情况是(从上往下看)( ) A.顺时针方向转动，同时下降 B.顺时针方向转动，同时上升 C.逆时针方向转动，同时下降 D.逆时针方向转动，同时上升 10.直线 OM 和直线 ON 之间的夹角为 30°，如图所示，直线 OM 上方存在匀强磁场， 磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向外.一带电粒子的质量为 m，电荷量为 q(q>0).粒子沿纸面以大小为 v 的速度从 OM 上的某点向左上方射入磁场，速度与 OM 成 30°角.已知该粒子在磁场中的运动轨迹与 ON 只有一个交点，并从 OM 上另 一点射出磁场.不计重力.粒子离开磁场的出射点到两直线交点 O 的距离为( ) 二、多项选择题（每小题 4 分，共 16 分，全部选对得 4 分，选不全得 2 分，选错或不答得 0 分） 11.如图，电路中定值电阻阻值 R 大于电源内阻阻值 r。将滑动变阻器 滑片向下滑动，理想电压表 示数变化量的绝对值分别为 ，理想电流表 示数变化量的绝对值 ，则（ ） A．A 的示数增大 B． 的示数增大 C． 与 的比值大于 r D． 大于 12.劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示。置于真空中的 D 形金属盒半径为 R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为 f，加速电压为 U。若 A 处粒子源产生的 质子的质量为 m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应 和重力的影响。则下列说法正确的是( ) A.质子被加速后的最大速度不可能超过 2πRf B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比 C.质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 ∶1 D.不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，该回旋加速器也能用于 a 粒子加速 13.通电矩形线框 abcd 与长直通电导线 MN 在同一平面内，如图所示，ab 边与 MN 平行．关 于 MN 的磁场对线框的作用力，下列说法正确的是( ) A.线框有两条边所受的安培力方向相同 B.线框有两条边所受的安培力大小相等 C.线框所受的安培力的合力方向向左 D.线框所受的安培力的合力方向向右 14.如图所示，一单边有界磁场的边界上有一粒子源，以与水平方向成θ角的不同速率，向磁 场中射入两个相同的带正电粒子 1 和 2，粒子 1 经磁场偏转后从边界上 A 点出磁场，粒子 2 经磁场偏转后从边界上 B 点出磁场，OA＝AB，不计重力，则( ) A.粒子 1 与粒子 2 的速度之比为 1∶2 B.粒子 1 与粒子 2 的速度之比为 1∶4 C.粒子 1 与粒子 2 在磁场中运动的时间之比为 1∶1 D.粒子 1 与粒子 2 在磁场中运动的时间之比为 1∶2 三、实验题（两小题，共 14 分） 15.（6 分）测小灯泡的伏安特性曲线的实验中，有以下器材： A．小灯泡(2.5 V，0.3 A) B．电源(E＝3 V，内阻不计) C．电流表量程 0～0.6～3 A，内阻约为 20 Ω D．电压表量程 0～3～12 V，内阻约为 3 kΩ E．滑动变阻器 R1：0～10 Ω，额定电流 2 A (1)电流表该选量程______________，电压表该选量程________________； (2)在虚线框中画出实验电路图． 16.（8 分）为测量一未知电源的电动势和内阻，某同学设计了如图甲所示电路，电路中所用 到的器材规格如下： 待测电源：电动势约为 5 V，内阻约为几十欧姆 定值电阻：R0＝10 Ω 定值电阻 R1：有两种规格可供选择，阻值分别为 1 kΩ和 3 kΩ 电阻箱 R2：0～9 999 Ω 电压表：量程 0～3 V，内阻 RV＝3 kΩ 开关、导线若干 (1)为了减小测量误差，定值电阻 R1 应该选用的规格为________； (2)根据电路图连接电路，闭合开关后，将电阻箱的阻值由零开始逐渐调大，记录下若干组电 阻箱 R2 和电压表的读数； (3)该同学将得到的数据在 坐标系中描点连线，得到如图乙所示直线，直线与 纵轴的截距为 b＝0.4，斜率 k＝8.0，则可求得电动势 E＝________V，内阻 r＝________ Ω.(结 果均保留 2 位有效数字) 四、计算题（本题有四个小题，共 40 分，每小题 10 分） 17.如图所示,已知电源电动势 E=5 V,内阻 r=2 Ω,定值电阻 R1=0.5Ω,滑动变阻器 R2 的阻值范 围为 0～10 Ω。求: (1)当滑动变阻器 R2 接入电路的阻值为多大时,电阻 R1 消耗的功率最大,最大功率是多少。 (2)当滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率是多少。 (3)当滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,电源的输出功率最大,最大功率是多少。 18.如图，一长为 10 cm 的金属棒 ab 用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场 的磁感应强度大小为 0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘．金属 棒通过开关与一电动势为 12 V 的电池相连，电路总电阻为 2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸 长量为 0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了 0.3 cm.重力加速度大小取 10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求 出金属棒的质量． 19.质量为 m、电荷量为 q 的带负电粒子自静止开始释放，经 M、N 板间的电场加速后，从 A 点垂直于磁场边界射入宽度为 d 的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置 P 偏离入射方向的 距离为 L，如图所示．已知 M、N 两板间的电压为 U，粒子的重力不计．求匀强磁场的磁感应 强度 B. 20.如图所示为质谱仪原理示意图，电荷量为 q、质量为 m 的带正电的粒子从静止开始经过电 压为 U 的加速电场后进入粒子速度选择器．选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场， 匀强电场的场强为 E、方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从 G 点垂直 MN 进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线 MN 为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电 粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的 H 点．可测量出 G、H 间的距离为 L，带电粒子的重 力可忽略不计． 求：(1)粒子从加速电场射出时速度 v 的大小． (2)粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度 B1 的大小和方向． (3)偏转磁场的磁感应强度 B2 的大小． 高二月考四 物理答案 2019.12 1-5:CDDCA 6-10:DBCCD 11-14:ACD,AC,BD,AC 15. (1)0～0.6 A 0～3 V 16.(1)3 kΩ (2)5.0 20 17.解析 (1)定值电阻R1 消耗的电功率为P1=I2R1= , 可见当滑动变阻器接入电路的阻值为 0 时,R1 消耗的功率最 大,最大功率为P1m= =2 W。 (2)将定值电阻R1 看做电源内阻的一部分,则电源的等效内阻r'=R1+r=2.5 Ω,故当滑动变 阻器接入电路的阻值R2=r'=2.5 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2m= =2.5 W。 (3)由电源的输出功率与外电阻的关系可知,当R1+R2'=r,即R2'=r-R1=(2-0.5) Ω=1.5 Ω 时,电源有最大输出功率,最大输出功率为P出m= =3.125 W。 18.解析：依题意，开关闭合后，电流方向从b到a，由左手定则可知，金属棒所受的安培力方 向竖直向下． 开关断开时，两弹簧各自相对于其原长伸长了Δl1＝0.5 cm. 由胡克定律和力的平衡条件得 2kΔl1＝mg ① 式中，m为金属棒的质量，k是弹簧的劲度系数，g是重力加速度的大小． 开关闭合后，金属棒所受安培力的大小为 F＝IBL ② 式中，I是回路电流，L是金属棒的长度．两弹簧各自再伸长了Δl2＝0.3 cm，由胡克定 律和力的平衡条件得 2k(Δl1＋Δl2)＝mg＋F ③ 由欧姆定律有 E＝IR ④ 式中，E是电池的电动势，R是电路总电阻． 联立①②③④式，并代入题给数据得 m＝0.01 kg. 答案：安培力的方向竖直向下 金属棒的质量为 0.01 kg 19.解析：作粒子在电场和磁场中的轨迹图，如图所示． 设粒子在M、N两板间经电场加速后获得的速度为v，由动能定理得qU＝ 1 2mv2① 粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，则 qvB＝m v2 r ② 由几何关系得r2＝(r－L)2＋d2③ 联立求解①②③式得磁感应强度 B＝ 2L L2＋d2 2mU q . 答案： 2L L2＋d2 2mU q 20,解析：(1)在加速电场中，有qU＝ 1 2mv2 解得v＝ 2qU m . (2)粒子在速度选择器中受到向右的电场力qE，应与洛伦兹力qvB1 平衡，故磁感应强度 B1 的方向应该垂直于纸面向外． 由qE＝qvB1 得B1＝ E v＝E m 2qU. (3)粒子在偏转磁场中的轨道半径r＝ 1 2L，由r＝ mv qB2，得B2＝ 2 L 2mU q . 答案：(1) 2qU m (2)E m 2qU (3) 2 L 2mU q