江苏省如皋市2019-2020学年高二上学期教学质量调研物理试题（选修）

江苏省如皋市2019-2020学年高二上学期教学质量调研物理试题（选修）

‎2019～2020学年度高二年级第一学期教学质量调研 物理试题（选修）‎ 一、单项选择题：本题共6小题，每题3分，共计18分，每小题只有一个选项符合题意．‎ ‎1. 分析下列情况中系统的动量是否守恒 （ ）‎ A. 如图2所示，小车停在光滑水平面上，人在车上走动时，对人与车组成的系统 B. 子弹射入放在光滑水平面上的木块中对子弹与木块组成的系统(如图3)‎ C. 子弹射入紧靠墙角的木块中，对子弹与木块组成的系统 D. 斜向上抛出的手榴弹在空中炸开时 ‎【答案】ABD ‎【解析】‎ 系统所受外力为零、碰撞过程动量守恒，选项C中子弹与木块组成的系统水平方向要受到墙面的弹力作用，动量不守恒，C错；‎ ‎2.1876年美国物理学家罗兰完成了著名的“罗兰实验”．此实验可简化为大量的负电荷加在一个橡胶圆盘边缘上，然后在圆盘附近悬挂一个小磁针，将圆盘绕中心轴按如图所示方向高速旋转时，就会发现小磁针发生偏转．忽略地磁场对小磁针的影响．下列说法错误的是 A. 小磁针发生偏转说明了电流会产生磁场 B. 圆盘中心轴处的磁场方向向下 C. 当小磁针位于圆盘的左上方时，它的N极指向左侧．‎ D. 当小磁针位于圆盘的左下方时，它的N极指向右侧 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“大量的负电荷加在一个橡胶圆盘边缘上”可知，本题主要考察定向运动电荷会形成电流和安培定制，根据安培定则和磁极间的相互作用可以分析本题。‎ ‎【详解】A．根据题意可以知道，磁针收到磁场力的作用，原因是因为电荷的定向移动，从而形成电流，而电流周围会产生磁场，A说法正确但不符合题目要求，故A不符合题意；‎ B．由于是负电荷定向移动， 因此形成的电流方向与负电荷移动方向相反，根据安培定则可以判断圆盘中心轴处的磁场方向向上，B说法错误，符合题目要求，故B符合题意；‎ C．圆盘产生的磁场方向向上，故等效磁场上方为N极，故小磁针的N极将向左侧偏转，C说法正确，故C不符合题意；‎ D．若小磁针处于圆盘的左下方时，因下方是S极，则小磁针的N极向右偏，D说法正确，故D不符合题意。‎ ‎3.如图所示，一劲度系数为k的轻质弹簧，下面挂有匝数为n的矩形线框abcd，bc边长为l，线框的下半部处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与线框平面垂直(在图中垂直于纸面向里)，线框中通以电流I，方向如图所示，开始时线框处于平衡状态．令磁场反向，磁感应强度的大小仍为B，线框达到新的平衡，则在此过程中线框位移的大小Δx及方向是 A. Δx＝，方向向下 B. Δx＝，方向向上 C. Δx＝，方向向上 D. Δx＝，方向向下 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“线框的下半部处在匀强磁场中”可知，本题考查安培定制、受力分析和受力平衡，根据左手定则结合受力平衡可以分析本题。‎ ‎【详解】BC．线框在磁场中受重力、安培力、弹簧弹力处于平衡，安培力 且开始的方向向上，然后方向向下，大小不变，故BC错误；‎ AD．设在电流反向之前弹簧的伸长量为x，则反向之后弹簧伸长量为 则有 解得 且线框向下移动，故A正确，D错误。‎ ‎【点睛】先对原磁场下的线框进行受力分析列出受力平衡的方程，然后对方向改变后的磁场中的线框进行受力分析列受力平衡方程，联立计算得出相框的位移大小和方向。‎ ‎4.回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示．若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电周期为T．设D形盒半径为R，则下列说法正确的是 A. 质子在磁场和电场中均被加速 B. 质子被加速后的最大速度不可能超过 C. 加速电压越大，粒子飞出加速器时的速度越大 D. 不改变B和T，该回旋加速器也能用于加速其它粒子 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由本题“回旋加速器是加速带电粒子的装置”可知，本题考查回旋加速器的装置原理，以及带电粒子在磁场和电场中的运动情况，根据洛伦兹力和回旋加速器装置原理可以分析本题。‎ ‎【详解】A.质子在磁场中受洛伦兹力做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，只改变速度方向不改变大小，故A错误；‎ B.由 得 当时，v最大，此时 故B正确；‎ C.由公式 得 当时，v最大，因此决定带电粒子最大速度的因素只与磁场、荷质比和加速半径有关，与加速电压无关，故C错误；‎ D.由周期公式 可知，带电粒子的轨道周期与荷质比有关，故D错误。‎ ‎【点睛】回旋粒子轨道加速器中电场作用是给粒子加速，磁场作用是让粒子做圆周运动，反复加速，根据加速器半径决定粒子轨道半径从而决定最后的速度，根据运行周期决定电场变换周期，保证每次经过电场都被加速。‎ ‎5.如图所示，厚度为h，宽度为d的金属导体，通有向右的电流I，磁场方向与导体前表面垂直，在导体上下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．下列说法正确的是 A. 金属导体中的载流子定向移动方向向右 B. 导体左右两端间的电势差即为霍尔电压 C. 载流子受到的洛仑兹力的方向向下 D. 导体上表面的电势低于下表面电势 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“这种现象称为霍尔效应”可知，本题主要考察霍尔元件、洛伦兹力和电场力等问题，根据带电粒子受洛伦兹力和电场力大小关系、粒子偏转引起的电势差等可以分析本题。‎ ‎【详解】A.金属导体中自由移动的是电子，因此电子定向移动的方向与电流方向相反，故A错误；‎ BC．根据左手定则可知，电子一开始运动是向上运动，因此上下表面之间产生电势差，BC错误；‎ D．电子向上运动，因此上表面带负电，下表面带正电，因此上表面电势低于下表面电势，故D正确。‎ ‎6.如图所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，一带电微粒从磁场边界d点垂直于磁场方向射入，沿曲线dpa打到屏MN上的a点，通过pa段用时为t。若该微粒经过p点时，与一个静止的不带电微粒碰撞并结合为一个新微粒，最终打到屏MN上。两个微粒所受重力均忽略。新微粒运动的 （ ）‎ ‎ ‎ A. 轨迹为pb，至屏幕的时间将小于t B. 轨迹为pc，至屏幕的时间将大于t C. 轨迹为pb，至屏幕的时间将等于t D. 轨迹为pa，至屏幕的时间将大于t ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】微粒与不带电微粒碰撞遵守动量守恒，碰撞前后总动量不变，新微粒仍做圆周运动，由洛仑兹力提供向心力，，，半径不变，仍沿pa运动，新微粒质量变大了，所以速度变小了，轨迹相同，所以时间变长了。选D.‎ 二、多项选择题：本题共5小题，每小题4分，共计20分，每个选择题有多个选项符合题意．全部选对的得4分，选对但不全的得3分，选错或不选的得0分．‎ ‎7.高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动．在启动阶段，列车的动量 A. 与它的速度成正比 B. 与它所经历的时间成正比 C. 与它的位移成正比 D. 与它的动能成正比 ‎【答案】AB ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动”可知，本题主要考察匀变速直线运动规律、动能、动量等相关知识，根据匀变速直线运动规律和动能动量相关公式可以分析本题。‎ ‎【详解】由动量公式 可知，动量与速度成正比，故A正确；‎ 由公式 可得 动量与它所经历的时间成正比，故B正确；‎ 由公式 ‎，‎ 可得 故C错误；‎ 由公式 ‎，‎ 得 故D错误。‎ ‎【点睛】根据公式，将公示联立整理成只含有两个相关变量的式子，其他为不变量， 从而判断两者关系。‎ ‎8.如图所示，运动员挥拍将质量为m的网球击出．如果网球被球拍击打前、后瞬间速度的大小分别为v1、v2，v1与v2方向相反，且v2＞v1．重力影响可忽略，则此过程中球拍对网球作用力的冲量 A. 大小为m(v2＋v1)‎ B. 大小为m(v2－v1)‎ C. 方向与v1方向相同 D. 方向与v2方向相同 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“网球被球拍击打前、后瞬间速度”可知，本题考查动量和冲量，根据动量定理可以分析本题。‎ ‎【详解】AB．拍子对网球作用力冲量为 故A正确，B错误；‎ CD．方向与v1相反，与v2相同，故D正确，C错误。‎ ‎9.地面附近空间存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场方向垂直纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成α角的直线MN运动，如图所示，由此判断 A. 油滴一定做匀速运动 B. 油滴可能做匀变速运动 C. 如果油滴带正电，电场方向水平向左 D. 如果油滴带正电，它是从N点运动到M点 ‎【答案】AC ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“地面附近空间存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场”可知，本题带电物体在复合场中的运动，根据洛重力、伦兹力和电场力平衡可以分析本题。‎ ‎【详解】AB．油滴做直线运动，受重力、洛伦兹力和电场力，因重力和电场力恒定，故洛伦兹力也恒定才能保证油滴做直线运动，所以油滴一定做匀速运动，故A正确B错误；‎ CD．若油滴带正电，则根据受力分析可知，油滴从N点运动到M点无法平衡，只能从M点运动到N点，且电场线方向水平向左，故C正确D错误。‎ ‎【点睛】油滴需要考虑重力，根据受力平衡可知三力皆为恒力，因此速度不变，且正交分解后每个方向都可以受力平衡，从而判断洛伦兹力和电场力的方向。‎ ‎10.如图所示，物体由静止开始做直线运动，0~4s内其合外力随时间变化的关系为某一正弦函数，下列表述不正确的是 A. 0~2s内合外力的冲量一直增大 B. 0~4s内合外力冲量为零 C. 2s末物体的动量方向发生改变 D. 0~4s内物体的动量方向一直不变 ‎【答案】C ‎【解析】‎ 根据I=Ft可知，冲量的等于图像与坐标轴围成的面积，则0~2s内合外力的冲量一直增大，‎ ‎0~4s内合外力的冲量为零，选项AB正确；2s末物体受到的冲量为正值，则动量方向为正，方向没变，选项C错误；0~4s内合外力的冲量为零，则0~4s内物体受到的冲量一直为正，则物体动量方向一直不变，选项D正确；此题选择错误的选项，故选C.‎ ‎11.如图所示，在屏MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场，P为屏上的一个小孔，PC与MN垂直．一群质量为m、带电量为－q的粒子（不计重力）以相同的速率v从P处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域，且限制在与PC夹角为θ的范围内（即图中D’PD范围），下列说法正确的有 A. 沿PC方向进入磁场的粒子，打在屏上的位置距离P点最远 B. 沿PD或PD’方向进入磁场的粒子，打在屏上的位置距离P点最远 C. 打在屏上的位置距离P点最远的距离等于 D. 打在屏上的位置距离P点最近的距离等于 ‎【答案】AD ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“以相同的速率v从P处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域”可知，本题考察带电粒子在磁场中的运动，根据几何知识和洛伦兹力提供向心力判断轨道半径可以解答本题 ‎【详解】ABC．由于所有粒子都相同，且速度相同，所以根据公式 可知，所有粒子轨道半径为 当粒子沿PC方向射入时，在磁场中的轨迹为半圆，因此打在屏上的位置距离P点为圆的直径，最大，为，故A正确，CD错误；‎ D．沿着边界进入磁场的粒子打在屏上离P点最近，长度为，故D正确。‎ 三、实验题：本题共1小题，每空2分，共计8分．请将解答填写在答题卡相应的位置．‎ ‎12.某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证木块间相互作用时动量守恒．‎ ‎（1）该同学还必须有的器材是___________．‎ ‎（2）需要直接测量的物理是(写出相应的名称及符号)______．‎ ‎（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是___________．‎ ‎（4）桌面左右两端间的距离，对实验结果的准确性_________(选填“有”或“无”)影响．‎ ‎【答案】 (1). 刻度尺、天平 (2). 两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2 (3). m1x1＝m2x2 (4). 无 ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“将这一系统置于光滑的水平桌面上”可知，本题考查动量守恒实验，根据动量守恒实验和需要测量的数据可分析本题。‎ ‎【详解】[1][2]本次实验需要验证的方程为，而速度需要根据公式求解，x为平抛运动的水平位移，因此需要直接测量的量为两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2，需要的仪器为刻度尺和天平；‎ ‎[3]根据公式 和 可得 本次要验证的公式为 m1x1＝m2x2‎ ‎[4]由于这一系统置于光滑的水平桌面上，因此水平方向速度不变，故桌面左右两端间的距离，对实验结果的准确性无影响。‎ 四、计算题：本题共6小题，共计54分．解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的验算步骤，只写最后答案的不能得分，有数值计算的，答案中必须明确写出数值和单位．‎ ‎13.如图所示，水平金属导轨的间距为L，其上垂直导轨放置长度为2L的金属棒，当导轨左侧接上电源时，金属棒通过的电流为I，整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面的夹角为θ，金属棒处于静止状态，求：‎ ‎（1）金属棒受到安培力大小；‎ ‎（2）金属棒受到的摩擦力大小．‎ ‎【答案】（1）F安=BIL （2）Ff= BILsinθ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“金属棒处于静止状态”可知，本题考查安培力和受力分析，根据左手定制、力的分解和力的平衡可以分析本题。‎ ‎【详解】（1）电流方向与磁场方向垂直，金属棒的有效长度为L，安培力大小 ‎（2）受力示意图如图所示 解得 ‎14.如图甲所示，一个静止质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力)，经电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场，粒子在磁场中转半个圆周后打在P点，求：‎ ‎（1）粒子进入磁场时的速度大小；‎ ‎（2）设OP＝x，写出x与U的函数关系式，并在图乙中定性地画出x-U图像．‎ ‎【答案】（1） （2）x＝,‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“经电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场”‎ 可知，本题考查带电粒子的加速和带电粒子在磁场中受洛伦兹力的运动情况，根据动能定理和洛伦兹力提供向心力的知识可以分析解答。‎ ‎【详解】（1）带电粒子经电压U加速，由动能定理有 解得 ‎（2）洛伦兹力提供向心力 解得 x＝‎ x-U图像如图所示．‎ ‎【点睛】带电粒子静电场加速，通常用动能定理，电场力做功转化成带电粒子的动能，洛伦兹力不做功，提供向心力，结合圆周运动解题。‎ ‎15.如图所示，质量为60 kg的建筑工人，不慎从高空P处跌下，由于弹性安全带的保护，他被悬挂起来．已知安全带长5 m，安全带的缓冲时间是1.2 s，取g＝10 m/s2，不计空气阻力．求：‎ ‎（1）安全带刚好拉直时，人的速度大小；‎ ‎（2）缓冲时间内，安全带对人的平均冲力的大小．‎ ‎【答案】(1) v＝10m/s (2) F＝1100N ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“安全带的缓冲时间是1.2 s”可知，本题考查机械能守恒和动量定理，根据机械能守恒公式和动能定理公式可进行求解。‎ ‎【详解】（1）安全带长5 m，人在这段距离上机械能守恒 解得v＝10 m/s ‎（2）人受安全带的保护经1.2 s速度减小为0，以向上为正方向，应用动量定理有 ‎(F－mg)t＝0－(－mv) ‎ 解得F＝1 100 N ‎【点睛】动量为矢量，要先确定正方向。‎ ‎16.质量为5 g的子弹以300 m/s的速度水平射向被悬挂着质量为500 g的木块，设子弹穿过木块后的速度为100 m/s，重力加速度取10 m/s2，则：‎ ‎（1）试用动量定理证明子弹打击木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒；‎ ‎（2）求子弹穿过木块后的瞬间，木块获得的速度大小；‎ ‎（3）求木块上升的最大高度．‎ ‎【答案】(1)+ Mv2=mv0 (2) v2=2m/s (3) h=0.2m ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“子弹穿过木块”可知，本题考查动量定理和机械能守恒，根据过程分析运用动量定理公式和机械能守恒定律进行解题。‎ ‎【详解】（1）设子弹质量为m，打击木块前的速度为v0，穿出后的速度为v1，木块质量为M ‎，获得的速度为v2，打击过程中，木块受到的平均作用力为F，时间为t．以子弹的初速度v0的方向为正方向．‎ 对子弹应用动量定理 对木块应用动量定理 上面两式相加有 即：‎ 子弹和木块组成的系统动量守恒．‎ ‎（2）由动量守恒定律 解得v2=2m/s ‎（3）由机械能守恒有 解得h=0.2m ‎17.如图所示的三角形区域内存在方向垂直三角形平面向外的匀强磁场，磁感应强度B＝0.2T，三角形的边长分别为AB＝20 cm，BC＝cm，CA＝10cm．质量为、电荷量为q=+3.2×10－16 C的粒子，在三角形平面内，从BC边的中点垂直射入磁场，不计粒子重力．‎ ‎（1）若粒子速度大小v1=10 m/s，求粒子在磁场中运动的半径r；‎ ‎（2）若粒子速度大小v2=5 m/s，求粒子在磁场中运动的时间t；‎ ‎（3）若粒子速度大小不确定，则粒子可能从AB边上什么范围内穿出？‎ ‎【答案】(1) r=5cm (2) t =s (3) DE=5 cm ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动 解得 ‎（2）粒子在磁场中运动的周期 T=‎ 粒子在磁场中运动轨迹为半圆，故粒子在磁场运动时间为周期的一半 t=‎ 解得 t =s(或 s，2.72×10-2s)‎ ‎（3）粒子的速度越大，轨道半径越大，越可能从AB边穿出．速度很大时，非常接近AB的中点D穿出当粒子运动轨迹与AB相切时，对应能从AB边穿出的最小速度切点E到D之间是所求的范围，由几何关系得 DE=5 cm ‎18.如图所示，虚线圆内存在方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场，虚线圆与x轴相切，切点是坐标原点O．质量为m、电荷量为e的大量电子从O处沿xOy平面射入第一象限，射入时速度方向不同，速度大小均为v0．已知磁感应强度为B，虚线圆的半径为，荧光屏MN与y轴平行，不计电子重力．‎ ‎（1）证明这些电子穿过磁场后都能垂直打到荧光屏上；‎ ‎（2）求荧光屏上光斑的长度；‎ ‎（3）用阴影画出电子在磁场中运动的范围，并求出该范围的面积．‎ ‎【答案】(1)电子穿过磁场后都能垂直打到荧光屏上 (2) (3) ‎ ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 由题中“虚线圆内存在方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场”可知，本题主要考察带电粒子在磁场中的运动情况，根据带电粒子在磁场中的运动规律、洛伦兹力提供向心力、圆周运动和部分几何知识可分析求解 ‎【详解】（1）如图所示 设某电子从A点离开磁场圆，O’为磁场圆的圆心，O’’为电子做圆周运动的圆心，连接OO’、O’A、AO’’、O’’O．电子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得 解得 R＝‎ 因为磁场圆半径等于轨迹圆半径，故 则四边形OO’AO’’为菱形．可得AO’’∥O’O，又因为O’O垂直于x轴，所以电子从A离开磁场圆时速度方向平行于x轴向左，即电子穿过磁场后都能垂直打到荧光屏上． ‎ ‎（2）如图所示，初速度沿x轴正方向的电子，沿弧OB运动到P点，为荧光屏上光斑的最高点，初速度沿y轴正方向的电子，沿弧OC运动到Q点，为荧光屏上光斑的最低点，光斑长度 ‎．‎ ‎（3）电子在磁场圆中运动的范围如图中阴影部分所示．‎ 面积大小为 ‎【点睛】根据洛伦兹力提供向心力，先求算出带电粒子在磁场中做圆周运动的半径，结合几何知识，描绘出粒子的运动轨迹，是解决本题的关键。‎ ‎ ‎