【物理】天津市六校2019-2020学年高二上学期期中考试联考试题（解析版）

【物理】天津市六校2019-2020学年高二上学期期中考试联考试题（解析版）

‎2019～2020学年度第一学期期中六校联考 高二物理 一、单项选择题（本题共5小题，每题5分，共25分。每小题只有一个选项符合题意）‎ ‎1.如图所示，我国“北斗卫星导航系统”由5颗静止轨道卫星（地球同步卫星）和30颗非静止轨道卫星组成，卫星轨道半径大小不同，其运行速度、周期等参量也不相同，下面说法正确的是（ ）‎ A. 卫星轨道半径越大，环绕速度越大 B. 卫星的线速度可能大于‎7.9km/s C. 卫星轨道半径越小，向心加速度越大 D. 卫星轨道半径越小，运动的角速度越小 ‎【答案】C ‎【解析】‎ ‎【详解】人造地球卫星在绕地球做圆周运动时，由地球对卫星的引力提供圆周运动的向心力，故有 得 ‎， ， ‎ A．由，知卫星的轨道半径越大，环绕速度越小；故A错误；‎ B．卫星的线速度小于第一宇宙速度‎7.9km/s，故B错误。‎ C．根据，轨道半径越小，向心加速度越大，故C正确；‎ D．根据，知轨道半径越小，角速度越大，故D错误。‎ ‎2.随着太空技术的飞速发展，人类登陆其它星球成为可能。假设未来的某一天，宇航员登上某一星球后，测得该星球质量是地球质量的8倍，而该星球的平均密度与地球的相等，则该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的（ ）‎ A. 0.5‎倍 B. 2倍 C. 4倍 D. 8倍 ‎【答案】B ‎【解析】‎ ‎【详解】根据万有引力等于重力，列出等式：‎ 其中M是星球的质量，R星球的半径 根据根据密度与质量关系得：‎ 星球的密度跟地球密度相同，星球质量是地球质量的8倍，则半径是地球半径的2倍；由 可知该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的2倍。‎ A．0.5倍,与结论不相符，选项A错误；B．2倍，与结论相符，选项B正确；‎ C．4倍,与结论不相符，选项C错误；D．8倍,与结论不相符，选项D错误；‎ ‎3.我国首个火星探测器将于2020年在海南文昌发射场用“长征”五号运载火箭实施发射，一步实现火星探测器的“绕、着、巡”，假设将来中国火星探测器探测火星时，经历如图所示的变轨过程，关于这艘飞船的下列说法正确的是（ ）‎ A. 飞船在轨道Ⅱ上运动时，经过P点时的速度小于经过Q点时的速度 B. 飞船在轨道Ⅱ上运动时的机械能大于在轨道Ⅲ上运动时所具有的机械能 C. 飞船在轨道Ⅲ上运动到P点时的加速度大于飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时的加速度 D. 飞船在轨道I上经过P点时的速度小于飞船在轨道Ⅱ上经过P点时的速度 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎【详解】A．根据开普勒定律知飞船在椭圆轨道Ⅱ上运动时，在离火星最近的P点速度大于最远的Q 点的速度，故A错误；‎ B．飞船往高轨道运动需要点火加速，飞船在轨道Ⅱ上运动时的机械能小于在轨道Ⅲ上运动时所具有的机械能，故B错误；‎ C．不管在那个轨道上，飞船在P点受到万有引力是相等的，所以加速度相等，故C错误；‎ D．飞船从轨道I上变轨到轨道Ⅱ上，需要在P点加速，所以轨道I运动时的速度 小于轨道Ⅱ上速度，故D正确。‎ ‎4.如图，光滑斜面上放置一根通有恒定电流导体棒，空间有垂直斜面向上的匀强磁场B，导体棒处于静止状态。现将匀强磁场的方向沿图示方向缓慢旋转到水平方向，为了使导体棒始终保持静止状态，匀强磁场的磁感应强度应同步 A. 增大 B. 减小 ‎ C. 先增大，后减小 D. 先减小，后增大 ‎【答案】A ‎【解析】‎ ‎【详解】对导体棒进行受力分析如图:‎ 当磁场方向缓慢旋转到水平方向，安培力方向缓慢从图示位置转到竖直向上，因为初始时刻安培力沿斜面向上，与支持力方向垂直，最小，所以安培力一直变大，而安培力：，所以磁场一直增大，BCD错误A正确 ‎5.在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直．一带电粒子（重力不计） 从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子（ ）‎ ‎ ‎ A. 一定带正电 B. 速度 C. 若速度，粒子在板间的运动是类平抛运动 D. 若此粒子从右端沿虚线方向进入平行板，仍做直线运动 ‎【答案】B ‎【解析】‎ 若粒子带负电，则受到竖直向上的电场力和竖直向下的洛伦兹力，可以做直线运动，若粒子带正电，受到竖直向下的电场力和竖直向上的洛伦兹力，可以做直线运动，故A错误；因为做直线运动，所以在竖直方向上合力为零，故，解得，B正确；若，则，使粒子偏转，做曲线运动；但洛伦兹力方向不断变化，故合力不恒定，不是类似平抛运动，C错误；此粒子从右端沿虚线方向进入，电场力与洛伦兹力在同一方向，不能做直线运动，D错误．‎ ‎【点睛】在速度选择器中，从左边射入，速度满足条件，电场力与洛伦兹力平衡与电量、电性无关．‎ 二、多项选择题（本题共3小题，每题5分，共15分。每题多个选项符合题意，全选对得5分，选对但不全得3分，错选多选不得分）‎ ‎6.有a、b、c、d四颗地球卫星，a还未发射，在地球赤道上随地球表面一起转动，b处于地面附近近地轨道上正常运动，c是地球同步卫星，d是高空探测卫星，各卫星排列位置如图所示。则下列说法正确的是（ ）‎ A. a的向心加速度小于地表重力加速度g B. b在相同时间内转过的弧长最长 C. c在4h内转过的圆心角是 D. d的运动周期有可能是23h ‎【答案】AB ‎【解析】‎ ‎【详解】A．a受万有引力和支持力作用，靠两个力的合力提供向心力，向心加速度小于重力加速度g，故A正确。‎ B．根据得，‎ 由于rb＜rc＜rd，则vb＞vc＞vd，a、c的角速度相等，根据v=rω知，c的线速度大于a的线速度，可知b的线速度最大，则相同时间内转过的弧长最长，故B正确。‎ C．c为同步卫星，周期为24h，4h内转过圆心角 故C错误。‎ D．根据得，‎ d的轨道半径大于c的轨道半径，则d的周期大于c的周期，可知d的周期一定大于24h，故D错误。‎ ‎7.如图所示为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速．已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q.下列说法正确的是（ ）‎ A. 质子的最大速度不超过2πRf B. 质子的最大动能为 C. 质子的最大动能与电压U无关 D. 只增大磁感应强度B，可增大质子的最大动能 ‎【答案】ACD ‎【解析】‎ ‎【详解】A．质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则有：‎ ‎．‎ 所以最大速度不超过2πfR．故A正确。‎ BC．根据洛伦兹力充当向心力，有：‎ 则质子的最大动能为：‎ 与电压无关，故C正确，B错误；‎ D．由可知，只增大磁感应强度B，可增大质子的最大动能，选项D正确。‎ ‎8.如图，在水平面上有半径为r的圆形边界磁场，磁场垂直于水平面，磁感应强度大小为B.在磁场边界上某点（未面出)有大量同种带电粒子（不计重力及粒子间的相互作用)以相同速度在水平面上沿各方向射入磁场，已知在磁场中运动时间最长的粒子的运动时间为其在磁场中圆周运动周期的，下面说法正确的是 A. 在磁场中运动时间最长的粒子离开磁场的速度方向与入射速度方向的夹角为 B. 粒子的比荷为 C. 粒子在磁场中的轨道半径为r D. 粒子在磁场中圆周运动的周期为 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ A、粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，在磁场中运动时间最长，对应的弦长最长，故弦长等于2r，在磁场中运动时间最长的粒子的运动时间为其在磁场中圆周运动周期的，由几何关系可得在磁场中运动时间最长的粒子离开磁场的圆心角为，故A错误；‎ BC、由几何关系可，由可得粒子的比荷为，故B正确，C错误；‎ D、粒子在磁场中圆周运动的周期为，故D正确；‎ 故选BD。‎ ‎【点睛】粒子在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，在磁场中运动时间最长，对应的弦长最长，在磁场中运动时间最长的粒子的运动时间为其在磁场中圆周运动周期的，由几何关系可得在磁场中运动时间最长的粒子离开磁场的圆心角为。‎ 三、填空题和实验题（本题共3小题，每空3分，共12分）‎ ‎9.有一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理．将一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性）沿图中所示方向喷射入磁场，等离子体的速度为v，磁感应强度为B，磁场中有两块金属板A、B，板间距为d，这时金属板上就聚集了电荷，磁极配置如图所示，该发电机的电动势为____________‎ ‎【答案】Bdv ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．根据左手定则知，正电荷向下偏，负电荷向上偏，则A板带负电，B板带正电；当电荷处于平衡有：‎ 解得：‎ E=Bdv；‎ ‎10.物理学界最新观测成果是引力波的发现，这对物理学的理论产生了重大的影响。引力波可认为是两个黑洞绕着共同的圆心做匀速圆周运动时产生的。如果观测到一对黑洞产生的引力波的频率为f（引力波的频率与两个黑洞做匀速圆周运动的频率相同），这对黑洞间的距离为L，万有引力常量为G，则可估算这对黑洞的总质量为M=____________。‎ ‎【答案】‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】[1]．这一对黑洞产生的引力波的频率为f，则它们的周期为 ‎    ①‎ 双星靠相互间的万有引力提供向心力，具有相同的周期．‎ 对1：‎ 即得：‎ ‎…②‎ 同理对2：‎ ‎…③‎ 又 L=r1+r2 ④‎ 联立解得双星的总质量为：‎ ‎11.霍尔元件是一种重要的磁传感器，常应用在与磁场有关的自动化控制和测量系统中。如图所示，在一矩形半导体薄片的1、2间通入电流I，同时外加与薄片前后表面垂直的磁场B，当霍尔电压UH达到稳定值后，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式,其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。‎ ‎（1）若半导体材料是电子导电，霍尔元件通过如图所示电流I，接线端3的电势比接线端4的电势_______（填“高”或“低”）；‎ ‎（2）已知元件厚度为d，宽度为b，电流大小为I，磁感应强度大小为B，电子电量为e，单位体积内自由电子的个数为n，测量相应的UH值，则霍尔系数RH=______；‎ ‎【答案】 (1). 低 (2). ‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）[1]．电流从1到2，则电子从2到1的方向，由左手定则可知，电子受洛伦兹力向上，偏向上极板3，即接线端3的电势比接线端4的电势低；‎ ‎（2）[2]．由题意得：‎ 解得：‎ 当电场力与洛伦兹力平衡时，有：‎ 解得 UH=vbB，‎ 又有电流的微观表达式：‎ I=nevS=nevbd 联立解得：‎ 四、解答题（本题共3小题，12题14分，13题16分，14题18分）‎ ‎12.一名宇航员抵达一半径为R的星球表面后，为了测定该星球的质量，做下实验：将一个小球从该星球表面某位置以初速度v竖直向上抛出，小球在空中运动一间后又落回原抛出位置，测得小球在空中运动的时间为t，已知万有引力恒量为G，不计阻力，试根据题中所提供的条件和测量结果，求：‎ ‎（1）该星球表面的“重力”加速度g的大小；‎ ‎（2）该星球的质量M；‎ ‎（3）如果在该星球上发射一颗围绕该星球做匀速圆周运动的卫星，则该卫星运行周期T为多大？‎ ‎【答案】（1）（2）（3）‎ ‎【解析】‎ ‎（1）由运动学公式得： 解得该星球表面的“重力”加速度的大小    （2）质量为m的物体在该星球表面上受到的万有引力近似等于物体受到的重力，则对该星球表面上的物体，由牛顿第二定律和万有引力定律得：mg＝ 解得该星球的质量为    ‎ ‎（3）当某个质量为m′的卫星做匀速圆周运动的半径等于该星球的半径R时，该卫星运行的周期T最小，则由牛顿第二定律和万有引力定律 解得该卫星运行的最小周期    ‎ ‎ 点睛：重力加速度g是天体运动研究和天体表面宏观物体运动研究联系的物理量．本题要求学生掌握两种等式：一是物体所受重力等于其吸引力；二是物体做匀速圆周运动其向心力由万有引力提供．‎ ‎13.如图所示，在虚线PQ的上、下两侧均存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场，上方磁场的磁感应强度为B，下方磁场的磁感应强度为2B．一质量为m、带电量为q的粒子（不计重力）以初速度v0从PQ上的A点垂直于PQ射人上方的磁场区，经一段时间后粒子第二次向下穿过虚线记为B点。‎ ‎（1）判断粒子的电性及求粒子在上方磁场中的轨迹半径；‎ ‎（2）求AB间距离及粒子由A到B的时间t。‎ ‎【答案】（1）；（2）AB间距离为，A到B的时间t为。‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】(1)粒子向右偏转，根据左手定则可知粒子带负电；‎ 洛伦兹力提供向心力：‎ 解得：‎ ‎(2)上方磁场的磁感应强度为B，下方磁场的磁感应强度为2B，所以粒子在上方做圆周运动的半径是在下方做圆周运动的2倍；‎ 如图可得AB的距离：‎ 粒子由A到M的时间：‎ 由M到N的时间： ‎ 由N到B的时间等于t1‎ 故粒子由A到B的时间：‎ ‎14.如图所示，坐标平面第Ⅰ象限内存在水平向左的匀强电场，在y轴左侧区域存在宽度为a=‎0.3m的垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B（大小可调节）。现有比荷为=2.5×‎109 C / kg的带正电粒子从x轴上的A点以一定初速度v0垂直x轴射入电场，且以v=4×‎107m/s，方向与y轴正向成60°的速度经过P点进入磁场，OP=OA，OA=‎0.1m，不计重力。求：‎ ‎（1）粒子在A点进入电场的初速度v0为多少；‎ ‎（2）要使粒子不从CD边界射出，则磁感应强度B的取值范围；‎ ‎（3）当磁感应强度为某值时，粒子经过磁场后，刚好可以回到A点，求此磁感应强度.‎ ‎【答案】（1） （2） （3）0.16T ‎【解析】‎ ‎【详解】（1）粒子在电场中只受水平向左的电场力作用，故粒子做类平抛运动，那么竖直方向做匀速运动，故有：‎ v0＝vcos60°＝2×‎107m/s；‎ ‎（2）粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，故粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力做向心力，故有：‎ Bqv＝‎ 所以轨道半径 ‎；‎ 要使粒子不从CD边界射出，‎ 根据几何关系可得：‎ R+Rcos60°≤a 所以，‎ R≤a＝‎0.2m；‎ 所以磁感应强度：‎ ‎；‎ ‎（3）粒子离开磁场运动到A的过程做匀速直线运动，故粒子运动轨迹如图所示，‎ ‎；‎ 根据粒子在磁场中做匀速圆周运动可得：粒子出磁场时速度与y轴正方向夹角为60°；‎ 设出磁场处为Q点，则由几何关系，‎ 所以 所以轨道半径 R'=‎0.1m；‎ 根据洛伦兹力做向心力可得：‎ 所以