安徽省滁州市定远县育才学校2022-2023高二下学期3月检测物理试卷（含解析）考试试卷

定远县育才学校2022-2023学年高二下学期3月检测
物理试题
一、单选题（本大题共6小题，共24分）
1. 如图所示，在匀强磁场边界上的点以相同的速度发射一个正电子和一个负电子，速度的方向与边界夹角为，不计重力，则它们在磁场中转过的角度之差为
A. B. C. D.
2. 年月日，国内首条中低速磁浮旅游专线广东清远磁浮首列车开始整车动态调试。如图所示为超导磁浮的示意图，在水平桌面上放置着一个圆柱形磁铁甲，将用高温超导材料制成的超导圆环乙从圆柱形磁铁甲的正上方缓慢下移，由于超导圆环乙跟圆柱形磁铁甲之间有排斥力，结果超导圆环乙悬浮在圆柱形磁铁甲的正上方。若圆柱形磁铁甲的极朝上，在超导圆环乙放入磁场向下运动的过程中，从上往下看
A. 超导圆环乙中感应电流的方向为顺时针方向；当超导圆环乙稳定后，感应电流消失
B. 超导圆环乙中感应电流的方向为逆时针方向；当超导圆环乙稳定后，感应电流消失
C. 超导圆环乙中感应电流的方向为顺时针方向；当超导圆环乙稳定后，感应电流仍存在
D. 超导圆环乙中感应电流的方向为逆时针方向；当超导圆环乙稳定后，感应电流仍存在
3. 质量为、电荷量为的微粒，以与水平方向成角的速度，从点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到，重力加速度为，下列说法正确的是 ( )
A. 该微粒一定带正电荷 B. 微粒从到的运动可能是匀变速运动
C. 该磁场的磁感应强度大小为 D. 该电场的场强为
4. 如图所示，矩形线圈位于一变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面纸面向里，磁感应强度随时间的变化规律如图所示。用表示线圈中的感应电流，取顺时针方向的电流为正。则下图中的图象正确的是( )
A. B.
C. D.
5. 如图，边长、材料相同，粗细不同的单匝正方形金属线框甲、乙。乙线框导线的横截面积是甲的倍。在竖直平面内距磁场相同高度由静止开始同时下落，一段时间后进入方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图所示。不计空气阻力，则在甲、乙线框进入磁场的过程中( )
A. 感应电流的方向均一定为顺时针方向 B. 甲、乙线框的加速度时时相同
C. 甲线框的焦耳热是乙线框的倍 D. 通过甲线框的电荷量是乙线框的倍
6. 现代技术常用磁场来控制带电粒子的运动。如图，在竖直平面内有一边长为的正方形，该区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场图中未画出，磁场的磁感应强度大小为。某时刻从边中点沿对角线方向射出一束比荷相同、初速度大小不同的带正电的粒子。不计粒子重力及粒子间的相互作用力。则( )
A. 粒子不可能从点射出
B. 粒子不可能从边中点射出
C. 粒子能从边射出区域的长度为
D. 粒子在区域内运动的最长时间为
二、多选题（本大题共6小题，共24分）
7. 多选如图所示，无限长水平直导线中通有向右的恒定电流，导线正下方固定一正方形线框。线框中通有顺时针方向的恒定电流，线框边长为，线框上边与直导线平行，且到直导线的距离也为，已知在长直导线的磁场中距离长直导线处的磁感应强度大小 ，线框质量为，则释放线框的一瞬间，线框的加速度大小可能为( )
A. B. C. D.
8. 竖直平面内有两个完全相同的正三角形线框，线框用粗细均匀的同种导线制成。从两线框的点分别通入大小为的电流，电流都从点流出。图乙中的线框处在磁感应强度大小为、方向水平向外的匀强磁场中，已知线框的边长为，则
A. 图甲中，导线和导线之间的磁场力为引力
B. 图甲中，导线下方的磁场方向垂直于纸面向外
C. 图乙中，线框受到的安培力的合力为
D. 图乙中，线框受到的安培力的合力方向垂直于向上
9. 如图所示，等腰梯形区域包含边界存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，边长，，一质量为、电量为的正电粒子从点沿着方向射入磁场中，不计粒子的重力，为使粒子从边射出磁场区域，粒子的速度可能为( )
A. B. C. D.
10. 如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆置于导轨上并与导轨形成闭合回路，一圆环形金属线框位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆突然向左运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是
A. 中沿顺时针方向，中沿逆时针方向
B. 中沿逆时针方向，中沿顺时针方向
C. 具有收缩趋势，受到向右的安培力
D. 具有扩张趋势，受到向右的安培力
11. 如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨固定在同一水平面内，两导轨间的距离为导轨上面垂直于导轨横放着两根相距的导体棒、，两导体棒与导轨构成矩形闭合回路两导体棒的质量均为、电阻均为，回路中其余部分的电阻忽略不计整个装置处于磁感应强度大小为、方向竖直向上的匀强磁场中开始时，棒静止，棒的速度大小为、方向指向棒若两导体棒在运动过程中始终不接触，选水平向右的方向为正方向，则在运动过程中( )
A. 棒产生的焦耳热最多为
B. 安培力对棒的冲量最多为
C. 通过棒某一横截面的电量最多为
D. 棒与棒间的最终距离为
12. 笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件，当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，屏幕亮起；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭。如图所示，一块长为，宽为，厚度为的霍尔元件，单位体积内的自由电子数为，其导电粒子是电荷量为的自由电子，元件中通有大小为、方向向右的电流。当显示屏闭合时元件处于竖直向上、大小为的匀强磁场中，其前后表面间产生霍尔电压以控制屏幕熄灭。则( )
A. 霍尔元件前表面的电势比后表面的低
B. 霍尔电压与元件单位体积的自由电子数无关
C. 霍尔电压
D. 每个自由电子所受洛伦兹力的大小为
第II卷（非选择题）
三、填空题（本大题共3小题，共16分）
13. 如图所示，等臂天平水平平衡，现在右盘下挂一矩形线圈，线圈的水平边长为，匝数为匝。线圈的下边处于磁感应强度为的匀强磁场图中未画出内，磁场方向垂直纸面。当线圈内通有大小为、逆时针方向的电流时，天平恰好重新水平平衡，则磁场方向垂直纸面向________填“里”或“外”；现在左盘放一物体后，线圈内电流大小调至，同时使电流方向反向，天平重新水平平衡，则物体的质量为_______。取
14. 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_________。
15. 如图所示，矩形线圈一边长为，另一边长为，电阻为，在它以速度匀速穿过宽度为、磁感应强度为的匀强磁场的过程中，若，产生的电能为______；通过导体截面的电荷量为______。
四、计算题（本大题共3小题，每小题12分，共36分）
16. 如图所示，两平行金属导轨间的距离，金属导轨所在的平面与水平面夹角，金属导轨的一端接有电动势、内阻的直流电源。现把一个质量的导体棒放在金属导轨上，它与导轨间的动摩擦因数，整个装置放在磁感应强度大小、垂直导轨平面向上的匀强磁场中，导体棒恰好静止。导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻，金属导轨电阻不计，重力加速度取。
求导体棒受到的摩擦力的大小和方向；
若磁感应强度的方向不变而大小可以变化，要使导体棒能静止，求磁感应强度大小的取值范围。
17. 如图所示，速度选择器两板间电压为、相距为，板间有垂直纸面向里、磁感应强度为的匀强磁场；在紧靠速度选择器右侧的圆形区域内，分布着垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度未知，圆形磁场区域半径为一质量为、电荷量为的带正电的粒子在速度选择器中做直线运动，从点沿圆形磁场半径方向进入磁场，然后从点射出，为圆心，，粒子重力可忽略不计。求：
粒子在速度选择器中运动的速度大小；
圆形磁场区域的磁感应强度的大小；
粒子在圆形磁场区域的运动时间。
18. 如图所示，两根足够长的平行金属导轨、固定在倾角的绝缘斜面上，顶部接有一阻值的定值电阻，下端开口，轨道间距，整个装置处于磁感应强度的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上，质量的金属棒置于导轨上，在导轨之间的电阻，电路中其余电阻不计，金属棒由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好，不计空气阻力影响，已知金属棒与导轨间动摩擦因数，，，取．
求金属棒沿导轨向下运动的最大速度．
求金属棒沿导轨向下运动过程中，电阻上的最大电功率．
若从金属棒开始运动至达到最大速度的过程中，电阻上产生的焦耳热总共为，求这个过程的经历的时间．
答案和解析
1. 【解析】根据左手定则分析可知，正电子逆时针偏转，负电子顺时针偏转，重新回到边界时正电子的速度偏向角为，轨迹的圆心角也为，同理，重新回到边界时负电子的速度偏向角为，轨迹的圆心角也为，则它们在磁场中转过的角度之差为，故 B正确，ACD错误。故选B。
2. 【解析】若圆柱形磁铁甲的极朝上，在超导圆环乙放入磁场向下运动的过程中，磁通量增加，根据楞次定律可知超导圆环乙中感应电流的方向为顺时针方向；在超导圆环乙放入磁场的过程中，穿过超导圆环乙的磁通量增加，超导圆环乙中将产生感应电流，因为超导圆环乙是超导体，没有电阻，所以稳定后感应电流仍存在，故C正确，故ABD错误。
3. 【解析】A.若粒子带正电，电场力向左，洛伦兹力垂直于线斜向右下方，则电场力、洛伦兹力和重力不能平衡，若粒子带负电，符合题意，故A错误；
B.粒子如果做匀变速运动，重力和电场力不变，而洛伦兹力变化，粒子不能沿直线运动，与题意不符，故B错误；
D.粒子受力如图：
由图，所以，故D正确；
C.由平衡条件得 ，解得磁感应强度大小，故C错误。
4. 【解析】由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律得：，所以线圈中的感应电流决定于磁感应强度随的变化率。
由图可知，时间内，增大，增大，感应磁场与原磁场方向相反感应磁场的磁感应强度的方向向外，由右手定则感应电流是逆时针的，因而是负值。所以可判断为负的恒值；为零；为正的恒值，故C正确，ABD错误。故选C。
5. 【解析】A、进入磁场过程中，穿过线框的磁通量增大，根据楞次定律可判断出感应电流的方向均为逆时针，故A错误；
B、设电阻率为，密度为，边长为，导线横截面积为，
则线框的质量为，
两线框从同一高度落下，进入磁场的速度相同，设为，
则，，，安培力，
根据牛顿第二定律有，
联立解得，所以甲、乙线框的加速度时时相同，故B正确；
C、线框减少的机械能转化为焦耳热，设恰好完全进入磁场时，线框下降的高度为，速度为，
两个线框进入磁场的加速度时刻相同，所以完全进入磁场的速度也是相同的，
产生的焦耳热为，可见焦耳热与质量成正比，
因为线框的质量为，可知质量与横截面积成正比，
所以乙线框的焦耳热是甲线框的倍，故C错误；
D、电荷量，可见通过乙线框的电荷量是甲线框的倍，故D错误。故选B。
6. 【解析】A.粒子在磁场中运动只受洛伦兹力作用，故粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力做向心力，故由左手定则可得：粒子做逆时针运动；根据粒子做匀速圆周运动，由粒子在点的速度竖直向下，那么，粒子做圆周运动的轨道圆心在过点的水平线和、两点的垂直平分线的交点上；
故根据几何关系，由运动轨迹可得：粒子可能从点射出，故A错误。
B.根据粒子做匀速圆周运动，由粒子在点的速度竖直向下，那么，粒子做圆周运动的轨道圆心在过点的水平线和与中点的垂直平分线的交点上；故根据几何关系，
由运动轨迹可得粒子可能从边中点射出，故B错误。
C.根据两者做匀速圆周运动可得：粒子做圆周运动的轨道圆心在过点的水平线和点及出射点的垂直平分线的交点上；根据粒子做逆时针运动，作出放缩圆分别与边、边相切的轨迹，如图所示：
由图可知粒子能从边射出区域的长度为切点与交点所夹的范围，由
，可得：
由，可得：
切点到点的距离为。交点非常接近点，所以切点与交点之间的距离，故C错误；
D.粒子在区域内运动，当粒子从上离开磁场区域时转过的圆心角最大，为，根据洛伦兹力做向心力可得：
所以粒子在磁场中的运动周期：，故粒子在区域内运动的最长时间为：，故D正确。故选D。
7. 【解析】A.线框上边受到的安培力大小为 ，方向向上，钱框下边受到的安培力大小为 ，方向向下。若，则加速度为零，故A正确；
若大于，则加速度向上，大小为 ，故B错误，C正确；
D.若小于，则加速度向下，大小为 ，故D错误。故选AC。
8. 【解析】A.由于平行长直导线间的作用力为：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，故导线和导线之间由于电流方向相同，故为引力，A正确；
B.由安培定则可知导线下方的磁场方向垂直于纸面向里，B错误；
由左手定则及导线的有效长度可知，两段导线的有效长度相同，二者所通过的总电流为，故二者所受的合力为，且由左手定则可知，合力方向向下，故C正确，D错误。故选AC。
9.
【解析】若从点射出磁场，先做的垂线，再做的中垂线，由几何关系可知半径，速度速度不断变大，可知能从点射出磁场，先做的垂线，再过点做的垂线，由几何关系可知，所以，速度，速度应介于两个临界值之间，故BC正确，AD错误。
10. 【解析】突然向左运动，根据右手定则可知，电流方向由到，即闭合回路中电流沿顺时针方向，又由安培定则可知，回路中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，故环形金属线框的磁通量将变大，由楞次定律可知，中将产生沿逆时针方向的感应电流，故A正确，B错误；
线框的磁能量变大，由楞次定律可知，有收缩的趋势，以阻碍磁通量的增大，中有由到的电流，由左手定则可知，受到的安培力向右，故C正确，D错误。故选AC。
11. 【解析】A.由动量守恒：，解得二者的共同速度为：，由于该过程导体棒克服安培力做的功转化为整个回路的焦耳热，由功能关系解得整个回路的焦耳热为：，由于两棒的电阻相等，故棒产生的焦耳热最多为，A错误；
在该过程对棒由动量定理可得：，即安培力对棒的冲量最多为，又安培力，联立解得通过棒某一横截面的电量最多为，故BC正确；
D. 由法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律可得通过棒某一横截面的电量：，而，联立解得棒向前发生的位移为：，即棒与棒间的最终距离为，D正确。故选BCD。
12. 【解析】A.电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则判断可知，电子所受的洛伦兹力方向向外，则前表面积累了电子，前表面的电势比后表面的电势低，故A正确；
根据电流的微观表达式可知，稳定后，后续电子受力平衡可得，
联立解得：，故B错误，C正确；
D.电子所受洛仑兹力大小为，故D正确。
13.里；。
【解析】由于天平原来水平平衡，现在在右侧悬挂线圈，故右侧重，要想使天平再次达到水平平衡，故受到的安培力竖直向上，根据左手定则可知，磁场的方向垂直于纸面向里；
根据共点力平衡可知，解得，当放上物体后，根据天平平衡可知，解得。
故答案为：里；。
14.：；：；：
【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：：：。
15.；
【解析】解：线圈进入磁场的过程中，产生的感应电动势为：，
由闭合电路欧姆定律得感应电流：，
如果：，由焦耳定律得，线圈产生的电能为：，
线框穿过磁场过程中，通过导体截面的电荷量为；故答案为：；
16.解：根据闭合电路欧姆定律得，
由左手定则可知安培力沿斜面向上，，
重力沿斜面的分力为，
由于安培力小于重力沿斜面的分力，故摩擦力向上；
当较小时，安培力较小，在导体棒重力的分力作用下导体棒有沿导轨下滑的趋势，金属棒所受的静摩擦力沿导轨向上，金属棒刚好不下滑时，满足平衡条件，
则得，
代入数据解得，
当较大时，安培力较大，摩擦力方向沿导轨向下时，
代入数据解得，
则磁感应强度的取值范围为。
答：导体棒受到的摩擦力的大小为，方向沿导轨向上；
若磁感应强度的方向不变而大小可以变化，要使导体棒能静止，磁感应强度大小的取值范围是。
17.解：粒子在速度选择器中做直线运动，由力的平衡条件得：
所以有：
粒子在磁场中做匀速圆周运动，设其半径为，由向心力公式得：
由几何关系得：
联立解：
粒子在磁场中运动周期为：
粒子在磁场中运动时间为：
答：粒子在速度选择器中运动的速度大小为；
圆形磁场区域的磁感应强度的大小是；
粒子在圆形磁场区域的运动时间是。
18.解：金属棒由静止释放后，沿斜面做变加速运动，加速度不断减小，当加速度为零时有最大速度，
由牛顿第二定律
解得
金属棒以最大速度匀速运动时，电阻上的电功率最大，此时
联立解得
设金属棒从开始运动到达到最大速度过程中，沿导轨下滑距离为，由能量守恒定律
根据焦耳定律
联立解得
解得
由动量定理：
解得。