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2022学年春季有色一中高二期中考试物理试卷
一、选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1 -7题只有一项符合题目要求，第8-11题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1．一根放在磁场里的通电直导线如图所示，则通电直导线所受安培力的方向为（　　）
A．向左 B．向下 C．向右 D．向上
2．如图甲、乙、丙所示，将完全相同的电源、导体棒和平行金属导轨形成闭合回路放入磁感应强度大小相等的匀强磁场中。甲、乙中导轨平面水平，丙中导轨与水平面成角。甲、丙中磁场方向均垂直导轨平面向上，乙中磁场方向与水平面成角。三图中导体棒均静止，则（　　）
A．甲图中导体棒对导轨压力最大
B．乙图中导体棒对导轨压力最大
C．乙图中轨道对导体棒的摩擦力最大
D．丙图中轨道对导体棒的摩擦力一定沿轨道向下
3．如图所示，两平行金属板之间有竖直向下的匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B，一带负电的粒子（重力不计）以速度水平向右飞入两板之间，恰能沿直线飞出，下列判断正确的是（　　）
A．粒子一定做匀速直线运动
B．若只增大粒子速度，其运动轨迹仍是直线
C．若只增加粒子的电量，其运动轨迹将向上偏转
D．若粒子以速度从右向左水平飞入，其运动轨迹是抛物线
4．用质谱仪测量带电粒子的比荷，其原理如图所示，A是粒子源，释放出的带电粒子（不计重力）经小孔飘入电压为U的加速电场（初速度可忽略不计），加速后经小孔进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，最后打在照相底片上的D点。测得D点到的距离为d，则该粒子的比荷等于（　　）
A． B． C． D．
5．如图所示，在垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m，带电量为+q的小球穿在足够长的水平固定绝缘的直杆上处于静止状态，小球与杆间的动摩擦因数为μ。现对小球施加水平向右的恒力F0，在小球从静止开始至速度最大的过程中，下列说法中正确的是（　　）
A．直杆对小球的弹力方向不变
B．直杆对小球的摩擦力一直减小
C．小球运动的最大加速度为
D．小球的最大速度为
6．回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是与高频交流电源的两极相连的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图。用该回旋加速器分别加速氘核（）和氚核（），不计相对论效应及粒子在电场中的运动时间，不计粒子的重力。下列说法中正确的是（　　）
A．加速氘核和氚核所需交变电流的频率相同
B．不管加速电压是否相同，两种粒子出射的最大动能都相同
C．若加速电压相同，则加速两种粒子的次数与粒子质量成反比
D．若加速电压相同，氘核和氚核在D形金属盒中运动的时间不同
7．如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图，演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线圈，通入电流I后，能够在两线圈间产生匀强磁场；玻璃泡内有电子枪，通过加速电压U对初速度为零的电子加速并连续发射。电子刚好从球心O点正下方的S点水平向左射出，电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹。则下列说法正确的是（　　）
A．若要正常观察电子径迹，励磁线圈的电流方向应为逆时针（垂直纸面向里看）
B．若保持U不变，增大I，则圆形径迹的半径变大
C．若同时减小I和U，则电子运动的周期减小
D．若保持I不变，减小U，则电子运动的周期将不变
8．在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框abc，磁场方向垂直于框平面，ac两点间接一直流电源，电流方向如图所示。则（　　）
A．导线ab受到的安培力小于导线ac受到的安培力
B．导线abc受到的安培力大于导线ac受到的安培力
C．线框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下
D．线框受到安培力的合力为零
9．如图表示磁流体的发电原理：将一束等离子体（重力不计）沿图示方向以速度喷射入磁场，金属板A、就形成一个直流电源，设磁感应强度为，金属板A、相距，外接电阻，A、间弥漫的电离气体电阻为则下述说法正确的是（　　）
A．金属板为电源的正极
B．开关断开时，金属板间的电势差为
C．开关闭合后，金属板间的电势差为
D．等离子体发生偏转的原因是洛伦兹力大于所受电场力
10．下列给出了与感应电流产生条件相关的四幅情景图，其中判断正确的是（　　）
A．图甲是圆形金属线圈水平放置在通电直导线的正下方，增大电流，圆线圈中有感应电流
B．图乙是正方形金属线圈绕竖直虚线持续转动的过程中，正方形线圈中持续有感应电流
C．图丙是闭合导线框从A位置运动到B位置，线框中可以产生感应电流
D．图丁是金属杆在F作用下向右运动过程中，若磁场减弱，回路不一定会产生感应电流
11．如图所示，在一等腰直角三角形ACD区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（重力不计）从AC边的中点O垂直于AC边射入该匀强磁场区域，若该三角形的两直角边长均为L，则下列关于粒子运动的说法中正确的是（　　）
A．当该粒子以不同的速度入射时，在磁场中的运动时间均不同
B．当该粒子以不同的速度入射时，在磁场中运动的最长时间为
C．若要使粒子从CD边射出，则该粒子从O点入射的最大速度应为
D．若该粒子的入射速度为，则粒子一定从CD边出磁场，且距点C的为
二、非选择题：本题共5小题，共 56分
12．（7分）如图所示为“探究感应电流产生的条件”的实验电路，实验时：
(1)闭合开关前，应将滑动变阻器的滑动触头P置于___________（填“a”或“b”）端；
(2)调整好电路后，将开关闭合，电流表指针向右偏转了一下后又返回到中间位置。接着将A线圈稍微向上拔出一些，则穿过线圈C的磁通量会___________（填“增大”“减小”或“不变”），在拔出过程中电流表指针___________（填“向左”“向右”或“不”）偏转；
(3)实验过程中，发现线圈C下端接线柱导线断开，在保持开关S闭合的状态下，在把导线重新连接好的过程中，可发现电流表指针___________（填“向左”“向右”或“不”）偏转。
13．（9分）图中虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小、并判定其方向。所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。
(1)在图中画线连接成实验电路图。( )
(2)完成下列主要实验步骤中的填空：
①按图接线。
②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1.
③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D________；然后读出________，并用天平称出此时细沙的质量m2。
④用米尺测量D的底边长度L。
(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B＝______。
(4)判定磁感应强度方向的方法是：若______，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。
14．（9分）如图所示，水平固定放置的宽的平行导体框，质量为，一端接有的电阻，磁感应强度的匀强磁场垂直导轨平面方向向下。现有一导体棒垂直跨放在框架上，并沿框架滑动，已知框架与导体棒之间的动摩擦因数，不计导体框的电阻及接触电阻，导体棒的电阻。当导体棒以的速度向右匀速滑动时，试求：
(1)导体棒上的感应电流的方向和电势差？
(2)要推持导体棒向右匀速运动，作用在上的水平拉力为多大？
(3)电阻R上的热功率为多大？
15．（14分）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。
（1）求导体棒受到的摩擦力的大小和方向；
（2）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。
16．（17分）如图所示，在矩形区域ABCD内存在竖直向上的匀强电场，在BC右侧Ⅰ、Ⅱ两区域存在匀强磁场，L1、L2、L3是磁场的边界（BC与L1重合），两磁场区域宽度相同，方向如图所示，区域Ⅰ的磁感强度大小为B1。一带电荷量为q（q>0）、质量为m（重力不计）的点电荷从AD边中点以初速度v0沿水平向右方向进入电场，点电荷恰好从B点进入磁场，经区域Ⅰ后又恰好从与B点同一水平高度处进入区域Ⅱ。已知AB长度是BC长度的倍。
（1）求带电粒子到达B点时的速度大小；
（2）求每个磁场的宽度L；
（3）要使点电荷在整个磁场中运动的时间最长，求区域Ⅱ的磁感应强度B2的最小值。
参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
根据左手定则可知，通电直导线所受安培力的方向向下。
故选B。
2．B
【解析】
【详解】
AB．由左手定则可知，甲图中安培力水平向右，导体棒对轨道压力等于导体棒的重力；乙图中安培力向右下方，导体棒对轨道压力大于导体棒的重力；丙图中安培力沿斜面向上，导体棒对轨道压力等于导体棒重力垂直斜面的分力，小于导体棒的重力，故乙图中导体棒对导体压力最大，A错误，B正确；
C．甲图中轨道对导体棒的摩擦力大小等于安培力，乙图中轨道对导体棒的摩擦力小于安培力，C错误；
D．丙图中由于安培力与导体棒重力沿斜面向下的分力大小不知，故轨道对棒的摩擦力可能沿斜面向下，也可能沿斜面向上，D错误。
故选B。
3．A
【解析】
【详解】
A．带负电的粒子沿直线从正交场中飞出，则受向上的电场力等于向下的洛伦兹力，则一定做匀速直线运动，如果不是匀速直线运动，则洛伦兹力就会变化，将做曲线运动，选项A正确；
B．若只增大粒子速度，则粒子受洛伦兹力变大，则其运动轨迹向下弯曲，则轨迹不是直线，选项B错误；
C．根据
可知，若只增加粒子的电量，则粒子仍沿直线穿过正交场，选项C错误；
D．若粒子以速度从右向左水平飞入，则受电场力和洛伦兹力均向上，则其运动轨迹是曲线，但不是抛物线，选项D错误。
故选A。
4．A
【解析】
【详解】
电场中，由动能定理得
磁场中，做圆周运动由洛伦兹力提供向心力得
联立解得
故BCD错误，A正确。
故选A。
5．C
【解析】
【详解】
A．竖直方向根据平衡条件
初始时，洛伦兹力为零，弹力方向向上，此时小球加速，必然有
速度达到最大时，摩擦力与拉力平衡，此时弹力必然大于重力，此时洛伦兹力必然大于重力，且有
此时弹力方向向下，故A错误；
BC．小球开始运动时有
随v增大，a增大，当
a达最大值，摩擦力
减小，此后随着速度增大，洛伦兹力增大，支持力反向增大，此后下滑过程中有
随v增大，a减小，摩擦力增大，故B错误，C正确；
D．当
时，此时达到平衡状态，速度最大，最大速度
故D错误。
故选C。
6．C
【解析】
【详解】
A．根据粒子的周期公式
由于氘核和氚核的比荷不相等，因此它们在磁场中的周期不同，那么所需要交流电的频率也不同，A错误；
B．在离开回旋加速器时，粒子的轨道半径相等，根据解得
粒子离开回旋加速器时速度相等，根据
两粒子电荷量相等质量不同，引出的氚核的动能更小，B错误；
C．加速两种粒子的次数
两粒子电荷量相同，加速两种粒子的次数与粒子质量成反比，C正确；
D．在D型盒中运动的时间
与质量无关，所以氘核和氚核在D形金属盒中运动的时间t相等，D错误。
故选C。
7．D
【解析】
【详解】
A．若要正常观察电子径迹，则电子需要受到向上的洛伦兹力，根据左手定则可知，玻璃泡内的磁场应向里，根据安培定则可知，励磁线圈的电流方向应为顺时针，故A错误；
B．电子在磁场中，向心力由洛伦兹力提供，则有
可得
而电子进入磁场的动能由电场力做功得到，即
即U不变，则v不变。由于m、q不变，而当I增大时，B增大，故半径减小，故B错误；
C．因为，所以电子运动的周期与U无关，当减小电流I时，则线圈产生的磁场B也减小，则电子运动的周期T增大，故C错误；
D．由C中分析可知，I不变，U减小，T不变，故D正确。
故选D。
8．AC
【解析】
【详解】
A．ab、bc、ac 三段导线电阻相同，ab、bc 串联后与 ac 并联，根据并联电路的电流分配关系，ac 支路的电流是 abc 支路电流的 2 倍。根据电流的大小关系及安培力公式
F=BIL
可知，导线 ab 受到的安培力小于导线 ac 受到的安培力，故 A 正确；
B．在计算安培力时，导线（折线）abc 等效长度与 ac 长度相同，但 ac 支路的电流是 abc 支路电流的 2 倍，导线 abc 受到的安培力小于导线 ac 受到的安培力，故 B 错误；
CD．由前面分析可知，整个导线框受力等效成两条 ac 边长的导体棒所受安培力之和，由左手定则可知，线框受到安培力的合力方向垂直于 ac 向下，故 C正确，D 错误。
故选AC。
9．BCD
【解析】
【详解】
A．根据左手定则可知，金属板B为电源的正极，故A错误；
B．开关断开时，有洛伦兹力与电场力平衡
可得金属板间的电势差为
故B正确；
C．开关闭合后，金属板间的电势差为
故C正确；
D．由B的分析可知，等离子体发生偏转的原因是受力不平衡，洛伦兹力大于所受电场力，故D正确。
故选BCD。
10．CD
【解析】
【详解】
A．图甲金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方，则直线电流产生的磁场穿过线圈的磁通量为零，即使增大通过导线电流，圆线圈中也不会有感应电流产生，故A错误；
B．图乙正方形金属线圈绕竖直虚线转动的过程中，在图示位置穿过线圈磁通量的变化率为零，所以此时正方形线圈中无感应电流。故B错误；
C．闭合导线框从A位置运动到B位置的过程中磁通量变化，会产生感应电流，故C正确；
D．图丁金属杆在F作用下向右运动过程中，闭合线圈面积增大，若磁场减弱，则穿过闭合线圈的磁通量不一定改变，回路中不一定会产生感应电流，故D正确。
故选CD。
11．BD
【解析】
【详解】
A．依题意，根据几何知识可判断知若粒子从OC段垂直飞出磁场时，粒子在磁场中的运动时间均相同，且为半个周期，故A错误；
B．根据几何关系判断知，粒子在磁场中运动轨迹所对应的最大圆心角为，所以该粒子以不同的速度入射时，在磁场中运动的最长时间为
故B正确；
C．若要使粒子从CD边射出，由几何知识判断知，当粒子轨迹与AD边相切时，从CD边射出所对应轨迹半径最大，由几何知识求得
根据
可求得该粒子从O点入射的最大速度应为
故C错误；
D．若该粒子的入射速度为
则粒子一定从CD边出磁场，且
所以，此时粒子飞出点距点C的为，故D正确。
故选BD。
12． a 减小 向左 不
【解析】
【详解】
(1)[1]置于a端时，使开关闭合时，回路中的电流最小，对电路起到保护作用；
(2)[2]拔出一些时回路面积不变，磁场减弱，故磁通量减小；
[3]因为磁通量增大时，指针向右偏转，故当磁场方向不变，磁通量减小时，指针向左偏转；
(3)[4]在接好导线的过程中没有磁通量的变化，故指针不会偏转。
13． 重新处于平衡状态 电流表的示数I m2>m1
【解析】
【分析】
考查了安培力作用下物体的平衡，解题的关键是弄清实验原理。分析知，两次细沙的重力差与D的底边所受安培力相等，即BIL＝|m2－m1|g，所以磁感应强度B＝；根据左手定则和磁感应强度的方向可判断 m1和m2的关系。
【详解】
(1)[1]如图所示
(2)[2]考查了安培力作用下物体的平衡，金属框平衡时测量才有意义，故应使D重新处于平衡状态；
[3]两次细沙的重力差与D的底边所受安培力相等，安培力与电流强度有关，故还需读出电流的示数I；
[4]两次细沙的重力差与D的底边所受安培力相等，即
BIL＝|m2－m1|g
所以磁感应强度
B＝
[5]因安培力方向与重力方向相同，根据左手定则和磁感应强度的方向可判断m1和m2的关系为m2>m1。
14．（1）b到a，；（2）；（3）
【解析】【详解】
（1）根据右手定则可知感应电流的方向由b到a，导体棒ab上的感应电动势的大小
2分
导体棒上的感应电流
1分
导体棒上的电势差
1分
（2）要维持导体棒ab向右匀速运动，根据平衡条件可得
3分
（3）电阻R上的热功率为
2分
15．（1）0.4N，向上；（2）
【解析】
【详解】
（1）根据闭合电路欧姆定律得
2分
受力分析知安培力沿斜面向上
2分
重力沿斜面的分力为
1分
由于安培力小于重力沿斜面的分力，故摩擦力向上
2分
（2）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
2分
代入数据解得
1分
当较大时，安培力较大，摩擦力方向沿导轨向下时
2分
代入数据解得
1分
则磁感应强度的取值范围为
1分
16．（1）；（2）；（3）B1
【解析】
【分析】
【详解】
(1)设点电荷进入磁场时的速度大小为v，与水平方向成θ角，由类平抛运动的速度偏角公式可得
2分
解得
θ=30° 1分
则
2分
(2)设点电荷在区域Ⅰ中的轨迹半径为r1，由牛顿第二定律得
2分
轨迹如图甲所示，由几何关系得
L＝r1 2分
解得
2分
(3)当点电荷与L3边界相切不从区域Ⅱ右边界离开磁场时，点电荷在磁场中运动的时间最长，设区域Ⅱ中磁感应强度最小时，对应的轨迹半径为r2，轨迹如图乙所示，由牛顿第二定律有
2分
根据几何关系有
L=r2(1+sinθ) 2分
联立解得
2分

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