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阶段检测卷(二)
(时间:75分钟　满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。)
1.如图所示,通电导线所受安培力方向或运动电荷所受洛伦兹力方向正确的是(　　)
2.(2025·江苏卷,2)用图示可拆变压器进行探究实验,当变压器左侧的输入电压为2 V时,若右侧接线柱选取“0”和“4”,右侧获得4 V输出电压,则左侧接线柱选取的是(　　)
A.“0”和“2” B.“2”和“8”
C.“2”和“14” D.“8”和“14”
3.(2025·江苏南京期中)研究人员发现一种具有独特属性的新型合金能够将内能直接转化为电能。具体而言,只要略微提高温度,这种合金就会变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图所示。A为圆柱形合金材料,B为线圈,套在圆柱形合金材料上,线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热,下列说法正确的是(　　)
A.B线圈的磁通量将减小
B.B线圈一定有收缩的趋势
C.B线圈中感应电流产生的磁场阻止了B线圈内磁通量的增加
D.若从左向右看B中产生顺时针方向的电流,则A左端是强磁性合金的N极
4.如图所示的实验电路中,L是自感线圈,R为定值电阻,电源内阻不可忽略。t＝0时闭合开关S,一段时间后断开开关,则电流传感器所记录的电流i随时间t变化的图像可能为(　　)
5.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料,具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度。如图(a)所示,在长为a,宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场,磁感应强度为B,电极1、3间通以恒定电流I,电极2、4间将产生电压U。当I＝1.00×10－3 A时,测得U－B关系图线如图(b)所示,元电荷e＝1.60×10－19 C,则此样品每平方米载流子数最接近(　　)
A.1.7×1019 B.1.7×1015
C.2.3×1020 D.2.3×1016
6.(2026·云南楚雄联考)如图所示,间距L＝0.5 m的水平U形光滑导体框置于竖直向下的匀强磁场中,U形导体框左端与电阻R＝0.9 Ω的小灯泡串联。将一根长为L＝0.5 m、电阻r＝0.1 Ω的导体棒ab静置于导体框上,从某时刻开始,导体棒ab以大小为v＝2sin(5πt)m/s的速度沿导体框运动,小灯泡恰好正常发光。已知磁场的磁感应强度大小B＝1 T,导体框与导体棒接触良好,不计导体框的电阻。在此过程中(　　)
A.导体棒中电流的周期为0.2 s
B.电路中的电动势的峰值为 V
C.导体棒中电流的有效值为0.2 A
D.灯泡的功率为0.45 W
7.如图所示abdfec为“日”字形导线框,其中abdc和cdfe均为边长为l的正方形,导线ab、cd、ef的电阻相等,其余部分电阻不计。导线框右侧存在着宽度略小于l的匀强磁场,磁感应强度为B,导线框以速度v匀速穿过磁场区域,运动过程中线框始终和磁场垂直且无转动。线框穿越磁场的过程中,a、b两点间电势差Uab随位移变化的图像正确的是(　　)
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但选不全的得3分,有选错的得0分。)
8.如图是电动充气泵的结构示意图。其工作原理:电磁铁通入电流,弹簧片上下振动,通过橡皮碗对气室施加力的作用,达到充气目的。当电流从电磁铁的a端流入时,小磁体被吸引而向下运动,则(　　)
A.小磁体的下端为S极
B.小磁体的下端为N极
C.a、b间接入的可能是交变电流
D.a、b间接入的可能是恒定电流
9.(2026·抚州市高二期末)如图所示,真空区域有宽度为l、磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里,MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为q的带正电粒子(不计重力)沿着与MN夹角为60°的方向射入磁场中,刚好没能从PQ边界射出磁场。下列说法正确的是(　　)
A.粒子射入磁场的速度大小为
B.粒子射入磁场的速度大小为
C.粒子在磁场中运动的时间为
D.粒子在磁场中运动的时间为
10.如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝55∶4,原线圈接有交流电流表A1,副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2、滑动变阻器R等,所有电表都是理想电表,二极管D正向电阻为零,反向电阻无穷大,灯泡L的阻值恒定。原线圈接入的交流电压的变化规律如图乙所示,则下列说法正确的是(　　)
A.交流电压表V的读数为64 V
B.灯泡L两端电压的有效值为16 V
C.当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,电流表A2示数增大,A1示数减小
D.由图乙可知交流发电机转子的角速度为100π rad/s
三、非选择题(本题共5小题,共54分。)
11.(6分)如图为“探究电磁感应现象”的实验装置。
(1)将图中所缺的导线补接完整。
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上开关后可能出现的情况有:
①将线圈A迅速插入线圈B时,灵敏电流计指针将　　　　(选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。
②线圈A插入线圈B后,将滑动变阻器滑片迅速向左拉时,灵敏电流计指针　　　　(选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。
(3)在做“探究电磁感应现象”实验时,如果线圈B两端不接任何元件,则线圈B电路中将　　　　。
A.因电路不闭合,无电磁感应现象
B.有电磁感应现象,但无感应电流,只有感应电动势
C.不能用楞次定律判断感应电动势方向
D.可以用楞次定律判断感应电动势方向
12.(8分)某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中,采用了可拆式变压器,铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯,将原、副线圈套在铁芯A的两臂上,如图所示。
(1)下列说法正确的是　　　　。
A.为保证实验安全,原线圈应接低压直流电源
B.变压器中铁芯是整块硅钢
C.保持原线圈电压及匝数不变,可改变副线圈的匝数,研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D.变压器正常工作后,电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(2)实验过程中,变压器的原、副线圈选择不同的匝数,利用多用电表测量相应电压,记录如下,由数据可知n1一定是　　　　(选填“原”或“副”)线圈的匝数。根据表格中的数据,在实验误差允许的范围内,可得出原、副线圈两端电压与匝数的关系　　　　　　　　　　　　。
n1/匝 100 100 200 200
n2/匝 200 400 400 800
U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35
U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64
(3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线,发现导线粗细不同,结合以上实验结论,应将导线较细的线圈作为　　　　(选填“原”或“副”)线圈。
13.(10分)一小型发电站采用旋转磁极式发电机发电,固定不动的线圈匝数为N,不计线圈内阻,磁极转动的角速度为ω,这种发电机产生的电压很高,可以直接向用户输电,假设要输送的电功率为P,输电线的电阻为R,要求输电线上损失的电功率为ΔP。用户端使用一个理想降压变压器,将高压降低至U0。求:
(1)输电线上的电流;
(2)降压变压器的匝数比;
(3)穿过发电机线圈的磁通量的最大值。
14.(14分)如图所示,竖直平面内匝数为n＝200的正方形线圈PQMN边长L＝0.1 m,在磁感应强度B＝0.01 T的水平方向匀强磁场中,绕其中心轴OO'以角速度ω＝100 rad/s匀速转动。已知发光二极管的正向电压不低于 V时才能发光,不计线圈直流电阻。求:
(1)线圈中产生的瞬时电动势的最大值;
(2)当MN边与磁场方向的夹角为37°时,线圈中电动势的大小;
(3)10 min内,发光二极管的发光时间。
15.(16分)(2025·北京昌平期末)质谱仪是科学研究中的重要仪器,其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器,Ⅱ为速度选择器,电场与磁场正交,匀强电场的电场强度为E1,匀强磁场的磁感应强度为B1,Ⅲ为偏转分离器,匀强磁场的磁感应强度为B2,方向垂直纸面向里。在S处有粒子源发射出带电粒子,经加速器加速后进入速度选择器,被速度选择器选中的粒子由O点进入偏转分离器做匀速圆周运动,最后打到照相底片的P点,测得OP之间的距离为d。不计粒子的重力,不考虑粒子间的相互作用。
(1)求被速度选择器选中的粒子的速度大小v;
(2)求打到P点的粒子的比荷;
(3)某次实验时,在照相底片上得到三个点,若这三个点分别是质子H、氚核H、氦核He的落点。请写出三种粒子在照相底片上落点的排列顺序(从左向右排列),并简要说明理由。
阶段检测卷(二)
(时间:75分钟　满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。)
1.如图所示,通电导线所受安培力方向或运动电荷所受洛伦兹力方向正确的是(　　)
答案　C
解析　根据左手定则,可知A图中通电导线所受安培力方向竖直向下,故A错误;B图中电流和磁场的方向平行,导线所受安培力为零,故B错误;根据左手定则,可知C图中运动电荷所受洛伦兹力方向竖直向下,D图中运动电荷所受洛伦兹力方向竖直向下,故C正确,D错误。
2.(2025·江苏卷,2)用图示可拆变压器进行探究实验,当变压器左侧的输入电压为2 V时,若右侧接线柱选取“0”和“4”,右侧获得4 V输出电压,则左侧接线柱选取的是(　　)
A.“0”和“2” B.“2”和“8”
C.“2”和“14” D.“8”和“14”
答案　A
解析　根据理想变压器电压与匝数的关系有,其中U1＝2 V,U2＝4 V,n2＝4,解得n1＝2,A正确。
3.(2025·江苏南京期中)研究人员发现一种具有独特属性的新型合金能够将内能直接转化为电能。具体而言,只要略微提高温度,这种合金就会变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图所示。A为圆柱形合金材料,B为线圈,套在圆柱形合金材料上,线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热,下列说法正确的是(　　)
A.B线圈的磁通量将减小
B.B线圈一定有收缩的趋势
C.B线圈中感应电流产生的磁场阻止了B线圈内磁通量的增加
D.若从左向右看B中产生顺时针方向的电流,则A左端是强磁性合金的N极
答案　D
解析　现对A进行加热,其磁感应强度增大,A内部磁场与外部磁场方向相反,B线圈的总磁通量与A内部磁场方向相同,磁通量变大,由楞次定律可知,B线圈一定有扩张的趋势,故A、B错误;根据楞次定律可知,B线圈中感应电流产生的磁场阻碍了B线圈内磁通量的增加,而非阻止,故C错误;根据右手螺旋定则和楞次定律可知,若从左向右看B中产生顺时针方向的电流,感应电流磁场向右,则A中原磁场方向向左,A内部磁场大于外部磁场,因此磁场方向要看内部,即A左端是强磁性合金的N极,故D正确。
4.如图所示的实验电路中,L是自感线圈,R为定值电阻,电源内阻不可忽略。t＝0时闭合开关S,一段时间后断开开关,则电流传感器所记录的电流i随时间t变化的图像可能为(　　)
答案　D
解析　闭合开关S瞬间,线圈中产生自感电动势阻碍电流增加,则线圈相当于断路,此时通过电流传感器的电流最大;随线圈阻碍作用的减小,通过线圈的电流逐渐变大,通过电流传感器的电流逐渐减小,电路稳定后,外电路电阻不变,外电压不变,通过电流传感器的电流不变;断开开关S瞬间,由于自感现象,电感线圈阻碍电流减小,通过线圈L的电流此时从左向右流过电流传感器,与开关S断开前方向相反,且逐渐减小,故D正确。
5.石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料,具有丰富的电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度。如图(a)所示,在长为a,宽为b的石墨烯表面加一垂直向里的匀强磁场,磁感应强度为B,电极1、3间通以恒定电流I,电极2、4间将产生电压U。当I＝1.00×10－3 A时,测得U－B关系图线如图(b)所示,元电荷e＝1.60×10－19 C,则此样品每平方米载流子数最接近(　　)
A.1.7×1019 B.1.7×1015
C.2.3×1020 D.2.3×1016
答案　D
解析　设样品每平方米载流子(电子)数为n,电子定向移动的速率为v,则时间t内通过样品的电荷量q＝nevtb,根据电流的定义式得I＝＝nevb,当电子稳定通过样品时,其所受电场力与洛伦兹力平衡,则有evB＝e,联立解得U＝B,结合图像可得k＝ V/T,解得n＝2.3×1016,故D正确。
6.(2026·云南楚雄联考)如图所示,间距L＝0.5 m的水平U形光滑导体框置于竖直向下的匀强磁场中,U形导体框左端与电阻R＝0.9 Ω的小灯泡串联。将一根长为L＝0.5 m、电阻r＝0.1 Ω的导体棒ab静置于导体框上,从某时刻开始,导体棒ab以大小为v＝2sin(5πt)m/s的速度沿导体框运动,小灯泡恰好正常发光。已知磁场的磁感应强度大小B＝1 T,导体框与导体棒接触良好,不计导体框的电阻。在此过程中(　　)
A.导体棒中电流的周期为0.2 s
B.电路中的电动势的峰值为 V
C.导体棒中电流的有效值为0.2 A
D.灯泡的功率为0.45 W
答案　D
解析　回路中的感应电动势E＝BLv＝sin(5πt) V,电动势的峰值Em＝1 V,交流电的周期T＝ s＝0.4 s,故A、B错误;导体棒中电动势的有效值E有＝ V,导体棒中电流的有效值I有＝ A,灯泡的功率P＝R＝0.45 W,C错误,D正确。
7.如图所示abdfec为“日”字形导线框,其中abdc和cdfe均为边长为l的正方形,导线ab、cd、ef的电阻相等,其余部分电阻不计。导线框右侧存在着宽度略小于l的匀强磁场,磁感应强度为B,导线框以速度v匀速穿过磁场区域,运动过程中线框始终和磁场垂直且无转动。线框穿越磁场的过程中,a、b两点间电势差Uab随位移变化的图像正确的是(　　)
答案　A
解析　由于匀强磁场的宽度略小于l,导线ab在磁场内,cd、ef在磁场外时,导线ab相当于电源,设导线ab、cd、ef的电阻均为R,Uab表示路端电压,即Uab＝E＝E,又E＝Blv,联立解得Uab＝Blv,同理,导线cd在磁场内时ab、ef在磁场外时,导线cd相当于电源,Uab是路端电压,路端电压Uab＝Ucd＝Blv,导线ef在磁场内时ab、cd在磁场外时,导线ef相当于电源,Uab是路端电压,路端电压Uab＝Uef＝Blv,故A正确。
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但选不全的得3分,有选错的得0分。)
8.如图是电动充气泵的结构示意图。其工作原理:电磁铁通入电流,弹簧片上下振动,通过橡皮碗对气室施加力的作用,达到充气目的。当电流从电磁铁的a端流入时,小磁体被吸引而向下运动,则(　　)
A.小磁体的下端为S极
B.小磁体的下端为N极
C.a、b间接入的可能是交变电流
D.a、b间接入的可能是恒定电流
答案　BC
解析　根据安培定则可知电磁铁上端为S极,根据异名磁极相吸可知小磁体下端为N极,故A错误,B正确;a、b间接入交变电流,可以让电磁铁上端的磁极交替变化,从而让气室不断从外吸气,对目标充气,如果接入恒定电流,小磁体要么被吸引,要么被排斥远离,无法连续充气,故C正确,D错误。
9.(2026·抚州市高二期末)如图所示,真空区域有宽度为l、磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里,MN、PQ是磁场的边界。质量为m、电荷量为q的带正电粒子(不计重力)沿着与MN夹角为60°的方向射入磁场中,刚好没能从PQ边界射出磁场。下列说法正确的是(　　)
A.粒子射入磁场的速度大小为
B.粒子射入磁场的速度大小为
C.粒子在磁场中运动的时间为
D.粒子在磁场中运动的时间为
答案　AC
解析　根据题意可知粒子到达PQ边界时速度方向与边界线相切,如图所示,根据几何关系可知l＝r+rsin 30°,解得r＝l,在磁场中粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力qvB＝m,解得v＝,故A正确,B错误;由粒子运动轨迹可知粒子转过的圆心角为240°,粒子在磁场中运动的周期为T＝,则粒子在磁场中运动的时间为t＝T＝,故C正确,D错误。
10.如图甲所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝55∶4,原线圈接有交流电流表A1,副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2、滑动变阻器R等,所有电表都是理想电表,二极管D正向电阻为零,反向电阻无穷大,灯泡L的阻值恒定。原线圈接入的交流电压的变化规律如图乙所示,则下列说法正确的是(　　)
A.交流电压表V的读数为64 V
B.灯泡L两端电压的有效值为16 V
C.当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,电流表A2示数增大,A1示数减小
D.由图乙可知交流发电机转子的角速度为100π rad/s
答案　BD
解析　由题图乙可知,原线圈输入电压有效值为U1＝440 V,根据,可得副线圈两端电压有效值为U2＝U1＝32 V,即交流电压表V的示数为32 V,A错误;设灯泡L两端电压的有效值为U',灯泡的阻值为r,交变电流的周期为T,根据交变电流有效值的定义有·T,解得U'＝16 V,B正确;当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值减小,原线圈的电压不变,两线圈的匝数不变,则副线圈的电压不变,电流I2增大,即电流表A2示数增大,由可知,原线圈的电流I1增大,电流表A1示数增大,C错误;根据ω＝ rad/s＝100π rad/s,可知交流发电机转子的角速度为100π rad/s,D正确。
三、非选择题(本题共5小题,共54分。)
11.(6分)如图为“探究电磁感应现象”的实验装置。
(1)将图中所缺的导线补接完整。
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上开关后可能出现的情况有:
①将线圈A迅速插入线圈B时,灵敏电流计指针将　　　　(选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。
②线圈A插入线圈B后,将滑动变阻器滑片迅速向左拉时,灵敏电流计指针　　　　(选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。
(3)在做“探究电磁感应现象”实验时,如果线圈B两端不接任何元件,则线圈B电路中将　　　　。
A.因电路不闭合,无电磁感应现象
B.有电磁感应现象,但无感应电流,只有感应电动势
C.不能用楞次定律判断感应电动势方向
D.可以用楞次定律判断感应电动势方向
答案　(1)见解析图　(2)①向右　②向左　(3)BD
解析　(1)电路连接如图所示。
(2)①由题意知,闭合开关时,穿过线圈B的磁通量增加,灵敏电流计的指针向右偏,则将线圈A迅速插入线圈B时,穿过线圈B的磁通量增加,灵敏电流计指针将向右偏转。
②线圈A插入线圈B后,将滑动变阻器滑片迅速向左拉时,通过线圈A的电流减小,线圈A中产生的磁场减弱,则穿过线圈B的磁通量减少,灵敏电流计指针将向左偏转。
(3)如果线圈B两端不接任何元件,则无法形成闭合回路,当穿过线圈B的磁通量变化时,会产生电磁感应现象,即线圈B电路中将产生感应电动势,但无法形成感应电流,感应电动势的方向可以用楞次定律判断,故B、D正确。
12.(8分)某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中,采用了可拆式变压器,铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯,将原、副线圈套在铁芯A的两臂上,如图所示。
(1)下列说法正确的是　　　　。
A.为保证实验安全,原线圈应接低压直流电源
B.变压器中铁芯是整块硅钢
C.保持原线圈电压及匝数不变,可改变副线圈的匝数,研究副线圈的匝数对输出电压的影响
D.变压器正常工作后,电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
(2)实验过程中,变压器的原、副线圈选择不同的匝数,利用多用电表测量相应电压,记录如下,由数据可知n1一定是　　　　(选填“原”或“副”)线圈的匝数。根据表格中的数据,在实验误差允许的范围内,可得出原、副线圈两端电压与匝数的关系　　　　　　　　　　　　。
n1/匝 100 100 200 200
n2/匝 200 400 400 800
U1/V 2.1 1.95 5.22 2.35
U2/V 4.28 8.00 10.60 9.64
(3)学习小组观察实验室中一降压变压器的两个线圈的导线,发现导线粗细不同,结合以上实验结论,应将导线较细的线圈作为　　　　(选填“原”或“副”)线圈。
答案　(1)C　(2)副　原、副线圈两端电压U与匝数n成正比　(3)原
解析　(1)变压器改变的是交流电压,因此原线圈不能接低压直流电源,故A错误;变压器的工作原理是电磁感应,如果变压器铁芯是用整块硅钢,则在变压器工作过程中,铁芯中会产生很大的涡流发热,当热量达到一定程度时,会损坏铁芯和线圈,故变压器中铁芯不能用整块硅钢,故B错误;研究变压器原、副线圈电压和匝数的关系,采用控制变量法,可以先保持原线圈电压、匝数不变,改变副线圈匝数,研究副线圈匝数对输出电压的影响,故C正确;变压器的工作原理是电磁感应现象,若不计各种损耗,在原线圈上将电能转化成磁场能,在副线圈上将磁场能转化成电能,铁芯起到传递磁场能的作用,而不是靠铁芯导电来传输电能,故D错误。
(2)为保证实验安全,实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数,故由数据可知n1一定是副线圈的匝数;由表可知,原、副线圈两端电压U与匝数n成正比,则。
(3)理想变压器的输入功率等于输出功率,因为是降压变压器,所以副线圈两端的电压小于原线圈两端的电压,而功率又相等,所以通过副线圈的电流大于通过原线圈的电流,为了减少功率损失,根据电阻定律可知副线圈应用较粗的导线绕制,故应将导线较细的线圈作为原线圈。
13.(10分)一小型发电站采用旋转磁极式发电机发电,固定不动的线圈匝数为N,不计线圈内阻,磁极转动的角速度为ω,这种发电机产生的电压很高,可以直接向用户输电,假设要输送的电功率为P,输电线的电阻为R,要求输电线上损失的电功率为ΔP。用户端使用一个理想降压变压器,将高压降低至U0。求:
(1)输电线上的电流;
(2)降压变压器的匝数比;
(3)穿过发电机线圈的磁通量的最大值。
答案　(1)　(2)　(3)
解析　(1)输电线上损失的电功率为ΔP,则有
ΔP＝R
可得输电线上的电流为I1＝。
(2)设通过降压变压器副线圈的电流为I2,则有
P－ΔP＝U0I2
解得I2＝
由理想变压器电流比等于匝数比的反比可得,降压变压器的匝数比为。
(3)发电机的输出电压为U＝＝P
则发电机产生的电动势最大值为
Em＝U＝P
又Em＝NBSω
可得穿过发电机线圈的磁通量最大值为
Φm＝BS＝。
14.(14分)如图所示,竖直平面内匝数为n＝200的正方形线圈PQMN边长L＝0.1 m,在磁感应强度B＝0.01 T的水平方向匀强磁场中,绕其中心轴OO'以角速度ω＝100 rad/s匀速转动。已知发光二极管的正向电压不低于 V时才能发光,不计线圈直流电阻。求:
(1)线圈中产生的瞬时电动势的最大值;
(2)当MN边与磁场方向的夹角为37°时,线圈中电动势的大小;
(3)10 min内,发光二极管的发光时间。
答案　(1)2 V　(2)1.6 V　(3)100 s
解析　(1)线圈中产生的瞬时感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝200×0.01×0.12×100 V＝2 V。
(2)从图示位置开始计时,感应电动势的表达式为
e＝Emcos ωt＝2cos(100t) V
当MN边与磁场方向的夹角为37°时,可得
E＝1.6 V。
(3)线圈转动的周期为T＝ s
当二极管两端的电压为 V时,有
e＝Emcos ωt＝ V
解得线圈转过的角度为30°,则在一个周期内二极管发光的时间为t0＝2×T＝ s
所以10 min内,发光二极管的发光时间t＝100 s。
15.(16分)(2025·北京昌平期末)质谱仪是科学研究中的重要仪器,其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器,Ⅱ为速度选择器,电场与磁场正交,匀强电场的电场强度为E1,匀强磁场的磁感应强度为B1,Ⅲ为偏转分离器,匀强磁场的磁感应强度为B2,方向垂直纸面向里。在S处有粒子源发射出带电粒子,经加速器加速后进入速度选择器,被速度选择器选中的粒子由O点进入偏转分离器做匀速圆周运动,最后打到照相底片的P点,测得OP之间的距离为d。不计粒子的重力,不考虑粒子间的相互作用。
(1)求被速度选择器选中的粒子的速度大小v;
(2)求打到P点的粒子的比荷;
(3)某次实验时,在照相底片上得到三个点,若这三个点分别是质子H、氚核H、氦核He的落点。请写出三种粒子在照相底片上落点的排列顺序(从左向右排列),并简要说明理由。
答案　(1)　(2)　(3)见解析
解析　(1)被速度选择器选中的粒子,静电力与洛伦兹力平衡,则有qE1＝qvB1
解得v＝。
(2)粒子在偏转分离器中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力qvB2＝m
由几何知识可知d＝2R
解得。
(3)结合上述分析可知,由于∝,氚核的比荷最小、质子的最大,所以氚核做圆周运动的直径最大、质子的最小,从左向右分别是质子H、氦核He、氚核H。

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