物理 哈尔滨市2016年高三期末试卷
精品
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简答题(综合题) 本大题共62分。简答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。
1
题型:简答题
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分值: 10分

10.要测一阻值约为100欧的电阻,现提供以下实验器材:

A.电流表A1(量程50mA,内阻r1=100Ω)

B.电流表A2(量程100mA,内阻r2大约为40Ω)

C.电流表A3(量程3A,内阻r3大约为0.1Ω)

D.滑动变阻器R(0-10Ω,额定电流2A)

E.直流电源E(12V,内阻不计)

F.导电材料样品Rx(电阻Rx约为100Ω)

G.开关一只,导线若干

(1)请选择合适的仪器,其中应当选用的电流表是    。

(2)在下慢矩形框中画出最佳实验电路图,并标明所选器材前的字母代号。

(3)说明各测量的物理意义,并用符号表示,然后用已知物理量的符号和测量量的符号来表示样品的阻值=__________________

正确答案

(1)A2

(2)见解析

(3)

解析

本题中给定的电源电动势为12V,内阻不计,可以估算出电路中最大电流为120mA,故电流表选择A2,设其读数为I2;给定的滑动变阻器最大阻值仅为10Ω,小于待测电阻阻值,应选择分压接法;本题中并为给定电压表,可以考虑用已知阻值的电流表替代电压表,这里我们选择A1,其阻值确定,故可以通过读出的A1的电流与自身电阻的乘积得出待测电阻的电压,设A1的读数为I1,则其测定的电压值为I1r1,再结合电流表A1、A2的阻值综合分析可得出实验电路如析图-23所示。则:Rx=其中,I1I2分别为电流表A1和A2的读数

考查方向

本题考查电学实验-电阻的测量。

解题思路

1、由给定的电源电动势估算出电路的最大电流,选择合适的电流表,使得读数不能超过量程,且量程不能太大,造成读数不准;

2、根据题干要求例如:“从零开始”或滑动变阻器给定的阻值选择合适的控制电路:分压或限流;

3、按照题目要求画出电路图,用符号表示出题目要求的结果。

易错点

1、电表量程选取不当;

2、控制电路选取不当;

3、电流表的内外接法混淆;

知识点

伏安法测电阻把电流表改装成电压表
1
题型:简答题
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分值: 15分

12.如图所示,在倾角为30°的斜面OA的左侧有一竖直挡板,其上有一小孔P,现有一质量m=4×10-20kg、带电荷量q=+2×10-14C的粒子,从小孔以速度v0=3×104m/s水平射向磁感应强度B=0.2T、方向垂直纸面向里的一正三角形区域.该粒子在运动过程中始终不碰及竖直挡板,且在飞出磁场区域后能垂直打在OA面上,粒子重力不计.求:

(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径;

(2)粒子在磁场中运动的时间;

(3)正三角形磁场区域的最小边长.

正确答案

(1)0.3m

(2)

(3)0.15m

解析

(1)粒子在磁场中,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律得

f=      ……①

代入题给数据解得r=0.3m

(2)带电粒子在磁场中匀速圆周运动的周期:T==    ……②

画出粒子运动轨迹如图所示,由几何关系可知,△OPQ为等边三角形,故转过的圆心角:θ=60°。

运动的时间为:t== ,代入数据解得:t=

(3)当粒子的轨迹圆正好以PQ为直径时,圆形磁场区域的半径最小,根据几何知识得知,PQ=r,则磁场最小的半径为Rmin=r/2=0.15m

考查方向

本题考查带电粒子在磁场中的运动。

解题思路

(1)粒子在磁场中,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律求出粒子在磁场中做圆周运动的半径,并由圆周运动公式求出周期;

(2)画出粒子运动的轨迹,由几何知识得到轨迹对应的圆心角θ,由t=求出粒子在磁场中运动的时间;

(3)当粒子的轨迹圆正好以PQ为直径时,圆形磁场区域的半径最小,则知最小半径的值

易错点

有界磁场中带电粒子运动轨迹的几何关系。

知识点

带电粒子在匀强磁场中的运动
1
题型:简答题
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分值: 12分

11.一个质量为m=0.20kg的小球系于轻质弹簧的一端,且套在光竖直的圆环上,弹簧固定于环的最高点A,环的半径R=0. 50m,弹簧原长L0 = 0. 50m,劲度系数为4.8N/m,如图所示,若小球从图示位置B点(已知AOB=60)由静止开始滑到最低点C时,弹簧的弹性势能=0. 60J;求:

(1)小球到C点时的速度vC的大小.

(2)小球在C点时对环的作用力(g=10m/s2).

正确答案

(1)3m/s

(2)3.2N,方向向下

解析

(1)依题意可知,球在B位置时弹簧处于原长状态,其弹性势能为零;

取小球为研究对象,从BC的过程,由动能定理有:

mgR+Rsin30°)+W=-0 ……①

其中W=-ΔEP= - 0. 60 J

代入数据解得:vc=3m/s

(2)在C点处,取小球为研究对象,设环对小球的弹力为N,由牛顿第二定律有:

N+mg+F= ……②

F=k(2R-L0)      ……③

②③联立解得N=3.2N,由牛顿第三定律知,球对环的作用力为N’=N=3.2N,方向竖直向下。

考查方向

本题考查动能定理、能量守恒定律(含机械能守恒定律)的应用,是高中物理力学的重要题型,常与共点力的平衡,牛顿运动定律等知识点结合出题,经常出现的情景有圆周运动,物体在斜面上的运动,连接体问题等。

解题思路

1、由B到C的过程根据动能定理或者能量守恒求出在C点的速度;

2、在C点根据圆周运动的一般规律,结合牛顿第二定律即可求出小球在C点处收到的环施加的作用力,再根据牛顿第三定律解出球对环的作用力。

易错点

1、忽视了隐含条件的分析,弹簧的原长为0.50m,初始释放物体时,弹簧为原长;

2、题干(2)问中问的是物体对环的作用力,忘记书写牛顿第三定律;

3、求解的作用力忘记表述方向,造成不必要的失分。

知识点

牛顿第二定律机械能守恒定律
1
题型:简答题
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分值: 10分

9.有一根细而均匀的导电材料样品,用游标卡尺测得该样品的长度如图甲所示,其示数L=         mm;用螺旋测微器测得该样品的外径如图乙所示,其示数D=         mm.

正确答案

30.35;10.294

解析

游标卡尺读数:30+7×0.05=30.35mm

螺旋测微器读数:10+29.4×0.01=10.294mm

考查方向

本题考查长度的测量,游标卡尺和螺旋测微器的读数。

解题思路

主尺读数+游标尺读数;

易错点

1、游标卡尺读数的时候注意游标尺零刻线左边的数据为主尺数而非游标尺边缘。

2、螺旋测微器读数时一定要向下估读一位。

知识点

刻度尺、游标卡尺的使用螺旋测微器的使用
1
题型:简答题
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分值: 15分

13.请从33-35题中选择一题作答。

33.[物理——选修3-3]

(1)下列说法正确的是(   )(填正确答案标号。选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分,每选错1个扣3分,最低得分为0分)

A.遵守热力学第一定律的过程一定都能实现

B.气体的温度变化时,其分子平均动能也随之改变;

C.功可以全部转化为热,但热量不能全部转化为功

D.做功和热传递是改变物体内能的两种方式

E.一定质量的理想气体,在压强不变时,分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加。

(2)一端开口的极细玻璃管开口朝下竖直立于水银槽的水银中,初始状态管内外水银面的高度差为l0=62cm,系统温度27℃。因怀疑玻璃管液面上方存在空气,现从初始状态分别进行两次试验如下:①保持系统温度不变,将玻璃管竖直向上提升2cm(开口仍在水银槽液面以下),结果液面高度差增加1cm;②将系统温度升到77℃,结果液面高度差减小1cm。已知玻璃管内粗细均匀,空气可看成理想气体,热力学零度可认为为-273℃。求:

(i)实际大气压为多少cmHg?

(ii)初始状态玻璃管内的空气柱有多长? 

34.[物理——选修3-4]

(1)如图所示,实线是沿x轴传播的一列简谐横波在t= 0时刻的波形图,虚线是这列波在t=0.2s时刻的波形图。已知该波的波速是0.8m/s ,则下列说法正确的是(    )

A.这列波的波长是14cm

B.这列波的周期是0.125s

C.这列波可能是沿x轴正方向传播的

D.t =0时,x=4 处的质点速度沿y轴负方向

(2)如图所示,一玻璃砖的横截面为半圆形,MN为截面的直径,Q是MN上的一点且与M点的距离QM=R/2(R为半圆形截面的半径),且与水平光屏P平行,两者的距离为d,一束与截面平行的红光由 Q点沿垂直于MN的方向射入玻璃砖,从玻璃砖的圆弧面射出后,在光屏上得到红光.玻璃砖对该红光的折射率为n=(3)1/2,求:

①红光由于玻璃砖的折射在屏上向什么方向移动?移动距离是多少?

②如果保持入射光线和光屏的位置不变,而使玻璃砖沿MN向左移动,移动的距离小于R/2,请定性说明屏上的光点如何移动?亮度如何变化? 

35.[物理——选修3-5]

(1)质量为m的小球A以速度v在光滑水平面上运动,与质量为2m的静止小球B发生对心碰撞,则碰撞后A球的速度vA和B球的速度vB可能为(   )

A .vA=-v/3     vB=2v/3     

B .vA=2v/5 vB=7v/10   

C .vA=-v/4   vB=5v/8     

D .vA=3v/8 vB=5v/16 

(2).如图所示,两个木块的质量分别为m1=0.2kg、m2=0.6kg中间用轻弹簧相连接放在光滑的水平面上处于静止状态,且m1左侧靠一固定竖直挡板。某一瞬间敲击木块m2使其获得0.2m/s的水平向左速度,木块m2向左压缩弹簧然后被弹簧弹回,弹回时带动木块m1运动。求: 

①当弹簧拉伸到最长时,木块m1的速度多大?

②在以后的运动过程中,木块m1速度的最大值为多少?

正确答案

33.(1)BDE

第二问:(1)75cmHg (2)12cm

34.(1)D

(2)① 向左移动,移动距离为② 当玻璃砖左移时,入射角增大,折射角增大,所以光点左移,亮度减弱至消失

35.(1)AC        

(2)① 0.15m/s ②0.3m/s

解析

33.(1):热学过程除了要受到能量守恒定律的制约外,还具有方向性.A错误;物体的内能是分子热运动的动能和分子间的势能之和,而气体的内能是分子热运动的动能之和,B正确;若一个物体在由运动变为静止,他的动能就全部转化为热能了,前半句正确。后半句是教材上的原话,开尔文表述没有排除热量可以完全转化为功,但必然要发生其他变化,选项C错。D选项是教材原文,正确;气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的。气体压强与温度和体积有关。温度越高,气体压强越大,反之则气体压强越小。题目中表述为“一定量的气体”,“压强不变”,在此前提下,一定量的气体,表示分子个数不变,温度降低而压强不变时,体积必会缩小,即单位体积内的分子个数增加了,换个说法,也就是表示分子的密度增大了,当然碰撞容器壁的机率就增大了,E正确。

(2)设大气压强相当于高为H的水银柱产生压强,初始空气柱的长度为x

则由理想气体状态方程第一次试验,由波意尔定律有:

H-l0x=(H-l0-1)(x+2-1)    ……①

第二次试验:                           ……②

式中T1T2分别为300K和350K,

依据两式可求得:H=75cm,x=12cm

故实际大气压为75cmHg,

初始空气柱长12cm 

34. (1)由题图易知波长λ=0.12m,结合波速v=0.8m/s,可知该波的周期T=λ/v=0.15s,A、B选项错误;0.2s时间间隔为,波将沿传播方向传播16m,将实现波形沿x轴平移,发现沿x轴负方向平移时,可以得到虚线的波形,故该波沿x轴负方向传播,C错误,故选D。

(2)①

如图所示,光线应向屏的左侧移动,由折射定律有:

  解得а=60°;

tan(60°-30°)=解得,x=

② 当玻璃砖左移时,入射角增大,折射角增大,所以光点左移,亮度减弱至消失。

35. (1)若A选项正确,则碰撞后系统动量为:-mv/3+2m·2v/3=mv,符合题意;碰撞后的能量为,不大于系统碰撞前能量,满足题意,A选项正确;

若B选项正确,则碰撞后系统动量为:-2mv/5+2m·7v/10=18mv/10>mv,B选项错误;

若C选项正确,则碰撞后系统动量为:-mv/4+2m·5v/8=mv,符合题意;碰撞后的能量为,不大于系统碰撞前能量,满足题意,C选项正确;

若D选项正确,则碰撞后A物体与B物体速度方向一致,但A的速度大于B的速度,这是不可能的,所以D选项错误。

(2)① 木块m2弹回后,在弹簧第一次恢复原长时带动m1运动,设此时木块m2的速度

由机械能守恒可知返回的速度与初始时刻相同,v0=0.2m/s。

当弹簧拉伸最长时,木块m1m2速度相同,设为v,由动量守恒定律得:mv0=(m1+m2v

解得:v=0.15m/s

② 当弹簧再次恢复到原长时,m1获得最大速度为v1,此时m2的速度为v2

由动量守恒定律得:m2v0=m1v1+m2v2

由机械能守恒定律得:

解得:v1=0.3m/s

考查方向

33.(1)本题考查热力学定律,分子动理论的基本观点,气体热现象的微观观点等知识点,简单题。

(2)理想气体的状态方程。

34. (1)本题考查横波的图象;波长、频率和波速的关系;

(2)折射定律,全反射

35. (1)动量守恒定律,碰撞中的能量守恒;

(2)考查学生应用动量守恒定律,能量守恒定律及牛顿运动定律的综合应用解决物理问题的能力。解决本题首先要明确研究的过程,其次把握隐含的条件:弹簧伸长最长时两木块的速度相同。

解题思路

33.(1)掌握基础知识,逐一排查。

(2)第一次试验封闭气体做等温变化,根据管内外水银面的高度差,求出被封闭气体的压强,然后根据等温变化气态方程即可求解.

第二次试验找出初末状态参量,利用理想气体状态方程即可求解

34.(1)由图读出波长,求出周期,根据时间t=0.8s与周期的关系判断波的传播方向,并判断t=0.8s时,x=1.8m处的质点速度方向;分析质点P在0.95s时的位置,确定其位移;分析质点P在1.0s时刻的状态,分析速度与加速度方向的关系.

(2)根据折射定律做出光路图,在穿出玻璃砖时,考虑全反射即可

35.(1)A、B组成的系统在水平方向上动量守恒,故而mv=mvA+2mvB,系统初始能量:,系统碰撞后的动量应为mv,能量不大于,将ABCD依次代入检验即可;

(2)①先研究木块m2向左压缩弹簧到弹簧第一次恢复原长的过程,根据机械能守恒可得到此时木块m2的速度为v0=0.2m/s。此后,弹簧开始伸长,当弹簧拉伸最长时,木块m1、m2速度相同,设为v,由动量守恒定律可求得v;

②当弹簧再次恢复到原长时,m1获得最大速度,再对弹簧和两个木块组成的系统动量守恒和机械能守恒列方程,求解木块m1速度的最大值。

易错点

33.(1)热学过程除了要受到能量守恒定律的制约外,还具有方向性;

(2)物体内能与气体内能的区别;

(3)功能转化的原理

34.(1)波形图的平移

(2)当光线从光密介质向光疏介质传播时,才会发生全反射现象

35.(1)① 总动量的方向性;② 系统碰撞后的机械能不会大于碰撞前的机械能;③ A物体碰撞后的速度不会大于B物体碰撞后的速度。

(2)系统动量守恒的条件:在m1物体未脱离挡板前,两物体组成的系统动量不守恒,但机械能守恒。m1物体离开墙面后系统动量守恒,机械能守恒。

知识点

物体的内能 热量热力学第一定律
单选题 本大题共5小题,每小题6分,共30分。在每小题给出的4个选项中,有且只有一项是符合题目要求。
1
题型: 单选题
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分值: 6分

5.甲、乙两物体同时、同地沿同方向作直线运动,它们的v-t图线如图所示,由图可判断: (       )

A甲的加速度小于乙的加速度

B在0-t2时间内,甲的位移逐渐减小,乙的位移逐渐增大

C在t1时刻甲乙速度大小相等,方向相反

D在0-t1时间内,甲在前乙在后,甲乙间距离逐渐增大,在时间t1-t2内某一时刻乙赶上甲并超到前面去

正确答案

D

解析

观察图像可知,甲物体运动图像的斜率大小大于乙物体,故A选项错误;整个运动过程甲物体做的是匀减速直线运动,但速度一直为正,没有出现折返运动,乙物体一直单方向匀加速直线运动,故两物体位移均增大,B选项错误;t1时刻两物体速度大小方向均相同,C选项错误;0-t1时间内,甲运动图像与坐标轴围城的面积大于乙,故甲的位移大于乙的位移,又是从同一地点出发,故而甲在乙前方,而过了t1时刻以后,乙物体速度超过甲,所以距离开始减小,故当两物体速度相等时,相距最远。可知D选项正确。

考查方向

本题考查速度-时间图像。

解题思路

观察图像斜率,通过简单计算即可得出正确结论;

易错点

1、图像斜率表示的是加速度,是矢量,斜率的正负表示加速度的方向;

2、图像面积表示的是物体运动的位移,是矢量,有方向,若存在t轴下方区域,则位移为负。

知识点

匀变速直线运动的图像
1
题型: 单选题
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分值: 6分

4.如图所示,a、b的质量均为m,a从倾角为45°的光滑固定斜面顶端以初速度v0沿斜面下滑,b从斜面顶端以初速度v0平抛,不计空气阻力,则下列说法不正确的是 (      )

Aa、b都做匀变速运动

Ba、b两物体刚要落地前的瞬间,a、b两物体的速度相同

C整个运动过程重力的平均功率不可能相同

D从抛出到落地前瞬间的过程,a、b球的重力做的功相同

正确答案

B

解析

a受力分析可知,其沿光滑斜面下滑的加速度大小为:a=gsin45°,方向沿斜面向下保持不变,故做匀加速直线运动,而b物体抛出后仅受重力,做平抛运动,为匀变速曲线运动,故A选项内容正确,但不选;由机械能守恒定律可知无论是a还是b,从开始运动至落地前瞬间均有,故他们落地前瞬间速率相同,B和D选项内容正确,不选;a物体从抛出到落地所用时间为:,b物体时时间为,C选项内容正确不选,由此可知,本题无正确答案,若将B选项改成“……速度相同”,则选B,因为两物体落地前瞬间速度的方向不一致。

考查方向

本题考查平抛运动及功和功率基本概念。

解题思路

1、无论是a还是b,在运动的过程中始终只有重力做功,机械能守恒,可求a、b落地的瞬时速率;

2、瞬时功率的计算为P=Fvcosθ,其中θF与速度v正方向间夹角。3、平均功率:

易错点

1、匀变速运动不一定是匀变速直线运动,也可以是匀变速曲线运动;

2、题干要求选择不正确的选项,审题不细导致失分。

知识点

匀变速直线运动规律的综合运用平抛运动功率
1
题型: 单选题
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分值: 6分

1.某物体在一足够大的光滑水平面上向西运动,当它受到一个向南的恒定外力作用时,物体将做(   )

A匀变速直线运动

B匀变速曲线运动

C曲线运动但加速度方向改变,大小不变,是非匀变速曲线运动

D曲线运动但加速度方向和大小均改变,是非匀变速曲线运动

正确答案

B

解析

由于物体受到恒力作用,故其加速度大小和方向均保持不变,即匀变速运动;又物体所受合力方向向南,与初始速度方向(向西)不共线,所以物体运动轨迹为曲线;综上所述,物体将做匀变速曲线运动。故而B选项正确。

考查方向

本题主要考查了运动的合成与分解,物体运动状态的判断方法,属于物理学科基础题型,在历年的高考题目中均有考查,常与平抛运动,圆周运动等知识点交汇命题。

解题思路

1、建立如下图所示的坐标系:并按题目要求在坐标系中标注出相应的物理量,即可看出本题可以类比平抛运动,即匀变速曲线运动。

2、判断物体受力与初始速度之间的关系即可看出本题可以类比平抛运动,即匀变速曲线运动。

易错点

本题容易忽视实际生活中的“坐标系”建立,导致无法与基本的运动模型契合;

知识点

曲线运动
1
题型: 单选题
|
分值: 6分

2.一闭合导线环垂直放置于匀强磁场中,若磁感强度随时间变化的规律如图所示,则环中的感应电动势变化情况可能是下图中哪一个?(     )

A

B

C

D

正确答案

A

解析

由于磁感应强度大小先均匀减小,后均匀增大,再均匀减小,再均匀增大,所以由法拉第电磁感应定律可得,随着磁场的均匀变化,得出感应电动势大小不变,但感应电动势的方向不同.所以只有A选项正确.

考查方向

本题主要考查法拉第电磁感应定律,考试中经常出现的题型为:

①图象问题中的应用;

②电磁感应的力电综合问题

解题思路

1、根据法拉第电磁感应定律,可知图像斜率与感应电动势的变化规律一致。

2、图像斜率的正负表明了感应电动势的“方向”。

易错点

1、忽略图像斜率的物理意义;

2、斜率的正负与电动势间的关系。

知识点

法拉第电磁感应定律
1
题型: 单选题
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分值: 6分

3.若各国的人造地球卫星都在不同的轨道上做匀速圆周运动,设地球的质量为M,地球的半径为R.则下述判断正确的是(   )

A各国发射的所有人造地球卫星在轨道上做匀速圆周运动的运行速度都不超过

B各国发射的所有人造地球卫星在轨道上做匀速圆周运动的的运行周期都不超过

C卫星在轨道上做匀速圆周运动的圆心不一定与地心重合

D地球同步卫星做匀速圆周运动的的运行周期等于

正确答案

A

解析

由“高轨低速周期长”规律可知,线速度的最大值即轨道半径最小为R的数值,A选项正确;同理可知,周期的最小值为,B选项错误,所有卫星绕地球运动的轨道中心必须在地心,否则将无法稳定运行,C选项错误;地球同步卫星的周期与地球自转周期相同,比大,因为同步卫星的轨道要高于地球表面,D选项错误。

考查方向

本题主要考查万有引力定律及其应用,宇宙航行和地球卫星的相关知识,是高考每年的必考题,既可以在选择题出现,又可以以计算题的形式出现。

解题思路

1、由万有引力定律有:,可得:,即“高轨低速周期长”。

2、根据上述公式得出结论,尽量通过推导运算熟记上述公式或结论,避免考试时不必要的时间浪费。

易错点

1、混淆轨道半径与中心天体半径;

2、万有引力公式不熟,导致推导结果出错。

知识点

万有引力定律及其应用
多选题 本大题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的4个选项中,有多项符合题目要求,全对得6分,选对但不全得3分,有选错的得0分。
1
题型: 多选题
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分值: 6分

8.如图所示,在B=0.1T的匀强磁场中画出边长为L=8cm的正方形ABCD,内有一点P,它与ADDC的距离均为1cm。在P点有一个发射正离子的装置,能够连续不断地向纸面内的各个方向发射出速率不同的正离子,离子的质量为1.0×10-14kg,电荷电量为1.0×10-5C,离子的重力不计,不考虑离子之间的相互作用,则(   )

A速率为5×106m/s的离子在磁场中运动的半径是5cm

B速率在5×105m/s到8×105m/s范围内的离子不可能射出正方形区域

C速率为5×106m/s的离子在CB边上可以射出磁场的范围为离C点2cm~()cm

D离子从CB边上射出正方形区域的最小速度为m/s

正确答案

A,C

解析

答案有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全对的得3分,有选错的得0分。

离子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:,即,代入数据可知,速率为v=5×106m/s的粒子运动的半径大小为5cm,A选项正确。

PADCD的距离为1cm,所以若离子在磁场中运动的半径小于0.5cm则必定不能从正方形射出,此时求得v临界=5×105m/s,而rv,所以当粒子的速度小于5×105m/s时就无法从正方形区域射出了,所以B选项错误。

P点射出的离子若要打在CB边上,其临界位置分别为图中的红线(与DC边相切于M)和蓝线(与CB边相切于Q),得到的绿色粗线P’Q即为打在CB边上的范围,根据题意只需求出CP’CQ的长度即可。若与DC边相切于M,由几何关系可知,MN=1cm,O1N=4cm,所以PN=3cm。则DM=4cm,所以P’N’=CM=DC-DM=4cm,在△O1P’N’中,可求得O1N’=3cm,所以CP’=MN’=2cm,此解为从CB边射出磁场时到C点的最小距离。采用类似的方法可以求出从CB变射出磁场时到C点的最远距离CQ=1+  cm,所以C选项正确。

离子运动轨迹与CD和BC同时相切是所有射出BC的轨迹中半径最小的。由几何关系可得:,由计算得出cm,D选项正确。

考查方向

带电粒子在磁场中的运动。

解题思路

离子在磁场中洛伦兹力提供向心力,可求出运动的轨道半径,再根据几何关系找出与正方形区域ABCD的交集范围。

易错点

运动轨迹绘制错误,轨道半径求解出错

知识点

带电粒子在匀强磁场中的运动
1
题型: 多选题
|
分值: 6分

6.如图所示,ab、cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架。除bc段电阻为R,其余电阻均不计,ef是一条不计电阻的金属杆,杆两端与ab和cd接触良好且能无摩擦下滑,下滑时ef始终处于水平位置,整个装置处于垂直框面的匀强磁场中,ef从静止下滑,经过一段时间后闭合开关S,则在闭合S后,以下说法正确的是(    )

A金属杆ef加速下滑时,有可能做匀变速运动

B金属杆ef的加速度可能大于g

C闭合S的时刻不同,金属杆ef最终匀速运动时电流的功率也不同

D金属杆ef匀速下滑时,金属杆减少的重力势能等于电路消耗的电能

正确答案

B,D

解析

答案有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全对的得3分,有选错的得0分。

设导轨间距为l,则闭合开关后ef做切割磁感线运动的速度为v时产生的感应电动势大小为E=Blv,感应电流I的方向由右手定则可知为ef,受到的安培力,方向竖直向上。对ef受力分析可得mg-F=ma,得到,所以,若闭合开关时安培力小于重力,ef做加速度减小,速度增大的变加速运动;当闭合开关时安培力等于重力,则ef一直做匀速直线运动;而闭合开关时若安培力大于重力,则ef做加速度减小,速度减小的变速运动,最终达到安培力与重力平衡而匀速运动,至于ef的最大加速度则取决于闭合开关的时刻,有可能闭合开关时安培力的大小大于2mg而导致加速度大小大于g

综上分析可知,金属杆ef下滑的过程中可能做的运动为变加速运动或者是匀速运动,而不会是加速度不变的匀变速运动,故A选项错误,B选项正确,然而ef杆最终的运动状态均为与重力平衡时的匀速运动,其速度、感应电流和感应电动势的大小都是相同的,故而匀速运动时电流的功率也是一样的,所以C选项错误。当ef所受安培力与重力相等时,由能量守恒定律可知,ef杆减少的重力势能会完全转化为电阻R的热量,而动能不变,故D选项正确。

考查方向

法拉第电磁感应定律与力学问题、能量问题的综合运用。

解题思路

ef的运动得到感应电动势E,继而求出感应电流I,再根据牛顿运动定律得出加速度a,最后再根据能量守恒定律得出结论。

易错点

对“电源”ef受力分析不准确造成无法得到准确的运动情况和能量关系。

知识点

牛顿第二定律通电直导线在磁场中受到的力感生电动势、动生电动势
1
题型: 多选题
|
分值: 6分

7.如图是质谱仪的工作原理示意图,一质量为m电荷量为q的带电粒子被加速电压为U的电场加速后进入速度选择器,其运动轨迹如图所示。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E,平板S0上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2,平板S0下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(     )

A质谱仪是分析同位素的重要工具

B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B

D若粒子打在胶片上的位置距狭缝P的距离为L,则粒子的比荷为

正确答案

A,C,D

解析

答案有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全对的得3分,有选错的得0分。

由质谱仪的原理可知A、C选项正确;速度选择器要求洛伦兹力与电场力平衡,与粒子电性等无关,假设粒子带正电,则所受电场力垂直于板向右,根据左手定则可知,磁场方向垂直纸面向外。B选项错误;,所以比荷,D选项正确。

考查方向

带电粒子在匀强电场中的运动;带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;质谱仪

解题思路

1、质谱仪的工作原理:

① 速度选择器中只要满足Eq=qvB,即v=E/B即可穿出场区,此时电场力与洛伦兹力均不做功;

② 相同速度穿出的粒子,在相同的磁场B0中运动,洛伦兹力提供向心力,

③ 不同粒子的比荷一般不同,导致粒子圆周运动的半径R不同,从而区分不同的粒子。

2、由带电粒子在磁场中运动的对称性可知打在胶片上的位置距狭缝P的距离L=2R。

易错点

1、对速度选择器原理的理解,只有满足电场力与洛伦兹力相等的条件下粒子才可以穿出场区,而与粒子的电性、电荷量的大小,质量等无关;

2、带电粒子在直线型边界有界匀强磁场中运动的对称性。

知识点

带电粒子在混合场中的运动

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