物理 海淀区2016年高三期末试卷
精品
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多选题 本大题共10小题,每小题3分,共30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3分,选对但不全得1.5分,有选错的得0分。
1
题型: 多选题
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分值: 3分

2.如图2所示,带箭头的实线表示某电场的电场线,虚线表示该电场的等势面。其中A、B、C三点的电场强度大小分别为EAEBEC,电势分别为。关于这三点的电场强度大小和电势高低的关系,下列说法中正确的是(    )

AEA=EB

BEAEC

C

D

正确答案

B,D

解析

1、因为A点的电场线最密,故A点的电场强度最大,选项A错误,B正确;

2、AB在同一条电场线上,由B到A的方向是沿着电场线的方向,故B点的电势大于A点的电势,选项C错误;

3、而B、C两点在同一个等势面上,故二者的电势相等,选项D正确。

考查方向

本题主要考查了电场强度与电势大小的判断,属于基础题型,比较常见。

解题思路

在同一条电场线上,沿着电场线的方向是电势降低的方向;等势面就是电势相等的点所组成的一个面,故在这个面上的各点的电势是相等的;电场线密的地方,电场强度大,电场线稀疏的地方,电场强度小。

易错点

本题易在电场强度大小的判断上和电视的高低发生错误,不知道如何从图中看出 。

知识点

电场线等势面
1
题型: 多选题
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分值: 3分

3.如图3所示,在空间直角坐标系Oxyz中存在有沿x轴正方向的匀强磁场,在直角坐标系中选取如图所示的abc-a′b′c′棱柱形空间。通过面积S1abb′a′所围的面积)、S2acc′a′所围的面积)和S3cbb′c′所围的面积)的磁通量分别为Φ1Φ2Φ3,则(    )

AΦ1=Φ2

BΦ1Φ2

CΦ1Φ3

DΦ3Φ2

正确答案

A,C

解析

1、由图可知,磁感应强度B的方向垂直面积S1,而面积S2在yoz平面上的投影面积也是S1,故Φ1=Φ2,选项A正确,B错误;

2、而磁感应强度B与面积S3平行,故Φ3=0,所以Φ1Φ3,选项C正确,D错误。

考查方向

本题主要考查了对磁通量概念的理解,属于基础题型,比较常见。

解题思路

磁通量是磁感应强度与垂直于磁场方向的投影面积的乘积,它是一个标量,如果面积与磁感应强度的方向垂直,则φ=BS,如果面积与磁感应强度B不垂直,则磁通量是该面积在磁感应方向垂直的面积上投影与磁感应强度的乘积。

易错点

本题易在对磁通量概念的理解上发生错误,忘了磁感应强度与垂直于磁场方向的投影面积的乘积 。

知识点

磁通量
1
题型: 多选题
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分值: 3分

5.如图5所示,理想变压器原线圈两端的输入电压为220V,副线圈两端接有两只标有“12V,24W”字样的灯泡,当开关S1和S2都闭合时,两灯泡均正常发光。下列说法中正确的是(    )

A该变压器原、副线圈的匝数之比应为55:3

B该变压器原、副线圈的匝数之比应为3:55

C将开关S1断开,则通过该变压器原线圈的电流将变小

D将开关S1断开,则该变压器原线圈的输入功率将变小

正确答案

A,C,D

解析

1、通过小灯泡正常发光,能推出小灯泡的电压是12V,通过电压只比等于匝数比,求出A正确。

2、开关S1断开,副线圈电流减小,原线圈电流相应减小。由于电压不变,则输出、输入功率减小。

考查方向

本题主要考查了交流电的知识,在近几年的各省高考题出现的频率不高,此类题经常考察图像与变压器相结合的试题。

解题思路

1、通过小灯泡正常发光,能推出小灯泡的电压是12V,通过电压只比等于匝数比,求出A正确。

2、开关S1断开,副线圈电流减小,原线圈电流相应减小。由于电压不变,则输出、输入功率减小。

易错点

1、本题小灯泡的数据都是有效值。

2、本题不容易理解电建断开后,会有哪些也随之变化。

知识点

变压器的构造和原理
1
题型: 多选题
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分值: 3分

7.如图8甲所示,带缺口的刚性金属圆环在纸面内固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面正对固定放置的平行金属板PQ连接。圆环内有垂直于纸面变化的磁场,变化规律如图8乙所示(规定磁场方向垂直于纸面向里为正方向)。图9中可能正确表示PQ两极板间电场强度E(规定电场方向由P板指向Q板为正方向)随时间t变化情况的是(    )

A

B

C

D

正确答案

D

解析

由楞次定律得到开时始P板电势高于Q板电势,

=,可以得到电压大小不变,

得到电场大小也不变化,

T/2之后对调图像,然后依次类推得到图像。

所以选择D选项。

考查方向

本题主要考查了电磁感应定律结合电路,楞次定律和平行板电容器

解题思路

1、确定磁场方向,找到其变化趋势,计算电动势变化情况,得到平行板电压。

2、由平行板间匀强电场计算公式可以得到结果。即可得到结果。

所以选D选项。

易错点

1、本题易在属于常见题型。

2、本题不容易理解的就是电磁感应定律,考察的是磁通量变化引起感应电动势,其变化率决定电动势大小,电动势大小不变,因为磁通量变化率不变。

知识点

电场强度及其叠加法拉第电磁感应定律
1
题型: 多选题
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分值: 3分

9.如图11甲所示,在某电场中建立x坐标轴,ABx轴上的两点,xAxB分别为AB两点在x轴上的坐标值。一电子仅在电场力作用下沿x轴运动,该电子的电势能Ep随其坐标x变化的关系如图11乙所示,则下列说法中正确的是(    )

A该电场一定不是孤立点电荷形成的电场

BA点的电场强度小于B点的电场强度

C电子由A点运动到B点的过程中电场力对其所做的功W=EpAEpB

D电子在A点的动能小于在B的动能

正确答案

A,C

解析

试题分析:由图乙可知,电子在A、B两点的电势能分别为EpAEpB,且EpB>EpA,说明电子由A运动到B时电势能增大,电场力做负功,电场力对其所做的功为W=EpAEpB,选项C正确;电场力做负功,故动能减小,故A点的动能大于B点的动能,选项D错误;由于A、B两点的电势能与两个位置间的关系图乙所示,说明电势是均匀增加的,故这一定是个匀强电场,即不是孤立点电荷形成的电场,选项A正确;A、B两点的电场强度相等,选项B错误。

考查方向

动能定理,电势能,电场力做功

解题思路

该题借助于图像上AB两点电势能的大小关系及电势能的变化规律判断出这是一个匀强电场,而且通过两点的电势能的大小判断电场力做的是正功还是负功,然后就可以确定电压强度的方向是沿x轴的负方向,待这些推出来了,则问题就容易解出来了。

易错点

不会识别图像、图像理解不深刻、不能把图像和物理过程、物理状态联系起来。

知识点

电场线电势能和电势
1
题型: 多选题
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分值: 3分

1.如图1所示,真空中有两个点电荷分别位于M点和N点,它们所带电荷量分别为q1q2。已知在MN连线上某点P处的电场强度为零,且MP=3PN,则(    )

Aq1=3 q2

Bq1=9 q2

Cq1= q2

Dq1= q2

正确答案

B

解析

因为点P处的电场强度为零,所以q1q2在P点处的电场强度大小相等。

即,=E2

又因为:    

r1=3r2

所以,q1=9 q2  A选项不正确,C选项不正确,D选项不正确,所以选B选项。

考查方向

本题主要考查了静电场中的电场强度的计算,属于基础题型,比较常见。

解题思路

1、q1q2在P点处的电场强度大小相等。

2、由等于即可得到结果。A选项不正确,C选项不正确,D选项不正确,所以选B选项。

易错点

本题易在列等式时比例发生错误,易容易忘记平方或比反 。

知识点

电场强度及其叠加
1
题型: 多选题
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分值: 3分

4.在如图4所示电路中,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R2的滑动端由ab缓慢滑动的过程中(    )

A电压表的示数增大,电流表的示数减小

B电压表的示数减小,电流表的示数增大

C电容器C所带电荷量减小

D电容器C所带电荷量增大

正确答案

B,C

解析

1、根据题意,由ab缓慢滑动,电阻减小,总电阻减小,总电流增大,电流表示数增大,内压增大外压减小。

2、由电源端推到支路,其中电容与R3并联,电压一样,都减小,电压表的示数减小。

考查方向

本题主要考查了电路中由于电阻变化而导致整个电路电流、电压、功率相应的变化,在近几年的各省高考题出现的频率较高,解题方法用程序法比较准确。

解题思路

1、根据题意,由ab缓慢滑动,电阻减小,总电阻减小,总电流增大,电流表示数增大,内压增大外压减小。

2、由电源端推到支路,其中电容与R3并联,电压一样,都减小,电压表的示数减小。

易错点

1、本题易在由ab缓慢滑动的过程中电阻变大变小一出现错误。

2、本题在推导过程中容易出项错误。

3、R3在电路中只相当于导线,容易出错。

知识点

闭合电路的欧姆定律
1
题型: 多选题
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分值: 3分

6.图6是用电流传感器(电流传感器相当于电流表,其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路,电源的电动势为E,内阻为r,自感线圈L的自感系数足够大,其直流电阻值大于灯泡D的阻值,在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开开关S。在所示的图象中,可能正确表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的是  (    )

A

B

C

D

正确答案

B

解析

电建闭合,由于电感的阻碍,电流只在灯泡通过,电流最大

考查方向

本题主要考查了电磁感应中自感现象,在近几年的北京高考题出现的频率较高,有时候会和电容器一起考察。

解题思路

1、电建闭合,由于电感的阻碍,电流只在灯泡通过,电流最大

易错点

1、本题易错点在电路刚接通是电感由于阻碍,电流瞬间只在灯泡内通过。

2、断开瞬间,流过灯泡的电流要反向,且较小。

知识点

自感现象和互感现象
1
题型: 多选题
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分值: 3分

8.如图10所示,水平放置的两个正对的带电金属板MN、PQ间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场强度为E,磁感应强度为B。在a点由静止释放一带正电的微粒,释放后微粒沿曲线acb运动,到达b点时速度为零,c点是曲线上离MN板最远的点。已知微粒的质量为m,电荷量为q,重力加速度为g,不计微粒所受空气阻力,则下列说法中正确的是 (    )

A微粒在a点时加速度方向竖直向下

B微粒在c点时电势能最大

C微粒运动过程中的最大速率为

D微粒到达b点后将沿原路径返回a

本题和西城最后一道压轴题遥相呼应,预示着高考动向!!

正确答案

A

解析

A选项:起初微粒只受电场力和重力作用,合力向下,牛二可得加速度向下,A正确。B选项:A到C电场力做正功,电势能减小。

C选项:默认了错误前提,受力平衡时得到错误结果,不平衡可以排除C。

D选项:微粒将和A点时相同的轨迹在右方重复多次进行。所以综上得只有A正确。。

考查方向

本题考查电场磁场复合场的考察,结合了力学的动能定理和牛顿定律。

解题思路

1、确定重力方向,电场力方向,和运动后的洛伦兹力方向,从而影响接下来的运动轨迹。

2、由运动轨迹和受力方向可以知道其轨迹是一个不规则的螺旋,创意物理专门讲解过这个问题,以及其规律,最低点受力不平衡。

所以结合以上知识可以得A选项。

易错点

1、本题易在可以在理解的基础上排除B和D。

2、本题不容易的就是不好理解C选项的错误原因,不敢轻易确定选项A。

知识点

带电粒子在混合场中的运动
1
题型: 多选题
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分值: 3分

10.半导体内导电的粒子—“载流子”有两种:自由电子和空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子),以自由电子导电为主的半导体叫N型半导体,以空穴导电为主的半导体叫P型半导体。

图12为检验半导体材料的类型和对材料性能进行测试的原理图,图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品板放在沿y轴正方向的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时,会在与z轴垂直的两个侧面之间产生霍尔电势差UH,霍尔电势差大小满足关系,其中k为材料的霍尔系数。若每个载流子所带电量的绝对值为e,下列说法中正确的是(    )

A如果上表面电势高,则该半导体为P型半导体

B如果上表面电势高,则该半导体为N型半导体

C霍尔系数较大的材料,其内部单位体积内的载流子数目较多

D样品板在单位体积内参与导电的载流子数目为

正确答案

A,D

解析

试题分析:如果半导体为P型半导体,则能自由移动的是带正电的粒子,由左手定则可以判断出粒子偏向上表面,故上表面电势高,选项A正确;如果半导体为N型半导体,则能自由移动的是带负电子,由左手定则可以判断出电子偏向上表面,故上表面电势低,选项B错误;待电流稳定后,粒子在电场力与洛伦兹力的作用下处于平衡状态,故存在:,而电流的大小又可以表示为IneSv=nebcv,二式整理得:BI=UHnec;又因为,故k=,故霍尔系数k较大的材料,其内部单位体积内的载流子数目较少,选项C错误;由上式还可以推出n=,选项D正确。

考查方向

霍尔元件,电场力,洛伦兹力

解题思路

在霍尔元件中,带电粒子在电场与磁场力的作用下处于平衡状态,故由此可以列出相应的方程来,如果考虑微观的因素,即:将粒子运动的速度与电流相结合,即可得出一个综合关系式,再由题中已知的关系式,二者相结合,可以将结果解出来了。

易错点

半导体不熟悉,蒙了;霍尔元件、霍尔效应不理解,不能建立模型。

知识点

霍尔效应及其应用
填空题 本大题共2小题,每小题5分,共10分。把答案填写在题中横线上。
1
题型:填空题
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分值: 5分

12.某科技小组的同学通过查找资料动手制作了一个电池。

(1)甲同学选用图17所示的电路图测量该电池的电动势和内阻。在他测量与计算无误的情况下,他所得到的电源电动势E的测量值比真实值偏小。E的测量值比真实值偏小的原因可能是        (选填选项前的字母)造成的。

A.电压表的分流       

B.电流表的分压

(2)乙同学选用图18所示的电路图测量该电池的电动势和内阻,其中定值电阻的阻值为R0,根据实验电路图连接好电路闭合开关,逐次改变电阻箱接入电路中电阻的阻值R,读出与R对应的电压表的示数U,并作记录。根据多组实验数据绘出如图19所示的图象,若已知图线的斜率为k,纵轴截距为b,则这个实验中所测电池电动势的测量值E     ,内阻的测量值r    

正确答案

(1)A;

(2)

解析

试题分析:(1)在图17中,当变阻器断路时路端电压即为电源的电动势大小,而变阻器断路时,电源与电压表构成通路,电压表的示数小于电源电压,因为电源的内阻还有一部分电压降,即电源电压的测量值小于真实值,如果当电压表的电阻非常非常的大时,误差才最小,可见产生误差的原因是电压表有一定的电阻,即电压表的分流而引起的,选A;

(2)在图18中,根据全电路欧姆定律可知E=U+IR0+r)=U+R0+r),该式可变形为=+,故图象的斜率为k=,纵轴截距为b=,故电池电动势的测量值E,内阻的测量值rR0

考查方向

本题主要考查测量电池的电动势和内阻的实验

解题思路

1、外接法实验误差来自于电压表分流

2、小电阻用外接,电池的电阻较小,所以用外接

易错点

1、本题属于常见题型。

2、本题容易错的是内外接法的选取,分压限流的选取

3、实验误差分析,图像的应用

知识点

测定电源的电动势和内阻
1
题型:填空题
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分值: 10分

11.在描绘一个标有“6.3V 0.3A”小灯泡的伏安特性曲线的实验中,要求灯泡两端的电压由零逐渐增加到6.3V,并便于操作。

已选用的器材有:

学生电源(电动势为9V,内阻约1Ω);

电流表(量程为0~0.6A,内阻约0.2Ω;量程为0~3A,内阻约0.04Ω);

电压表(量程为0~3V,内阻约3kΩ;0~15V,内阻约15kΩ);

开关一个、导线若干。

(1)实验中还需要选择一个滑动变阻器,现有以下两个滑动变阻器,则应选其中的____________(选填选项前的字母)。   

A.滑动变阻器(最大阻值10Ω,最大允许电流1A) 

B.滑动变阻器(最大阻值1500Ω,最大允许电流0.3A)

(2)实验电路图应选用图13中的_________(选填“甲”或“乙”)。

(3)请根据(2)中所选的电路图,补充完成图14中实物电路的连线。

(4)接闭合关,改变滑动变阻器滑动端的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。某次测量中电流表选择0~0.6A量程,电压表选择0~15V量程,电流表、电压表示数如图15所示,可知该状态下小灯泡电阻的测量值       Ω(计算结果保留两位有效数字)。

(5)根据实验数据,画出的小灯泡I-U图线如图16所示。由此可知,当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻值将        (选填“变大”或“变小”)。

正确答案

(1)A;

(2) 乙;

(3)如答图1所示;量程选择0~15V同样得分;

(4)18

(5)变大。

解析

因为测量的是小灯泡的伏安特性曲线,要求电压电流从零开始调节,故采用分压式连接,为了操作方便,宜选用最大阻值较小的变阻器,选A;

(2)实验电路为乙;

(3)连接的实物图如图所示,先连接电源部分,再连接测量部分,最后接入电压表;

(4)=18Ω;

(5)当小灯泡两端的电压增加时,小灯泡的电阻值将变大。

考查方向

本题主要考查描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验

解题思路

1、零起必分压故选取分压式接法

2、小电阻用外接,灯泡的电阻较小,所以用外接

易错点

1、本题属于常见题型。

2、本题容易错的是内外接法的选取,分压限流的选取

知识点

描绘小电珠的伏安特性曲线
简答题(综合题) 本大题共55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
|
分值: 8分

14.如图21所示,真空中有平行正对金属板AB,它们分别接在输出电压恒为U=91V的电源两端,金属板长L=10cm、两金属板间的距离d=3.2 cm, AB两板间的电场可以视为匀强电场。现使一电子从两金属板左侧中间以v0=2.0×107m/s的速度垂直于电场方向进入电场,然后从两金属板右侧射出。已知电子的质量m=0.91×10-30kg,电荷量e=1.6×10-19C,两极板电场的边缘效应及电子所受的重力均可忽略不计。求:(计算结果保留两位有效数字)

(1)电子在电场中运动的加速度a的大小;

(2)电子射出电场时在沿电场线方向上的侧移量y

(3)从电子进入电场到离开电场的过程中,其动量增量的大小。

正确答案

(1)a=5.0×1014m/s2

(2)y=0.63cm

(3)=2.3×10-24kg·m/s

解析

(1)设金属板AB间的电场强度为E,则

根据牛顿第二定律有:

解得:a=5.0×1014m/s2

(2)电子以速度v0进入金属板AB间,在垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动。

电子在电场中运动的时间为 t=

电子射出电场时在沿电场线方向的侧移量

解得:y=0.63cm

(3)设电子从进入电场到离开电场时间t=内,其动量的改变量的大小为

根据动量定理有:

解得:=2.3×10-24kg·m/s

考查方向

本题考查带电粒子在电场中偏转。

解题思路

(1)根据牛顿第二定律求加速度。

(2)根据类平抛运动求偏转位移

(3)根据动量定理求动量

易错点

侧位移的求解,动量变化

知识点

带电粒子在匀强电场中的运动
1
题型:简答题
|
分值: 9分

15.如图22所示,交流发电机的矩形金属线圈abcd的边长ab=cd=50cm,bc=ad=30cm,匝数n=100,线圈的总电阻r=10Ω,线圈位于磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向平行。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环EF(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bcad边中点、且垂直于磁场的转轴OOˊ以角速度ω=400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。求:

(1)线圈中感应电流的最大值;

(2)线圈转动过程中电阻R的发热功率;

(3)从线圈经过图示位置开始计时,经过周期时间通过电阻R的电荷量。

正确答案

(1)3.0A;

(2)405W;

(3)C。

解析

(1)线圈产生感应电动势的最大值Em=nBωab×bc= 300V

根据闭合电路欧姆定律可知,线圈中感应电流的最大值

解得:Im=3.0A

(2)通过电阻R的电流的有效值 I=

线圈转动过程中电阻R的热功率  P=I2R

解得:P=405W

(3)根据法拉第电磁感应定律有:

根据闭合电路欧姆定律有:

解得:C

考查方向

本题考查交变流电流知识,考查了最大值,有效值,平均值的应用。

解题思路

(1)应用最大值的公式直接求解。

(2)求功率用有效值,带入公式求解。

(3)求电荷量用平均值,化简公式求解即可。

易错点

各个值应用混淆,不对应。

知识点

电磁感应中的能量转化
1
题型:简答题
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分值: 10分

17.如图24所示,PQMN是固定于水平面内间距L=1.0m的平行金属轨道,轨道足够长,其电阻可忽略不计。两相同的金属棒abcd放在轨道上,运动过程中始终与轨道垂直,且接触良好,它们与轨道形成闭合回路。已知每根金属棒的质量m=0.20kg,每根金属棒位于两轨道之间部分的电阻值R=1.0Ω;金属棒与轨道间的动摩擦因数μ=0.20,且与轨道间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。整个装置处在竖直向上、磁感应强度B=0.40T的匀强磁场中。取重力加速度g=10m/s2

(1)在t=0时刻,用垂直于金属棒的水平力F向右拉金属棒cd,使其从静止开始沿轨道以a=5.0m/s2的加速度做匀加速直线运动,求金属棒cd运动多长时间金属棒ab开始运动;

(2)若用一个适当的水平外力F′向右拉金属棒cd,使其达到速度v1=20m/s沿轨道匀速运动时,金属棒ab也恰好以恒定速度沿轨道运动。求:

①金属棒ab沿轨道运动的速度大小;

②水平外力F′的功率。

正确答案

(1)1.0s;

(2)①15m/s;②16W。

解析

试题分析:(1)设金属棒cd运动t时间金属棒ab开始运动,

根据运动学公式可知:此时金属棒cd的速度

金属棒cd产生的电动势,通过金属棒的电流

金属棒ab所受安培力

金属棒ab开始运动时刻,

解得:t=1.0s

(2)①设金属棒cd以速度v1=20m/s沿轨道匀速运动时,金属棒ab沿轨道匀速运动的速度大小为v2。

此时通过ab、cd两金属棒的电流

金属棒ab所受安培力

解得:v2=15m/s

②以金属棒cd为研究对象,其所受水平外力F′、滑动摩擦力Ff以及安培力FA3三个力的合力为零。

即:;其中FA3=FA2

解得:水平外力F′的功率P=F′v1=16W

考查方向

电磁感应,安培力做功。

解题思路

当用力拉动cd时,cd棒切割磁感线,电路中产生感应电流,电流通过ab棒,它受到安培力的作用,当安培力的大小等于摩擦力时,ab开始运动;当外力拉cd使之匀速运动时,如果ab也匀速运动,二者的速度大小是不同的,电路中有电流产生。

易错点

忽略反电动势

知识点

功率感生电动势、动生电动势
1
题型:简答题
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分值: 8分

13.如图20所示,P、Q两平行金属板间存在着平行于纸面的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场,两板间的距离为d,电势差为U;金属板下方存在一有水平边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B。电荷量为q的带正电的粒子,以速度v垂直于电场和磁场匀速通过P、Q两金属板间,并沿垂直磁场方向进入金属板下方的磁场,做半径为R的匀速圆周运动。不计两极板电场的边缘效应及粒子所受的重力。求:

(1)P、Q两金属板间匀强电场场强E的大小;

(2)P、Q两金属板间匀强磁场磁感应强度B0的大小;

(3)粒子的质量m

正确答案

(1)E=

(2)

(3)

解析

(1)根据匀强强度和电势差的关系有:E=

(2)因为粒子匀速通过P、Q两金属板间,则有:

解得:

(3)粒子进入下方的匀强磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,

根据牛顿第二定律有:

可得:

考查方向

本题考查电场,磁场知识,考查了匀强电场,速度选择器,带电粒子在磁场中运动的应用。

解题思路

(1)应用匀强电场的公式直接求解。

(2)速度选择器中电场力合洛伦兹力的平衡

(3)带电粒子在磁场中运动,半径公式。

易错点

速度选择器模型的运用,半径公式

知识点

带电粒子在混合场中的运动
1
题型:简答题
|
分值: 10分

16.在科学研究中,可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图23所示,某时刻在xOy平面内的第Ⅱ、Ⅲ象限中施加沿y轴负方向、电场强度为E的匀强电场,在第Ⅰ、Ⅳ象限中施加垂直于xOy坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一质量为m,电荷量为q带正电的粒子从M点以速度v0沿垂直于y轴方向射入该匀强电场中,粒子仅在电场力作用下运动到坐标原点O且沿OP方向进入第Ⅳ象限。在粒子到达坐标原点O时撤去匀强电场(不计撤去电场对磁场及带电粒子运动的影响),粒子经过原点O进入匀强磁场中,并仅在磁场力作用下,运动一段时间从y轴上的N点射出磁场。已知OPx轴正方向夹角α=60°,带电粒子所受重力及空气阻力均可忽略不计,求:

(1)MO两点间的电势差U

(2)坐标原点ON点之间的距离d

(3)粒子从M点运动到N点的总时间t

正确答案

(1)

(2)

(3)+

解析

(1)设粒子经过O点的速度为v, 则cosα=

对于电子经过电场的过程,根据动能定理有:

解得:

(2)设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,运动轨迹如答图2所示。

洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有:

解得:

根据几何关系可知,ON之间的距离

(3)设粒子在电场中从M点运动至O点所用时为t1

根据牛顿第二定律可知:粒子在电场中的加速度a=

粒子通过O点时竖直方向速度vy=,根据运动学公式有:vy=at1

解得:t1=

设粒子在磁场中从O点运动至N点用时为t2,粒子在磁场中运动的周期

解得:粒子从M点运动到N点的总时间t= t1+ t2=+

考查方向

本题考查带电粒子在电磁场中的运动。

解题思路

(1)分析在电场中的运动,用动能定理求解电势差。

(2)分析磁场中的匀速圆周运动,用牛顿第二定律和几何知识求解长度。

(3)利用在电磁场中的运动特点,分别求解电场和磁场中的时间。

易错点

作图,关键点的应用和磁场中时间的确定。

知识点

带电粒子在混合场中的运动
1
题型:简答题
|
分值: 10分

18.如图25甲为科技小组的同学们设计的一种静电除尘装置示意图,其主要结构有一长为L、宽为b、高为d的矩形通道,其前、后板使用绝缘材料,上、下板使用金属材料。图25乙是该主要结构的截面图,上、下两板与输出电压可调的高压直流电源(内电阻可忽略不计)相连。质量为m、电荷量大小为q的分布均匀的带负电的尘埃无初速度地进AB两极板间的加速电场。已知AB两极板间加速电压为U0,尘埃加速后全都获得相同的水平速度,此时单位体积内的尘埃数为n。尘埃被加速后进入矩形通道,当尘埃碰到下极板后其所带电荷被中和,同时尘埃被收集。通过调整高压直流电源的输出电压U可以改变收集效率η(被收集尘埃的数量与进入矩形通道尘埃的数量的比值)。尘埃所受的重力、空气阻力及尘埃之间的相互作用均可忽略不计。在该装置处于稳定工作状态时:

(1)求在较短的一段时间Δt内,AB两极板间加速电场对尘埃所做的功;

(2)若所有进入通道的尘埃都被收集,求通过高压直流电源的电流;

(3)请推导出收集效率η随电压直流电源输出电压U变化的函数关系式。

正确答案

(1)nbdΔtqU0

(2)nqbd

(3)η= (U<);η=100% (U≥)。

解析

试题分析:(1)设电荷经过极板B的速度大小为v0,

对于一个尘埃通过加速电场过程中,加速电场所做的功W0=qU0

在Δt时间内从加速电场出来的尘埃总体积是V=bdv0Δt,

其中的尘埃的总个数N总=nV=n(bdv0Δt),

故A、B两极板间的加速电场对尘埃所做的功W=N总qU0=n(bdv0Δt) qU0

对于一个尘埃通过加速电场过程,根据动能定理有

解得: W=N总qU0= nbdΔtqU0

(2)若所有进入矩形通道的尘埃都被收集,则Δt时间内碰到下极板的尘埃的总电荷量

ΔQ=N总q=nq(bdv0Δt)

通过高压直流电源的电流I== nqbdv0

解得:I= nqbd

(3)对某一尘埃,其在高压直流电源形成的电场中运动时,在垂直电场方向做速度为v0的匀速直线运动,在沿电场方向做初速度为0的匀加速直线运动。

根据运动学公式有:垂直电场方向位移xv0t,沿电场方向位移yat2

根据牛顿第二定律有:a

距下板y处的尘埃恰好到达下板的右端边缘,则xL

解得:y

y<d,即<d,则收集效率η (U<)

yd则所有的尘埃都到达下极板,收集效率η=100% (U)

考查方向

多个带电粒子在电场中的运动。

解题思路

在一小段时间内,我们先计算通过加速后的尘埃的个数,然后针对电场对每个尘埃做功来总结得出电场对尘埃所做的功;而电流大小的计算则是通过计算电荷量与时间的比值,用微观的方法推导出电荷量的大小计算得出的。

易错点

基本模型不清晰

知识点

带电粒子在匀强电场中的运动电功、电功率

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