安徽省淮北师范大学附属实验中学2022-2023学年高二下学期第一次月考物理试卷含答案.pdf

安徽省淮北师范大学附属实验中学 2022-2023 学年高二下学期第一次月考物理试卷姓名：_ 班级：_ 考号：_一、单选题（共 7 小题）1.(4 分)如图所示，A、B 是两根平行且水平放置的长直导线，通以大小、方向均相同的恒定电流，在 A、B 连线的垂直平分线上某位置放置一段长为 L 的直导线 C(与 A、B 平行)，A、B、C 刚好在正三角形的三个顶点上现给 C 通以与 A、B 相同方向的恒定电流，C 受到的安培力大小为 F；若不再给 A 导线通电，则 C 受到的安培力大小为()A.FB.FC.FD.F2.(4 分)如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为 B，方向斜向右上方，与水平方向的夹角为 45.一个四分之三金属圆环 ab 置于匀强磁场中，圆环的半径为 r，圆心为 O，两条半径 Oa 和 Ob 相互垂直，Oa 沿水平方向，Ob 沿竖直方向c 点将圆环等分为两部分，当圆环中通以电流 I 时，则圆环 ac 受到的安培力大小为()A.BIrB.BIrC.BIrD.BIr3.(4 分)如图所示，AC 是一个用长为 L 的导线弯成的以 O 为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面 AOC 垂直的磁感应强度为 B 的匀强磁场中当在该导线中通过由 C 到A、大小为 I 的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是()A.BIL，平行于 OC 向左B.，平行于 OC 向右C.，垂直 A、C 的连线指向左下方D.2BIL，垂直 A、C 的连线指向左下方4.(4 分)如图所示，边长为 l 的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板，导线框中通以恒定的逆时针方向的电流图中虚线过 ab 边中点和 ac 边中点，在虚线的下方为垂直于导线框向里的有界矩形匀强磁场，其磁感应强度大小为 B.此时导线框处于静止状态，细线中的拉力为 F1；现将虚线下方的磁场移至虚线上方且磁感应强度的大小变为原来的 2 倍，保持其他条件不变，导线框仍处于静止状态，此时细线中拉力为 F2.则导线框中的电流大小为()A.B.C.D.5.(4 分)如图所示，在倾角为 30的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为 l、质量为 m的直导体棒，导体棒中电流为 I.要使导体棒静止在斜面上，需要外加匀强磁场的磁感应强度 B 的最小值为()A.B.C.D.6.(4 分)磁流体发电的原理如图所示，将一束速度为 v 的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，在相距为 d、宽为 a、长为 b 的两平行金属板间便产生电压如果把上、下板和电阻 R 连接，上、下板就是一个直流电源的两极，若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为，忽略边缘效应，下列判断正确的是()A.上板为正极，电流 IB.上板为负极，电流 IC.下板为正极，电流 ID.下板为负极，电流 I7.(4 分)如图所示，足够长的导体棒 MN 固定在相互平行的金属导轨上，导轨间距离为0.5 m，通过的电流为 1A，导体棒 MN 与导轨的夹角为 30，且处于垂直于纸面向外的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为 0.2 T，则导体棒 MN 所受的安培力大小为()A.0.02 NB.0.05 NC.0.1 ND.0.2 N二、多选题（共 3 小题）8.(6 分)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法正确的是()A.在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行B.线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C.当线圈在如图乙所示的位置时，b 端受到的安培力方向向上D.当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动9.(6 分)如图所示，通电导体棒静止于水平导轨上，棒的质量为 m，长为 l，通过的电流大小为 I 且垂直于纸面向里，匀强磁场的磁感应强度 B 的方向与导轨平面成角，则导体棒受到的()A.安培力大小为 BIlB.安培力大小为 BIlsinC.摩擦力大小为 BIlcosD.支持力大小为 mg+BIlcos10.(6 分)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热差 UH，霍尔电势差大小满足关系 UHk，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三、计算题（共 5 小题）11.(10 分)如图甲所示，以两虚线 M、N 为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，M、N 间电压 UMN的变化图像如图乙所示，电压的最大值为 U0、周期为 T0；M、N 两侧为相同的匀强磁场区域、，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为 B.t0时，将一带正电的粒子从边界线 M 上的 A 处由静止释放，经电场加速后进入磁场，粒子在磁场中做圆周运动的周期也为 T0.两虚线 M、N 间宽度很小，粒子在其间的运动时间不计，也不考虑粒子所受的重力(1)求该粒子的比荷；(2)求粒子第 1 次和第 2 次从右向左经边界线 N 离开磁场区域时两位置间的距离d.12.(10 分)如图所示，两平行金属导轨所在的平面与水平面夹角37，导轨的一端接有电动势 E3 V、内阻 r0.5 的直流电源，导轨间的距离 L0.4 m。在导轨所在空间内分布着磁感应强度 B0.5 T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量 m0.04 kg 的导体棒 ab 放在金属导轨上，导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒的电阻 R1.0，导体棒恰好能静止。金属导轨电阻不计。(g 取 10 m/s2，sin370.6，cos370.8)求：(1)ab 受到的安培力大小；(2)ab 受到的摩擦力大小。13.(10 分)如图所示，将长 50 cm、质量为 10 g 的均匀金属棒 ab 的两端用两只相同的弹簧悬挂成水平状态，位于垂直纸面向里的匀强磁场中，当金属棒中通过 0.4A 的电流时，弹簧恰好不伸长也不收缩，求：(g 取 10 m/s2)(1)匀强磁场中磁感应强度是多大？(2)当金属棒中通过 0.2A 由 a 到 b 的电流时，弹簧伸长为 1 cm，如果电流方向由 b 到 a，而电流大小不变，弹簧又伸长多少？14.(12分)如图所示，在倾角30的斜面上固定一间距L0.5 m的两平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器 R，电源电动势 E12 V，内阻 r1，一质量 m20 g 的金属棒 ab 与两导轨垂直并接触良好整个装置处于磁感应强度 B0.10 T，垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)取 g10 m/s2.(1)若导轨光滑，要保持金属棒在导轨上静止，求金属棒受到的安培力大小；(2)若金属棒 ab 与导轨间的动摩擦因数，金属棒要在导轨上保持静止，求滑动变阻器 R 接入电路中的阻值；(3)若导轨光滑，当滑动变阻器的电阻突然调节为 23 时，求金属棒的加速度 a 的大小15.(12 分)如图所示，在 x 轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向外；在 x 轴下方存在匀强电场，电场方向与 xOy 平面平行，且与 x 轴成 45角斜向右上方一质量为 m、电荷量为 q(q0)的粒子以速度 v0从 y 轴上 P 点沿 y 轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场方向变为垂直纸面向里，大小不变，不计粒子的重力(1)求粒子从 P 点出发至第一次到达 x 轴时所需的时间；(2)若要使粒子能够回到 P 点，求电场强度的最大值安徽省淮北师范大学附属实验中学 2022-2023 学年高二下学期第一次月考物理试卷姓名：_ 班级：_ 考号：_一、单选题（共 7 小题）1.(4 分)如图所示，A、B 是两根平行且水平放置的长直导线，通以大小、方向均相同的恒定电流，在 A、B 连线的垂直平分线上某位置放置一段长为 L 的直导线 C(与 A、B 平行)，A、B、C 刚好在正三角形的三个顶点上现给 C 通以与 A、B 相同方向的恒定电流，C 受到的安培力大小为 F；若不再给 A 导线通电，则 C 受到的安培力大小为()A.FB.FC.FD.F【答案】A【解析】根据同向电流相互吸引可知，A 和 B 对 C 的安培力分别指向 A、B，由于 A、B是两根平行且水平放置的长直导线，通以大小、方向均相同的恒定电流，所以 FAFB，根据几何关系可得 2FBcos 30F，解得 FBF，若不再给 A 导线通电，则 C 受到的安培力大小为F，故 A 正确2.(4 分)如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为 B，方向斜向右上方，与水平方向的夹角为 45.一个四分之三金属圆环 ab 置于匀强磁场中，圆环的半径为 r，圆心为 O，两条半径 Oa 和 Ob 相互垂直，Oa 沿水平方向，Ob 沿竖直方向c 点将圆环等分为两部分，当圆环中通以电流 I 时，则圆环 ac 受到的安培力大小为()A.BIrB.BIrC.BIrD.BIr【答案】D【解析】根据几何关系，可知通电圆环在磁场中的有效长度为 a、b 连线的长度 Lr；根据安培力公式 F=BIL 可得，圆环 ab 受到的安培力大小为 FBIr，又圆环 ac 和圆环cb 所受安培力大小相等，方向相同，所以圆环 ac 受到的安培力大小为 FBIr，D 正确3.(4 分)如图所示，AC 是一个用长为 L 的导线弯成的以 O 为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面 AOC 垂直的磁感应强度为 B 的匀强磁场中当在该导线中通过由 C 到 A、大小为 I 的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是()A.BIL，平行于 OC 向左B.，平行于 OC 向右C.，垂直 A、C 的连线指向左下方D.2BIL，垂直 A、C 的连线指向左下方【答案】C【解析】设圆弧半径为 R，由于四分之一圆弧的长度为 L，所以L，即 R，AC的有效长度为 lR，安培力为 FABIl，由左手定则判断，安培力的方向垂直 A、C 的连线指向左下方，因此 C 正确4.(4 分)如图所示，边长为 l 的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板，导线框中通以恒定的逆时针方向的电流图中虚线过 ab 边中点和 ac 边中点，在虚线的下方为垂直于导线框向里的有界矩形匀强磁场，其磁感应强度大小为 B.此时导线框处于静止状态，细线中的拉力为 F1；现将虚线下方的磁场移至虚线上方且磁感应强度的大小变为原来的 2 倍，保持其他条件不变，导线框仍处于静止状态，此时细线中拉力为 F2.则导线框中的电流大小为()A.B.C.D.【答案】D【解析】当磁场在虚线下方时，通电导线在磁场中的等效长度为 l，由安培定则可知受到的安培力方向竖直向上，设三角形导线框质量为 m，则由平衡条件有 F1BI(l)mg；当磁场在虚线上方时，通电导线的等效长度为 l，由安培定则可知受到的安培力方向竖直向下，磁感应强度增大到原来的两倍，故此时由平衡条件有 F2(2B)I(l)mg，联立可得 I，故 D 正确，A、B、C 错误5.(4 分)如图所示，在倾角为 30的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为 l、质量为 m的直导体棒，导体棒中电流为 I.要使导体棒静止在斜面上，需要外加匀强磁场的磁感应强度 B 的最小值为()A.B.C.D.【答案】A【解析】导体棒受三个力而平衡，重力为恒力，支持力的方向不变，安培力的大小和方向不确定；由平衡条件知当安培力 F 平行于斜面向上时安培力有最小值，则 B 最小，即BIlmgsin 30，B，由左手定则知，B 的方向垂直于斜面向下6.(4 分)磁流体发电的原理如图所示，将一束速度为 v 的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，在相距为 d、宽为 a、长为 b 的两平行金属板间便产生电压如果把上、下板和电阻 R 连接，上、下板就是一个直流电源的两极，若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为，忽略边缘效应，下列判断正确的是()A.上板为正极，电流 IB.上板为负极，电流 IC.下板为正极，电流 ID.下板为负极，电流 I【答案】C【解析】等离子体进入磁场，根据左手定则可知，正离子受到的洛伦兹力向下，故下板为正极，设两板间的电压为 U，则 qBqv，得 UBdv，电流 I，故 C 正确7.(4 分)如图所示，足够长的导体棒 MN 固定在相互平行的金属导轨上，导轨间距离为0.5 m，通过的电流为 1 A，导体棒 MN 与导轨的夹角为 30，且处于垂直于纸面向外的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度大小为 0.2 T，则导体棒 MN 所受的安培力大小为()A.0.02 NB.0.05 NC.0.1 ND.0.2 N【答案】D【解析】导体棒 MN 在导轨间的有效长度为 Lm1 m，导体棒受到的安培力 FBIL0.211 N0.2 N，故选 D二、多选题（共 3 小题）8.(6 分)实验室经常使用的电流表是磁电式电流表。这种电流表的构造如图甲所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的。若线圈中通以如图乙所示的电流，则下列说法正确的是()A.在量程内指针转至任一角度，线圈平面都跟磁感线平行B.线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C.当线圈在如图乙所示的位置时，b 端受到的安培力方向向上D.当线圈在如图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动【答案】ABD【解析】由于磁场辐向分布，且线圈与铁芯共轴，故线圈平面总是与磁感线平行，A 正确；通有电流时，线圈在安培力的作用下转动，从而使螺旋弹簧发生形变，螺旋弹簧因为形变而产生阻碍线圈转动的力，故 B 正确；由左手定则知，b 端受到的安培力方向向下，a 端受到的安培力方向向上，安培力的作用将使线圈沿顺时针方向转动，故 C 错误，D 正确。9.(6 分)如图所示，通电导体棒静止于水平导轨上，棒的质量为 m，长为 l，通过的电流大小为 I 且垂直于纸面向里，匀强磁场的磁感应强度 B 的方向与导轨平面成角，则导体棒受到的()A.安培力大小为 BIlB.安培力大小为 BIlsinC.摩擦力大小为 BIlcosD.支持力大小为 mg+BIlcos【答案】AD【解析】导体棒受力如图所示。由于导体棒与磁场垂直，故安培力大小 FA=BIl。根据平衡条件得 Ff=FAsin，mg+FAcos=FN解得 Ff=BIlsin，FN=mg+BIlcos。故 A、D 正确，B、C 错误。10.(6 分)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热差 UH，霍尔电势差大小满足关系 UHk，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【答案】AD【解析】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，A 正确；如果半导体为 N 型半导体，则能自由移动的是电子，由左手定则可以判断出电子偏向上表面，故上表面电势低，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eBev，而电流的大小又可以表示为：IneSvnebcv，二式整理得：BIUHeEc，又因为 UHk，故 k，所以霍尔系数 k 较大的材料，其内部单位体积内的载流子数目较少，C 错误；由上式还可以推出 n，D 正确。三、计算题（共 5 小题）11.(10 分)如图甲所示，以两虚线 M、N 为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，M、N 间电压 UMN的变化图像如图乙所示，电压的最大值为 U0、周期为 T0；M、N 两侧为相同的匀强磁场区域、，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为 B.t0时，将一带正电的粒子从边界线 M 上的 A 处由静止释放，经电场加速后进入磁场，粒子在磁场中做圆周运动的周期也为 T0.两虚线 M、N 间宽度很小，粒子在其间的运动时间不计，也不考虑粒子所受的重力(1)求该粒子的比荷；(2)求粒子第 1 次和第 2 次从右向左经边界线 N 离开磁场区域时两位置间的距离d.【答案】(1)(2)2()【解析】(1)粒子进入磁场后做匀速圆周运动，周期为 T，由题可知：TT0，解得：(2)由于不计粒子穿越 MN 间的运动时间，则可认为 t0 时刻出发的粒子穿越 MN 的过程中电压始终为 U0，tT0时刻第 1 次自右向左穿过边界线 N，再加速一次进入磁场区域时的速度为 v1，由动能定理得：2qU0 mv12，第 2 次自右向左到达边界线 N 时粒子被加速 3 次，速度设为 v2，由动能定理得：3qU0 mv22，如图所示，设第 1、2 两次从右向左经边界线 N 离开磁场区域时两位置间的距离为d：d2(R2R1)2()解得：d2().12.(10 分)如图所示，两平行金属导轨所在的平面与水平面夹角37，导轨的一端接有电动势 E3 V、内阻 r0.5 的直流电源，导轨间的距离 L0.4 m。在导轨所在空间内分布着磁感应强度 B0.5 T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量 m0.04 kg 的导体棒 ab 放在金属导轨上，导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒的电阻 R1.0，导体棒恰好能静止。金属导轨电阻不计。(g 取 10 m/s2，sin370.6，cos370.8)求：(1)ab 受到的安培力大小；(2)ab 受到的摩擦力大小。【答案】(1)0.40 N(2)0.16 N【解析】(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有 I2 A导体棒受到的安培力大小 F安BIL0.40 N根据左手定则判断安培力方向平行斜面向上。(2)导体棒受沿斜面向下的重力分力 Gxmgsin 370.24 N由于 Gx小于安培力，故导体棒受到沿斜面向下的静摩擦力 f，因为导体棒恰好静止，根据共点力平衡条件得 mgsin 37fF安，解得 f0.16 N13.(10 分)如图所示，将长 50 cm、质量为 10 g 的均匀金属棒 ab 的两端用两只相同的弹簧悬挂成水平状态，位于垂直纸面向里的匀强磁场中，当金属棒中通过 0.4 A 的电流时，弹簧恰好不伸长也不收缩，求：(g 取 10 m/s2)(1)匀强磁场中磁感应强度是多大？(2)当金属棒中通过 0.2 A 由 a 到 b 的电流时，弹簧伸长为 1 cm，如果电流方向由 b 到 a，而电流大小不变，弹簧又伸长多少？【答案】(1)0.5 T(2)3 cm【解析】(1)由题可知 F安mg，即 BILmg解得 BT0.5 T(2)当电流由 abF安12kxmg，即 BI1L2kxmg解得 kN/m2.5 N/m当电流由 bamgF安22kx1解得 x1m0.03 m3 cm.14.(12分)如图所示，在倾角30的斜面上固定一间距L0.5 m的两平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器 R，电源电动势 E12 V，内阻 r1，一质量 m20 g 的金属棒 ab 与两导轨垂直并接触良好整个装置处于磁感应强度 B0.10 T，垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)取 g10 m/s2.(1)若导轨光滑，要保持金属棒在导轨上静止，求金属棒受到的安培力大小；(2)若金属棒 ab 与导轨间的动摩擦因数，金属棒要在导轨上保持静止，求滑动变阻器 R 接入电路中的阻值；(3)若导轨光滑，当滑动变阻器的电阻突然调节为 23 时，求金属棒的加速度 a 的大小【答案】(1)0.1 N(2)311(3)3.75 m/s2【解析】(1)对金属棒受力分析可得：F安mgsin2010310 N0.1 N(2)若金属棒 ab 与导轨间的动摩擦因数，受到的摩擦力 Ffmgcos，当摩擦力沿斜面向上时，有 mgsinF1Ff，此时 I1，解得：R111；当摩擦力沿斜面向下时，有 mgsinFfF2此时 I2，解得：R23；故滑动变阻器 R 接入电路中的阻值在 3 和 11 之间(3)当滑动变阻器的电阻突然调节为 23 时，即 R23，I0.5 A，a3.75 m/s2，方向沿斜面向下15.(12 分)如图所示，在 x 轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向外；在 x 轴下方存在匀强电场，电场方向与 xOy 平面平行，且与 x 轴成 45角斜向右上方一质量为 m、电荷量为 q(q0)的粒子以速度 v0从 y 轴上 P 点沿 y 轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间 T0，磁场方向变为垂直纸面向里，大小不变，不计粒子的重力(1)求粒子从 P 点出发至第一次到达 x 轴时所需的时间；(2)若要使粒子能够回到 P 点，求电场强度的最大值【答案】(1)(2)【解析】(1)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，设运动半径为 R，运动周期为 T，粒子的运动轨迹如图所示，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qv0Bm，粒子做圆周运动的周期：T，由题意可知，粒子第一次到达 x 轴时，运动转过的角度为，所需时间 t1 T，解得：t1.(2)粒子进入电场后，先做匀减速运动，直到速度减小为 0，然后沿原路返回做匀加速运动，到达 x 轴时速度大小仍为 v0，设粒子在电场中运动的总时间为 t2，加速度大小为 a，电场强度大小为 E，由牛顿第二定律得：qEma，v0 at2，解得：t2，根据题意，要使粒子能够回到 P 点，必须满足 t2T0，解得电场强度最大值：Em.