2022年天津市高三（下）第一次模拟物理试题(含详解).pdf

天津市耀华中学2022届高三第一次模拟考物理试卷第I卷一、单选题（本大题共5小题，共2 5分）1.2 02 1 年 1 2 月 3 0 日，在中科院合肥等离子体物理研究所内，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克实验装置（E AS T）实现了 1 05 6 秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上该装置高温等离子体运行的最长时间。该装置内发生的核反应方程为：H+：H-；H e+X,已知笊核（；H）的质量为2 O 1 3 6 u,X的质量 为 1.008 7 U,氮 核（He）的质量为3.01 5 0u,u 为原子质量单位，lu相当于9 3 1 M e V,下列关于该核反应的说法正确的是（）A.X 为质子B.反应前后核总质量相等C.反应过程中中子数减少了 1 个D.反应过程中释放的核能A E =3.2 5 8 5 M e V2.下列说法中正确的是（）A.第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律B.空气中尘埃运动是布朗运动，反映了空气分子在做无规则的热运动C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D.晶体都有固定的熔点，物理性质都表现为各向异性3.2 02 0年 1 1 月 2 8 日2 0时 5 8 分，“嫦娥五号”探测器经过约1 1 2 小时奔月飞行，在距月面约4 00公里处成功实施3 000牛发动机点火，约 1 7 分钟后，发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断，“嫦娥五号”探测器近月制动正常，如图所示，由M点顺利进入环月椭圆轨道n,绕月三圈后进行第二次近月变轨，进入环月圆轨道I,下列关于“嫦娥五号”说法正确的是（）NA.在轨道I 上的速度小于月球的第一宇宙速度B.在轨道H 运行周期小于在轨道I 的运行周期C.在轨道I 上尸点的机械能大于轨道n 上 N 点的机械能D.在轨道H上 M 点的加速度小于轨道I 上/点的加速度4.2022年 3 月 8 日，航天员王亚平从空间站送来的“国际妇女节”节日祝福通过电磁波传播到祖国各地,下列关于电磁波的说法正确的是（）A.可见光不属于电磁波B.只要有电场就能产生电磁波C.电磁波传播需要介质，机械波传播不需要介质D.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直5.如图所示，在电场强度为E=lV/m的匀强电场中有一个圆，其所在平面与电场线平行，。为圆心，半径R=2m,A、B、C 为圆周上三点，已知NAO8=60。，且 4 c 为直径，现将若干完全相同的带电粒子从A 点以相同初动能向各个不同方向发射，到达圆周上各点，其中到达8 点的粒子末动能最大，不计重力和空气阻力，则A.该电场强度的方向一定由。指向BB 该带电粒子一定带正电C.A、8 两点电势差UA B一定为IVD.带电粒子若经过C 点，其动能一定小于A 点动能二、多选题（本大题共3小题，共15分）6.如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为L该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计。当该同学由静止开始荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s,此时每根绳子平均承受的拉力为F=410N（不计空气阻力，g 取 10m/s2）（）A.秋千的绳长均L 为 10mB.该同学荡秋千的过程中所受的合外力提供她做圆周运动的向心力C.该同学由静止开始荡到秋千支架的正下方时处于失重状态D.该同学由静止开始荡到秋千支架的正下方的过程中其重力的瞬时功率先增大后减小7.下列说法中正确的是（）A.一入射光照射到某金属表面上能发生光电效应，若仅使入射光的强度减弱，那么从金属表面逸出的光电子的最大初动能将变小B.大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性C.电子的发现说明原子是可分的，天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构D.放射性同位素232Th经 a、夕衰变会生成22弧必 其衰变示意方程为记Th f岁 Rn+xa+y|3其中 A=3,y=lE.原子核的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关8.如图，正方形出七1 中A。加/区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，M e d 区域内有方向平行b e 的匀强电场（图中未画出）。一带电粒子从d 点沿位方向射入磁场，随后经过仇7 的中点e 进入电场，接着从 b 点射出电场.不计粒子的重力。则（）a；.:;b；x X X X X x /；:X X X X X/:X X X X/x x x/C-；x X,/:X /d.:cA.粒子带正电B.电场的方向是由b 指向C.粒子在6点和d 点的动能之比为5：1D.粒子在磁场、电场中运动的时间之比为万：2第H卷三、实验题（本大题共2 小题，共 12分）9.某同学采用如图甲所示的实验装置探究加速度和力的关系，其中小车的质量为砂和砂桶的总质量为m（滑轮光滑），交流电频率为户5 0 H z。弹簧测力计甲（1）本实验中（需要或不需要）满足（2）松开砂桶，小车带动纸带运动，若相邻计数点间还有4个点未画出，纸带如图乙所示，则小车的加速度所（结果保留三位有效数字）;单位:cm（3）改变砂桶内砂子的质量，重复实验，以弹簧测力计示数尸为横坐标、小车对应的加速度。为纵坐标，做 出 的 图 像 如 图 丙，可 知 小 车 的 质 量 =k g。（结果保留三位有效数字）。1 0.为测量一电源的电动势及内阻（1）在下列三个电压表中选一个改装成量程为9 V 电压表A.量程为I V、内阻大约为1 k。的电压表V 1B.量程为2V、内阻大约为2 k C的电压表V 2C.量程为3 V、内阻为3 g的电压表V 3选择电压表_ _ _ _ _ _ _ （填仪器前字母序号）串联 k Q的电阻可以改转成量程为9V的电压表.（2）利用一个电阻箱、一只开关、若开关导线和改装好的电压表（此表用符号V 1、V 2、V 3与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表），在虚线框内画出电源电动势及内阻的实验原理电路图。（）四、计算题（本大题共3小题，共48.分）1 1.如图所示，水平传送带左端A处与倾角为。=30 的光滑斜面平滑连接，右端8处与一水平面平滑连接，水平面上有一固定竖直挡板，挡板左侧与一轻弹簧连接，弹簧处于自然状态，弹簧左端刚好处在水平面上的C点，斜面长为玉=2.5m,传送带长L =4.5m。B C段长=0-5m ,传送带以速度y =l m/s顺时针转动。一质量为，=2k g的物块从斜面顶端由静止释放，已知物块与传送带间及水平面2 C段的动摩擦因数分别为4=0/，2=0-35,水平面C点右侧光滑，重力加速度取g =10 m/s 2,求：（1）物块滑到斜面底端的速度大小；（2）弹簧获得的最大弹性势能；（3）物块第三次到达B点时的速度大小；（4）物块与传送带由于相对滑动而产生热量。12.如 图（甲）所示，光滑的平行水平金属导轨M N、P Q 相距/,在 M 点和P点间连接一个阻值为R的电阻，一质量为?、电阻为人 长度也刚好为/的导体棒垂直搁在导轨上八 b 两点间，在。点右侧导轨间加一有界匀强磁场，磁场方向垂直于导轨平面，宽度为面，磁感应强度为B,设磁场左边界到时距离为乩现用一个水平向右的力F拉导体棒，使它从、匕处静止开始运动，棒离开磁场前已做匀速直线运动，与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，水平力Rx的变化情况如图（乙）所示，尺 已知。求：（1）棒他离开磁场右边界时的速度；（2）棒乃通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能E-（3）“满足什么条件时，棒而进入磁场后一直做匀速运动。图（甲）图（乙）13.质谱仪是一种分离和检测同位素的重要工具，其结构原理如图所示。区域I 为粒子加速器，加速电压为 q（未知）；区域n为速度选择器，磁感应强度大小为 耳，方向垂直纸面向里，电场方向水平向左，板间电压为02,板间距离为&区域ni 为偏转分离器，磁感应强度大小为8?，方向垂直纸面向里。让氢的两种同位素气核;H和笊核；H,从同一位置4由静止出发进入区域I,设点核;H的质量为?，若气核;H恰好沿图中虚线经区域II从边界线M N上的。点射入区域n i,击中位于边界线M N的照相底片的p点。忽略空气阻力、粒子重力及粒子间相互作用力。（1）求气核;H进入区域n 的速度y 的大小；（2）现将区域I 和 n 的电压分别进行调节，使笊核；H经区域II同样沿直线从。点射入区域川，也恰好击中位于边界线M N的照相底片的尸点，求区域I和 n 前后两次电压q力 和u法2的比值；（3）如果保持区域i和区域n的板间电压（未知）、/不变，流核；H可以从区域II飞出，请简要分析说明笊核：H是从0点左侧还是右侧通过边界线M N?测得笊核：H通过边界M N时离。点的距离为d =吧.,求笊核；H离开区域II时垂直于照相底片边界线M N的速度竖直分量八。qdB;_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _天津市耀华中学2022届高三第一次模拟考物理试卷第I卷一、单选题（本大题共5小题，共25分）1.2 0 2 1 年 1 2 月 30 日，在中科院合肥等离子体物理研究所内，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克实验装置（E A S T）实现了 1 0 5 6 秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上该装置高温等离子体运行的最长时间。该装置内发生的核反应方程为：H+：H-；He+X,已知笊核（；H）的质量为2 O 1 36 u,X的质量 为 1.0 0 8 7 U,氮 核（H e）的质量为3.0 1 5 0 u,u 为原子质量单位，l u 相当于9 3 1 M e V,下列关于该核反应的说法正确的是（）A.X 为质子B.反应前后核总质量相等C 反应过程中中子数减少了1 个D.反应过程中释放的核能AF=3.2585MeV【答案】D【解析】【详解】A C.根据质量数守恒和电荷数守恒知X的质量数为1,电荷数为0,则 X为中子，故 A C错误；B.核反应放出能量，有质量亏损，可知反应后的质量小于反应前的质量，故 B错误；D.反应过程中质量亏损为Am=（2x2.0136-1.0087-3.0150）u=0.0035u则释放的核能AF=0.0035 x 931 MeV=3.2585MeV故 D正确。故选D。2.下列说法中正确的是（）A.第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律B.空气中尘埃的运动是布朗运动，反映了空气分子在做无规则的热运动C.在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果D.晶体都有固定的熔点，物理性质都表现为各向异性【答案】c【解析】【分析】【详解】A.第二类永动机没有违背能量守恒定律，而是违反了热力学第二定律，是不可能制成的，A 错误；B.空气中尘埃的运动是气流引起的，不是布朗运动，B 错误；C.在完全失重状况下，液滴由于表面张力使其表面积收缩至最小，呈球形，C 正确；D.单晶体的物理性质都表现为各向异性，多晶体的物理性质都表现为各向同性，D 错误。故选Co3.2020年 11月 2 8 日20时 58分，“嫦娥五号”探测器经过约112小时奔月飞行，在距月面约400公里处成功实施3000牛发动机点火，约 17分钟后，发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断，“嫦娥五号”探测器近月制动正常，如图所示，由 M 点顺利进入环月椭圆轨道H,绕月三圈后进行第二次近月变轨，进入环月圆轨道I,下列关于“嫦娥五号”说法正确的是（）A.在轨道I 上的速度小于月球的第一宇宙速度B.在轨道n 的运行周期小于在轨道I 的运行周期C.在轨道I 上 F 点的机械能大于轨道11上 N 点的机械能D.在轨道H上 M 点的加速度小于轨道I 上 F 点的加速度【答案】A【解析】【分析】【详解】A.根据人造卫星的线速度表达式，有GMv-可知，轨 道 I 的半径大于月球半径，所以其速度小于月球的第一宇宙速度。故 A 正确;B.根据人造卫星的周期表达式，有T=2兀GM根据图中信息，可知在轨道II的运行周期大于在轨道I 的运行周期。故 B 错误；C.轨道II进入环月圆轨道I 时，需要发电机制动，使之减速。故其机械能减小。即在轨道I 上 F 点的机械能小于轨道n 上N点的机械能。故 c 错误；D.根据加速度公式，有F GMa=,rM=rFm r可知，加速度与到月球的距离有关，故在轨道II上 M 点的加速度等于轨道I 上尸点的加速度。故 D 错误。故选Ao4.2022年 3 月 8 日，航天员王亚平从空间站送来的“国际妇女节”节日祝福通过电磁波传播到祖国各地，下列关于电磁波的说法正确的是（）A.可见光不属于电磁波B.只要有电场就能产生电磁波C.电磁波传播需要介质，机械波传播不需要介质D.电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且都与波的传播方向垂直【答案】D【解析】【详解】A.可见光属于电磁波，故 A 错误；B.若只有电场，而电场是稳定的或电场仅均匀变化都不能产生电磁波，故 B 错误；C.电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质，故 C 错误；D.因电磁波是横波，所以电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的，且与波的传播方向垂直，故 D 正确.故选D。5.如图所示，在电场强度为E=l V/m 的匀强电场中有一个圆，其所在平面与电场线平行，。为圆心，半径R=2 m,A、B、C为圆周上三点，已知N A O B=6 0。，且 AC为直径，现将若干完全相同的带电粒子从A点以相同初动能向各个不同方向发射，到达圆周上各点，其中到达8 点的粒子末动能最大，不计重力和空气A.该电场强度的方向一定由。指向8B.该带电粒子一定带正电C.A、B两点电势差UA B一定为I VD.带电粒子若经过C点，其动能一定小于A点动能【答案】D【解析】【详解】A、从 B点的粒子末动能最大，根据动能定理知，说明电场力做功最大，AB间电势差最大；若过B点作匀强电场的等势面，该面与圆只能有一个交点，即该等势面在B点与圆相切，而电场方向与等势面是垂直的，所以场强方向与0B平行，由于带电粒子的电性未知，故无法确定电场强度的方向，故选项AB错C、根据匀强电场的电势差与场强的关系可知：|S j =&/=ER（l-c o s 6（y ）=lV,故选项C错误；D、若带电粒子带正电，则由A向 B运动，电场力做正功，则 A点电势高于B点电势，电场强度方向为0 7 B,则带电粒子由A向 C运动，则电场力做负功，动能减小，小于A点动能；若带电粒子带负电,则电场强度的方向为6 f O,则 A点电势高于C点电势，由A向C运动，则电场力做负功，动能减小,小于A点动能，故选项D正确.点睛：本题有一定难度，考查了学习对物理知识的理解和综合应用能力，如根据等势线确定电场线等.二、多选题（本大题共3小题，共15分）6.如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为L,该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计。当该同学由静止开始荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s,此时每根绳子平均承受的拉力为尸=410N（不计空气阻力，g 取 10m/s2）（）A.秋千的绳长均L 为 10mB.该同学荡秋千的过程中所受的合外力提供她做圆周运动的向心力C.该同学由静止开始荡到秋千支架的正下方时处于失重状态D.该同学由静止开始荡到秋千支架的正下方的过程中其重力的瞬时功率先增大后减小【答案】AD【解析】【详解】A.该同学身高相对于秋千的绳长可忽略不计，可以把该同学看成质点。当该同学荡到秋千支架的正下方时，由牛顿第二定律有V22r-mg=m一代入数据解得L=10m选项A 正确：B.荡秋千的过程是变速圆周运动，切向方向上也需要提供力，故合外力并不完全提供向心力，选项B 错误；C.在正下方时，小孩与秋千组成的系统具有竖直向上的加速度，处于超重状态，选项C 错误；D.同学由静止开始荡到秋千支架的正下方的过程中其重力的瞬时功率表达式P=mgv cos a可知，初位置6=0,最低点6=0,中间状态P 0,所以重力的瞬时功率变化情况是先增大后减小,选项D 正确;故选ADo7.下 列 说 法 中 正 确 是（）A.一入射光照射到某金属表面上能发生光电效应，若仅使入射光的强度减弱，那么从金属表面逸出的光电子的最大初动能将变小B.大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性C.电子的发现说明原子是可分的，天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构D.放射性同位素232Th经a、衰变会生成22哝3其衰变示意方程为-T h f -Rn+xa+yp其中 x=3,y=lE.原子核的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关【答案】BCE【解析】【详解】A.一入射光照射到某金属表面上能发生光电效应，由于发生光电效应与入射光的强度无关，所以入射光强度减弱，光电子的最大初动能不变，A错误；B.光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，B正确；C.电子是原子的组成部分，电子的发现说明原子可再分，天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构，C正确；D.在衰变方程中，电荷数守恒，质量数守恒，则90=86+2x-y232=220+4%解得x-3y=2D错误；E.原子核的半衰期是由原子核内部自身因素决定的，与其所处的化学状态和外部条件无关，E正确。故选BCE。8.如图，正方形a b e d中 出H区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，M e d区域内有方向平行8c的匀强电场（图中未画出）。一带电粒子从d点沿位 方 向射入磁场，随后经过4/的中点e进入电场，接着从匕点射出电场.不计粒子的重力。则（）A.粒子带正电B.电场的方向是由匕指向cC.粒子在6点和d点的动能之比为5：1D.粒子在磁场、电场中运动的时间之比为万：2【答案】B C D【解析】【详解】A.根据粒子在磁场中受洛伦兹力而从点进e 点出，由左手定则知带负电，则 A错误；B.根据磁场中运动的对称性知e 点的速度大小等于小 方向与加成45。，即水平向右，而电场线沿b e 方向，则做类平抛运动，可知负粒子受的电场力向上，则电场由b 指向c，B正确；C.粒子从4 到 e 做匀速圆周运动，速度的大小不变，而 e 到 b 做类平抛运动，水平位移等于竖直位移，则到达b点的竖直速度Vy=2vo合速度为则粒子在b点和4 点 动能之比为g 加(6)2:gm v g=5:1选项C正确；D.设正方形边长为3由儿何关系可知2冗丫 _ L2乃 一 T4 2 二 万%4%4%电场中的水平分运动是匀速直线运动L_ 2 _ 乙 电=一=丁%2%故,磁 一 乃电 一2则 D 正确。故选BCD。第n 卷三、实验题（本大题共2 小题，共 12分）9.某同学采用如图甲所示的实验装置探究加速度和力的关系，其中小车的质量为砂和砂桶的总质量为m（滑轮光滑），交流电频率为户50Hz。弹簧测力计甲（1）本实验中（需要或不需要）满足加（2）松开砂桶，小车带动纸带运动，若相邻计数点间还有4 个点未画出，纸带如图乙所示，则小车的加速度斫（结果保留三位有效数字）；单位:cm（3）改变砂桶内砂子的质量，重复实验，以弹簧测力计示数尸为横坐标、小车对应的加速度 为纵坐标，做出的a孑 图像如图丙，可 知 小 车 的 质 量 加=kg。（结果保留三位有效数字）。【答案】.不需要.2.0 1 0.12 5【解析】【详解】（1）1 本实验中小车所受拉力大小可以通过弹簧测力计直接读出，不需要用砂和砂桶的重力近似替代，所以不需要满足，（2）2 由题意,相邻两计数点间时间间隔为T =0.1sf根据逐差法可得小车的加速度为&6-祖 （36.2 1 9.0 6-9.0 6）x 10-2a=36-_ L-m/s2=2.0 1 m/s29 T2 9 x 0.12（3）3 弹簧测力计的示数尸就是小车所受合外力大小，则由图丙并根据牛顿第二定律有M=0.1 25k ga1 0.为测量一电源的电动势及内阻（1）在下列三个电压表中选一个改装成量程为9V 的电压表A.量程为IV、内阻大约为1 k。的电压表V1B.量程为2 V、内阻大约为2 k C 的电压表V?C.量程为3 V、内阻为3k。的电压表V,选择电压表（填仪器前字母序号）串联 kQ的电阻可以改转成量程为9V 的电压表。（2）利用一个电阻箱、一只开关、若开关导线和改装好的电压表（此表用符号V-$、V：与一个电阻串联来表示，且可视为理想电压表），在虚线框内画出电源电动势及内阻的实验原理电路图。（)【解析】【详解】选择量程为3V、内阻大约为3 g的电压V3表盘刻度改装容易，读数容易，改装后量程和内阻都扩大3倍，所以改装时需要串联6 K C的电阻（3）3本实验的实验原理为U=E，利用变阻箱和电压表可获取电流/,故实验原理电路图，如图四、计算题（本大题共3小题，共48.分）1 1.如图所示，水平传送带左端A处与倾角为。=30。的光滑斜面平滑连接，右端B处与一水平面平滑连接，水平面上有一固定竖直挡板，挡板左侧与一轻弹簧连接，弹簧处于自然状态，弹簧左端刚好处在水平面上的。点，斜面长为玉=2.5m ,传送带长L =4.5m。B C段长=0-5m ,传送带以速度u =l m/s顺时针转动。一质量为，=2k g的物块从斜面顶端由静止释放，已知物块与传送带间及水平面B C段的动摩擦因数分别为4=0，2=0 3 5,水平面C点右侧光滑，重力加速度取g=1 0 m/s 2,求：（1）物块滑到斜面底端的速度大小；（2）弹簧获得的最大弹性势能；（3）物块第三次到达B点时的速度大小；（4）物块与传送带由于相对滑动而产生的热量。【答案】(1)5m/s；(2)1 2.5J；(3)I m/s；(4)23J【解析】【详解】（1）设物块滑到斜面底端的速度为,根据机械能守恒有mgxt sin 6=g mv解得v,=5m/s（2）由于Wv,因此物块滑上传送带后开始做匀减速运动，加速度大小a=话=lm/s2设物块在传送带上先减速运动后匀速运动，则减速运动的位移2 2Ax=12m2a由 于 因 此 假 设 不 成 立，物块在传送带上一直做匀减速运动根据功能关系1 2Ep=mv M gL一%mgx2-12.5J（3）设物块第二次到达A点的速度大小为匕，根据功能关系Ep-PngL-2mgx2=g mvj解得匕=0即物体到达到A点时，速度减为零，在传送带的带动下又向左做匀加速运动，当物体与传送带刚好共速时发生的位移2x=0.5m2a因此物块第三次在传送带上先做匀加速运动后做匀速运动，第三次到3点的速度为u=lm/s（4）设第一次在传送带上滑动经历的时间为乙，则有r 1 2则第一次在传送带由于相对滑动而产生的热量Q,=m g（-v 0联立两式代入数据解得Q i=7 J设物块第二次到B点时速度为Z，第二次在传送带上滑动经历的时间为L，根据功能关系Ep /i2mgx2-g mv解得v2=3m/s则f,=3sa第二次在传送带上由于相对滑动而产生的热量Qi=冲（乙+加2）二 设物块第三次在传送带上相对滑动时间为G，则v,匕=一=1sa则第三次在传送带上由于相对滑动而产生的热量Q3=-%）=1 J由于1 2mv=1 J 2 2 g x 2X2=7 J因此物块不会第四次滑上传送带，故物块与传送带由于相对滑动而产生的热量Q=Q+Q2+0 3=2 3 J1 2.如 图（甲）所示，光滑的平行水平金属导轨MN、P Q 相距/,在 M点和P点间连接一个阻值为R的电阻，一质量为机、电阻为八 长度也刚好为/的导体棒垂直搁在导轨上、人两点间，在 4点右侧导轨间加一有界匀强磁场，磁场方向垂直于导轨平面，宽度为d o,磁感应强度为8,设磁场左边界到外距离为d。现用一个水平向右的力尸拉导体棒，使 它 从。、6处静止开始运动，棒离开磁场前已做匀速直线运动,与导轨始终保持良好接触，导轨电阻不计，水平 力F-x的 变 化 情 况 如 图（乙）所 示，F o已知。求:（1）棒油离开磁场右边界时的速度;（2）棒 外 通 过 磁 场 区 域 的 过 程 中 整 个 回 路 所消耗的电能E-（3）“满足什么条件时，棒 外 进 入 磁 场 后一直做匀速运动。MRXF B b d0|-F。0N2F。Q图（甲）图（乙）【答 案】（1）2 K(R +r)B2l2 C+2 d。)-2成鬻+):(3)d=2mFMy)2【解 析】【详 解】（l）设 棒 仍 离 开 磁 场 右 边 界 时 的 速 度 为V,产生的感应电动势为E=Blv感应电流为ER+r根据平衡条件得24=BII解得24伊+广)B2/2（2）全程根据动能定理得F()d+2冗乩-1 mv2-0根据功和能的关系得解得1=（d+M）_2加号:+）（3）棒在磁场中做匀速运动，进入磁场时的速度为也 根据动能定理得r,1 2Fad=-m v解得d2 mFa（R+r）B4l413.质谱仪是一种分离和检测同位素重要工具，其结构原理如图所示。区域I为粒子加速器，加速电压为q（未知）；区域n为速度选择器，磁感应强度大小为 耳，方向垂直纸面向里，电场方向水平向左，板间电压为。2,板间距离为a区域H I为偏转分离器，磁感应强度大小为 2,方向垂直纸面向里。让氢的两种同位素气核;H和笊核；H,从同一位置A由静止出发进入区域I ,设笈核;H的质量为“，若笈核;H恰好沿图中虚线经区域I I从边界线M N上的。点射入区域W,击中位于边界线M N的照相底片的P点。忽略空气阻力、粒子重力及粒子间相互作用力。（1）求气核;H进入区域I I的速度n的大小；（2）现将区域I和H的电压分别进行调节，使气核；H经区域I I同样沿直线从。点射入区域I I I,也恰好击J U,中位于边界线M N的照相底片的P点，求区域I和I I前后两次电压力和于的比值；U U 2（3）如果保持区域I和区域n的板间电压q（未知）、氏 不变，笊核；H可以从区域I I飞出，请简要分析说明笊核；H是从。点左侧还是右侧通过边界线M N?测得笊核；H通过边界M N时离。点的距离为d,=8 吗2,求笊核：H离开区域I I时垂直于照相底片边界线M N的速度竖直分量L。qdB：【答 案】（1）U、1 2 U,2 庖,(2)7 7 =7,7 7 =7；(3)-工B】d 1 U,1 Byd【解 析】【详 解】（1）由题意知，气核;H恰好沿直线经区域n从。点射入区域i n,则洛伦兹力与电场力平衡，即解得R U,Bd（2）笈核;H 区 域I中被加速，由动能定理得7 7 1 2qU、=mv气核;H在区域H I中做匀速圆周运动有9n VqvB2=/n 以上两式联立得时A -I-B”q因 笊 核；H质量数与气核;H的比值为2:1,所 以 笊 核；H的 质 量 为2 m，根据题意，笊 核；H在区域山 中的半径R二叵所以 i_ _ 2在 区 域n中，由于两种粒子都沿直线运行，有耍的a卷=西/d 1联立得“一T（3）设笊核；H进入区域H时的速度为y ,因为笊核；H的质量大于点核;H的质量，由 1 2q U、=mv可知v q B yd 所以气核；H离开区域I I时在。点左侧。气核；H进入区域I I,将速度分解为沿电场方向的匕和垂直电场方向的匕，在 方向根据动量定理得必匕,用=2mvy-2 m v（或 乡匕./=2mvv-2 m v）qB、d =2mvy-2 m v,所以_ 同，v=-?Bd