2020-2021学年北京市育英学校高二上学期月考物理试卷(解析版)

育英学校高二年级第一学期期末物理练习
一.单项选择：本题共10个小题，每小题3分，共30分。

在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的，请将正确选项填涂在机读卡上。

1. 下列物理量中，属于标量的是（）
A. 磁通量
B. 洛仑兹力
C. 电场强度
D. 磁感应强度『答案』A
『解析』洛仑兹力、电场强度、磁感应强度既有大小也有方向是矢量，磁通量只有大小没有方向是标量。

故选A。

2. 人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。

当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中不正确的是（）
A. 脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
B. 脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
C. 激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
D. 人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
『答案』B
『解析』AB．利用脂肪几乎不含水分，其导电性和其他成分不同，可以用测量人体电阻的办法来计算体脂肪率，B错误A正确；
CD．激烈运动之后，人在沐浴之后，人体内含水量发生变化，人体脂肪所占比例发生变化，即人体的电阻大小变化，所以测量数据会不准确，CD正确。

故选B。

3. 下列说法中正确的是（）
A. 在静电场中电场强度为零的位置，电势也一定为零
B. 放在静电场中某点的检验电荷所带的电荷量q发生变化时，该检验电荷所受电场力F与其电荷量q的比值保持不变
C. 在空间某位置放入一小段检验电流元，若这一小段检验电流元不受磁场力作用，则该位置的磁感应强度大小一定为零
D. 磁场中某点磁感应强度的方向，由放在该点的一小段检验电流元所受磁场力方向决定 『答案』B
『解析』A ．选项中，电势大小与电场强度大小没有必然的联系，比如等量同种正电荷的连线中点处的电场强度为零，但是电势却大于零；
B ．选项中，检验电荷并不能改变电场中某点固有的电场强度，它是由场源电荷决定的，所以B 选项正确；
C ．选项中，如果该检验电流元的电流方向与该处磁感应强度的方向平行，则电流元不会受磁场力作用,C 错误；
D ．磁场中某点的磁感应强度方向是由磁场源决定，与检验电流元无关，D 错误。

故选B 。

4. 两个电荷量相等的带电粒子，在同一匀强磁场中只受磁场力作用而做匀速圆周运动。

下列说法中正确的是（ ）
A. 若它们的运动周期相等，则它们的质量相等
B. 若它们的运动周期相等，则它们的速度大小相等
C. 若它们的轨迹半径相等，则它们的质量相等
D. 若它们的轨迹半径相等，则它们的速度大小相等
『答案』A
『解析』AB ．根据2v qvB m r = 解得mv r qB = 则周期22r m T v qB ππ== 可知，当T 、B 、q 相同时，它们的质量相等，与速度没有关系， B 错误A 正确；
CD ．根据2
v qvB m r
= 解得mv r qB = 则当r 、q 、B 相同时，mv 是一个定值，不能判断质量和速度关系，CD 错误。

故选A 。

5. 如图所示电路中，电源电动势为E ，内阻为r ，电动机内阻为R 1。

当开关闭合，电动机正常工作时，滑动变阻器接入电路中的电阻为R 2，电动机两端的电压为U ，通过电动机的电流为I 。

电动机输出的机械功率P 等于（ ）
A. UI
B. 21I R
C. 21UI I R -
D. 2EI I r -
『答案』C
『解析』电动机输出的机械功率P=IU -I 2R 1或者为21222P EI I r I R I R =---
故选C 。

6. 如图所示，一条形磁铁放在粗糙水平面上，在其N 极左上方放有一根长直导线，当导线
中通以垂直纸面向里的电流I 时，磁铁所受支持力和摩擦力的变化情况，正确的是（ ）
A. 支持力变大，摩擦力向左
B. 支持力变大，摩擦力向右
C. 支持力变小，摩擦力向左
D. 支持力变小，摩擦力向右 『答案』B
『解析』以导线为研究对象，导线所在处的磁场方向斜向左上方，由左手定则判断得知导线所受安培力方向斜向右上方，根据牛顿第三定律得知，导线对磁铁的安培力方向斜向左下方，磁铁有向左运动的趋势，受到向右的摩擦力，同时磁铁对地的压力增大。

故选B 。

7. 条形磁体竖直放置，一个水平圆环从条形磁体上方位置M 向下运动，先到达磁体上端位置N ，然后到达磁体中部P ，再到达磁体下端位置Q ，最后到达下方L 。

在运动过程中，关于穿过圆环的磁通量情况判断正确的是（ ） A. M 到N 增大，N 到P 减小，P 到Q 增大，Q 到L 减小 B. M 到N 减小，N 到P 增大，P 到Q 减小，Q 到L 增大 C. M 到P 增大，P 到L 减小 D. M 到P 减小，P 到L 增大 『答案』C 『解析』圆环从M 到N 过程中，穿过线圈的磁感线条数增多，则磁通量变大；由M 到P 的过程，线圈包含了所有的内部磁感线及部分外部磁感线，内外磁感线相互抵消；因越到中间外部磁感线越少；故本过程磁通量是变大的；而P →Q 的过程是N 到P 的过程的相反过
程，磁通量是变小的；Q →L 的过程中远离磁铁，磁通量变小，故ABD 错误，C 正确；故选C 。

8. 1995年美国费米国家实验室在实验中观察到了顶夸克，测得它的静止质量m =3.1×
10-25kg ，寿命τ=0.4×
10-24s ，这是近二十几年粒子物理研究最重要的实验进展之一．正、反顶夸克之间的强相互作用势能可写为43s P E k r
α=-，式中r 是正、反顶夸克之间的距离，αS 是强相互作用耦合常数，k 是与单位制有关的常数，在国际单位制中k =0.319×
10-25J ∙m ，则在国际单位制中强相互作用耦合常数αS 的单位是
A. N
B. V
C. J
D. 无单位 『答案』D
『解析』由题意知a s =-34P rE k ，a s 单位=m J J m
⋅⋅=1，所以在国际单位制中强相互作用耦合常数a s 无单位，则D 正确．故选D ．
9. 如图所示，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂直于纸面向里，三个带正电的微粒a 、b 、c 电荷量相等，质量分别为m a 、m b 、m c ，已知在该区域内，a 在纸面内做匀速圆周运动，b 在纸面内向右做匀速直线运动，c 在纸面内向左做匀速直线运动，下列选项正确的是( )
A. m a >m b >m c
B. m b >m a >m c
C. m c >m a >m b
D. m c >m b >m a
『答案』B
『解析』由题意：a 在纸面内做匀速圆周运动，所以a m g qE =；b 在纸面内向右做匀速直线运动，所以b m g qE Bqv =+ ；c 在纸面内向左做匀速直线运动所以c m g Bqv qE += ，
根据公式可解的：
b a
c m m m >>，故B 正确，ACD 错误． 10. 如图为洛伦兹力演示仪的结构图。

励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外，电子束由电子枪产生，其速度方向与磁场方向垂直。

电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制，磁场强弱可通过励磁线圈的电流来调节。

下列说法正确的是（ ）
A. 仅增大励磁线圈的电流，电子束径迹的半径变大
B. 仅减小电子枪的加速电压，电子束径迹的半径变大
C. 仅增大励磁线圈的电流，电子做圆周运动的周期变小
D. 提高电子枪的加速电压同时增大励磁线圈的电流，电子做圆周运动的周期可以不变 『答案』C
『解析』A ．根据电子在加速电场中加速，由动能定理有2012
eU mv = 电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有200v eBv m r
= 解得012mv mU r eB B e
==增大励磁线圈中的电流，电流产生的磁场增强，由012mv mU r eB B e =
=可知电子束的轨道半径变小；故A 错误；
B ．仅减小电子枪加速电压，由012mv mU r eB B e
==可知，电子束的轨道半径变小，故B 错误；
C ．仅增大励磁线圈的电流，磁感应强度B 增大，由022r m T v eB
ππ=
= 可知周期变小，故C 正确；
D ．提高电子枪的加速电压同时增大励磁线圈的电流，电流产生的磁场增强，由 022r m T v eB
ππ== 电子做圆周运动的周期减小，故D 错误。

故选C 。

二.多项选择：本题共3个小题，每小题3分，共9分。

在每小题给出的四个选项中，有多个选项是正确的，请将正确选项填涂在机读卡上。

11. 图是磁流体发电机的原理示意图，金属板M 、N 正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻R ．在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场．当等离子束（分别带有等量正、负电荷的离子束）从左向右进入极板时，下列说法中正确的是 （ ）
A. N 板的电势高于M 板的电势
B. M 板的电势高于N 板的电势
C. R 中有由b 向a 方向的电流
D. R 中有由a 向b 方向的电流
『答案』BD
『解析』等离子体进入磁场，根据左手定则，正电荷向上偏，打在上极板上，负电荷向下偏，打在下极板上．所以上极板带正电，下极板带负电，则M 板的电势高于N 板的电势，流过电阻电流方向由a 到b ．故B 、D 正确，A 、C 错误．故选BD 。

12. 如图所示电路，电源内阻不可忽略．开关S 闭合后，在滑动变阻器0R 的滑片P 向上缓慢滑动的过程中
A. 小灯泡L 变亮
B. 电压表的示数增大
C. 电流表的示数增大
D. 电容器C 的电荷量减小 『答案』BC
『解析』滑片P 向上滑动，0R 接入电路中的电阻增大，则R 总增大，干路电流减小，故灯泡变暗，A 错误；由闭合电路的欧姆定律U E Ir =-路可得，路端电压增大，电压表的示数增大，也即电阻R 支路两端电压增大，电流表的示数也增大，故B 、C 正确．对电容器由C Q U
=，U 增大，则电容器C 的电荷量也增大，D 错误；故选BC ． 13. 将一电源与一电阻箱连接成闭合回路，测得电阻箱所消耗功率P 与电阻R 变化的曲线如图所示，由此可知（ ）
A. 电源的电动势为45V
B. 电源的内阻等于5Ω
C. 电阻箱的电阻为10Ω和2.5Ω时，电源的输出功率相等
D. 电阻箱所消耗功率P 最大时，电源效率等于50%
『答案』BCD
『解析』B ．电源输出功率最大的条件可知，电源输出功率最大时，外电路电阻等于电源内阻，所以电源内阻一定等于5Ω，选项B 正确；
A ．由电阻箱所消耗功率P 最大值为45W 可知，此时电阻箱读数为R =5Ω，电流3A P I R
=
= 电源电动势()30V E I R r =+=
选项A 错误； C ．电阻箱的电阻为10Ω时，电源的输出功率2(
)40W E P R R r
==+ 电阻箱的电阻为2.5Ω时，电源的输出功率2()40W E P R R r ==+ 故C 正确；
D ．电阻箱所消耗功率P 最大时，R=r ，电源效率为50%U R
E R r
η=
==+ 选项D 正确。

故选BCD 。

三.实验题：（共18分）
14. 用图甲所示的电路，测定一节旧干电池的电动势和内阻；除电池、开关和导线外，可供使用的实验器材还有：
双量程电流表：A （量程0～0．6A ，0～3A ）；
双量程电压表：V （量程0～3V ，0～15V ）；
滑动变阻器：R 1（阻值范围0～10Ω，额定电流2A ）；
R 2（阻值范围0～100Ω，额定电流1A ）
①为了调节方便，测量精度更高，实验中应选用电流表的量程为A，电压表的量程为V，应选用滑动变阻器（填写滑动变阻器符号）．
②根据图甲将图乙中的实物正确连接，注意闭合开关时滑动变阻器的滑片P应处于正确的位置并选择正确的电表量程进行连线．
③通过多次测量并记录对应的电流表示数I和电压表示数U，利用这些数据在图丙中画出了U-I图线．由图线可以得出此干电池的电动势E= V（保留3位有效数字），内电阻r= Ω（保留2位有效数字）．
④引起该实验的系统误差的主要原因是
A．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小
B．由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流大
C．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压小
D．由于电流表的分压作用造成电压表读数总是比路端电压大
『答案』①0～0．6 ；0～3 V ；R1
② 1 ③1．45；1．3 ④A
『解析』（1）『1』『2』『3』一节干电池的电动势约为1.5V，则电压表选3V量程，应用伏安法测一节干电池电动势与内阻时，最大电流约为零点几安培，则电流表选择0．6A量程，为方便实验操作，滑动变阻器应选R1；
（2）『4』根据图甲所示电路图连接实物电路图，实物电路图如图所示．
（3）『5』『6』通过多次测量并记录对应的电流表示数I 和电压表示数U ，利用这些数据在图丙中画出了U -I 图线．电源U -I 图象与纵轴交点坐标值是电动势的测量值，图象斜率绝对值是电源内阻测量值．由图象可知，电动势测量值E =1．45V ，电源内阻1.450.8 1.30.5
U r I ∆-===Ω∆ （4）『7』由电路图可知，相对于电源来说电流表采用了外接法，由于电压表的分流产生了系统误差．引起该实验的系统误差的主要原因是由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比电源实际输出的电流小，故A 正确，BCD 错误；故选A ．
15. 在“描绘小灯泡伏安特性曲线的实验”中。

①为减小实验误差，方便调节，请在给定图中的A 、B 、C 、D 四个电路图，应选取的电路图是______；
A B. C. D. ②由实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图中b 线。

将该小灯泡与一干电池组成闭合回路，该电池两极间的电压随电路中电流的变化关系图线如图中a 线所示，则小灯泡与电池连接后的实际功率为______W ；若将这样的两个相同的灯泡并联后接在该电池上，则每只小灯泡的实际功率为______W 。

『答案』 (1). C (2). 0.72 0.27
『解析』
（1）『1』 描绘小灯泡伏安特性曲线要求电流或电压从零开始连续调节，故滑动变阻器应用分压式接法，由于灯泡的电阻较小，应采用电流表的外接法，测量误差较小。

故选C 。

（2）『2』 由图像可知，a 、b 图像的交点坐标值为1.2A ，0.6V ，则此时灯泡的实际功率 0.6V 1.2A 0.72W P UI ==⨯=
『3』 如图中a 线所示，设电路中的电流为I ,则有E U Ir =+
两个相同的灯泡并联后接在该电池上， 则有2E U Ir =+
图像中做出图线
图像和b 图像的交点坐标值为0.33A ，0.83V ，每只小灯泡的实际功率0.27W P UI ==实
四、计算说明题，本题共5小题，共43分。

解答时要写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。

只写出最后答案的不得分。

16. 如图所示，在水平向右场强为E 的匀强电场中，有一质量为m 、电荷量为q 的点电荷从A 点由静止释放，仅在由场力的作用下经时间t 运动到B 点．求：
（1）点电荷从A 点运动到B 点过程中电场力对点电荷做的功；
（2）A 、B 两点间的电势差．
『答案』（1）2222E q t m （2）22
2E qt m
『解析』
（1）设电荷受到的电场力为F ，运动的加速度为a ，在t 时间内运动的距离为s ，电场力对电荷做的功为W ，电荷向右做匀加速直线运动，则由牛顿第二定律有F=qE=ma ①
又s=12at 2 ②， W=Fs ③
联立①②③解得W=222
2E q t m
． （2）设A 、B 两点间的电势差为U AB ，则U AB =W/q ，将W=2222E q t m 代入可得U AB =222E qt m
． 17. 如图所示为一质谱仪的构造原理示意图，整个装置处于真空环境中，离子源N 可释放出质量相等、电荷量均为q 的离子。

离子的初速度很小，可忽略不计。

离子经S 1、S 2间电压为U 的电场加速后，从狭缝S 3进入磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向外的匀强磁场中，沿着半圆运动到照相底片上的P 点处，测得P 到S 3的距离为x 。

求：
(1)该种离子带正电还是负电；
(2)离子经电压为U 的电场加速后的动能；
(3)离子的质量。

『答案』(1)正电；(2)qU ；(3)22
8qB x m U
= 『解析』(1)根据离子在磁场中的偏转方向，结合左手定则可知，离子带正电。

(2)离子经S 1S 2间电压为U 的电场加速，根据动能定理k E qU =
(3)根据212qU mv = 解得2qU v m
= 离子进入磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，故2
v qvB m R
= 又12
R x = 解得22
8qB x m U
=
18. 一段粗细均匀的导体长为L ，横截面积为S ，如图所示，导体单位体积内的自由电子数为n ，电子电荷量为e ，通电后，电子定向运动的速度大小为v 。

(1)求该段导体自由电子的总个数N ；
(2)请用n 、e 、S 、v 表示流过导体的电流大小I ；
(3)若再在垂直导体的方向上加一个空间足够大的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，试根据导体所受安培力推导出导体中某一自由电子所受的洛伦兹力大小的表达式。

『答案』(1) nLS ；(2) I neSv =； (3)见解析
『解析』(1)该段导体自由电子的总个数N=nLS
(2)导体中的电流大小为q I t
= t 时间内长度为vt ，则其体积为vtS ，通过某一截面的自由电子数目为nSvt ，该时间内通过导体截面的电量为q nSvte = 所以I neSv =
(3)该导体处于垂直于它的匀强磁场中所受到的安培力F BIL = 得F BneSvL = 某一个电子所受的洛伦兹力为F f N
= N 为该导体中的自由电子个数N =nSL 得f Bev =
19. 如图所示，一对平行金属极板a 、b 水平正对放置，极板长度为L ，板间距为d ，极板间电压为U ，且板间存在垂直纸面磁感应强度为B 的匀强磁场（图中未画出）．一带电粒子以一定的水平速度从两极板的左端正中央沿垂直于电场、磁场的方向射入极板间，恰好做匀速直线运动，打到距离金属极板右端L 处的荧光屏MN 上的O 点．若撤去磁场，粒子仍能从极板间射出，且打到荧光屏MN 上的P 点．已知P 点与O 点间的距离为h ，不计粒子的重力及空气阻力．
（1）请判断匀强磁场的方向；
（2）求带电粒子刚进入极板左侧时的速度大小v ；
（3）求粒子的比荷（q m ）． 『答案』（1）磁场方向垂直纸面向里（2）v =U Bd （3）2223q Uh m B L d = 『解析』
（1）由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里． （2）带电粒子受力平衡，有qvB q
=U d 粒子进入极板时的速度v =U Bd
（3）带电粒子在两极板间运动时间t 1=
L v ，加速度qU a md = 带电粒子穿过电场时的侧移量2
2112122qUL y at mdv
== 带电粒子离开两极板间后做匀速直线运动的时间t 2=L v
带电粒子从极板右端射出时沿竖直方向的速度v y =1qUL at mdv =
带电粒子离开两极板间后在竖直方向的位移2
222y qUL y v t mdv
== 两次侧移量之和为h ，即：h =y 1+y 2=2
232qUL mdv
解得： 2223q Uh m B L d = 20. 如图所示，在水平向左、电场强度为E 的
匀强电场中，竖直固定着一根足够长的粗糙绝
缘杆，杆上套着一个质量为m 、带有电荷量q -的小圆环，圆环与杆间的动摩擦因数为μ。

(1)由静止释放圆环，圆环沿杆下滑，求圆环下滑过程中受到的摩擦力f 。

(2)若在匀强电场E 空间内再加上磁感应强度为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场，圆环仍由静止开始沿杆下滑。

求：
①圆环刚开始运动时加速度0a 的大小。

②圆环下滑过程中的最大动能k E 。

『答案』(1)qE μ(2)①mg qE m
μ- ②2222()2m qE mg q B μμ- 『解析』(1)在水平方向圆环受到的弹力N qE =
则摩擦力f μN μqE ==
(2)①圆环刚开始运动时不受洛伦兹力，因此摩擦力大小f qE μ= 在竖直方向，由牛顿第二定律0mg qE ma μ-= 解得0mg qE a m
μ-= ②当重力与滑动摩擦力平衡时，圆环速度最大，动能最大。

即m ()mg qE qv B μ=- 最大速度m qE mg v qB
μμ-= 最大动能2
2m 222
1()22k m qE mg E mv q B μμ-==。