江苏省姜堰中学2020-2021学年高二阶段测试物理试卷

江苏省姜堰中学2020至2021学年高二年级阶段测试一
物理学科试题
2020.10
一、单项选择题：本题共9小题，每小题3分，共27分．每小题只有一个选项符合题意．
1.首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是（）
A．安培和法拉第B．法拉第和特斯拉C．奥斯特和安培D．奥斯特和法拉第
2.如图，长直导线MN中通有恒定电流I，其正下方有矩形导线框abcd，导线框abcd与长直导线MN处
于同一竖直面内。

在下列情况中，导线框abcd中有感应电流产生的是（）
A．导线框以长直导线MN为轴转动B．导线框加速向右移动
C．导线框匀速向左移动D．导线框以cd边为轴转动
3.关于磁场，下列认识正确的是（）
A．公式
F
B
IL
说明磁感应强度B与F成正比，与IL成反比
B．磁感线总是由磁体的N极发出终止于磁体的S极
C．某点的磁场方向与放在该点的小磁针N极所受磁场力方向一定相同
D．若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零
4.关于电荷所受电场力和洛伦兹力，下列说法正确的是（）
A．电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用
B．电荷在电场中一定受电场力作用
C．电荷所受电场力方向一定与该处电场方向一致
D．电荷所受的电场力和洛伦兹力可能都对电荷做负功
5.在赤道附近沿东西方向水平放置一根导体棒，若棒中通以由西向东的电流，则此导体棒所受安培力的
方向为（）
A．向上B．向下C．向南D．向北
6.如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对2
1
H粒子进行加速，此时D形盒中磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U．忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法正确的是（）
A ．保持
B 、U 和T 不变，该回旋加速器可以加速质子 B ．只增大加速电压U ，21H 粒子获得的最大动能增大
C ．只增大加速电压U ，21H 粒子在回旋加速器中运动的时间变短
D ．回旋加速器只能加速带正电的粒子，不能加速带负电的粒子
7. 一根重为G 的金属棒中通以恒定电流，平放在倾角为30°的光滑斜面上，如图所示为截面图．当匀强磁场的方向垂直于斜面向上时，金属棒处于静止状态，此时金属棒对斜面的压力为F N1，安培力大小为F 1；保持磁感应强度的大小不变，将磁场的方向改为竖直向上时，适当调整电流大小，使金属棒再次处于平衡状态，此时金属棒对斜面的压力为F N2，安培力大小为F 2．下列说法正确的是（） A ．金属棒中的电流方向垂直纸面向外 B
．金属棒受到的安培力之比
123
F F = C ．调整后电流强度应比原来适当减小 D ．
N1N24
3
F F = 8. 如图，正六边形线框abcdef 由六根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点a 、b 与直流电源两端相接，已知导体棒ab 受到的安培力大小为F ，则整个线框abcdef 所受安培力的大小为 （） A ．2F
B ．1.2F
C ．0.5F
D ．0
9. 如图所示，在直角三角形abc 区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁
感应强度大小为B ，∠a ＝60°，∠b ＝90°，边长ab ＝L ．粒子源在b 点将带负电的粒子以大小、方向不同的速度射入磁场，已知粒子质量为m ，电荷量为q ，则在磁场中运动时间最长的粒子中，速度的最大值是（）
A ．qBL 2m
B ．qBL 3m
C ．3qBL 2m
D ．3qBL 3m
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分．每小题有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，错选或不答的得0分．
10. 穿过闭合回路的磁通量Φ随时间t 变化的图象分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于回路中产生的感应电动势的说法，正确的是（）
A ．图甲中回路产生的感应电动势恒定不变
B ．图乙中回路产生的感应电动势一直在变大
C ．图丙中回路在0～t 0时间内产生的感应电动势大于t 0～2t 0时间内产生的感应电动势
D ．图丁回路产生的感应电动势先变小再变大
11. 如图为某质谱仪的示意图，由竖直放置的速度选择器、偏转磁场构成．由三种不同粒子组成的粒子束以某速度沿竖直向下的方向射入速度选择器，该粒子束沿直线穿过底板上的小孔O 进入偏转磁场，最终三种粒子分别打在底板MN 上的P 1、P 2、P 3三点，已知底板MN 上下两侧的匀强磁场方向均垂直纸面向外，且磁感应强度的大小分别为B 1、B 2，速度选择器中匀强电场的电场强度的大小为E ，不计粒子的重力以及它们之间的相互作用，则（） A ．速度选择器中的电场方向向右，且三种粒子均带正电 B ．三种粒子从进入速度选择器到打在MN 上速度都不变 C ．如果三种粒子的电荷量相等，则打在P 1点的粒子质量最大
D ．如果三种粒子电荷量均为q ，且P 1、P 3的间距为Δx ，则打在P 1、P 3两点的粒子质量差为
122qB B x
E
12. 利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B 垂直于霍尔元件的表面向下，通入图示方向的电流I ，C 、D 两侧面会形成电势差U CD ．下列说法中不．正确．．
的是（） A ．霍尔元件上下表面的距离越大，U CD 越大
B ．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差U CD <0
C ．仅增大电流I 时，电势差U C
D 不变
D ．如果仅将霍尔元件改为电解质溶液，其它条件不变，电势差U CD 将变大
13. 如图所示，矩形区域abcd 内（包括边界）存在磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向外的匀强磁场，其中ab =3L ，bc =4L ．a 处有一正粒子源，沿ad 方向释放出相同比荷q
m
、速率不同的粒子，其速率范围为
5qBL qBL
v m m
．不考虑粒子间的相互作用，不计空气阻力和粒子的重力．下列判断正确的是（）
A．粒子在磁场中运动的最长时间为
m qB π
B．粒子在磁场中运动的最长时间为53 180
m
qB π
C．粒子在磁场中运动的最大位移为25L
D．粒子以
25
6
qBL
v
m
=的速度进入磁场时，粒子穿过磁场的位移最大
三、简答题：本题共2小题，共12分．请将解答填写在相应的位置．
14.电磁流量计主要由一个非磁性材料做成的直径为d的圆形管道和一个已知
磁感应强度为B的匀强磁场构成．现让此圆形管道垂直于磁场放置．请回答
下列问题：
（1）要测出管中流体的流量，还需测量的物理量有：▲．
（2）用所给的和测得的物理量写出流量的表达式：▲．
15.如图所示为一种电流表的原理示意图．质量为m的匀质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬
挂的绝缘弹簧相连，弹簧的劲度系数为k．在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外．与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读
数，MN的长度大于ab．当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与
矩形区域的cd边重合；当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流大小．
（1）当电流表示数为零时，弹簧伸长为（重力加速度为g）▲．
（2）若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接?▲．
（3）若k=2.0N/m，ab=0.20m，cb=0.050m，B=0.20T，此电流表的量程为（不计通电时MN中电流产生的磁场）▲．
（4）接第（3）小题，若欲将量程扩大2倍，则磁感应强度应变为▲．
四、计算论述题：本题共4小题，共45分．解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．
16.（9分）如图所示，匝数为n的矩形线圈，ab边长为L．bc边长为2L，整个线圈的质量为m．现将线
圈放置于光滑水平面上，且恰有一半处于磁感应强度为B的竖直匀强磁场中，
ab边与磁场边界平行．
（1）求此时穿过线圈的磁通量；
（2）若线圈固定，匀强磁场的磁感应强度在t秒内由B均匀减为0，求线圈
中产生的感应电动势；
（3）若线圈可自由运动，线圈中通以稳恒电流I，求在图示状态线圈的瞬时加速度大小．
17.（9分）已知质量为m的带电液滴，以速度v垂直射入竖直向下的电场强度为E的匀强电场和水平向
里的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，液滴刚好能在此空间竖直平面内做匀速圆周运动．已知重力加速度为g，求：
（1）液滴所带电荷量及电性；
（2）液滴做匀速圆周运动的半径；
（3）撤去电场，液滴仍以速度v从左边界垂直射入，当液滴在竖直方向的位移大小为h时液滴的速度大小．
18.（12分）直角坐标系xOy位于竖直平面内，在第一象限存在磁感应强度B=0.1T、方向垂直于纸面向里、
边界为矩形的匀强磁场．现有一束比荷为q
m
=108 C / kg带正电的离子，从磁场中的A3m，0）
沿与x轴正方向成θ=60°角射入磁场，速度大小v0≤1.0×10 6m/s，所有离子经磁场偏转后均垂直穿过y 轴的正半轴，不计离子的重力和离子间的相互作用．
（1）求速度最大的离子在磁场中运动的轨道半径；
（2）求矩形有界磁场区域的最小面积；
（3）若在x>0区域都存在向里的磁场，离子仍从A点以v03
×10 6 m/s垂直于磁场向各个方向均匀
发射，求y轴上有离子穿出的区域长度和能打到y轴的离子占所有离子数的百分比．
19. （15分）如图甲所示，在直角坐标系中的0≤x ≤L 区域内有沿y 轴正方向的匀强电场，右侧有以点（2L ，
0）为圆心、半径为L 的圆形区域，与x 轴的交点分别为M 、N ，在xOy 平面内，从电离室产生的质量为m 、带电量为e 的电子以几乎为零的初速度从P 点飘入电势差为U 的加速电场中，加速后经过右侧极板上的小孔Q 点沿x 轴正方向进入匀强电场，已知O 、Q 两点之间的距离为2
L
，飞出电场后从M 点进入圆形区域，不考虑电子所受的重力．
（1）求0≤x ≤L 区域内电场强度E 的大小和电子从M 点进入圆形区域时的速度v M ；
（2）若圆形区域内加一个垂直于纸面向外的匀强磁场，使电子穿出圆形区域时速度方向垂直于x 轴，求所加磁场磁感应强度B 的大小和电子在圆形区域内运动的时间t ；
（3）若在电子从M 点进入磁场区域时，取t ＝0，在圆形区域内加如图乙所示变化的磁场（以垂直于纸面向外为正方向），最后电子从N 点飞出，速度方向与进入圆形磁场时方向相同，请写出磁场变化周期T 满足的关系表达式（图中B 0为未知量）．
江苏省姜堰中学2020至2021学年高二年级阶段测试一
物理学科参考答案
一、单项选择题：本题共9小题，每小题3分，共27分．每小题只有一个选项符合题意．
1．D 2.D 3．C 4．B 5．A 6．C7.B 8．B 9.D
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分．每小题有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，错选或不答的得0分．
10．CD 11．AD 12．ACD 13．AD
三、简答题：本题共2小题，共12分．请将解答填写在相应的位置．
14．⑴M 、N 之间的电压U ．⑵4DU B π
15．⑴
mg
k
⑵M ⑶2.5 A ⑷0.10T 四、计算论述题：本题共4小题，共45分．解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．
16.⑴2
BL ⑵2nBL t ⑶nBIL
m
17. ⑴液滴带负电，由于mg ＝qE
解得q ＝mg
E
①
⑵带电液滴在复合场中做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供qvB ＝m v 2
r ②
①②两式联立解得Ev r gB
= 22v gh +
18.⑴根据洛伦兹力提供向心力有20
v qvB m R
=
代入数据解得R =0.1m ；
⑵如图1所示，根据几何关系可知，速度最大的离子在磁场中运动的圆心在y 轴上的B （0，
1
20
m ）
点，离子从C 点垂直穿过y 轴，所有离子均垂直穿过y 轴，即速度偏向角相等，AC 连线应该是磁场的边界，满足题意的矩形如图1所示，根据几何关系可得矩形长为
3
cos OA θ＝ 宽为R -R cosθ＝120
m 则面积为23200
S =
⑶根据洛伦兹力提供向心力有20v qvB m R =解得3
R =
临界1，根据图2可得，与x 轴成30°角射入的离子打在y 轴上的B 点，AB 为直径，所以B 点位y 轴上有离子经过的最高点，根据几何知识可得OB =
3
20
m ； 临界2：根据图2可得，沿着x 轴负方向射入磁场中的离子与y 轴相切与C 点，所以C 点为y 轴有离子打到的最低点，根据几何知识有OC 3m 所以y 轴上B 点至C 点之间的区域有离子穿过，且长度为33
BC +=
根据图3可得，沿着x 轴正方向逆时针转到x 轴负方向的离子均可打在y 轴上，故打在y 轴上的离子占所有离子数的50%．
19.⑴在加速电场中，从P 点到Q 点由动能定理得：2
012
eU mv =
可得02eU
v m
=
电子从Q 点到M 点，做类平抛运动， x 轴方向做匀速直线运动，02L m t v eU
==y 轴方向做匀加速直线运动，2122L eE t m
=⨯ 由以上各式可得：2U
E L
=
电子运动至M 点时：2
20
()M Ee v v t m =+2M eU
v m
=
设v M 的方向与x 轴的夹角为θ，02cos M v v θ=
θ＝45°． ⑵如图甲所示，电子从M 点到A 点，做匀速圆周运动，因O 2M ＝O 2A ，O 1M ＝O 1A ，且O 2A ∥MO 1，所以四边形MO 1AO 2为菱形，即R ＝L
由洛伦兹力提供向心力可得：2
M
M v ev B m R
=
即2M mv mU
B eR L e
=
3348M R
L m t v eU
ππ==． ⑶电子在磁场中运动最简单的情景如图乙所示，在磁场变化的半个周期内，粒子的偏转角为90°，根据几何知识，在磁场变化的半个周期内，电子在x 2R '，即222R L '=
因电子在磁场中的运动具有周期性，如图丙所示，电子到达N 点且速度符合要求的空间条件为：2(2)2n R L '=（n ＝1，2，3，…）
电子在磁场中做圆周运动的轨道半径0
M
mv R eB '= 解得：022n emU
B =
（n ＝1，2，3，…） 电子在磁场变化的半个周期内恰好转过1
4
圆周，同时在MN 间的运动时间是磁场变化周期的整数倍时，
可使粒子到达N 点且速度满足题设要求，应满足的时间条件是0142
T
T =
又00
2m
T eB π=
则T 的表达式为22T n emU
=n ＝1，2，3，…）．。