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正文內(nèi)容

江蘇省宿遷市20xx-20xx學(xué)年高二物理上學(xué)期期末模擬試卷含解析1-閱讀頁

2024-12-20 12:45本頁面
  

【正文】 強度大小 B隨時間 t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中 T0= .設(shè)小球在運動過程中電荷量保持不變,對原磁場的影響可忽略. ( 1)在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi),小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力,求小球的速度大小 v0; ( 2)在豎直向下的磁感應(yīng)強度增大過程中,將產(chǎn)生渦旋電場,其電場線是在水平面內(nèi)一系列沿逆時針方向的同心圓,同一條電場線上 各點的場強大小相等.試求 t=T0到 t=時間內(nèi): ① 細(xì)管內(nèi)渦旋電場的場強大小 E; ② 電場力對小球做的功 W. 【考點】 電磁場;電場強度;電磁波的產(chǎn)生. 【專題】 壓軸題. 【分析】 ( 1)在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi),小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力,說明洛倫茲力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律列式求解; ( 2) ① 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求解出感應(yīng)電動勢,再進(jìn)一步計算電場強度; ② 先根據(jù)牛頓第二定律求解加速度,計算出路程,再求解電場力的功. 【解答】 解:( 1)在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi),小球不受細(xì)管側(cè)壁的作用力,說明洛倫茲力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律,有 解得 v0= ( 2) ① 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動勢為: 電勢差與電場強度的關(guān)系,有: U=E?2πr 由上面兩式解得 E= 其中: 故: E= ② 電場力為: F=Eq= ; 根據(jù)牛頓第二定律,有 F=ma 解得 物體的末速度為: = 根據(jù)動能定理,電場力做的功為: W= = ; 答:( 1)在 t=0到 t=T0這段時間內(nèi),小球的速度大小為 ; ( 2)在 t=T0到 t=: ① 細(xì)管內(nèi)渦旋電場的場強大小 E為 ; ② 電場力對小球做的功 W為 . 【點評】 本題是有關(guān)感應(yīng)加速器的問題,感生電場的電場力做正功,電場力是恒定大小的力,電荷速率隨著時間均勻增加,結(jié)合動能定理、電勢差與電場強度的 關(guān)系公式、牛頓第二定律列式求解. 14.( 12分)( 2021秋 ?宿遷校級期末)如圖所示,兩根等高光滑的 圓弧軌道,半徑為 r、間距為 L,軌道電阻不計.在軌道頂端連有一阻值為 R的電阻,整個裝置處在一豎直向上的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為 B.現(xiàn)有一根長度稍大于 L、質(zhì)量為 m、電阻不計的金屬棒從軌道的頂端 ab處由靜止開始下滑,到達(dá)軌道底端 cd時受到軌道的支持力為 2mg.整個過程中金屬棒與導(dǎo)軌電接觸良好,求: ( 1)棒到達(dá)最低點時的速度大小和通過電阻 R的電流. ( 2)棒從 ab下滑到 cd過程中回路中產(chǎn)生的焦耳熱和通過 R的電荷量. 【考點】 導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢;電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化. 【專題】 計算題;定量思想;尋找守恒量法;電磁感應(yīng) —— 功能問題. 【分析】 ( 1)金屬棒在 cd端時由重力和軌道的支持力的合力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律求出棒到達(dá)最低點時的速度.由 E=BLv求出感應(yīng)電動勢,再由歐姆定律求通過 R的電流. ( 2)根據(jù)能量守恒定律求回路中產(chǎn)生的焦耳熱.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律和電量公式推導(dǎo)出電量 表達(dá)式 q= ,來求通過 R的電荷量. 【解答】 解:( 1)棒到達(dá)最低點時,根據(jù)牛頓第二定律得 N﹣ mg=m 由題得 N=2mg 可得 v= 棒經(jīng)過最低點時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 E=BLv=BL 通過電阻 R的電流 I= = ( 2)棒從 ab下滑到 cd過程中回路中,根據(jù)能量守恒得: 產(chǎn)生的焦耳熱 Q=mgr﹣ = mgr 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得: = 感應(yīng)電流的平均值 = 通過 R的電荷量 q= △t 聯(lián)立得 q= , 又 △Φ=BLr 所以可得 q= 答: ( 1)棒到達(dá)最低點時的速度大小是 ,通過電阻 R的電流是 . ( 2)棒從 ab下滑到 cd過程中回路中產(chǎn)生的焦耳熱為 mgr,通過 R的電荷量是 . 【點評】 本題是電磁感應(yīng)與力學(xué)知識的綜合,要正確分析能量是如何轉(zhuǎn)化的,熟練推導(dǎo)出感應(yīng)電荷量經(jīng)驗公式 q= ,要注意 R是回路中總的電阻. 15.( 14分)( 2021?徐州二模)如圖所示,光滑導(dǎo)軌 MN和 PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距為 L,兩端分別接有阻值均為 R的定值電阻 R1和 R2.兩導(dǎo)軌間有一邊長為 的正方形區(qū) 域 abcd,該區(qū)域內(nèi)有方向豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為 B.一質(zhì)量為 m的金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好并靜止于 ab處,現(xiàn)用一恒力 F沿水平方向拉桿,使之由靜止起向右運動,若桿出磁場前已做勻速運動,不計導(dǎo)軌及金屬桿的電阻.求: ( 1)金屬桿出磁場前的瞬間流過 R1的電流大小和方向; ( 2)金屬桿做勻速運動時的速率; ( 3)金屬桿穿過整個磁場過程中 R1上產(chǎn)生的電熱. 【考點】 導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢;能量守恒定律;閉合電路的歐姆定律. 【專題】 電磁感應(yīng) —— 功能問題. 【分析】 ( 1)桿出磁場前已做勻速運動,恒力 F與安培力平衡,由安培力公式 F=BIL和平衡條件求解; ( 2)桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E=Bv ,又根據(jù)閉合歐姆定律得到 E=I ,聯(lián)立可求得速度 v; ( 3)金屬桿穿過整個磁場過程中, F做功為 F ,桿獲得的動能為 ,根據(jù)能量守恒定律求解回路中產(chǎn)生 的總熱量,根據(jù)兩個電阻并聯(lián)求解 上產(chǎn)生的電熱. 【解答】 解:( 1)設(shè)流過金屬桿中的電流為 I,由平衡條件得: F=BI 解得, I= 因 = ,所以流過 的電流大小為 I1= = 根據(jù)右手定則判斷可知,電流方向從 M到 P. ( 2)設(shè)桿做勻速運動的速度為 v,由法拉第電磁感應(yīng)定律得: 桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為 E=Bv 又根據(jù)閉合歐姆定律得到 E=I , 可解得 v= ( 3)設(shè)整個過程電路中產(chǎn)生的總電熱為 Q,根據(jù)能 量守恒定律得: Q=F ﹣ 代入 v可得 Q= ﹣ ∴Q 1= Q= ﹣ 答: ( 1)金屬桿出磁場前的瞬間流過 的電流大小為 ,方向從 M到 P; ( 2)金屬桿做勻速運動時的速率是 ; ( 3)金屬桿穿過整個磁場過程中 上產(chǎn)生的電熱是 ﹣ . 【點評】 本題是電磁感應(yīng)中電路問題,掌握安培力公式、閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律是基礎(chǔ). 16.( 15分)( 2021?江蘇) 1932年,勞倫斯和利文斯設(shè)計出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如圖所示,置于高真空中的 D形金屬盒半徑為 R,兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過的時間可以忽略不計.磁感應(yīng)強度為 B的勻強磁場與盒面垂直. A處粒子源產(chǎn)生的粒子,質(zhì)量為 m、電荷量為 +q,在加速器中被加速,加速電壓為 U.加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用. ( 1)求粒子第 2次和第 1次經(jīng)過兩 D形盒間狹縫后軌道半徑之比; ( 2)求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時間 t; ( 3)實際使用中,磁感應(yīng)強度和加 速電場頻率都有最大值的限制.若某一加速器磁感應(yīng)強度和加速電場頻率的最大值分別為 Bm、 fm,試討論粒子能獲得的最大動能 Ekm. 【考點】 質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理;動能定理. 【專題】 壓軸題;帶電粒子在復(fù)合場中的運動專題. 【分析】 ( 1)狹縫中加速時根據(jù)動能定理,可求出加速后的速度,然后根據(jù)洛倫茲力提供向心力,推出半徑表達(dá)式; ( 2)假設(shè)粒子運動 n圈后到達(dá)出口,則加速了 2n次,整體運用動能定理,再與洛倫茲力提供向心力,粒子運動的固有周期公式聯(lián)立求解; ( 3) Bm對應(yīng)粒子在磁場中運動可提供的最大頻率, fm對應(yīng)加速電場可提供的最大頻率,選兩者較小者,作為其共同頻率,然后求此頻率下的最大動能. 【解答】 解:( 1)設(shè)粒子第 1次經(jīng)過狹縫后的半徑為 r1,速度為 v1 qU= mv12 qv1B=m 解得 同理,粒子第 2次經(jīng)過狹縫后的半徑 則 . ( 2)設(shè)粒子到出口處被加速了 n圈 解得 . ( 3)加速電場的頻率應(yīng)等于粒子在磁場中做圓周運動的頻率,即 當(dāng)磁場感應(yīng)強度為 Bm時,加速電場的頻率應(yīng)為 粒子的動能 當(dāng) fBm≤f m時,粒子的最大動能由 Bm決定 解得 當(dāng) fBm≥f m時,粒子的最大動能由 fm決定 vm=2πf mR解得 答:( 1) r2: r1= : 1 ( 2) t= ( 3)當(dāng) fBm≤f m時, EKm= ;當(dāng) fBm≥f m時,EKm= . 【點評】 此題是帶電粒子在復(fù)合場中運動與動能定理的靈活應(yīng)用,本題每一問都比較新穎,需要學(xué)生反復(fù)琢磨解答過程. 17.( 15分)( 2021?南京模擬)如圖所示,在紙面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系 xOy,以第 Ⅲ 象限內(nèi)的直線 OM(與負(fù) x軸成 4517
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