中學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)學(xué)術(shù)能力2023-2024學(xué)年高三上學(xué)期9月診斷性測(cè)試物理試題（含答案）

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物理試卷

本試卷共100分，考試時(shí)間90分鐘。

一、單項(xiàng)選擇題：本題共8小題，每小題3分，共24分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，請(qǐng)你選出正確選項(xiàng)。

1.2023年11月10日，我國(guó)“奮斗者”號(hào)載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10909m?！皧^斗者”號(hào)照片如圖所示。下列情況中“奮斗者”號(hào)可視為質(zhì)點(diǎn)的是（）

A.估算下降總時(shí)間時(shí)B.用推進(jìn)器使其轉(zhuǎn)彎時(shí)

C.在海溝中穿越窄縫時(shí)D.科學(xué)家在其艙內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)

2.波源O垂直于紙面做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，所激發(fā)的橫波在均勻介質(zhì)中沿紙面向四周傳播。圖甲為該簡(jiǎn)諧波在時(shí)的俯視圖，實(shí)線圓表示波峰，虛線圓表示波谷，相鄰兩個(gè)實(shí)線圓之間僅有1個(gè)虛線圓。該介質(zhì)中某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖像如圖乙所示，取垂直紙面向外為正方向。下列說(shuō)法正確的是（）

A.該波的波速為30cm/sB.圖甲中質(zhì)點(diǎn)P和Q的相位差為

C.圖甲中質(zhì)點(diǎn)N在該時(shí)刻速度方向垂直紙面向里D.圖乙可能是質(zhì)點(diǎn)N的振動(dòng)圖像

3.宇宙射線中的中子被空氣中的氮核俘獲會(huì)生成具有放射性的碳14，碳14又可衰變?yōu)榈?4，由于這兩個(gè)過(guò)程的進(jìn)行，地表處碳14是恒定的，因此在活的動(dòng)植物體內(nèi)碳14的含量有一定的比例，動(dòng)植物死亡后不再吸收碳，碳14的含量隨著時(shí)間減少。活著的有機(jī)體中，碳14對(duì)碳12的比與大氣中是相同的，約為。有機(jī)體死亡后，由于碳14的衰變，其含量就不斷減少。因此，考古人員測(cè)量出土古生物體遺骸中每1g碳中現(xiàn)有的碳14含量，就可以根據(jù)碳14的半衰期（年）推知該生物體的死亡年代。現(xiàn)測(cè)知某一古墓中1g碳中所含碳14為，試估測(cè)墓主大約是多少年前死亡的（）

A.約七十年B.約七百年C.約七千年D.約七萬(wàn)年

4.湖北武當(dāng)山的主峰天柱峰屹立著一座光耀百里的金殿，全部為銅鑄鎏金。雷雨交加時(shí)，金殿的屋頂常會(huì)出現(xiàn)盆大的火球，來(lái)回滾動(dòng)。雨過(guò)天晴時(shí)，大殿金光燦燦，像被重新洗煉過(guò)一般，這就是人們所說(shuō)的“雷火煉殿”。已知電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)時(shí)，空氣將被擊穿發(fā)生放電。關(guān)于“雷火煉殿”，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.帶電烏云移到金殿上空時(shí)，烏云與金殿頂部之間會(huì)存在電勢(shì)差

B.雷雨天氣時(shí)，游客躲在殿內(nèi)，可以降低被雷電擊中的可能性

C.雷雨天氣時(shí)，金殿屋頂上曲率半徑越大的地方，空氣越容易被擊穿

D.近年來(lái)金殿安裝了避雷針，“雷火煉殿”的奇觀消失了

5.為研究滑動(dòng)變阻器對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，某同學(xué)選擇限流電路后，分別用最大阻值是、、的三種滑動(dòng)變阻器做限流電阻。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片由一端向另一端移動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別做出電壓表讀數(shù)U隨滑片移動(dòng)距離x的關(guān)系曲線a、b、c，如圖所示。該同學(xué)希望待測(cè)電阻兩端電壓需要有較大的調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)操作還要盡量方便，則（）

A.最大阻值為的滑動(dòng)變阻器做實(shí)驗(yàn)得到的圖線是a，應(yīng)選用a對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)變阻器

B.最大阻值為的滑動(dòng)變阻器做實(shí)驗(yàn)得到的圖線是a，應(yīng)選用b對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)變阻器

C.最大阻值為的滑動(dòng)變阻器做實(shí)驗(yàn)得到的圖線是b，應(yīng)選用b對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)變阻器

D.最大阻值為的滑動(dòng)變阻器做實(shí)驗(yàn)得到的圖線是c，應(yīng)選用a對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)變阻器

6.定義“另類加速度”，A不變的運(yùn)動(dòng)稱為另類勻變速運(yùn)動(dòng)。若物體運(yùn)動(dòng)的A不變，則稱物體做另類勻變速運(yùn)動(dòng)。如圖所示，光滑水平面上一個(gè)正方形導(dǎo)線框以垂直于一邊的速度穿過(guò)一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域（磁場(chǎng)寬度大于線框邊長(zhǎng)）。導(dǎo)線框電阻不可忽略，但自感可以忽略不計(jì)。已知導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前速度為，穿出磁場(chǎng)后速度為。下列說(shuō)法中正確的是（）

A.線框在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，做勻變速運(yùn)動(dòng)

B.線框在進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，其另類加速度A是變化的

C.線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度為

D.線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度為

7.類比是一種常用的研究方法。在研究雨滴下落的問(wèn)題時(shí)，我們建立如下的力學(xué)模型：假定質(zhì)量為m的雨滴受到的空氣阻力，比例系數(shù)為k，由靜止下落的雨滴將做變速運(yùn)動(dòng)。取雨滴剛要下落的瞬間為，為了研究速度v與時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系，可以列出牛頓第二定律：，即速度v總滿足：。在研究自感現(xiàn)象時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻可忽略不計(jì)的直流電源與電阻為R的小燈泡、自感線圈L連成閉合回路，如圖甲所示。取開(kāi)關(guān)剛閉合的瞬間為，為了研究電路中的電流i與時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系，也可以根據(jù)自感電動(dòng)勢(shì)滿足的規(guī)律列出下列方程：。兩個(gè)方程形式類似，這說(shuō)明函數(shù)與函數(shù)都遵循相似的數(shù)學(xué)規(guī)律。因此就可以通過(guò)我們熟悉的雨滴下落過(guò)程中的一些結(jié)論來(lái)研究自感現(xiàn)象。根據(jù)以上材料，判斷下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（）

A.雨滴下落的過(guò)程中，時(shí)；在圖甲所示的電路中，時(shí)

B.雨滴下落的過(guò)程中，最大速度；在圖甲所示的電路中，最大電流

C.雨滴下落的過(guò)程中，隨著速度不斷增大，加速度不斷減??；在圖甲所示的電路中，隨著電流不斷增大，電流隨時(shí)間的變化率不斷減小

D.圖乙所示的電路只是把圖甲中的自感線圈L換成電容C，其他條件都不變，則電容器兩端的電壓與時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系也滿足如下方程：

8.量子通信和量子計(jì)算最近取得了較大進(jìn)展，也受到了社會(huì)的廣大關(guān)注。我國(guó)在量子信息領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。2023年8月，我國(guó)的量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射成功，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信提供了有利條件。2023年3月，我國(guó)科學(xué)家創(chuàng)造了509公里光纖量子通信新記錄。2023年12月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)宣布該校潘建偉等人成功構(gòu)建76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，這一突破使我國(guó)成為全球第二個(gè)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國(guó)家。量子通信和量子計(jì)算都用到了量子力學(xué)里有趣的“量子糾纏”現(xiàn)象。該理論認(rèn)為，若兩個(gè)有量子特性的微觀粒子在相互作用后，共同處于一個(gè)確定的量子態(tài)上，其性質(zhì)就可以用一個(gè)統(tǒng)一的波函數(shù)描述。如果觀察者對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行測(cè)量后，可以立即對(duì)另一個(gè)的狀態(tài)做出推測(cè)。一對(duì)處于糾纏態(tài)的微觀粒子，即使分離很遠(yuǎn)的空間距離，只要它們都不與周圍其他粒子發(fā)生相互作用，那么這對(duì)粒子將一直處于糾纏態(tài)。請(qǐng)根據(jù)以上材料，判斷下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.在宏觀世界，不容易觀察到量子糾纏現(xiàn)象，是因?yàn)榱Ｗ尤菀着c環(huán)境發(fā)生相互作用，導(dǎo)致糾纏很快消失

B.借助于量子通信，可以幫人們實(shí)現(xiàn)超光速的信息傳遞

C.使用量子衛(wèi)星進(jìn)行通信，可以有效減少光子在傳播時(shí)穿過(guò)的大氣層的厚度，從而減少大氣層帶來(lái)的不利影響

D.“九章”之所以取得比經(jīng)典計(jì)算機(jī)快得多的運(yùn)算速度，是因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)用到了波函數(shù)的疊加和干涉

二、多項(xiàng)選擇題：本題共4小題，每小題4分，共16分。每小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)得4分，選對(duì)但選不全得2分，有選錯(cuò)的得0分。

9.在牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律100多年以后的1789年，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許巧妙運(yùn)用如圖所示的扭秤裝置，第一次在實(shí)驗(yàn)室比較精準(zhǔn)的測(cè)出了引力常量G。堅(jiān)固的T形支架倒掛在石英絲的下端，當(dāng)石英絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變時(shí)的扭轉(zhuǎn)力矩。T形支架兩端各固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，兩個(gè)小球與對(duì)應(yīng)大球的連線與桿垂直，且在水平面內(nèi)。豎直部分固定一個(gè)小平面鏡。實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩個(gè)質(zhì)量為的大球分別置于兩個(gè)小球附近，它們跟小球間的距離都為r，水平桿的長(zhǎng)度為l。下列說(shuō)法正確的是（）

A.最終穩(wěn)定時(shí)，石英絲旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度與r成反比

B.對(duì)于任意參考點(diǎn)來(lái)說(shuō)，兩個(gè)萬(wàn)有引力的合力矩的大小和方向都相同

C.此實(shí)驗(yàn)靈活的運(yùn)用了放大微小量的思想

D.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，T形支架的質(zhì)量應(yīng)該盡量大一些

10.金屬中的自由電子好像氣體一樣，當(dāng)溫度不均勻時(shí)會(huì)在金屬棒內(nèi)部產(chǎn)生熱擴(kuò)散。熱擴(kuò)散作用等效于一種非靜電力，它在棒內(nèi)能形成一定的電動(dòng)勢(shì)，稱為湯姆遜電動(dòng)勢(shì)。如圖所示，金屬左側(cè)連接高溫?zé)嵩?，保持溫度為，右?cè)連接低溫?zé)嵩?，保持溫度為（）。這相當(dāng)于一個(gè)電源。則（）

A.端相當(dāng)于電源的正極，端相當(dāng)于電源的負(fù)極

B.端相當(dāng)于電源的正極，端相當(dāng)于電源的負(fù)極

C.該電源是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

D.當(dāng)該電源放電時(shí)，非靜電力對(duì)電子做正功

11.如圖是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，O點(diǎn)是滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)，變阻器阻值隨滑片位置均勻變化。用某單色光照射時(shí)，能夠發(fā)生光電效應(yīng)。若電源電動(dòng)勢(shì)為20V，內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器長(zhǎng)為10cm，當(dāng)滑片P距離a端4cm時(shí)，微安表示數(shù)恰為0，則（）

A.當(dāng)劃片P從此位置向左滑動(dòng)時(shí)，微安表有電流B.當(dāng)劃片P從此位置向右滑動(dòng)時(shí)，微安表有電流

C.光電子最大初動(dòng)能為2eVD.光電子最大初動(dòng)能為8eV

12.在晴朗的夜晚，把相機(jī)固定在合適的位置，將各個(gè)時(shí)刻的星空照片持續(xù)拍攝下來(lái)，后期處理時(shí)，將這些照片重疊合放在一起，就可以觀察到星星們劃過(guò)夜空的軌跡，這就是星軌圖。已知地軸的延長(zhǎng)線通過(guò)北極星附近。如圖，是在北京拍攝的星軌圖。關(guān)于星軌圖，下列說(shuō)法正確的是（）

A.星星在夜空中留下圓形軌道，表明一切天體都圍繞地球旋轉(zhuǎn)，地球是宇宙的中心

B.把所有星星的星軌圖補(bǔ)充完整，會(huì)近似得到一系列同心圓，其圓心在北極星附近

C.若同一天在南京拍攝，則同一顆星星的星軌半徑幾乎不變

D.測(cè)得某星星的圓弧形星軌對(duì)應(yīng)的圓心角為，則該照片連續(xù)拍攝的時(shí)間約為20分鐘

三、非選擇題：本題共6小題，共60分。

13.（6分）為了驗(yàn)證楞次定律，老師把很輕的薄鋁環(huán)A、B分別吊在絕緣細(xì)桿的兩端，桿可繞中間豎直軸在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)A是閉合的，環(huán)B是斷開(kāi)的。

（1）老師用磁鐵極分別接近和遠(yuǎn)離這兩個(gè)圓環(huán)，發(fā)現(xiàn)______。

A.磁鐵N極接近A環(huán)時(shí)，A環(huán)被吸引，而后被推開(kāi)

B.磁鐵N極遠(yuǎn)離A環(huán)時(shí)，A環(huán)被排斥，而后隨磁鐵運(yùn)動(dòng)

C.用磁鐵N極接近B環(huán)時(shí)，B環(huán)被推斥，遠(yuǎn)離磁鐵運(yùn)動(dòng)

D.用磁鐵的任意一磁極接近A環(huán)時(shí)，A環(huán)均被排斥

（2）甲同學(xué)想重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他沒(méi)有找到鋁環(huán)，于是想用鐵環(huán)替代，請(qǐng)問(wèn)這樣做是否可以？為什么？

（3）乙同學(xué)把一個(gè)較厚的鋁條彎成帶缺口的鋁環(huán)，缺口很窄，替換原有的環(huán)B，調(diào)整平衡后，用一塊磁性很強(qiáng)的磁鐵靠近有缺口的鋁環(huán)，發(fā)現(xiàn)鋁環(huán)被微微推開(kāi)了一小段距離，試解釋其中的原因。

14.（10分）

（1）用如圖14-1所示的多用電表測(cè)量電阻，要用到選擇開(kāi)關(guān)K和兩個(gè)部件S、T。

圖14-1

①請(qǐng)將以下測(cè)量步驟補(bǔ)充完整：

a.旋動(dòng)部件______，使指針對(duì)準(zhǔn)電流的“0”刻線。

b.將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“”的位置。

c.將插入“＋”、“－”插孔的表筆短接，旋動(dòng)部件______，使指針對(duì)準(zhǔn)電阻的______（填“0刻線”或“刻線”）。

②將兩表筆分別與待測(cè)電阻相接，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)小。為了得到比較準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，請(qǐng)從下列選項(xiàng)中挑出合理的步驟，并按______的順序進(jìn)行操作，再完成讀數(shù)測(cè)量。

A.將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“”的位置

B.將K旋轉(zhuǎn)到電阻擋“”的位置

C.將兩表筆的金屬部分分別與被測(cè)電阻的兩根引線相接

D.將兩表筆短接，旋動(dòng)合適部件，對(duì)電表進(jìn)行校準(zhǔn)

（2）圖14-2為表頭改裝歐姆表的原理示意圖。表頭的量程為，內(nèi)阻為，電源電動(dòng)勢(shì)，內(nèi)阻為，R為變阻器，最大阻值為。

圖14-2

①由上述條件可知，改裝后該表盤的正上都所標(biāo)記的待測(cè)電阻阻值應(yīng)為_(kāi)_____，若該表盤正上都刻線標(biāo)記數(shù)字為，則按上述方式直接改裝得到的應(yīng)是該歐姆表的______擋（填寫(xiě)“”、“”、“”或“”）。

②若通過(guò)改變歐姆表內(nèi)部電源的電動(dòng)勢(shì)來(lái)更換擋位，則要得到“”擋，需將電源電動(dòng)勢(shì)調(diào)整至______V。

③此歐姆表使用一段時(shí)間后，電源內(nèi)阻明顯增大，電動(dòng)勢(shì)不變，但仍可進(jìn)行歐姆調(diào)零。此時(shí)用歐姆表測(cè)電阻，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量值______（填寫(xiě)“偏大”、“偏小”或“無(wú)影響”）。

④如圖14-3所示，發(fā)光二極管是電子線路中常用的元件，一般作為指示燈使用。其“長(zhǎng)腳”為正極，“短腳”為負(fù)極。當(dāng)電流正向流經(jīng)發(fā)光二極管時(shí)（從正極流入），其電阻較小，可以發(fā)光。現(xiàn)利用歐姆表測(cè)量發(fā)光二極管電阻，發(fā)現(xiàn)二極管可以發(fā)光，則可知紅表筆連接二極管的______（填寫(xiě)“長(zhǎng)腳”或“短腳”）。

圖14-3

15.（7分）如圖所示，山腳下有一個(gè)迫擊炮，炮彈的發(fā)射角，發(fā)射速率為150m/s，炮彈擊中傾角的山坡上的目標(biāo)。g取，忽略一切阻力。

（1）若以O(shè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向左為x軸正方向，豎直向上為y軸正方向，求炮彈的軌跡方程。

（2）求炮彈著地點(diǎn)到發(fā)射點(diǎn)的距離OA。

16.（11分）能量是物理學(xué)中的重要概念，從能量角度切入，可以幫我們更深入地理解問(wèn)題。在電路這一章的學(xué)習(xí)中尤其如此。在電路中，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程就是電流做功的過(guò)程，電流做功本質(zhì)上是導(dǎo)體中恒定電場(chǎng)的電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的自由電荷做功。如圖16-1所示，截取某段電路，其兩端A、B之間的電壓為U，電路中電流為I，A和B之間接有用電器，電路狀態(tài)穩(wěn)定，電荷分布不隨時(shí)間變化。已知電子的帶電量為－e。

圖16-1圖16-2

（1）電場(chǎng)力對(duì)自由電荷做功，驅(qū)使自由電荷定向移動(dòng)形成電流，進(jìn)而使用電器工作。用電器消耗的電能即為自由電荷減少的電勢(shì)能。請(qǐng)從這一角度證明：用電器消耗電能的功率為。

（2）若A、B之間接入了具有內(nèi)阻的電動(dòng)機(jī)，如圖16-2所示。

a.請(qǐng)從能量轉(zhuǎn)化的角度證明：，其中r為電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻。

b.若電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)勢(shì)的電源驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)以的恒定速度向上提升質(zhì)量為4kg的重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)兩端電壓，電路中的電流強(qiáng)度。不計(jì)各處摩擦及導(dǎo)線的電阻，g取。求電源的效率和發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻。

（3）該同學(xué)用電動(dòng)機(jī)提升某重物，由于牽引力太小，根本拉不起來(lái)，他用手摸電動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)很燙，試解釋其中的原因。

17.（12分）如圖17-1所示，光滑斜劈AB兩端的距離為l，質(zhì)量為M、傾角為，放置在光滑水平地面上。斜劈上端A點(diǎn)處放置質(zhì)量為m的物塊，m可視作質(zhì)點(diǎn)?，F(xiàn)將m由靜止釋放，它將沿斜劈下滑，同時(shí)斜劈M也將向左運(yùn)動(dòng)。小明同學(xué)想計(jì)算物塊滑到B端所需要的時(shí)間。

圖17-1圖17-2圖17-3

（1）他認(rèn)識(shí)到，雖然m沿斜面AB下滑，但是由于斜面本身也在運(yùn)動(dòng)，因此m的速度與水平方向的夾角并不等于。設(shè)m滑到底端時(shí)，速度的水平分量為、豎直分量為，M的速度為，如圖17-2所示。為了分析物塊和斜劈速度的關(guān)系，小明先把和合成得到m的速度，然后把和做矢量差，得到m相對(duì)M的速度，如圖17-3所示。由于m相對(duì)于M沿著斜面AB下滑，因此與斜面的方向相同，即與水平方向的夾角為。請(qǐng)據(jù)此寫(xiě)出、和應(yīng)滿足的關(guān)系。

（2）請(qǐng)你幫小明求出m到達(dá)B端時(shí)，m速度的大小和M速度的大小。

（3）為了求出物塊從A到B運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，小明認(rèn)為，只求出速度還不夠，還應(yīng)該分析位移。他選取更易分析的M為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)分析其位移時(shí)，可以借鑒老師講過(guò)的“人船模型”。請(qǐng)你幫他求出當(dāng)m到達(dá)B端時(shí)，M運(yùn)動(dòng)的距離。

（4）求出M做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的大小，并求出m從A滑到B所經(jīng)歷的時(shí)間t。

18.（14分）帶電粒子間的電磁力是自然界四大基本相互作用力之一，電力和磁力是這一相互作用的兩個(gè)部分，一個(gè)電磁相互作用是電現(xiàn)象還是磁現(xiàn)象，在很大程度上取決于研究問(wèn)題所選取的參考系。在一個(gè)參考系中觀察到的磁現(xiàn)象，換一個(gè)參考系觀察，可能就是電現(xiàn)象。這體現(xiàn)了電場(chǎng)和磁場(chǎng)是不可割裂的一個(gè)整體。電磁場(chǎng)的參考系變換，可以幫我們更好的理解并解決問(wèn)題。

圖18-1圖18-2

圖18-3圖18-4

（1）如圖18-1所示，空間中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其大小為B，一帶電粒子以垂直于磁場(chǎng)的速度v水平向右射入磁場(chǎng)。則粒子會(huì)受到洛倫茲力的作用。若此時(shí)在與粒子運(yùn)動(dòng)速度相同的慣性參考系中觀察，則粒子靜止，靜止的帶電粒子不會(huì)受到洛倫茲力的作用。那么應(yīng)該怎樣解釋它受到的力呢？原來(lái)在中，由于磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，會(huì)觀察到一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的感生電場(chǎng)，請(qǐng)你求出該電場(chǎng)的大小和方向；

（2）如圖18-2所示，金屬圓環(huán)被固定在豎直平面內(nèi)（不能轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)），一個(gè)條形磁鐵以勻速v靠近圓環(huán)，則圓環(huán)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這一電動(dòng)勢(shì)有兩種理解方式：在地面參考系中觀察，圓環(huán)中的磁通量發(fā)生變化，因此圓環(huán)上存在感生電動(dòng)勢(shì)；若在與磁鐵運(yùn)動(dòng)速度相同的慣性系中觀察，則系統(tǒng)變?yōu)閳A環(huán)切割磁感線產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。兩個(gè)參考系下觀察到的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該完全相同。請(qǐng)分析，在參考系和參考系中分別是什么力充當(dāng)電動(dòng)勢(shì)中的非靜電力？

（3）某同學(xué)在面對(duì)這樣一個(gè)問(wèn)題時(shí)遇到了困難：在一個(gè)真空環(huán)境中，有一條載有電流I的、電阻很小的長(zhǎng)直導(dǎo)線，已知電流在距離導(dǎo)線r處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度，k為已知常數(shù)。初速度為的電子在與導(dǎo)線垂直距離為的初位置處開(kāi)始垂直于導(dǎo)線向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)，如圖18-3所示。已知電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)線的最短距離為，求電子初速度的大小。（不考慮地磁場(chǎng)影響，電子重力忽略不計(jì)）

該同學(xué)希望用功能關(guān)系來(lái)求解電子的運(yùn)動(dòng)，但由于洛倫茲力不做功，因此電子到達(dá)距導(dǎo)線最近處時(shí)仍然保持初速率，若利用洛倫茲力的分量做功的方式來(lái)計(jì)算，就顯得十分復(fù)雜了。因此他希望在電磁場(chǎng)的參考系變換中獲得啟發(fā)，他選擇在以速度為，且相對(duì)導(dǎo)線水平向右運(yùn)動(dòng)的參考系中進(jìn)行研究。

a.在參考系中，空間中存在感生電場(chǎng)。根據(jù)（1）中的理論，距導(dǎo)線距離為r處的感生電場(chǎng)E的大小為_(kāi)_____（可用含的表達(dá)式表示），方向與導(dǎo)線垂直，且______（填“指向”或“背離”）導(dǎo)線。

b.已知在參考系中觀察到的感生電場(chǎng)，具有與靜電場(chǎng)類似的性質(zhì)，其電場(chǎng)力做功只與始末位置到導(dǎo)線的距離r有關(guān)。請(qǐng)根據(jù)該同學(xué)選取的參考系，利用功能關(guān)系求滿足題干要求的電子運(yùn)動(dòng)的初速度（已知電子電量為，電子質(zhì)量為m，的圖像與r軸在到區(qū)間與r軸圍成的面積為，如圖18-4所示）。

中學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)學(xué)術(shù)能力2023-2024學(xué)年高三上學(xué)期9月診斷性測(cè)試

物理參考答案

一、單項(xiàng)選擇題：本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有一項(xiàng)符合題意。

12345678

ACBCBCDB

二、多項(xiàng)選擇題：本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題意。全部選對(duì)得4分，選對(duì)但不全得2分，有錯(cuò)選的得0分。

9101112

BCACDBCBC

三、非選擇題：本大題共6小題，共60分。

13.（6分）

答案：

（1）D（2分）

（2）不可以（1分）鐵環(huán)會(huì)被磁鐵磁化，總是吸引，不能復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（1分）

（3）厚的鋁環(huán)中會(huì)產(chǎn)生明顯的局部小范圍渦流，同樣可以和磁場(chǎng)發(fā)生作用。（2分）

14.（10分）

答案：

（1）①S（1分）T（1分）0刻線（1分）②ADC（2分）

（2）①10000（1分）（1分）②0.03（1分）③無(wú)影響（1分）④短腳（1分）

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