上海市上師閔分-上師寶分2024-2025學(xué)年高二上學(xué)期1月期末聯(lián)考物理試題（解析版）

2024學(xué)年第一學(xué)期上師閔分-上師寶分期末聯(lián)考高二物理試卷帶電粒子在電場中的運(yùn)動1.如圖，兩個帶等量負(fù)電的點(diǎn)電荷分別位于x軸上的P、Q兩點(diǎn)，其位置關(guān)于y軸對稱。a、b兩點(diǎn)關(guān)于y軸對稱且連線平行于x軸，c點(diǎn)位于y軸上。一質(zhì)量為m、帶+q的點(diǎn)電荷（重力不計）由c點(diǎn)靜止釋放，A.場強(qiáng)不同、電勢相同B.場強(qiáng)相同、電勢相同C.場強(qiáng)不同、電勢不同D.場強(qiáng)相同、電勢不同（2多選）由c點(diǎn)到O點(diǎn)的過程中，點(diǎn)電荷+q的加速度可能()A.增大B.減小C.先增大再減小D.先減小再增大（3）點(diǎn)電荷+q經(jīng)過O點(diǎn)時的速度為v，若以c點(diǎn)為零勢能點(diǎn)，則O點(diǎn)的電勢φ0=_______；若以無窮遠(yuǎn)處為零勢能點(diǎn)，則cO兩點(diǎn)的電勢差UcO=________.（4多選）若在c點(diǎn)給該點(diǎn)電荷一初速度，則其可能做()A.勻速直線運(yùn)動B.勻加速直線運(yùn)動C.勻速圓周運(yùn)動D.往復(fù)運(yùn)動2.四個帶電粒子的電荷量和質(zhì)量分別(+q,m)、(+q,2m)、(+3q,3m)、(-q,m)，它們先后以相同的速第2頁/共15頁度從坐標(biāo)原點(diǎn)沿x軸正方向射入一沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，不計重力，下列描繪這四個粒子運(yùn)動軌跡的圖像中，可能正確的是()B.A.B.【答案】1.①.A②.BC③.④.⑤.CD2.A【解析】【1題詳解】[1]根據(jù)等量同種電荷電場強(qiáng)度和電勢的分布特點(diǎn)可知，a、b兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相等，方向不同，而電勢相同。故選A。[2]根據(jù)等量同種電荷電場強(qiáng)度分布特點(diǎn)可知，c到O電場強(qiáng)度可能一直減小，也可能先增大后減小，則點(diǎn)電荷的加速度可能一直減小，也可能先增大后減小。故選BC。[3]c到O，由動能定理得結(jié)合φc=0解得[4]電勢差與零電勢位置無關(guān)，則[5]AB．由于電場強(qiáng)度分布不均勻，則粒子不可能做勻速直線運(yùn)動或勻加速直線運(yùn)動。故AB錯誤；第3頁/共15頁C．當(dāng)粒子速度方向與電場方向垂直時，由電場力提供向心力，粒子可能做勻速圓周運(yùn)動。故C正確；D．c到O粒子速度方向與電場方向同向，粒子做加速運(yùn)動，O點(diǎn)之后，則做減速運(yùn)動。若速度能減到0，則粒子返回，之后做往返運(yùn)動。故D正確。故選CD?！?題詳解】粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，則x=vtEq=ma聯(lián)立解得可知，當(dāng)水平位移一定時，比荷越大，豎直位移越大。則(+q,m)、(+3q,3m)和(-q,m)偏轉(zhuǎn)位移相同，但(-q,m)沿y軸正方向偏轉(zhuǎn)；(+q,m)和(+3q,3m)沿y軸負(fù)方向，軌跡相同。(+q,2m)沿y軸負(fù)方向偏轉(zhuǎn)，位移較小。故選A。洛倫茲力在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用3.上海光源的核心之一是加速電子的回旋加速器，如圖所示，兩個D形金屬盒分別和某高頻交流電源兩極相接，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面向下，兩D形盒間加速電場的電勢差大小恒為U，電子源置于盒的圓心附近。已知電子的初速度不計，質(zhì)量為m，電荷量大小為e，最大回旋半徑為R。不計電子在電場中加速的時間。（1）所加交流電源的頻率為()（2）電子加速后獲得的最大速度vm=_______。第4頁/共15頁（3）僅增大加速電壓U，則()A．粒子的最大動能增大B．粒子達(dá)到最大動能所用時間增大C．粒子的最大動能減小D．粒子達(dá)到最大動能所用時間減少（4論證）某同學(xué)在分析電子運(yùn)動軌跡時，畫出了如圖所示的軌跡圖，他認(rèn)為兩個D形盒中粒子加速前后的半圓軌跡間距Δd是相等的。請通過計算分析該軌跡是否合理？若不合理，請描述合理的軌跡其間距會有怎樣的變化趨勢。______4.如圖，從粒子源P無初速度釋放出的正離子經(jīng)M和N之間的電壓U加速后，以一定速率從S縫射入磁場B。（1多選）與正離子在磁場B中的運(yùn)動時間有關(guān)的物理量是()A．粒子電荷量B．粒子質(zhì)量C．粒子速度D．加速電場電壓E．磁感應(yīng)強(qiáng)度（2）打在熒光屏上同一點(diǎn)的粒子()A．是同種粒子B．不一定是同種粒子C．不是同種粒子【答案】3.①.B②.③.D④.見解析4.①.ABE②.A【解析】【3題詳解】第5頁/共15頁[1]電子在磁場的運(yùn)動周期和電壓的變化周期相同，則解得故選B。[2]電子在磁場中以最大速度運(yùn)動時，有解得[3]AC．粒子的最大動能可知粒子最大動能與加速電壓U無關(guān)，故AC錯誤；BD．粒子的最大動能是一定的，增大加速電壓U，粒子被加速的次數(shù)減少，則達(dá)到最大動能的時間減少，故B錯誤，D正確。故選D。由得，第n次和第n+1次的運(yùn)動半徑為加速前后，由動能定理得又Δd=2(rn+1-rn)聯(lián)立解得第6頁/共15頁可見，加速前后的半圓軌跡間距Δd是越來越小的?！?題詳解】由可知，與正離子在磁場B中的運(yùn)動時間有關(guān)的物理量是粒子電荷量、質(zhì)量和磁感應(yīng)強(qiáng)度。故選ABE。[2]在加速電場中，有在磁場中有聯(lián)立解得由于不同粒子的比荷不同，則運(yùn)動半徑不同。因此打在熒光屏上同一點(diǎn)的粒子是同種粒子。故選A。電源的種類多種多樣，除了常見的干電池，電容也可以作為電源使用，還有恒流源等一些特殊的電源。5.某同學(xué)測量直流恒流源（輸出電流恒定）的輸出電流I0和定值電阻Rx的阻值，電路如圖甲所示。（1）電路開關(guān)S閉合前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)滑動到_______（選填“a”或“b”）處。（2）移動滑片P，讀得多組U、I數(shù)據(jù)，請根據(jù)圖乙中的數(shù)據(jù)點(diǎn)畫出U-I圖像______。直流恒流源輸出電流I0=______A，待測電阻的阻值Rx=______Ω。（保留至小數(shù)點(diǎn)后1位）第7頁/共15頁【答案】5.【答案】5.（3）在開關(guān)閉合的狀態(tài)下，______（選填“可以”或“不可以”）將多用表直接接在Rx兩端測量其電阻。6.該同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)：石英鐘的工作電流可視為定值，當(dāng)電源電壓大于U0時，其內(nèi)部機(jī)芯能驅(qū)動表針走動；當(dāng)電源電壓小于U0時，石英鐘停止走動。他設(shè)計了如圖丙所示的實驗，圖中電源電動勢E。實驗時先使開關(guān)S擲向1，對電容器充電完畢后再把開關(guān)S擲向2，電容器對石英鐘供電，表針停止前的走動時長（1）當(dāng)開關(guān)S擲向2，流過石英鐘的電流方向為_______。（2）該石英鐘的工作電流I=________（用題中所提物理量內(nèi)表示）。①.a②.①.a②.④.12.5⑤.不可以6.①.自右向左【解析】【5題詳解】（1）[1]電路開關(guān)S閉合前，滑動變阻器接入電路中的阻值最大，滑片P應(yīng)滑動到a處。第8頁/共15頁（2）[2]根據(jù)圖乙中的數(shù)據(jù)點(diǎn)畫出U-I圖像，如圖[3][4]由電路圖可得變形得U=-RxI+I0Rx由U-I圖像可得則I0=1.2A（3）[5]用多用表測量電阻時，應(yīng)將電阻與電路斷開，所以在開關(guān)閉合的狀態(tài)下，不可以將多用表直接接在Rx兩端測量其電阻?！?題詳解】（1）[1]開關(guān)S擲向1，電源對電容器充電，電容器上極板帶正電；當(dāng)開關(guān)S擲向2，電容器放電，流過石英鐘的電流方向為自右向左；（2）[2]電容器充電后，電容器兩端電壓為U=E石英鐘停止走動時電容器兩端電壓為U'=U0對電容器由第9頁/共15頁所以電容器放出電荷量ΔQ=C(E-U0)由ΔQ=It，解得該石英鐘的工作電流地球是個巨大的天然磁體，某小組同學(xué)對地磁場做了深入的研究。7.如圖1，兩同學(xué)把一根長約10m的電線兩端用其他導(dǎo)線連接一個電壓表，形成閉合回路。迅速搖動這根電線，若電線中間位置的速度約10m/s，電壓表的最大示數(shù)約2mV。粗略估算該處地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小的數(shù)量級為______T。8.同學(xué)進(jìn)一步利用智能手機(jī)中的磁傳感器測量地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖2建立直角坐標(biāo)系，手機(jī)顯示屏所在平面為xOy面。該同學(xué)在當(dāng)?shù)貙Φ卮艌鲞M(jìn)行了測量，測量時z軸正向保持豎直向上，測量結(jié)果如下圖。請你根據(jù)測量結(jié)果判斷該同學(xué)是在_______（選填“南半球”或“北半球”）進(jìn)行此實驗，并估測當(dāng)?shù)氐牡卮艌龃鸥袘?yīng)強(qiáng)度B的大小為_______μT（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。9.地磁場能使宇宙射線中的帶電粒子流偏轉(zhuǎn)，成為地球生命的“保護(hù)傘”。地理北極這些帶電粒子與大氣中原子、分子碰撞使后者受到激發(fā)而發(fā)光形成極光。第10頁/共15頁（1）在地球上較容易觀察到極光現(xiàn)象的地點(diǎn)是()A.高緯度地區(qū)B.低緯度地區(qū)（2）其中一質(zhì)子以一定的速度豎直向下運(yùn)動穿過赤道上空P處，如圖3所示。則進(jìn)入地磁場后的偏轉(zhuǎn)方向（3）赤道剖面外的地磁場可簡化為包圍著地球的厚度為d的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于剖面，如圖4所示。設(shè)宇宙射線中β粒子的質(zhì)量為m，電荷量為-e，最大速率為v，不計大氣及重力的作用。要使從各方向射向地球的β粒子都不能到達(dá)地面，求地磁場厚度d應(yīng)滿足的條件?！敬鸢浮?.10-58.①.北半球②.349.①.A②.A③.【解析】【7題詳解】由法拉第電磁感應(yīng)定律可知E=BLv代入數(shù)據(jù)解得B=2×10-5T該處地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小的數(shù)量級10-5T；【8題詳解】[1]地球可視為一個大磁場，磁場南極大致在地理北極附近，磁場北極在地理南極附近。由表中z軸數(shù)據(jù)可看出z軸的磁場豎直向下，則該同學(xué)是在北半球進(jìn)行此實驗。[2]磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量，由圖表數(shù)據(jù)可得處當(dāng)?shù)氐牡卮艌龃笮〖s為【9題詳解】（1）地球上的極光主要是由來自太陽風(fēng)中的高能帶電粒子被地磁場導(dǎo)引而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿著地球兩極的磁感線沉降到高層大氣中，與大氣中的粒子碰撞，使原子受到激發(fā)對外輻射電磁波，從而產(chǎn)生不同顏色的光，極光現(xiàn)象常見于高緯度地區(qū)。故選A。（2）根據(jù)左手定則可知，質(zhì)子受到的洛倫茲力方向向東。故選A。（3）設(shè)β粒子運(yùn)動的的半徑為r,根據(jù)牛頓第二定律，由洛倫茲力提供向心力，則代入得即所有β粒子的r都相同，如圖所示可推知當(dāng)粒子沿磁場邊界的切線方向射入時，其到達(dá)的位置離地面最近，當(dāng)其軌跡與地面相切時磁場的厚度為2r，因此d應(yīng)滿足的條件是如圖所示，垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度在0~t0內(nèi)從B0均勻減小為0。圓形硬質(zhì)金屬環(huán)放置第12頁/共15頁在磁場中，金屬環(huán)平面與磁場方向垂直，abcd為金屬環(huán)上四等分點(diǎn)，總電阻為R，半徑為r。10.t=0.5t0時，金屬環(huán)中電流方向為_______，做出判斷依據(jù)的物理原理是______。11.（計算）在0~t0內(nèi)金屬環(huán)產(chǎn)生的焦耳熱Q。12.t=0.5t0時，金屬環(huán)adcb段受到的安培力大小FA=_________。13.若要在金屬環(huán)周圍產(chǎn)生電磁波，可將原來的磁場替換為()A.B.C.D.14.某多媒體廣播電視的傳輸電視信號的無線電波頻率為411MHz，它的波長是_______保留2位有效數(shù)字它屬于_______（選填“橫波”或“縱波”）。【答案】10.①.順時針方向②.楞次定律和安培定則【解析】【10題詳解】第13頁/共15頁[1][2]垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度在0~t0內(nèi)從B0均勻減小為0；根據(jù)楞次定律可知，t=0.5t0時，金屬環(huán)中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向里，根據(jù)安培定則可知，金屬環(huán)中電流方向為順時針方向。【11題詳解】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，在0~t0內(nèi)金屬環(huán)產(chǎn)生的電動勢為金屬環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流為在0~t0內(nèi)金屬環(huán)產(chǎn)生的焦耳熱為【12題詳解】金屬環(huán)adcb段受到的安培力對應(yīng)的等效長度為ab連線長度，即為則t=0.5t0時，受到的安培力大小為【13題詳解】根據(jù)麥克斯韋電磁理論可知，穩(wěn)定的磁場不會產(chǎn)生電場；均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場；周期性變化的磁場產(chǎn)生周期性變化的電場，周期性變化的電場又產(chǎn)生周期性變化的磁場，則周期性變化的電磁場交替產(chǎn)生，形成電磁波。若要在金屬環(huán)周圍產(chǎn)生電磁波，可將原來的磁場替換為周期性變化的磁場。故選D?！?4題詳解】[1]某多媒體廣播電視的傳輸電視信號的無線電波頻率為411MHz，它的波長為第14頁/共15頁[2]它屬于橫波。某電磁阻尼減震器，其簡化原理圖如圖乙所示，該減震器由絕緣滑動桿及固定在桿上的多個相互緊靠、絕緣的相同單匝矩形線圈組成，線圈導(dǎo)線粗細(xì)均勻，滑動桿及線圈的總質(zhì)量m=0.5kg，每個矩形線圈abcd電阻值R=0.1Ω,ab邊長L=20cm，bc邊長d=10cm，該減震器在光滑水平面上以初速度v0=2m/s向右進(jìn)入范圍足夠大且方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1.0T，不考慮線圈個數(shù)變化對減