2011年高考物理试题汇编(电学)

.电场0O-ddx（京）24（20分）静电场方向平行于x轴，其电势随x的分布可简化为如图所示的折线，图中0和d为已知量。一个带负电的粒子在电场中以x= 0为中心、沿x轴方向做周期性运动。已知该粒子质量为m、电量为-q，其动能与电势能之和为-A（0A 0.9d0时，（提示：d 0.9d0时，设与d对应的效率为，则，即d2是一个常量，因此d2=0.81 d02）当d0.9d0时，当d 0.9d0时，（提示：时间t内通过除尘装置的总体积是V=bdv0t，其中进入的尘埃总质量M = nm (bdv0t)，再根据收集率，可得结论。）图线如图所示。放电极带电尘埃集尘极直流高压电源（粤）21图为静电除尘器除尘机理的示意图。尘埃在电场中通过某种机制带电，在电场力的作用下向集尘极迁移并沉积，以达到除尘的目的。下列表述正确的是 易A到达集尘极的尘埃带正电荷B电场方向由集尘极指向放电极C带电尘埃所受电场力的方向与电场方向相同D同一位置带电荷量越多的尘埃所受电场力越大（琼）1关于静电场，下列说法正确的是 易A电势等于零的物体一定不带电 B电场强度为零的点，电势一定为零C同一电场线上的各点，电势一定相等 D负电荷沿电场线方向移动时，电势能一定增加（琼）3三个相同的金属小球1、2、3.分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径。球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F。现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变。由此可知 中 DAn=3 Bn=4 Cn=5 Dn=6AB30V120V（苏）8一粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力。下列说法正确的有 中ABA粒子带负电荷 B粒子的加速度先不变，后变小C粒子的速度不断增大D粒子的电势能先减小，后增大ab（沪）1电场线分布如图昕示，电场中a，b两点的电场强度大小分别为已知Ea和Eb，电势分别为a和b，则 易AEaEb，ab BEaEb，ab CEab DEaEb，am2），电荷量均为q。加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。中求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1；当磁感应强度的大小为B时，求两种离子在GA边落点的间距s；离子源加速电场狭缝DCGABq在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离。设磁感应强度大小可调，GA边长为定值L，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在A处。离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在GA边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。 （提示：s是两种离子在磁场中运动的轨道直径之差） DCGABL-dL-2d（提示：质量为m1的离子轨道直径最大为L-d；落到收集器上最右端的位置到CA的距离也为L-d；为了不交叠，质量为m2的离子轨道直径最大为L-2d。由和）两式左右分别相除，可得结论。）abcdI1I2（国）15如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点，且a、b、c与两导线共面；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是 易 CAa点 Bb点 Cc点 Dd点 （标）14为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是 易 B西东I西东I西东I西东IA B C DIL（标）18电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是 中 BDA只将轨道长度L变为原来的2倍B只将电流I增加至原来的2倍C只将弹体质量减至原来的一半D将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其它量不变yxOPB2Bd2d（标）25（19分）如图，在区域I（0xd）和区域II（dx2d）内分别存在匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和2B，方向相反，且都垂直于Oxy平面。一质量为m、带电荷量q（q0）的粒子a于某时刻从y轴上的P点射入区域I，其速度方向沿x轴正向。已知a在离开区域I时，速度方向与x轴正方向的夹角为30；此时，另一质量和电荷量均与a相同的粒子b也从P点沿x轴正向射入区域I，其速度大小是a的1/3。不计重力和两粒子之间的相互作用力。求 中粒子a射入区域I时速度的大小；当a离开区域II时，a、b两粒子的y坐标之差。（提示：由几何关系，ra1=2d，）（提示：，得ra2=d，a在中的偏转角=60，a离开II时，a比P低ypa=(2-)d；粒子在、中的周期，因此a在中经历的时间是T2/6= T1/12，这段时间内b的偏转角=30，而b的半径是a的1/3，因此b比P低ypb=,a的纵坐标比b的纵坐标小。）（川）25（20分）如图所示，正方形绝缘光滑水平台面WXYZ边长l=1.8m，距地面h=0.8m。平行板电容器的极板CD间距d=0.1m且垂直放置于台面。C板位于边界WX上，D板与边界WZ相交处有一小孔。电容器外的台面区域内有磁感应强度B=1T，方向竖直向上的匀强磁场。电荷量q=510-13C的微粒静止于W处，在CD间加上恒定电压U=2.5V，板间微粒经电场加速后由D板所开小孔进入磁场（微粒始终不与极板接触），然后由XY边界离开台面。在微粒离开台面瞬时，静止于X正下方水平地面上A点的滑块获得一水平速度，在微粒落地时恰好与之相遇。假定微粒在真空中运动、极板间电场视为匀强电场，滑块视为质点。滑块与地面间的动摩擦因数=0.2，取g=10m/s2。难CDWZYXlhBA求微粒在极板间所受电场力的大小并说明两板的极性；求由XY边界离开台面的微粒的质量范围；若微粒质量m0=110-13kg，求滑块开始运动所获得的速度。O1O2r1r2DS 1.2510-11N，C正D负 O3Dr3AMXNKvv0Q8.110-14kgm2.8910-13kg（提示：，可得。由右图知最小半径r1=0.9m，最大半径r2=1.7m，由此可以计算微粒质量的最小值和最大值。） 4.15m/s，与YX延长线成53（提示：，得速度v0=5m/s，对应的半径r3=1m，飞行时间飞行距离MK=v0t=2m，由几何关系知O3Q=0.6m，=37，NK=1.2m，MN=1.6m，NX=0.9m，因此A的位移sA=XK=1.5m，A的加速度a=g=2m/s2，时间t=0.4s，由，可得v，并得=53） （浙）20利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d和d的缝，两缝近端相距为L。一群质量为m、电荷量为q，具有不同速度的的粒子从宽度为2d的缝垂直于板MN进入磁场，对于能够从宽度d的缝射出的粒子，下列说法正确的是 中 BC2dLdMNBA粒子带正电B射出粒子的最大速度为C保持d和L不变，增大B，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D保持d和B不变，增大L，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大（琼）10空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图中的正方形为其边界。一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射。这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子。不计重力。下列说法正确的是 中OA入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同 BDB入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同D在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大IOOzyx（沪）18如图，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿x正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为。则磁感应强度方向和大小可能为 中 BCAz正向， By正向，Cz负向， D沿悬线向上，电流2（京）17如图所示电路，电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中， 易AVErSR1R2R0A电压表与电流表的示数都减小B电压表与电流表的示数都增大C电压表的示数增大，电流表的示数减小D电压表的示数减小，电流表的示数增大（国）17通常一次闪电过程历时约0.20.3s，它由若干个相继发生的闪击构成。每个闪击持续时间仅4080s，电荷转移主要发生在第一个闪击过程中。在某一次闪电前云地之间的电势差约为1.0109V，云地间距离约为l km；第一个闪击过程中云地间转移的电荷量约为6 C，闪击持续时间约为60s。假定闪电前云地间的电场是均匀的。根据以上数据，下列判断正确的是 中 ACA闪电电流的瞬时值可达到1105A B整个闪电过程的平均功率约为l1014W C闪电前云地间的电场强度约为l106V/mD整个闪电过程向外释放的能量约为6106JAVVVVVAAAAAVR1R2R3SS0E（琼）2如图，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关， 与 分别为电压表与电流表。初始时S0与S均闭合，现将S断开，则A 的读数变大， 的读数变小 易B 的读数变大， 的读数变大C 的读数变小， 的读数变小D 的读数变小， 的读数变大（苏）6美国科学家Willard S.Boyle与George E.Smith 因电荷耦合器件（CCD）的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有 中 BCA发光二极管 B热敏电阻 C霍尔元件 D干电池（沪）12如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时，中AVAPRErSA电压表V读数先变大后变小，电流表A读数变大B电压表V读数先变小后变大，电流表A读数变小C电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后变大D电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小电磁感应（京） + + L2SELA19某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁心的线圈L，小灯泡A ，开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是 A电源的内阻较大 中 AB小灯泡电阻偏大C线圈电阻偏大D线圈的自感系数较大acMNbdL（国）24（15分）如图，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L，电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求： 易磁感应强度的大小：灯泡正常发光时导体棒的运动速率。 30abcdNQMPBF（津）11（18分）如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m=0.02kg，电阻均为R=0.1，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.2T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能够保持静止。取g=10m/s2，问 中通过棒cd的电流I是多少，方向如何？棒ab受到的力F多大？棒cd每产生Q=0.1J的热量，力F做的功W是多少？I=1A，方向由d至c F=0.2N W=0.4Ja1b1c1a2b2c2KSQFB1B2（川）24（19分）如图所示，间距l=0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内，在水平面a1b1b2a2区域内和倾角=37的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1=0.4T、方向竖直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场。电阻R=0.3、质量m1=0.1kg、长为l 的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质滑轮自然下垂，绳上穿有质量m2=0.05kg的小环。已知小环以a=6m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动。不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长。取g=10 m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8。求 中小环所受摩擦力的大小；Q杆所受拉力的瞬时功率。0.2N 2W（提示：K受的安培力FK与绳受的摩擦力大小相等为0.2N，而FK=B1IKl，得IK=，因此IQ=，Q受的安培力FQ=B2IQl=1N，由Q受力平衡得拉力F=FQ-mgsin37=0.4N；回路电动势B2lv=IQ(R+R/2)，得v=5m/s，而功率P=Fv）（渝）23（16分）有人设计了一种可测速的跑步机，测速原理如图所示，该机底面固定有间距为L、长度为d的平行金属电极。电极间充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和电阻R。绝缘橡胶带上镀有间距为d的平行细金属条，磁场中始终仅有一根金属条，且与电极接触良好，不计金属电阻，若橡胶带匀速运动时，电压表读数为U，求：易VRBdL绝缘橡胶带橡胶带运动方向金属条金属电极橡胶带匀速运动的速率；电阻R消耗的电功率；一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功。 acOh2h3h4h5hxcacOh2h3h4h5hxcEkdOh2h3h4h5hxdOh2h3h4h5hxdEkd图乙c、dh3h图甲（鲁）22如图甲所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计。两质量、长度均相同的导体棒c、d，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处。磁场宽为3h，方向与导轨平面垂直。先由静止释放c，c刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放d，两导体棒与导轨始终保持良好接触。用ac表示c的加速度，Ekd表示d的动能，xc、xd分别表示c、d相对释放点的位移。图乙中正确的是 难 BDA B C DabNQMPB（闽）17如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成角（0 0）的粒子以速度v0从平面MN上的P0点水平向右射入I区。粒子在I区运动时，只受到大小不变、方向竖直向下的电场作用，电场强度大小为E；在II区运动时，只受到匀强磁场的作用，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。求粒子首次从II区离开时到出发点P0的距离。粒子的重力可以忽略。 中难BEP0v0MNrP1P2Ov（提示：在电场中类平抛，可算出P0 P1间距离为，到P1时的瞬时速度，v与竖直方向夹角满足tan=1/2，设v与MN的夹角为，由+=45，可得tan=1/3；粒子在磁场中的轨道半径，而P1 P2间距离，l=s1+ s2）（津）12（20分）回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。若碳11的半衰期为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）ABD1D2接交流电源回旋加速器的原理如图，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为f的交流电源上，位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P，求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、f的关系式（忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速）。试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差r是增大、减小还是不变？难 1.6%（提示：输出时每个质子的动能，设时间t内有n个质子输出，则平均功率，其中；再由，得将这两式带入，可得结果。）同一盒中相邻轨道上质子被加速的次数相差2次，设被加速的次数分别为n和n+2，则，随着r增大，n必然增大，因此r减小。+MM NN AB磁场区域电场区域s3sdPP （渝）25（19分）某仪器用电场和磁场来控制电子在材料表面上方的运动。如图所示，材料表面上方矩形区域PPNN充满竖直向下的匀强电场，宽为d；矩形区域NNMM充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，长为3s，宽为s；NN为磁场与电场之间的薄隔离层。一个电荷量为e、质量为m、初速为零的电子，从P点开始被电场加速经隔离层垂直进入磁场，电子每次穿越隔离层，运动方向不变，其动能损失是每次穿越前动能的10%，最后电子仅能从磁场边界MN飞出。不计电子所受重力。难求电子第二次与第一次圆周运动半径之比；求电场强度的取值范围；A是MN的中点，若要使电子在A、M 间垂直于AM 飞出，求电子在磁场区域中运动的时间。R1R2=910（提示：Ek2=0.92 Ek1，而） （提示：第一次在磁场中的轨道半径最大rmax=s，由可得最大值；题意要求电子仅能从磁场边界M N 飞出，因此电子在磁场中运动的轨迹直径之和应大于3s，无穷递缩等比数列求和公式，其中S3s，q=0.9，a1=2r1，得，由，得）（提示：设电子第n+1次在磁场中运动过程垂直于AM 从A、M 间飞出，根据题意，n应满足，rn+1=0.9nr1s/2，r1s，消去r1和s，得0.9n，n只能取2，轨迹如图所示，电子在磁场区域中运动的时间为1. 25T。）+MM NN As3sdPP （鲁）25（18分）扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭摆。其简化模型如图：、两处的条形匀强磁场区边界竖直，相距为L，磁场方向相反且垂直纸面。一质量为m、电量为-q、重力不计的粒子，从靠近平行板电容器MN板处由静止释放，极板间电压为U，粒子经电场加速后平行于纸面射入区，射入时速度与水平和方向夹角=30，当区宽度L1=L、磁感应强度大小B1=B0时，粒子从区右边界射出时速度与水平方向夹角也为30，求B0及粒子在区运动的时间t。 难L1LL2B1B2m-qMNQP若区宽度L2=L1=L、磁感应强度大小B2=B1=B0，求粒子在区的最高点与区的最低点之间的高度差h。若L2=L1=L、B1=B0，为使粒子能返回区，求B2应满足的条件。若B1B2，L1L2，且已保证了粒子能从区右边界射出。为使粒子从区右边界射出的方向与从区左边界射出的方向总相同，求B1、B2、L1、L2之间应满足的关系式。，（提示：见图1，r1=L） （提示：如图1几何关系可得）（提示：如图2几何关系可得r1=L，r22L/3）B1L1= B2L2（提示：如图3几何关系，两弧对应的圆心角都是+，r1(sin+sin)=L1，同理有r2(sin+sin)=L2，因此）L1LL2B1B2h图1L1LL2B1B2图2L1LL2B1B2图3r1r1r1r2r2r1（闽）22（20分）如图甲，在x 0的空间中存在沿y轴负方向的匀强电场和垂直于xOy平面向里的匀强磁场，电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。一质量为m，带电量为q（q0）的粒子从坐标原点O处，以初速度v0沿x轴正方向射入，粒子的运动轨迹见图甲，不计粒子的重力。求该粒子运动到y=h时的速度大小v； 难现只改变入射粒子初速度的大小，发现初速度大小不同的粒子虽然运动轨迹（y-x曲线）不同，但具有相同的空间周期性，如图乙所示；同时，这些粒子在y轴方向上的运动（y-t关系）是简谐运动，且都有相同的周期。求粒子在一个周期T内，沿x轴方向前进的距离s；yxOhBEv0yxOSSOyt甲乙丙当入射粒子的初速度大小为v0时，其y-t图像如图丙所示，求该粒子在y轴方向上做简谐运动的振幅Ay，并写出y-t的函数表达式。 (提示：该过程对粒子用动能定理，只有电场力做功) （提示：取恰好沿x轴匀速运动的粒子计算，由qE=qvB，得，而s=vT） （提示：在轨迹的最高点和最低点，沿y方向的合力都应等于简谐运动的回复力，设粒子在最高点和最低点的速度大小分别为v、v0，有qE+qvB=qv0B-qE；粒子从最高点到最低点过程只有电场力做功，沿y方向的位移大小为2Ay，因此有，解方程组可得Ay；由数学知识，y-t表达式为）xyOPBR（皖）23（16分）如图所示，在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于xOy平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从O点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经t0时间从P点射出。难求电场强度的大小和方向。若仅撤去磁场，带电粒子仍从O点以相同的速度射入，经t0/2时间恰从半圆形区域的边界射出。求粒子运动加速度的大小。若仅撤去电场，带电粒子仍从O点射入，且速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间。，方向沿x轴正向。xyOPBQMNRrS（提示：轨迹为抛物线