上海市上师闵分-上师宝分2024-2025学年高二上学期1月期末联考物理试题（解析版）

2024学年第一学期上师闵分-上师宝分期末联考高二物理试卷带电粒子在电场中的运动1.如图，两个带等量负电的点电荷分别位于x轴上的P、Q两点，其位置关于y轴对称。a、b两点关于y轴对称且连线平行于x轴，c点位于y轴上。一质量为m、带+q的点电荷（重力不计）由c点静止释放，A.场强不同、电势相同B.场强相同、电势相同C.场强不同、电势不同D.场强相同、电势不同（2多选）由c点到O点的过程中，点电荷+q的加速度可能()A.增大B.减小C.先增大再减小D.先减小再增大（3）点电荷+q经过O点时的速度为v，若以c点为零势能点，则O点的电势φ0=_______；若以无穷远处为零势能点，则cO两点的电势差UcO=________.（4多选）若在c点给该点电荷一初速度，则其可能做()A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.匀速圆周运动D.往复运动2.四个带电粒子的电荷量和质量分别(+q,m)、(+q,2m)、(+3q,3m)、(-q,m)，它们先后以相同的速第2页/共15页度从坐标原点沿x轴正方向射入一沿y轴负方向的匀强电场，不计重力，下列描绘这四个粒子运动轨迹的图像中，可能正确的是()B.A.B.【答案】1.①.A②.BC③.④.⑤.CD2.A【解析】【1题详解】[1]根据等量同种电荷电场强度和电势的分布特点可知，a、b两点的电场强度大小相等，方向不同，而电势相同。故选A。[2]根据等量同种电荷电场强度分布特点可知，c到O电场强度可能一直减小，也可能先增大后减小，则点电荷的加速度可能一直减小，也可能先增大后减小。故选BC。[3]c到O，由动能定理得结合φc=0解得[4]电势差与零电势位置无关，则[5]AB．由于电场强度分布不均匀，则粒子不可能做匀速直线运动或匀加速直线运动。故AB错误；第3页/共15页C．当粒子速度方向与电场方向垂直时，由电场力提供向心力，粒子可能做匀速圆周运动。故C正确；D．c到O粒子速度方向与电场方向同向，粒子做加速运动，O点之后，则做减速运动。若速度能减到0，则粒子返回，之后做往返运动。故D正确。故选CD。【2题详解】粒子在电场中做类平抛运动，则x=vtEq=ma联立解得可知，当水平位移一定时，比荷越大，竖直位移越大。则(+q,m)、(+3q,3m)和(-q,m)偏转位移相同，但(-q,m)沿y轴正方向偏转；(+q,m)和(+3q,3m)沿y轴负方向，轨迹相同。(+q,2m)沿y轴负方向偏转，位移较小。故选A。洛伦兹力在现代科学技术中的应用3.上海光源的核心之一是加速电子的回旋加速器，如图所示，两个D形金属盒分别和某高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面向下，两D形盒间加速电场的电势差大小恒为U，电子源置于盒的圆心附近。已知电子的初速度不计，质量为m，电荷量大小为e，最大回旋半径为R。不计电子在电场中加速的时间。（1）所加交流电源的频率为()（2）电子加速后获得的最大速度vm=_______。第4页/共15页（3）仅增大加速电压U，则()A．粒子的最大动能增大B．粒子达到最大动能所用时间增大C．粒子的最大动能减小D．粒子达到最大动能所用时间减少（4论证）某同学在分析电子运动轨迹时，画出了如图所示的轨迹图，他认为两个D形盒中粒子加速前后的半圆轨迹间距Δd是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理？若不合理，请描述合理的轨迹其间距会有怎样的变化趋势。______4.如图，从粒子源P无初速度释放出的正离子经M和N之间的电压U加速后，以一定速率从S缝射入磁场B。（1多选）与正离子在磁场B中的运动时间有关的物理量是()A．粒子电荷量B．粒子质量C．粒子速度D．加速电场电压E．磁感应强度（2）打在荧光屏上同一点的粒子()A．是同种粒子B．不一定是同种粒子C．不是同种粒子【答案】3.①.B②.③.D④.见解析4.①.ABE②.A【解析】【3题详解】第5页/共15页[1]电子在磁场的运动周期和电压的变化周期相同，则解得故选B。[2]电子在磁场中以最大速度运动时，有解得[3]AC．粒子的最大动能可知粒子最大动能与加速电压U无关，故AC错误；BD．粒子的最大动能是一定的，增大加速电压U，粒子被加速的次数减少，则达到最大动能的时间减少，故B错误，D正确。故选D。由得，第n次和第n+1次的运动半径为加速前后，由动能定理得又Δd=2(rn+1-rn)联立解得第6页/共15页可见，加速前后的半圆轨迹间距Δd是越来越小的。【4题详解】由可知，与正离子在磁场B中的运动时间有关的物理量是粒子电荷量、质量和磁感应强度。故选ABE。[2]在加速电场中，有在磁场中有联立解得由于不同粒子的比荷不同，则运动半径不同。因此打在荧光屏上同一点的粒子是同种粒子。故选A。电源的种类多种多样，除了常见的干电池，电容也可以作为电源使用，还有恒流源等一些特殊的电源。5.某同学测量直流恒流源（输出电流恒定）的输出电流I0和定值电阻Rx的阻值，电路如图甲所示。（1）电路开关S闭合前，滑动变阻器的滑片P应滑动到_______（选填“a”或“b”）处。（2）移动滑片P，读得多组U、I数据，请根据图乙中的数据点画出U-I图像______。直流恒流源输出电流I0=______A，待测电阻的阻值Rx=______Ω。（保留至小数点后1位）第7页/共15页【答案】5.【答案】5.（3）在开关闭合的状态下，______（选填“可以”或“不可以”）将多用表直接接在Rx两端测量其电阻。6.该同学查阅资料发现：石英钟的工作电流可视为定值，当电源电压大于U0时，其内部机芯能驱动表针走动；当电源电压小于U0时，石英钟停止走动。他设计了如图丙所示的实验，图中电源电动势E。实验时先使开关S掷向1，对电容器充电完毕后再把开关S掷向2，电容器对石英钟供电，表针停止前的走动时长（1）当开关S掷向2，流过石英钟的电流方向为_______。（2）该石英钟的工作电流I=________（用题中所提物理量内表示）。①.a②.①.a②.④.12.5⑤.不可以6.①.自右向左【解析】【5题详解】（1）[1]电路开关S闭合前，滑动变阻器接入电路中的阻值最大，滑片P应滑动到a处。第8页/共15页（2）[2]根据图乙中的数据点画出U-I图像，如图[3][4]由电路图可得变形得U=-RxI+I0Rx由U-I图像可得则I0=1.2A（3）[5]用多用表测量电阻时，应将电阻与电路断开，所以在开关闭合的状态下，不可以将多用表直接接在Rx两端测量其电阻。【6题详解】（1）[1]开关S掷向1，电源对电容器充电，电容器上极板带正电；当开关S掷向2，电容器放电，流过石英钟的电流方向为自右向左；（2）[2]电容器充电后，电容器两端电压为U=E石英钟停止走动时电容器两端电压为U'=U0对电容器由第9页/共15页所以电容器放出电荷量ΔQ=C(E-U0)由ΔQ=It，解得该石英钟的工作电流地球是个巨大的天然磁体，某小组同学对地磁场做了深入的研究。7.如图1，两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表，形成闭合回路。迅速摇动这根电线，若电线中间位置的速度约10m/s，电压表的最大示数约2mV。粗略估算该处地磁场磁感应强度B大小的数量级为______T。8.同学进一步利用智能手机中的磁传感器测量地磁场的磁感应强度。如图2建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。该同学在当地对地磁场进行了测量，测量时z轴正向保持竖直向上，测量结果如下图。请你根据测量结果判断该同学是在_______（选填“南半球”或“北半球”）进行此实验，并估测当地的地磁场磁感应强度B的大小为_______μT（结果保留2位有效数字）。9.地磁场能使宇宙射线中的带电粒子流偏转，成为地球生命的“保护伞”。地理北极这些带电粒子与大气中原子、分子碰撞使后者受到激发而发光形成极光。第10页/共15页（1）在地球上较容易观察到极光现象的地点是()A.高纬度地区B.低纬度地区（2）其中一质子以一定的速度竖直向下运动穿过赤道上空P处，如图3所示。则进入地磁场后的偏转方向（3）赤道剖面外的地磁场可简化为包围着地球的厚度为d的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于剖面，如图4所示。设宇宙射线中β粒子的质量为m，电荷量为-e，最大速率为v，不计大气及重力的作用。要使从各方向射向地球的β粒子都不能到达地面，求地磁场厚度d应满足的条件。【答案】7.10-58.①.北半球②.349.①.A②.A③.【解析】【7题详解】由法拉第电磁感应定律可知E=BLv代入数据解得B=2×10-5T该处地磁场磁感应强度B大小的数量级10-5T；【8题详解】[1]地球可视为一个大磁场，磁场南极大致在地理北极附近，磁场北极在地理南极附近。由表中z轴数据可看出z轴的磁场竖直向下，则该同学是在北半球进行此实验。[2]磁感应强度为矢量，由图表数据可得处当地的地磁场大小约为【9题详解】（1）地球上的极光主要是由来自太阳风中的高能带电粒子被地磁场导引而发生偏转，沿着地球两极的磁感线沉降到高层大气中，与大气中的粒子碰撞，使原子受到激发对外辐射电磁波，从而产生不同颜色的光，极光现象常见于高纬度地区。故选A。（2）根据左手定则可知，质子受到的洛伦兹力方向向东。故选A。（3）设β粒子运动的的半径为r,根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力，则代入得即所有β粒子的r都相同，如图所示可推知当粒子沿磁场边界的切线方向射入时，其到达的位置离地面最近，当其轨迹与地面相切时磁场的厚度为2r，因此d应满足的条件是如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度在0~t0内从B0均匀减小为0。圆形硬质金属环放置第12页/共15页在磁场中，金属环平面与磁场方向垂直，abcd为金属环上四等分点，总电阻为R，半径为r。10.t=0.5t0时，金属环中电流方向为_______，做出判断依据的物理原理是______。11.（计算）在0~t0内金属环产生的焦耳热Q。12.t=0.5t0时，金属环adcb段受到的安培力大小FA=_________。13.若要在金属环周围产生电磁波，可将原来的磁场替换为()A.B.C.D.14.某多媒体广播电视的传输电视信号的无线电波频率为411MHz，它的波长是_______保留2位有效数字它属于_______（选填“横波”或“纵波”）。【答案】10.①.顺时针方向②.楞次定律和安培定则【解析】【10题详解】第13页/共15页[1][2]垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度在0~t0内从B0均匀减小为0；根据楞次定律可知，t=0.5t0时，金属环中感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向里，根据安培定则可知，金属环中电流方向为顺时针方向。【11题详解】根据法拉第电磁感应定律可知，在0~t0内金属环产生的电动势为金属环产生的感应电流为在0~t0内金属环产生的焦耳热为【12题详解】金属环adcb段受到的安培力对应的等效长度为ab连线长度，即为则t=0.5t0时，受到的安培力大小为【13题详解】根据麦克斯韦电磁理论可知，稳定的磁场不会产生电场；均匀变化的磁场产生稳定的电场；周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周期性变化的电场又产生周期性变化的磁场，则周期性变化的电磁场交替产生，形成电磁波。若要在金属环周围产生电磁波，可将原来的磁场替换为周期性变化的磁场。故选D。【14题详解】[1]某多媒体广播电视的传输电视信号的无线电波频率为411MHz，它的波长为第14页/共15页[2]它属于横波。某电磁阻尼减震器，其简化原理图如图乙所示，该减震器由绝缘滑动杆及固定在杆上的多个相互紧靠、绝缘的相同单匝矩形线圈组成，线圈导线粗细均匀，滑动杆及线圈的总质量m=0.5kg，每个矩形线圈abcd电阻值R=0.1Ω,ab边长L=20cm，bc边长d=10cm，该减震器在光滑水平面上以初速度v0=2m/s向右进入范围足够大且方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小B=1.0T，不考虑线圈个数变化对减