18.(6分)
如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v从P点垂直于磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场,经历半个圆周,从Q点射出磁场。不计带电粒子所受重力。求:
(1)P、Q两点间的距离d;
(2)粒子从P点运动到Q点所用的时间t。
19.(7分)
如图所示,真空中有一对水平放置的平行金属板,金属板间的电压为U,长度为L,间距为d。一带正电的粒子以速度v0沿平行于板面的方向射入平行金属板间,并从另一侧射出。已知带电粒子的质量为m,电荷量为+q。金属板间的电场可看做匀强电场,不计带电粒子所受重力。
(1)带电粒子射出平行金属板时速度v的大小;
(2)在带电粒子通过平行金属板的过程中,电场力所做的
功W。
20.(9分)
如图1所示的电路,电源的电动势为E、内阻为r,R为变阻箱,电流表可视为理
想电表。闭合开关S,改变变阻箱R的阻值,电流表的示数I随之变化。
(1)当变阻箱的阻值为R1时,求电流表的示数I1。 (2)以
11为纵坐标,R为横坐标,在图2中画出变阻箱阻值R变化过程中?R图像的II示意图,并分别说明图线与纵轴交点和图线斜率的物理意义;
(3)在金属导体中,自由电子定向移动形成电流。已知自由电子在导线内定向移动速率
的数量级为10?5m/s,但实际上,闭合开关S后,电路中几乎瞬间就形成了电流,请说明理由。
物理试卷第 6 页(共 11 页)
21.(15分)
对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。
如图所示,固定于同一水平面内的光滑、平行长直金属导轨处于竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接有定值电阻。粗细和材质均匀的金属杆MN在与其垂直的水平恒力作用下,在导轨上匀速向右运动;金属杆MN始终与导线框形成闭合电路,其长度恰好等于平行轨道的间距,导轨电阻不计。
(1)已知匀强磁场的磁感强度为B,金属杆MN的长度为L,速度为v。
a.请通过法拉第电磁感应定律推导证明,金属杆MN切割磁感线产生的电动势
E?BLv。
b.请结合电源电动势定义式推导证明,金属杆MN切割磁感线产生的电动势
E?BLv。
(2)已知定值电阻的阻值为R,金属杆MN的电阻为r,水平恒力为F,某段时间内,
金属杆MN向右运动距离为x。
a.请结合能量守恒定律,求这段时间内金属杆MN上产生的热量Q;
b.经典物理学认为,在金属导体中,定向移动的自由电子频繁地与金属离子发生
碰撞,把定向移动的动能不断传递给金属离子,使金属离子的热振动加剧,因而导体的温度升高。在考虑大量自由电子的统计结果时,电子与金属离子的碰撞结果可视为导体对电子有连续的阻力。
展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的运动模型,并在此基础
上求这段时间内金属杆MN上产生的热量Q。
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北京市朝阳区2018~2019学年度第一学期期末质量检测
高三年级物理参考答案
2019.1
第一部分(选择题 共39分)
本部分共13小题,每小题3分,共39分。 题号 答案 1 C 2 D 3 A 4 A 5 B 6 C 7 C 8 A 9 A 10 B 11 D 12 B 13 D 第二部分(非选择题 共61分)
本部分共8小题,共61分。把答案填在答题卡相应的位置。 14.(4分)
×10…………………………………………………………………………………… (2分) 100…………………………………………………………………………………… (2分)
15.(5分)
(1)图2……………………………………………………………………………… (2分) (2)若采用图1所示电路,R测?Rx?RA,相对误差?图2所示电路,R测?
R测?RxRx?RA?2.5%;若采用RxR测?RxRxRVRx,相对误差???0.17%。可见图2
Rx?RVRxRx?RV所示电路的误差较小。 ……………………………………………………… (3分)
16.(9分)
(1)A……………………………………… (2分) C……………………………………… (2分) (2)答案如答图1所示 ………………… (2分) (3)0.27~0.33 …………………………… (3分)
17.(6分)
解:(1)由题意可知,原线圈电压的有效值U1?220V。
设副线圈电压的有效值为U2,则有
U1n1? U2n2n2U1?55V …………………………………… (3分) n1答图1
所以电压表的读数U?U2?物理试卷第 8 页(共 11 页)
(2)副线圈中电流的有效值I2? 因为
I1n2? I2n1U2?2.0A R 所以电流表的读数I?I1?18.(6分)
n2I2?0.5A……………………………………… (3分) n1解:(1)设带电粒子做匀速圆周运动的轨迹半径为r。根据牛顿第二定律有
v2 qvB?m
rmv 所以 r?
qB 所以 d?2r?2mv……………………………………………………… (3分) qB (2)粒子做圆周运动的周期 T?2πr2πm? vqB1πm 所以 t?T?……………………………………………………… (3分)
2qB
19.(7分)
解:(1)平行金属板间匀强电场场强E?U d在平行金属板的方向,带电粒子以速度v0做匀速直线运动,则有
t?L v0 在垂直金属板的方向,带电粒子做初速度为零的匀加速运动,根据牛顿第二定律有
qEqU ?mmdqUL 所以 v??at?
mdv0 a?q2U2L2 所以 v?v?v?v?222…………………………………… (4分)
mdv0202?20 (2)根据动能理可求得,电场力所做的功
1212q2U2L2 W?mv?mv0?…………………………………… (3分) 2222md2v0
20.(9分)
解:(1)根据闭合电路欧姆定律有
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I1?E………………………………………………………… (3分) R1?r (2)U-I图像如答图2所示。图像与纵轴交点的坐标值为
斜率为
r1?,EI短1。…………………………………………… (3分) E (3)闭合开关的瞬间,电路中的各个位置迅速建立了电场,在电场
的作用下,电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动,整个电路也就几乎同时形成了电流。………………… (3分)
21.(15分)
解:(1)a.在?t时间内,金属杆MN的位移x?v??t
闭合电路面积的变化量是?S?Lx?Lv??t
则穿过闭合电路的磁通量的变化量是???B??S?BLv??t
根据法拉第电磁感应定律有E?答图2
??(3分) ?BLv………………………………
?tb.金属杆MN切割磁感线时,MN相当于电源,由右手定则可以判断M为正极,N为负极。
因为金属杆MN的运动,自由电子受到沿金属杆方向洛的伦兹力(分力)f1的作用,f1充当非静电力。设自由电子的电荷量为e,则有f1?evB。
在自由电子由N定向移动到M的过程中,f1做的功W?f1L?evBL,所以导线MN切割磁感线产生的电动势E?W?BLv………………………… (3分) e (2)a.设电阻R上产生的热量为QR,根据能量守恒定律有Fx?QR?Q 又因为
QRR? QrFxr ………………………………………………………… (4分) R?r b.设磁场的磁感强度为B,金属杆MN的长度为L,则金属杆MN切割磁感线产 所以 Q?生的电动势E?BLv,所以金属杆MN两端的电势差UMN? 金属杆MN中的电场可视为匀强电场,其场强E场? 自由电子在金属杆MN中所受的电场力Fe?eE场?BLvR R?rUMNBvR ?LR?reBvR R?r 因为金属杆MN的运动,自由电子受到沿金属杆方向的洛伦兹力(分力)f1?evB 因为金属杆中的电流不变,所以可假设自由电子以速度u相对导线做匀速直
线运动。假设导体对每个电子的阻力都为f阻。在沿金属杆MN的方向,根据
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牛顿第二定律有f1?(Fe?f阻)?0,即evB? 所以
eBvR?f阻?0 R?rf阻?evBr R?revBrrvtrx?NeuB?NeuB R?rR?rR?r 设MN中自由电荷的数量为N,这段时间为t,则自由电子克服f阻做的总功 W克?Nf阻ut?Nut 因为自由电子以速度u相对导线做匀速直线运动,所以自由电子受到垂直金属
杆MN方向的洛伦兹力(分力)f2?euB,则有金属杆MN所受的安培力
pFA?Nf2?NeuB
取金属杆MN为研究对象,根据牛顿第二定律有FA?F 所以 W克?rFx R?rr Fx………………………………………… (5分)
R?r 由题意可知:Q?W克?
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