2022-2023学年安徽省淮北师范大学附属实验中学高二下学期第一次月考物理试题 （解析版）

安徽省淮北师范大学附属实验中学2022-2023学年高二下学期第一次月考

物理试卷

一、单选题（共7小题）

1. 如图所示，A、B是两根平行且水平放置的长直导线，通以大小、方向均相同的恒定电流，在A、B连线的垂直平分线上放置一段为L的直导线，A、B、C刚好在正三角形的三个顶点上．现给C通以恒定电流，C受到的安培力大小为F，若不再给A导线通电，则C受到的安培力大小为

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】根据电流方向相同相互吸引可得A和B对C安培力如图所示，由于A、B是两根平行且水平放置的长直导线，通以大小、方向均相同的恒定电流，所以

FA=FB

根据几何关系可得：

2FBcos30°=F

解得：

所以不再给A导线通电，则C受到的安培力大小为．

A. 与分析相符，故A正确．

B 与分析不符，故B错误．

C. 与分析不符，故C错误．

D. 与分析不符，故D错误．

2. 如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向斜向右上方，与水平方向的夹角为45°。一个四分之三金属圆环ab置于匀强磁场中，圆环的半径为r，圆心为O，两条半径oa和ob相互垂直， oa沿水平方向，ob沿竖直方向；将圆环等分为两部分，当圆环中通以电流I时，一半圆环受到的安培力大小为（   ）

A. BIr B.  C. BIr D.

【答案】D

【解析】

【详解】根据几何关系，通电导线的有效长度为，根据安培力的公式可得，圆环受到的安培力为，所以一半圆环受到的安培力大小为

A．BIr，与结论不相符，选项A错误；

B．，与结论不相符，选项B错误；

C．BIr，与结论不相符，选项C错误；

D．，与结论相符，选项D正确；

故选D.

。

3. 如图所示，是一个用长为L的导线弯成的、以O为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，当在该导线中通以由C到A、大小为I的恒定电流时，该导线受到的安培力大小和方向是（　　）

A. ，平行于向左

B. ，平行于向右

C. ，垂直的连线指向左下方

D. ，垂直的连线指向左下方

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】直导线折成半径为R的圆弧形状，在磁场中的有效长度为

又

联立解得

则安培力为

安培力的方向与等效长度的直线垂直，根据左手定则可得，安培力的方向垂直AC的连线指向左下方。

故选C

4. 如图所示，边长为l的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板，导线框中通以恒定的逆时针方向的电流。图中虚线过边中点和边中点，在虚线的下方为垂直于导线框向里的有界矩形匀强磁场，其磁感应强度大小为B。此时导线框处于静止状态，细线中的拉力为；现将虚线下方的磁场移至虚线上方且磁感应强度的大小改为原来的两倍，保持其他条件不变，导线框仍处于静止状态，此时细线中拉力为。则导线框中的电流大小为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】当磁场在虚线下方时，通电导线的等效长度为，受到的安培力方向竖直向上，设三角形导线框质量为m，则有：

当磁场在虚线上方时，通电导线的等效长度为，受到的安培力方向竖直向下，磁感应强度增大到原来的两倍，故此时有：

联立可得

故C正确，ABD错误；

故选C。

5. 如图所示，在倾角为30°的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为l、质量为m的直导体棒，导体棒中电流为I，要使导体棒静止在斜面上，需要外加匀强磁场的磁感应强度B的最小值为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】直导体棒受到重力mg，斜面支持力N的作用，由三角形定则可知，当安培力F与支持力垂直时取得最小值，如图所示

由平衡条件可得

解得外加匀强磁场的磁感应强度最小值为

故选A。

6. 磁流体发电的原理如图所示。将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为d、宽为a、长为b的两平行金属板间便产生电压。如果把上、下板和电阻R连接，上、下板就是一个直流电源的两极。若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ，忽略边缘效应，下列判断正确的是（　　）

A. 上板为正极，电流I＝

B. 上板为负极，电流I＝

C. 下板为正极，电流I＝

D. 下板为负极，电流I＝

【答案】C

【解析】

【详解】等离子体是由大量正、负离子组成的气体状物质，根据左手定则可知，正离子受到的洛伦兹力向下，负离子受到的洛伦兹力向上，所以下板为正极；当磁流体发电机达到稳定状态时，极板间的离子受力平衡，满足

可得电动势

U＝Bdv

根据闭合电路的欧姆定律，电流

I＝

而电源内阻

r＝ρ＝

代入得

I＝

故选C。

7. 如图所示，足够长的导体棒MN固定在相互平行的金属导轨上，导轨宽度为0.5m，通过的电流为1A，导体棒MN与水平导轨的夹角为30°，且处于垂直于纸面向外的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度为0.2T，则导体棒MN所受的安培力大小为（　　）

A. 0.02N B. 0.05N C. 0.1N D. 0.2N

【答案】D

【解析】

【详解】导体棒MN在导轨间的有效长度为1m，由安培力公式得

故选D。

二、多选题（共3小题）

8. 实验室经常使用的电流表是磁电式仪表．这种电流表的构造如图甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的．当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法正确的是(　 )

A. 线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行

B. 线圈转动时，螺旋弹簧被扭动阻碍线圈转动

C. 当线圈转到图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上

D. 当线圈转到图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动

【答案】ABD

【解析】

【详解】试题分析：A、均匀辐向磁场的特点是大小相等，方向指向圆心或方向延长线过圆心，线圈到任意位置，其平面与磁感线平行；正确

B、线圈转动时，螺旋弹簧被扭动产生弹力，弹力方向与扭动方向相反，阻碍线圈转动；正确

CD、由左手定则可知a端受安培力向上，b端受安培力向下所以，C错误，D正确

故选ABD

考点：电流表工作原理

点评：,容易题．掌握均匀辐向磁场的分布特点及电流表的工作原理是解决本题的关键．

9. 如图所示，通电导体棒静止于水平导轨上，棒的质量为m，长为L，通过的电流大小为I且垂直纸面向里，匀强磁场的磁感应强度B的方向与导轨平面成θ角，则导体棒受到的（　　）

A. 安培力大小为BIL

B. 安培力大小为BILsinθ

C. 摩擦力大小为BILcosθ

D. 支持力大小为mg+BILcosθ

【答案】AD

【解析】

【详解】AB．安培力大小为F=BIL，A正确，B错误；

C．摩擦力大小为 ，C错误；

D．支持力大小为 ，D正确。

故选AD。

10. 半导体内导电的粒子—“载流子”有两种：自由电子和空穴（空穴可视为能自由移动带正电的粒子），以自由电子导电为主的半导体叫型半导体，以空穴导电为主的半导体叫型半导体。图为检验半导体材料的类型和对材料能进行测试的原理图，图中一块长为、宽为、厚为的半导体样品板放在沿轴正方向的匀强磁场中，磁感应强度大小为。当有大小为、沿轴正方向的恒定电流通过样品板时，会在与轴垂直的两个侧面之间的产生霍尔电热差，霍尔电势差大小满足关系，其中为材料的霍尔系数。若每个载流子所带电量的绝对值为，下列说法中正确的是：（　　）

A. 如果上表面电势高，则该半导体为型半导体

B. 如果上表面电势高，则该半导体为型半导体

C. 霍尔系数较大的材料，其内部单位体积内的载流子数目较多

D. 样品板在单位体积内参与导电的载流子数目为

【答案】AD

【解析】

【详解】A．如果半导体为P型半导体，则能自由移动的是带正电的粒子，由左手定则可以判断出粒子偏向上表面，故上表面电势高，A正确；

B．如果半导体为N型半导体，则能自由移动是带负电子，由左手定则可以判断出电子偏向上表面，故上表面电势低，B错误；

C．待电流稳定后，粒子在电场力与洛伦兹力的作用下处于平衡状态，故存在

而电流的大小又可以表示为

I＝neSv=nebcv

二式整理得

BI=UHnec

又因为

故

故霍尔系数k较大的材料，其内单位部体积内的载流子数目较少，C错误；

D．由上式还可以推出

D正确。

故选AD。

【点晴】在霍尔元件中，带电粒子在电场与磁场力的作用下处于平衡状态，故由此可以列出相应的方程来，如果考虑微观的因素，即将粒子运动的速度与电流相结合即可得出一个综合关系式，再由题中已知的关系式，二者相结合，可以将结果解出来了。

三、计算题（共5小题）

11. 如图甲所示，以两虚线M、N为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，M、N间电压UMN的变化图像如图乙所示，电压的最大值为U0、周期为T0；M、N两侧为相同的匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B。t=0时，将一带正电的粒子从边界线M上的A处由静止释放，经电场加速后进入磁场，粒子在磁场中做圆周运动的周期也为T0，两虚线M、N间宽度很小，粒子在其间的运动时间不计，也不考虑粒子所受的重力。

（1）求该粒子的比荷；

（2）求粒子第1次和第2次从右向左经边界线N离开磁场区域Ⅰ时两位置间的距离Δd。

【答案】（1）；（2）2（）

【解析】

【分析】

【详解】（1）粒子进入磁场后做匀速圆周运动，周期为

T=

由题可知：T=T0，解得

（2）由于不计粒子穿越MN间的时间，则可认为t=0时刻出发的粒子穿越MN的过程中电压始终为U0，t=时刻第1次自右向左穿过边界线N，再加速一次进入磁场区域Ⅱ时的速度为v1，由动能定理得

2qU0=

第2次自右向左到达边界线N时被加速3次，速度设为v2，由动能定理得

3qU0=

如图所示

两次到达边界N的位置距离为Δd，则

Δd=2（R2-R1)=2

解得

Δd=2（）

12. 如图所示，两平行金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=，导轨的一端接有电动势E =3V、内阻r=0.5Ω的直流电源，导轨间的距离L=0.4m。在导轨所在空间内分布着磁感应强度B=0.5T、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场。现把一个质量m=0.04kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒的电阻R=1.0Ω，导体棒恰好能静止。金属导轨电阻不计。（g取10m/s2，sin=0.6，cos=0.8）求：

（1）ab受到的安培力大小；

（2）ab受到的摩擦力大小。

【答案】（1）0.40N；（2）0.16N

【解析】

【详解】（1）导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有

导体棒受到的安培力大小

根据左手定则判断知安培力方向平行斜面向上。

（2）导体棒受重力沿斜面向下分力

由于小于安培力，故导体棒受到沿斜面向下的静摩擦力f，根据共点力平衡条件得

解得

13. 如图所示，将长为50 cm、质量为10 g的均匀金属棒ab的两端用两只相同的弹簧悬挂成水平状态，位于垂直于纸面向里的匀强磁场中。当金属棒中通以0.4 A的电流时，弹簧恰好不伸长。g=10 m/s2。

(1)求匀强磁场的磁感应强度的大小；

(2)当金属棒中通过大小为0.2 A、方向由a到b的电流时，弹簧伸长1 cm。如果电流方向由b到a，而电流大小不变，则弹簧伸长又是多少？

【答案】(1)0.5T；(2)3cm

【解析】

【详解】(1)弹簧恰好不伸长时，ab棒受到向上的安培力BIL和向下的重力mg大小相等，即

BIL=mg

解得

(2)当大小为0.2 A的电流由a流向b时，ab棒受到两只弹簧向上的拉力2kx1，及向上的安培力BI1L和向下的重力mg作用，处于平衡状态。根据平衡条件有

2kx1＋BI1L=mg

当电流反向后，ab棒在两个弹簧向上的拉力2kx2及向下的安培力BI2L和重力mg作用下处于平衡状态。根据平衡条件有

2kx2=mg＋BI2L

联立解得

14. 如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上固定一间距L＝0.5 m的两平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好。整个装置处于磁感应强度B＝0.10 T，垂直于斜面向上的匀强磁场中（导轨与金属棒的电阻不计）．取g＝10 m/s2。

（1）若导轨光滑，要保持金属棒在导轨上静止，求金属棒受到的安培力大小；

（2）若金属棒ab与导轨间的动摩擦因数μ＝，金属棒要在导轨上保持静止，求滑动变阻器R接入电路中的阻值；

（3）若导轨光滑，当滑动变阻器的电阻突然调节为23 Ω时，求金属棒的加速度a的大小。

【答案】（1）0.1 N；（2）3Ω～11 Ω；（3）3.75 m/s2

【解析】

【详解】（1）要保持金属棒在导轨上静止，对金属棒受力分析可得

（2）若金属棒ab与导轨间的动摩擦因数，则金属棒受到的最大摩擦力大小

①当摩擦力沿斜面向上时，有

此时

解得

②当摩擦力沿斜面向下时，有

此时

解得

R2＝3 Ω

故滑动变阻器R接入电路中的阻值在3 Ω和11 Ω之间．

（3）当滑动变阻器的电阻突然调节为23 Ω时，即

R＝23 Ω

有

此时金属棒的加速度

方向沿斜面向下

15. 如图，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；在x轴下方存在匀强电场，电场方向与xOy平面平行，且与x轴成夹角．一质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场的方向变为垂直于纸面向里，大小不变．不计重力．

（1）求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需时间；

（2）若要使粒子能够回到P点，求电场强度的最大值．

【答案】（1） ； （2）

【解析】

【详解】（1）带电粒子在磁场中做圆周运动，设运动半径为R，运动周期为T，根据洛伦兹力公式以及圆周运动规律，可得

依题意，粒子第一次到达x轴时，运动转过的角度为，所需时间

联立解得

（2）粒子进入电场后，先做匀减速运动，直到速度为零，然后沿原路返回做匀加速运动，到达x轴时速度大小仍为，设粒子在电场中运动的总时间为

加速度大小为a，电场强度大小为E，有

联立解得

根据题意，要使粒子能够回到P点，必须满足

联立解得，电场强度的最大值为