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    陕西省西安铁一中滨河高级中学2023-2024学年高二上学期第二次月考物理试题
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    陕西省西安铁一中滨河高级中学2023-2024学年高二上学期第二次月考物理试题

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    这是一份陕西省西安铁一中滨河高级中学2023-2024学年高二上学期第二次月考物理试题,共26页。试卷主要包含了选择题,多选题,实验题,解答题等内容,欢迎下载使用。

    1. 如图所示,正六边形abcdef位于匀强磁场中,匀强磁场方向与正六边形平面平行,正六边形中心处有一长直导线,导线中通有垂直于六边形平面向里的恒定电流,b点磁感应强度为零。则a、d、e、f各点中磁感应强度最大的是( )

    A. aB. fC. eD. d
    【答案】C
    【解析】
    【详解】通电导线在b点出产生的磁场方向竖直向上,由于b点的合场强为零,可知匀强磁场的场强方向竖直向下,通电导线在e点产生的磁场方向竖直向下,根据磁场的叠加原理,可知e点的合场强最大。
    故选C。
    2. 如图实线是未标明方向的电场线,虚线是某一带电粒子通过该电场区域的运动轨迹,a、b是轨迹上的两点。若带电粒子在运动中只受电场力的作用,则可以判断( )
    A. 粒子一定带正电
    B. a、b两处中,粒子在a处加速度较小
    C. a、b两处中,粒子在a处速度较大
    D. a、b两处中,粒子在a处电势能较大
    【答案】C
    【解析】
    【详解】A.根据题意可知,带电粒子在运动中只受电场力的作用,则电场力方向向左,由于不知道电场方向,无法确定粒子的电性,故A错误;
    B.根据题意,由牛顿第二定律可得更多课件教案等低价滋源(一定远低于各大平台价格)请 家 威杏 MXSJ663
    由电场线的疏密程度可知,处电场线密,电场强度较大,则粒子在a处加速度较大,故B错误;
    CD.根据题意可知,带电粒子在运动中只受电场力的作用,则电场力方向向左,粒子由处运动到处,电场力做负功,则粒子的动能减小,电势能增大,粒子在a处速度较大,电势能较小,故D错误,C正确。
    故选C。
    3. 如图所示,电源电动势为E,内阻为r,电压表、、为理想电压表,、为定值电阻,为热敏电阻(其阻值随温度升高而减小),C为电容器,闭合开关S,电容器C中的微粒A恰好静止,当室温从25℃升高到35℃的过程中,流过电源的电流变化量是,三只电压表的示数变化量的绝对值是、和,则在此过程中( )
    A. 电源效率变大
    B.
    C. Q点电势升高
    D. 中的电流方向由N向M,微粒A匀加速下移
    【答案】C
    【解析】
    【详解】A.电源效率为
    当室温从25℃升高到35℃的过程中,热敏电阻的阻值减小,则总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电流总电流增大,外电压减小,则电源效率变小,故A错误;
    B.由
    解得
    其中


    故B错误;
    C.由于电流总电流增大,则通过的电流增大,两端电压增大,即V1示数增大,又外电压减小,所以V2示数减小,而
    且,所以Q点电势升高,故C正确;
    D.测量的是电源路端电压,由
    可知理想电压表示数减小,根据
    可知电容器两极板所带的电荷量减小,电容器放电,所以中的电流方向由M向N,根据

    可知电场力减小,微粒A匀加速下移,故D错误。
    故选C。
    4. 如图所示,一绝缘且粗糙程度相同的竖直细杆处于两等量异种点电荷、连线的中垂线上,细杆和两点电荷均固定,A、O、B分别为细杆上的三点,O为、连线的中点,。现有电荷量为、质量为m的小球套在杆上,从A点起以初速度向B点滑动,到达B点时速度恰好为零,则下列关于小球运动的图像可能正确的是( )
    A. B.
    C. D.
    【答案】A
    【解析】
    【详解】由题意知,到达B点时速度恰好为零,所以在B处小球做减速运动,则此时加速度向上,又因为A与B点对称,则受力情况相同,则A点加速度方向也向上。对小球受力分析如图

    因为从A到B过程中,r先减小后增大,也是先减小后增大,则支持力先增大后减小,摩擦力也先增大后减小,故加速度先增大后减小,且加速度方向一直向上,因此小球从A到B过程中做加速度先增大后减小的减速运动,又因为v~t图像的斜率表示加速度。
    故选A。
    5. 关于磁场,下列说法中正确的是( )
    A. 磁场是为研究问题假设存在的一种物质
    B. 磁体之间、磁体与通电导体之间,以及通电导体之间的相互作用都是通过磁场发生的
    C. 根据可知,磁场中某处的磁感强度大小与通电导线所受的磁场力F成正比,与电流强度I和导线长度L的乘积成反比
    D. 根据可知匀强磁场磁感应强度的大小等于垂直穿过单位面积的磁感线条数
    【答案】BD
    【解析】
    【详解】A.磁场是客观存在的一种物质,磁感线是假想的,故A错误;
    B.电流的周围、磁体的周围以及变化的电场的周围都有磁场,所以磁体与磁体之间、磁体与通电导体之间,以及通电导体与通电导体之间的相互作用,是通过磁场发生的,故B正确;
    C.磁场的磁感应强度与通电导线的电流和所受的磁场力无关,由本身的性质决定。故C错误;
    D.根据可知,匀强磁场磁感应强度的大小等于垂直穿过单位面积的磁感线条数,又叫磁通密度。故D正确。
    故选BD。
    6. 如图所示,绝缘的水平桌面上放置一金属圆环P,在圆环P的正上方固定一个线圈Q,线圈Q与平行金属导轨相连并与导体棒组成闭合回路,金属导轨处于垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,由于导体棒的运动,使得圆环P中产生逆时针方向(从上向下看)的感应电流,并且对桌面的压力小于圆环P的重力,下列说法正确的是( )
    A. 导体棒向右加速运动B. 导体棒向左加速运动
    C. 导体棒向右减速运动D. 导体棒向左减速运动
    【答案】C
    【解析】
    【详解】A.导体棒向右加速运动时,感应电流从b流向a,在线圈Q里产生向上的磁场,金属圆环P的磁通量增加,为阻碍增加,金属圆环P产生顺时针方向的磁场,对桌面的压力大于圆环P的重力,故A错误;
    B.导体棒向左加速运动时,感应电流从a流向b,在线圈Q里产生向下的磁场,金属圆环P的磁通量增加,为阻碍增加,金属圆环P产生逆时针方向的磁场,对桌面的压力大于圆环P的重力,故B错误;
    C.导体棒向右减速运动时,感应电流从b流向a,在线圈Q里产生向上的磁场,金属圆环P的磁通量减少,为阻碍减少,金属圆环P产生逆时针方向的磁场,对桌面的压力小于圆环P的重力,故C正确;
    D.导体棒向左减速运动时,感应电流从a流向b,在线圈Q里产生向下的磁场,金属圆环P的磁通量减少,为阻碍减少,金属圆环P产生顺时针方向的磁场,对桌面的压力小于圆环P的重力,故D错误。
    故选C。
    7. 如图所示,固定的竖直光滑U形金属导轨,间距为L,上端接有阻值为R的电阻,处在方向水平且垂直于导轨平面、磁感应强度为B的匀强磁场中,质量为m、电阻为r的导体棒与劲度系数为k的固定绝缘轻弹簧相连且放在导轨上,导轨的电阻忽略不计。初始时刻,弹簧处于伸长状态,其伸长量为。此时导体棒具有竖直向上的初速度,在沿导轨往复运动的过程中,导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。则下列说法正确的是( )
    A. 初始时刻导体棒受到的安培力大小为
    B. 初始时刻导体棒加速度的大小为
    C. 导体棒第一次速度为零时,克服弹簧弹力和克服重力做功之和小于
    D. 从导体棒开始运动到最终静止过程中,电阻R上产生的焦耳热为
    【答案】C
    【解析】
    【详解】A.初始时刻导体棒产生感应电动势大小为
    回路中感应电流大小为
    初始时刻导体棒受到的安培力大小为
    故A错误;
    B.初始时刻,对导体棒由牛顿第二定律得
    解得
    故B错误;
    C.开始时导体棒向上运动到第一次速度为零过程中,重力、弹簧弹力、安培力都做负功,根据动能定理可得
    可得
    由于

    故C正确;
    D.导体棒在弹簧弹力作用下往复运动,当导体棒静止时,所受安培力为零,导体棒受到重力和弹簧的弹力平衡,弹簧弹力的方向竖直向上,弹簧处于压缩状态,弹簧的压缩量为
    故导体棒从开始运动到最终静止,弹簧的弹性势能不变,由能量守恒定律得
    解得系统产生总热量为
    电阻R上产生的热量要小于系统产生的总热量,故D错误。
    故选C。
    8. 如图,一个平行于纸面的等腰直角三角形导线框,直角边长度为2d,匀速穿过垂直于纸面向里、宽度为d的匀强磁场区,线框中将产生随时间变化的感应电流i,设逆时针为线框中电流的正方向,当一直角边与磁场左边界重合时开始计时,则图中正确的是( )

    A. B.
    C. D.
    【答案】D
    【解析】
    【详解】在时间内,线框进入磁场时磁通量向里增加,根据楞次定律结合安培定则可知,感应电流为逆时针方向,随着线框的运动,导线切割磁感线的有效长度均匀减小,产生的感应电动势均匀减小,感应电流均匀减小;在时间内,穿过线圈的磁通量向里减小,根据根据楞次定律结合安培定则可知,感应电流为顺时针方向,穿过线框的磁通量均匀减小,产生的感应电流不变;在时间内,穿过线框的磁通量向里减少,根据根据楞次定律结合安培定则可知,感应电流为顺时针方向,线框的有效切割长度均匀减小,感应电流均匀减小。
    故选D。
    二、多选题(共4小题)
    9. 为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前、后两个内侧固定有金属板作为电极,污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是( )
    A. 若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高
    B. 前表面的电势一定低于后表面的电势,与哪种离子多少无关
    C. 污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大
    D. 污水流量Q与U成正比,与a、b无关
    【答案】BD
    【解析】
    【详解】AB.由左手定则知正离子向后表面偏转,负离子向前表面偏转,前表面的电势一定低于后表面的电势,与离子的多少无关,故B正确A错误;
    C.最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡:
    解得
    则电压表的示数与离子浓度无关,故C错误;
    D.由流量
    解得
    则Q与U成正比,与a、b无关,故D正确。
    故选BD。
    10. 如图,空间有一垂直纸面向外、磁感应强度大小为2T的匀强磁场,一质量为0.3kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上,在木板右端无初速度放上一质量为0.4kg、电荷量的滑块,滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为0.45,滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。时对滑块施加方向水平向左,大小为2.1N的恒力。g取,则( )
    A. 木板和滑块一直做加速度为的匀加速运动
    B. 木板先做加速度为的匀加速运动,再做加速度减小的变加速运动,最后做匀速直线运动
    C. 当滑块的速度等于9m/s时与木板恰好分离
    D. 时滑块和木板开始发生相对滑动
    【答案】BD
    【解析】
    【详解】时刻,在静摩擦力的作用下,木板能够获得的最大加速度为
    当2.1N的恒力作用于滑块时,设木板与滑块保持相对静止,则有
    假设成立;可知一开始木板先做加速度为匀加速运动;当滑块获得向左运动的速度以后又产生一个方向向上的洛伦兹力,滑块对木板的压力减小,最大静摩擦力减小,当最大静摩擦力使木板产生的加速度小于时,木板与滑块开始发生相对滑动,此时有


    联立解得

    木板与滑块开始发生相对滑动后,随着滑块速度的继续增大,滑块对木板的压力继续减小,滑块对木板的滑动摩擦力逐渐减小,木板的加速度逐渐减小;当洛伦兹力等于滑块重力时,滑块与木板之间的弹力为零,木板受到的摩擦力为0,木板开始做匀速直线运动,此时有
    解得滑块与木板分离时的速度为
    由于滑块在水平方向上受到恒力作用,速度继续增加,洛伦兹力继续增大,滑块将离开木板向上做曲线运动。
    故选BD。
    11. 如图甲所示,abcd是匝数为100匝、边长为10cm、总电阻为的正方形闭合导线圈,放在与线圈平面垂直的图示匀强磁场中,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示,则以下说法正确的是( )

    A. 导线圈中产生的是大小和方向都不变的恒定电流
    B. 在时导线圈产生的感应电动势为1V
    C. 在0~2s内通过导线横截面的电荷量为20C
    D. 在时,导线圈内电流的瞬时功率为10W
    【答案】CD
    【解析】
    【详解】A.在内线圈磁通量变大,在内线圈的磁通量变小,根据楞次定律可知,在内的感应电流方向与内的感应电流方向相反,故A错误;
    B.根据法拉第电磁感应定律,在时导线圈产生的感应电动势为
    故B错误;
    C.在时间内,感应电动势
    感应电流为
    在内通过导线横截面的电荷量为
    故C正确;
    D.在时,导线圈内电流的瞬时功率为
    故D正确。
    故选CD。
    12. 电磁轨道炮是利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,原理如图,图中直流电源电动势为,电容器的电容为C,两根固定于水平面内的光滑平面金属导轨间距为L,电阻不计.炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触,首先开关S接1,使电容器完全充电,然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面,磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动,当MN上的感应电动势为时,此时与电容器两极板间的电压相等,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨,下列说法正确的是
    A. 匀强磁场的方向垂直导轨平面向下
    B. MN刚开始运动时的加速度
    C. MN离开导轨后的最大速度为
    D. MN离开导轨后的最大速度为
    【答案】AC
    【解析】
    【详解】加速时由于电容器上极板为正,故通过MN的电流方向为M→N,受到的安培力方向为向右,故由左手定则可知,匀强磁场的方向垂直导轨平面向下,A正确;电容器刚放电时的电流:,安培力,故加速度,B错误;电容器放电前所带的电荷量开关S接2后,MN开始向右加速运动,速度达到最大值vm时,MN上的感应电动势:最终电容器所带电荷量通过MN的电量,由动量定理,有:即,,也就是解得:,C正确D错误.
    【点睛】本题是电磁感应与电路、力学知识的综合,解决这类题目的基本思路是对研究对象正确进行受力分析,弄清运动形式,然后依据相应规律求解,对于CD,注意电流在变化,安培力在变化,结合动量定理,通过平均电流,结合通过的电量进行求解.
    三、实验题(共2小题)
    13. 某物理兴趣小组测量一段粗细均匀的合金丝电阻率ρ。
    (1)实验开始前,用螺旋测微器测量合金丝的直径,图1读数为_________mm;
    (2)某同学采用分压电路和电流表内接法,取这段合金丝绕在半径为0.3m的量角器上,连成图2所示电路。闭合开关前,请老师检查,发现导线_________(填写标号)接线错误,滑动变阻器的滑片应置于_________端(选填“左”或“右”);
    (3)改变金属夹位置,通过调节滑动变阻器保持电压表示数始终为1.00V,记录电流表的示数I与接入电路的合金丝所对应的圆心角θ,根据实验数据在图3中作出图像,则该合金丝的电阻率为_________Ω·m(保留2位有效数字),电流表的内阻为_________Ω。
    【答案】 ①. 0.799##0.800##0.801 ②. ③ ③. 右 ④. 4.7×10-7##4.8×10-7##4.9×10-7##5.0×10-7##5.1×10-7 ⑤. 0.18##0.19##0.20##0.21##0.22
    【解析】
    【详解】(1)[1] 螺旋测微器读数
    d=0.5mm+30.0×0.01mm=0.800mm
    (2)[2] [3] 按实物图转化为电原理图如图
    可知实物图接成了电流表外接法,导线③接错;实验开始前,滑动变阻器的滑片应置于右端;
    (3)[4] [5] 由欧姆定律
    UV=I(rA+Rx)
    量角器的半径为R0,根据电阻定律
    Rx=ρ
    解得
    代入数据得
    作出图线,如图
    可知图线的斜率
    k=
    求得
    ρ=5.0×10-7Ω·m
    图线的截距为电流表的内阻
    rA=0.2Ω
    14. 现有两组同学要测定一节干电池的电动势E和内阻r(已知E约为1.5V,r约为1Ω)。
    (1)第一组采用图所示电路。
    ①为了完成该实验,选择实验器材时,在电路的a、b两点间可接入的器件是_______。
    A.一个定值电阻 B.阻值适当的不同阻值的定值电阻 C.滑动变阻器
    ②为了调节方便且测量精度更高,以下器材中,电流表可选____,电压表可选____。
    A.电流表(0~0.6A) B.电流表(0~3A) C.电压表(0~3V) D. 电压表(0~15V)
    ③第一小组经过多次测量,记录了多组电流表示数I和电压表示数U,并在图中画出了U-I图像。由图像可以得出,若将该干电池与一个阻值为2.2Ω的定值电阻组成闭合电路,电路中的电流约为_______A(保留两位有效数字)。
    (2)第二组在没有电压表的情况下,设计了如图所示的电路,完成了对同一电池的测量。
    ①改变电阻箱接入电路中的电阻值,记录了多组电流表示数I和电阻箱示数R,通过研究图像的信息,他们发现电动势的测量值与第一组的结果非常接近,但是内阻的测量值与第一组的结果有明显偏差。将上述实验重复进行了若干次,结果依然如此。请说明哪个组内阻的测量结果较大?________并说明形成这个结果的原因_________。
    ②A.第二组对实验进行深入的理论研究,在是否可以忽略电流表内阻这两种情况下,绘制两类图像。第一类图像以电流表读数I为纵坐标,将电流表和电阻箱读数的乘积IR记为U作为横坐标。第二类图像以电阻箱读数R为纵坐标,电流表读数的倒数为横坐标。请在图甲、乙两坐标系中分别用实线代表电流表内阻可忽略的情况,虚线代表电流表内阻不可忽略的情况,定性画出相关物理量之间关系。____________
    ②B.在第二组的实验中电阻箱(最大阻值为999.9Ω,可当标准电阻用)、电流表(量程Ig = 0.6A,内阻rg = 0.1Ω)。通过改变电阻箱接入电路中的电阻值,记录了多组电流表示数I和电阻箱示数R,并画出了如图所示的图像。根据图像中的信息可得出这个电池的电动势E=_____V,内电阻r=_____Ω。
    ②C.某同学利用传感器、定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻,实验装置如图所示。实验时多次改变电阻箱的阻值,记录外电路的总电阻阻值R,用电压传感器测得端电压U,并在计算机上显示出如图所示的关系图线。由图线可知电池的电动势E=________V,内阻r=_______。
    【答案】 ①. BC ②. A ③. C ④. 0.48~0.52 ⑤. 第二组的测量结果较大 ⑥. 电流表内阻不能忽略引起的误差 ⑦. ⑧. 1.5(1.46~1.54) ⑨. 0.3(0.25~0.35) ⑩. 2.0V ⑪. 0.5Ω
    【解析】
    【详解】(1)①[1].根据E=U+Ir,要测电动势E和内阻r,必须要改变电路的电流,则在电路的a、b两点间可接入的器件是:B.阻值适当的不同阻值的定值电阻或者C.滑动变阻器;故选BC.
    ②[2][3].为了调节方便且测量精度更高,以下器材中,电流表可选量程为(0~0.6A)的A,电压表可选量程为(0~3V)的C即可。
    ③[4].由图中读出:E=1.48V,内阻为
    则若将该干电池与一个阻值为2.2Ω的定值电阻组成闭合电路,电路中的电流约为

    (2)①[5][6].在第一组测量值内阻的测量值比真实值偏小;而第二组的测量中由于安培表内阻的影响使得内阻的测量值偏大;即第二组中是电流表内阻不能忽略引起的误差;
    ②[7].根据


    若考虑电流表内阻,则
    则图像如图甲所示;
    根据可得
    若考虑电流表内阻,则
    则图像如图乙所示;
    ③[8][9].由图像可知:



    r=0.3Ω
    ④[10][11].由闭合电路的欧姆定律可知:

    则由图像可知:


    解得
    E=2V
    r=0.5Ω
    四、解答题(共4小题)
    15. 如图所示,竖直放置的平行板电容器两板间电势差为,平面直角坐标系第Ⅰ象限内分布着沿y轴正方向的匀强电场,一个带负电的粒子从电容器左板处由静止开始加速,穿过右板后垂直于y轴从P点处射入电场,并从x轴上的A点处射出。已知P点的纵坐标为1m,A点的横坐标为2m,带电粒子的电荷量与质量的比值,不考虑带电粒子所受的重力。
    (1)求带电粒子从平行板电容器射出时的速度大小;
    (2)求匀强电场的场强大小E;
    (3)若在过y轴上的B点处放一张感光胶片,感光胶片与x轴平行,B点的纵坐标为。带电粒子打到感光胶片上会使胶片曝光,求感光胶片上曝光点的横坐标。

    【答案】(1);(2);(3)3m
    【解析】
    【详解】(1)在加速电场中,根据动能定理可得
    解得
    (2)在第Ⅰ象限内,粒子做类平抛运动,则有

    粒子在电场中运动的加速度
    解得
    (3)设粒子在A点速度方向与x轴正方向夹角为,则有
    解得
    设粒子从A到感光胶片时的水平位移为d,作出轨迹图如图所示

    则有
    所以感光胶片上曝光点的横坐标为
    16. 绝缘水平桌面有一竖直向上的匀强磁场,间距的平行金属导轨固定在桌面上,左端连接电源的电动势,内阻。质量的金属棒垂直导轨放置,与导轨间的动摩擦因数为。细线一端系在金属棒的中点,另一端通过桌边光滑定滑轮挂一重物M时,金属棒恰处于静止且刚好不向右滑,细线水平且与金属棒垂直。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度,金属棒接入电路的电阻,导轨电阻不计,,。
    (1)求悬挂重物的质量M;
    (2)若锁定金属棒,保持磁感应强度大小不变,将磁场方向顺时针旋转过后解锁金属棒的瞬间,求重物加速度a的大小。
    【答案】(1);(2)
    【解析】
    【详解】(1)金属棒恰处于静止且刚好不向右滑
    金属棒接入电路的电流
    解得
    (2)磁场旋转后轨道对金属棒的支持力为
    磁场旋转后,安培力水平方向分量减小,金属棒向右加速
    解得
    17. 如图所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ间距,其电阻不计。导轨平面与水平面夹角,N、Q两端和M、P两端分别接有的电阻。一金属棒ab垂直导轨放置,ab两端与导轨始终接触良好,已知棒ab的质量,电阻,整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为。棒ab在平行于导轨向上的恒定拉力F作用下,以初速度沿导轨向上开始运动。能达到的最大速度,重力加速度取。
    (1)判断流经棒ab中电流的方向,并求棒ab两端的最大电压;
    (2)求该过程中拉力的大小;
    (3)若棒ab从开始运动到的过程中两个电阻R上产生的总焦耳热,求此过程中棒ab的位移大小;
    (4)在棒ab的位移大小为的过程,流过棒ab的电荷量。
    【答案】(1)方向a到b,;(2);(3);(4)
    【解析】
    【详解】(1)电流方向a到b,最大电动势

    可得
    (2)最大速度时
    解得
    (3)两个电阻R上产生的总焦耳热为

    由动能定理有
    解得
    (4)由法拉第电磁感应定律有

    ,,
    解得
    18. 在竖直平面内建立一平面直角坐标系xy,x轴沿水平方向,如图甲所示.第二象限内有一水平向右的匀强电场,场强为E1.坐标系的第一、四象限内有一正交的匀强电场和匀强交变磁场,电场方向竖直向上,场强E2=,匀强磁场方向垂直纸面.处在第三象限的某种发射装置(图中没有画出)竖直向上射出一个比荷=102C/kg的带正电的微粒(可视为质点),该微粒以v0=4m/s的速度从-x上的A点进入第二象限,并以v1=8m/s速度从+y上的C点沿水平方向进入第一象限.取微粒刚进入第一象限的时刻为0时刻,磁感应强度按图乙所示规律变化(以垂直纸面向外的磁场方向为正方向),g=10m/s2.试求:
    (1)带电微粒运动到C点的纵坐标值h及电场强度E1;
    (2)+x轴上有一点D,OD=OC,若带电微粒在通过C点后的运动过程中不再越过y轴,要使其恰能沿x轴正方向通过D点,求磁感应强度B0及其磁场的变化周期T0为多少?
    (3)要使带电微粒通过C点后的运动过程中不再越过y轴,求交变磁场磁感应强度B0和变化周期T0的乘积B0T0应满足的关系?
    【答案】(1)0.2N/C
    (2)B0=0.2n(T)(n=1,2,3…);(n=1,2,3…)
    (3)(kg/C).
    【解析】
    【详解】(1)将粒子在第二象限内的运动分解为水平方向和竖直方向,在竖直方向上做竖直上抛运动,在水平方向上做匀加速直线运动.
    .
    .

    则qE1=2mg,计算得出E1=0.2N/C.
    (2)qE2=mg,所以带电的粒子在第一象限将做匀速圆周运动,设粒子运动圆轨道半径为R,周期为T,则 可得.
    使粒子从C点运动到D点,则有:.
    计算得出: (n=1,2,3…).

    (n=1,2,3…).
    (3)当交变磁场周期取最大值而粒子不再越过y轴时可作如图运动情形:
    由图可以知道
    .
    【点睛】(1)将粒子在第二象限内的运动分解为水平方向和竖直方向,得出两个方向上的运动规律,结合运动学公式和牛顿第二定律求出带电微粒运动到C点的纵坐标值h及电场强度E1;
    (2)若带电微粒在通过C点后的运动过程中不再越过y轴,要使其恰能沿x轴正方向通过D点,作出粒子的运动的轨迹图,根据洛伦兹力提供向心力,得出粒子在磁场中运动的半径大小,结合几何关系,求出磁感应度的通项表达式,再根据周期的关系求出磁场的变化周期T0的通项表达式.
    (3)当交变磁场周期取最大值而粒子不再越过y轴时,根据几何关系求出圆心角的大小,从而求出T0的范围,以及B0T0应满足的关系.
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