山东省专用2019_2020学年高中物理第三章磁场阶段验收评估三磁场含解析新人教版选修3_1.pdf

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1、阶段验收评估（三） 磁 场阶段验收评估（三） 磁 场 (时间：50 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 8 小题，每小题 6 分，共 48 分，第 15 小题中只有一个选项符合题 意，第 68 小题中有多个选项符合题意，全选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有选错的 得 0 分) 1一根无限长的通电直导线旁放一通电矩形线框，电流方向如图所 示，直导线和线框在同一平面内，线框在通电直导线的磁场力作用下将 会( ) A静止不动 B向右平移 C向左平移D向下平移 解析：选 B 直导线中的电流方向由上向下，根据安培定则，导线右侧区域磁感应强度向 外，根据左手定则可知线框左边受向右的安培

2、力，右边受到向左的安培力，上边受到向下的 安培力，下边受到向上的安培力，离通电导线越远的位置，磁感应强度越小，故根据安培力 公式FBIL，左边受到的安培力大于右边，上边受到的安培力等于下边受到的安培力，故线 框将向右运动。故 B 正确。 2.如图所示，a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面 位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所 示。一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动， 它所受洛伦兹力的方向是( ) A向上 B向下 C向左D向右 解析：选 B 根据通电直导线产生的磁场的特点和安培定则可知，b、d两导线在O点产 生的磁场大小相等，方向相反，

3、a、c两导线在O点产生的磁场的方向均向左，故O点的合磁 场方向向左，又带正电的粒子沿垂直于纸面的方向向外运动，根据左手定则可判断出带电粒 子受到的洛伦兹力向下，选项 B 正确。 3.如图所示，两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线M和N， 通有同向 等值电流；沿纸面与直导线M、N等距放置另一根可自由移动的通电导线ab， 则通电导线ab在安培力作用下运动的情况是( ) A沿纸面逆时针转动 B沿纸面顺时针转动 Ca端转向纸外，b端转向纸里 Da端转向纸里，b端转向纸外 解析：选 D 根据长直导线周围磁场的分布规律和矢量合成法则，可以判断两电流M、N 连线中垂线上方磁场方向水平向右，ab上半段所受安培

4、力垂直于纸面向里，两电流M、N连线 中垂线下方磁场方向水平向左，ab下半段所受安培力垂直于纸面向外，所以a端转向纸里，b 端转向纸外，选项 D 正确。 4.(2017江苏高考)如图所示， 两个单匝线圈a、b的半径分别为r和 2r。 圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之 比为( ) A11B12 C14D41 解析：选 A 由题图可知，穿过a、b两个线圈的磁通量均为Br2，因此磁通量之 比为 11，A 项正确。 5比荷为 的电子以速度v0沿AB边射入边长为a的等边三角形的匀 e m 强磁场区域中，如图所示，为使电子从BC边穿出磁场，磁感应强度B的 取值范围为( )

5、AB BB 3mv0 ea 3mv0 ea CB DB 2mv0 ea 2mv0 ea 解析：选 B 根据洛伦兹力提供向心力，有Bev0m，解得：B，粒 v02 R mv0 eR 子通过C点的轨迹如图所示，根据几何关系，得到半径为Ra，故B， 3 3 3mv0 ea 磁感应强度越小半径越大， 故B时，粒子从BC边飞出，故选项 B 正确。 3mv0 ea 6(2017全国卷)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线 绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线 圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两

6、金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将( ) A左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉 解析 ： 选 AD 装置平面示意图如图所示。 如图所示的状态， 磁感线方向 向上， 若形成通路， 线圈下边导线中电流方向向左，受垂直纸面向里的安培 力，同理，上边导线中电流受安培力垂直纸面向外，使线圈转动。当线圈 上边导线转到下边时，若仍通路，线圈上、下边中电流方向与图示方向相比均反向，受安培 力反向，阻碍线圈转动。若要线圈连续转动，要求左、右转轴只能上一侧或下一侧形成通

7、 路，另一侧断路。故选 A、D。 7 如图所示， 沿直线通过速度选择器的正粒子从狭缝S射入磁感 应强度为B2的匀强磁场中，偏转后出现的轨迹半径之比为R1R2 12，则下列说法正确的是 ( ) A粒子的速度之比为 11 B粒子的电荷量之比为 12 C粒子的质量之比为 12 D粒子比荷之比为 21 解析：选 AD 粒子沿直线通过速度选择器，可知电场力和洛伦兹力平衡，有：qvBqE， 解得v 。 可知粒子的速度之比为 11， 故 A 正确。 粒子进入偏转磁场， 根据qvBm得，r E B v2 r ，则比荷 ，因为速度相等，磁感应强度相等，半径之比为 12，则比荷之比为 21。 mv qB q m

8、v Br 由题目条件，无法得出电荷量之比、质量之比，故 B、C 错误，D 正确。 8如图所示， 空间有垂直于xOy平面的匀强磁场。t0 时刻，一电 子以速度v0经过x轴上的A点，沿x轴正方向进入磁场。A点坐标为 (R,0)， 其中R为电子在磁场中做圆周运动的轨道半径。不计重力影 1 2 响，则以下结论正确的是( ) A电子经过y轴时，速度大小仍为v0 B电子在t时，第一次经过y轴 R 6v0 C电子第一次经过y轴的坐标为(0，2 3 2 R) D电子第一次经过y轴的坐标为(0， 32 2 R) 解析：选 ABD 由题意可知，根据左手定则，电子的运动轨迹如图 所示，电子只受洛伦兹力作用， 由于其

9、力对电子不做功， 因此速度大小不 变仍为v0， 故 A 正确 ； 因A点坐标为， 则圆周运动轨迹圆心在 ( 1 2R，0) ，由几何关系可知，AOB30，周期T，因此电 ( 1 2R，R) 2R v0 子第一次经过y轴时间为t，故 B 正确；由几何关系可知，OB长度为RR，因此 T 12 R 6v0 3 2 电子第一次经过y轴的坐标为，故 D 正确。 (0， 32 2 R) 二、非选择题(本题共 3 小题，共 52 分) 9(14 分)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机。图是某音圈电机的原 理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极 正对区

10、域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计。 线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等。某时刻线 圈中电流从P流向Q，大小为I。 (1)求此时线圈所受安培力的大小和方向。 (2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率。 解析：(1)由安培力表达式FBIL可知，线圈所受的安培力FnBIL，由左手定则可判断 安培力方向水平向右。 (2)由功率公式PFv可知，安培力的功率PnBILv。 答案：(1)安培力的大小：nBIL 方向：水平向右 (2)安培力的功率：nBILv 10 (18 分)如图所示，在y0 的区域内有沿y轴正方

11、向的匀强电 场，在y0 的区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场。一电子(质量 为m、电荷量为e)从y轴上A点以沿x轴正方向的初速度v0开始运 动。当电子第一次穿越x轴时，恰好到达C点；当电子第二次穿越x轴时， 恰好到达坐标原 点；当电子第三次穿越x轴时，恰好到达D点。C、D两点均未在图中标出。已知A、C点到坐 标原点的距离分别为d、2d。不计电子的重力。求： (1)电场强度E的大小； (2)磁感应强度B的大小； (3)电子从A运动到D经历的时间t。 解析：电子的运动轨迹如图所示。 (1)电子在电场中做类平抛运动，设电子从A到C的时间为t1 2dv0t1 dat12 a 1 2 eE m 求出E

12、。 mv02 2ed (2)设电子进入磁场时速度为v，v与x轴的夹角为， 则 tan 1，可得45 at1 v0 求出vv02 电子进入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力evBmv 2 r 由图可知rd2 求出B。 mv0 ed (3)由抛物线的对称关系，电子在电场中运动的时间为 3t16d v0 电子在磁场中运动的时间t2T 3 4 3 4 2m eB 3d 2v0 电子从A运动到D的时间t3t1 t2。 3d4 2v0 答案：(1) (2) (3) mv02 2ed mv0 ed 3d4 2v0 11(20 分)如图所示，一平行板电容器长为d，极板间距也为d，极板间存在竖直向上的 匀

13、强电场E1，在平行板电容器的右侧(虚线右侧)，极板的中间平分线OO上方存在垂直纸面 向外的匀强磁场B，OO下方存在竖直向上的匀强电场E2， 一带电微粒初速度为v0， 质量为m， 带电量为q(q0)，从O点沿着OO的方向射入电场，恰好从上极板的右边缘射入匀强磁场， 并从A点垂直OO向下进入电场。(不计微粒重力，E2E1，E1、E2、B均未知)求： (1)平行板电容器内电场的电场强度E1的大小； (2)匀强磁场的磁感应强度B的大小； (3)若在离A点右侧的距离为d的O处，有一块垂直于OO的挡板PQ，从粒子第一 11 2 4 次到达A点开始计时，到击中挡板PQ，需要多长时间？ 解析：(1)微粒在偏转

14、电场中做类平抛运动， 在水平方向：dv0t1， 在竖直方向上：dat12t12， 1 2 1 2 1 2 qE1 m 解得：E1； mv02 qd (2)微粒在偏转电场中做类平抛运动， 在水平方向：dv0t1，竖直方向：dt1，则vyv0， 1 2 vy 2 微粒进入磁场时的速度：vv0，方向与竖直方向夹角为 45，2 微粒在磁场中做匀速圆周运动，由数学知识可知，轨道半径：Rd， 2 2 由牛顿第二定律得：mqvB， v2 R 解得：B； 2mv0 qd (3)微粒在电场中，由牛顿第二定律得：a， qE2 m 在电场中的运动时间：t232 ， v a 6 2 d v0 在磁场中的运动时间：t3

15、TT， 1 3 4d 3v0 微粒总的运动时间：tt2t3。 18 24d 3v0 答案：(1) (2) (3) mv02 qd 2mv0 qd 18 24d 3v0 (时间：90 分钟 满分：110 分) 一、 选择题(本题共 14 小题， 每小题 4 分， 共 56 分， 第 18 小题只有一个选项符合题意， 第 914 小题有多个选项符合题意 ； 全选对的得 4 分， 选对但不全的得 2 分， 有选错的得 0 分) 1.如图所示，把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N 极附近， 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面，当线圈内通入图示 方向的电流时，线圈将( ) A向左运动 B向右运动

16、 C静止不动D无法确定 解析：选 A 方法一：等效法。把通电线圈等效成小磁针，由安培定 则可知，线圈等效成小磁针后，左端是 S 极，右端是 N 极，根据异名磁极相互吸引，线圈将向 左运动。 选项 A 正确。 方法二：电流元法。取线圈的上、下两小段分析，如图所示，根据其中心对称性可知线 圈所受安培力的合力水平向左，故线圈向左运动。选项 A 正确。 2.如图所示，A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点， 在这些点上各固定一个点电荷，除A点处的电荷量为q外，其余各点处 的电荷量均为q，则圆心O处( ) A场强大小为，方向沿OA方向 kq r2 B场强大小为，方向沿AO方向 kq r2 C

17、场强大小为，方向沿OA方向 2kq r2 D场强大小为，方向沿AO方向 2kq r2 解析：选 C 在A处放一个q的点电荷与在A处同时放一个q和2q的点电荷的效果 相当，因此可以认为O处的场是五个q和一个2q的点电荷产生的场合成的，五个q处于 对称位置上，在圆心O处产生的合场强为 0，所以O点的场强相当于2q在O处产生的场强。 故选 C。 3以下说法正确的是( ) A根据电势差的定义式UAB，带电荷量为 1 C 正电荷，从A点移动到B点克服电场力 WAB q 做功为 1 J，则A、B点的电势差为1 V B运动电荷在磁场中一定受到力的作用 C磁感应强度的方向就是小磁针北极所指的方向 D表征磁场中

18、某点磁场的强弱是把一小段通电导线放到该点时受到的磁场力与该段导线 长度和电流乘积的比值 解析：选 A 从A点移动到B点克服电场力做功为 1 J，所以电场力做功为1 J，由定义 式UAB，可得A、B点的电势差为1 V，故 A 正确。当运动电荷在磁场中运动方向与磁场 WAB q 平行时， 不受力的作用， 故 B 错误。 磁场的方向就是小磁针静止时 N 极所指的方向， 故 C 错误。 磁感应强度B是表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线“垂直磁场的方向”放 F IL 到该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值，故 D 错误。 4.电阻R和电动机 M 串联接到电路中， 如图所示， 已知

19、电阻R跟电动机 线圈的电阻值相等， 开关接通后，电动机正常工作。设电阻R和电动机 M 两端的电压分别为U1 和U2，经过时间t， 电流通过R做功为W1， 产生的热量为Q1， 电流通过电动机做功为W2， 产生的热 量为Q2， 则有( ) AU1U2，Q1Q2BU1U2，Q1Q2 CW1W2，Q1Q2DW1W2，Q1Q2 解析 ： 选 A 电动机是非纯电阻， 其两端电压U2IRU1， B 错误 ； 电流做的功W1U1It，W2 U2It，故W1W2，C 错误；产生的热量由QI2Rt可判断Q1Q2，A 正确，D 错误。 5.两平行金属板相距为d， 电势差为U， 一电子质量为m、 电荷量为e， 从O点

20、沿垂直于极板的方向射入电场，最远到达A点，然后返回，如图所 示，OA间距为h，则此电子的初动 能为( ) A.B. edh U dU eh C.D. eU dh eUh d 解析：选 D 电子从O点到达A点的过程中，仅在电场力作用下速度逐渐减小，根据动能 定理可得eUOA0Ek，因为UOAh，所以Ek，所以正确选项为 D。 U d eUh d 6.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流 速度。电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极 N 和 S 构成， 磁极间的 磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、 磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液

21、中的正负离子随血流一起在磁场中 运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看做匀强电场，血 液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为 3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为 160 V，磁感应强度的大小为 0.040 T。则血 流速度的近似值和电极a、b的正负为( ) A1.3 m/s，a正、b负B2.7 m/s，a正、b负 C1.3 m/s，a负、b正D2.7 m/s，a负、b正 解析：选 A 根据左手定则，正离子在磁场中受到洛伦兹力的作用向上偏，负离子在磁场 中受到洛伦兹力的作用向下偏，因此电极a为正极，电极b为负极；当

22、达到平衡时，血液中 的离子所受的电场力和磁场力的合力为零， 则qEBqv， 又E ， 得v U d U Bd 160 106 0.04 3 103 m/s1.3 m/s，选项 A 正确。 7 如图所示， 在一平面正方形MNPQ区域内有一匀强磁场垂直纸面向里，磁 感 应强度为B， 一质量为m， 电荷量为q的粒子以速度v从Q点沿着与边QP夹角 为30的方向垂直进入磁场，从QP边界射出，已知QP边长为a，不计粒子的重力，下列说法正 确 的是 ( ) A该粒子带正电 B运动过程中粒子的速度不变 C粒子在磁场中运动的时间为m 3qB D粒子的速度的最大值为qBa 2m 解析：选 C 粒子从PQ边射出磁场

23、，粒子刚射入磁场时受到的洛伦兹力垂直于速度斜向 右下方，由左手定则可知，粒子带负电，故 A 错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子速 度大小不变而方向发生变化，粒子速度发生变化，故 B 错误 ； 粒子在磁场中转过的圆心角 23060，粒子在磁场中的运动时间：tT，故 C 正确；粒 360 60 360 2m qB m 3qB 子从P点射出磁场时轨道半径最大，粒子速度最大，此时粒子轨道半径ra，由牛顿第二定 律得：qvBm，粒子的最大速度：v，故 D 错误。 v2 r qBr m qBa m 8在某控制电路中，需要连成如图所示的电路，主要由电动势为 E、 内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及电位

24、器(滑动变阻器)R连接而成， L1、L2是红、绿两个指示灯，当电位器的触头由弧形碳膜的中点逆时针 滑向a端时，下列说法中正确的是( ) AL1、L2两个指示灯都变亮 BL1、L2两个指示灯都变暗 CL1变亮，L2变暗 DL1变暗，L2变亮 解析：选 B 当电位器向a段滑动时，电路的总电阻减小，干路电流增大，所以内电压增 大，路段电压减小，所以灯 L1变暗；通过电阻R1的电流变大，所以电位器两端的电压减小， 即通过灯 L2两端的电压减小，所以灯 L2变暗，故 B 正确。 9.长为L的直导线ab斜放(夹角为)在水平轨道上，轨道平行且间 距为d，通过ab的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，如图所示

25、，则 导线ab所受安培力的大小为( ) A.B. IdB cos IdB sin CILBsin DILB 解析：选 BD 导线ab所受安培力的大小为FBIL，选项 B、D 正确。 IdB sin 10 如图， 两电荷量分别为Q(Q0)和Q的点电荷对称地放置在x轴 上原点O的两侧，a点位于x轴上O点与点电荷Q之间，b点位于y轴O点上方，取无穷远处 的电势为零。下列说法正确的是( ) Ab点电势为零，电场强度也为零 B正的试探电荷在a点的电势能大于零，所受电场力方向向右 C将正的试探电荷从O点移到a点，必须克服电场力做功 D将同一正的试探电荷先后从O、b两点移到a点，后者电势能的变化较大 解析：

26、选 BC 因为等量异种电荷在其连线的中垂线上的电场方向为水平指向负电荷，所 以电场方向与中垂线方向垂直，故中垂线为等势线，因为中垂线延伸到无穷远处，所以中垂 线的电势为零，故b点的电势为零，但是电场强度不为零，A 错误；等量异种电荷连线上，电 场方向由正电荷指向负电荷，方向水平向右，在中点O处电势为零，O点左侧电势为正，右侧 电势为负，又知道正电荷在正电势处电势能为正，故 B 正确；O点的电势低于a点的电势，电 场力做负功，所以必须克服电场力做功，C 正确；O点和b点的电势相等，所以先后从O、b 点移到a点，电场力做功相等，电势能变化相同，D 错误。 11 如图所示， 有a、b、c、d四个粒子

27、， 它们带等量同种电荷， 质量不等， 有mambmcmd，以不等的速率vavbvcvd进入速度选择器后，有两种 粒子从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定( ) A射向P1的是a粒子 B射向P2的是d粒子 C射向A1的是c粒子 D射向A2的是d粒子 解析：选 AB 在速度选择器中，只有满足BqvEq，即v 的粒子才能通过速度选择器， E B 四种粒子的速度vavbvcvd，故只有b、c粒子穿过速度选择器，因为这两种粒子在磁场 中向左偏转，根据左手定则可得这四种粒子都带正电，在速度选择器中，因为vavd，所以a 粒子受到的洛伦兹力小于电场力，向左偏，即射向P1，d粒子受到的洛伦兹力大于电场

28、力，故 向右偏，射向P2，A、B 正确 ； 在匀强磁场中，受到的洛伦兹力FBqvm，运动半径r， v2 r mv Bq 由于mbmc， 所以b的运动半径小于c的运动半径， 故射向A1的是b粒子， 射向A2的是c粒子， 故 C、D 错误。 12如图所示，在匀强电场和匀强磁场共存的区域内， 电场的场强 为E，方向竖直向下， 磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，一 质量为m的带电粒子， 在场区内的一竖直平面内做匀速圆周运动，则可 判断该带电质点( ) A带有电荷量为的负电荷 mg E B沿圆周逆时针运动 C运动的角速度为gB E D运动的速率 解析 ： 选 AC A带电粒子在竖直平面内做匀速圆

29、周运动，有mgqE，求得电荷量q， mg E 根据电场强度方向和电场力方向判断出粒子带负电，故 A 正确；B.由左手则可判断粒子沿顺 时针方向运动，故 B 错误；C.由qvBmv得，故 C 正确；D.在速度选择器 qB m mgB Em gB E 装置中才能判断带电粒子的速度，故 D 错误。 13如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置。底部是正方 形的长方体绝缘容器， 内部高为L，厚度为d，容器左右两侧等高处装有两 根完全相同的开口 向上的竖直管子a、b， 容器的顶、底部各装有电极 C(正 极)和D(负极)， 并经过开关S与电源连接， 容器中注满能导电的液体，液 体密度为。将容器置于一个匀

30、强磁场中，磁场方向垂直纸面向里， 当开关 S 断开时，竖直管 子a、b中的液面高度相同，当开关 S 闭合后，竖直管子a、b中的液面出现高度差h，电路中 电流表的示数为I，则( ) A导电液体中电流的方向为由 C 到 D B导电液体中电流的方向为由 D 到 C C匀强磁场的磁感应强度为ghd I D匀强磁场的磁感应强度为ghL I 解析：选 AC 开关 S 闭合后，导电液体中有电流由 C 流到 D，根据左手定则可知导电液 体要受到向右的安培力F作用，FBIL，在液体中产生附加压强p，这样a、b管中液面将出 现高度差。 长方体绝缘容器左右侧面横截面积SLd， 左右两边的压力差 FpS， 又 FF，

31、 在液体中产生附加压强pgh，联立以上公式，解得B，A、C 正确。 ghd I 14如图所示，竖直平面内的光滑绝缘轨道ABC，其中AB为倾斜直轨道，BC为与AB相 切的圆形轨道，并且圆形轨道处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。 质量相同的甲、乙、 丙三个小球中，甲球带正电，乙球带负电，甲、乙两 球的电荷量相等，丙球不带电，现将三个小球在轨道AB上分别从不同高 度处由静止释放，都恰好通过圆形轨道的最高点，则下列说法中正确的是( ) A经过最高点时三个小球的速度相等 B经过最高点时甲的速度最小 C甲释放时的位置比乙高 D运动过程中三个小球的机械能保持不变 解析 ： 选 CD 在圆形轨道最高点，甲

32、球所受的洛伦兹力向下，则有mgBqv甲，乙 mv甲2 R 球所受的洛伦兹力向上，则mgBqv乙，丙球不带电，则有mg，故经过最高点时 mv乙2 R mv丙2 R 甲的速度最大， 选项 A、 B 错误。 小球在运动过程中， 只有重力做功， 故机械能守恒， 选项 C、 D 正确。 二、实验题(本题共 2 小题，共 16 分) 15 (6 分)一课外小组同学想要测量一个电源的电动势及内阻。 准备的器材有 ： 电流表(0 200 mA，内阻是 12 )，电阻箱R(最大阻值 9.9 )，一个开关和若干导线。 (1)由于电流表 A 的量程较小，考虑到安全因素，同学们将一个定值电阻和电流表并联， 若要使并联

33、后流过定值电阻的电流是流过电流表的电流的 2 倍，则定值电阻的阻值R0 _。 (2)设计的电路图如图甲所示。 若实验中记录电阻箱的阻值R和电流表的示数I， 并计算出 ， 得到多组数据后描点作出R 图线如图乙所示， 则该电源的电动势E_V， 内阻r 1 I 1 I _。 解析 ： (1)由题意可知， 设通过电流表的电流为I， 则通过电阻R0的电流为2I； 则R0RA6 1 2 ； (2)R0与RA并联后的电阻为R1 4 ，根据全电路欧姆定律 ：E3I(RR1 6 12 612 r)，变形可得：R (4r)；由图线可知：4r6， ，则r2 ，E6 V。 E 3 1 I E 3 6 3 答案：(1)

34、6 (2)6 2 16(10 分)某实验小组研究两个未知元件 X 和 Y 的伏安特性，使用的器材包括电压表(内 阻约为 3 k)、电流表(内阻约为 1 )、定值电阻等。 (1)使用多用电表粗测元件 X 的电阻，选择“1”欧姆挡测量，示数如图(a)所示，读数 为_，据此应选择图中的_(填“b”或“c”)电路进行实验。 (2)连接所选电路，闭合 S，滑动变阻器的滑片P从左向右滑动，电流表的示数逐渐 _(填“增大”或“减小”)；依次记录电流及相应的电压；将元件 X 换成元件 Y，重复 实验。 (3)图(a)是根据实验数据作出的UI图线，由图可判断元件_(填“X”或“Y”) 是非线性元件。 (4)该小

35、组还借助 X 和 Y 中的线性元件和阻值R21 的定值电阻， 测量待测电池的电动 势E和内阻r，电路如图(b)所示，闭合 S1和 S2，电压表读数为 3.00 V； 断开 S2，读数为 1.00 V。利用图(a)可算得E_V，r_(结果均保留两位有效数字，视电压 表为理想电压表)。 解析：(1)用多用电表的欧姆挡测电阻时，电阻值示数倍率，故 X 的读数为 10 110 ， 由于， 或RXRV， 故用伏安法测元件 X 的电阻时， 电流表应外接， 故选 b RX RA RV RX 电路进行实验。 (2)滑片P从左向右滑动过程中，元件 X 两端的电压越来越大，电流越来越大，故电流表 示数逐渐增大。

36、(3)由UI图线可知 Y 是非线性元件。 (4)由(3)中的UI图线，可知线性元件的电阻RX10 ，当 S1、S2都闭合时，回路中的 电流I10.3 A，当 S1闭合，S2断开时，回路中的电流I20.1 A，根据闭合电路欧姆 U1 RX U2 RX 定律，得EI1(RXr)，EI2(RXRr)，联立两式并代入数据解得E3.2 V，r0.50 。 答案：(1)10 b (2)增大 (3)Y (4)3.2 0.50 三、计算题(本题共 3 小题，共 38 分) 17(12 分)如图所示，小球A和B带电荷量均为q1.5105 C，质量分别为 0.01 kg 和 0.02 kg，用不计质量的长度为 5

37、0 cm 竖直细绳连接，在竖直向上的足够大的匀强电场中以速度v0 0.5 m/s 匀速上升，某时刻细绳突然断开。小球A和B之间的相互作用力忽略不计， 重力加速度g 10 m/s2。求： (1)该匀强电场的场强E； (2)细绳断开后，A、B两球的加速度aA、aB ； (3)细绳断开后，0.4 s 末A、B两球间的距离。 解析 ： (1)设场强为E， 把小球A、B看成一个系统， 由于绳未断前做匀速运动， 则有 ： 2qE3mg 得E，解得E104 N/C。 3mg 2q (2)细绳断开后，根据牛顿第二定律，对A有：qEmgmaA 得aA 5 m/s2，方向向上； g 2 对B有：qE2mg2maB

38、; aB 2.5 m/s2(负号表示方向向下)。 g 4 (3)细绳断开后 0.4 s 末，A的位移：xAv0taAt20.50.4 m 50.42 m0.6 m； 1 2 1 2 B的位移：xBv0taBt20.50.4 m 2.50.42 m0 1 2 1 2 则细绳断开后 0.4 s 末A、B两球间的距离为 0.6 m0.5 m1.1 m。 答案：(1)104 N/C (2)5 m/s2 2.5 m/s2 (3)1.1 m 18(12 分)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工 具，它的构造原理如图所示。 离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看 作为零)， 经加速电场(加速电

39、场极板间的距离为d、 电势差为U)加速，然后 垂直进入磁感应强度为B的有界匀强磁场中做匀速圆周运动，最后到达记 录它的照相底片P上。设离子在P上的位置与入口处S1之间的距离为x。 (1)求该离子的比荷 。 q m (2)若离子源产生的是带电荷量为q、质量为m1和m2的同位素离子(m1m2)，它们分别到 达照相底片上的P1、P2位置(图中未画出)，求P1、P2间的距离 x。 解析：(1)离子在电场中加速，由动能定理得：qUmv2 1 2 离子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得： qvBm，r v2 r x 2 可得： 。 q m 8U B2x2 (2)设离子质量为m1时在磁场中的运动半径是

40、r1，由(1)中分析得r1 2qUm1 Bq 对离子质量为m2，同理得：r2 2qUm2 Bq 故照相底片上P1、P2间的距离：x2(r1r2)()。 2 2 qU Bq m1m2 答案：(1) (2)() 8U B2x2 2 2 qU Bq m1m2 19(14 分)如图所示，由S点发出的电荷量为q、质量为m的带电 粒子，从静止被加速电压为U， 极板间距离为d的匀强电场加速后，从 正中央垂直射入电压为U的匀强偏转电场， 偏转极板长度和极板距离均 为L，带电粒子离开偏转电场后即进入一个垂直纸面方向的匀强磁场，其 磁感应强度为B。若不计重力影响， 欲使带电粒子通过某路径返回S点，求： (1)简要

41、画出粒子经磁场返回S点的路径(粒子第二次进入电场时电场方向反向)。 (2)粒子第一次进入磁场时的速度大小？ (3)匀强磁场的宽度D至少为多少？ 解析：(1)如图所示。 (2)电场对粒子加速，由动能定理得：qUmv02 1 2 解得：v0 2qU m 粒子在偏转电场中做类平抛运动，其加速度a为： aqU mL 粒子通过偏转电场的时间为：t2L L v0 m 2qU 粒子在偏转电场中的侧移距离为：yat22 1 2 L 4 侧向速度为：vyat2 qU 2m 则粒子射出偏转电场时的速度为： v 。v02vy2 5qU 2m (3)粒子以速度v进入磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力为向心力，设运动半径为R： qvBmv 2 R 解得：R mv qB 1 B 5mU 2q 则磁场宽度D为： DR 。R2y2 1 B 5mU 2q 5mU 2qB2 L2 16 答案：(1)见解析图 (2) (3) 5qU 2m 1 B 5mU 2q 5mU 2qB2 L2 16