湖北省荆州市公安县第三中学2022-2023高二下学期3月月考物理试题（含解析）

公安县第三中学2022-2023学年高二下学期3月月考
物理试题
一、选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1-7题只有一项符合题目要求，第8-11题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　）
A. 图甲是回旋加速器的示意图，当增大交流电压时，粒子获得的最大动能不变，所需时间变短
B. 图乙中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快
C. 图丙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属
D. 图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理
2. 如图所示，用一根长为L质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点连接并悬挂于O点，悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且d0 L。先将线框拉开到如图所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦力，下列说法正确的是（　　）
A. 金属线框进入磁场时感应电流的方向为a→b→c→d→a
B. 金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
C. 金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等
D. 向左摆动进入或离开磁场的过程中，所受安培力方向向右
3. 如图，边长为l的正方形abcd内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面（abcd所在平面）向外．ab边中点有一电子发源O，可向磁场内沿垂直于ab边的方向发射电子．已知电子的比荷为k．则从a、d两点射出的电子的速度大小分别为
A. ， B. ，
C. ， D. ，
4. 如图所示的电路，由两个相同的小灯泡、自感线圈、开关和直流电源连接而成，已知自感线圈的自感系数较大，且其直流电阻不为零。下列说法正确的是（　　）
A. 通过自感线圈的电流越大，线圈的自感电动势越大
B 开关S闭合时，和两灯泡都逐渐变亮
C. 开关S闭合待稳定后再断开的瞬间，和两灯泡都逐渐熄灭
D. 开关S闭合待稳定后再断开的瞬间，灯泡闪亮一下后逐渐熄灭，灯泡逐渐熄灭
5. 如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在线圈a的右上方固定一竖直螺线管b，螺线管与电源和滑动变阻器串联。若将滑动变阻器的滑片P向上滑动（线圈a始终静止），下列说法正确的是（　　）
A. 线圈a有缩小的趋势 B. 线圈a对水平桌面的压力将减小
C. 线圈a受到水平向右的静摩擦力 D. 线圈a中将产生俯视逆时针方向的感应电流
6. 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度地飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”。下列判断正确的是（　　）
A. 进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
B. 进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
C. 在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚
D. a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚
7. 真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a和3a的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，其横截面如图所示。一速率为v的电子从圆心沿半径方向进入磁场。已知电子质量为m，电荷量为e，忽略重力。为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，磁场的磁感应强度最小为（　　）
A B. C. D.
8. 如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则(　　)
A. 由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B. 由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C. 如果断开B线圈的电键S2，无延时作用
D. 如果断开B线圈的电键S2，延时将变长
9. 如图所示，边长为l的等边三角形闭合金属框架abc，处于垂直框架平面向里的匀强磁场中，磁感强度为B顶点a在虚线上，现使线框从图示位置以速度v0匀速向右运动，bc边始终与虚线平行，直到bc边与虚线重合。在此过程中，下列说法正确的是（　　）
A. 感应电流为逆时针方向
B. bc边所受安培力不变
C. 感应电动势的最大值为Blv0
D. 感应电动势的平均值为
10. 一电阻R接到如图甲所示的正弦交流电源上，两端电压的有效值为，消耗的电功率为；若该电阻接到如图乙所示的方波交流电源上，两端电压的有效值为，消耗的电功率为。若甲、乙两图中的、T所表示的电压值、周期值是相同的，则下列说法正确的是（　　）
A B. C. D.
11. 如图所示，在Oxy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场。一带电粒子从y轴上的M点射入磁场，速度方向与y轴正方向的夹角。粒子经过磁场偏转后在N点（图中未画出）垂直穿过x轴。已知，粒子电荷量为q，质量为m，重力不计。则（　　）
A. 粒子带负电荷 B. 粒子速度大小为
C. 粒子在磁场中运动的轨道半径为a D. N与O点相距
二、非选择题: 本题共5小题，共56分。
12. 在“研究电磁感应现象”的实验中。
（1）为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈M连接，如图甲所示。当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。将磁体N极向下从线圈上方竖直插入M时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为沿________（选填“顺时针”或“逆时针”）由a端开始绕至b端。
（2）如图乙所示，如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关S后，将A线圈迅速从B线圈拔出时，电流计指针将________；A线圈插入B线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向右移动时，电流计指针将________。（以上两空选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”）
13. 某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0（阻值14kΩ），滑动变阻器R1（最大阻值1500Ω），滑动变阻器R2（最大阻值500Ω），电阻箱（0~99999.9Ω），干电池（E=1.5 V，r=1.5 Ω），红、黑表笔和导线若干。
（1）欧姆表设计
将图（a）中的实物连线组成欧姆表____。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为____Ω：滑动变阻器选____（填“R1”或“R2”）。
（2）刻度欧姆表表盘
通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图（b）所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为____、____。
14. 如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为的正方形金属框的一个顶点上。金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为；在到时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为。求:
（1）时金属框所受安培力的大小；
（2）在到时间内金属框产生的焦耳热。
15. 如图所示装置中，区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场，电场强度分别为E和；Ⅱ区域内有垂直平面向外的水平匀强磁场，磁感应强度为B．一质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力)从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场，经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场中，并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中．求：
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨迹半径；
(2)O、M间的距离；
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间．
16. 如图所示，间距为L、足够长的光滑平行金属导轨倾斜固定放置，导轨平面倾角，导轨上端连接一个电压表（可看成理想电压表），下端连接一个阻值为R的定值电阻，整个导轨处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，金属棒垂直放置在导轨上，金属棒由静止沿导轨下滑的过程中与导轨接触良好且始终与导轨垂直。金属棒接入电路的电阻为。金属棒向下运动过程中，电压表的最大示数为U。重力加速度为g，不计导轨电阻。
(1)求金属棒向下运动最大速度；
(2)求金属棒的质量；
(3)若电压表的示数从0变为U的过程中通过金属棒截面的电荷量为q，求此过程中电阻R上产生的焦耳热为多少。
公安县第三中学2022-2023学年高二下学期3月月考
物理试题 答案解析
一、选择题：本题共11小题，每小题4分，共44分。在每小题给出的四个选项中，第1-7题只有一项符合题目要求，第8-11题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
1. 下列关于教材中四幅插图的说法正确的是（　　）
A. 图甲是回旋加速器的示意图，当增大交流电压时，粒子获得的最大动能不变，所需时间变短
B. 图乙中，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，且和磁铁转得一样快
C. 图丙是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，线圈中产生大量热量，从而冶炼金属
D. 图丁是微安表的表头，在运输时要把两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁驱动原理
【答案】A
【解析】
【详解】A．设回旋加速器D形盒的最大半径为，当粒子从回旋加速器飞出时，有
得
可得粒子的最大动能
显然粒子获得的最大动能与加速电压无关，所以粒子获得的最大动能不变，当加速电压增大时，由于粒子在磁场中运动的周期不变，而粒子在加速器中运动的周数变少，则粒子达到最大动能所需时间将变短，故A正确；
B．根据电磁驱动原理，当手摇动柄使得蹄形磁铁转动，则铝框会同向转动，但比磁铁转得慢，故B错误；
C．当真空冶炼炉炉外线圈通入高频交流电时，铁块中将产生涡流，从而铁块内产生大量热量，使金属熔化，从而冶炼金属，故C错误；
D．在运输时要把微安表的两个正、负接线柱用导线连在一起，这是为了保护电表指针，利用了电磁阻尼原理，故D错误。
故选A。
2. 如图所示，用一根长为L质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点连接并悬挂于O点，悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场，且d0 L。先将线框拉开到如图所示位置，松手后让线框进入磁场，忽略空气阻力和摩擦力，下列说法正确的是（　　）
A. 金属线框进入磁场时感应电流的方向为a→b→c→d→a
B. 金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
C. 金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等
D. 向左摆动进入或离开磁场的过程中，所受安培力方向向右
【答案】D
【解析】
【详解】A．金属线框进入磁场时，由于电磁感应，产生电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→d→c→b→a，故A错误；
B．金属线框离开磁场时由于电磁感应，产生电流，根据楞次定律判断电流的方向为a→b→c→d→a，故B错误；
C．根据能量转化和守恒，线圈每次经过边界时都会消耗机械能，故可知，金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等，故C错误；
D．根据楞次定律，感应电流产生的安培力总是阻碍物体与磁场之间的相对运动，所以向左摆动进入或离开磁场的过程中，所受安培力方向向右，故D正确。
故选D。
3. 如图，边长为l的正方形abcd内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面（abcd所在平面）向外．ab边中点有一电子发源O，可向磁场内沿垂直于ab边的方向发射电子．已知电子的比荷为k．则从a、d两点射出的电子的速度大小分别为
A. ， B. ，
C. ， D. ，
【答案】B
【解析】
【详解】a点射出粒子半径Ra= =，得：va= =，
d点射出粒子半径为 ，R=
故vd= =，故B选项符合题意
4. 如图所示的电路，由两个相同的小灯泡、自感线圈、开关和直流电源连接而成，已知自感线圈的自感系数较大，且其直流电阻不为零。下列说法正确的是（　　）
A. 通过自感线圈的电流越大，线圈的自感电动势越大
B. 开关S闭合时，和两灯泡都逐渐变亮
C. 开关S闭合待稳定后再断开的瞬间，和两灯泡都逐渐熄灭
D. 开关S闭合待稳定后再断开的瞬间，灯泡闪亮一下后逐渐熄灭，灯泡逐渐熄灭
【答案】C
【解析】
【详解】A．通过自感线圈L的电流变化率越大，线圈的自感电动势越大，和电流大小无关，A错误；
B．开关S闭合时，灯泡立刻变亮，灯泡逐渐变亮，B错误；
CD．开关S闭合待稳定后再断开的瞬间，和灯泡都逐渐熄灭，C正确，D错误。
故选C。
5. 如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在线圈a的右上方固定一竖直螺线管b，螺线管与电源和滑动变阻器串联。若将滑动变阻器的滑片P向上滑动（线圈a始终静止），下列说法正确的是（　　）
A. 线圈a有缩小的趋势 B. 线圈a对水平桌面的压力将减小
C. 线圈a受到水平向右的静摩擦力 D. 线圈a中将产生俯视逆时针方向的感应电流
【答案】B
【解析】
【详解】AD．当滑动触头P向上移动时电阻增大，通过线圈b的电流减小，穿过线圈a的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈a中感应电流方向俯视为顺时针，根据“增缩减扩”可知，线圈a应有扩张的趋势，AD错误；
BC．开始时线圈a对桌面的压力等于线圈a的重力，当滑动触头向上滑动时，可以用“等效法”，即将线圈a和b看作两个条形磁铁，不难判断此时两磁铁互相吸引，故线圈a受到斜向右上的安培力，即线圈a对水平桌面的压力将减小，同时受到水平向左的静摩擦力，B正确，C错误。
故选B。
6. 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度地飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”。下列判断正确的是（　　）
A. 进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
B. 进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚
C. 在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚
D. a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚
【答案】A
【解析】
【详解】A．粒子经电场加速，由动能定理可得
解得
氕、氘、氚电荷量相同，质量依次增大，所以进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚，故A正确；
B．由于电场做功相同，所以氕、氘、氚进入磁场的动能相同，故B错误；
C．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力
解得
粒子运动时间
所以，在磁场中运动时间由小到大排列的顺序是氕、氘、氚，故C错误；
D．由上述可知，粒子在磁场中的运动半径
可知，a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氚、氘、氕，故D错误。
故选A。
7. 真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a和3a的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，其横截面如图所示。一速率为v的电子从圆心沿半径方向进入磁场。已知电子质量为m，电荷量为e，忽略重力。为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，磁场的磁感应强度最小为（　　）
A B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】电子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力
则磁感应强度与圆周运动轨迹关系为
即运动轨迹半径越大，磁场的磁感应强度越小。令电子运动轨迹最大的半径为，为了使电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，其最大半径的运动轨迹与实线圆相切，如图所示
A点为电子做圆周运动的圆心，电子从圆心沿半径方向进入磁场，由左手定则可得，， 为直角三角形，则由几何关系可得
解得
解得磁场的磁感应强度最小值
故选C。
8. 如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则(　　)
A. 由于A线圈电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B. 由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C. 如果断开B线圈电键S2，无延时作用
D. 如果断开B线圈的电键S2，延时将变长
【答案】BC
【解析】
【详解】AB.当S1断开时，A中电流消失，此时穿过A、B线圈的磁通量均减小，由于A线圈已经断开，不产生感应电流，对磁场强度的减弱没有抑制作用；而B线圈的开关S2是闭合的，内部产生感应电流，B线圈中有感应电流产生的磁场，这即是延迟效应产生的原因，A错误，B正确；
CD.如果S2断开，线圈B也不产生感生电流，将不会有延时的作用，C正确，D错误。
故选BC。
9. 如图所示，边长为l的等边三角形闭合金属框架abc，处于垂直框架平面向里的匀强磁场中，磁感强度为B顶点a在虚线上，现使线框从图示位置以速度v0匀速向右运动，bc边始终与虚线平行，直到bc边与虚线重合。在此过程中，下列说法正确的是（　　）
A. 感应电流为逆时针方向
B. bc边所受安培力不变
C. 感应电动势的最大值为Blv0
D. 感应电动势的平均值为
【答案】CD
【解析】
【详解】A．线框从图示位置以速度v0匀速向右运动，磁通量逐渐减小，根据楞次定律知，感应电流的方向一直为顺时针方向，故A错误；
B．根据E=BLv知随着线框的进入，切割磁感线的有效长度不断增加，感应电动势变大，线框中电流变大，bc边所受安培力变大，故B错误；
C．根据E=BLv知感应电动势的最大值为
故C正确；
D．感应电动势的平均值为
故D正确。
故选CD。
10. 一电阻R接到如图甲所示的正弦交流电源上，两端电压的有效值为，消耗的电功率为；若该电阻接到如图乙所示的方波交流电源上，两端电压的有效值为，消耗的电功率为。若甲、乙两图中的、T所表示的电压值、周期值是相同的，则下列说法正确的是（　　）
A. B. C. D.
【答案】ACD
【解析】
【详解】AC．由图象可知，正弦式交流电压最大值为
Um = U0
所以有效值为
则电阻R消耗的功率为
AC正确；
B．根据交变电流的有效值定义有
解得
B错误；
D．根据选项B可知
则
P1：P2 = 1：5
D正确。
故选ACD。
11. 如图所示，在Oxy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场。一带电粒子从y轴上的M点射入磁场，速度方向与y轴正方向的夹角。粒子经过磁场偏转后在N点（图中未画出）垂直穿过x轴。已知，粒子电荷量为q，质量为m，重力不计。则（　　）
A. 粒子带负电荷 B. 粒子速度大小为
C. 粒子在磁场中运动的轨道半径为a D. N与O点相距
【答案】AD
【解析】
【详解】A．粒子向下偏转，根据左手定则判断洛伦兹力，可知粒子带负电，A正确；
BC．粒子运动的轨迹如图
由于速度方向与y轴正方向的夹角，根据几何关系可知
，
则粒子运动的轨道半径为
洛伦兹力提供向心力
解得
BC错误；
D．与点的距离为
D正确。
故选AD。
二、非选择题: 本题共5小题，共56分。
12. 在“研究电磁感应现象”的实验中。
（1）为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈M连接，如图甲所示。当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转。将磁体N极向下从线圈上方竖直插入M时，发现指针向左偏转。俯视线圈，其绕向为沿________（选填“顺时针”或“逆时针”）由a端开始绕至b端。
（2）如图乙所示，如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关S后，将A线圈迅速从B线圈拔出时，电流计指针将________；A线圈插入B线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向右移动时，电流计指针将________。（以上两空选填“向左偏”“向右偏”或“不偏转”）
【答案】 ①. 顺时针 ②. 向左偏 ③. 向右偏
【解析】
【详解】（1）[1]当N极向下插入时，向下的磁通量增加，根据增反减同，感应磁场方向向上，根据右手定则，电流方向为逆时针，又因为电流计向左偏转，电流由a端流至b端，所以导线沿顺时针由a端开始绕至b端。
（2）[2][3]闭合开关，磁通量增大，灵敏电流计右偏，拔出时，磁通量减少，灵敏电流计应该向左偏；滑动变阻器滑片迅速右移时，电阻减小，电流增大，磁通量增大，灵敏电流计向右偏。
13. 某同学欲将内阻为98.5Ω、量程为100μA的电流表改装成欧姆表并进行刻度和校准，要求改装后欧姆表的15kΩ刻度正好对应电流表表盘的50μA刻度。可选用的器材还有：定值电阻R0（阻值14kΩ），滑动变阻器R1（最大阻值1500Ω），滑动变阻器R2（最大阻值500Ω），电阻箱（0~99999.9Ω），干电池（E=1.5 V，r=1.5 Ω），红、黑表笔和导线若干。
（1）欧姆表设计
将图（a）中的实物连线组成欧姆表____。欧姆表改装好后，滑动变阻器R接入电路的电阻应为____Ω：滑动变阻器选____（填“R1”或“R2”）。
（2）刻度欧姆表表盘
通过计算，对整个表盘进行电阻刻度，如图（b）所示。表盘上a、b处的电流刻度分别为25和75，则a、b处的电阻刻度分别为____、____。
【答案】 ① ②. 900 ③. R1 ④. 45kΩ ⑤. 5 kΩ
【解析】
【详解】（1）[1]将电源、电流表、定值电阻以及滑动变阻器串接即可组成欧姆表，故实物图如图所示
[2][3]根据闭合电路欧姆定律有
其中，，，；为滑动变阻器的阻值；
解得：
故滑动变阻器应选择。
（2）[4][5]由（1）中解答可知，欧姆表的内阻即中值电阻：
根据闭合电路欧姆定律有：
解得：
14. 如图，一不可伸长的细绳的上端固定，下端系在边长为的正方形金属框的一个顶点上。金属框的一条对角线水平，其下方有方向垂直于金属框所在平面的匀强磁场。已知构成金属框的导线单位长度的阻值为；在到时间内，磁感应强度大小随时间t的变化关系为。求:
（1）时金属框所受安培力的大小；
（2）在到时间内金属框产生的焦耳热。
【答案】（1）；（2）0.016J
【解析】
【详解】（1）金属框的总电阻为
金属框中产生的感应电动势为
金属框中的电流为
t=2.0s时磁感应强度为
金属框处于磁场中的有效长度为
此时金属框所受安培力大小为
（2）内金属框产生的焦耳热为
15. 如图所示装置中，区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场，电场强度分别为E和；Ⅱ区域内有垂直平面向外的水平匀强磁场，磁感应强度为B．一质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力)从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场，经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场中，并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中．求：
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨迹半径；
(2)O、M间的距离；
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用的时间．
【答案】(1) (2)(3)
【解析】
【详解】(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动，设粒子过A点时速度为v，由类平抛运动规律知：
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：
所以：
(2)设粒子在Ⅰ区域电场中运动时间为t1，加速度为a，则有
解得：
O、M两点间的距离为：
(3)如图所示，设粒子在Ⅱ区域磁场中运动时间为t2，则由几何关系知：
设粒子在Ⅲ区域电场中运动时间为t3：
则：
粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间为：
16. 如图所示，间距为L、足够长的光滑平行金属导轨倾斜固定放置，导轨平面倾角，导轨上端连接一个电压表（可看成理想电压表），下端连接一个阻值为R的定值电阻，整个导轨处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，金属棒垂直放置在导轨上，金属棒由静止沿导轨下滑的过程中与导轨接触良好且始终与导轨垂直。金属棒接入电路的电阻为。金属棒向下运动过程中，电压表的最大示数为U。重力加速度为g，不计导轨电阻。
(1)求金属棒向下运动的最大速度；
(2)求金属棒的质量；
(3)若电压表的示数从0变为U的过程中通过金属棒截面的电荷量为q，求此过程中电阻R上产生的焦耳热为多少。
【答案】(1)；(2)；(3)
【解析】
【分析】
【详解】(1)设金属棒的最大速度为，则最大电动势
由题意可知
解得
(2)当金属棒匀速运动时，电压表的示数最大，对金属棒进行受力分析，则
解得
(3)设电压表的示数从0变为U的过程中，金属棒沿导轨运动的距离为x，根据法拉第电磁感应定律有
根据欧姆定律有
通过金属棒截面的电荷量
解得
设定值电阻中产生的焦耳热为Q，则金属棒中产生的焦耳热为，根据能量守恒定律有
解得

湖北省荆州市公安县第三中学2022-2023高二下学期3月月考物理试题（含解析）