(江蘇專版)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 階段綜合檢測(cè)(三)第六-八章驗(yàn)收(含解析)
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1、(江蘇專版)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 階段綜合檢測(cè)(三)第六-八章驗(yàn)收(含解析)
一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題,每小題3分,共計(jì)21分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意)
1.(2018·連云港二模)如圖甲所示,A、B是一條電場(chǎng)線上的兩點(diǎn),若在A點(diǎn)釋放一初速度為零的電子,電子僅受電場(chǎng)力作用,并沿電場(chǎng)線從A運(yùn)動(dòng)到B,其速度平方(v2)與位移(x)關(guān)系圖線如圖乙所示。設(shè)A、B兩點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為EA、EB,電勢(shì)分別為φA、φB,則( )
A.EA>EB B.EA
2、以v2-x圖像的斜率表示加速度的2倍,從題圖可知電子的加速度恒定,即受到的電場(chǎng)力恒定,所以EA=EB,因?yàn)殡娮訋ж?fù)電,電場(chǎng)力做正功,所以電場(chǎng)方向從B到A,根據(jù)沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低可知φA<φB,D正確。 2.(2018·南京三模)如圖所示,寬度為d、厚度為h的金屬導(dǎo)體放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)電流通過該導(dǎo)體時(shí),在導(dǎo)體的上、下表面之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí),電勢(shì)差U、電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系為U=k,式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù),設(shè)載流子的電荷量大小為q,金屬導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)目為n,下列說法正確的是( ) A.導(dǎo)體上表面的
3、電勢(shì)高于下表面的電勢(shì) B.霍爾系數(shù)k= C.載流子所受靜電力的大小F=q D.載流子所受洛倫茲力的大小f= 解析:選D 由左手定則可知,載流子受到的洛倫茲力向上,由于載流子是自由電子,故導(dǎo)體上表面的電勢(shì)低于下表面的電勢(shì),故A錯(cuò)誤;導(dǎo)體中的電場(chǎng)強(qiáng)度E=,載流子所受電場(chǎng)力F=qE=q,故C錯(cuò)誤;穩(wěn)定時(shí),電場(chǎng)力與洛倫茲力相等,即q=qvB,解得U=Bhv,又電流的微觀表達(dá)式:I=nqSv=nqhdv,解兩式得:U=,則霍爾系數(shù)為k=,故B錯(cuò)誤;穩(wěn)定時(shí),電場(chǎng)力與洛倫茲力相等,載流子所受洛倫茲力的大小f=Bqv=,故D正確。 3.(2019·柳州模擬)兩個(gè)較大的平行金屬板A、B相距為d,分別接
4、在電壓為U的電源正、負(fù)極上,這時(shí)質(zhì)量為m、帶電荷量為-q的油滴恰好靜止在兩板之間,如圖所示。在其他條件不變的情況下,如果將B板向下移動(dòng)一小段距離,則該過程中( ) A.油滴將向上加速運(yùn)動(dòng),電流計(jì)中的電流從b流向a B.油滴將向下加速運(yùn)動(dòng),電流計(jì)中的電流從a流向b C.油滴靜止不動(dòng),電流計(jì)中的電流從b流向a D.油滴靜止不動(dòng),電流計(jì)中的電流從a流向b 解析:選B 開始時(shí)油滴靜止,說明電場(chǎng)力與重力平衡;電容器與電源直接相連,故電壓不變,當(dāng)B板向下移動(dòng)一小段距離,板間距離d增大,則由E=可知,電場(chǎng)強(qiáng)度減小,電場(chǎng)力減小,故重力大于電場(chǎng)力,油滴向下加速運(yùn)動(dòng);由于d增大,則由C=可知,電容C減
5、小,因電壓不變,則由Q=UC可知,電荷量Q減小,電容器放電,電流計(jì)中有從a到b的電流,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 4.(2018·廣州模擬)如圖所示,已知甲空間中沒有電場(chǎng);乙空間中有豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng);丙空間中有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)。三個(gè)圖中的斜面相同且絕緣,相同的帶負(fù)電小球從斜面上的相同位置O 點(diǎn)以相同初速度v0沿水平方向拋出,分別落在甲、乙、丙圖中斜面上A、B、C 點(diǎn)(圖中未畫出),距離O 點(diǎn)的距離分別為lOA、lOB、lOC。小球受到的電場(chǎng)力始終小于重力,不計(jì)空氣阻力。則( ) A.lOA>lOB>lOC B.lOB>lOA>lOC C.lOC>lOA>lOB
6、 D.lOC>lOB>lOA 解析:選C 甲圖小球不受電場(chǎng)力,加速度為g,帶電小球在乙圖中受到豎直向下的電場(chǎng)力與重力,加速度大于g,而在丙圖中受到豎直向上的電場(chǎng)力與重力,加速度小于g,根據(jù)類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律,他們落在斜面上時(shí)均有:tan θ===,解得:t=,可知,當(dāng)加速度越大時(shí),所用時(shí)間越短,因此沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離也就越小,即lOC>lOA>lOB,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。 5.如圖所示電路中,電源為恒流源,能始終提供大小恒定的電流。R0為定值電阻,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R的滑片,則選項(xiàng)圖中表示電壓表示數(shù)U、電路總功率P隨電流表示數(shù)I變化的關(guān)系圖像,可能正確的是( ) 解析:選C 由題圖知
7、R0與R并聯(lián),電壓表測(cè)電源電壓,電流表測(cè)R支路的電流,設(shè)電源提供的電流恒定為I總,根據(jù)并聯(lián)電路特點(diǎn)可知:U=U0=I0R0=(I總-I)R0=-IR0+I(xiàn)總R0,其中I總、R0為定值,由U=-R0I+I(xiàn)總R0,可知U與I的圖像為一次函數(shù)圖像,且-R0<0,故A、B錯(cuò)誤;由電功率的計(jì)算公式知,電路消耗總功率:P=UI總=(I總-I)R0×I總=-I總R0I+I(xiàn)總2R0,其中I總、R0為定值,由P=-I總R0I+I(xiàn)總2R0,可知P與I的圖像為一次函數(shù)圖像,-I總R0<0,且I、P不會(huì)為0,故C正確,D錯(cuò)誤。 6.(2019·深圳模擬)一個(gè)重力不計(jì)的帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng),在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做
8、勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則能正確表示運(yùn)動(dòng)周期T與半徑R之間關(guān)系的圖像是( ) 解析:選D 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),有qvB=m,可得R=,由圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律,T==,可見運(yùn)動(dòng)周期與半徑無關(guān),故D項(xiàng)正確。 7.(2019·常州期中)在真空中水平面MN的下方存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)。質(zhì)量為m的帶電小球由MN上的A點(diǎn)以一定初速度水平拋出,從B點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng),到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度方向恰好水平。A、B、C三點(diǎn)在同一直線上,且AB=2BC,如圖所示。由此可見( ) A.電場(chǎng)力為2mg B.小球帶正電 C.小球從A到B與從B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等 D.小球從A到B與從B到C的速度變化量不相同 解析:選
9、D 帶電小球從A到C,設(shè)在進(jìn)入電場(chǎng)前后兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過程水平分位移分別為x1和x2,豎直分位移分別為y1和y2,經(jīng)歷的時(shí)間分別為t1和t2。設(shè)在電場(chǎng)中的加速度為a。由于軌跡向上彎曲,加速度方向必定向上,合力向上,說明電場(chǎng)力方向向上,所以小球帶負(fù)電,從A到B過程小球做平拋運(yùn)動(dòng),則有:x1=v0t1;從B到C過程有:x2=v0t2;由題意有:x1=2x2,聯(lián)立得:t1=2t2;即小球從A到B是從B到C運(yùn)動(dòng)時(shí)間的2倍。又y1=gt12,將小球在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)看成沿相反方向的類平拋運(yùn)動(dòng),則有:y2=at22,根據(jù)幾何知識(shí)有:y1∶y2=x1∶x2;解得:a=2g;根據(jù)牛頓第二定律得:F-mg=ma=2mg,解
10、得:F=3mg,A、B、C錯(cuò)誤;根據(jù)速度變化量Δv=at,得AB過程速度變化量大小為Δv1=gt1=2gt2;BC過程速度變化量大小為Δv2=at2=2gt2;所以小球從A到B與從B到C的速度變化量大小相等,但由于從A到B時(shí)方向向下,而從B到C時(shí)方向向上,故速度變化量不相同,D正確。 二、多項(xiàng)選擇題(本題共5小題,每小題4分,共計(jì)20分。每小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題意。全部選對(duì)的得4分,選對(duì)但不全的得2分,錯(cuò)選或不答的得0分) 8.(2019·常州中學(xué)模擬)某電容式話筒的原理示意圖如圖所示,E為電源,R為電阻,薄片P和Q為兩金屬極板。對(duì)著話筒說話時(shí),P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)。在P、Q間距減小的過程中
11、( ) A.P、Q構(gòu)成的電容器電容增大 B.P上電荷量保持不變 C.電阻R中有N到M方向的電流 D.電阻R中有M到N方向的電流 解析:選AC 電容式話筒與電源串聯(lián),其電壓保持不變。在P、Q間距減小的過程中,根據(jù)電容決定式C=可知電容增大,又根據(jù)電容定義式C=得知電容器所帶電荷量增大,P極板上電荷量增大,電容器充電,充電電流通過R的方向由N到M,故A、C正確,B、D錯(cuò)誤。 9.如圖所示,一簇電場(chǎng)線的分布關(guān)于y軸對(duì)稱,O是坐標(biāo)原點(diǎn),M、N、P、Q是以O(shè)為圓心的一個(gè)圓周上的四個(gè)點(diǎn),其中M、N在y軸上,Q點(diǎn)在x軸上,則( ) A.M點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)的電勢(shì)低 B.O、M間的電勢(shì)差小于N
12、、O間的電勢(shì)差 C.一正電荷在O點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能小于在Q點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能 D.將一負(fù)電荷由M點(diǎn)移到P點(diǎn),電場(chǎng)力做正功 解析:選ABD 根據(jù)等勢(shì)線與電場(chǎng)線垂直,順著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低,可知M點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)的電勢(shì)低,故A項(xiàng)正確;O、M間的場(chǎng)強(qiáng)小于N、O間的場(chǎng)強(qiáng),OM=NO,由公式U=Ed分析得知,O、M間的電勢(shì)差小于N、O間的電勢(shì)差,故B項(xiàng)正確;根據(jù)等勢(shì)線與電場(chǎng)線垂直,順著電場(chǎng)線的方向電勢(shì)降低,可得O點(diǎn)的電勢(shì)高于Q點(diǎn)的電勢(shì),則正電荷在O點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能大于在Q點(diǎn)時(shí)的電勢(shì)能,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;M點(diǎn)的電勢(shì)比P點(diǎn)的電勢(shì)低,則負(fù)電荷在M點(diǎn)的電勢(shì)能比在P點(diǎn)的電勢(shì)能大,所以將一負(fù)電荷由M點(diǎn)移到P點(diǎn)時(shí),電勢(shì)能減小,電場(chǎng)力
13、做正功,故D項(xiàng)正確。 10.如圖所示,平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接,下極板接地,靜電計(jì)所帶電荷量很少,可被忽略。一帶負(fù)電油滴被固定于電容器中的P點(diǎn)?,F(xiàn)將平行板電容器的下極板豎直向下移動(dòng)一小段距離,則( ) A.平行板電容器的電容值將變大 B.靜電計(jì)指針張角不變 C.帶電油滴的電勢(shì)能將增大 D.若先將上極板與電源正極連接的導(dǎo)線斷開,再將下極板向下移動(dòng)一小段距離,則帶電油滴所受電場(chǎng)力不變 解析:選BD 根據(jù)C=知,d增大,則電容減小,故A錯(cuò)誤。靜電計(jì)測(cè)量的是電容器兩端的電勢(shì)差,因?yàn)殡娙萜魇冀K與電源相連,則電勢(shì)差不變,所以靜電計(jì)指針張角不變,故B正確。電勢(shì)差不變,
14、d增大,則電場(chǎng)強(qiáng)度減小,故P點(diǎn)與上極板的電勢(shì)差減小,則P點(diǎn)的電勢(shì)升高,因油滴帶負(fù)電,可知帶電油滴的電勢(shì)能將減小,故C錯(cuò)誤。電容器與電源斷開,則電荷量不變,d改變,根據(jù)E===,知電場(chǎng)強(qiáng)度不變,則油滴所受電場(chǎng)力不變,故D正確。 11.如圖所示,兩根平行長直導(dǎo)線相距2l,通有大小相等、方向相同的恒定電流;a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點(diǎn),左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為、l和3l。關(guān)于這三點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度,下列判斷正確的是( ) A.a(chǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大 B.b、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等 C.a(chǎn)、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同 D.b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 解析:選AD a、c兩點(diǎn)處的
15、磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩導(dǎo)線電流產(chǎn)生的合磁感應(yīng)強(qiáng)度,由于a點(diǎn)比c點(diǎn)距離兩導(dǎo)線較近,所以a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比c處的大,A正確;根據(jù)安培定則知,a、c兩處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反,C錯(cuò)誤;b點(diǎn)位于兩導(dǎo)線中間,兩導(dǎo)線在b點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等,方向相反,合磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,c處磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零,D正確,B錯(cuò)誤。 12.如圖所示,虛線框中存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B和平行紙面且與豎直平面夾角為45°斜向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E。有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電的小球在高為h處的P點(diǎn)從靜止開始自由下落,當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到復(fù)合場(chǎng)內(nèi)時(shí)剛好做直線運(yùn)動(dòng),那么( ) A.小球在復(fù)合場(chǎng)中一定做勻速直線運(yùn)動(dòng) B.若換成帶正電的小球,小球仍可能做
16、直線運(yùn)動(dòng) C.磁感應(yīng)強(qiáng)度B=,場(chǎng)強(qiáng)E= D.若同時(shí)改變小球的比荷與初始下落高度h,小球不能沿直線通過復(fù)合場(chǎng) 解析:選ACD 小球在復(fù)合場(chǎng)中受到豎直向下的重力、與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反的電場(chǎng)力和水平向右的洛倫茲力的作用,如圖所示,其中電場(chǎng)力和重力是恒力,而洛倫茲力的大小與小球的速度大小成正比,若小球做的是變速運(yùn)動(dòng),那么洛倫茲力也是變力,小球受到的合力方向也要改變,這與題意不符,所以小球在復(fù)合場(chǎng)中一定做勻速直線運(yùn)動(dòng),故A正確;根據(jù)小球受力平衡可得qvB=mg,qE=mg,又v2=2gh,聯(lián)立各式解得磁感應(yīng)強(qiáng)度B=,電場(chǎng)強(qiáng)度E=;若要使小球沿直線通過復(fù)合場(chǎng),小球受到的合力一定為零,所以以上兩個(gè)式子一
17、定要同時(shí)滿足,若同時(shí)改變小球的比荷與初始下落的高度h,以上兩個(gè)式子不能同時(shí)滿足,不能做直線運(yùn)動(dòng),故C、D正確;若換成帶正電的小球,則電場(chǎng)力和洛倫茲力同時(shí)反向,小球所受合力不可能為零,故B錯(cuò)誤。 三、實(shí)驗(yàn)題(本題共2小題,共18分) 13.(8分)(2019·蘇錫常鎮(zhèn)一模)在“測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)中,某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)根據(jù)圖甲電路進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)。 (1)根據(jù)圖甲電路,請(qǐng)?jiān)谝覉D中用筆畫線代替導(dǎo)線,完成實(shí)物電路的連接。 (2)實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)操作正確,記錄下幾組電壓表和電流表的示數(shù),并在坐標(biāo)系內(nèi)作出電壓表示數(shù)U和對(duì)應(yīng)的電流表示數(shù)I的圖像,如圖丙所示。由圖像可測(cè)得E測(cè)和r測(cè),則E測(cè)______
18、E真;r測(cè)______r真(選填“>”“=”或“<”)。
(3)為了克服系統(tǒng)誤差,同學(xué)們又根據(jù)圖丁電路進(jìn)行測(cè)量。同樣作出U-I圖像,如圖戊所示。經(jīng)過討論發(fā)現(xiàn),利用圖丙和圖戊可以消除系統(tǒng)誤差得出電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的真實(shí)值,則E真=________,r真=________。
解析:(1)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)原理是電流表的內(nèi)接法和滑動(dòng)變阻器的限流式接法,實(shí)物連線如圖:
(2)當(dāng)采用電流表內(nèi)接法時(shí),誤差原因?yàn)殡妷罕矸至鲗?dǎo)致電流表測(cè)量總電流偏小,可把電壓表與電源看做一個(gè)等效電源,根據(jù)閉合電路歐姆定律可知E測(cè)= 19、外接法時(shí),誤差原因?yàn)殡娏鞅矸謮簩?dǎo)致電壓表測(cè)量外電壓偏小,可把電流表與電源看做一個(gè)等效電源,E測(cè)′=E真,r測(cè)′=r真+RA>r真,綜合兩種接法的誤差可知電流表的外接法電動(dòng)勢(shì)是準(zhǔn)確的,E真=UB,而電流表內(nèi)接法時(shí)電壓表示數(shù)為零,代表外電路短路,由題圖丙可知真實(shí)的短路電流為IA=,可得r真=。
答案:(1)圖見解析 (2)< < (3)UB
14.(10分)(2019·南京沖刺)在“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)中,所用測(cè)量?jī)x器均已校準(zhǔn)。待測(cè)金屬絲接入電路部分的長度約為50 cm。
(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑,其中某一次測(cè)量結(jié)果如圖1所示,其讀數(shù)應(yīng)為__________mm。(該值接近 20、多次測(cè)量的平均值)
(2)用伏安法測(cè)金屬絲的電阻Rx。實(shí)驗(yàn)所用器材為:電池組(電動(dòng)勢(shì)為3 V,內(nèi)阻約1 Ω)、電流表(內(nèi)阻約0.1 Ω)、電壓表(內(nèi)阻約3 kΩ)、滑動(dòng)變阻器R(0~20 Ω,額定電流2 A)、開關(guān)、導(dǎo)線若干。某小組同學(xué)利用以上器材正確連接好電路,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,記錄數(shù)據(jù)如下表。
次數(shù)
1
2
3
4
5
6
7
U/V
0.10
0.30
0.70
1.00
1.50
1.70
2.30
I/A
0.020
0.060
0.160
0.220
0.340
0.460
0.520
由以上數(shù)據(jù)可知,他們測(cè)量Rx是采用圖2中的_ 21、_______圖(選填“甲”或“乙”)。
(3)圖3是測(cè)量Rx的實(shí)驗(yàn)器材實(shí)物圖,圖中已連接了部分導(dǎo)線,滑動(dòng)變阻器的滑片P置于變阻器的一端。請(qǐng)根據(jù)所選的電路圖,補(bǔ)充完成圖3中實(shí)物間的連線,并使閉合開關(guān)的瞬間,電壓表或電流表不至于被燒壞。
(4)這個(gè)小組的同學(xué)在坐標(biāo)紙上建立U、I坐標(biāo)系,如圖4所示,圖中已標(biāo)出了測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的4個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。請(qǐng)?jiān)趫D4中標(biāo)出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn),并描繪出U-I圖線。由圖線得到金屬絲的阻值Rx=___________Ω(保留兩位有效數(shù)字)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以估算出金屬絲的電阻率約為________(保留一位有效數(shù)字)。
解析:(1)螺旋測(cè)微器的固定刻 22、度讀數(shù)為0,可動(dòng)刻度讀數(shù)為39.5,
故所測(cè)長度為0+39.5×0.01 mm=0.395 mm。
(2)由記錄數(shù)據(jù)根據(jù)歐姆定律可知金屬絲的電阻Rx約為5 Ω。
則有Rx<= Ω=10 Ω,屬于小電阻,用外接法測(cè)量誤差小,實(shí)驗(yàn)要描繪電阻的U-I圖線,要求電壓、電流從接近0開始調(diào)節(jié),所以應(yīng)該采用分壓接法,故選甲圖。
(3)注意連圖時(shí)連線起點(diǎn)和終點(diǎn)在接線柱上并且不能交叉,結(jié)合(2)可知應(yīng)該連接成外接分壓接法(圖甲),先連外接電路部分,再連分壓電路部分,為保證閉合開關(guān)時(shí)不燒壞電表,此時(shí)滑片P必須置于變阻器的左端。實(shí)物圖如圖所示:
(4)描繪出第2、4、6次測(cè)量數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)后可見第6次測(cè)量 23、數(shù)據(jù)的坐標(biāo)點(diǎn)誤差太大,應(yīng)舍去,然后畫出U-I圖線。如圖所示:
計(jì)算U-I圖像的斜率可得到電阻的阻值R= Ω≈4.5 Ω;
根據(jù)電阻定律R=,得ρ=,代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出ρ=1×10-6 Ω·m。
答案:(1)0.395(0.393~0.398均可) (2)甲 (3)圖見解析
(4)圖見解析 4.5(4.3~4.6均可) 1×10-6 Ω·m
四、計(jì)算題(本題共4小題,共61分)
15.(14分)制備納米薄膜裝置的工作電極可簡(jiǎn)化為真空中間距為d的兩平行極板,如圖甲所示。加在極板A、B間的電壓UAB周期性變化,其正向電壓為U0,反向電壓為-kU0(k>1),電壓變化的周期為2t,如圖乙 24、所示。在t=0時(shí),極板B附近的一個(gè)電子,質(zhì)量為m、電荷量為e,受電場(chǎng)力作用由靜止開始運(yùn)動(dòng),不考慮重力作用,若k=,為使電子在0~2t時(shí)間內(nèi)不能到達(dá)極板A。求d應(yīng)滿足的條件。
解析:電子在0~t時(shí)間內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng)
加速度的大小a1=
位移x1=a1t2
電子在t~2t時(shí)間內(nèi)先做勻減速運(yùn)動(dòng),后反向做勻加速運(yùn)動(dòng)
加速度的大小a2=
初速度的大小v1=a1t
勻減速運(yùn)動(dòng)階段的位移x2=
依據(jù)題意d>x1+x2
解得d> 。
答案:d>
16.(15分)(2018·啟東中學(xué)期末)如圖所示的平行板器件中,存在相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.4 T,方向垂 25、直紙面向里,電場(chǎng)強(qiáng)度E=2.0×105 V/m,方向向下,PQ為板間中線。緊靠平行板右側(cè)邊緣xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi),有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B2=0.25 T,磁場(chǎng)邊界AO和y軸的夾角∠AOy=45°。一束帶電荷量q=8.0×10-19 C的正離子從P點(diǎn)射入平行板間,沿中線PQ做直線運(yùn)動(dòng),穿出平行板后從y軸上坐標(biāo)為(0,0.2 m)的Q點(diǎn)垂直y軸射入磁場(chǎng)區(qū),離子離開磁場(chǎng)后垂直通過x軸。求:
(1)離子運(yùn)動(dòng)的速度大?。?
(2)離子的質(zhì)量;
(3)若只改變AOy區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小,使離子都不能打到x軸上,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2應(yīng)滿足什么條件?
解析:(1)設(shè)正離子的速 26、度為v,因?yàn)檠刂芯€PQ做直線運(yùn)動(dòng),則:Eq=qvB1
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出:v=5.0×105 m/s。
(2)設(shè)離子的質(zhì)量為m,如圖甲所示,當(dāng)通過x軸時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角為90°時(shí),由幾何關(guān)系可以知道運(yùn)動(dòng)半徑:r1=0.1 m
由牛頓第二定律有:qvB2=m
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出:m=4.0×10-26 kg。
(3) 如圖乙所示,由幾何關(guān)系可以知道使離子不能打到x軸上的最大半徑為:
r2= m
設(shè)使離子都不能打到x軸上,最小的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,
則有:qvB0=m
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出:B0= T=0.30 T
則:B2≥0.30 T。
答案:(1)5.0×105 27、 m/s (2)4.0×10-26 kg
(3)B2≥0.30 T
17.(16分)(2019·連云港模擬)如圖所示,在地面附近xOy平面內(nèi)(x軸水平,y軸豎直),有沿+x方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度大小E=20 N/C,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B= T。一質(zhì)量m=1×10-4 kg,電荷量q=+5×10-5 C的帶電小球從坐標(biāo)原點(diǎn)O射入第一象限,恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。g取10 m/s2。
(1)求該小球的速度v0;
(2)若把勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向改為沿+y方向,其他條件不變,則小球從坐標(biāo)原點(diǎn)O射入第一象限后,經(jīng)過多長時(shí)間能再次返回到O點(diǎn)?
(3)設(shè)小球在t=0時(shí)射入,當(dāng)t 28、1=1 s時(shí)撤去磁場(chǎng),求小球在x軸上方運(yùn)動(dòng)過程中,距離x軸最遠(yuǎn)時(shí)的坐標(biāo)。
解析:(1)分析知小球受力情況如圖所示,根據(jù)平衡條件,
得qv0B=
代入數(shù)據(jù),得v0=20 m/s
tan θ==1,θ=45°
即小球的速度大小為20 m/s,方向與x軸成45°斜向右上方。
(2)分析知小球受到的重力與電場(chǎng)力平衡,在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故有
qv0B=m,T=,t=nT=
代入數(shù)據(jù),得t=2πn(n=1,2,3,…)。
(3)分析知小球先做勻速直線運(yùn)動(dòng),然后做類平拋運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。
在做類平拋運(yùn)動(dòng)過程中
ax==10 m/s2,
ay==10 m/s2
29、從撤去磁場(chǎng)到小球在x軸上方離x軸最遠(yuǎn)的時(shí)間為:
t2=== s
對(duì)整段過程有:
x=v0cos 45°·t1+v0cos 45°·t2+axt22=(10+30)m=44.14 m
y=v0sin 45°·t1+v0sin 45°·t2-ayt22=(10+10)m=24.14 m。
答案:(1)20 m/s 方向與x軸成45°斜向右上方
(2)2πn(n=1,2,3,…) (3)(44.14 m,24.14 m)
18.(16分)(2018·江蘇高考)如圖所示,真空中四個(gè)相同的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,高為4d,寬為d,中間兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域間隔為2d,中軸線與磁場(chǎng)區(qū)域兩側(cè)相交于O、O′點(diǎn) 30、,各區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等。某粒子質(zhì)量為m、電荷量為+q,從O沿軸線射入磁場(chǎng)。當(dāng)入射速度為v0時(shí),粒子從O上方處射出磁場(chǎng)。取sin 53°=0.8,cos 53°=0.6。
(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B;
(2)入射速度為5v0時(shí),求粒子從O運(yùn)動(dòng)到O′的時(shí)間t;
(3)入射速度仍為5v0,通過沿軸線OO′平移中間兩個(gè)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)不重疊),可使粒子從O運(yùn)動(dòng)到O′的時(shí)間增加Δt,求Δt的最大值。
解析:(1)粒子做圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,
qv0B=
由題意知r0=
由以上兩式解得B=。
(2) 當(dāng)初速度v=5v0時(shí),由qvB=得r=d,粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖,
設(shè)粒子在矩形磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角為α。
由幾何關(guān)系d=rsin α,得sin α=,即α=53°
在一個(gè)矩形磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1=×,
解得t1=
粒子做直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=, 解得t2=
則t=4t1+t2=。
(3)設(shè)將中間兩磁場(chǎng)分別向中央移動(dòng)距離x。
粒子向上的偏移量y=2r(1-cos α)+xtan α
由y≤2d,解得x≤d
則當(dāng)xm=d時(shí),Δt有最大值
粒子直線運(yùn)動(dòng)路程的最大值sm=+(2d-2xm)=3d
增加路程的最大值Δsm=sm-2d=d
增加時(shí)間的最大值Δtm==。
答案:(1) (2) (3)
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