高三物理一轮复习阶段检测B 卷(必修第三册和选择性必修第二册)

2023-11-24浙江省杭州市余杭第一中学孙丁共

中学生数理化(高中版.高考理化) 2023年11期

关键词：金属棒带电粒子铝板

■浙江省杭州市余杭第一中学贺琳孙丁共

一、单项选择题

1.如图1 所示,在与电源断开的平行板电容器间插入金属板C后,悬挂带电小球的细线的倾角θ的变化情况为( )。

图1

A.变大 B.变小

C.不变 D.无法判断

2.利用如图2甲所示的装置可以研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化,螺线管的阻值r=40 Ω,初始时滑动变阻器(最大阻值为40 Ω)的滑片位于正中间,打开传感器,将质量为m的磁铁从螺线管正上方由静止释放,磁铁下端为N 极。磁铁下落过程中受到的电磁力一直明显小于磁铁重力,且不发生转动,穿过螺线管后掉落到海绵垫上立即静止,释放点(磁铁N 极的下端)到海绵垫的高度为h。电压、电流传感器的示数分别为U、I,计算机屏幕上显示出如图2乙所示的UI-t图像,图像中出现两个峰值。下列说法中正确的是( )。

图2

A.磁铁穿过螺线管的过程中,产生第一个峰值时线圈中的感应电动势约为0.3 V

B.在磁铁下降h的过程中,可估算出机械能转化为电能约为6.2×10-4J

C.若仅将滑动变阻器的滑片从中间向左移动,则图像中的两个峰值都会增大

D.磁铁下落过程中受到的电磁力方向先向上后变为向下

3.如图3所示,橡胶板置于绝缘水平桌面上,某同学戴着绝缘手套先用毛皮摩擦橡胶板,使橡胶板带负电,再手握绝缘手柄将铝板靠近橡胶板,铝板的下表面与橡胶板上凸起的接地铁钉接触,并在铝板上表面撒上细纸屑,迅速上抬铝板至某一位置后,细纸屑从铝板上飞溅出来,这就是“静电飞花”实验。下列说法中正确的是( )。

图3

A.铝板未与橡胶板接触所以始终不带电

B.纸屑是因为带正电相互排斥而不断飞散的

C.铝板与铁钉接触时,电子从大地通过铁钉流向铝板

D.铝板与铁钉接触时,铝板上、下表面带等量异种电荷

4.范德格拉夫静电加速器由两部分组成,一部分是产生高电压的装置,叫范德格拉夫起电机,加速罩(金属球壳)是一个半径a=0.5 m 的铝球,由一条宽度D=10 cm、运动速度v=20 m/s的橡胶带对它充电,从而使金属球壳与大地之间形成500 kV 的高电压,另一部分是加速管和偏转电磁铁,再加上待加速的质子源就构成了一台质子静电加速器。如图4所示,抽成真空的加速管由20个金属环及电阻组成(图中仅画出电阻中的6个),金属环之间由玻璃隔开,各环与500 MΩ 的电阻串联。从质子源引出的质子进入加速管加速,然后通过由电磁铁产生的一个半径b=10 cm 的圆形匀强磁场区域引出打击靶核。已知质子束的等效电流为25μA,质子的比荷。下列说法中不正确的是( )。

图4

A.若不考虑充电橡胶带和质子源的影响,加速罩内的电场强度E=0

B.若不考虑充电橡胶带和质子源的影响,加速罩内的电势φ=500 kV

C.要维持加速罩上500 kV 的稳定电压,喷射到充电橡胶带表面上的面电荷密度σ=37.5μC/m2

D.质子束进入电磁铁,并做角度θ=60°的偏转,磁感应强度的大小B=0.29 T

二、多项选择题

5.如图5 所示,半径R=0.9 m 的光滑圆弧形轨道固定在水平地面上,P是圆弧的最低点,A、B是圆弧上等高的两点,A、B两点间的弧长约等于R,O是圆心。O处固定一个带电荷量Q=+1.0×10-5C 的点电荷。先将带电荷量q= +4.5×10-6C、质量m=0.05 kg的小球(可视为质点)从A点由静止开始释放(过程1),再将此带电小球从O点正下方0.5 m 处由静止释放并使其运动到P点(过程2)。已知静电力常量k=9.0×109N·m2/C2,取重力加速度g=10 m/s2,则( )。

图5

A.小球在过程1中经过A点时受到的库仑力大小为0.45 N

B.小球在过程1 中运动到P点时对轨道的压力大小为1.0 N

C.小球在过程1 中从A点首次运动到B点所用的时间大于0.3π s

D.小球在过程2 中的运动时间小于0.2 s

6.如图6所示,水平间距为L,半径为r的光滑半圆形导轨,bb'为其最低位置,aa'与cc'为其最高位置且等高,导轨右侧连接阻值为R的电阻,导轨所在区域分布着磁感应强度为B,方向竖直向上的匀强磁场。现有一根金属棒在外力的作用下以速度v0从aa'位置沿导轨做匀速圆周运动至cc'位置,金属棒与导轨始终接触良好,金属棒与导轨的电阻均不计,则( )。

图6

A.金属棒经过最低位置bb'处时,通过电阻R的电流最大

B.金属棒经过最低位置bb'处时,通过金属棒的电流方向为b'→b

C.整个过程中通过电阻R的电荷量为

D.整个过程中电阻R上产生的热量为

7.霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器,广泛应用于各领域。如图7所示是霍尔元件的工作原理示意图,磁场方向垂直于霍尔元件工作面,霍尔元件宽度为d(M、N面间距离),厚度为h(上下面间距离),当通以图示方向电流时,M、N两端将出现电压UH,则( )。

图7

A.若霍尔元件的载流子是自由电子,则M端电势比N端高

B.若仅改变磁感线与霍尔元件工作面间的夹角,则UH将不变

C.若仅增大霍尔元件的宽度d,则M、N两端电压UH一定增大

D.若仅减小霍尔元件的厚度h,则M、N两端电压UH一定增大

8.如图8所示,用两个电流方向相同的线圈产生一个中间弱、两端强的磁场区域,该装置被称为磁镜。磁镜对在其中运动的带电粒子可以产生约束作用。当带电粒子沿线圈轴向OO'方向的速度(被称为横向速度)不太大时,其将在两线圈之间来回反射,不能逃脱。地球的磁场分布中间弱、两极强,是一个天然的磁镜捕集器,在距离地面几千千米和两万千米的高空,分别存在内、外两个环绕地球的辐射带,被称为范·艾伦辐射带。范·艾伦辐射带内约束着大量高能粒子,其对载人空间飞行器、卫星等都有一定危害。根据以上信息并结合所学知识判断,下列说法中正确的是( )。

图8

A.被约束在磁镜中的带电粒子在由中央向两端运动的过程中,垂直于轴向OO'方向的速度(被称为纵向速度)会越来越大

B.被约束在磁镜中的带电粒子在由中央向两端运动的过程中,垂直于轴向OO'方向的速度会越来越小

C.被约束在范·艾伦辐射带中的带电粒子沿东西方向运动

D.被约束在范·艾伦辐射带中的带电粒子沿南北方向运动

三、实验题

9.小明用如图9 所示的电路测量电阻Rx的阻值(约几百欧)。R是滑动变阻器,R0是电阻箱。

图9

(1)小明通过下列步骤,较准确地测出Rx的阻值。

①将滑动变阻器的滑片P调至图中的____(选填“A”或“B”)端。闭合开关S1,将开关S2拨至1,调节滑片P至某一位置,使电压表的指针满偏。

②将开关S2拨至“2”,保持滑片P的位置不变,调节电阻箱的阻值,使电压表的指针再次满偏,此时电阻箱示数为R1,则Rx=____。

(2)滑动变阻器有两种规格可供选择,分别是R2(0～10 Ω)、R3(0～5 000 Ω)。为了减小实验误差,滑动变阻器应选____(选填“R2”或“R3”)。

10.某同学为了研究某压敏电阻的伏安特性,通过实验得到了该压敏电阻的伏安特性曲线如图10所示。

图10

(1)该同学所用蓄电池的电动势为6 V,还有导线、开关及以下器材:电流表有两个量程,分别为量程A(0～3 A)和量程B(0～0.6 A);电压表有两个量程,分别为量程C(0～3 V)和量程D(0～15 V);滑动变阻器有两种规格,分别为E(0～10 Ω,1.0 A)和F(0～200 Ω,1.0 A)。电流表选_____量程,电压表选____量程,滑动变阻器选____规格。

(2)请在图11中用笔画线代替导线,把实验仪器连接成完整的实验电路。

图11

(3)通过进一步实验研究知道,该压敏电阻的阻值随压力变化的图像如图12 所示。某同学利用该压敏电阻设计了一种“超重违规证据模拟记录器”的控制电路,如图13所示。已知该电路中电源的电动势均为6 V,内阻均为1 Ω,继电器的电阻为9 Ω,当控制电路中电流大于0.06 A时,磁铁即会被吸引。只有当质量超过____kg的车辆违规时才会被记录。(取重力加速度g=10 m/s2)

图12

图13

四、解答题

11.如图14所示,一倾角α=37°的光滑固定斜面的顶端放有质量M=0.06 kg的U型导体框,导体框的电阻忽略不计;一电阻R=3 Ω 的金属棒CD的两端置于导体框上,与导体框构成矩形回路CDEF;EF与斜面底边平行,长度L=0.6 m。初始时CD与EF相距s0=0.4 m,金属棒与导体框同时由静止开始下滑,金属棒下滑距离后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域,磁场边界(图中虚线)与斜面底边平行;金属棒在磁场中做匀速运动,直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间,导体框的EF边正好进入磁场,并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好,磁场的磁感应强度B=1 T,取重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6。

图14

(1)求金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小。

(2)求金属棒的质量,以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数。

(3)求导体框匀速运动的距离。

(4)若导体框加速所用时间为0.009 s,则从开始加速到离开磁场过程中,探究金属棒中产生的热量Q。

12.如图15 甲所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,其宽度L=1 m,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P之间连接阻值R=0.4 Ω 的定值电阻。质量m=0.01 kg,电阻r=0.3 Ω的金属棒ab紧贴在导轨上。现使金属棒由静止开始下滑,下滑过程中金属棒始终保持水平,且与导轨接触良好,其下滑距离x与时间t的关系如图15乙所示,图像中的OA段为曲线,AB段为直线,导轨电阻不计,取重力加速度g=10 m/s2(忽略金属棒在运动过程中对原磁场的影响)。求:

图15

(1)金属棒在3.2 s～5.0 s时间内的速度大小及磁感应强度B的大小。

(2)金属棒在开始运动的3.2 s时间内,通过电阻R的电荷量q。

(3)金属棒在开始运动的3.2 s时间内,电阻R上产生的热量QR。

13.如图16 所示,某行星的赤道线的半径为R,在其赤道平面上,行星产生的磁场可以近似看成以行星中心为圆心、半径为3R的有界匀强磁场,磁感应强度为B。太阳耀斑爆发时,向该行星持续不断地辐射大量带电荷量为q(q>0)、质量为m的粒子,粒子速度方向平行,垂直于AB,速度大小在某一范围内,已知从A点射入磁场的带电粒子在磁场作用下恰能到达赤道线下半圆弧上的各点,不计一切阻力。