北京市重点学校2023-2024学年高二上学期12月月考物理卷

试卷更新日期：2023-12-20 类型：月考试卷

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一、单项选择题。本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。

1. 如图所示，把一条导线平行地放在磁针上方附近，当导线中通有电流时，磁针会发生偏转。首先观察到这个实验现象的物理学家是（）

A、牛顿 B、伽利略 C、焦耳 D、奥斯特

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2. 一个电热水壶的铭牌上所列的主要技术指标如下表所示．根据表中提供的数据，计算出此电热水壶在额定电压下工作时，通过电热水壶的电流约为（）
额定功率900W
额定频率50Hz
额定电压220V
容量1.2L

A、6.4A B、4.1A C、3.2A D、2.1A

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3. 用电流表和电压表测量电阻的电路如图所示，其中 $R_{x}$ 为待测电阻。电表内阻对测量结果的影响不能忽略，下列说法中正确的是（）

A、电流表的示数小于通过R_x的电流 B、电流表的示数大于通过R_x的电流 C、电压表的示数小于R_x两端的电压 D、电压表的示数大于R_x两端的电压

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4. 在图所示的四幅图中，正确标明了带正电的粒子所受洛伦兹力F方向的是（）

A、 B、 C、 D、

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5. 面积是S的矩形导线框，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框所在平面垂直，则穿过导线框所围面积的磁通量为（）

A、 $\frac{B}{S}$ B、 $\frac{S}{B}$ C、BS D、0

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6. 在恒定的匀强磁场中固定一根通电直导线，导线的方向与磁场方向垂直，如图反映的是这根导线受到的磁场力大小F与通过导线的电流I之间的关系，M、N两点各对应一组F、I的数据，其中可能正确的是（）

A、 B、 C、 D、

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7. 如图所示，置于水平面上的两根金属导轨间距为L，分别与电源正、负极相连。导体棒ab放在导轨上且与导轨垂直，整个装置处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒，且与导轨平面夹角为θ。已知回路中电流为I，导体棒始终处于静止状态。关于导体棒的受力情况，下列说法正确的是（）

A、安培力大小为0 B、安培力大小为ILBsinθ C、静摩擦力大小为ILBcosθ D、静摩擦力大小为ILBsinθ

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8. 某同学用图所示装置探究影响感应电流方向的因素，将磁体从线圈中向上匀速抽出时，观察到灵敏电流计指针向右偏转。关于该实验，下列说法正确的是（）

A、必须保证磁体匀速运动，灵敏电流计指针才会向右偏转 B、若将磁体向上加速抽出，灵敏电流计指针会向左偏转 C、将磁体的N、 S极对调，并将其向上抽出，灵敏电流计指针仍向右偏转 D、将磁体的N、 S极对调，并将其向下插入，灵敏电流计指针仍向右偏转

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9. 如图所示，用洛伦兹力演示仪研究带电粒子在匀强磁场中的运动，以虚线表示电极K释放出来的电子束的径迹。在施加磁场之前，电子经加速后沿直线运动，如图甲所示；施加磁场后电子束的径迹，如图乙所示；再调节演示仪可得到图丙所示的电子束径迹。下列说法正确的是（）

A、施加的磁场方向为垂直纸面向外 B、在图乙基础上仅提高电子的加速电压，可得到图丙所示电子束径迹 C、在图乙基础上仅减小磁感应强度，可得到图丙所示电子束径迹 D、图乙与图丙中电子运动一周的时间可能不相等

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10. 如图所示，质量为 $m$ 、长为 $l$ 的直导线用两条绝缘细线悬挂于 $O$ 、 $O^{'}$ ，并处于匀强磁场中。当导线中通以沿 $x$ 轴正方向的电流 $I$ ，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为 $θ$ 。该磁场的磁感应强度可能是（）

A、方向沿 $z$ 轴正方向，大小为 $\frac{m g}{I l} t a n θ$ B、方向沿 $y$ 轴正方向，大小为 $\frac{m g}{I l}$ C、方向沿悬线向上，大小为 $\frac{m g}{I l} s i n θ$ D、方向垂直悬线向上，大小为 $\frac{m g}{I l} s i n θ$

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11. 如图所示，一质量为m的带电粒子从P点以垂直于磁场边界方向的速度v射入磁场，穿出磁场时，速度方向与入射方向夹角为θ。设磁感应强度为B、磁场宽度为d。粒子速度始终与磁场垂直，不计粒子所受重力和空气阻力。下列说法正确的是（）

A、在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子做的功不为0 B、在粒子穿越磁场的过程中，洛伦兹力对该粒子的冲量为0 C、该粒子在磁场中运动的时间为 $\frac{d}{v}$ D、该粒子的比荷为 $\frac{v s i n θ}{B d}$

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12. 将一个表头G改装成多量程的电流表，通常有两种连接方式。如图甲所示的连接方式称作开路转换式（其中电阻R₁＜R₂）。如图乙所示的连接方式称作闭路抽头式。两种连接方式在实际中均有使用，下列说法正确的是（）

A、开路转换式中，开关S接1时的量程大于开关S接2时的量程 B、开路转换式中，若电阻R₁发生变化，则开关S接1、2对应的两个量程都会发生变化 C、闭路抽头式中，若电阻R₃发生变化，则抽头3、4对应的两个量程都会发生变化 D、闭路抽头式中，抽头3对应的量程小于抽头4对应的量程

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13. 如图所示，将非磁性材料制成的圆管置于匀强磁场中，当含有大量正负离子的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，测得管两侧M、N两点之间有电势差U。忽略离子重力影响，则（）

A、M点的电势与N点相等 B、N点的电势高于M点 C、管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电势差U越大 D、管中导电液体的离子浓度越大，M、N两点之间的电势差U越大

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14. 1911年，科学家们发现一些金属在温度低于某一临界温度Tc时，其直流电阻率会降到 $1 0^{- 28} Ω \cdot m$ 以下，远低于正常金属的 $1 0^{- 7} Ω \cdot m$ ，称为超导现象。1934年，科学家提出超导体的二流体模型初步解释了低温超导现象。
该模型认为，当金属在温度低于Tc成为超导体后，金属中的自由电子会有一部分凝聚成超导电子（“凝聚”是指电子动量分布趋于相同、有序）。随着温度进一步降低，越来越多的自由电子凝聚为超导电子。这些超导电子与金属离子不发生“碰撞”，因而超导电子的定向运动不受阻碍，具有理想的导电性。一圆柱形金属导体，沿其轴线方向通有均匀分布的恒定电流，将中间一段金属降温转变为超导体后，超导体内的电流只分布在表面厚为 $1 0^{- 8} m$ 量级的薄层内，其截面示意图如图所示。在正常金属和超导体之间还存在尺度为 $1 0^{- 8} m$ 量级的交界区。根据上述信息可知（）

A、交界区两侧单位时间内通过的电荷量可能不相等 B、超导体中需要恒定电场以维持其中的超导电流 C、图中除表面层外超导体内部可能存在定向移动的自由电子 D、图中超导体内部轴线处的磁场一定为零

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二、实验题（共10分）

15. 在“测量金属丝的电阻率”的实验中，实验小组的同学测量一段阻值约为5Ω，均匀金属丝的电阻率。

(1)、用螺旋测微器分别在三个不同的位置测量金属丝的直径，某次示数如图所示，该次测量值为mm；

(2)、实验小组的同学采用如图所示的电路图，用伏安法测金属丝的电阻Rx，现有电源（电动势为3.0V，内阻可忽略不计），开关和导线若干，以及下列器材：
A．电压表V₁（量程0～3V，内阻约3kΩ）
B．电压表V₂（量程0～15V，内阻约15kΩ）
C．电流表A₁（量程0～3A，内阻约0.025Ω）
D．电流表A₂（量程0～0.6A，内阻约0.125Ω）
E．滑动变阻器R1（0～5Ω，3A）
F．滑动变阻器R2（0～1000Ω，0.5A）
①为减小测量误差，在实验中，电压表应选用，电流表应选用，滑动变阻器应选用；（选填各器材前的字母）
②图是测量R_x的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，请根据图的电路图，补充完成图中实物间的连线；

(3)、测量出金属丝直径为d、长度为L，电压表示数为U，电流表示数为I，则该金属丝电阻率测量值的表达式ρ= ，考虑电流表和电压表内阻引起的误差，该测量值真实值（选填“大于”或“小于”）；

(4)、在测量另一根阻值未知的金属丝电阻率时，实验小组的同学将电流表换成了量程为0～100mA的毫安表，依据上图连接了电路，调整滑动变阻器R后保持R的阻值不变，然后，将电压表右侧导线分别接在M点和N点，读出相应的电压表和毫安表示数，记录在表格中，根据这两组数据，同学们认为将电压表右侧导线接在M点比接在N点实验误差更小，请判断他们得出的结论是否正确，并说明理由。
接M点
接N点
$U / V$
0.8
0.9
$I / m A$
84
83

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三、计算题（共48分）

16. 一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量为 $q$ 、质量为 $m$ 的正离子，从容器A下方的小孔飘入电压为 $U$ 的加速电场，其初速度几乎为0。这些离子经加速后通过狭缝 $O$ 沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后打在照相底片 $M N$ 的中点 $P$ 上。已知，放置底片的区域 $M N = L$ ，且 $O M = L$ 。

(1)、求离子进入磁场时的速度 $v$ 的大小；

(2)、求磁场的磁感应强度 $B$ 的大小；

(3)、某次测量发现底片 $M N$ 左侧包括 $P$ 点在内的区域损坏，检测不到离子，但右侧区域仍能正常检测到离子。若要使原来打到底片中点的离子可以被检测，在不改变底片位置的情况下，分析说明可以采取哪些措施调节质谱仪。

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17. 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图甲所示。两D形盒分别在M端和P端跟高频交流电源（图中未画出）相连，便在两D形盒之间的狭缝中形成加速电场，使粒子每次穿过狭缝时都被加速。两D形盒放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于D形盒底面，粒子源置于圆心O处，粒子源射出的带电粒子质量为m、电荷量为q，最大回旋半径为R。不计粒子在两D形盒间加速电场内运动的时间，不计粒子离开粒子源时的初速度，忽略粒子所受重力以及粒子间相互作用。若M、P之间所加电压 $U_{M P}$ 随时间t的变化如图乙所示，每个周期内 $U_{0}$ 和 $- U_{0}$ 持续时间相同，求：

(1)、粒子离开加速器时的最大动能 $E_{k}$ ；

(2)、粒子在加速器中的加速次数N。

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18. 利用电场、磁场可以控制带电粒子的运动。如图所示，在平面直角坐标系xOy中，有一个半径为r的圆形区域，其圆心坐标为（r，0）。在这个区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场。在直线 $y = - r$ 的下方，有水平向左的匀强电场，电场强度的大小为E．一质子从O点沿x轴正方向射入磁场，在磁场中做半径为r的匀速圆周运动。已知质子的质量为m，电荷量为q，不计质子的重力。求：

(1)、质子射入磁场时速度的大小v；

(2)、质子运动到y轴时距O点的距离L。

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19. 示波器中的示波管对电子的偏转是电偏转，电视机中的显像管对电子的偏转是磁偏转．小明同学对这两种偏转进行了定量的研究并做了对比，已知电子的质量为m、电荷量为e，在研究的过程中空气阻力和电子所受重力均可忽略不计．

(1)、如图甲所示，水平放置的偏转极板的长度为l，板间距为d，极板间的偏转电压为U，在两极板间形成匀强电场．极板右端到竖直荧光屏MN的距离为b，荧光屏MN与两极板间的中心线O₁O₁′垂直．电子以水平初速度v₀从两极板左端沿两极板间的中心线射入，忽略极板间匀强电场的边缘效应，求电子打到荧光屏上时沿垂直于极板板面方向偏移的距离；

(2)、如图乙所示，圆心为O₂、半径为r的水平圆形区域中有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，与磁场区域右侧边缘的最短距离为L的O₂＇处有一竖直放置的荧光屏PQ，荧光屏PQ与O₂O₂＇连线垂直．今有一电子以水平初速度v₀从左侧沿O₂O₂＇方向射入磁场，飞出磁场区域时其运动方向的偏转角度为α（未知）．请求出 $\tan \frac{α}{2}$ 的表达式；

(3)、对比第（1）、（2）问中这两种偏转，请从运动情况、受力情况、能量变化情况等角度简要说明这两种偏转的不同点是什么？（至少说出两点）

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20. 如图甲所示，真空中有一长直细金属导线 $M N$ ，与导线同轴放置一半径为 $R$ 的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同的电子，已知电子质量为 $m$ ，电荷量为 $e$ 。不考虑出射电子间的相互作用。

(1)、可以用以下两种实验方案测量出射电子的初速度：
a.在柱面和导线之间，只加恒定电压；

b.在柱面内，只加与 $M N$ 平行的匀强磁场。

当电压为 $U_{0}$ 或磁感应强度为 $B_{0}$ 时，刚好没有电子到达柱面。分别计算出射电子的初速度 $v_{0}$ 。

(2)、撤去柱面，沿柱面原位置放置一个弧长为 $a$ 、长度为 $b$ 的金属片，如图乙所示。在该金属片上检测到出射电子形成的电流为 $I$ ，电子流对该金属片的压强为 $p$ 。求单位长度导线单位时间内出射电子的总动能。

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额定功率900W	额定频率50Hz
额定电压220V	容量1.2L

	接M点	接N点
$U / V$	0.8	0.9
$I / m A$	84	83