階段驗(yàn)收評(píng)價(jià)(四)　靜電場(chǎng)　恒定電流　磁場(chǎng)

階段驗(yàn)收評(píng)價(jià)(四)靜電場(chǎng)恒定電流磁場(chǎng)(考試時(shí)間：90分鐘試卷分值：100分)一、選擇題Ⅰ(本題共13小題，每小題3分，共39分。每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的，不選、多選、錯(cuò)選均不得分)1．手機(jī)已走入千家萬(wàn)戶，成為人們生活中必不可少的工具。如圖是某手機(jī)電池的一些重要參數(shù)。以下說(shuō)法正確的是()A．電池的電動(dòng)勢(shì)是4.2VB．該電池的輸出電壓為3.7VC．電池充滿電后所帶電荷量有6120CD．1700mA·h指電池工作時(shí)的電流大小解析：選C電池的電動(dòng)勢(shì)為3.7V，由于有內(nèi)阻，工作時(shí)輸出電壓小于3.7V，A、B錯(cuò)誤；該電池的容量為1700mA·h＝6120C，是指帶電荷量，C正確，D錯(cuò)誤。2.如圖所示，在邊長(zhǎng)為l的正方形的每個(gè)頂點(diǎn)都放置一個(gè)點(diǎn)電荷，其中a和b電荷量為＋q，c和d電荷量為－q。則a電荷受到的其他三個(gè)電荷的靜電力的合力大小是()A．0B.eq\f(\r(2)kq2,l2)C.eq\f(kq2,l2)D.eq\f(3kq2,2l2)解析：選Da和b電荷量為＋q，c和d電荷量為－q。根據(jù)庫(kù)侖定律，則c對(duì)a的庫(kù)侖引力為：Fc＝eq\f(kq2,\r(2)l2)；b、d電荷對(duì)a的庫(kù)侖力大小為：Fb＝Fd＝keq\f(q2,l2)；根據(jù)力的合成法則，點(diǎn)電荷a所受的靜電力大小為：F＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2)kq2,l2)))2＋\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(kq2,\r(2)l2)))2)＝eq\f(3kq2,2l2)，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。3.如圖是位于x軸上某點(diǎn)的電荷在虛線PQ右側(cè)的電勢(shì)φ隨x變化的圖線，a、b是x軸上的兩點(diǎn)，過(guò)P點(diǎn)垂直于x軸的虛線PQ和x軸是該曲線的漸近線，則以下說(shuō)法正確的是()A．可以判斷出OP間各點(diǎn)的電勢(shì)均為零B．可以判斷出a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度C．可以判斷出P點(diǎn)左側(cè)與右側(cè)的電場(chǎng)方向均沿x軸正方向D．負(fù)試探電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能小于在b點(diǎn)的電勢(shì)能解析：選D因虛線PQ是圖像的漸近線，故該電場(chǎng)是由位于P點(diǎn)的正電荷產(chǎn)生的，因此OP間各點(diǎn)電勢(shì)為正，A項(xiàng)錯(cuò)誤；a點(diǎn)距場(chǎng)源電荷較近，故a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度比b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；P處的正電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)方向，在其左側(cè)沿x軸負(fù)方向，在其右側(cè)沿x軸正方向，C項(xiàng)錯(cuò)誤；負(fù)電荷在電勢(shì)高處電勢(shì)能小，a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高，故負(fù)試探電荷在a點(diǎn)的電勢(shì)能小于在b點(diǎn)的電勢(shì)能，D項(xiàng)正確。4．如圖所示，平行板電容器帶有等量異種電荷，與靜電計(jì)相連，靜電計(jì)金屬外殼和電容器下極板都接地，在兩極板間有一固定在P點(diǎn)的點(diǎn)電荷，以E表示兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度，Ep表示點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能，θ表示靜電計(jì)指針的偏角。若保持下極板不動(dòng)，將上極板向下移動(dòng)一小段距離至圖中虛線位置，則()A．θ增大，E增大 B．θ增大，Ep不變C．θ減小，Ep增大 D．θ減小，E不變解析：選D若保持下極板不動(dòng)，將上極板向下移動(dòng)一小段距離，根據(jù)C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，C變大；根據(jù)Q＝CU可知，在Q一定的情況下，兩極板間的電勢(shì)差減小，則靜電計(jì)指針偏角θ減??；根據(jù)E＝eq\f(U,d)，Q＝CU，C＝eq\f(εrS,4πkd)，聯(lián)立可得E＝eq\f(4πkQ,εrS)，可知E不變；P點(diǎn)離下極板的距離不變，E不變，則P點(diǎn)與下極板的電勢(shì)差不變，P點(diǎn)的電勢(shì)不變，故Ep不變；由以上分析可知，選項(xiàng)D正確。5．如圖甲所示，兩根橫截面積相同、材料不同的導(dǎo)線Ⅰ和Ⅱ，串聯(lián)后接入電路。若導(dǎo)線上任意一點(diǎn)的電勢(shì)φ隨該點(diǎn)與a點(diǎn)的距離x的變化關(guān)系如圖乙所示，導(dǎo)線Ⅰ和Ⅱ的電阻率分別為ρ1、ρ2，電阻分別為R1、R2，則()A．ρ1＜ρ2，R1＜R2 B．ρ1＞ρ2，R1＜R2C．ρ1＜ρ2，R1＞R2 D．ρ1＞ρ2，R1＞R2解析：選A由部分電路歐姆定律并結(jié)合題圖乙可得U1＝IR1＝3φ0－2φ0＝φ0，U2＝IR2＝2φ0－0＝2φ0，故R1＜R2；因?yàn)镽1＜R2，由R＝ρeq\f(l,S)知，ρ1eq\f(l1,S)＜ρ2eq\f(l2,S)，由題圖甲知l1＞l2，所以ρ1＜ρ2。綜上可得，A項(xiàng)正確。6．如圖所示，兩長(zhǎng)直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置，兩者之間的距離為l，在兩導(dǎo)線中通有方向垂直于紙面向里的電流。在紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)，每根通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。若在a點(diǎn)平行于P、Q放入一段長(zhǎng)為L(zhǎng)的通電直導(dǎo)線，其電流大小為I，方向垂直紙面向外，則關(guān)于它受到的安培力說(shuō)法正確的是()A．大小等于BIL，方向水平向左B．大小等于BIL，方向水平向右C．大小等于eq\r(3)BIL，方向豎直向下D．大小等于eq\r(3)BIL，方向豎直向上解析：選Da點(diǎn)處通電直導(dǎo)線的受力分析如圖所示，由題意得：FP＝FQ＝BIL，θ＝30°，安培力合力為F＝2FPcos30°＝2BIL×eq\f(\r(3),2)＝eq\r(3)BIL，方向豎直向上，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。7.如圖所示，電源電動(dòng)勢(shì)E＝8V，內(nèi)阻r＝2Ω，兩個(gè)小燈泡均標(biāo)有“3V,1.5W”，R為定值電阻。開(kāi)關(guān)S閉合，電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后，兩小燈泡恰能正常工作，則()A．定值電阻R的阻值為10ΩB．電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為6ΩC．電動(dòng)機(jī)與電阻R消耗的電功率相等D．電動(dòng)機(jī)的輸出功率為1.5W解析：選C因?yàn)閮蔁襞菀粯硬⒄０l(fā)光，所以兩個(gè)支路的電壓和電流均相等，即兩支路的功率相等，去掉燈泡功率后，電動(dòng)機(jī)與電阻R消耗的電功率相等，C正確；根據(jù)燈泡參數(shù)，得到燈泡電流為I＝eq\f(P,U)＝0.5A，路端電壓為U′＝E－2Ir＝6V，對(duì)于電阻R支路，有R＝eq\f(U′－U,I)＝6Ω，A錯(cuò)誤；電動(dòng)機(jī)消耗的功率為P′＝(U′－U)I＝1.5W，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)為非純電阻電路，所以電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率、輸出功率均小于電動(dòng)機(jī)功率，即I2r′<P′，解得r′<6Ω，B、D錯(cuò)誤。8．如圖甲所示是我國(guó)研制的高速磁浮交通系統(tǒng)成功下線的情景。車(chē)體運(yùn)行時(shí)，通過(guò)精確控制電磁鐵中的電流I磁形成吸引力，車(chē)體與軌道之間始終保持10毫米的懸浮氣隙，如圖乙所示。列車(chē)磁鐵定子和電流轉(zhuǎn)子分別安裝在軌道和車(chē)體上，憑無(wú)接觸力推動(dòng)列車(chē)飛馳。由以上信息判斷()A．車(chē)體前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力是靜電力B．車(chē)體在水平運(yùn)動(dòng)過(guò)程始終保持平衡狀態(tài)C．車(chē)體滿載時(shí)較空載時(shí)I磁更大D．車(chē)體右轉(zhuǎn)時(shí)乘客受到向左的離心力解析：選C列車(chē)磁鐵定子和電流轉(zhuǎn)子分別安裝在軌道和車(chē)體上，憑無(wú)接觸力推動(dòng)列車(chē)飛馳，車(chē)體前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力不是靜電力，故A錯(cuò)誤；車(chē)體在水平運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度不一定相等，不會(huì)始終保持平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；軌道對(duì)車(chē)體的吸引力等于列車(chē)重力，車(chē)體滿載時(shí)較空載時(shí)吸引力更大，I磁更大，故C正確；離心力是一種效果力，它使旋轉(zhuǎn)的物體遠(yuǎn)離它的旋轉(zhuǎn)中心，離心力并不是真實(shí)的力，故D錯(cuò)誤。9．兩個(gè)帶電粒子a、b在同一位置以相同的速度進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。粒子a的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為r1，粒子b的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑為r2，且r1＝3r2，q1、q2分別是粒子a、b所帶的電荷量，則()A．a(chǎn)帶負(fù)電、b帶正電，兩粒子的比荷之比eq\f(q1,m1)∶eq\f(q2,m2)＝3∶1B．a(chǎn)帶負(fù)電、b帶正電，兩粒子的比荷之比eq\f(q1,m1)∶eq\f(q2,m2)＝1∶3C．a(chǎn)帶正電、b帶負(fù)電，兩粒子的比荷之比eq\f(q1,m1)∶eq\f(q2,m2)＝3∶1D．a(chǎn)帶正電、b帶負(fù)電，兩粒子的比荷之比eq\f(q1,m1)∶eq\f(q2,m2)＝1∶3解析：選D由題圖可知a向左偏，b向右偏，根據(jù)左手定則，a帶正電，b帶負(fù)電。根據(jù)r＝eq\f(mv,qB)，知粒子的比荷eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)，v與B不變，所以兩粒子的比荷之比等于粒子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑的反比，所以eq\f(q1,m1)∶eq\f(q2,m2)＝1∶3，故D項(xiàng)正確。10.如圖所示，電荷量分別為＋Q1和－Q2的兩個(gè)點(diǎn)電荷連線水平，相對(duì)Q1Q2連線對(duì)稱(chēng)放置的內(nèi)壁光滑的絕緣細(xì)管在豎直平面內(nèi)，細(xì)管的上下端口恰好在Q1Q2連線的中垂線上。電荷量為＋q的小球以初速度v0從上端管口無(wú)碰撞進(jìn)入細(xì)管，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終機(jī)械能守恒，則()A．Q1>Q2B．小球從細(xì)管下端飛出時(shí)速度為v0C．小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電勢(shì)能先減小后增大D．細(xì)管各處電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等解析：選A在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終機(jī)械能守恒，電場(chǎng)力對(duì)小球不做功，小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電勢(shì)能不變，由圖可知Q1>Q2，故A正確，C錯(cuò)誤；小球以初速度v0從上端管口無(wú)碰撞進(jìn)入細(xì)管，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終機(jī)械能守恒，小球從細(xì)管下端飛出時(shí)速度大于v0，故B錯(cuò)誤；由點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式E＝eq\f(kQ,r2)及電場(chǎng)疊加可知，細(xì)管各處電場(chǎng)強(qiáng)度大小不相等，故D錯(cuò)誤。11．太陽(yáng)輻射的總功率為P，日地距離為r，陽(yáng)光到達(dá)地面的過(guò)程中的能量損耗為50%；太陽(yáng)光垂直照射時(shí)，太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率為η；一輛質(zhì)量為750kg的汽車(chē)的太陽(yáng)能電池板的面積為S，電機(jī)能夠?qū)⑤斎牍β实?0%用于牽引汽車(chē)前進(jìn)。此時(shí)太陽(yáng)能電池車(chē)正以72km/h勻速行駛，所受阻力為車(chē)重的0.02倍，已知該太陽(yáng)能電池能直接滿足汽車(chē)的上述行駛需求。若半徑為R的球表面積為4πR2，則()A．太陽(yáng)能汽車(chē)可達(dá)的最大機(jī)械功率為eq\f(ηPS,8πr2)B．汽車(chē)的機(jī)械功率為3.3×103WC．若汽車(chē)機(jī)械功率恒定，車(chē)速減半時(shí)牽引力也減半D．太陽(yáng)能電池板的面積必須滿足關(guān)系：eq\f(9ηPS,80πr2)≥3.0×103W解析：選D太陽(yáng)能汽車(chē)可達(dá)的最大機(jī)械功率為P機(jī)max＝eq\f(P×50%S·η×90%,4πr2)＝eq\f(9ηPS,80πr2)，故A錯(cuò)誤；汽車(chē)的機(jī)械功率為P機(jī)＝fv＝0.02mgv＝3×103W，故B錯(cuò)誤；若汽車(chē)機(jī)械功率恒定，車(chē)速減半時(shí)牽引力增加一倍，故C錯(cuò)誤；由A、B可知，太陽(yáng)能電池板的面積必須滿足關(guān)系eq\f(9ηPS,80πr2)≥3.0×103W，故D正確。12．如圖甲所示，PQ和MN為水平、平行放置的兩光滑金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌相距L＝1m，導(dǎo)體棒ab垂直于導(dǎo)軌放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒的中點(diǎn)用細(xì)繩通過(guò)輕滑輪與物體相連，細(xì)繩一部分與導(dǎo)軌共面且平行，另一部分與導(dǎo)軌所在平面垂直，物體放在水平面上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝1T，方向豎直向下，開(kāi)始時(shí)繩子剛好要繃直，現(xiàn)給導(dǎo)體棒中通入電流，使導(dǎo)體棒向左做加速運(yùn)動(dòng)，物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小與導(dǎo)體棒中通入的電流大小關(guān)系如圖乙所示，重力加速度大小為g＝10m/s2。則物體和導(dǎo)體棒的質(zhì)量分別為()A．0.1kg0.9kg B．0.9kg0.1kgC．0.1kg1.0kg D．1.0kg0.1kg解析：選A設(shè)物體的質(zhì)量為M，導(dǎo)體棒質(zhì)量為m，細(xì)繩的拉力為FT，根據(jù)題意由牛頓第二定律可知，F(xiàn)T－Mg＝Ma，BIL－FT＝ma，解得a＝eq\f(BL,M＋m)I－eq\f(Mg,M＋m)，結(jié)合題圖乙可知，當(dāng)I1＝4A時(shí)，a1＝3m/s2，當(dāng)I0＝1A時(shí)，a＝0，則有BI0L－Mg＝0，得M＝eq\f(BI0L,g)＝0.1kg，m＝0.9kg，選項(xiàng)A正確。13．甲圖是一種車(chē)載空氣凈化器，乙圖是它的工作原理示意圖，受污染的空氣含大量粉塵被吸入后，粉塵顆粒物進(jìn)入電離區(qū)帶上負(fù)電，然后在集塵器上被帶電金屬網(wǎng)捕獲，不考慮粉塵顆粒之間的相互作用和空氣阻力，并忽略粉塵顆粒所受重力。根據(jù)上述介紹，下列說(shuō)法正確的是()A．帶電粉塵顆粒在向集塵器的帶電金屬網(wǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電勢(shì)能不斷減少B．帶電粉塵顆粒在向集塵器的帶電金屬網(wǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿途各點(diǎn)電勢(shì)逐漸降低C．集塵器上的帶電金屬網(wǎng)可以接正極，也可以接負(fù)極D．粉塵顆粒電荷量可能是電子電荷量的1.5倍解析：選A帶電粉塵顆粒在向集塵器的帶電金屬網(wǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力對(duì)帶電粉塵顆粒做正功，則其電勢(shì)能減小，故A正確；粉塵顆粒帶負(fù)電，則電場(chǎng)方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，說(shuō)明帶電粉塵顆粒在向集塵器的帶電金屬網(wǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿途各點(diǎn)電勢(shì)逐漸升高，故B錯(cuò)誤；為使粉塵顆粒能被帶電金屬網(wǎng)捕獲，則帶電金屬網(wǎng)一定帶正電，故C錯(cuò)誤；物體的電荷量只能是元電荷的整數(shù)倍，故D錯(cuò)誤。二、選擇題Ⅱ(本題共2小題，每小題3分，共6分。每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的。全部選對(duì)的得3分，選對(duì)但不選全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)14．如圖，兩根平行長(zhǎng)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eq\f(l,2)、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ADa、c兩點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度是兩導(dǎo)線中電流產(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)線近，所以a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比c點(diǎn)處的大，A正確。根據(jù)安培定則知，a、c兩點(diǎn)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)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。15．近幾年超級(jí)電容城市客車(chē)在我國(guó)多個(gè)城市開(kāi)通試運(yùn)營(yíng)。這種電車(chē)采用超級(jí)電容作為電能存儲(chǔ)設(shè)備，安全環(huán)保，反復(fù)充電可達(dá)100萬(wàn)次以上。給該車(chē)充電的充電樁安裝在公交站點(diǎn)，在乘客上下車(chē)的時(shí)間里可把電容器充滿。假設(shè)這種電車(chē)的質(zhì)量(含乘客)m＝20t，電容器的電能轉(zhuǎn)化電車(chē)機(jī)械能的效率為80%，以速度10m/s正常勻速行駛時(shí)，一次充滿可持續(xù)正常行駛5km，電車(chē)受到的平均阻力為車(chē)重的0.02倍，則()A．這種電車(chē)正常勻速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為3×104WB．某次進(jìn)站從接近沒(méi)電到充滿電，電車(chē)從充電樁獲得的能量為2.5×107JC．按電價(jià)0.72元/kW·h來(lái)計(jì)算，從接近沒(méi)電到充滿電需要電費(fèi)4.0元D．若某次進(jìn)站從接近沒(méi)電到充滿電用時(shí)5s，電容器充電的平均功率為5.0×106W解析：選BD電車(chē)的重力G＝mg＝20×103×10N＝2×105N，所受阻力f＝0.02G＝0.02×2×105N＝4000N，電車(chē)勻速行駛，則牽引力F＝f＝4000N，電車(chē)正常勻速行駛時(shí)的功率P＝Fv＝4×103×10W＝4×104W，故A錯(cuò)誤；電車(chē)每次充滿電后持續(xù)正常行駛5km，電車(chē)做功W＝Fs＝4×103×5×103J＝2×107J，電車(chē)從充電樁所獲得的能量E＝eq\f(W,η)＝2.5×107J，故B正確；若按電價(jià)0.72元/kW·h來(lái)計(jì)算，從接近沒(méi)電到充滿電需要電費(fèi)為0.72×eq\f(2.5×107,3.6×106)＝5(元)，故C錯(cuò)誤；若某次進(jìn)站從接近沒(méi)電到充滿電用時(shí)5s，則充電樁為電車(chē)充電時(shí)的平均功率為P＝eq\f(E,t)＝eq\f(2.5×107,5)W＝5×106W，故D正確。三、非選擇題(本題共5小題，共55分)16．實(shí)驗(yàn)題(Ⅰ、Ⅱ兩題共14分)Ⅰ.(7分)LED被公認(rèn)為21世紀(jì)“綠色照明”，具有“高節(jié)能”“壽命長(zhǎng)”“多變幻”“利環(huán)?！薄案咝录狻钡忍攸c(diǎn)，LED通用照明成為極具市場(chǎng)潛力的行業(yè)熱點(diǎn)，LED綠色照明技術(shù)已經(jīng)真正走進(jìn)了我們的生活。某實(shí)驗(yàn)小組要精確測(cè)定額定電壓為3V的LED燈正常工作時(shí)的電阻，已知該燈正常工作時(shí)的電阻大約為450Ω。實(shí)驗(yàn)室提供的器材有：A．電流表A1(量程為15mA，內(nèi)阻r1約為3Ω，讀數(shù)記為I1)B．電流表A2(量程為5mA，內(nèi)阻r2＝10Ω，讀數(shù)記為I2)C．電壓表V(量程為15V，內(nèi)阻RV＝15kΩ，讀數(shù)記為U)D．定值電阻R1＝790ΩE．定值電阻R2＝1790ΩF．滑動(dòng)變阻器R3(0～20Ω)G．滑動(dòng)變阻器R4(0～2000Ω)H．蓄電池E(電動(dòng)勢(shì)為10V，內(nèi)阻很小)，開(kāi)關(guān)S一個(gè)(1)如圖所示是某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖，請(qǐng)你幫他選擇合適的器材，電表1應(yīng)選________，電表2應(yīng)選________，定值電阻應(yīng)選________，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________。(這四空均填寫(xiě)器材前的字母代號(hào))(2)測(cè)量小燈泡電阻的表達(dá)式為Rx＝________(用字母表示)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，不斷改變滑動(dòng)變阻器的阻值，當(dāng)電表2的示數(shù)達(dá)到________時(shí)，其對(duì)應(yīng)的結(jié)果為小燈泡正常工作時(shí)的電阻。解析：(1)LED燈正常工作時(shí)的電流為eq\f(3,450)A≈6.7mA，則電表1應(yīng)該選擇電流表A；由于所給的電壓表量程過(guò)大，則可選擇已知內(nèi)阻的電流表B與定值電阻串聯(lián)，若選擇定值電阻R1＝790Ω，則U＝Ig(R1＋r2)＝5×10－3×(790＋10)V＝4V，可知定值電阻選擇D即可。由于滑動(dòng)變阻器要接成分壓電路，可知要選擇阻值較小的F；(2)測(cè)量小燈泡電阻的表達(dá)式為Rx＝eq\f(I2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r2＋R1)),I1－I2)，當(dāng)燈泡兩端電壓為3V時(shí)燈泡正常工作，此時(shí)電表2讀數(shù)為I2＝eq\f(U0,r2＋R1)＝eq\f(3,10＋790)A＝3.75mA。答案：(1)ABDF(2)eq\f(I2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(r2＋R1)),I1－I2)3.75mAⅡ.(7分)某興趣小組對(duì)市場(chǎng)中電線進(jìn)行調(diào)查：(1)如圖1所示，采用繞線法測(cè)得該電線直徑為_(kāi)_______mm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)；(2)取長(zhǎng)度為100m的電線，欲測(cè)其電阻：①先用多用電表進(jìn)行粗略測(cè)量，將多用表選擇開(kāi)關(guān)置于“×10”擋并調(diào)零后，兩表筆接觸待測(cè)電阻的兩端進(jìn)行測(cè)量，表盤(pán)指針如圖2所示。為了使測(cè)量值更準(zhǔn)確，“選擇開(kāi)關(guān)”應(yīng)置于________(選填“×1”“×100”或“×1k”)擋，并將兩表筆短接，調(diào)節(jié)圖3中________(選填“A”或“B”)重新調(diào)零后進(jìn)行測(cè)量。②再用伏安法測(cè)量其電阻，并設(shè)計(jì)圖4電路，則電壓表的另一端應(yīng)接______(選填“a”或“b”)，測(cè)量得電壓表示數(shù)為4.50V，而電流表讀數(shù)如圖5所示，則所測(cè)的電阻為_(kāi)_____Ω(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。解析：(1)由圖可知，10匝線圈的直徑的總長(zhǎng)度為12.5mm，則導(dǎo)線的直徑為1.25mm。(2)①?gòu)膱D中可以看出歐姆表指針偏轉(zhuǎn)角度過(guò)大，說(shuō)明待測(cè)電阻的阻值較小，應(yīng)用小倍率擋即選用“×1”擋，換擋后，需要重新進(jìn)行歐姆調(diào)零，方法是將兩表筆短接，調(diào)節(jié)圖3中的B旋鈕，使指針指到滿刻度；②因待測(cè)電阻的阻值較小，故應(yīng)采用電流表外接法，故電壓表的另一端應(yīng)接a；電流表量程為3A，則最小分度為0.1A，則讀數(shù)為2.50A，則電阻R＝1.8Ω。答案：(1)1.25±0.02(2)①×1B②a1.817．(8分)如圖所示，在xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)存在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在第二象限存在與y軸平行且方向向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)。一帶負(fù)電粒子從x軸上的A點(diǎn)以速度v0沿與x軸正方向成θ＝60°角的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，恰好垂直于y軸從D點(diǎn)(圖中未畫(huà)出)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，最終從x軸上的C點(diǎn)離開(kāi)電場(chǎng)。已知OA＝d，OC＝2d，粒子重力不計(jì)。求：(1)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R和運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1；(2)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E。解析：(1)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。其中O′點(diǎn)為帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡圓的圓心。在三角形OO′A中，由幾何關(guān)系知粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R＝eq\f(d,sinθ)解得R＝eq\f(2\r(3),3)d由幾何關(guān)系知，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角∠DO′A＝120°則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1＝eq\f(1,3)T粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期T＝eq\f(2πR,v0)解得t1＝eq\f(4\r(3)πd,9v0)。(2)由幾何關(guān)系得yD＝R(1＋cosθ)解得yD＝eq\r(3)d設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，由牛頓第二定律得qv0B＝meq\f(v02,R)，解得eq\f(q,m)＝eq\f(\r(3)v0,2Bd)設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度為a，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有2d＝v0t2，yD＝eq\f(1,2)at22由牛頓第二定律有Eq＝ma，解得E＝Bv0。答案：(1)eq\f(2\r(3)d,3)eq\f(4\r(3)πd,9v0)(2)Bv018．(11分)如圖所示，ABD為豎直平面內(nèi)的光滑絕緣軌道，其中AB段是水平的，BD段為半徑R＝0.2m的半圓，兩段軌道相切于B點(diǎn)，整個(gè)軌道處在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)大小E＝5.0×103V/m。一不帶電的絕緣小球甲，以速度v0沿水平軌道向右運(yùn)動(dòng)，與靜止在B點(diǎn)帶正電的小球乙發(fā)生彈性碰撞，甲、乙兩球碰撞后，乙恰能通過(guò)軌道的最高點(diǎn)D。已知甲、乙兩球的質(zhì)量均為m＝1.0×10－2kg，乙所帶電荷量q＝2.0×10－5C，g取10m/s2。(水平軌道足夠長(zhǎng)，甲、乙兩球可視為質(zhì)點(diǎn)，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中甲不帶電，乙電荷無(wú)轉(zhuǎn)移)求：(1)乙在軌道上的首次落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離；(2)碰撞前甲球的速度v0的大小。解析：(1)設(shè)乙到達(dá)最高點(diǎn)D時(shí)的速度為vD，乙離開(kāi)D點(diǎn)到達(dá)水平軌道的時(shí)間為t，乙的落點(diǎn)到B點(diǎn)的距離為x，則mg＋qE＝meq\f(vD2,R)，2R＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(mg＋qE,m)))t2，x＝vDt，聯(lián)立解得x＝0.4m。(2)設(shè)碰撞后甲、乙的速度分別為v甲、v乙，根據(jù)動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律有mv0＝mv甲＋mv乙；eq\f(1,2)mv02＝eq\f(1,2)mv甲2＋eq\f(1,2)mv乙2；聯(lián)立解得v乙＝v0；由動(dòng)能定理得－mg·2R－qE·2R＝eq\f(1,2)mvD2－eq\f(1,2)mv乙2；結(jié)合(1)聯(lián)立解得v0＝2eq\r(5)m/s。答案：(1)0.4m(2)2eq\r(5)m/s19．(11分)如圖所示，兩種同位素的原子核M、N從容器A下方的小孔S1不斷飄入S1與S2間的加速電場(chǎng)中，其初速度幾乎為零，然后經(jīng)過(guò)小孔S3恰好沿eq\f(1,4)圓弧通過(guò)靜電分析器，從小孔S4離開(kāi)后，由正方體右側(cè)面中心位置處小孔O2(即圖中坐標(biāo)系原點(diǎn))水平向左沿z軸正方向垂直右側(cè)面進(jìn)入正方體空腔內(nèi)。已知靜電分析器內(nèi)有均勻輻向分布的電場(chǎng)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡處電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，圓弧半徑和正方體邊長(zhǎng)均為L(zhǎng)；M、N的質(zhì)量分別為m、3m，帶電荷量均為q，重力不計(jì)，不考慮粒子之間的相互作用，打在正方體腔壁上的粒子被全部吸收，且不影響腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)的分布。(1)求加速電場(chǎng)兩極板之間的電壓U；(2)若在空腔內(nèi)加沿＋x方向、大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，求粒子M、N打在正方體平面上的位置坐標(biāo)；(3)若在空腔內(nèi)加沿＋y方向、大小為eq\r(\f(mE,qL))的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求粒子N打在正方體平面上的位置坐標(biāo)；(4)若(2)、(3)中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在，單位時(shí)間內(nèi)有k個(gè)M粒子進(jìn)入腔內(nèi)，求平面B1C1C2B2受到M粒子的沖擊力大小。解析：(1)設(shè)粒子經(jīng)加速獲得的速度為v，則qU＝eq\f(1,2)mv2，qE＝eq\f(mv2,L)，解得U＝eq\f(EL,2)。(2)設(shè)粒子打在平面C1D1D2C2上，則eq\f(L,2)＝eq\f(1,2)at2，z＝vt，ma＝qE，qE＝eq\f(mv2,L)，聯(lián)立方程得z＝L粒子M、N打在正方體平面上的位置坐標(biāo)均為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,2)，0，L))。(3)根據(jù)qE＝eq\f(3mvN2,L)，qvNB＝3meq\f(vN2,r)聯(lián)立方程得，粒子N在磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)半徑r＝eq\r(3)L若粒子N恰好打在B1B2上，則半徑r′＝eq\f(5,4)L，所以粒子打在平面B1C1C2B2上。粒子N打在正方體平面上的位置坐標(biāo)為((eq\r(2)－eq\r(3))L，0，L)。(4)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在，故粒子M沿直線勻速運(yùn)動(dòng)并垂直撞擊平面B1C1C2B2，設(shè)粒子受到平面的作用力為F，則在Δt時(shí)間內(nèi)－FΔt＝0－kmvΔt由牛頓第三定律可知，平面B1C1C2B2受到M粒子的沖擊力大小為F′＝F＝keq\r(qmEL)。答案：(1)eq\f(EL,2)(2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,2)，0，L))(3)((eq\r(2)－eq\r(3))L,0，L)(4)keq\r(qmEL)20．(11分)中性粒子分析器是核聚變研究中測(cè)量快離子溫度及其動(dòng)量分布的重要設(shè)備。其基本原理如圖所示，通過(guò)對(duì)高能量(200eV～30keV)中性原子(它們?nèi)菀状┩柑綔y(cè)區(qū)中的電磁區(qū)域)的能量和動(dòng)量的測(cè)量，可診斷曾與這些中性原子充分碰撞過(guò)的離子的性質(zhì)。為了測(cè)量中性原子的能量分布，首先讓中性原子電離，然后讓離子束與邊界成某一角度入射到間距為d的平行有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域中，經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域，在保證所測(cè)量離子不碰到上邊界的前提下，通過(guò)測(cè)量入射孔A和出射孔B(如圖，入射孔A在下