发布时间 : 星期日 文章北京市海淀区2017届高三上学期期末考试物理试题 Word版含答案更新完毕开始阅读391ae648fd00bed5b9f3f90f76c66137ef064f42
18．（10分）某种粒子加速器的设计方案如图19所示，M、N为两块垂直于纸面旋转放置的圆形正对平行金属板，两金属板中心均有小孔（孔的直径大小可忽略不计），板间距离为h。两板间接一直流电源，每当粒子进入M板的小孔时，控制两板的电势差为U，粒子得到加速，当粒子离开N板时，两板的电势差立刻变为零。两金属板外部存在着上、下两个范围足够大且有理想平面边界的匀强磁场，上方磁场的下边界cd与金属板M在同一水平面上，下方磁场的上边界ef与金属板N在同一水平面上，两磁场平行边界间的距离也为h，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度为B。在两平行金属板右侧形成与金属板间距离一样为h的无电场、无磁场的狭缝区域。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板小孔处无初速度释放，粒子在MN板间被加速，粒子离开N板后进入下方磁场中运动。若空气阻力、粒子所受的重力以及粒子在运动过程中产生的电磁辐射均可忽略
图19 B
U N O e P f M c d h B
不计，不考虑相对论效应、两金属板间电场的边缘效应以及电场变化对于外部磁场和粒子运动的影响。
（1）为使带电粒子经过电场加速后不打到金属板上，请说明圆形金属板的半径R应满足什么条件；
（2）在ef边界上的P点放置一个目标靶，P点到N板小孔O的距离为s时，粒子恰好可以击中目标靶。对于击中目标靶的粒子，求：
①其进入电场的次数n；
②其在电场中运动的总时间与在磁场中运动的总时间之比。
海淀区高三年级第一学期期末练习参考答案及评分标准
物 理 2017.1
一、本题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项是符合题意的，有的小题有多个选项是符合题意的。全部选对的得3分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案
D BD BD BC BCD A B AD D BC 二、本题共2小题，共15分。
11．（6分）（1）C，E （各1分） （2）95，小于（各2分）
12．（9分）（1）甲 （2分） （2）串联（1分） 1000（2分） （3）AB（2分，有选错的不得分） （4）0. 36～0.42（2分）
三、本题包括6小题，共55分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 说明：计算题提供的参考解答，不一定都是唯一正确的。对于那些与此解答不同的正确解答，同样得分。
13.（8分）（1）对小球，由题意可得：Eq=mg…………………（1分）
解得：E=mg/q ………………………………………………（1分）
（2）对小球，设从C到B的加速度为a，根据牛顿第二定律可得：
Eq=ma ……………………………………………………（1分） 由运动学公式可得：L? 联立可解得： t?12at …………………………（1分） 22L …………………………（1分） g（3）设圆形轨道半径为R，对小球从C到D的过程，根据动能定理有：
qE(L+R)-mgR=
1mvD2-0 ………………………………（2分） 2联立②⑥，可得：vD2=2gL ………………………………（1分）
14．（8分）（1）①设通过金属杆ab的电流为I1，根据闭合电路欧姆定律可知： I1=E/(R1+r) ……………………（1分）
设磁感应强度为B1，由安培定则可知金属杆ab受安培力沿水平方向，金属杆ab受力如答图1。
对金属杆ab，根据共点力平衡条件有：B1I1L=mgtanθ………（1分）
F安 θ mg 答图1
N 解得： B1?mgtan?=0.30T ……………………（1分） I1LN F θ mg 答图2
②根据共点力平衡条件可知，最小的安培力方向应沿导轨平面向上，金属杆ab受力如答图2所示。
设磁感应强度的最小值为B2，对金属杆ab，根据共点力平衡条件有：
B2I1L=mgsinθ …………………………（1分） 解得： B2?mgsin?=0.24T ……………………（1分） I1L根据左手定则可判断出，此时磁场的方向应垂直于轨道平面斜向下。…………（1分）
（2）设通过金属杆ab的电流为I2，根据闭合电路欧姆定律可知：
I2=E/(R2+r)
假设金属杆ab受到的摩擦力方向沿轨道平面向下，根据共点力平衡条件有: BI2L=mgsinθ+f
解得： f=0.24N ……………………………………………………（1分）
结果为正，说明假设成立，摩擦力方向沿轨道平面向下。………………（1分）
15．（9分）（1）线圈中感应电动势的最大值Em= nBSω，其中S= L1L2
Em= nBSω=nBL1L2ω=20V…………………………………………（1分）
Em
线圈中感应电流的最大值Im= R+r =5.0A ………………………………………（1分） 电阻R两端电压的最大值Um=ImR=15V…………………………………………（1分） （2）设从线圈平面通过中性面时开始，经过
T?1周期的时间?t=4=2ω 4BS??此过程中线圈中的平均感应电动势?E = n = n…………………………（1分）
?t?t通过电阻R的平均电流I?E?nBS，
R?r(R?r)?t通过电阻R的电荷量q?I?t?nBS?2.5C…………………………………（2分）
R?r（3）线圈中感应电流的有效值I=Im52
=2A ………………………………（1分） 2
线圈转动一周的过程中，电流通过整个回路产生的焦耳热：
Q热=I 2(R+r)T = 50?J ?157J ………………………………………………（2分）
16．（10分）（1）设电子在偏转电场运动的加速度为a，时间为t，离开偏转电场时的偏移距离为y，根据运动学公式有：y?根据牛顿第二定律有：a?12at 2eU……………………………………（1分） mdl v0电子在电场中的运动时间：t?2联立解得：y?eUl……………………………………………………（1分）
2mdv02
电子飞出偏转电场时，其速度的反向延长线通过偏转电场的中心，设电子打在屏上距O1′的最大距离为Y，则由几何关系可知：Y?y将y代入解得 Y?b?l2………………（1分）l 2eUl(l?2b)………………………………………（1分） 22dmv02mv0（2）由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得 ev0B?…………………（1分）
Rmv0解得R?
eBv0 O r 由如答图3所示的几何关系得，粒子在磁场中一段圆弧轨迹所对应的圆心角与偏转角相等，均为?
则：tanα 答图3
α v0 ?2?rBer…………………………………（1分） ?Rmv0（3）不同点有：
①电子运动类型不同：在电场中电子是匀变速曲线运动，在磁场中电子是匀速圆周运动 ②电子受力情况不同：在电场中电子受到的电场力是恒力，在磁场中电子受到的洛伦兹力是大小不变、方向不断变化的变力
③电子速度变化情况不同：在电场中电子速度的大小和方向都发生变化，在磁场中电子速度的大小不改变，仅方向发生变化
④电子运动方向的偏转角范围不同：在电场中电子运动方向的偏转角度一定小于90o，在磁场中电子运动方向的偏转角度可能大于90o
⑤电子受力做功不同：在电场中电子所受的电场力做正功，在磁场中电子所受的洛伦兹力不做功