14.科学家们曾设想存在磁单极子,即一些仅带有N极或S极单一磁极的磁性物质。
假设在P点有一个固定的磁单极子,在其周围形成均匀辐射磁场,磁感线如图所示。
当质量为m、半径为R的导体圆环通有恒定的电流时,恰好能静止在该磁单极子正上方,环心与P点的距离为H,且圆环平面恰好沿水平方向。
已知距磁单极子r处的磁感应强度大小为B=
,其中k为已知常量,重力加速度为g。
下列选项正确的是
A.圆环静止时磁场对环的安培力使其有沿半径方向扩张的趋势
B.圆环静止时可由题中条件求出环中电流的大小
C.若将圆环竖直向上平移一小段距离后由静止释放,下落过程中环中电流不受影响
D.若将圆环竖直向上平移一小段距离后由静止释放,下落过程中环的加速度先增大后减小
第二部分
本部分共6题,共58分。
15.(8分)
16.某同学用如图1所示的装置来探究弹簧弹力F和长度L的关系,把弹簧上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。
然后,在弹簧下端悬挂不同质量的钩码,记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置,实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度。
通过分析数据得出实验结论。
(1)实验时认为可以用钩码所受重力的大小代替弹簧弹力的大小,这样做的依据是。
(2)以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度L为横轴建立直角坐标系,依据实验数据作出F-L图像,如图2所示。
由图像可知:
弹簧自由下垂时的长度L0=cm,弹簧的劲度系数k=________N/m。
图2
图1
(3)实验中未考虑弹簧自身受到的重力,请你说明这对弹簧劲度系数的测量结果是否有影响。
。
16.(10分)
(1)通过实验测量某金属丝的电阻率。
①用螺旋测微器测量金属丝的直径,测量示数如图1所示,可得金属丝直径的测量值
d=mm。
图1
表1
②将该金属丝绕在陶瓷管上,电阻值约为25Ω。
除了开关、若干导线之外还提供了如表1所示的器材:
器材名称
规格
电压表
量程0~3V(内阻约为3kΩ)
0~15V(内阻约为15kΩ)
电流表
量程0~0.6A(内阻约为0.1Ω)
0~3A(内阻约为0.02Ω)
滑动变阻器
总电阻为10Ω
直流电源
电动势6V和12V
图2
为较准确测量该金属丝的阻值,某同学用所给器材组成实验电路,如图2所示。
图中某个器材的连接有不当之处,该器材是,理由是。
③若测得金属丝的长度为L,直径为d,电阻为R,则金属丝的电阻率ρ=。
(2)家庭装修时需要根据用电功率的不同选择相应粗细的导线,表2是不同横截面积的铜导线常温下允许的负载电流范围。
小明家正在装修,配备电器如表3所示,请你帮助他在安全、经济的原则下选择粗细合适的总干路导线,其序号为,写出选择依据:
表3
表2
。
17.(9分)
2021年2月10日19时52分,我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动,成功实现环绕火星运动,成为我国第一颗人造火星卫星。
在“天问一号”环绕火星做匀速圆周运动时,周期为T,轨道半径为r。
已知火星的半径为R,引力常量为G,不考虑火星的自转。
求:
(1)“天问一号”环绕火星运动的线速度的大小v;
(2)火星的质量M;
(3)火星表面的重力加速度的大小g。
18.(9分)
如图1所示,在光滑水平面上固定一根足够长的直导线,通有恒定电流。
质量为m,电阻为R的正方形金属框静止在水平面内,以金属框的一个顶点为坐标原点,在水平面内建立直角坐标系,x轴与导线平行,y轴与导线垂直。
现给金属框一个大小为v0、方向与x轴正方向成θ角的初速度,金属框在之后的运动中始终处于通电直导线的磁场中且没有转动。
(1)判断金属框刚运动时感应电流的方向
;
(2)在图2中分别画出金属框沿x轴、y轴的分速度vx、vy随时间t变化的示意图;
(3)不计其他能量损失,求金属框在整个运动过程中产生的焦耳热。
图1图2
19.(10分)
一种获得高能粒子的装置如图所示。
环形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,A、B为环形区域内两块中心开有小孔的极板。
t=0时A板电势为+U,B板电势为零,质量为m、电荷量为+q的粒子在A板小孔处由静止开始加速;粒子离开B板时,A板电势立即变为零,此后粒子在环形区域内做半径为R的圆周运动。
每当粒子到达A板时,A板电势变为+U,离开B板时,A板电势变为零;B板电势始终为零。
如此往复,粒子在电场中一次次被加速。
为使粒子在环形区域内绕行半径不变,需不断调节磁场的强弱。
A、B板间距远小于R,不考虑电场、磁场变化产生的影响,不考虑相对论效应的影响,不计粒子的重力。
(1)求粒子绕行第一圈时线速度的大小v1;
(2)求粒子绕行第n圈时,磁感应强度的大小Bn及等效电流In;
(3)在粒子绕行的整个过程中,A板电势可否始终保持+U?
并说明理由。
20.(12分)
摩擦传动装置结构简单,容易制造,在生产生活中得到广泛应用。
(1)如图1所示为打印机送纸装置。
搓纸辊旋转带动纸张前进走纸,摩擦片在纸张下方贴紧,施加阻力分离纸张,以保证只有一张纸前移且避免两张纸同时送入。
已知搓纸辊和纸张之间的动摩擦因数为
,纸张之间的动摩擦因数为
,纸张和摩擦片之间的动摩擦因数为
。
设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计纸张质量及空气阻力。
a.电机带动搓纸辊使搓纸辊始终以角速度ω0转动。
设一张纸的长度为L,搓纸辊半径为r,计算打印机送入一张纸所需的时间;
b.为保证送纸装置正常工作,分析说明
、
和
的大小关系。
图1
(2)一种使用摩擦传动的变速箱,其内部结构可简化为图2,薄壁圆筒1和薄壁圆筒2均可绕自身的光滑转轴转动,且它们的转轴平行。
开始时圆筒2静止,圆筒1以角速度ω转动,某时刻使两圆筒相接触,由于摩擦,一段时间后两圆筒接触面间无相对滑动。
圆筒1半径为R,质量为m1,圆筒2质量为m2。
设两圆筒相互作用过程中无其他驱动力,不计空气阻力。
求:
a.两圆筒无相对滑动时圆筒1的角速度
;
b.从两圆筒接触到无相对滑动过程中系统产生的热量Q。
北京市朝阳区高三年级第二学期质量检测一
物理参考答案2021.3
第一部分共14小题,每小题3分,共42分。
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
答案
B
D
A
C
D
C
B
A
D
C
D
C
B
B
第二部分共6题共58分。
15.(8分)
(1)根据平衡条件,钩码静止时其所受重力大小等于弹力大小。
(2分)
(2)10.040(4分)
(3)无影响。
因为
,与弹簧自重无关。
(2分)
16.(10分)
(1)①0.346~0.349(2分)
②滑动变阻器无法实现调节且易发生短路(2分)
③
(2分)
(2)F依据
及家庭电路电压可得干路电流约为50A(4分)
17.(9分)
解:
(1)由线速度定义可得
(3分)
(2)设“天问一号”的质量为m,引力提供向心力有
得
(3分)
(3)忽略火星自转,火星表面质量为
的物体,其所受引力等于重力
得
(3分)
18.(9分)
解:
(1)顺时针(2分)
(2)
(4分)
(3)根据能量转化与守恒
得
(3分)
19.(10分)
解:
(1)由动能定理
得
(2分)
(2)由第
(1)问可得
洛伦兹力提供向心力
得
由
及
得
(6分)
(3)不可以。
如果A板一直保持电压不变,那么粒子转一周被加速一次减速一次,不能保证粒子一直加速(2分)
20.(12分)
解:
(1)a:
因不计纸张质量,加速时间可不考虑,则送入一张纸所需时间
(2分)
b:
由题意,接触面间弹力大小相等,则
当纸槽内有两张纸时,对于与搓纸辊接触的纸张,搓纸辊对它的最大静摩擦力应大于下面纸张对它的最大静摩擦力,有
①
对于与摩擦片接触的纸张,摩擦片对它的最大静摩擦力应大于上面纸张对它的最大静摩擦力,有
②
当纸槽内只有一张纸时,纸张仍能送入打印机,同理有
③
故
(4分)
(2)a:
把圆筒壁的转动看成“直线”运动,设经t时间两圆筒壁共速,
。
设圆筒间摩擦力为f,由动量定理,
对圆筒1有
④
对圆筒2有
⑤
得
(3分)
b:
取筒壁上速度为
、质量为Δm的质元,其动能为
,
则圆筒总动能为
,其中m为圆筒质量。
由能量转化与守恒,有
⑥
代入相应表达式,
得
(3分)
全卷评分说明:
用其他方法解答正确,给相应分数。