1、山东省济南市商河一中2021届高三物理上学期阶段性测试试题（含解析）一、选择题（本题共15个小题，每题4分，共65分。每题给出的四个选项中，110题只有一个选项符合题意，1115题有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分）1. 某空间存在匀强磁场和匀强电场一个带电粒子(不计重力)以一定初速度射入该空间后，做匀速直线运动；若仅撤除电场，则该粒子做匀速圆周运动，下列因素与完成上述两类运动无关的是A. 磁场和电场的方向B. 磁场和电场的强弱C. 粒子的电性和电量D. 粒子入射时的速度【答案】C【解析】由题可知，当带电粒子在复合场内做匀速直线运动，即，则，若仅撤除
2、电场，粒子仅在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，说明要满足题意需要对磁场与电场的方向以及强弱程度都要有要求，例如：电场方向向下，磁场方向垂直纸面向里等，但是对电性和电量无要求，故选项C正确，ABD错误点睛：本题考查了带电粒子在复合场中的运动，实际上是考查了速度选择器的相关知识，注意当粒子的速度与磁场不平行时，才会受到洛伦兹力的作用，所以对电场和磁场的方向有要求的2. 如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将固定挡板和一条形磁铁连接起来，此时磁铁对水平面的压力为N1，现在磁铁左上方位置固定一导体棒，当导体棒中通有垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力为N2，则以下说法正确的是（ ）A. 弹簧长度将变长
3、，N1 N2B. 弹簧长度将变短，N1 N2C. 弹簧长度将变长，N1 N2D. 弹簧长度将变短，N1 N2，与结论不相符，选项A错误；B弹簧长度将变短，N1 N2，与结论相符，选项B正确；C弹簧长度将变长，N1 N2，与结论不相符，选项C错误；D弹簧长度将变短，N10)的小球由轨道左端A处无初速度滑 下，当小球滑至轨道最低点C时，给小球再施加一始终水平向右的外力F，使小球能保持不变的速 率滑过轨道右侧的D点，若小球始终与轨道接触，重力加速度为g，则下列判断正确的是A. 小球在C点受到的洛伦兹力大小为qBB. 小球在C点对轨道的压力大小为3mg -qBC. 小球从C到D的过程中，外力F大小保持
4、不变D. 小球从C到D的过程中，外力F的功率不变【答案】B【解析】A、因为洛伦兹力始终对小球不做功，故洛伦兹力不改变小球速度的大小，从A点运动到C点的过程中只有重力做功，根据动能定理得：，解得：故小球在C点受到的洛伦兹力大小为，A错误；B、由左手定则可知，小球向右运动到C点时若受到的洛伦兹力的方向向上，则有：，解得：，B正确；C、小球从C到D的过程中，洛伦兹力和支持力沿水平方向的分力增大，所以水平外力F的增大故C错误；D、小球从C到D的过程中小球的速率不变，而洛伦兹力和支持力不做功，所以小球的动能不变，拉力F的功率与重力的功率大小相等，方向相反由运动的合成与分解可知，小球从C向D运动的过程中，
5、竖直方向的分速度越来越大，所以重力的功率增大，所以外力F的功率也增大D错误故选B4. 如图所示，在足够长的荧光屏MN上方分布了水平方向的匀强磁场，磁感应强度的大小B=0.1T、方向与纸面垂直距离荧光屏h=16cm处有一粒子源S，以速度v=1106m/s不断地在纸面内向各个方向发射比荷q/m=1108C/kg的带正电粒子，不计粒子的重力则粒子打在荧光屏范围的长度为（ ）A. 12cmB. 16cmC. 20cmD. 24cm【答案】C【解析】【详解】粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力 解得 当粒子的轨迹与屏幕相切时为临界情况，即打到荧屏上的边界，找到圆心O（到S点的距离与到MN的距离相等
6、的点），如上图，由几何知识知 设粒子打在荧屏上最左侧的C点，则 则范围的长度为x1+x2=20cm；故选C【点睛】1、本题是一道关于带电粒子在磁场中的运动的题目，结合牛顿第二定律得到粒子圆周运动的半径是关键；2、经分析知，粒子能打在荧屏上的临界情况是轨迹与MN相切；3、先根据牛顿第二定律计算出粒子圆周运动的半径，然后根据几何关系求解5. 如图所示，圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，三个质量和电荷量都相同的带电粒子，以不同的速率对准圆心沿着方向射入磁场，其运动轨迹如图。若带电粒子只受磁场力的作用，则下列说法正确的是（）A. 粒子动能最大B. 粒子速率最大C. 粒子在磁场中运动时间最长D. 它们做圆
7、周运动的周期【答案】A【解析】【详解】AB粒子在磁场中做匀速圆周运动时，由洛伦兹力提供向心力，根据可得则可知三个带电粒子的质量、电荷量相同，在同一个磁场中，当速度越大时、轨道半径越大，则由图知，a粒子速率和动能最小，c粒子速率和动能最大，故A正确，B错误； CD由于粒子运动的周期及可知，三粒子运动的周期相同，a在磁场中运动的偏转角最大，运动的时间最长，故CD错误。故选A。6. 如图所示为回旋加速器的工作原理示意图，D形金属盒置于真空中，半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度大小为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为f，加速电压为U，若中心粒子源处产生的初速度为0的质子（质量为m
8、，电荷量为+e）在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（）A. 加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大B. 不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器一定可加速其他带正电荷的粒子C. 质子被加速后的最大速度不能超过2RfD. 质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为21【答案】C【解析】【详解】A根据qvB=m知v=则最大动能Ekm=mv2=与加速的电压无关，故A错误；B带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等，根据T=知，换用其他带正电荷的粒子，粒子的比荷变化，周期变化，回旋加速器需改变交流电的频率才能加速其他粒子，故B错误；C质子出回旋加速器的速
9、度最大，此时的半径为R，则v=2Rf所以最大速度不超过2fR，故C正确；D粒子在加速电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，根据v= 知，质子第二次和第一次经过D形盒狭缝的速度比为：1，根据r=则半径比为：1，故D错误。故选C。7. 如图所示，一金属圆盘放在水平桌面上，金属圆盘正上方有一带铁芯的线圈。下列说法正确的是（）A. 若线圈接直流电且电压一直变大，则金属圆盘对桌面的压力减小B. 若线圈接直流电且电压一直变大，则金属圆盘中有逆时针方向的涡流C 若线圈电阻忽略不计，则无论接什么电源线圈中电流都趋于无穷大D. 若线圈接交变电流，只增大交变电流的频率，金属圆盘的发热功率增大【答案】D【解析
10、】【详解】AB若线圈接直流电且电压一直变大，则线圈中电流变大，穿过金属盘的磁通量增加，根据楞次定律推论可知，金属圆盘对桌面的压力增加；因磁场方向不确定，不能确定金属圆盘中的涡流方向，AB错误；C若线圈电阻忽略不计，当接直流电源时，线圈中电流趋于无穷大；若接交流电源，则线圈中会产生感应电动势阻碍电流的变化，则线圈中电流不会无穷大，C错误；D若线圈接交变电流，只增大交变电流的频率，金属圆盘中产生的涡流变大，金属盘的发热功率增大，D正确。故选D。8. 在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=0.2T，有一水平放置的光滑框架，宽度L=0.4m，如图所示（俯视图）， 框架上放置一质量m=0
11、.05kg、电阻为r=1的金属杆MN，框架电阻不计。左侧连一阻值R=3的电阻。 若杆MN在水平外力F的作用下以恒定加速度a=2m/s2，由静止开始做匀加速运动，运动了5s，则下列说法正确的是（）A. 在5s内流过电阻R的电荷量为0.1CB. 第5s末回路中的电流I为0.2AC. 如果5s末外力消失，杆将做匀减速直线运动D. 如果5s末外力消失，最后杆将停止，5s后电阻只产生的热量为2.5J【答案】B【解析】【详解】A.在内金属杆的位移5 s内的平均速度故平均感应电动势在5s内流过电阻R的电荷量为故A错误；B. 5s末金属杆的速度此时感应电动势，则回路中的电流为故B正确；C. 如果5s末外力消失
12、，安培力作用下减速运动，由于速度减小，感应电流减小，安培力减小，加速度减小，杆将做加速度减小的减速直线运动，故C错误；D.如果5 s末外力消失，最后金属杆将停止运动，5 s末金属杆的动能将转化为整个回路中产生的热量，所以电阻R产生的热量为故D错误。故选B。9. 将一个闭合金属环用丝线悬于O点，如图所示。虚线左边有垂直于纸面向外的匀强磁场，而右边没有磁场。下列的现象能够发生的是（ ）A. 金属环的摆动不会停下来，一直做等幅摆动B. 金属环的摆动幅度越来越小，小到某一数值后做等幅摆动C. 金属环的摆动会很快停下来D. 金属环最后一次向左摆动时，最终停在平衡位置左侧某一点处【答案】C【解析】【详解】
13、当金属环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生电流，根据楞次定律得出感应电流的方向，从而阻碍线圈运动，即有机械能通过安培力做负功转化为内能；当环没有磁通量的变化时，无感应电流，只有重力做功，环的机械能守恒；据以上可知，环在运动过程中只有摆进或摆出磁场时有机械能转化为热能，所以与没有磁场相比，环会很快静止，故选C。10. 如图所示，两根足够长光滑金属导轨MN、PQ平行放置，导轨平面的倾角为，导轨的下端接有电阻，当空间没有磁场时，使导体棒ab以平行导轨平面的初速度v0冲上导轨平面，导体棒ab上升的最大高度为H；当空间存在垂直导轨平面的匀强磁场时，再次使导体棒ab以相同的初速度从同一位置冲上导轨
14、平面，上升的最大高度为h，两次运动中导体棒ab始终与两导轨垂直且接触良好，下列说法中正确的是（）A. 两次上升的最大高度比较，有H=hB. 两次上升的最大高度比较，有HhC. 有磁场时，导体棒ab上升过程的最大加速度为gsinD. 有磁场时，导体棒ab上升过程的最小加速度为gsin【答案】D【解析】【详解】AB没有磁场时动能全部转化为重力势能，有磁场时导体棒向上冲的过程中会切割磁感线产生感应电流，在电阻中会产生热量，则动能一部分转为热量，另一部分转化为重力势能，故后一次重力势能较少，则两次上升的最大高度比较，有故AB错误；C有磁场时，上升过程中，导体棒ab开始上升是速度最大，感应电流最大，沿斜
15、面向下的安培力最大，加速度最大，根据牛顿第二定律有得故C错误；D有磁场时，上升过程中，恰好到达最高点时速度为零，感应电流为零，安培力为零，根据可知导体棒ab上升过程的最小加速度为，故D正确。故选D。11. 如图甲，线圈A（图中实线，共100匝）的横截面积为0.3m2，总电阻r2，A右侧所接电路中，电阻R12，R26，电容C3F，开关S1闭合A中有横截面积为0.2m2的区域C（图中虚线），C内有图乙所示的变化磁场，t0时刻，磁场方向垂直于线圈平面向里下列判断正确的是A. 闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流由b流向aB. 闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流大小为0.4AC. 闭合S2、电路稳定
16、后再断开S1，通过R2的电流由b流向aD. 闭合S2、电路稳定后再断开S1，通过R2的电荷量为7.2106C【答案】BD【解析】根据楞次定律，线圈中产生的感应电流为顺时针方向，则闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流由a流向b，选项A错误；根据法拉第电磁感应定律：，则闭合S2、电路稳定后，通过R2的电流大小为，选项B正确；闭合S2、电路稳定后电容器上极板带正电，则当再断开S1，电容器放电，通过R2的电流由a流向b，选项C错误；电路稳定后电容器带电量，则电路稳定后再断开S1，通过R2的电荷量为7.2106C，选项D正确；故选BD.点睛：此题考查法拉第电磁感应定律以及直流电路中的含电容问题；注意用求
17、解电动势时，S是线圈中有磁场部分的面积，不是线圈的面积； 同时要搞清电容器两端的电压是哪个电阻上的电压值.12. 如图是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场分别为B和E平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是（ ）A. 质谱仪是分析同位素的重要工具B. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内C. 能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小【答案】AC【解析】【详解】AD粒子打在胶片上的位置到狭缝的距离即其做匀速
18、圆周运动的直径,可见D越小，则粒子的荷质比越大，因此利用该装置可以分析同位素，A正确，D错误B粒子在题图中的电场中加速，说明粒子带正电其通过速度选择器时，电场力与洛伦兹力平衡，则洛伦兹力方向应水平向左，由左手定则知，磁场的方向应垂直纸面向外，选项B错误；C由Eq=Bqv可知，v=E/B，选项C正确；13. 如图所示，套在足够长的绝缘直棒上的小球，其质量为m，带电荷量为，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在水平向右的匀强电场和水平向右的匀强磁场中，电场强度，磁感应强度为B，小球与棒间的动摩擦因数为，小球由静止开始沿棒下落，设小球带电荷量不变，重力加速度大小为g，下列关于小球运动的说法正确的是（）A.
19、 小球下落的加速度不变B. 小球沿棒下落的最大加速度为C. 小球沿棒下落的最大速度为D. 小球沿棒下落过程中受到的最大洛伦兹力为【答案】BC【解析】【详解】A下落过程中，对小球由牛顿第二定律得小球向下加速运动，速度不同，加速度不同，故A错误；B速度达到最大值前，速度增加，故加速度减；当速度达到最大值时，加速度为零，之后小球以最大速度沿棒匀速运动，故当速度等于零时，加速度最大，为故B正确；C当加速度等于零时，速度最大，解得故C正确D速度最大时，洛伦兹力最大，解得故D错误。故选BC。14. 如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨固定在同一水平面内，两导轨间的距离为L导轨上面横放着两根导体棒ab、c
20、d，与导轨一起构成闭合回路两根导体棒的质量均为m，长度均为L，电阻均为R，其余部分的电阻不计在整个导轨所在的平面内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场开始时，两导体棒均在导轨上静止不动，某时刻给导体棒ab以水平向右的初速度v0，则A. 导体棒ab刚获得速度v0时受到的安培力大小为B. 两导体棒最终将以 的速度沿导轨向右匀速运动C. 两导体棒运动的整个过程中产生的热量为mv02D. 当导体棒ab的速度变为v0时，导体棒cd的加速度大小为【答案】BC【解析】【分析】考查导体棒切割磁感线与动量能量的综合问题【详解】A导体棒ab刚获得速度v0时产生感应电动势：感应电流为：安培力为：联立可得：
21、A错误；B运动过程中，两导体棒系统动量守恒：解得：B正确；C两导体棒运动的整个过程中产生的热量为机械能的损失：C正确；D由动量守恒：解得： 导体棒ab产生的电动势为： 导体棒cd产生的电动势为：两电动势反向，则总电动势为： 感应电流为：安培力为：联立可得：则加速度： D错误；故选BC15. 图示有三个有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向外、向里和向外，磁场宽度均为L，在磁场区域的左侧边界处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直，现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正，磁感线垂直纸面向里
22、时的磁通量为正值，外力F向右为正则以下能反映线框中的磁通量、感应电动势E、外力F和电功率P随时间t变化的规律图象的是() A. B. C. D. 【答案】ABD【解析】【详解】A当线框开始进入磁场时，磁通量开始增加，当全部进入时达最大；此后向里的磁通量增加，总磁通量减小且变化率为之前2倍；当运动到1.5L时，磁通量最小，当运动到2L时磁通量变为向里的最大，故A项正确；B当线框进入第一个磁场时，由EBLv可知，E保持不变，感应电动势为正；而开始进入第二个磁场时，两端同时切割磁感线，电动势为2BLv，为正，故B项正确；C因安培力总是与运动方向相反，故拉力应一直向右，故C项错误；D拉力的功率PFv，
23、因速度不变，而当线框在第一个磁场时，电流为定值，拉力也为定值；两边分别在两个磁场中时F安2BL4因此安培力变为原来的4倍，则拉力的功率变为原来的4倍，故D项正确二、计算题（共3小题 ，共35分，按题目要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要步骤，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）16. 如图所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内，两导轨间的距离为L1m，导轨间连接的定值电阻R3，导轨上放一质量为m0.1kg的金属杆ab，金属杆始终与导轨接触良好，杆的电阻r1，其余电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B1T的匀强磁场中，磁场的方向
24、垂直导轨平面向里重力加速度g取10 m/s2现让金属杆从AB水平位置由静止释放，忽略空气阻力的影响，求：（1）金属杆的最大速度；（2）若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q0.6J，此时金属棒下落的高度为多少？（3）达到最大速度后，为使ab棒中不产生感应电流，从该时刻开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？推导这种情况下B与t的关系式【答案】(1) 4 m/s (2) 1.6 m (3) 【解析】试题分析：（1）当金属杆的重力和受到的安培力大小相等时，速度最大，根据平衡条件和安培力与速度的关系式计算速度的最大值；（2）应用能量守恒定律求出金属杆下落的高度；（3）为使
25、棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，由此列式求解（1）设金属杆的最大速度为，安培力与重力平衡，则有：又、联立得：解得：（2）电路中产生的总焦耳热：由能量守恒定律得：解得：（3）为使ab棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化在该时刻穿过线圈平面磁通量为：t时刻的磁通量为：由得：代入数据解得：17. 如图所示,正方形单匝均匀线框abcd质量,边长，每边电阻相等，总电阻一根足够长的绝缘轻质细线跨过两个轻质光滑定滑轮，一端连接正方形线框,另一端连接质量的绝缘物体P,物体P放在一个光滑的足够长的固定斜面上,斜面倾角,斜面上方的细线与斜面平行,线框释放前细线绷紧在正方形
26、线框正下方有一有界的匀强磁场,上边界和下边界都水平,两边界之间距离。磁场方向水平且垂直纸面向里现让正方形线线框的cd边距上边界I的正上方高度处由静止释放,线框在运动过程中dc边始终保持水平且与磁场垂直,物体P始终在斜面上运动,线框cd边进入磁场上边界I时刚好匀速运动,线框ab边刚进入磁场上边界I时,线框上方的绝缘轻质细线突然断裂，不计空气阻力，求：(1)线框cd边从磁场上边界I进入时的速度v0；(2)匀强磁场磁感应强大小B；(3)线框穿过磁场过程中产生的焦耳热Q【答案】(1) (2) (3) 【解析】【详解】（1）从静止开始到线框cd进入磁场上边界解得（2）正方形线框匀速进入向下区域的过程中，
27、设受到的安培力为F，则，解得（3）线框ab进入磁场开始到cd边离开磁场过程中解得线框离开磁场过程中,，所以线框离开磁场过程中做匀速运动，线框进入磁场产生的焦耳热线框离开磁场产生的焦耳热因此18. 如图所示，在平面直角坐标系中，是的角平分线，x轴上方存在水平向左的匀强电场，下方存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，两电场的电场强度大小相等。一质量为m、带电荷量为+q的质点从上的M点由静止释放，质点恰能沿运动而通过O点，经偏转后从x轴上的C点进入第一象限内并击中上的D点（C、D均未画出）。已知，匀强磁场的磁感应强度大小为，重力加速度g取10 。求：(1)两匀强电场的电场强度E的大小；(2)的长度L；(3)质点从M点出发到击中D点所经历的时间【答案】(1)；(2)或；(3)或【解析】【详解】(1)质点在第一象限内受重力和水平向左的电场力作用，沿做匀加速直线运动，所以有解得(2)质点在x轴下方，重力与电场力平衡，质点做匀速圆周运动，从C点进入第一象限后做类平抛运动，其轨迹如图所示。则有由运动学规律知设粒子从C点运动到D点所用时间为，由类平抛运动规律知联立解得或(3)质点从M到O做匀加速直线运动有得或质点做匀速圆周运动有质点做类平抛运动有得质点从M点出发到击中D点所经历的时间为或
