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1、 高中物理人教版选修3-1模块检测 第 2 页 高中物理选修 3-1 模块检测 学校：_ 姓名：_ 班级：_ 考号：_ 一、选择题 1南极考察经常就南极特殊的地理位置进行科学测量，“雪龙号”考察队员一次实验如下：在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管，如图所示，下列说法正确的是（）A.若将 a 端接电源正极，b 端接电源负极，则弹簧测力计示数将减小 B.若将 a 端接电源正极，b 端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大 C.若将 b 端接电源正极，a 端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大 D.不论螺线管通电情况如何，弹簧测力计 示数均不变 2如图所示，电源电动势E12 V，内阻r3，R
2、01，直流电动机内阻R01，当调节滑动变阻器R1时可使甲电路输出功率最大，调节R2时可使乙电路输出功率最大，且此 第 3 页 时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P02 W)，则R1和R2的值分别为()A2，2 B2，1.5 C1.5，1.5 D1.5，2 3如图所示，电阻R和电动机 M 串联接到电路中，已知电阻R跟电动机M线圈的电阻相等，开关闭合后，电动机正常工作，设电阻R和电动机两端的电压分别为U1和U2；经过时间t，电流通过电阻R做的功为W1，产生的热量为Q1；电流通过电动机M做的功为W2，产生的热量为Q2，则有()AU1U2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2 CW1W2，Q1Q2 DU1
3、U2，Q1Q2 4如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是()第 4 页 A增大R1的阻值 B增大R2的阻值 C增大两板间的距离 D断开开关 S 5如图，电路中电源电动势为 3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图所示。当开关闭合后，下列说法中正确的是()AL1的电流为 L2电流的 2 倍 BL3的电阻约为 0.33 CL3的电功率约为 1.20 W DL2和 L3的总电功率约为 3 W 6如图所示的
4、UI图象中，直线a表示某电源路端电压与电流的关系，直线b为某一电阻R的伏安特性曲线。用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图象可知：()AR的阻值为1.5 B电源电动势为3 V，内阻为0.5 第 5 页 C电源的输出功率为3.0 W D电源内部消耗功率为1.5 W 7如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(磁感应强度为B)和匀强电场(电场强度为E)组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P进入另一匀强磁场(磁感应强度为B)，最终打在A1A2上，下列表述正确的是()A1A2上的粒子，在磁感应强度为B的磁场中的运动时间都相同 P的带电粒子的速率等于EB A1A2的位
5、置越靠近P，粒子的比荷qm越大 8(多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示。置于真空中的 D 形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压 第 6 页 为U。若A处粒子源产生的质子的质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是()Rf U成正比 21 B和交流电频率f，该回旋加速器的最大动能不变 9阿明有一个磁浮玩具，其原理是利用电磁铁产生磁性，让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来，其构造如右图所示。若图中电源的电压固定，可变电阻为一可以随意
6、改变电阻大小的装置，则下列叙述正确的是（）A电路中的电源必须是交流电源 B电路中的a端点须连接直流电源的负极 C若增加环绕软铁的线圈匝数，可增加玩偶飘浮的最大高度 第 7 页 D若将可变电阻的电阻值调大，可增加玩偶飘浮的最大高度 10在真空室中，有垂直于纸面向里的匀强磁场，三个质子 1、2 和 3 分别以大小相等、方向如图所示的初速度v1、v2和v3经过平板MN上的小孔O射入匀强磁场，这三个质子打到平板MN上的位置到小孔O的距离分别是s1、s2和s3，不计质子重力，则有()A.s1s2s3 B.s1s2s3 C.s1s3s2 D.s1s3s2 11如图所示，在一单边有界磁场的边界上有一粒子源
7、O，沿垂直磁场方向，以相同速率向磁场中发出了两种粒子，a 为质子（11H），b 为粒子（42He），b 的速度方向垂直磁场边界，a 的速度方向与 b 的速度方向夹角为30，两种粒子最后都打到了位于磁场边界位置的光屏 OP 上，则 Aa、b 两粒子转动周期之比为 2：3 Ba、b 两粒子在磁场中运动时间之比为 2：3 Ca、b 两粒子在磁场中转动半径之比为 1：2 Da、b 两粒子打到光屏上的位置到 O 点的距离 第 8 页 之比为 1：2 12如图所示，正方形abcd区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，O点是 cd 边的中点。一个带正电的粒子(重力忽略不计)从 O 点沿纸面以垂直于 cd 边的速
8、度射入正方形区域内，经过时间 t0刚好从 c 点射出磁场。现设法使该带电粒子从 O 点沿纸面以与 Od 成 30的方向(如图中虚线所示)，以各种不同的速率射入正方形内，那么下列说法正确的是 A该带电粒子不可能刚好从正方形的某个顶点射出磁场 B若该带电粒子从 ab 边射出磁场，它在磁场中经历的时间可能是 t0 C若该带电粒子从 bc 边射出磁场，它在磁场中经历的时间可能是032t D若该带电粒子从 cd 边射出磁场，它在磁场中经历的时间一定是053t 13如图所示，直线A为电源a的路端电压与电流的关系图像；直线B为电源b的路端电压与电流的关系图像；直线C为一个电阻R两端的电压 第 9 页 与电流
9、的关系图像如果将这个电阻R分别接到a、b两电源上，那么有()AR接到a电源上，电源的效率较高 BR接到b电源上，电源的输出功率较大 CR接到a电源上，电源的输出功率较大，但电源效率较低 DR接到b电源上，电阻的发热功率和电源的效率都较高 14将两个相同的灵敏电流计表头，分别改装成一只较大量程电流表和一只较大量程电压表，一个同学在做实验时误将这两个表串联起来，则()C.改装成电流表的表头指针有偏转，改装成电压表的表头指针几乎不偏转 D.改装成电压表的表头指针有偏转，改装成电流表的表头指针几乎不偏转 15在绝缘圆柱体上a、b两位置固定有两个金属圆环，当两环通有如图所示电流时，b处金属 第 10 页
10、 圆环受到的安培力为F1；若将b处金属圆环移到位置c，则通有电流为I2的金属圆环受到的安培力为F2。今保持b处金属圆环位置不变，在位置c再放置一个同样的金属圆环，并通有与a处金属圆环同向、大小为I2的电流，则在a位置的金属圆环受到的安培力()A.大小为|F1F2|，方向向左 B.大小为|F1F2|，方向向右 C.大小为|F1F2|，方向向左 D.大小为|F1F2|，方向向右 16(多选)如图所示，电源电动势E3 V，小灯泡 L 标有“2 V、0.4 W”，开关 S 接 1，当变阻器调到R4 时，小灯泡 L 正常发光；现将开关 S 接 2，小灯泡 L 和电动机 M 均正常工作。则()A电源内阻为
11、 1 B电动机的内阻为 4 C电动机的正常工作电压为 1 V 第 11 页 D电源效率约为 93.3%二、计算题 17“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快，效率高等优点。如图是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为 L。在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度 B1102T。“电磁炮”弹体总质量 m=，其中弹体在轨道间的电阻 R0.4。可控电源的内阻 r=0.6，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是I4103A，不计空气阻力。求：（1）弹体所受安培力大小；（2）弹体从静止加速到 4km/s，轨道
12、至少要多长？（3）弹体从静止加速到 4km/s 过程中，该系统消耗的总能量；（4）请说明电源的电压如何自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。18离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图所示，截面半径为 R 的圆柱腔分为两个工作区。I 为电离区，将 第 12 页 氙气电离获得 1 价正离子；II 为加速区，长度为L，两端加有电压，形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近 0 的初速度进入 II 区，被加速后以速度vM从右侧喷出。I 区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为 B，在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截
13、面如图所示（从左向右看）。电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成角（0d时，正离子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计（正离子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）。（3）若此回旋加速器原来加速的是 粒子（42He），现改为加速氘核（21H），要想使氘核获得与 粒子相同的动能，请你通过分析，提出一种简单可行的办法。24如图甲所示，ABCD是一长方形有界匀强磁场边界，磁感应强度按图乙规律变化，取垂直纸面向外为磁场的正方向，图中AB 3AD 3L，一质量为m、所带电荷量为q的带正电粒子以速度v0在t0时从A点沿AB方向垂直磁场射入，粒子重力不计。(1)若粒子经时间t32T0恰好垂
14、直打在CD上，求磁场的磁感应强度B0和粒子运动中的加速度a的大小。第 17 页(2)若要使粒子恰能沿DC方向通过C点，求磁场的磁感应强度B0的大小及磁场变化的周期T0。【参考答案】一、选择题 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案 AC BD B B C AD CD AC C D BC AD C D C AD 二、计算题 17(3)由 F=ma，v=at 解得发射弹体需要时间t=110-2s。（2 分）发 射 弹 体 过 程 中 产 生 的 焦 耳 热Q=I2(R+r)t=1.6105J。（1 分）弹体动能Ek=12mv2=1.6106J。（1
15、 分）系统消耗总能量 E=Ek+Q=1.76106J。（2 分）（4）由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，使电磁炮匀加速发射。（2 分）第 18 页 18解析：（1）由动能定理：Ue=21Mv M 2 解得 U=eMvM22 由运动学公式vM2=2aL，解得 a=LvM22 （2）由右手定则可判断出磁场方向应垂直于纸面向外。（3）设电子运动的最大半径为 r，2r=3R/2，所以有：v0v.340eRmv（5）如图所示，OA=R-r，OC=R/2，AC=r 在 OAC中，由 余 弦 定 理 得，(R-r)2=
16、r2+R2/4-2rR/2sin 解得：r=sin-243R 由解得，sin-243maxmeRBv.注解：画出轨迹示意图，由图中的几何关系，利用相关知识得出轨道半径 r。19（1）从表中可知，输出功率P出=180W，输入功率P入=UI=366W=216W 第 19 页 P损=P入-P出=36W ，由 22=636WPI rr损 解得此电动机的电阻 r=1 。正常工作时，电动机的效率180=83.3%216PP出入 （2）根据题述，阻力 f=k(M+m)g，额定车速vm=18km/h=5m/s，在水平平直道路上行驶过程中，F=f。由P出=Fvm=k(M+m)gvm 解得：k=mPMm gv出=
17、1800.03(4080)10 5 20(1)3v3BR 3R3v(2)33R 由式得t3R3v (2)当粒子的入射点和出射点的连线是磁场圆的直径时，粒子速度偏转的角度最大。由图可知 sin Rr 平移距离dRsin 由式得d33R 第 20 页 21 22（1）设编号为的粒子在正六边形区域磁场中做圆周运动的半径为 r1，初速度大小为 v1，则有：qv1B=m211vr 由几何关系可得：r1=2sin60oa,解得：v1=33Bqam 第 21 页 由几何关系可得，粒子在正六边形区域磁场运动过程中，转过的圆心角为 60，则粒子在磁场中运动的时间：t=T/6=3mqB 23（2）设粒子到出口处被
18、加速了n次，nqU=21mv2，qvB=mRv2,联立解得：n=mURqB222 T=vR2=qBm2，t=nT/2，解得 t=UBR22。带电粒子电场中的多次加速运动可等效为初速度为零的匀加速运动，末速度 v=mnqU2，正 离 子 在 电 场 中 加 速 的 总 时 间t=2vnd=vnd2=dqUnm2=UBRd2.当Rd时，tt，即正离子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计。第 22 页（3）加速器加速带电粒子的能量为Ek=21mv2mRBq2222。由 粒子换成氘核，有：mRBq2222=222222mRBq，解得：B=2B.24(1)3mv0qL 3v20L(2)nmv0qL(n1，2，)2L3nv0(n1，2，)粒子做圆周运动的加速度大小为av20R3v20L。(2)由题意可知粒子每经过一周期，其末速度方向与初速度方向相同，其部分轨迹如图所示，第 23 页 粒子从A到C经历的时间为磁场变化周期的整数(n)倍 即AB方向有 3L2nRsin AD方向有L2nR(1cos)联立得 cos 12，cos 1(舍去)即60，RLn 联立qv0B0mv20R得B0nmv0qL(n1，2，)又因粒子的运行周期T2Rv02mqB02Lnv0(n1，2，)由图可推得T0T3，所以T02L3nv0(n1，2，)。