時間： 75分鐘 分值：100分
本試卷分第Ⅰ卷（選擇題）和第Ⅱ卷（非選擇題），全卷滿分100分，考試時間75分鐘。
第Ⅰ卷（選擇題 共40分）
選擇題：本大題共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的，請把正確答案涂在答題卡上。
1．如圖所示為地球周圍磁場的分布情況，從太陽或其他星體上放射出的宇宙射線中含有大量的高能帶電粒子。這些高能帶電粒子到達地球會對地球上的生命帶來危害，但由于地球周圍存在地磁場，地磁場能改變宇宙射線中帶電粒子的運動方向，對地球上的生命起到保護作用。假設所有的宇宙射線從各個方向垂直地球表面進入地磁場，那么以下說法正確的是( )
A．地磁場對宇宙射線的阻擋作用各處都相同
B．由于南、北極磁場最強，因此阻擋作用最強
C．垂直地球赤道地面射來的正粒子向東偏轉
D．垂直地球赤道地面射來的負粒子向南偏轉
2.云室是借助過飽和水蒸氣在離子上凝結來顯示帶電粒子徑跡的裝置。云室中加了垂直于紙面向里的磁場，在一張云室中拍攝的照片中a、b、c、d、e是從O點發(fā)出的一些正電子或負電子的徑跡。關于a、b、c三條徑跡判斷正確的是( )
A．a、b、c都是正電子的徑跡
B．c徑跡對應的粒子軌跡半徑最大
C．a徑跡對應的粒子動量最大
D．c徑跡對應的粒子運動時間最長
3.螺線管正中間的上方懸掛一個通有順時針方向電流的小線圈，線圈的平面與螺線管的軸線在同一豎直面內，如圖所示。當閉合開關S時(一小段時間內)，從上方俯視，線圈應該( )
A．順時針方向轉動，同時向左移動
B．逆時針方向轉動，同時向右移動
C．順時針方向轉動，同時懸線的拉力減小
D．逆時針方向轉動，同時懸線的拉力增大
4.如圖，在第一象限內有垂直紙面向里的勻強磁場，正、負電子分別以相同速度沿與x軸成30°角從原點垂直射入磁場，則正、負電子在磁場中運動時間之比為( )
A．2∶1 B．1∶2
C．1∶3 D．1∶15
5.回旋加速器工作原理示意圖如圖所示，磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直，兩盒間的狹縫很小，粒子穿過的時間可忽略，它們接在電壓為U、頻率為f的交流電源上。若A處粒子源產生的質子在加速器中被加速，下列說法正確的是( )
A．若只增大交流電壓U，則質子獲得的最大動能增大
B．若只增大交流電壓U，則質子達到最大動能所需的加速次數(shù)會增加
C．若磁感應強度B增大，交流電頻率f必須適當增大才能正常工作
D．不改變磁感應強度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能用于加速α粒子（氦原子核）
6.如圖，圓形區(qū)域內有垂直紙面向里的勻強磁場，質量為m、電荷量為q(q>0)的帶電粒子從圓周上的M點沿直徑MON方向射入磁場。若粒子射入磁場時的速度大小為v1，離開磁場時速度方向偏轉90°；若射入磁場時的速度大小為v2，離開磁場時速度方向偏轉60°。不計重力，則v1v2為( )
A.12 B.33
C.32 D.3
7.汽車自動控制剎車系統(tǒng)(ABS)的原理如圖所示。鐵質齒輪P與車輪同步轉動，右端有一個繞有線圈的磁體(極性如圖)，M是一個電流檢測器。當車輪帶動齒輪P轉動時，靠近線圈的鐵齒被磁化，使通過線圈的磁通量增大，鐵齒離開線圈時又使通過線圈的磁通量減小，從而能使線圈中產生感應電流，感應電流經電子裝置放大后即實現(xiàn)自動控制剎車。齒輪從圖示位置開始轉到下一個鐵齒正對線圈的過程中，通過M的感應電流的方向( )
A．總是從左向右的
B．總是從右向左的
C．先從右向左，然后從左向右
D．先從左向右，然后從右向左
8.在豎直平面內存在水平方向的勻強磁場，一質量為m的帶電小球由O點靜止釋放，小球在此后一段時間內的運動軌跡如圖中曲線所示，P為曲線的最低點，小球運動到B點時速度為零。若不計空氣阻力，則下列說法正確的是( )
A．小球帶負電
B．小球在P點所受洛倫茲力最小
C．B點與O點在同一高度
D．小球到達B點后將沿原路徑返回A點
9．CT掃描是計算機X射線斷層掃描技術的簡稱，CT掃描機可用于對多種病情的探測。圖a是某種CT機主要部分的剖面圖，其中X射線產生部分的示意圖如圖b所示。圖b中M、N之間有一電子束的加速電場，虛線框內有勻強偏轉磁場；經調節(jié)后電子束從靜止開始沿帶箭頭的實線所示的方向前進，打到靶上，產生X射線(如圖中帶箭頭的虛線所示)；將電子束打到靶上的點記為P點。則( )
A．M處的電勢高于N處的電勢
B．增大M、N之間的加速電壓可使P點左移
C．偏轉磁場的方向垂直于紙面向外
D．增大偏轉磁場磁感應強度的大小可使P點左移
10.如圖，圓心為O、半徑為R的圓形區(qū)域內有垂直紙面的勻強磁場。從圓周上的P點在紙面內沿不同方向射入各種速率的同種粒子，粒子的質量為m、電荷量為＋q(q>0)。其中速率為v0且沿PO方向射入的粒子，經時間t后從A點離開磁場，∠POA＝90°。則( )
A．磁場方向垂直紙面向里
B．粒子在磁場中運動的周期為2t
C．速率為2v0的粒子在磁場中運動的最長時間為34t
D．從A點離開磁場的速率最小值為22v0
第Ⅱ卷(非選擇題，共60分)
填空題：本大題共2小題，共15分。請把正確答案填在答題卷橫線上。
11．（6分）如圖所示的器材可用來研究電磁感應現(xiàn)象并探究影響感應電流方向的因素。
(1)在給出的實物圖中，將實驗儀器連成完整的實驗電路。
(2)在實驗過程中，除了查清流入電流計的電流方向與指針偏轉方向之間的關系之外，還應查清________的繞制方向。(選填“A”、“B”或“A和B”)
12.（9分）電磁血流量計是運用在心血管手術和有創(chuàng)外科手術的精密監(jiān)控儀器，可以測量血管內血液的流速。如圖所示，某段監(jiān)測的血管可視為規(guī)則的圓柱體模型，其前后兩個側面固定兩塊豎直正對的金屬電極板a、b(未畫出，電阻不計)，勻強磁場方向豎直向下，血液中的正負離子隨血液一起從左至右水平流動，則a、b電極間存在電勢差。
(1)若用電壓表監(jiān)測a、b電極板間的電勢差，則與電壓表“＋”接線柱相連的是圖中________電極板(選填“a”或“b”)。
(2)某次監(jiān)測中，用電壓表測出a、b電極間的電勢差U，已知a、b電極板間的距離D，血管內徑為d，磁感應強度B，則用上述物理量表示血流量(單位時間流過的血液體積)的表達式為________。
(3)若U＝150 μV，D＝3.0 mm，B＝0.12 T，根據(jù)數(shù)據(jù)可估測出血流速度為________m/s(結果保留兩位有效數(shù)字)。
計算題：本大題共4小題，共45分。請把正確答案填在答題卷答題框內。
13.（10分）如圖所示，M、N為正對平行豎直放置的金屬板，現(xiàn)有一個質量m ＝ 4.0 × 10－22kg、電荷量q＝＋2.0×10－16C的帶電粒子，從M板的中心O點由靜止開始，經電壓為U的加速電場后，以速度v＝3.0×104 m/s從N板的中心小圓孔射出，水平進入邊長l＝0.5 m的等邊三角形ABC區(qū)域內，AC邊與N板夾角為60,粒子恰好從C點離開，該區(qū)域內存在垂直于紙面的勻強磁場(圖中未畫出)，不計粒子重力。求：
(1)加速電壓U的大??；
(2)勻強磁場的磁感應強度B的大小和方向。
14.（10分）如圖，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一勻強磁場，磁感應強度大小為B1，一束等離子體以一定的速度垂直于磁場噴入板間。相距為L的兩光滑平行金屬導軌固定在與導軌平面垂直的勻強磁場中，磁感應強度大小為B2，導軌平面與水平面夾角為θ，兩導軌分別與P、Q相連。質量為m、電阻為R的金屬棒ab垂直導軌放置，恰好靜止。重力加速度為g，不計導軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力。
求(1)金屬板Q帶何種電荷以及導軌處磁場的方向；
(2)等離子體垂直于磁場噴入板間的速度大小。
15.（12分）如圖所示，質量為m＝1 kg、電荷量為q＝5×10－2 C的帶正電荷的小滑塊，從半徑為R＝0.4 m的光滑固定絕緣14圓弧軌道上由靜止自A端滑下。整個裝置處在方向互相垂直的勻強電場與勻強磁場中。已知E＝100 V/m，方向水平向右，B＝1 T，方向垂直紙面向里，g＝10 m/s2。求：
(1)滑塊到達C點時的速度；
(2)在C點時滑塊所受的洛倫茲力；
(3)在C點滑塊對軌道的壓力。
16.（15分）如圖甲所示，豎直平面坐標系xOy內存在正交的勻強電場和勻強磁場，已知電場強度E=2.0?10-3N/C，方向豎直向上；磁場方向垂直坐標平面，磁感應強度B大小為0.5T，方向隨時間按圖乙所示規(guī)律變化（開始時刻，磁場方向垂直紙面向里）．t=0時刻，有一帶正電的微粒以v0=1.0?103m/s的速度從坐標原點O沿x軸正向進入場區(qū)，恰做勻速圓周運動，g取10m/s2．試求：
（1）帶電微粒的比荷；
（2）帶電微粒從開始時刻起經多長時間到達x軸，到達x軸上何處；
（3）帶電微粒能否返回坐標原點？如果可以，則經多長時間返回原點？
答案：
1.C 2.B 3.D 4.A 5.C 6.B 7.C 8.C 9.D 10.D
11.(1)如圖所示 (2)A和B
12.答案 (1)a (2)πd2U4DB (3)0.42
解析 (1)在洛倫茲力的作用下，血液中的正離子向a電極板偏轉，負離子向b電極板偏轉，故a電極板的電勢比b電極板高，故與電壓表“＋”接線柱相連的是圖中a電極板。
(2)當a、b電極間的電勢差穩(wěn)定為U時，正、負離子在電場力和洛倫茲力作用下平衡，有qUD＝qvB，解得v＝UDB，血流量Q＝vS，S＝πd24，聯(lián)立解得Q＝πd2U4DB。
(3)將數(shù)據(jù)代入v＝UDB，解得v＝0.42m/s。
13.解析：(1)據(jù)動能定理得
qU＝12mv2，U＝mv22q＝900 V；
(2)從A點進入磁場后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，軌跡半徑R可由幾何關系求得R＝l＝0.5 m
據(jù)牛頓第二定律得Bvq＝mv2R
磁感應強度大小
B＝mvqR＝4.0×10?22×3×1042×10?16×0.5T＝0.12 T
方向由左手定則判斷應垂直于紙面向里。
答案：(1)900 V (2)0.12 T，垂直于紙面向里
14.等離子體垂直于磁場噴入板間時，根據(jù)左手定則可知金屬板Q帶正電荷，金屬板P帶負電荷，則金屬棒ab中電流方向由a端流向b端；金屬棒ab在光滑平行導軌上靜止，且B2垂直于導軌平面，則金屬棒ab所受安培力沿導軌向上，由左手定則可知，導軌處磁場的方向垂直導軌平面向下。等離子體噴入金屬板P、Q間時產生的電動勢E滿足qEd＝qB1v，由閉合電路歐姆定律有I＝ER，則金屬棒ab所受安培力大小F＝ILB2＝B1B2LdvR，對金屬棒ab由平衡條件可得F＝mgsinθ，聯(lián)立解得v＝mgRsinθB1B2Ld。
15.以滑塊為研究對象，自軌道上A點滑到C點的過程中，受重力mg，方向豎直向下，靜電力qE，方向水平向右，洛倫茲力F洛＝qvB，方向始終垂直于速度方向向下，軌道的支持力FN，方向始終指向圓心。
(1)滑塊從A運動到C的過程中洛倫茲力和支持力不做功，由動能定理得
mgR－qER＝12mvC2－0
解得vC＝2mg?qERm＝2 m/s，方向水平向左。
(2)根據(jù)洛倫茲力公式得F洛＝qvCB＝5×10－2×2×1 N＝0.1 N，方向豎直向下。
(3)在C點，由牛頓第二定律得
FN－mg－F洛＝mvC2R
解得FN＝mg＋F洛＋mvC2R＝20.1 N
由牛頓第三定律可知，滑塊對軌道的壓力為20.1 N，方向豎直向下。
15．(15分)（1）帶電微粒在場區(qū)做勻速圓周運動，
則電場力與重力平衡，由Eq=mg ……2分
可得 ……2分
（2）微粒做圓周運動時，由 ……2分
可得 R=0.4m ……1分
又 ……1分
微粒先逆時針偏轉，再順時針偏轉，后逆時針偏轉，到達x軸上P點。
經過時間s ……2分
……1分
P
（3）微粒能返回坐標原點，如圖所示，
則t總=3T=2.4?10-3πs ……4分

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