还剩31页未读，
继续阅读
2022-2023学年陕西省西安中学高二上学期期末考试物理试题含解析
展开
这是一份2022-2023学年陕西省西安中学高二上学期期末考试物理试题含解析，共34页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，解答题等内容，欢迎下载使用。
1. 如图所示，水平光滑的地面有一个匀速运动的小车，轻质弹簧的一端固定在小车左挡板上，另一端固定在物块上。物块和小车相对静止，小车上表面粗糙，弹簧处于伸长状态。下列说法正确的是（ ）
A. 小车所受合外力向右
B. 小车一定受向右的摩擦力
C. 物块一定受小车向右的摩擦力
D. 物块和小车整个系统所受合外力的冲量向右
【答案】C
【解析】
【详解】A．小车做匀速直线运动，可知小车所受合外力为零，故A错误；
BC．弹簧处于伸长状态，可知弹簧对物块的弹力水平向左，根据受力平衡可知，小车对物块的摩擦力水平向右，则物块给小车的摩擦力水平向左，故B错误，C正确；
D．物块和小车一起做匀速直线运动，整体受到的合外力为零，则物块和小车整个系统所受合外力的冲量为零，故D错误。
故选C。
2. 一多用电表的表盘如图所示，某同学用此表测量阻值大概为150Ω的定值电阻，他应将选择开关旋到（ ）
A. “×1”位置B. “×10”位置C. “×100”位置D. “×1K”位置
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】指针指在表盘的三分之一到三分之二之间读数比较准确，定值电阻阻值大概为150Ω，为了精确测量选择开关旋到“×10”位置。
故选B。
3. 中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。结合上述材料，下列说法不正确的是（ ）
A. 地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B. 地球表面任意位置的地磁偏角有相同的数值
C. 地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
D. 地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
【答案】B
【解析】
【详解】A．地球内部也存在磁场，地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，故A正确；
B．地球表面任意位置的地磁偏角不同，故B错误；
C．磁场是闭合的曲线，地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近，故C正确；
D．动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力，所以地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用，故D正确。
本题选不正确，故选B。
4. 某学校创建绿色校园，新装了一批节能灯，如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制；电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。现减小光照强度，则下列判断不正确的是（ ）
A. 电源的效率变大B. A灯和B灯都变亮
C. 两端电压变小D. 电源内部发热的功率不变
【答案】D
【解析】
【详解】A．电源的效率为
减小光照强度，光敏电阻阻值增大，则外电阻增大，电源的效率增大，故A正确；
BC．光照强度增加时，其电阻值减小，现减小光照强度，其电阻值增大，总电流减小，路端电压增大，通过A灯的电流增大变亮，通过R0的电流减小，其两端电压减小，则B灯两端电压增大，B灯变亮，故BC正确；
D．减小光照强度，外电阻增大，总电流减小，根据知，电源内部发热的功率减小，故D错误。
由于本题选择错误的，故选D。
5. 如图甲是磁电式表头的结构示意图，其中线圈是绕在一个与指针、转轴固连的铝框骨架（图中未指出）上，关于图示软铁、螺旋弹簧、铝框和通电效果，下列表述中正确的是（ ）
A. 线圈带动指针转动时，通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大
B. 与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得磁极之间产生稳定的匀强磁场
C. 铝框的作用是为了利用涡流，起电磁驱动作用，让指针快速指向稳定的平衡位置
D. 乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，线框将逆时针转动。
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】A．当线圈通电后，安培力矩使其转动，导致螺旋弹簧产生阻力，当转动停止时，阻力矩与安培力矩正好平衡，所以通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大。故A正确；
B．与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置．它的平面都跟磁感线平行，安培力总与磁感应强度的方向垂直，故B错误；
C．由于铝框转动时会产生感应电流，所以铝框要受安培力，安培力阻碍铝框的转动使其快速停止转动，即发生电磁阻尼，故C错误；
D．乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，根据左手定则判断线圈将顺时针转动，故D错误。
故选A。
6. 如图甲所示，粗糙水平面上固定一长直导线，其左侧放置一个正方形的金属线框（俯视图），现导线中通以如图乙所示的电流，线框始终保持静止状态，规定导线中电流方向向下为正，在时间内，则（ ）
A. 线框中感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向
B. 线框先有扩张趋势后有收缩趋势
C. 线框中感应电流先减小后增大
D. 线框受到的静摩擦力方向始终向左
【答案】B
【解析】
【详解】ABD．根据安培定则可知，线框中磁通量先垂直纸面向里减小、后垂直纸面向外增大，根据楞次定律可知线框中感应电流方向始终沿顺时针方向，且线框先有扩张趋势、后有收缩趋势，先有靠近导线的趋势、后有远离导线的趋势，即线框受到的静摩擦力方向先向左、后向右，故AD错误，B正确；
C．由于导线中电流随时间均匀变化，所以产生的磁场也随时间均匀变化，则线框中的磁通量随时间均匀变化，产生的感应电动势恒定，感应电流恒定，故C错误。
故选B。
7. 如图所示，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，在半径为a的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B。一半径为b（b＞a）、电阻为R的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合。当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线环截面的电荷量为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】设开始时穿过导线环向里的磁通量为正值
则向外的磁通量为负值
总的磁通量为它们的代数和（取绝对值）
末态总的磁通量为
由法拉第电磁感应定律得，平均感应电动势为
通过导线环截面的电荷量为
故选A。
8. 如图，AEFCD区域内有一方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强碰场。∠A=30°，AE=L，弧EFC是直径为2L的半圆， 在A点有一个粒子源， 可以沿AD方向发射速度大小不同的带正电的粒子， 均打到弧EFC上。已知粒子的比荷均为k，不计粒子间相互作用及重力，则关于粒子在上述过程中的运动时间可能的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】粒子在磁场中转动周期
打到AE界面时，转动角度最小，运动时间最短，根据几何关系，转动角度为
最短时间为
设圆弧上存在一点B，轨迹圆心与B连线恰与圆弧相切，则从B点射出的粒子转动角度最大，运动时间最大，根据几何关系，转动角度为
最长时间为
故运动时间范围为
故选B。
9. 如图甲所示，质量为2kg的小球B与质量未知的小球C用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，另有一小球A以6m/s的初速度向右运动，t=2s时球A与球B碰撞并瞬间粘在一起，碰后球B的ν-t图像如图乙所示。已知弹簧的弹性系数k=240N/m，弹簧的弹性势能（x为弹簧的形变量），整个运动过程中弹簧始终在弹性限度内。下列判断正确的是（ ）
A. 碰后球B的速度为零时弹簧长度最短
B. 碰后球B的速度为零时球C的加速度为零
C. 碰后运动过程中，小球B加速度的最大值为20m/s2
D. 碰后运动过程中，小球B加速度的最大值为30m/s2
【答案】C
【解析】
【详解】A．当三球共速时，弹簧弹性势能最大，压缩量最大，弹簧长度最短，故A错误；
B．由图可知，B的速度为零后继续反向加速，说明弹簧弹力不为0，故C球受到弹簧弹力，加速度不为0，故B错误；
CD．AB发生完全非弹性碰撞，则
解得
ABC整体动量守恒
当弹簧恢复原长时，此时，满足
即
解得
当ABC共速时
联立解得
解得
此时小球B加速度最大
故C正确，D错误。
故选C。
10. 如下图所示，边长为2L的等边三角形abc区域内部存在垂直纸面向里的匀强磁场，a为x轴的坐标原点。一个长为L，宽为L的矩形线框置于x轴上，t=0时刻线框D点在坐标原点，线框以恒定的速度v穿过磁场。用i表示线框中的电流（逆时针为正），F表示线框所受的安培力的大小，P表示安培力的功率，Φ表示线框中的磁通量，下列图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．由公式
可知当线框进入磁场后，磁通量不断增大，当线框BD边运动到时，线框在磁场内的面积最大，此时磁通量达到最大值，之后减小，当线框BD边运动到时磁通量为零，故A正确；
BCD．线框以速度v向右移动，在时，切割磁感线的有效长度呈线性增加，当时，切割磁感线的有效长度达到最大值，由于线框中的电流
因此电流也是线性增加，而线框所受的安培力的大小为
因此安培力也是随切割磁感线的有效长度的增加而增加，安培力的功率为
也是随切割磁感线的有效长度的增加而增加。当时，AB、CD边都切割磁感线，所以有效长度为AB和CD边切割磁感线有效长度之差，当时，AB和CD边切割磁感线有效长度相等，感应电动势相互抵消，此时线框中无感应电流，安培力、安培力功率都应为零，故BCD错误。
故选A。
二、多选题
11. 某闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过它的磁通量随时间t的变化规律如图所示。则下列说法正确的是（ ）
A. 时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大
B. 时刻，线圈中电流方向改变
C. 从到时刻，线圈中电流先增大再减小
D. 若线圈的转速增大为原来的2倍，则线圈中感应电流的电功率将变为原来的4倍
【答案】CD
【解析】
【详解】A．时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，电流为0，线圈平面应在中性面，故A错误；
B．时刻，磁通量为零，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大，即电动势最大，电流最大，电流不改变方向，故B错误；
C．时刻，磁通量的变化率为零，电流为0，从到时刻，线圈中电流先增大再减小，故C正确；
D．若线圈的转速增大为原来的2倍，则线圈中感应电动势、感应电流都增大为原来的2倍，感应电流的电功率将变为原来的4倍，故D正确。
故选CD。
12. 如图所示，理想变压器原线圈输电线上接有定值电阻R，AB端接正弦交流电，副线圈上接有两个相同的灯泡L1和L2。开始时，电键K断开。当K接通时（ ）
A. 副线圈两端的输出电压减小B. 副线圈的输出电流减小
C. 灯泡L1消耗的功率变大D. 原线圈中的电流增大
【答案】AD
【解析】
【详解】根据理想变压器原副线圈的关系有
，
其中
U1 = U－I1R，U2 = I2R副
联立有
由题知，AB端接正弦交流电，则U不变，当K接通R副减小，则I1增大，I2增大，U1减小，U2减小，又由于
则灯泡L1消耗的功率变小。
故选AD。
13. 如图所示，边界以上，圆形边界以外的Ⅰ区域中存在匀强磁场，磁感应强度为，圆形边界以内Ⅱ区域中匀强磁场的磁感应强度为，圆形边界半径为R，边界上c点距圆形边界圆心O的距离为2R；一束质量为m、电荷量为q的负电粒子，在纸面内从c点沿垂直边界方向以不同速率射入磁场。不计粒子之间的相互作用。已知一定速率范围内的粒子可以经过圆形磁场边界，这其中速率为v的粒子到达圆周边界前在Ⅰ区域中运动的时间最短。只考虑一次进出Ⅰ、Ⅱ区域，则（ ）
A. 可以经过圆形边界的粒子的速率最大值为
B. 可以经过圆形边界的粒子的速率最小值为
C. 速率为v的粒子在Ⅰ区域的运动时间为
D. 速率为v的粒子在Ⅱ区域的运动时间为
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．粒子在磁场中做圆周运动由洛伦兹力提供向心力有
可得
则粒子速度越大，轨迹半径越大，如图甲所示，当粒子从Ⅱ区域右侧经过圆形磁场边界时，半径最大，此情况下粒子的速度最大，由几何关系得
代入数据可得最大速度为
当从Ⅱ区域左侧经过圆形磁场边界时，粒子轨迹对应的半径最小，此情况下粒子速度最小，由几何关系得
代入数据得最小速度为
故A错误，B正确；
C．粒子在磁场Ⅰ中运动周期
设粒子经过圆形磁场边界时，在磁场Ⅰ中偏转的圆心角为，则粒子在磁场中运动的时间
则粒子偏转圆心角越小，到达圆周边界前在Ⅰ区域中运动的时间越短，由几何关系可得，速率为v的粒子到达圆周边界前在Ⅰ区域中运动的时间最短的运动轨迹如图乙所示
由几何知识可知，时间最短时
对应的圆心角
可得在Ⅰ区域的时间
故C错误；
D．如图乙所示，当进入Ⅱ区域磁场后，做圆周运动的半径
由与对称性可知，粒子能在Ⅱ区域做半个圆周运动，运动时间为
故D正确。
故选BD
14. 最近，某实验室对一款市场热销的扫地机器人进行了相关测试，测试过程在材质均匀的水平地板上完成，获得了机器人在直线运动中水平牵引力大小随时间的变化图象如图1，以及相同时段机器人的加速度a随时间变化的图象如图2。若不计空气，取重力加速度大小为，则下列同学的推断结果正确是（ ）
A. 机器人与水平桌面间的最大静摩擦力为3N
B. 在时间内，合外力做的功为12J
C. 在时间内，合外力的冲量为
D. 机器人与水平桌面间的动摩擦因数为0.4
【答案】AD
【解析】
【详解】A．由图2可知机器人在1s时开始滑动，有加速度，所以刚要滑动时
故A正确；
B．由图1、图2结合牛顿第二定律可得
联立可得机器人质量
滑动摩擦力为
4s末机器人的速度为
在时间内，合外力做的功为
故B错误；
C．在时间内，合外力的冲量为
故C错误；
D．机器人与水平桌面间的动摩擦因数为
故D正确。
故选AD
三、填空题
15. 如图所示中的游标卡尺的示数是__________cm，螺旋测微器的示数是__________mm。
【答案】 ①. 10.025 ②. 4.487
【解析】
【详解】[1]游标卡尺的示数为
[2]螺旋测微器的示数为
16. 如图所示表示的是交流电的电流随时间变化的图像，负方向为正弦图像的一部分，则此交流电的电流的有效值是_______A.
【答案】
【解析】
【分析】
【详解】[1]由有效值的定义可得
则
17. 某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ，步骤如下：
（1）游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为L=______mm；
（2）用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为D=______mm；
（3）选用多用电表的电阻“×1”挡粗测电阻，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该电阻的阻值约为______Ω。
（4）为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下：
电流表A1量程300mA，内阻约为2Ω；
电流表A2量程150mA ，内阻约为10Ω；
电压表V1量程1V，内阻为1000Ω；
电压表V2量程15V，内阻约为3000Ω；
定值电阻阻值R0=2000Ω
滑动变阻器R1最大阻值为5Ω
滑动变阻器R2最大阻值1000Ω
电源E（电动势约为4V，内阻r约为1Ω）
开关，导线若干。
为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选______（填器材代号），并根据你选择的器材，请在线框内补全实验电路图（ ）。
（5）连接电路，测得电压表读数为U，电流表读数为I，则电阻率的表达式为ρ=______（用题中所给物理量符号U、I、L、D表示，忽略电压表内阻造成的误差）。
【答案】 ①. 50.15 ②. 4.700 ③. 22 ④. ⑤. ⑥. ⑦. ⑧.
【解析】
【详解】（1）[1]游标卡尺是20分度，精度为0.05mm，则其读数为
50mm+0.05×3mm=50.15mm
（2）[2]螺旋测微器的精度为0.01mm，测量直径的读数为
4.5mm+0.01×20.0mm=4.700mm
（3）[3]根据欧姆表的读数规则，该表盘的读数为
22×1Ω=22Ω
（4）[4][5][6][7]为了使测量数据的范围广泛一些，控制电路采用分压式，则滑动变阻器选择总阻值小些的R1，调节得到的数据的连续性强一些；若电压表选择1V，则两个电流表均达不到偏，若电压表选择15V，当其达到偏时，两个电流表均不能确保安全，因此要将1V电压表串联定值电阻，将其改装成量程为3V的电压表，此时改装电压表与电流表A2均能够同时达到偏，因此电压表选择将改装，电流表选择，滑动变阻器选择，又由于电压表的内阻远远大于电流表与待测电阻的阻值，因此选择电流表的外接法，电路图如图所示
（5）[8]电压表读数为U，则待测电阻两端电压为3U，待测电阻为
根据电阻与电阻率的关系有
圆柱体的横截面积
解得
18. 某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
（1）用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0μA，须调节___________（选填一种给定的实验器材）。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻___________（选填“远大于”“接近”“远小于”）RT阻值的电压表。
（2）测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0°C变化到40.0°C的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是___________（保留2位有效数字）。
【答案】 ①. 可变电阻R1 ②. 远大于 ③. -1.2
【解析】
【详解】（1）[1]由题知恒压直流电源E的电动势不变，而用加热器调节RT的温度后，导致整个回路的总电阻改变。而要确保电流表的示数仍为50.0μA，则需控制整个回路的总电阻不变，故需要调节的器材是可变电阻R1。
[2]连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与RT并联后R总减小，则根据并联电阻的关系有
则要保证R总不变需须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表。
（2）[3]图可得温度为35.0°C时电压表的电压为1.6V，且实验设定恒定电流为50.0μA，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT1= 32kΩ；温度为40.0°C时电压表的电压为1.3V，且实验设定恒定电流为50.0μA，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT2= 26kΩ，则温度从35.0°C变化到40.0°C的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是
负号表示随着温度升高RT的阻值减小。
四、解答题
19. 如图甲所示，放在水平地面上的足够长的木板质量，木板左端放一质量的滑块（可视为质点），已知地面和木板间的动摩擦因数；滑块和木板间的动摩擦因数，滑块的正上方有一悬点O，通过长的轻绳吊一质量的小球。现将小球拉至与O点处于同一水平面，由静止释放，小球摆至最低点时与滑块发生正碰（即两物体在同一直线上碰撞）,且小球与滑块只碰一次，小球碰后的动能与其向上摆动高度的关系如图乙所示，重力加速度g取。求：
（1）碰前瞬间轻绳对小球拉力的大小；
（2）小球和滑块碰撞过程中系统损失的机械能；
（3）长木板运动过程中的最大位移。
【答案】（1）60N；（2）3J；（3）
【解析】
【详解】（1）设小球摆到最低点时速度大小为，绳对小球的拉力为，由动能定理得
解得小球碰前瞬间的速度
由牛顿第二定律得
解得
（2）设碰后小球、滑块的速度大小分别为和，由图像可得
小球与滑块组成的系统碰撞过程动量守恒，得
且
解得
碰撞过程损失的机械能
代入数据得
（3）设经时间t滑块和木板达到共同速度，此时木板速度最大，由动量定理：对木板
对滑块
联立解得
假设共速后物体与木板共减速至0，则有
共速之前木板的加速度为
假设合理，所以木板最大位移为
20. 如图所示，在纸面内两直角边长均为L的三角形MNP区域内（不含边界）。有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的带负电粒于从PM边的中点A平行PN边射入MNP区域，不计粒子受到的重力。求：
（1）在粒子从PN边射出磁场的情况下，粒子入射的最小速度；
（2）在粒子从MN边射出磁场的情况下，粒子在磁场中运动的最长时间。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）当粒子恰好从P点射出时，入射速度最小，此时半径
由于
可得最小速度
（2）当圆心角最大时，运动的时间最长，由几何关系可知，当运动轨迹与MN相切时，偏转的圆心角最大为45，如图所示
因此运动的最长时间
21. 如图甲所示，足够长的粗糙平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面的夹角，导轨间距，M、P两端接一阻值的电阻。一质量为、电阻为、长度也为的金属棒ab静止在距离轨道底端处。现在整个装置处在一垂直于导轨平面向上的磁场中，磁感应强度变化的规律如图乙所示。已知金属棒和导轨之间的动摩擦因数为，重力加速度g取，，，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。在时刻闭合开关S。求：
（1）金属棒开始滑动前，流经金属棒的电流方向；
（2）经多长时间金属棒开始滑动。
【答案】（1）由a流向b；（2）04s
【解析】
【详解】（1）由楞次定律可知，金属棒中电流由a流向b。
（2）设金属棒开始滑动时，磁感应强度为，由法拉第电磁感应定律可知
则电路中的电流为
即将滑动时，受力平衡，即
又
设经过时间开始滑动，则
联立解得
22. 如图所示，一小型发电机内有匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻。在外力作用下矩形线圈在的匀强磁场中，以恒定的转速绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。从图中所示时刻开始计时，求：
(1)线圈转动时产生感应电流瞬时值的表达式；
(2)线圈转过角的过程中通过电阻R横截面的电荷量q；
(3)线圈转动10s，整个电路产生的焦耳热取
【答案】(1)；(2)；(3)50J
【解析】
【分析】
【详解】(1) 线圈的角速度
线圈中感应电动势的最大值为
感应电流的最大值为
则感应电流的瞬时值表达式为
即线圈转动时产生感应电流瞬时值的表达式为；
(2)设线圈转过角所用时间为，则
线圈中的平均感应电动势
通过电阻R的平均电流
在时间内通过电阻横截面的电荷量
即线圈转过角过程中通过电阻R横截面的电荷量q为；
(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流，则电路中电流的有效值
经过电流通过整个电路产生的焦耳热
即线圈转动10s，整个电路产生的焦耳热Q为50J。
23. 如图甲所示，两条足够长的光滑平行金属导轨和固定在水平面上，阻值为R的定值电阻与导轨的M、P端相连，和导轨垂直，平行导轨的间距为L，导轨电阻不计穿过导轨平面的磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度的大小B随着时间t变化的图像如图乙所示，质量为m、长度为L电阻值为的金属杆垂直于导轨放置并且和导轨接触良好，杆和之间距离为d。现在杆的中点处系一根不可伸长的轻绳，绳子跨过定滑轮与一质量为m的物块相连接，滑轮左侧轻绳与导轨平面保持平行，已知在时间内，金属杆在水平外力下作用下保持静止状态。时刻撤去外力，金属杆从静止开始运动，当物块下落的高度为h时，物块达到最大速度，重力加速度为g。求
（1）写出水平外力F随时间t的变化关系式
（2）从时刻开始到物块达到最大速度时间内，通过电阻R的电荷量
（3）从时刻开始到物块达到最大速度时间内，电阻R所产生的热量
（4）物块下落h高度的过程中所经历的时间。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）由平衡条件得
联立可得
（2）0～t0时间内，通过电阻R的电荷量为
联立解得
则
q2=
联立解得
（3）在0～t0时间内，电阻R产生的焦耳热量为Q1，物块开始运动到达到最大速度时间内
回路中产生的焦耳热量为Q2，电阻R产生的焦耳热量为QR2
联立
由平衡条件得
解得
由能量守恒定律可得
（4）由动量定理得
解得
1. 如图所示，水平光滑的地面有一个匀速运动的小车，轻质弹簧的一端固定在小车左挡板上，另一端固定在物块上。物块和小车相对静止，小车上表面粗糙，弹簧处于伸长状态。下列说法正确的是（ ）
A. 小车所受合外力向右
B. 小车一定受向右的摩擦力
C. 物块一定受小车向右的摩擦力
D. 物块和小车整个系统所受合外力的冲量向右
【答案】C
【解析】
【详解】A．小车做匀速直线运动，可知小车所受合外力为零，故A错误；
BC．弹簧处于伸长状态，可知弹簧对物块的弹力水平向左，根据受力平衡可知，小车对物块的摩擦力水平向右，则物块给小车的摩擦力水平向左，故B错误，C正确；
D．物块和小车一起做匀速直线运动，整体受到的合外力为零，则物块和小车整个系统所受合外力的冲量为零，故D错误。
故选C。
2. 一多用电表的表盘如图所示，某同学用此表测量阻值大概为150Ω的定值电阻，他应将选择开关旋到（ ）
A. “×1”位置B. “×10”位置C. “×100”位置D. “×1K”位置
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】指针指在表盘的三分之一到三分之二之间读数比较准确，定值电阻阻值大概为150Ω，为了精确测量选择开关旋到“×10”位置。
故选B。
3. 中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。结合上述材料，下列说法不正确的是（ ）
A. 地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B. 地球表面任意位置的地磁偏角有相同的数值
C. 地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
D. 地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
【答案】B
【解析】
【详解】A．地球内部也存在磁场，地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，故A正确；
B．地球表面任意位置的地磁偏角不同，故B错误；
C．磁场是闭合的曲线，地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近，故C正确；
D．动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力，所以地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用，故D正确。
本题选不正确，故选B。
4. 某学校创建绿色校园，新装了一批节能灯，如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制；电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。现减小光照强度，则下列判断不正确的是（ ）
A. 电源的效率变大B. A灯和B灯都变亮
C. 两端电压变小D. 电源内部发热的功率不变
【答案】D
【解析】
【详解】A．电源的效率为
减小光照强度，光敏电阻阻值增大，则外电阻增大，电源的效率增大，故A正确；
BC．光照强度增加时，其电阻值减小，现减小光照强度，其电阻值增大，总电流减小，路端电压增大，通过A灯的电流增大变亮，通过R0的电流减小，其两端电压减小，则B灯两端电压增大，B灯变亮，故BC正确；
D．减小光照强度，外电阻增大，总电流减小，根据知，电源内部发热的功率减小，故D错误。
由于本题选择错误的，故选D。
5. 如图甲是磁电式表头的结构示意图，其中线圈是绕在一个与指针、转轴固连的铝框骨架（图中未指出）上，关于图示软铁、螺旋弹簧、铝框和通电效果，下列表述中正确的是（ ）
A. 线圈带动指针转动时，通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大
B. 与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得磁极之间产生稳定的匀强磁场
C. 铝框的作用是为了利用涡流，起电磁驱动作用，让指针快速指向稳定的平衡位置
D. 乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，线框将逆时针转动。
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】A．当线圈通电后，安培力矩使其转动，导致螺旋弹簧产生阻力，当转动停止时，阻力矩与安培力矩正好平衡，所以通电电流越大，安培力越大，螺旋弹簧形变也越大。故A正确；
B．与蹄形磁铁相连的软铁叫做极靴，其作用是使得极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，线圈无论转到什么位置．它的平面都跟磁感线平行，安培力总与磁感应强度的方向垂直，故B错误；
C．由于铝框转动时会产生感应电流，所以铝框要受安培力，安培力阻碍铝框的转动使其快速停止转动，即发生电磁阻尼，故C错误；
D．乙图中电流方向a垂直纸面向外，b垂直纸面向内，根据左手定则判断线圈将顺时针转动，故D错误。
故选A。
6. 如图甲所示，粗糙水平面上固定一长直导线，其左侧放置一个正方形的金属线框（俯视图），现导线中通以如图乙所示的电流，线框始终保持静止状态，规定导线中电流方向向下为正，在时间内，则（ ）
A. 线框中感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向
B. 线框先有扩张趋势后有收缩趋势
C. 线框中感应电流先减小后增大
D. 线框受到的静摩擦力方向始终向左
【答案】B
【解析】
【详解】ABD．根据安培定则可知，线框中磁通量先垂直纸面向里减小、后垂直纸面向外增大，根据楞次定律可知线框中感应电流方向始终沿顺时针方向，且线框先有扩张趋势、后有收缩趋势，先有靠近导线的趋势、后有远离导线的趋势，即线框受到的静摩擦力方向先向左、后向右，故AD错误，B正确；
C．由于导线中电流随时间均匀变化，所以产生的磁场也随时间均匀变化，则线框中的磁通量随时间均匀变化，产生的感应电动势恒定，感应电流恒定，故C错误。
故选B。
7. 如图所示，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，在半径为a的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B。一半径为b（b＞a）、电阻为R的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合。当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中，通过导线环截面的电荷量为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】设开始时穿过导线环向里的磁通量为正值
则向外的磁通量为负值
总的磁通量为它们的代数和（取绝对值）
末态总的磁通量为
由法拉第电磁感应定律得，平均感应电动势为
通过导线环截面的电荷量为
故选A。
8. 如图，AEFCD区域内有一方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强碰场。∠A=30°，AE=L，弧EFC是直径为2L的半圆， 在A点有一个粒子源， 可以沿AD方向发射速度大小不同的带正电的粒子， 均打到弧EFC上。已知粒子的比荷均为k，不计粒子间相互作用及重力，则关于粒子在上述过程中的运动时间可能的是（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】粒子在磁场中转动周期
打到AE界面时，转动角度最小，运动时间最短，根据几何关系，转动角度为
最短时间为
设圆弧上存在一点B，轨迹圆心与B连线恰与圆弧相切，则从B点射出的粒子转动角度最大，运动时间最大，根据几何关系，转动角度为
最长时间为
故运动时间范围为
故选B。
9. 如图甲所示，质量为2kg的小球B与质量未知的小球C用轻弹簧拴接，放在光滑的水平地面上，另有一小球A以6m/s的初速度向右运动，t=2s时球A与球B碰撞并瞬间粘在一起，碰后球B的ν-t图像如图乙所示。已知弹簧的弹性系数k=240N/m，弹簧的弹性势能（x为弹簧的形变量），整个运动过程中弹簧始终在弹性限度内。下列判断正确的是（ ）
A. 碰后球B的速度为零时弹簧长度最短
B. 碰后球B的速度为零时球C的加速度为零
C. 碰后运动过程中，小球B加速度的最大值为20m/s2
D. 碰后运动过程中，小球B加速度的最大值为30m/s2
【答案】C
【解析】
【详解】A．当三球共速时，弹簧弹性势能最大，压缩量最大，弹簧长度最短，故A错误；
B．由图可知，B的速度为零后继续反向加速，说明弹簧弹力不为0，故C球受到弹簧弹力，加速度不为0，故B错误；
CD．AB发生完全非弹性碰撞，则
解得
ABC整体动量守恒
当弹簧恢复原长时，此时，满足
即
解得
当ABC共速时
联立解得
解得
此时小球B加速度最大
故C正确，D错误。
故选C。
10. 如下图所示，边长为2L的等边三角形abc区域内部存在垂直纸面向里的匀强磁场，a为x轴的坐标原点。一个长为L，宽为L的矩形线框置于x轴上，t=0时刻线框D点在坐标原点，线框以恒定的速度v穿过磁场。用i表示线框中的电流（逆时针为正），F表示线框所受的安培力的大小，P表示安培力的功率，Φ表示线框中的磁通量，下列图像正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】A．由公式
可知当线框进入磁场后，磁通量不断增大，当线框BD边运动到时，线框在磁场内的面积最大，此时磁通量达到最大值，之后减小，当线框BD边运动到时磁通量为零，故A正确；
BCD．线框以速度v向右移动，在时，切割磁感线的有效长度呈线性增加，当时，切割磁感线的有效长度达到最大值，由于线框中的电流
因此电流也是线性增加，而线框所受的安培力的大小为
因此安培力也是随切割磁感线的有效长度的增加而增加，安培力的功率为
也是随切割磁感线的有效长度的增加而增加。当时，AB、CD边都切割磁感线，所以有效长度为AB和CD边切割磁感线有效长度之差，当时，AB和CD边切割磁感线有效长度相等，感应电动势相互抵消，此时线框中无感应电流，安培力、安培力功率都应为零，故BCD错误。
故选A。
二、多选题
11. 某闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过它的磁通量随时间t的变化规律如图所示。则下列说法正确的是（ ）
A. 时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大
B. 时刻，线圈中电流方向改变
C. 从到时刻，线圈中电流先增大再减小
D. 若线圈的转速增大为原来的2倍，则线圈中感应电流的电功率将变为原来的4倍
【答案】CD
【解析】
【详解】A．时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，电流为0，线圈平面应在中性面，故A错误；
B．时刻，磁通量为零，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大，即电动势最大，电流最大，电流不改变方向，故B错误；
C．时刻，磁通量的变化率为零，电流为0，从到时刻，线圈中电流先增大再减小，故C正确；
D．若线圈的转速增大为原来的2倍，则线圈中感应电动势、感应电流都增大为原来的2倍，感应电流的电功率将变为原来的4倍，故D正确。
故选CD。
12. 如图所示，理想变压器原线圈输电线上接有定值电阻R，AB端接正弦交流电，副线圈上接有两个相同的灯泡L1和L2。开始时，电键K断开。当K接通时（ ）
A. 副线圈两端的输出电压减小B. 副线圈的输出电流减小
C. 灯泡L1消耗的功率变大D. 原线圈中的电流增大
【答案】AD
【解析】
【详解】根据理想变压器原副线圈的关系有
，
其中
U1 = U－I1R，U2 = I2R副
联立有
由题知，AB端接正弦交流电，则U不变，当K接通R副减小，则I1增大，I2增大，U1减小，U2减小，又由于
则灯泡L1消耗的功率变小。
故选AD。
13. 如图所示，边界以上，圆形边界以外的Ⅰ区域中存在匀强磁场，磁感应强度为，圆形边界以内Ⅱ区域中匀强磁场的磁感应强度为，圆形边界半径为R，边界上c点距圆形边界圆心O的距离为2R；一束质量为m、电荷量为q的负电粒子，在纸面内从c点沿垂直边界方向以不同速率射入磁场。不计粒子之间的相互作用。已知一定速率范围内的粒子可以经过圆形磁场边界，这其中速率为v的粒子到达圆周边界前在Ⅰ区域中运动的时间最短。只考虑一次进出Ⅰ、Ⅱ区域，则（ ）
A. 可以经过圆形边界的粒子的速率最大值为
B. 可以经过圆形边界的粒子的速率最小值为
C. 速率为v的粒子在Ⅰ区域的运动时间为
D. 速率为v的粒子在Ⅱ区域的运动时间为
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．粒子在磁场中做圆周运动由洛伦兹力提供向心力有
可得
则粒子速度越大，轨迹半径越大，如图甲所示，当粒子从Ⅱ区域右侧经过圆形磁场边界时，半径最大，此情况下粒子的速度最大，由几何关系得
代入数据可得最大速度为
当从Ⅱ区域左侧经过圆形磁场边界时，粒子轨迹对应的半径最小，此情况下粒子速度最小，由几何关系得
代入数据得最小速度为
故A错误，B正确；
C．粒子在磁场Ⅰ中运动周期
设粒子经过圆形磁场边界时，在磁场Ⅰ中偏转的圆心角为，则粒子在磁场中运动的时间
则粒子偏转圆心角越小，到达圆周边界前在Ⅰ区域中运动的时间越短，由几何关系可得，速率为v的粒子到达圆周边界前在Ⅰ区域中运动的时间最短的运动轨迹如图乙所示
由几何知识可知，时间最短时
对应的圆心角
可得在Ⅰ区域的时间
故C错误；
D．如图乙所示，当进入Ⅱ区域磁场后，做圆周运动的半径
由与对称性可知，粒子能在Ⅱ区域做半个圆周运动，运动时间为
故D正确。
故选BD
14. 最近，某实验室对一款市场热销的扫地机器人进行了相关测试，测试过程在材质均匀的水平地板上完成，获得了机器人在直线运动中水平牵引力大小随时间的变化图象如图1，以及相同时段机器人的加速度a随时间变化的图象如图2。若不计空气，取重力加速度大小为，则下列同学的推断结果正确是（ ）
A. 机器人与水平桌面间的最大静摩擦力为3N
B. 在时间内，合外力做的功为12J
C. 在时间内，合外力的冲量为
D. 机器人与水平桌面间的动摩擦因数为0.4
【答案】AD
【解析】
【详解】A．由图2可知机器人在1s时开始滑动，有加速度，所以刚要滑动时
故A正确；
B．由图1、图2结合牛顿第二定律可得
联立可得机器人质量
滑动摩擦力为
4s末机器人的速度为
在时间内，合外力做的功为
故B错误；
C．在时间内，合外力的冲量为
故C错误；
D．机器人与水平桌面间的动摩擦因数为
故D正确。
故选AD
三、填空题
15. 如图所示中的游标卡尺的示数是__________cm，螺旋测微器的示数是__________mm。
【答案】 ①. 10.025 ②. 4.487
【解析】
【详解】[1]游标卡尺的示数为
[2]螺旋测微器的示数为
16. 如图所示表示的是交流电的电流随时间变化的图像，负方向为正弦图像的一部分，则此交流电的电流的有效值是_______A.
【答案】
【解析】
【分析】
【详解】[1]由有效值的定义可得
则
17. 某同学要测量一个由均匀新材料制成的圆柱体的电阻率ρ，步骤如下：
（1）游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为L=______mm；
（2）用螺旋测微器测量其直径如图乙所示，可知其直径为D=______mm；
（3）选用多用电表的电阻“×1”挡粗测电阻，按正确的操作步骤测此圆柱体的电阻，表盘的示数如图丙所示，则该电阻的阻值约为______Ω。
（4）为更精确地测量其电阻，可供选择的器材如下：
电流表A1量程300mA，内阻约为2Ω；
电流表A2量程150mA ，内阻约为10Ω；
电压表V1量程1V，内阻为1000Ω；
电压表V2量程15V，内阻约为3000Ω；
定值电阻阻值R0=2000Ω
滑动变阻器R1最大阻值为5Ω
滑动变阻器R2最大阻值1000Ω
电源E（电动势约为4V，内阻r约为1Ω）
开关，导线若干。
为了使测量尽量准确，测量时电表读数不得小于其量程的，电压表应选______，电流表应选______，滑动变阻器应选______（填器材代号），并根据你选择的器材，请在线框内补全实验电路图（ ）。
（5）连接电路，测得电压表读数为U，电流表读数为I，则电阻率的表达式为ρ=______（用题中所给物理量符号U、I、L、D表示，忽略电压表内阻造成的误差）。
【答案】 ①. 50.15 ②. 4.700 ③. 22 ④. ⑤. ⑥. ⑦. ⑧.
【解析】
【详解】（1）[1]游标卡尺是20分度，精度为0.05mm，则其读数为
50mm+0.05×3mm=50.15mm
（2）[2]螺旋测微器的精度为0.01mm，测量直径的读数为
4.5mm+0.01×20.0mm=4.700mm
（3）[3]根据欧姆表的读数规则，该表盘的读数为
22×1Ω=22Ω
（4）[4][5][6][7]为了使测量数据的范围广泛一些，控制电路采用分压式，则滑动变阻器选择总阻值小些的R1，调节得到的数据的连续性强一些；若电压表选择1V，则两个电流表均达不到偏，若电压表选择15V，当其达到偏时，两个电流表均不能确保安全，因此要将1V电压表串联定值电阻，将其改装成量程为3V的电压表，此时改装电压表与电流表A2均能够同时达到偏，因此电压表选择将改装，电流表选择，滑动变阻器选择，又由于电压表的内阻远远大于电流表与待测电阻的阻值，因此选择电流表的外接法，电路图如图所示
（5）[8]电压表读数为U，则待测电阻两端电压为3U，待测电阻为
根据电阻与电阻率的关系有
圆柱体的横截面积
解得
18. 某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时，其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示，实验设定恒定电流为50.0μA，主要实验器材有：恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
（1）用加热器调节RT的温度后，为使电流表的示数仍为50.0μA，须调节___________（选填一种给定的实验器材）。当RT两端未连接电压表时，电流表示数为50.0μA；连接电压表后，电流表示数显著增大，须将原电压表更换为内阻___________（选填“远大于”“接近”“远小于”）RT阻值的电压表。
（2）测得RT两端的电压随温度的变化如图所示，由图可得温度从35.0°C变化到40.0°C的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是___________（保留2位有效数字）。
【答案】 ①. 可变电阻R1 ②. 远大于 ③. -1.2
【解析】
【详解】（1）[1]由题知恒压直流电源E的电动势不变，而用加热器调节RT的温度后，导致整个回路的总电阻改变。而要确保电流表的示数仍为50.0μA，则需控制整个回路的总电阻不变，故需要调节的器材是可变电阻R1。
[2]连接电压表后，电流表示数显著增大，则说明电压表与RT并联后R总减小，则根据并联电阻的关系有
则要保证R总不变需须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表。
（2）[3]图可得温度为35.0°C时电压表的电压为1.6V，且实验设定恒定电流为50.0μA，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT1= 32kΩ；温度为40.0°C时电压表的电压为1.3V，且实验设定恒定电流为50.0μA，则根据欧姆定律可知此时热敏电阻RT2= 26kΩ，则温度从35.0°C变化到40.0°C的过程中，RT的阻值随温度的平均变化率是
负号表示随着温度升高RT的阻值减小。
四、解答题
19. 如图甲所示，放在水平地面上的足够长的木板质量，木板左端放一质量的滑块（可视为质点），已知地面和木板间的动摩擦因数；滑块和木板间的动摩擦因数，滑块的正上方有一悬点O，通过长的轻绳吊一质量的小球。现将小球拉至与O点处于同一水平面，由静止释放，小球摆至最低点时与滑块发生正碰（即两物体在同一直线上碰撞）,且小球与滑块只碰一次，小球碰后的动能与其向上摆动高度的关系如图乙所示，重力加速度g取。求：
（1）碰前瞬间轻绳对小球拉力的大小；
（2）小球和滑块碰撞过程中系统损失的机械能；
（3）长木板运动过程中的最大位移。
【答案】（1）60N；（2）3J；（3）
【解析】
【详解】（1）设小球摆到最低点时速度大小为，绳对小球的拉力为，由动能定理得
解得小球碰前瞬间的速度
由牛顿第二定律得
解得
（2）设碰后小球、滑块的速度大小分别为和，由图像可得
小球与滑块组成的系统碰撞过程动量守恒，得
且
解得
碰撞过程损失的机械能
代入数据得
（3）设经时间t滑块和木板达到共同速度，此时木板速度最大，由动量定理：对木板
对滑块
联立解得
假设共速后物体与木板共减速至0，则有
共速之前木板的加速度为
假设合理，所以木板最大位移为
20. 如图所示，在纸面内两直角边长均为L的三角形MNP区域内（不含边界）。有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的带负电粒于从PM边的中点A平行PN边射入MNP区域，不计粒子受到的重力。求：
（1）在粒子从PN边射出磁场的情况下，粒子入射的最小速度；
（2）在粒子从MN边射出磁场的情况下，粒子在磁场中运动的最长时间。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）当粒子恰好从P点射出时，入射速度最小，此时半径
由于
可得最小速度
（2）当圆心角最大时，运动的时间最长，由几何关系可知，当运动轨迹与MN相切时，偏转的圆心角最大为45，如图所示
因此运动的最长时间
21. 如图甲所示，足够长的粗糙平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面的夹角，导轨间距，M、P两端接一阻值的电阻。一质量为、电阻为、长度也为的金属棒ab静止在距离轨道底端处。现在整个装置处在一垂直于导轨平面向上的磁场中，磁感应强度变化的规律如图乙所示。已知金属棒和导轨之间的动摩擦因数为，重力加速度g取，，，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。在时刻闭合开关S。求：
（1）金属棒开始滑动前，流经金属棒的电流方向；
（2）经多长时间金属棒开始滑动。
【答案】（1）由a流向b；（2）04s
【解析】
【详解】（1）由楞次定律可知，金属棒中电流由a流向b。
（2）设金属棒开始滑动时，磁感应强度为，由法拉第电磁感应定律可知
则电路中的电流为
即将滑动时，受力平衡，即
又
设经过时间开始滑动，则
联立解得
22. 如图所示，一小型发电机内有匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻。在外力作用下矩形线圈在的匀强磁场中，以恒定的转速绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。从图中所示时刻开始计时，求：
(1)线圈转动时产生感应电流瞬时值的表达式；
(2)线圈转过角的过程中通过电阻R横截面的电荷量q；
(3)线圈转动10s，整个电路产生的焦耳热取
【答案】(1)；(2)；(3)50J
【解析】
【分析】
【详解】(1) 线圈的角速度
线圈中感应电动势的最大值为
感应电流的最大值为
则感应电流的瞬时值表达式为
即线圈转动时产生感应电流瞬时值的表达式为；
(2)设线圈转过角所用时间为，则
线圈中的平均感应电动势
通过电阻R的平均电流
在时间内通过电阻横截面的电荷量
即线圈转过角过程中通过电阻R横截面的电荷量q为；
(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流，则电路中电流的有效值
经过电流通过整个电路产生的焦耳热
即线圈转动10s，整个电路产生的焦耳热Q为50J。
23. 如图甲所示，两条足够长的光滑平行金属导轨和固定在水平面上，阻值为R的定值电阻与导轨的M、P端相连，和导轨垂直，平行导轨的间距为L，导轨电阻不计穿过导轨平面的磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度的大小B随着时间t变化的图像如图乙所示，质量为m、长度为L电阻值为的金属杆垂直于导轨放置并且和导轨接触良好，杆和之间距离为d。现在杆的中点处系一根不可伸长的轻绳，绳子跨过定滑轮与一质量为m的物块相连接，滑轮左侧轻绳与导轨平面保持平行，已知在时间内，金属杆在水平外力下作用下保持静止状态。时刻撤去外力，金属杆从静止开始运动，当物块下落的高度为h时，物块达到最大速度，重力加速度为g。求
（1）写出水平外力F随时间t的变化关系式
（2）从时刻开始到物块达到最大速度时间内，通过电阻R的电荷量
（3）从时刻开始到物块达到最大速度时间内，电阻R所产生的热量
（4）物块下落h高度的过程中所经历的时间。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）由平衡条件得
联立可得
（2）0～t0时间内，通过电阻R的电荷量为
联立解得
则
q2=
联立解得
（3）在0～t0时间内，电阻R产生的焦耳热量为Q1，物块开始运动到达到最大速度时间内
回路中产生的焦耳热量为Q2，电阻R产生的焦耳热量为QR2
联立
由平衡条件得
解得
由能量守恒定律可得
（4）由动量定理得
解得
相关试卷
陕西省西安铁一中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题： 这是一份陕西省西安铁一中学2023-2024学年高二上学期期末考试物理试题，共20页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。
2022-2023学年陕西省西安市高新第一中学高二上学期期末物理试题(理科)含解析： 这是一份2022-2023学年陕西省西安市高新第一中学高二上学期期末物理试题(理科)含解析，共30页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
2022-2023学年陕西省西安中学高一上学期期末物理试题含解析： 这是一份2022-2023学年陕西省西安中学高一上学期期末物理试题含解析，共25页。试卷主要包含了选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
