浙江省新阵地教育联盟2024-2025学年高三上学期第一次联考物理试卷（解析版）

这是一份浙江省新阵地教育联盟2024-2025学年高三上学期第一次联考物理试卷（解析版），共27页。试卷主要包含了选择题I，选择题II，非选择题部分等内容，欢迎下载使用。
物理试题卷
选择题部分
一、选择题I（本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1. 用国际单位制中的基本单位来表示冲量的单位，正确的是（ ）
A. N•sB. kg•m/sC. F•tD. kg•m/s2
【答案】B
【解析】
冲量表达式为
其中力F的单位为N，且1N=1kg•m/s2，时间t的单位为s，故国际单位制中的基本单位来表示冲量的单位为1kg•m/s。
故选B。
2. 如图是在巴黎奥运会上，举重男子61公斤级比赛中，中国选手打破自己保持的抓举奥运会纪录，成功卫冕。在举起杠铃的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 地面对运动员的作用力就是运动员的重力
B. 杠铃对运动员的作用力大于运动员对杠铃的作用力
C. 地面对运动员的支持力大小等于运动员对地面压力的大小
D. 地面对运动员先做正功后做负功
【答案】C
【解析】
A．地面对运动员的作用力和运动员的重力是两种不同性质的力，不能说地面对运动员的作用力就是运动员的重力，故A错误；
B．杠铃对运动员的作用力与运动员对杠铃的作用力是互相作用力，两个力大小相等，故B错误；
C．地面对运动员的支持力与运动员对地面压力是互相作用力，两个力大小相等，故C正确；
D．运动员一直没有离开地面，没有发生位移，故地面对运动员不做功，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，质量为m和2m的A、B两个小球通过轻绳相连，A的上端通过轻弹簧悬挂于天花板，处于静止状态。重力加速度为g，若将A、B之间的轻绳剪断，则剪断瞬间A和B的加速度大小分别为（ ）
A. 2g，gB. 2g，0C. g，gD. g，0
【答案】A
【解析】
静止时，对B分析，有
对A分析，有
剪断A、B之间的轻绳瞬间，轻绳的拉力突变为0，弹簧的拉力保持不变，仍为3mg，这瞬间，根据牛顿第二定律，对B有
解得
对A有
解得
故选A。
4. 如图所示是真实情况的炮弹飞行轨迹“弹道曲线”和理想情况抛物线的对比。O、a、b、c、d为弹道曲线上的五点，其中O点为发射点，d点为落地点，b点为轨迹的最高点，a、c为运动过程中经过的距地面高度相等的两点。下列说法正确的是（ ）
A. 炮弹到达b点时，速度为零
B. 炮弹经过a点时的加速度小于经过c点时的加速度
C. 炮弹经过a点时的速度等于经过c点时的速度
D. 炮弹由a点运动到b点的时间小于由b点运动到c点的时间
【答案】D
【解析】
A．炮弹的运动分解为水平与竖直两个方向的分运动，到达b点时，竖直方向速度为零，水平方向速度不为零，所以炮弹到达b点时，速度不为零。故A错误；
C．炮弹从a点到c点的过程，重力做功为零，阻力做负功，由动能定理可知，炮弹经过a点时的速度大于经过c点时的速度。故C错误；
B．炮弹经过a点与c点时受力分析如图
由C选项分析可知，炮弹经过a点时的速度大于经过c点时的速度，即炮弹在a点时水平方向与竖直方向阻力均大于在c点的阻力。根据牛顿第二定律可知
，
可得
故B错误；
D．从a到b的过程中，在竖直方向上，受到重力和阻力在竖直向下的分力，由牛顿第二定律可得
解得
在从b到c的过程中，在竖直方向上，受到向下的重力和阻力在竖直向上的分力，由牛顿第二定律可得
解得
对比可得
即上升阶段的加速度总体比下降阶段的加速度大，由
可定性确定，竖直位移相同，加速度越大，时间就越短，所以炮弹由a点运动到b点的时间小于由b点运动到c点的时间。故D正确。
故选D。
5. 甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播，如图所示，时在处相遇。下列说法正确的是（ ）
A. 两列波能发生干涉B. 甲波的周期大于乙波的周期
C. 甲波的周期等于乙波的周期D. 甲波的波速大于乙波的波速
【答案】B
【解析】
AD．甲、乙两列简谐横波在同一均匀介质中沿x轴相向传播，则甲波的波速等于乙波的波速，根据
可得
，
二者频率不同，则不能发生干涉现象，故AD错；
BC．根据
由于
则
故B正确，C错误。
故选B。
6. 2024年2月，中科院近代物理研究所在全球首次合成新核素：锇和钨。核反应方程为，锇衰变方程为。下列说法正确的是（ ）
A. X是质子B. Y是α粒子
C. 的比结合能大于D. 衰变过程无质量亏损
【答案】B
【解析】
A．设X的质量数m、电荷数为n，根据电荷数和质量数守恒，结合核反应方程
可得
，
解得
，
故X是中子，故A错误；
B．设Y的质量数、电荷数为，根据电荷数和质量数守恒，结合衰变方程
可得
，
解得
，
故Y是α粒子，故B正确；
CD．放射性衰变过程中存在质量亏损，释放能量，比结合能增大，故的比结合能小于，故CD错误。
故选B。
7. 如图为电吹风电路图，a、b为两个固定触点，c、d为可动扇形金属触片P上的两个触点，触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。n1和n2分别是理想变压器原、副线圈的匝数，已知小风扇额定电压为50V，下列说法正确的是（ ）
A. 停机时c与b接触
B. 吹热风时c与a接触，d与b接触
C吹冷风时d与a接触
D. n1∶n2=11∶2
【答案】B
【解析】
ABC．当c与b接触时，电热丝没有接通，小风扇电路接通，则电吹风处于吹冷风状态；当c与a接触，d与b接触时，电热丝与小风扇都接入电路，吹热风；当触片P处于c、d时，电热丝与小风扇都未接入电路，电吹风处于停机，故AC错误，B正确；
D．根据原副线圈两端的电压之比与匝数之比的关系得
故D错误。
故选B。
8. 如图所示，四个相同半圆形金属导体对称放置，两个带正电+Q，两个带负电。虚线是等势面，a、b、c、d位置如图所示。下列表述正确的是（ ）
A. b点和c点电场强度相同
B. 四个点中a点的电势最低
C. 四个点中c点的电势最高
D. d点的电场强度方向指向a点
【答案】C
【解析】
A．根据等量同种电荷的电场分布和等量异种电荷的电场分布，可知b点和c点电场强度大小等，方向不同，故A错误；
B．根据越靠近正电荷的地方，电势越高；越靠近负电荷的地方，电势越低，可知a点的电势比b、d两点的电势更高，故四个点中a点的电势不是最低，故B错误；
C．根据越靠近正电荷的地方，电势越高；越靠近负电荷的地方，电势越低，可知c点的电势高于a点的电势，故四个点中c点的电势最高，故C正确；
D．根据电场强度叠加原理，可知两个正电荷离d点的距离相等，故两个正电荷在d点产生的合电场强度方向由a点指向d点；左侧负电荷在d点产生的电场强度方向由a点指向d点，右侧负电荷在d点产生的电场强度方向由d点指向a点，但右侧负电荷离d点更远，故其在d点产生的电场强度小于左侧负电荷在d点产生的电场强度，故两个负电荷在d点产生的合电场强度方向由a点指向d点，综上分析可知，d点的电场强度方向由a点指向d点，故D错误。
故选C。
9. 如图所示，我国太阳探测科学技术试验卫星“善和号”首次成功实现空间太阳波段光谱扫描像。和为氢原子能级跃迁产生的两条谱线，则（ ）
A. 在真空中速度为光速的十分之一，的速度接近光速
B. 对应的光子可以使氢原子从基态跃迁到激发态
C. 比更容易发生衍射现象
D. 若和都能使某金属发生光电效应，对应产生的光电子初动能一定更大
【答案】C
【解析】
AC．氢原子与的能级差小于与的能级差，则与相比，的波长大，频率小，比更容易发生衍射现象，在真空中速度与的相同，为光速，故A错误，C正确；
B．对应的光子能量为
氢原子从基态到激发态至少需要能量为
故对应的光子不可以使氢原子从基态跃迁到激发态，故B错误；
D．若和都能使某金属发生光电效应，根据
由于的频率小，则对应产生的光电子最大初动能一定更大，但光电子的初动能不一定比大，故D错误。
故选C。
10. 如图，两根轻杆分别一端连在墙上A、B两点，另一端与质量为m的小球D相连，。已知AB高度差为h，。小球受到垂直纸面方向微扰时，A、B端可无摩擦转动，等效做单摆运动。下列说法正确的是（ ）
A. 小球平衡时，两轻杆拉力大小相同
B. 小球等效摆长为
C. 小球质量增加，周期变小
D. 小球摆动周期为
【答案】B
【解析】
A．小球平衡时，受两轻杆的拉力和重力作用，但由于杆的长度与高度不同则两轻杆的作用力不同，故A错误；
B．两轻杆的拉力的合力和重力等大反向，且根据等效与悬挂电位于小球重锤线与AB交点，则小球等效摆长为
故B正确；
C．根据单摆的周期公式
可知周期与质量无关，故C错误；
D．小球摆动周期为
故D错误。
故选B。
11. 如图所示，某卫星在地球附近沿轨道I逆时针方向做匀速圆周运动，为实现变轨，在A点向图中箭头所指径向极短时间喷射气体，使卫星进入轨道II。之后某次经过B点再次变轨进入III轨道。已知II轨道半长轴大于I轨道半径。则（ ）
A. 卫星在II轨道周期小于I轨道
B. 卫星在III轨道运行速度最大，第二次变轨需要加速
C. 卫星在I轨道经过A点的速度比II轨道经过B点的速度小
D. 卫星在A点变轨前后速度变小
【答案】C
【解析】
A．II轨道半长轴大于I轨道半径，根据开普勒第三定律
可知卫星在II轨道周期大于I轨道的周期，故A错误；
B．根据卫星的变轨原理可知，过B点再次变轨进入III轨道，需点火减速，则卫星在轨道II的B点速度最大，故B错误；
CD．卫星在I轨道经过A点点火喷气获得水平向右的速度分量，此时的速度为水平速度和原圆周速度的合速度，方向为II轨道的切线方向，因此变轨后速度变大，椭圆轨道近地点B点速度大于III轨道圆周速度，而III轨道圆周速度大于I轨道圆周速度，则卫星在I轨道经过A点的速度比II轨道经过B点的速度小，故C正确，D错误；
故选C。
12. 如图甲是检测球形滚珠直径是否合格的装置，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹，若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（ ）
A. 滚珠b、c均合格B. 滚珠b、c均不合格
C. 滚珠c合格，b偏大或偏小D. 滚珠b合格、c偏大或偏小
【答案】D
【解析】
单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。
故选D。
13. 如图甲所示，在-d≤x≤d，-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为
由题图丙可知，磁场区域变化后，当时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转时开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为
C正确。
故选C。
【点睛】
二、选择题II（本题共2小题，每小题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
14. 下列说法正确的是（ ）
A. 扩散现象是由于重力作用引起的
B. 若气体分子间距离较大，除了碰撞外可以视为匀速直线运动
C. 电容器充放电时，两极板间周期性变化的电场会产生磁场
D. 远距离输电时用高压输电，电压越高越好
【答案】BC
【解析】
A．扩散现象是由于分子的无规则运动引起的，与对流和重力无关，故A错误；
B．因为气体分子间的距离较大，分子间的作用力很弱，通常认为气体分子除了相互碰撞外几乎不受力的作用，因此可以做匀速直线运动。这种运动特性使得气体能够充满它能达到的整个空间，故B正确；
C．电容器充放电时，两极板间周期性变化的电场会产生磁场，故C正确；
D．远距离输电时用高压输电，要综合考虑各种因素，并不是输电电压越高越好，故D错误。
故选BC。
15. 在滑绝缘水平面上，三个完全相同的带电小球，通过不可伸长的绝缘轻质细线，连接成边长为d的正三角形，如图甲所示。小球质量都为m，带电量均为+q，可视为点电荷。初始时，小球均静止，细线拉直现将球A和球B间的细线剪断，当三个小球运动到同一条直线上时，速度大小分别为v1、v1、v2，如图乙所示。当三个小球再次运动到成正三角形时，速度大小别为v3、v3、v4，不计空气阻力，已知两点电荷的电势能（r为两点电荷之间的距离，k为静电力常量）。下列说法正确的是（ ）
A. 图甲到图乙过程中，系统电势能减少
B. 图甲到图乙过程中，球A所受合力冲量大小为
C. 图甲到图丙过程中，球C所受合力冲量大小大于小球B所受合力冲量大小
D速度大小v2>v1，v4>v3
【答案】AB
【解析】
A．由图可知只有AB间的电势能减少了，则
故A正确；
B．对系统根据动量守恒
根据能量守恒
解得
，
球A所受合力冲量大小为
故B正确；
C．由图可知，图甲与图丙的小球间距离相同，则势能相同，根据能量守恒可知，图乙中小球动能都为0。由动量定理可知，球C所受合力冲量大小等于小球B所受合力冲量大小。故C错误；
D．综上可知v2＝2v1，v4＝v3＝0。故D错误。
故选AB。
非选择题部分
三、非选择题部分
实验题（I、II两题共14分）
16. 学生实验小组要测量量程为3V电压表的内阻RV（约为）可选用的器材有：
多用电表：
电源E（电动势约5V）；
电压表V1（量程5V，内阻约）；
定值电阻R0（阻值为）；
滑动变阻器R1（最大阻值）；
滑动变阻器R2（最大阻值）；
开关S，导线若干
完成下列填空：
（1）利用多用电表粗测待测电压表的内阻，先将红、黑表笔短接调零后，选用图中_________（填“A”或“B”）方式连接进行测量；
（2）该多用电表刻度盘上读出电阻刻度中间值为15，欧姆挡的选择开关拨至倍率_________（填“×10”、“×100”或“×1k”）挡，多用电表和电压表的指针分别如图甲、乙所示，多用电表的读数为________，电压表的读数为__________V。计算出多用电表中电池的电动势为__________V（保留3位有效数字）
（3）为了提高测量精度，他们设计了如图丙所示的电路，其中滑动变阻器应选________（填“R1”或“R2”）；
（4）闭合开关S，滑动变阻器滑片滑到某一位置时，电压表V1和待测电压表的示数分别为U1、U，则待测电压表内阻__________（用U1、U和R0表示）。
【答案】（1）A（2） ①. ②. 1600 ③. 1.40 ④. 2.71
（3）R1（4）
【解析】
【小问1】
多用电表使用时电流“红进黑出”的规则可知：测量电阻时电源在多用电表表内，故将多用电表的红、黑表笔分别与待测电压表的“负极、正极相连”。
故选A。
【小问2】
[1]RV约为，则欧姆挡的选择开关拨至倍率；
[2] 测得到的该电压表内阻为
[3] 测量量程为3V电压表，则电压表的读数为1.40V；
[4]多用电表电池的电动势为
【小问3】
图丙所示的电路，滑动变阻器采用的是分压式连接，为了方便调节，应选最大阻值较小的滑动变阻器即；
【小问4】
通过待测电压表的电流大小与定值电阻电流相同为
根据欧姆定律得待测电压表的阻值为
17. 甲、乙两位同学利用“插针法”来测量平行玻璃砖折射率。
（1）甲同学用如图甲所示的装置进行实验，为了减小误差，下列操作正确的是
A. 没有刻度尺时，可以将玻璃砖界面当尺子画界线
B. 玻璃砖的前后两个侧面务必平行
C. 插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
（2）甲同学测得θ1，θ2，及平行玻璃砖宽度d（真空中光速为c），光通过玻璃砖的时间为___________。（用所测得的物理量表示）；
（3）甲同学正确画出玻璃砖的两个折射面aa'和bb'后，不慎移动玻璃砖，使它向上平移了一点（如图所示），之后插针等操作都正确无误，并仍以aa'和bb'为折射面画光路图，所得折射率n的值将_________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
（4）乙同学完成光路图后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO'延长线于C点，过A点和C点作法线的垂线，与法线的交点分别为B点和D点，如图乙所示。用刻度尺分别测量CD的长度x和AB的长度y，改变入射角，得到多组x和y的数据。作出图像，如图丙所示。可计算得玻璃砖的折射率为___
【答案】（1）C（2）
（3）不变（4）1.6
【解析】
【小问1】
A．用玻璃砖界面当尺子画界面会增大实验误差，且容易损坏玻璃砖，故A错误；
B．即使玻璃砖的前后两个侧面不平行，但只要操作正确，也不会产生误差，故B错误；
C．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些，这样可以减小确定光线方向时产生的误差，故C正确。
故选C。
【小问2】
由几何知识可得，光在玻璃砖中传播的距离为
光在玻璃砖中的速度为
联立可得，光通过平行玻璃砖的时间
【小问3】
用插针法“测定玻璃砖折射率”的实验原理是折射定律
如图所示
实线表示玻璃砖向上平移后实际的光路图，虚线表示作图光路图，由图可看出，画图时的入射角、折射角与实际的入射角、折射角相等，由折射定律可知，测出的折射率没有变化，即测出的n值将不变。
【小问4】
根据折射率定义式可得
18. 在“探究向心力大小表达式”的实验中，某小组通过如图甲所示装置进行实验，将一滑块套入水平杆上，一起绕竖直杆做匀速圆周运动，力传感器通过一细绳连接滑块，用来测量向心力F大小。滑块上固定一遮光片宽度为d，光电门可以记录遮光片通过的时间，测得旋转半径为r。滑块做匀速圆周运动，每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力F和角速度ω的数据。
（1）为了探究向心力与角速度的关系，需要控制滑块质量和旋转半径保持不变，某次旋转过程中遮光片经过光电门时的遮光时间为，则角速度ω=_________；
（2）以F为纵坐标，以为横坐标，可在坐标纸中作一条直线，如图乙所示，直线方程为。写出滑块质量表达式m=___________（用k，r，d表示），b产生的原因为__________。
【答案】（1）
（2） ①. ②. 滑块受到摩擦力阻力
【解析】
【小问1】
遮光片经过光电门时的遮光时间极短，则圆周运动的线速度为
角速度为
【小问2】
[1]滑块的向心力为
解得
结合直线方程，可知
解得滑块的质量为
[2]由直线方程可知当时，，即图像不过坐标原点的原因是：滑块和水平杆之间有摩擦力，开始一段时间，摩擦力提供向心力，当摩擦力达到最大值后，才存在绳子拉力；故b产生的原因为滑块受到摩擦力阻力。
19. 如图所示一足够高绝热汽缸放置于水平地面上，固定在缸壁上导热隔板A和可动绝热活塞B在汽缸内形成两个封闭空间，活塞B与缸壁的接触光滑但不漏气，B的上方为大气，A与B之间以及A与缸底之间都充满质量相同的同种理想气体。系统在开始时处于平衡状态，A与缸底空间有电炉丝E对气体缓慢加热，活塞B质量为m，活塞截面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，开始AB相距H，汽缸内气体温度为T。在加热过程中：
（1）A、B之间的气体经历_________（填等容、等压或等温）过程，A以下气体经历__________（填等容，等压或等温）过程；
（2）气体温度上升至2T，活塞B上升的高度？
（3）气体温度上升至2T，AB间的气体吸收的热量与A以下气体净吸收的热量之差为多少？
【答案】（1） ①. 等压 ②. 等容
（2）
（3）
【解析】
【小问1】
[1][2] 当加热A中气体时，A中气体温度升高，体积不变，为等容过程；因隔板A为导热的，则B中气体吸收热量，温度升高，压强不变，为等压过程；
【小问2】
根据等压变化可得
解得
【小问3】
根据
A以下气体可得
AB之间气体
解得
20. 如图所示，光滑水平桌面上放有长为木板C，C的中点右侧光滑，左侧粗糙且动摩擦因数。木板C中点处放有物块B（恰好处于粗糙处），右端挡板连接一劲度系数为的轻质弹簧，左端有一固定在地面上的四分之一圆弧轨道D，上表面光滑且半径。将物块A从轨道D不同高度静止释放后无能量损失冲上木板C。A、B、C（连同挡板）的质量均为。（A、B的尺寸以及挡板厚度皆可忽略不计，轻质弹簧原长小于1m，g取10m/s2，弹簧弹性势能公式为）
（1）现将A从D的最高点释放，求A在最低点时受到滑块D的支持力大小；
（2）A进入木板后，B和C将相对静止一起运动，求此时B和C之间的静摩擦力大小；
（3）从轨道D上某一高度释放A，使A与B能发生碰撞，求高度h1应满足的条件；
（4）从轨道D上某一高度h2释放A，A与B发生弹性碰撞。当弹簧形变量最大时，A与C之间恰好滑动，求A释放的最大高度。
【答案】（1）
（2）
（3）
（4）
【解析】
【小问1】
根据动能定理可得
联立得
【小问2】
根据牛顿第二定律可得
则
【小问3】
临界情况为三者共速时，A与B刚好碰撞
解得
即
【小问4】
A与B碰撞速度交换，A与C相对静止运动。B压缩弹簧形变量最大时三者共速，且A与C之间为最大静摩擦力
解得弹力
解得
21. 如图所示，两个金属轮A1、A2，可绕各自中心固定的光滑金属细轴O1和O2转动。A1金属轮中3根金属辐条和金属环组成，辐条长均为4L、电阻均为2R。A2金属轮由1根金属辐条和金属环组成，辐条长为2L、电阻为R。半径为L的绝缘圆盘B与A1同轴且固定在一起。用轻绳一端固定在B边缘上，在B上绕足够匝数后（忽略B的半径变化），悬挂一质量为m的重物P。当P下落时，通过细绳带动B和A1绕O1轴转动。转动过程中，A1、A2保持接触，无相对滑动。辐条与各自细轴之间导电良好，两细轴通过导线与一阻值为R0的电阻相连。除R0和A1、A2两轮中辐条的电阻外，所有金属的电阻都不计。整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直金属轮平面向里。现将P释放，试求：
（1）当P速度为v1时，A1轮每条辐条产生感应电动势大小；
（2）当P速度为v1时，通过电阻R0的电流大小和方向；
（3）最终P匀速下滑时的速度大小。
【答案】（1）
（2），方向从左向右
（3）
【解析】
【小问1】
由图可知重物P与A1轮具有相同的角速度，则有
解得
根据法拉第电磁感应定律有
解得
【小问2】
由图可知，电路的总电阻为
A2金属轮与A1金属轮具有相同的线速度，则A2金属轮的线速度为
则A2金属轮辐条切割磁感应线产生的电动势为
根据右定则，可知两个金属轮上每条辐条产的电流互为增强，故两个金属轮产生的总电动势为
根据闭合电路欧姆定律可得
根据右手定则，可知电流方向为从左向右
【小问3】
重物匀速下滑，对整个系统，重力的功率等于整个回路产生的热功率，则有
解得
22. 如图所示是磁流体发电机的简易模型图，其发电通道是一个足够长的长方体空腔，长、高、宽分别为l、a、b。前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，两个电极通过开关与可变电阻连成闭合电路，整个发电通道处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，方向垂直前侧面向里，高温的等量正负等离子以不变的速率v水平从左侧面向右喷入发电通道内，忽略等离子体的重力、相互作用力、与通道间的阻力及其他因素。
（1）开关断开的情况下，求稳定后：①上下极板的电动势大小，②比较上下极板的的电势高低；
（2）开关闭合，可变电阻接入电阻为R，考虑理想的状态，整个闭合电路中就会产生恒定的电流，要使等离子体以不变的速率v通过发电通道，发电通道左右两端必须存在稳定的压强差，不计其它损耗，高温等离子体电阻率为，计算压强差；
（3）实际情况下，输出电流与等离子体的数密度、速度、质量、电量等有关，如果质量为m、带电量为+q、单位体积内个数为n的粒子和质量为m、带电量为、单位体积内个数为n的粒子，均以速度v、沿着与板面平行的方向射入两板间。其磁感应强度B满足。若以U表示发电机两极板间的电压，求输出电流I与U的关系。（此小题可变电阻阻值R不可用）
【答案】（1），上极板电势高于下极板
（2）
（3）见解析
【解析】
【小问1】
稳定时等离子体做匀速直线运动，有
发电机的电动势为
正离子向上偏转，则上极板电势高于下极板。
小问2】
闭合开关后，内阻为
形成向上的电流
对电流受力分析
其中，联立可得
【小问3】
方法一：
两板间电场强度为
配速
其中
与电场力相抵消
做匀速圆周运动的半径为
①当，即时，与极板距离小于2R的粒子可以打到极板而形成电流，单位时间内打到一块极板上的粒子数为
此时发电机的输出电流为
②当，即时，全部入射粒子均可击中极板，故此时发电机的输出电流为
方法二：
假设粒子进入后，竖直方向偏移y距离恰好打到板上
可得
①当，即
②当，即时