2025届上海市崇明区高三上学期期末（一模）物理试卷（原卷版+解析版）

这是一份2025届上海市崇明区高三上学期期末（一模）物理试卷（原卷版+解析版），共22页。试卷主要包含了本考试分设试卷和答题纸等内容，欢迎下载使用。
考生注意：
1．试卷满分100分，考试时间60分钟。
2．本考试分设试卷和答题纸。作答必须写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。
3．标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。标注“计算”、“ 简答”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
1. 篮球运动
篮球运动作为一个常规的球类运动在学校普遍受到学生的喜爱。一个标准合格的篮球质量为 m。请完成下列问题：
（1）小明同学将篮球以速度 v1 从离地高度为 h1 处投出。篮球以速度 v2 进入离地高度为 h2 篮筐，如图所示。运动过程中篮球离地最大高度为 H。空气阻力不能忽略。
①篮球从出手到进入篮筐过程中，损失的机械能（ ）
A.mgH – mgh2 B.mgh1 – mgh2
C.mgH – mgh2 − mv22 D.
②篮球从最高点沿着弧线下降过程中，请在图中分别画出篮球速度v的方向和所受合外力F的方向_______。
（2）一篮球以水平初速度v0抛出（不考虑篮球的自转和空气阻力），分别测得0.2s末、0.4s末和0.6 s末的速度矢量v1、v2和v3，并在方格纸内画出了如图所示的速度矢量图，重力加速度g = 10 m/s2。则v0 = _______m/s，0.6s内篮球的位移s =_______m。
（3）将篮球从离地H高度处由静止开始下落，经过一次与地面的碰撞后，竖直反弹至最高处h =H。若篮球和地面碰撞没有能量损失，运动过程中空气阻力保持不变。
①空气阻力和重力之比等于________。如果让篮球连续不断的上下弹跳，最后会停止在地面，则篮球通过的总路程s =_______。
②计算：当篮球反弹至最高处h时，运动员对篮球施加一个竖直向下的冲量I，使得篮球与地面再次碰撞后恰好反弹至原来的h高度处。求I的大小________。
2. 神舟十九号
2024年10月30日4时27分，神舟十九号载人飞船搭载三名航天员，由长征二号F遥十九火箭从我国酒泉卫星发射中心发射升空，并于10分钟后飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。约6.5小时后对接于天和核心舱前端口。请完成下列问题：
（1）（多选）核心舱和地面间使用无线电波联系，核心舱内宇航员之间使用声波交流。无线电波和声波的特点（ ）
A. 都不需要介质传播B. 都属于电磁波
C. 都能传递能量和信息D. 都能发生干涉和衍射
（2）航天员乘组随火箭加速上升过程中，处于超重状态。
①他们受到地球的引力逐渐_______（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
②在进入核心舱后几乎处于完全失重状态，则他们（ ）
A.受地球引力，无加速度 B.受地球引力，有加速度
C.无地球引力，无加速度 D.无地球引力，有加速度
（3）以地面为参照系，宇航员在地面上的质量为m0，在核心舱内的质量为m，已知核心舱相对地面的飞行速度为v，如果只考虑狭义相对论效应，则m和m0 的关系正确的是（ ）
A. B.
C. D.
（4）空间站窗外射进一束阳光，照射到一空心水晶球上。航天员发现水晶球特别明亮，这是光在水晶球内部空气表面发生了全反射现象，如图所示。如果水晶折射的临界角为C。
①则水晶的折射率n =_____________。
②图中发生全反射的入射光线与反射光线间夹角θ大小一定（ ）
A等于C B.等于2C
C.小于2C D.大于等于2C
（5）计算：空间站的运动可以看作为围绕地球的匀速圆周运动。若地球表面重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km，空间站轨道离地高度h=400km。
①求空间站运动的速度v；（保留三位有效数字）
②简要说明：空间站的速度为什么小于第一宇宙速度？
3. 汽车安全气囊
汽车安全气囊的组成主要包括传感器、控制器、气体发生器和气袋等部件。其中传感器的作用是在车辆发生猛烈撞击时，能迅速给控制器发出信号，让气袋充气，形成保护屏障，从而减轻司乘人员的受伤程度。根据不同的车型和安装的部位，传感器有多种模式。请完成下列问题：
（1）充气后气袋在人体受撞击时能产生缓冲作用，其物理原理是通过增加作用时间实现（ ）
A. 减小人受到的冲力B. 减小人受到的冲量
C. 减小人的动量变化D. 减小人的能量变化
（2）如图所示是滚球碰撞传感器。正常行驶时，传感器处于一种水平状态，滚球被永磁体吸附在右侧。当碰撞强度达到一定程度时，滚球将脱离永磁体向左滚动，撞击两个触点开关，向控制器发出信号。
①当汽车在以下哪种情况下，能使滚球向左滚动（ ）
A.向右以足够大速度匀速行驶
B.向左以足够大速度匀速行驶
C.向右以足够大速度发生碰撞
D.向左以足够大速度发生碰撞
②假设滚球的质量为50g，永磁体对它的最大吸引力为6N，滚球在管道内运动时不受阻力作用。如果汽车以144km/h的速度撞到障碍物，并在0.2秒内停下。则是否会触发安全气囊？
答：________；通过计算说明理由：_________。
（3）电阻应变计式碰撞传感器内的硅膜片如图（a）所示，有四个电阻R1、R2、R3、R4，连接成图（b）所示的电路。在汽车碰撞时，传感器中的硅膜片发生扭曲变形，导致4个电阻的阻值发生变化，可检测AB间的电势差，将电信号输送给控制器。
①如果把电阻看成是一根粗细均匀的电阻丝，当碰撞后，其长度变化为原来的，电阻丝体积不变，则该电阻丝的阻值变为原来的_________。
②假设正常情况下加在电路两端的电压U=6V，R1=8Ω，R2=4Ω，R3=6Ω，测得AB两点间电压为0，则R4=________Ω。当硅膜片发生形变，电阻值发生改变后，电阻R1=9Ω，R2=6Ω，R3=8Ω，R4=4Ω，则此时A、B两点电势较高的是______点，电势差UAB=________V。
4 油滴实验
密立根油滴实验装置如图所示，用喷雾器向一个圆柱形容器里喷入带电的油滴。容器中有两块平行金属板组成的电容器。可以通过改变极板间的电压来控制油滴的运动，假设两极板间电场为匀强电场，忽略油滴受到的空气阻力，g取10m/s2。
请完成下列问题：
（1）油滴进入电场后向下做匀速直线运动。已知两极板间的电压为U，距离为d，进入电场中某油滴的质量为m，重力加速度为g。则两极板间的电场强度大小为_________，喷入容器里油滴的带电量大小q =__________。
（2）重复对更多油滴进行实验，发现油滴的带电量都是某最小固定值的整数倍，下列测得的油滴电荷量符合实验事实的是（ ）
A. 1.6×10−20CB. 1.12×10−18CC. 5.92×10−17CD. 5.58×10−16C
（3）根据油滴实验原理，某同学设计了如图所示的电路，通过移动滑动变阻器R2的滑片改变极板间电压。已知两极板相距d=0.05m，电源电动势E=10V，内阻r=2Ω，保护电阻R1=18Ω，R2的最大阻值为20Ω。将滑动变阻器的滑片置于中间位置，闭合电键S1和S2。稳定后，一油滴从小孔处由静止开始进入电场，已知油滴质量m=8.0×10−12kg，电量为q=−4.0×10−13C，则该油滴
Ⅰ计算：
①下降时加速度大小_______；
②到达下极板时的速度大小_______。（保留三位有效数字）
Ⅱ.上述油滴在运动过程中，
①若突然断开电键S2，则两极板间电压将_______（填“增加”、“不变”或“减小”）；
②如果保持S2闭合，突然断开电键S1，则油滴的加速度a变化情况可能正确的是（ ）（该变化过程中油滴没有碰到下极板）
A. B. C. D.
5. 磁场及其应用
磁场作为一种物质的存在形态，广泛存在于宇宙甚至生物体内，人类生活中处处可以遇到磁场，随着科学的发展，磁技术已经渗透到了我们日常生活和工农业生产技术的各个方面。请完成下列问题：
（1）如图为用电流天平原理测磁场的示意图，等臂天平左端挂有长方形线圈abcd共 10匝。线圈底边bc水平，长为8cm，磁场方向垂直线圈平面向外。首先让线框内通入0.5A的电流，并在天平右侧加上砝码，使天平平衡。保持电流大小不变，改变电流方向，右盘中减少了40g砝码后，天平再次平衡。则第一次平衡时bc边上的电流方向是______（“向左”或者“向右”），磁感应强度大小B =______T。（g = 9.8 m/s2）
（2）利用霍尔原理可以制作磁传感器。如图为某霍尔元件测量原理示意图。将一块边长为L厚度为d的正方形半导体薄片放在匀强磁场中，磁场方向垂直于薄片向下，a、b和M、N为相互两两正对的四个电极。在a、b间通入图示恒定电流，则薄片内电量为e 的自由电子在洛伦兹力的作用下，将在两侧形成电荷堆积。稳定后在M、N两极形成电势差U。
Ⅰ.在M、N两极电势较高的是______极；
Ⅱ.计算：若a、b间通入的电流强度为I，半导体单位体积内的自由电子数为n。求
①自由电子移动的平均速率v= ______；
②磁感强度B 的大小______。
（3）如图所示是一个简易交流发电机原理图。手摇转盘，通过皮带传动带动转轴转动（皮带不打滑），矩形线圈abcd垂直于纸面处于水平方向匀强磁场中，且与转轴同轴转动。线圈在匀速转动时输出周期T = 0.2s，电动势最大值的正弦交流电。已知转盘和转轴的半径之比n = 10:1，线圈内阻r =2Ω。
Ⅰ.手摇转盘的角速度ω =______rad/s。当线圈平面转到图示的中性面位置时，线圈内的磁通量最______，磁通量变化率最______（填“大”或“小”）；
Ⅱ.从线圈处于图示位置开始计时，且该时刻的电流方向规定为正方向。
①判断磁场方向______（“向左”或“向右”）。
②该电动势e 随时间变化的图像可能正确的是（ ）
A.B.
C.D.
③计算：在输出端接入一个R=18Ω的电阻，手摇转盘10圈时间内，发电机的输出功为多少______？
2024学年第一学期期末学业质量调研
高三物理
考生注意：
1．试卷满分100分，考试时间60分钟。
2．本考试分设试卷和答题纸。作答必须写在答题纸上，在试卷上作答一律不得分。
3．标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。标注“计算”、“ 简答”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，需给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
1. 篮球运动
篮球运动作为一个常规球类运动在学校普遍受到学生的喜爱。一个标准合格的篮球质量为 m。请完成下列问题：
（1）小明同学将篮球以速度 v1 从离地高度为 h1 处投出。篮球以速度 v2 进入离地高度为 h2 篮筐，如图所示。运动过程中篮球离地最大高度为 H。空气阻力不能忽略。
①篮球从出手到进入篮筐过程中，损失的机械能（ ）
A.mgH – mgh2 B.mgh1 – mgh2
C.mgH – mgh2 − mv22 D.
②篮球从最高点沿着弧线下降过程中，请在图中分别画出篮球速度v的方向和所受合外力F的方向_______。
（2）一篮球以水平初速度v0抛出（不考虑篮球的自转和空气阻力），分别测得0.2s末、0.4s末和0.6 s末的速度矢量v1、v2和v3，并在方格纸内画出了如图所示的速度矢量图，重力加速度g = 10 m/s2。则v0 = _______m/s，0.6s内篮球的位移s =_______m。
（3）将篮球从离地H高度处由静止开始下落，经过一次与地面的碰撞后，竖直反弹至最高处h =H。若篮球和地面碰撞没有能量损失，运动过程中空气阻力保持不变。
①空气阻力和重力之比等于________。如果让篮球连续不断的上下弹跳，最后会停止在地面，则篮球通过的总路程s =_______。
②计算：当篮球反弹至最高处h时，运动员对篮球施加一个竖直向下的冲量I，使得篮球与地面再次碰撞后恰好反弹至原来的h高度处。求I的大小________。
【答案】（1） ①. D ②.
（2） ①. 4 ②. 3
（3） ①. ②. 7H ③.
【解析】
【小问1详解】
①[1]篮球从出手到进入篮筐过程中，损失的机械能
故选D。
②[2]篮球从最高点沿着弧线下降过程中，篮球速度 v 的方向为轨迹上切线方向，所受合外力F的方向指向轨迹凹的一侧，如图所示
【小问2详解】
[1]0.2s末篮球竖直速度为
由速度矢量图可得
解得
[2]0.6s内篮球的位移
其中
，
联立，解得
【小问3详解】
①[1]依题意篮球运动过程，由动能定理可得
解得
[2]如果让篮球连续不断的上下弹跳，最后会停止在地面，则篮球通过的总路程满足
解得
②[3根据动量定理，可得
I = mv – 0
则动能
根据动能定理
解得
2. 神舟十九号
2024年10月30日4时27分，神舟十九号载人飞船搭载三名航天员，由长征二号F遥十九火箭从我国酒泉卫星发射中心发射升空，并于10分钟后飞船与火箭成功分离，进入预定轨道。约6.5小时后对接于天和核心舱前端口。请完成下列问题：
（1）（多选）核心舱和地面间使用无线电波联系，核心舱内宇航员之间使用声波交流。无线电波和声波的特点（ ）
A. 都不需要介质传播B. 都属于电磁波
C. 都能传递能量和信息D. 都能发生干涉和衍射
（2）航天员乘组随火箭加速上升过程中，处于超重状态。
①他们受到地球的引力逐渐_______（选填“变大”、“不变”或“变小”）。
②在进入核心舱后几乎处于完全失重状态，则他们（ ）
A.受地球引力，无加速度 B.受地球引力，有加速度
C.无地球引力，无加速度 D.无地球引力，有加速度
（3）以地面为参照系，宇航员在地面上的质量为m0，在核心舱内的质量为m，已知核心舱相对地面的飞行速度为v，如果只考虑狭义相对论效应，则m和m0 的关系正确的是（ ）
A. B.
C. D.
（4）空间站窗外射进一束阳光，照射到一空心水晶球上。航天员发现水晶球特别明亮，这是光在水晶球内部空气表面发生了全反射现象，如图所示。如果水晶折射的临界角为C。
①则水晶的折射率n =_____________。
②图中发生全反射入射光线与反射光线间夹角θ大小一定（ ）
A.等于C B.等于2C
C.小于2C D.大于等于2C
（5）计算：空间站的运动可以看作为围绕地球的匀速圆周运动。若地球表面重力加速度g=9.8m/s2，地球半径R=6400km，空间站轨道离地高度h=400km。
①求空间站运动的速度v；（保留三位有效数字）
②简要说明：空间站的速度为什么小于第一宇宙速度？
【答案】（1）CD （2） ①. 变小 ②. B （3）D
（4） ①. ②. D
（5）①7.68×103 m/s；②见解析
【解析】
【小问1详解】
AB．无线电波属于电磁波，不需要介质传播；声波属于机械波，需要介质传播；故AB错误；
CD．根据波的特性可知，无线电波和声波都能传递能量和信息，都能发生干涉和衍射，故CD正确。
故选CD。
【小问2详解】
①[1]航天员乘组随火箭加速上升过程中，与地球的距离越来越大，根据
可知他们受到地球的引力逐渐变小。
②[2]在进入核心舱后几乎处于完全失重状态，则他们受地球引力，加速度等于所在轨道的重力加速度。
故选B。
【小问3详解】
如果只考虑狭义相对论效应，则有
故选D。
【小问4详解】
①[1] 水晶折射的临界角为C，根据
可知水晶的折射率为
②[1]图中发生全反射的入射光线的入射角一定大于等于C，则图中发生全反射的入射光线与反射光线间夹角θ大小一定大于等于2C。
故选D。
【小问5详解】
①设地球质量为M，物体质量为m1，则在地面上有
可得
设空间站质量为m2，由万有引力提供向心力可得
联立解得空间站运动的速度为
②第一宇宙速度等于卫星在地球表面轨道绕地球做匀速圆周运动的线速度，则有
可得第一宇宙速度为
则有
3. 汽车安全气囊
汽车安全气囊的组成主要包括传感器、控制器、气体发生器和气袋等部件。其中传感器的作用是在车辆发生猛烈撞击时，能迅速给控制器发出信号，让气袋充气，形成保护屏障，从而减轻司乘人员的受伤程度。根据不同的车型和安装的部位，传感器有多种模式。请完成下列问题：
（1）充气后的气袋在人体受撞击时能产生缓冲作用，其物理原理是通过增加作用时间实现（ ）
A. 减小人受到的冲力B. 减小人受到的冲量
C. 减小人的动量变化D. 减小人的能量变化
（2）如图所示是滚球碰撞传感器。正常行驶时，传感器处于一种水平状态，滚球被永磁体吸附在右侧。当碰撞强度达到一定程度时，滚球将脱离永磁体向左滚动，撞击两个触点开关，向控制器发出信号。
①当汽车在以下哪种情况下，能使滚球向左滚动（ ）
A.向右以足够大速度匀速行驶
B.向左以足够大速度匀速行驶
C.向右以足够大速度发生碰撞
D.向左以足够大速度发生碰撞
②假设滚球的质量为50g，永磁体对它的最大吸引力为6N，滚球在管道内运动时不受阻力作用。如果汽车以144km/h的速度撞到障碍物，并在0.2秒内停下。则是否会触发安全气囊？
答：________；通过计算说明理由：_________。
（3）电阻应变计式碰撞传感器内的硅膜片如图（a）所示，有四个电阻R1、R2、R3、R4，连接成图（b）所示的电路。在汽车碰撞时，传感器中的硅膜片发生扭曲变形，导致4个电阻的阻值发生变化，可检测AB间的电势差，将电信号输送给控制器。
①如果把电阻看成是一根粗细均匀的电阻丝，当碰撞后，其长度变化为原来的，电阻丝体积不变，则该电阻丝的阻值变为原来的_________。
②假设正常情况下加在电路两端的电压U=6V，R1=8Ω，R2=4Ω，R3=6Ω，测得AB两点间电压为0，则R4=________Ω。当硅膜片发生形变，电阻值发生改变后，电阻R1=9Ω，R2=6Ω，R3=8Ω，R4=4Ω，则此时A、B两点电势较高的是______点，电势差UAB=________V。
【答案】（1）A （2） ①. D ②. 会触发安全气囊 ③. 见解析
（3） ①. 1.5625 ②. 3 ③. A ④. 0.4
【解析】
【小问1详解】
根据动量定理
可知，充气后的气袋在人体受撞击时能产生缓冲作用，其物理原理是通过增加作用时间实现减小人受到的冲力。
故选A。
【小问2详解】
[1]AB．当汽车匀速行驶时，滚球受力平衡，将不能脱离永磁体向左运动，故AB错误；
CD．若汽车向右以足够大速度发生碰撞，则滚球的速度变化量较大，加速度较大，方向向左，滚球受到永磁体向左的弹力变大，则滚球不会脱离永磁体向左运动，同理当汽车向左以足够大速度发生碰撞，滚球的速度变化量较大，加速度较大，方向向右，所以滚球受到向左的弹力减小，当弹力减小到0时，滚球将脱离永磁体向左运动，故C错误，D正确。
故选D。
[2][3]根据动量定理可得
解得
由此可知，滚球将会触发安全气囊。
【小问3详解】
[1]根据电阻定律
当电阻丝的长度变为原来的，电阻丝体积不变，则横截面积变为原来的，其电阻值变为原来的；
[2]测得AB两点间电压为0，即电桥达到平衡，则应满足
代入数据解得
[3][4]根据欧姆定律可得
当硅膜片发生形变，电阻值发生改变后，R1、R3左端电势相等，二者两端的电压分别为
所以
A点电势较高。
4. 油滴实验
密立根油滴实验装置如图所示，用喷雾器向一个圆柱形容器里喷入带电的油滴。容器中有两块平行金属板组成的电容器。可以通过改变极板间的电压来控制油滴的运动，假设两极板间电场为匀强电场，忽略油滴受到的空气阻力，g取10m/s2。
请完成下列问题：
（1）油滴进入电场后向下做匀速直线运动。已知两极板间的电压为U，距离为d，进入电场中某油滴的质量为m，重力加速度为g。则两极板间的电场强度大小为_________，喷入容器里油滴的带电量大小q =__________。
（2）重复对更多油滴进行实验，发现油滴的带电量都是某最小固定值的整数倍，下列测得的油滴电荷量符合实验事实的是（ ）
A. 1.6×10−20CB. 1.12×10−18CC. 5.92×10−17CD. 5.58×10−16C
（3）根据油滴实验原理，某同学设计了如图所示的电路，通过移动滑动变阻器R2的滑片改变极板间电压。已知两极板相距d=0.05m，电源电动势E=10V，内阻r=2Ω，保护电阻R1=18Ω，R2的最大阻值为20Ω。将滑动变阻器的滑片置于中间位置，闭合电键S1和S2。稳定后，一油滴从小孔处由静止开始进入电场，已知油滴质量m=8.0×10−12kg，电量为q=−4.0×10−13C，则该油滴
Ⅰ.计算：
①下降时加速度大小_______；
②到达下极板时的速度大小_______。（保留三位有效数字）
Ⅱ.上述油滴在运动过程中，
①若突然断开电键S2，则两极板间电压将_______（填“增加”、“不变”或“减小”）；
②如果保持S2闭合，突然断开电键S1，则油滴的加速度a变化情况可能正确的是（ ）（该变化过程中油滴没有碰到下极板）
A. B. C. D.
【答案】（1） ①. ②. （2）BC
（3） ①. ②. 0.866m/s ③. 增加 ④. C
【解析】
【小问1详解】
[1]极板间的电场强度大小为
[2]油滴进入电场后向下做匀速直线运动，受力平衡，则
解得喷入容器里油滴的带电量大小
【小问2详解】
复对许多油滴进行实验之后，发现油滴电荷量皆为某最小固定值的整数倍。此最小带电量数值为，我们称之为元电荷。物体所带电量是元电荷电量的整数倍，由此可知，BC项符合题意，AD项不符合题意。
故选BC。
【小问3详解】
[1]在闭合回路中，电流为
两极板上分得的电压
两极板间电场强度
电荷受到向上的电场力和向下的重力作用，根据牛顿第二定律
解得
[2]根据运动学规律
解得到达下极板时的速度大小
[3]若突然断开电键S2，此时两极板间电压等于电源电动势，两极板间电压将增加。
[4]如果保持S2闭合，突然断开电键S1，电容器将放电，两极板间电压逐渐减小，电场强度逐渐减小，根据牛顿第二定律
可知液滴的加速度逐渐增大。
故选C。
5. 磁场及其应用
磁场作为一种物质的存在形态，广泛存在于宇宙甚至生物体内，人类生活中处处可以遇到磁场，随着科学的发展，磁技术已经渗透到了我们日常生活和工农业生产技术的各个方面。请完成下列问题：
（1）如图为用电流天平原理测磁场的示意图，等臂天平左端挂有长方形线圈abcd共 10匝。线圈底边bc水平，长为8cm，磁场方向垂直线圈平面向外。首先让线框内通入0.5A的电流，并在天平右侧加上砝码，使天平平衡。保持电流大小不变，改变电流方向，右盘中减少了40g砝码后，天平再次平衡。则第一次平衡时bc边上的电流方向是______（“向左”或者“向右”），磁感应强度大小B =______T。（g = 9.8 m/s2）
（2）利用霍尔原理可以制作磁传感器。如图为某霍尔元件测量原理示意图。将一块边长为L厚度为d的正方形半导体薄片放在匀强磁场中，磁场方向垂直于薄片向下，a、b和M、N为相互两两正对的四个电极。在a、b间通入图示恒定电流，则薄片内电量为e 的自由电子在洛伦兹力的作用下，将在两侧形成电荷堆积。稳定后在M、N两极形成电势差U。
Ⅰ.在M、N两极电势较高的是______极；
Ⅱ.计算：若a、b间通入的电流强度为I，半导体单位体积内的自由电子数为n。求
①自由电子移动平均速率v= ______；
②磁感强度B 的大小______。
（3）如图所示是一个简易交流发电机原理图。手摇转盘，通过皮带传动带动转轴转动（皮带不打滑），矩形线圈abcd垂直于纸面处于水平方向匀强磁场中，且与转轴同轴转动。线圈在匀速转动时输出周期T = 0.2s，电动势最大值的正弦交流电。已知转盘和转轴的半径之比n = 10:1，线圈内阻r =2Ω。
Ⅰ.手摇转盘的角速度ω =______rad/s。当线圈平面转到图示的中性面位置时，线圈内的磁通量最______，磁通量变化率最______（填“大”或“小”）；
Ⅱ.从线圈处于图示位置开始计时，且该时刻的电流方向规定为正方向。
①判断磁场方向______（“向左”或“向右”）。
②该电动势e 随时间变化的图像可能正确的是（ ）
A.B.
C.D.
③计算：在输出端接入一个R=18Ω的电阻，手摇转盘10圈时间内，发电机的输出功为多少______？
【答案】（1） ①. 向右 ②. 0.49
（2） ①. M ②. ③.
（3） ①. π ②. 大 ③. 小 ④. 向左 ⑤. D ⑥. 3.6J
【解析】
【小问1详解】
[1]改变电流方向后，减少右盘中砝码天平才能够平衡，表明改变电流后底边所受安培力方向向上，则改变电流方向之前底 所受安培力方向向下，根据左手定则可知，第一次平衡时bc边上的电流方向是向右；
[2]结合上述，改变电流方向之前，根据平衡条件有
改变电流方向之后，根据平衡条件有
解得
【小问2详解】
[1]电流方向向右，电子带负电，则电子定向移动方向向左，根据左手定则可知，电子在洛伦兹力作用下向N极聚集，可知，电势较高的是M极；
[2] a、b间通入的电流强度为I，根据电流的微观定义式有
其中
解得
[3]稳定时，电子所受洛伦兹力与电场力平衡，则有
结合上述解得
【小问3详解】
[1]转轴转动的角速度
转轴边缘与转盘边缘线速度大小相等，则有
其中
解得
[2][3]当线圈平面转到图示的中性面位置时，线圈内的磁通量最大，磁通量变化率最小。
[4]根据右手定则可知，磁场的方向水平向左。
[5]AB．图示计时起点的位置不是中性面，结合上述可知，计时起点的电动势不等于0，故AB错误；
CD．图示位置电动势为正值，由计时起点到 到达中性面经历时间大于四分之一个周期，到达中性面后电动势方向发生改变，故C错误，D正确。
故选D。
[6]转盘转动10圈所用时间
电动势的有效值
根据闭合电路欧姆定律有
则输出功为
W =IUt=I2Rt =3.6J