浙江省嘉兴市2026届高三物理上学期9月一模试题含解析

这是一份浙江省嘉兴市2026届高三物理上学期9月一模试题含解析，共23页。试卷主要包含了可能用到的相关公式或参数等内容，欢迎下载使用。
1．答题前，请务必将自己的姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔分别填写在答题纸规定的位置上。
2．答题时，请按照答题纸上“注意事项”的要求，在答题纸相应的位置上规范作答。在试题卷上的作答一律无效。
3．非选择题的答案必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔写在答题纸上相应区域内。作图时先使用2B铅笔，确定后必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔描黑，答案写在本试题卷上无效。
4．可能用到的相关公式或参数：无特别说明，取sin37°=0.6，cs37°=0.8，重力加速度g取10m/s2。
选择题部分
一、选择题I（本题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1. 下列单位中，电场强度的单位是（ ）
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】AB．根据电场强度的定义式，力的单位是N，电荷量的单位是C，所以电场强度的单位是，故A正确，B错误；
C．是力的单位（），不是电场强度单位，故C错误；
D．不是电场强度的单位，故D错误。
故选A。
2. 2025年7月“浙BA”在浙江全省火爆开打，如图所示为频率一定的频闪相机拍下的某运动员罚篮命中的场景，则（ ）
A. 篮球在运动过程中加速度不变
B. 研究运动员投篮动作时可将篮球视为质点
C. 篮球被投出瞬间的速度一定比入框时大
D. 图中篮球运动轨迹关于最高点对称
【答案】C
【解析】
【详解】AD．由题图篮球的轨迹可知，篮球运动过程受到一定的空气阻力作用，所以篮球在运动过程中加速度发生变化，图中篮球运动轨迹关于最高点不对称，故AD错误；
B．研究运动员投篮动作时，篮球的形状大小不能忽略不计，不可以将篮球视为质点，故B错误；
C．篮球被投出到入框，重力和空气阻力都做负功，根据动能定理可知，篮球的动能减小，则篮球被投出瞬间的速度一定比入框时大，故C正确。
故选C。
3. 如图所示，体重为61kg的体操运动员在吊环比赛中展示“水平十字支撑”动作。此时运动员双臂伸展，身体保持静止，则（ ）
A. 此时每根吊绳的拉力为305N
B. 双臂越接近水平，吊环对左臂的作用力越小
C. 吊环对左臂的作用力和左臂对吊环的作用力是一对平衡力
D. 改变该动作运动员加速上升时吊环对运动员的作用力大于重力
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据平衡条件可得绳子的拉力大于其重力的一半，故A错误；
B．“双臂越接近水平”意味着吊绳与竖直方向的夹角θ增大，则
故
则夹角θ增大，减小，T增大，故B错误；
C．吊环对左臂的作用力和左臂对吊环的作用力是一对相互作用力，故C错误；
D．运动员加速上升，根据牛顿第二定律可得吊环对运动员的作用力大于重力，加速度方向向上，故D正确。
故选D。
4. 如图所示为一带正电导体周围的电场线及等势线分布。A、B、C为电场中的三个点。则（ ）
A. 电场强度EA>EB>EC
B. 电势
C. 从A到B和从A到C，电场力对电子做功相等
D. 在A点静止释放的电子将沿其所在电场线运动到金属表面
【答案】C
【解析】
【详解】A．根据题图中等势面和电场线的疏密程度可知，A、B、C三点的场强大小关系为，故A错误；
B．由于带正电，离导体越近的等势面电势越高，所以A、B、C三点的电势关系为，故B错误；
C．根据，由于A到B的电势差等于A到C的电势差，所以从A到B和从A到C，电场力对电子做功相等，故C正确；
D．由于A点所在电场线不是直线，所以在A点静止释放的电子不会沿其所在电场线运动到金属表面，故D错误。
故选C。
5. 在地面上一小球以初速度3m/s竖直上抛，落地速度为2.6m/s。若小球运动过程中受到的空气阻力与速率成正比，则小球在空中运动的时间为（ ）
A. 0.60sB. 0.56sC. 0.52sD. 0.50s
【答案】B
【解析】
【详解】由题意，取竖直向下为正方向，对小球利用动量定理有
由于
可得，故选B。
6. 哈雷彗星围绕太阳运动的轨迹是一个非常扁的椭圆，在近日点与太阳中心的距离为r1，在远日点与太阳中心的距离为r2，若地球围绕太阳的公转轨道可视为半径为r的圆轨道，地球的公转周期为T0，则（ ）
A. 哈雷彗星的质量为
B. 哈雷彗星在近日点与远日点的加速度大小之比为
C. 无法得到哈雷彗星在近日点和远日点的速度大小之比
D. 哈雷彗星的公转周期
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据题中条件无法求解哈雷彗星的质量，A错误；
B．根据
可得
哈雷彗星在近日点与远日点的加速度大小之比为，B正确；
C．根据开普勒第二定律，则
可得哈雷彗星在近日点和远日点的速度大小之比，C错误；
D．根据开普勒第三定律
可得哈雷彗星的公转周期，D错误。
故选B。
7. 有关下列四幅图的描述，正确的是（ ）
A. 甲图中粒子从左侧射入时，只有带正电的粒子才可能沿直线射出
B. 乙图中上极板A带正电
C. 丙图中仅增大励磁线圈电流，电子的运动半径将增大
D. 丁图中用同一回旋加速器分别加速核和核，出射核能量大
【答案】D
【解析】
【详解】A．甲图中，带负电的粒子从左侧进入后受到向下的洛伦兹西以及向上的电场力，当两力等大时，带负电的粒子沿直线射出，A错误；
B．乙图中，带正电的粒子受到向下的洛伦兹力而打到B板，故下极板B带正电，B错误；
C．丙图中仅增大励磁线圈电流，则磁场磁感应强度增大，由洛伦兹力提供向心力有
可知带电粒子在磁场中的轨迹半径为
可见丙图中仅增大励磁线圈电流，则磁场的磁感应强度增大，粒子轨迹半径减小，C错误；
D．在回旋加速器中当粒子轨迹半径等于回旋加速器半径时，粒子离开，由洛伦兹力提供向心力有
可知出射时粒子的能量为
故出射的核能量大，D正确。
故选D。
8. 如图所示，质量均为1kg的木块A和B，并排放在光滑水平面上，B上固定一竖直轻杆，轻杆上端的O点系一长为0.6m的细线，细线另一端系一质量为0.5kg的球C。现将球C拉起使细线水平伸直，并静止释放球C后，则（ ）
A. 由A、B、C组成的系统动量守恒
B. B的速度不可能变为0
C. A对B的作用力一直增大
D. A、B刚分离时A的速度为
【答案】D
【解析】
【详解】A．由A、B、C组成的系统水平方向动量守恒，A错误；
B．小球C向下摆动时，AB向左运动，当C到最低点时，AB开始分离，因A的动量向左，则此后BC的水平总动量向右，则当最终BC共速时，共同速度一定向右，则B的速度先向左后向右，中间某时刻的速度一定为零，B错误；
C．因当C到最低点时，AB开始分离，此时AB之间的作用力为零，可知A对B的作用力不是一直增大，C错误；
D．当C到最低点时，AB开始分离，则由水平动量守恒
由能量关系
解得A、B刚分离时A的速度为，D正确。
故选D。
9. 如图甲所示为某同学设计的全波整流电路图，其中B为理想变压器，a、b分别为副线圈的上下两端口，两只相同二极管的负极都通过负载电阻R与变压器副线圈抽头连接，a与b间的匝数比为2：1，当a间电压ua随时间变化为图乙所示时，b间电压ub和cd间电压ucd随时间变化图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】AB．根据二极管的单向导电性，结合电路可知，在时间内Ua为正，最大值为2U，则Ub也为正，因a与b间的匝数比为2：1，可知Ub最大值为U；AB错误；
CD．在时间内，二极管D1导通，D2截止，则Ucd为正，最大值为2U；在时间内，二极管D1截止，D2导通，则Ucd也为正，最大值为U；则C正确，D错误。
故选C。
10. 如图所示为某一光学元件部分结构示意图，玻璃件1和2之间的间隙距离d=0.2mm，玻璃件1中心位置O点处的样品等效为点光源，玻璃件1和2的厚度h均为2.0mm。为避免O点发出的光在玻璃件1上表面发生全反射，可在间隙间滴入某一透明油滴填充满，已知两玻璃件的折射率均为1.5，不考虑光在玻璃件中多次反射，取真空中光速，π取3.14，则（ ）
A. 油滴的折射率可小于1.5
B. 只要油滴的折射率大于1.5，从O点正上方观察到的像比实际位置高
C. 未填充油滴时，O点发出的光在玻璃件1上表面透光面积为1.5×10-5m2
D. 填充折射率为1.5的油滴后，光从O点传播到玻璃件2的最短时间比未填充时要长3.3×10-12s
【答案】B
【解析】
【详解】A．由于发生全反射时，首先要满足从光密介质进入到光疏介质，因此要使光在玻璃件1上表面界面不发生全反射，油滴的折射率必须大于玻璃件1的折射率，即油滴的折射率应大于1.5，故A错误；
B．只要油滴的折射率大于1.5，则光从玻璃件1进入到油滴中时，折射角小于入射角，此时逆着折射光线看上去，O点的位置比其实际位置要高些，故B正确；
C．光线在玻璃件1中发生全反射的临界角
设未填充滴油时，O点发出的光在玻璃件1上表面透光圆的半径为r，由几何关系
联立解得
故未填充油滴时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积为，故C错误；
D．当光从O点垂直于盖玻片的上表面入射时，传播的时间最短，则未滴油滴时，光从O点传播到玻璃件2的最短时间为
填充油滴后，光从O点传播到玻璃件2的最短时间为
填充油滴后，光从O点传播到玻璃件2的最短时间比未填充时要长的时间为，故D错误。
故选B。
二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题4分，共12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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
11. 处在同一激发态的原子跃迁到Ⅰ态和Ⅱ态时产生了a、b两束光，分别用a、b两束单色光照射同一光电管阴极时，均发生了光电效应，且两束光照射时对应的遏止电压，则（ ）
A. a、b两束光的光子动量
B. 原子在Ⅰ态和Ⅱ态的能量
C. 这两束光入射同一双缝干涉装置，相邻亮纹的间距
D. 若，则a、b两束光光子能量满足
【答案】AC
【解析】
【详解】A．根据光电效应方程有
由于同一光电管阴极的逸出功相同，由可知，a、b两束光的频率大小关系为。所以a、b两束光的波长大小关系为。由可得a、b两束光的光子动量大小为，故A正确；
B．原子从同一激发态跃迁到Ⅰ态和Ⅱ态，释放的光子能量等于两能级的能量差，即
由可知，说明跃迁到Ⅰ态时释放的能量更少，因此Ⅰ态能量更高，即原子在Ⅰ态和Ⅱ态的能量为，故B错误；
C．双缝干涉相邻亮纹间距公式为
由于a、b两束光的波长大小关系为，所以这两束光入射同一双缝干涉装置时，相邻亮纹的间距为，故C正确；
D．由光电效应方程
可得光子的能量为
则有光子的能量为
若，则光子的能量为，故D错误。
故选AC。
12. 如图所示，两列简谐横波在同一介质中传播，振幅都是5cm。实线波沿x轴正方向传播，波的频率为10Hz，波源位于x=0处；虚线波沿x轴负方向传播。图示时刻实线波刚好传到x=12m处，虚线波刚好传到x=0处，则（ ）
A. 虚线波的传播速度大小为40m/s
B. 分别遇到5m宽的障碍物时，实线波较虚线波衍射现象明显
C. 平衡位置在x=6m处的质点振动始终加强
D. 从图示时刻起再经过0.675s，x=6m处的质点在y=-5cm处
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．由图可知实线波的波长，其传播速度
两列简谐横波在同一介质中传播，传播速度相同，虚线波的传播速度大小也为40m/s，故A正确；
B．由图可知实线波的波长大于虚线波的波长，故实线波比虚线波更容易发生明显衍射现象，故B正确；
C．由可知：两列波波速相同，但波长不同，故频率不同无法发生干涉现象，不存在振动加强区的说法，故C错误；
D．实线波的周期为
则虚线波波长，周期为
由同侧法可知，在图示时刻起x=6m质点处实线波和虚线波都向上振动，
实线波经过0.675s即，质点处于负向最大振幅处，
虚线波经过0.675s即，质点回到平衡位置，
叠加后可得，x=6m质点处负向最大振幅即y=-5cm处，故D正确。
故选ABD。
13. 如图所示，在半径为R的圆柱形区域内，有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度随时间均匀增强，变化率为。现将一根长为2R的细导体棒ab按图示位置放置，a、c两点在磁场边界上，b在磁场外，其中c为ab的中点，则（ ）
A. 该磁场不会向外辐射电磁波
B. a、c两点感生电场的电场强度相同
C. ac的电动势
D. ab的电动势
【答案】AD
【解析】
【详解】A．磁感应强度随时间均匀变化，感生稳定的电场，该磁场不会向外辐射电磁波，故A正确；
B．磁感应强度随时间均匀增强，电场线为逆时针方向的同心圆，a、c两点感生电场的电场强度方向不同，故B错误；
C．连接Oa和Oc，Oac构成等边三角形，电场线垂直于Oa和Oc，电子不发生定向移动，由法拉第电磁感应定律可得ac的电动势，故C错误；
D．连接Ob，三角形Oab中，Ob和Oc所围磁场区域为圆心角30°的扇形，根据法拉第电磁感应定律可得，故D正确。
故选AD。
非选择题部分
三、非选择题（本题共5小题，共58分）
14. 某实验小组利用图1所示装置完成“探究加速度与力、质量的关系”实验。
（1）
图2所示是实验中打下的一条纸带，在其上取连续的0~6七个计数点（相邻两计数点间均有4个点未标出），已知交流电的频率为50Hz，则计数点3对应的读数为_________cm；小车的加速度大小为___________m/s2（保留两位有效数字）。
（2）下列说法正确的是___________。
A. 实验中打点计时器应该选用8V直流电源
B. 连接槽码和小车的细线与轨道必须平行
C. 实验前平衡摩擦力时小车需要连上槽码和纸带
（3）利用如图3所示装置改进实验，关于改进后的方案，下列说法正确的是___________。
A. 不用再平衡摩擦力
B. 槽码质量不必远小于小车质量
C 可用槽码总重力代替小车牵引力
D. 不断增加槽码质量，小车加速度可能大于重力加速度
【答案】（1） ①. 7.45##7.46##7.47##7.47##7.48##7.49##7.50##7.51##7.52 ②. 0.48##0.49##0.50##0.51 （2）B （3）BD
【解析】
【小问1详解】
[1]由图2可知，刻度尺的分度值为1mm，计数点对应的读数为7.50cm。
[2]相邻两计数点间的时间间隔
由图2可得，，，，，
根据逐差法
代入数据可得
【小问2详解】
A．打点计时器需要使用交流电源，不能用直流电源，故A错误；
B．连接槽码和小车的细线与轨道必须平行，这样才能保证小车受到的拉力等于细线的拉力，故B正确；
C．实验前平衡摩擦力时，小车不需要连槽码，只需要连纸带，故C错误。
故选B。
【小问3详解】
A．改进后，仍需平衡摩擦力，这样小车所受到的拉力才等于小车所受合外力，故A错误；
B．因为有力传感器可以直接测出拉力，所以槽码质量不必远小于小车质量，故B正确；
C．此时小车的牵引力由力传感器测出，不是槽码总重力，故C错误；
D．根据动滑轮的性质，同一时间段内小车的位移大小是槽码的两倍，两者初速度都为零，根据可知，小车的加速度大小是槽码的两倍，所以档不断增加槽码质量，小车加速度可能大于重力加速度，故D正确。
故选BD。
15. 在“练习使用多用电表”实验中，某同学查询到某一型号多用电表的内部电路示意图如图所示：
（1）图中“”六个挡位可用于测电阻的是__________。
（2）下列说法正确的是_______。
A. B表笔是红表笔
B. 选择“5”挡位时为小量程电压表
C. 选择“2”挡位时为大量程电流表
D. 使用欧姆表时其不同挡位内阻不同
【答案】（1）3和4 （2）BD
【解析】
【小问1详解】
图中3和4两个挡位时，其内部存有电源，可知这两个挡位是欧姆挡，用于测电阻。
【小问2详解】
A．根据欧姆表中电源的正负极，电流从A表笔流入多用电表，所以A表笔为红表笔，故A项错误；
B．当开关与5连接时，分压电阻的阻值比开关与6连接时要小，所以是量程较小的电压表，故B项正确；
C．当开关与2连接时，分流电阻的阻值比开关与1连接时要大，所以是量程较小的电流表，故C项错误；
D．欧姆表不同挡位，其挡位内的电阻不同，故D项正确。
故选BD。
16. 某兴趣小组对“2B”、“2H”两种不同型号的笔芯电阻率进行测量，设计了如图1所示电路（电压表右端尚未接入电路）。实验器材有：电源E（0~6V），滑动变阻器R（0~10Ω，额定电流2A），电压表（3V，内阻3kΩ），电流表（3A，内阻未知），待测笔芯Rx（“2B”，“2H”两种型号），螺旋测微器，开关、导线若干。
（1）使用螺旋测微器测量笔芯直径，某次测量如图2所示，该读数为__________。
（2）调节滑动变阻器滑片到合适位置，闭合开关S，电压表右端先后连接“1”、“2”端点后，观察到电压表示数变化比电流表变化更明显，则测量笔芯电阻时电压表右端应连接__________点（选填“1”或“2”）。
（3）实验室选用的两种笔芯长度和直径均相同，正确连接电路后，测得两种型号笔芯的I-U图像如图3所示，则“2B”型号笔芯的电阻R2B=__________（保留三位有效数字）；则导电性能“2B”笔芯__________（选填“优于”或“劣于”）“2H”笔芯。
【答案】（1）2.288mm-2.292mm
（2）1 （3） ①. 1.93~1.98 ②. 优于
【解析】
【小问1详解】
螺旋测微器的读数为2mm+29.0×0.01mm=2.290mm；
【小问2详解】
观察到电压表示数变化比电流表变化更明显，说明电流表分压效果强，为减小误差，电压表右端应连接“1”点；
【小问3详解】
[1]由图3可得电阻；
[2]I-U图像某点与原点连线的斜率倒数等于该点的电阻大小，由图可知2B笔芯对应的图线斜率大，电阻小，故导电性能“2B”笔芯优于“2H”笔芯。
17. 如图所示为一形状不规则但导热良好的容器，为了测量该容器的容积，某兴趣小组在其开口处连接一根两端开口的竖直玻璃管，密封好接口，用一惰性气体充满容器，并用质量的活塞封闭内部气体。已知玻璃管内壁光滑，半径。当环境温度时，玻璃管内气柱长度。环境温度缓慢升高到310K时，气柱长度增至70cm。已知大气压强恒定，，取3，求：
（1）温度变化过程中容器中气体对外界做的功W；
（2）温度变化过程中容器中气体________（选填“吸热”或“放热”），容器中气体分子平均速率 ________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；
（3）容器的容积V（保留三位有效数字）。
【答案】（1）5.1J
（2） ①. 吸热 ②. 增大
（3）1.34L
【解析】
【小问1详解】
根据，，
可得
【小问2详解】
[1][2]温度升高内能增大，容器中气体分子平均速率增大，且，体积增加气体对外界做功，则，根据热力学第一定律可得
可知，故温度变化过程中容器中气体吸热；
【小问3详解】
气体等压变化，则
解得
18. 如图所示，BC为一水平传送带，C点右侧连接一光滑水平台面，水平台面上放置有质量、半径的四分之一光滑圆弧形滑块C'D（图示位置C'与C重合）。传送带左下方地面上固定着一倾角为53°的光滑斜面，斜面上安装一弹射装置。质量的小物块（可视为质点）被弹射后沿斜面从A点冲出，并恰能水平切入到传送带B点，且滑至传送带末端C点时速度恰好为0。已知BC长度，AB高度差，传送带以的速度逆时针转动。
（1）求小物块到达B点时速度大小及物块与传送带间的动摩擦因数；
（2）保持弹射速度不变，改变传送带旋转方向和速度：
①若物块恰好可以滑至弧形滑块D点，求传送带顺时针转动速度v2的大小和此过程摩擦力对小物块做的功；
②求物块滑出D点后能到达离水平台面的最大高度H；
③满足②的情形下，物块到达最高点后能否重新返回点？若能重新返回点，求返回点时受到的支持力FN；如不能重新返回点，求它落到水平台面时与弧形滑块点的水平距离x。
【答案】（1），0.45
（2）①，；②0.81m；③能，
【解析】
【小问1详解】
滑块从A点斜抛到B点为平抛逆过程，则
解得
故，
根据，
得
【小问2详解】
①设滑块到达C点时速度为 ，到达D点时两物体共速速度为，则，
得
因，传送带顺时针转动，所以
由
得
②设滑块在传送带上一直加速时到达 C 的速度为 vC2， 到 D 上方最高点时速度为vD2，由
得
由，
得
③若能重新返回点，若碰撞前后相对速度大小不变，则
故
19. 如图所示，在x轴上方存在一垂直xOy平面向外的匀强磁场（未画出）。x轴下方有一个半径为R的圆形磁场区域，其圆心为y轴上的A点，边界过坐标原点O，磁感应强度大小为B，方向垂直xOy平面向里。位于x轴负半轴的一绝缘板（厚度可忽略）CD中心有一小孔，孔径大小可以调整，小孔左端P点横坐标恒为。位于圆形磁场右侧有一个粒子发射装置S可以发射一束在y轴方向均匀分布、速率相同并且平行于x方向的带负电粒子流，粒子的质量为m，电荷量为，粒子束的宽度为2R。处于装置中央的粒子速度方向对准A点，且经过图示磁场区域后刚好从坐标原点射出并从P点射入第三象限。粒子的重力及相互作用忽略不计。求：
（1）该粒子流的速度；
（2）距离x轴0.5R的粒子，第一次经过x轴时与y轴正方向的夹角；
（3）若粒子束有一半能从板上的小孔通过，求小孔的宽度；
（4）在第（3）问的小孔宽度下，使x轴上方磁场的磁感应强度变为原来的k倍，求通过小孔的粒子所占比例。
【答案】（1）
（2）
（3）
（4）当时，比例为0；当时，比例为；当时，比例为
【解析】
【小问1详解】
由题可知粒子速度方向对准A点时有
洛伦兹力提供向心力
解得
【小问2详解】
如图所示，由几何规律可知，圆形磁场边界，出射速度与磁场区域半径的夹角等于入射速度与磁场区域半径的夹角
入射时
解得
【小问3详解】
设粒子从O点进入第二象限后，经磁场偏转再次经过x轴时所在位置离O点距离为x，根据洛伦兹力提供向心力可知
其中由（1）可知，粒子速度方向对准A点时，刚好从坐标原点射出并从P点射入第三象限，所以粒子在x轴上方磁场区域圆周运动的半径
又因为
所以粒子从O点入射时，y方向速度越大，偏转位移x越大，由于初始粒子沿y轴方向均匀分布，粒子束有一半能从板上的小孔通过，也即距离x轴的粒子均能从小孔通过，其中距离x轴0.5R时，也即的粒子刚好击中孔的右边界，此时
故小孔宽度为
【小问4详解】
由（3）可知，k越大，x越小，对此分为如下三种情况：
（i）当从O点沿y轴正向入射时（x最大），若击中小孔的右边界，则无粒子能通过小孔，则有
解得
所以当时，粒子所占比例
（ii）若偏转位移最大的粒子能通过小孔，即
解得
此时击中小孔右边界的粒子从O点入射时，其与y轴的夹角为，满足关系
解得
而粒子偏转角度越小越容易打中小孔（越靠近A点所在水平方向上），故粒子所占比例
（iii）若，则偏转位移最大的粒子击在P点左侧，能通过小孔则击中小孔左边界的粒子从O点入射时，其与y轴的夹角为，满足关系
解得
同时还要满足粒子偏转距离x大于小孔右边界，故粒子所占比例为
20. 如图所示，AB、CD是固定在水平桌面上，相距的光滑平行金属导轨（足够长），导轨间存在着竖直向下的磁感应强度为的匀强磁场。AC间串接一阻值的定值电阻，质量分别为，的两导体棒a、b垂直导轨放置，其长度比导轨间距略大，其中a棒阻值，b棒为超导材料。以a棒初始所在位置为坐标原点O，水平向右为正方向建立x轴（x轴平行于两金属导轨），b棒初始所在位置坐标。在两导轨间x轴坐标处存在一个弹性装置，金属棒与弹性装置碰撞会瞬间等速率回弹。现锁定b棒，闭合电键S，a棒在水平向右的恒力F作用下，以的速度向右匀速运动，当a棒即将与b棒碰撞前瞬间，b棒的锁定被解除，且同时撤去外力F。已知a、b两棒运动过程中始终与导轨垂直且接触良好，导轨电阻、接触电阻不计。求：
（1）恒力F的大小；
（2）若a、b两棒相碰后即粘合在一起，两棒最终静止时的x轴坐标？
（3）由于环境温度上升，导体棒b的超导属性消失，电阻变为，将恒力F变为，使a棒仍以的速度向右匀速运动。在碰撞前一瞬间，将开关S断开并给b棒一个向左的初速度2m/s，a棒与b棒发生弹性碰撞，则最终a、b两棒的速度大小各为多少？从a、b两棒发生弹性碰撞至最终稳定的过程中，导体棒b上产生的焦耳热？
【答案】（1）1N （2）0.6m
（3）2m/s，方向向左，2m/s，方向向左，
【解析】
【小问1详解】
a棒受力平衡，所以
根据电磁感应定律，a棒切割磁场产生的电流大小为
超导材料将R短路，则
联立解得
【小问2详解】
根据动量守恒，碰撞瞬间有
碰撞后，两者粘合在一起运动直至停止（包括等速率反弹后），根据动量定理有
其中，又因为
解得
说明后续两棒反弹了
故最终停在处。
【小问3详解】
以向右为正方向，发生弹性碰撞则有，
其中，
解得，
又由于两棒系统仅受等大反向的安培力作用，故系统总动量始终为0，b棒在运动至弹性装置前，两棒的速度大小始终为，通过的位移大小也始终为，即b棒撞上弹性装置前，a棒滑行了0.4m，此过程中，仍取水平向右为正方向，根据电磁感应定律，安培力大小为
根据动量定理，对a棒有
对b棒有
其中，
解得，
反弹后，导体棒b速度反向，大小不变，向左运动过程中，系统动量守恒有
解得
即两棒稳定后，最终的速度均为向左的2m/s，该过程中，根据能量守恒有
而