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2021-2022学年湖南省高二下学期3月大联考物理试题（Word版）
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这是一份2021-2022学年湖南省高二下学期3月大联考物理试题（Word版），共11页。试卷主要包含了本试卷主要考试内容，图为速度选择器示意图等内容，欢迎下载使用。
本试卷满分100分，考试用时75分钟。
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
4.本试卷主要考试内容：人教版选择性必修第一册，选择性必修第二册前两章。
一、选择题：本题共6小题，每小题4分，共24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。
1.在电磁学的发展过程中，许多物理学家作出了贡献，下列说法与事实不相符的是
A.法拉第首先提出了场的概念，并创造性地用“力线”形象地描述“场”
B.安培通过实验发现了通电导线周围存在磁场，首次揭示了电与磁的联系
C.法拉第发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台手摇发电机
D.洛伦兹认为安培力是带电粒子所受磁场力的宏观表现，提出了著名的洛伦兹力公式
2.如图所示，将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以大小相同的速度喷入云雾室里，观察到有两个粒子的径迹弯曲程度相同，但弯曲方向相反。已知云雾室中匀强磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是
A.粒子①受到的洛伦兹力可能指向右侧B.粒子②一定带正电
C.粒子①和②的质量一定相等D.粒子①和②的电荷量一定相等
3.一束复色光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，经折射后分成两束单色光a和b，光路如图所示，下列说法正确的是
A.该种玻璃对a光的折射率较大B.在玻璃砖中，a光的传播速度比b光大
C.逐渐增大θ角，b光先消失D.a光比b光更容易发生衍射现象
4.如图甲所示，一矩形金属线圈abcd固定于匀强磁场中，匀强磁场的方向始终垂直纸面向里，磁感应强度大小B随时间t变化的图像如图乙所示。规定向右为安培力F的正方向，则线圈的cd边受到的安培力F随时间t变化的图像为
A.B.
C.D.
5.图为速度选择器示意图。P1、P2两个极板间电压为U，距离为d。极板间有磁感应强度方向垂直于纸面向里、大小为B的匀强磁场。一束带电粒子流从S1射入，部分粒子恰能沿虚线从S2射出。不计粒子所受重力和粒子间的相互作用，下列说法正确的是
A.能从S2射出的粒子一定带正电B.能从S2射出的粒子的电荷量一定相等
C.能从S2射出的粒子的速度大小一定等于D.能从S2射出的粒子的比荷一定相等
6.如图甲所示，等边三角形金属框ACD的边长为L，单位长度的电阻为r，E为CD边的中点，三角形ADE所在区域内有磁感应强度垂直纸面向外、大小随时间变化的匀强磁场，图乙是匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的图像。下列说法正确的是
A.t0时刻，穿过金属框的磁通量为
B.5t0时刻，金属框内的感应电流由大变小
C.0～5t0时间内通过导线某横截面的电荷量为
D.5t0～8t0时间内，A、E两点的电势差的绝对值恒为
二、选择题：本题共5小题，每小题5分，共25分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7.在如图所示的电路中，灯泡A1和A2的规格相同，L为自感系数较大的线圈，其直流电阻为RL。周同学先闭合开关S，调节滑动变阻器R、R1，使A1和A2都正常发光，然后断开开关S。吴同学在周同学走后，接通该电路继续实验，就吴同学观察的实验现象，下列说法正确的是
A.闭合开关S后，灯泡A1、A2逐渐亮起来
B.闭合开关S后，灯泡A1逐渐亮起来，灯泡A2立即亮起
C.闭合开关S待电路稳定后断开开关S，灯泡A1立即熄灭，灯泡A2逐渐熄灭
D.闭合开关S待电路稳定后断开开关S，灯泡A1、A2逐渐熄灭
8.一个带电的小球在紧绷的轻绳作用下，在光滑绝缘水平面上绕着竖直方向的轴0在匀强磁场中做顺时针方向的匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示。若小球运动到A点时绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，下列说法正确的是
A.若小球带正电，小球做匀速运动的半径可能小于原绳长
B.若小球带正电，小球做匀速运动的半径可能大于原绳长
C.若小球带负电，小球做匀速运动的半径可能小于原绳长
D.若小球带负电，小球做匀速运动的半径可能等于原绳长
9.图为一列沿x轴传播的简谐横波在某时刻的波形图，该时刻质点E和质点F偏离平衡位置的位移均为1cm，从该时刻开始计时，质点E比质点F提前△t=0.5s回到平衡位置，则下列说法正确的是
A.该波沿x轴负方向传播B.该波的传播速度大小为m/s
C.质点E在波峰时，质点F的位移一定为负D.质点E和质点F在沿y轴方向上的最大距离为2cm
10.如图所示，平放在绝缘水平面的铁芯上分别绕有线圈L1、L2，每个线圈各接有两条光滑的平行金属导轨，金属棒MN、PQ均垂直于导轨放置，MN所在轨道之间有磁感应强度方向竖直向上、大小为B1的匀强磁场，PQ所在轨道之间有磁感应强度方向竖直向下、大小为B2的匀强磁场。关于金属棒MN、PQ的运动，下列说法正确的是
A.当MN在外界作用下向左加速运动时，PQ也向左加速运动
B.当MN在外界作用下向右匀速运动时，PQ也向右匀速运动
C.当MN在外界作用下向右减速运动时，PQ向右加速运动
D.当MN在外界作用下向右加速运动时，PQ也向右加速运动
11.如图所示，足够长的荧光板MN的上方分布了垂直纸面向里的匀强磁场。荧光板上P点正上方有一粒子源S，能够在纸面内不断均匀地向各个方向发射速度大小为v0、电荷量为-q（q>0）、质量为m的带负电粒子。粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径为d，P点到粒子源S的距离为d，不计粒子所受重力和粒子间的相互作用，取sin53°=0.8，cs53°=0.6。下列说法正确的是
A.打到荧光板上的粒子距离P点的最远距离为dB.粒子能打到荧光板上的区域长度为
C.粒子从出发到荧光板的最短时间为D.粒子从出发到荧光板的最长时间为
三、非选择题：共51分。
12.（6分）惠更斯在推导出单摆的周期公式后，用一个单摆测出巴黎的重力加速度，小华同学受此启发，在学习完单摆的相关知识后，他想到用单摆等器材测量出学校所在地的重力加速度。在测量过程中，他用到了以下的器材：长约1m的细绳、小钢球、铁架台、刻度尺、游标卡尺、手机秒表等。
（1）按照图甲所示装置组装好实验器材，用刻度尺测量摆线（悬点到摆球最顶端）的长度；用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图乙所示，则该摆球的直径为__________mm。
（2）关于本实验，下列说法正确的是__________。
A.摆球应选用体积较小、质量较大的小球
B.绳子的弹性越好越利于减小实验误差
C.为了便于测量周期，摆角越大越好
D.测量周期时，应从摆球到达最低点时开始计时
（3）该同学测出不同摆长L和对应的周期T，并在坐标纸上作出T2一L图线如图丙所示，接着他计算出图线的斜率k，则学校所在地的重力加速度大小g=___________（用k和π表示）。
13.（9分）章俊同学用如图甲所示的实验装置来验证动量守恒定律。实验时他先让质量为m1的入射小球A从斜槽上某一固定位置C由静止释放，小球A从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把质量为m2的被碰小球B放在水平轨道末端，仍将小球A从位置C由静止释放，小球A和B碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次，M、P、N为三个落点的平均位置，O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图乙所示。
回答下列问题：
（1）小球A的半径应___________小球B的半径，小球A的密度应___________小球B的密度。（均选填“大于”、“等于”或“小于”）
（2）用刻度尺测量出小球落点的平均位置M、P、N到O点的距离之比为1：5：6，若碰撞过程中动量守恒，则小球A与小球B的质量之比为___________，两小球发生的是___________（选填“弹性”或“非弹性”）碰撞。
（3）某实验小组设计用如图丙所示装置来研究碰撞前后动能的变化，使小球从斜槽轨道滚下打在正对的竖直墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录小球的落点。使用质量为m3的小球D和质量为m4的小球E进行实验，其他操作重复验证动量守恒定律实验时的步骤。M′、P′、N′为竖直记录纸上三个落点的平均位置，小球静止于水平轨道末端时球心在竖直记录纸上的水平投影点为O′，测得O′M′=y1，O′P′=y2、O′N′=y3，在实验误差允许范围内，若满足关系式__________（用题中涉及的物理量符号表示），则可认为碰撞前后两球的总动能相等。
14.（8分）如图所示，在倾角θ=30°的绝缘斜面上，固定着宽度d=2m的平行金属导轨，导轨所接电源的电动势E=12V、内阻r=1.0Ω。闭合开关S后，将一质量m=0.4kg、长度d=2m、电阻R0=2.0Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上，移动滑动变阻器的滑片，金属棒ab在导轨上始终静止。整个装置处于垂直于斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小B=0.5T。金属棒ab与导轨间的动摩擦因数μ=，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导轨和导线电阻不计，取重力加速度大小g=10m/s2，求：
（1）金属棒ab受到的安培力可能的最大值；
（2）滑动变阻器接入电路中的阻值可能的最大值。
15.（13分）如图所示，虚线MN为匀强电场和匀强磁场的分界线，匀强电场方向竖直向上，电场强度大小为E，边界MN与水平方向的夹角α=30°。匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里、大小未知。现将一质量为m、电荷量为-q（q>O）的带电粒子从电场中的P点由静止释放，一段时间后粒子从M点第一次进人磁场，从N点第一次离开磁场。已知P、M和M、N的距离均为d，不计粒子所受重力，电场和磁场范围足够大。
（1）求粒子第一次进人磁场时的速度大小v；
（2）求匀强磁场的磁感应强度大小B；
（3）若粒子第一次进入磁场后的某时刻，磁感应强度大小突然变为B′，但方向不变，此后粒子被束缚在该磁场中，求B′的最小值。
16.（15分）如图所示，间距L=0.4m的两条足够长的平行金属导轨右端连接有一阻值R=6Ω的定值电阻，整个装置被固定在绝缘水平面上，整个空间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.5T。质量均为m=0.2kg、电阻均为r=3Ω、长度均为L=0.4m的金属棒MN、CD垂直放在导轨上，金属棒CD与导轨间的动摩擦因数μ=0.2，现给金属棒MN施加一水平向左的作用力F，使金属棒MN从静止开始以加速度大小a=5m/s2做匀加速直线运动，当金属棒CD将要发生滑动时撤去力F。取重力加速度大小g=10m/s2，导轨的电阻不计，金属棒CD与导轨间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，金属棒MN与导轨间的摩擦力忽略不计，求：
（1）撤去力F的瞬间，通过定值电阻的电流；
（2）力F的最大功率；
（3）撤去力F后定值电阻上产生的热量。
物理参考答案
1.B 2.B 3.A 4.C 5.C 6.D 7.BD 8.AB 9.BC 10.AD 11.AC
12.（1）14.15（2分） （2）AD（2分）
（3） （2分）
13.（1）等于（1分）大于（1分）
（2）3:2（2分）弹性（2分）
（3）（其他形式的结果，合理即可给分）（3分）
14.解：（1）对金属棒受力分析可知，如果金属棒受到的摩擦力沿斜面向下且为最大值，金属棒ab受到的安培力最大，则有
FAmax=mgsinθ+f（2分）
f=μmgcsθ（1分）
解得FAmax=3.2N。（1分）
（2）当金属棒受到的摩擦力向上且为最大值时，金属棒ab受到的安培力最小，滑动变阻器接入电路中阻值最大，则有
mgsinθ=FAmin+f（1分）
根据闭合电路的欧姆定律有
（1分）
FAmin=BdI（1分）
解得Rmax=12Ω。（1分）
15.解：（1）根据动能定理可得
（2分）
解得 （2分）
（2）设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，根据几何关系有
2Rcsα=d（2分）
根据牛顿第二定律有
（1分）
解得。（2分）
（3）由题意可知，当粒子运动到Q点（Q点到MN的距离最大）时改变磁感应强度的大小，粒子运动的半径有最大值，设此后粒子做圆周运动的轨迹半径为r，根据几何关系有
2r=R+Rsinα（2分）
根据牛顿第二定律
解得 （2分）
16.解：（1）撤去力F的瞬间，对金属棒CD受力分析，根据受力平衡有
FA1=μmg（1分）
FA1=BI1L（1分）
根据电路特点有
I2R=I1r（1分）
解得I2=0.2A。（1分）
（2）撤去力F前瞬间，力F的功率最大，对此时的金属棒MN受力分析，根据牛顿第二定律有
F-FA=ma（1分）
FA=B（I1+I2）L（1分）
金属棒MN产生的感应电动势
E=BLvm（1分）
金属棒MN中的感应电流
（1分）
根据电路特点有
（1分）
撤去力F瞬间，力F的功率
P=Fvm（1分）
解得P=4.8W。（1分）
（3）设撤去力F后回路产生的总热量为Q，根据功能关系有
（1分）
根据焦耳定律和电路特点有
（2分）
解得QR=0.12J。（1分）
本试卷满分100分，考试用时75分钟。
注意事项：
1.答题前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
4.本试卷主要考试内容：人教版选择性必修第一册，选择性必修第二册前两章。
一、选择题：本题共6小题，每小题4分，共24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。
1.在电磁学的发展过程中，许多物理学家作出了贡献，下列说法与事实不相符的是
A.法拉第首先提出了场的概念，并创造性地用“力线”形象地描述“场”
B.安培通过实验发现了通电导线周围存在磁场，首次揭示了电与磁的联系
C.法拉第发现了电磁感应现象，并制造了世界上第一台手摇发电机
D.洛伦兹认为安培力是带电粒子所受磁场力的宏观表现，提出了著名的洛伦兹力公式
2.如图所示，将含有大量正、负带电粒子及不带电粒子的气体以大小相同的速度喷入云雾室里，观察到有两个粒子的径迹弯曲程度相同，但弯曲方向相反。已知云雾室中匀强磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是
A.粒子①受到的洛伦兹力可能指向右侧B.粒子②一定带正电
C.粒子①和②的质量一定相等D.粒子①和②的电荷量一定相等
3.一束复色光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，经折射后分成两束单色光a和b，光路如图所示，下列说法正确的是
A.该种玻璃对a光的折射率较大B.在玻璃砖中，a光的传播速度比b光大
C.逐渐增大θ角，b光先消失D.a光比b光更容易发生衍射现象
4.如图甲所示，一矩形金属线圈abcd固定于匀强磁场中，匀强磁场的方向始终垂直纸面向里，磁感应强度大小B随时间t变化的图像如图乙所示。规定向右为安培力F的正方向，则线圈的cd边受到的安培力F随时间t变化的图像为
A.B.
C.D.
5.图为速度选择器示意图。P1、P2两个极板间电压为U，距离为d。极板间有磁感应强度方向垂直于纸面向里、大小为B的匀强磁场。一束带电粒子流从S1射入，部分粒子恰能沿虚线从S2射出。不计粒子所受重力和粒子间的相互作用，下列说法正确的是
A.能从S2射出的粒子一定带正电B.能从S2射出的粒子的电荷量一定相等
C.能从S2射出的粒子的速度大小一定等于D.能从S2射出的粒子的比荷一定相等
6.如图甲所示，等边三角形金属框ACD的边长为L，单位长度的电阻为r，E为CD边的中点，三角形ADE所在区域内有磁感应强度垂直纸面向外、大小随时间变化的匀强磁场，图乙是匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的图像。下列说法正确的是
A.t0时刻，穿过金属框的磁通量为
B.5t0时刻，金属框内的感应电流由大变小
C.0～5t0时间内通过导线某横截面的电荷量为
D.5t0～8t0时间内，A、E两点的电势差的绝对值恒为
二、选择题：本题共5小题，每小题5分，共25分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
7.在如图所示的电路中，灯泡A1和A2的规格相同，L为自感系数较大的线圈，其直流电阻为RL。周同学先闭合开关S，调节滑动变阻器R、R1，使A1和A2都正常发光，然后断开开关S。吴同学在周同学走后，接通该电路继续实验，就吴同学观察的实验现象，下列说法正确的是
A.闭合开关S后，灯泡A1、A2逐渐亮起来
B.闭合开关S后，灯泡A1逐渐亮起来，灯泡A2立即亮起
C.闭合开关S待电路稳定后断开开关S，灯泡A1立即熄灭，灯泡A2逐渐熄灭
D.闭合开关S待电路稳定后断开开关S，灯泡A1、A2逐渐熄灭
8.一个带电的小球在紧绷的轻绳作用下，在光滑绝缘水平面上绕着竖直方向的轴0在匀强磁场中做顺时针方向的匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，其俯视图如图所示。若小球运动到A点时绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，下列说法正确的是
A.若小球带正电，小球做匀速运动的半径可能小于原绳长
B.若小球带正电，小球做匀速运动的半径可能大于原绳长
C.若小球带负电，小球做匀速运动的半径可能小于原绳长
D.若小球带负电，小球做匀速运动的半径可能等于原绳长
9.图为一列沿x轴传播的简谐横波在某时刻的波形图，该时刻质点E和质点F偏离平衡位置的位移均为1cm，从该时刻开始计时，质点E比质点F提前△t=0.5s回到平衡位置，则下列说法正确的是
A.该波沿x轴负方向传播B.该波的传播速度大小为m/s
C.质点E在波峰时，质点F的位移一定为负D.质点E和质点F在沿y轴方向上的最大距离为2cm
10.如图所示，平放在绝缘水平面的铁芯上分别绕有线圈L1、L2，每个线圈各接有两条光滑的平行金属导轨，金属棒MN、PQ均垂直于导轨放置，MN所在轨道之间有磁感应强度方向竖直向上、大小为B1的匀强磁场，PQ所在轨道之间有磁感应强度方向竖直向下、大小为B2的匀强磁场。关于金属棒MN、PQ的运动，下列说法正确的是
A.当MN在外界作用下向左加速运动时，PQ也向左加速运动
B.当MN在外界作用下向右匀速运动时，PQ也向右匀速运动
C.当MN在外界作用下向右减速运动时，PQ向右加速运动
D.当MN在外界作用下向右加速运动时，PQ也向右加速运动
11.如图所示，足够长的荧光板MN的上方分布了垂直纸面向里的匀强磁场。荧光板上P点正上方有一粒子源S，能够在纸面内不断均匀地向各个方向发射速度大小为v0、电荷量为-q（q>0）、质量为m的带负电粒子。粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径为d，P点到粒子源S的距离为d，不计粒子所受重力和粒子间的相互作用，取sin53°=0.8，cs53°=0.6。下列说法正确的是
A.打到荧光板上的粒子距离P点的最远距离为dB.粒子能打到荧光板上的区域长度为
C.粒子从出发到荧光板的最短时间为D.粒子从出发到荧光板的最长时间为
三、非选择题：共51分。
12.（6分）惠更斯在推导出单摆的周期公式后，用一个单摆测出巴黎的重力加速度，小华同学受此启发，在学习完单摆的相关知识后，他想到用单摆等器材测量出学校所在地的重力加速度。在测量过程中，他用到了以下的器材：长约1m的细绳、小钢球、铁架台、刻度尺、游标卡尺、手机秒表等。
（1）按照图甲所示装置组装好实验器材，用刻度尺测量摆线（悬点到摆球最顶端）的长度；用游标卡尺测定摆球的直径，测量结果如图乙所示，则该摆球的直径为__________mm。
（2）关于本实验，下列说法正确的是__________。
A.摆球应选用体积较小、质量较大的小球
B.绳子的弹性越好越利于减小实验误差
C.为了便于测量周期，摆角越大越好
D.测量周期时，应从摆球到达最低点时开始计时
（3）该同学测出不同摆长L和对应的周期T，并在坐标纸上作出T2一L图线如图丙所示，接着他计算出图线的斜率k，则学校所在地的重力加速度大小g=___________（用k和π表示）。
13.（9分）章俊同学用如图甲所示的实验装置来验证动量守恒定律。实验时他先让质量为m1的入射小球A从斜槽上某一固定位置C由静止释放，小球A从轨道末端水平抛出，落到位于水平地面的复写纸上，在下面的白纸上留下痕迹，重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把质量为m2的被碰小球B放在水平轨道末端，仍将小球A从位置C由静止释放，小球A和B碰撞后，分别在白纸上留下各自的落点痕迹，重复操作10次，M、P、N为三个落点的平均位置，O点是水平轨道末端在记录纸上的竖直投影点，如图乙所示。
回答下列问题：
（1）小球A的半径应___________小球B的半径，小球A的密度应___________小球B的密度。（均选填“大于”、“等于”或“小于”）
（2）用刻度尺测量出小球落点的平均位置M、P、N到O点的距离之比为1：5：6，若碰撞过程中动量守恒，则小球A与小球B的质量之比为___________，两小球发生的是___________（选填“弹性”或“非弹性”）碰撞。
（3）某实验小组设计用如图丙所示装置来研究碰撞前后动能的变化，使小球从斜槽轨道滚下打在正对的竖直墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录小球的落点。使用质量为m3的小球D和质量为m4的小球E进行实验，其他操作重复验证动量守恒定律实验时的步骤。M′、P′、N′为竖直记录纸上三个落点的平均位置，小球静止于水平轨道末端时球心在竖直记录纸上的水平投影点为O′，测得O′M′=y1，O′P′=y2、O′N′=y3，在实验误差允许范围内，若满足关系式__________（用题中涉及的物理量符号表示），则可认为碰撞前后两球的总动能相等。
14.（8分）如图所示，在倾角θ=30°的绝缘斜面上，固定着宽度d=2m的平行金属导轨，导轨所接电源的电动势E=12V、内阻r=1.0Ω。闭合开关S后，将一质量m=0.4kg、长度d=2m、电阻R0=2.0Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上，移动滑动变阻器的滑片，金属棒ab在导轨上始终静止。整个装置处于垂直于斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小B=0.5T。金属棒ab与导轨间的动摩擦因数μ=，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，导轨和导线电阻不计，取重力加速度大小g=10m/s2，求：
（1）金属棒ab受到的安培力可能的最大值；
（2）滑动变阻器接入电路中的阻值可能的最大值。
15.（13分）如图所示，虚线MN为匀强电场和匀强磁场的分界线，匀强电场方向竖直向上，电场强度大小为E，边界MN与水平方向的夹角α=30°。匀强磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里、大小未知。现将一质量为m、电荷量为-q（q>O）的带电粒子从电场中的P点由静止释放，一段时间后粒子从M点第一次进人磁场，从N点第一次离开磁场。已知P、M和M、N的距离均为d，不计粒子所受重力，电场和磁场范围足够大。
（1）求粒子第一次进人磁场时的速度大小v；
（2）求匀强磁场的磁感应强度大小B；
（3）若粒子第一次进入磁场后的某时刻，磁感应强度大小突然变为B′，但方向不变，此后粒子被束缚在该磁场中，求B′的最小值。
16.（15分）如图所示，间距L=0.4m的两条足够长的平行金属导轨右端连接有一阻值R=6Ω的定值电阻，整个装置被固定在绝缘水平面上，整个空间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.5T。质量均为m=0.2kg、电阻均为r=3Ω、长度均为L=0.4m的金属棒MN、CD垂直放在导轨上，金属棒CD与导轨间的动摩擦因数μ=0.2，现给金属棒MN施加一水平向左的作用力F，使金属棒MN从静止开始以加速度大小a=5m/s2做匀加速直线运动，当金属棒CD将要发生滑动时撤去力F。取重力加速度大小g=10m/s2，导轨的电阻不计，金属棒CD与导轨间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，金属棒MN与导轨间的摩擦力忽略不计，求：
（1）撤去力F的瞬间，通过定值电阻的电流；
（2）力F的最大功率；
（3）撤去力F后定值电阻上产生的热量。
物理参考答案
1.B 2.B 3.A 4.C 5.C 6.D 7.BD 8.AB 9.BC 10.AD 11.AC
12.（1）14.15（2分） （2）AD（2分）
（3） （2分）
13.（1）等于（1分）大于（1分）
（2）3:2（2分）弹性（2分）
（3）（其他形式的结果，合理即可给分）（3分）
14.解：（1）对金属棒受力分析可知，如果金属棒受到的摩擦力沿斜面向下且为最大值，金属棒ab受到的安培力最大，则有
FAmax=mgsinθ+f（2分）
f=μmgcsθ（1分）
解得FAmax=3.2N。（1分）
（2）当金属棒受到的摩擦力向上且为最大值时，金属棒ab受到的安培力最小，滑动变阻器接入电路中阻值最大，则有
mgsinθ=FAmin+f（1分）
根据闭合电路的欧姆定律有
（1分）
FAmin=BdI（1分）
解得Rmax=12Ω。（1分）
15.解：（1）根据动能定理可得
（2分）
解得 （2分）
（2）设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，根据几何关系有
2Rcsα=d（2分）
根据牛顿第二定律有
（1分）
解得。（2分）
（3）由题意可知，当粒子运动到Q点（Q点到MN的距离最大）时改变磁感应强度的大小，粒子运动的半径有最大值，设此后粒子做圆周运动的轨迹半径为r，根据几何关系有
2r=R+Rsinα（2分）
根据牛顿第二定律
解得 （2分）
16.解：（1）撤去力F的瞬间，对金属棒CD受力分析，根据受力平衡有
FA1=μmg（1分）
FA1=BI1L（1分）
根据电路特点有
I2R=I1r（1分）
解得I2=0.2A。（1分）
（2）撤去力F前瞬间，力F的功率最大，对此时的金属棒MN受力分析，根据牛顿第二定律有
F-FA=ma（1分）
FA=B（I1+I2）L（1分）
金属棒MN产生的感应电动势
E=BLvm（1分）
金属棒MN中的感应电流
（1分）
根据电路特点有
（1分）
撤去力F瞬间，力F的功率
P=Fvm（1分）
解得P=4.8W。（1分）
（3）设撤去力F后回路产生的总热量为Q，根据功能关系有
（1分）
根据焦耳定律和电路特点有
（2分）
解得QR=0.12J。（1分）
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