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2021-2022学年浙江省温州市新力量联盟高二下学期期末联考物理试题含解析
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这是一份2021-2022学年浙江省温州市新力量联盟高二下学期期末联考物理试题含解析，共32页。试卷主要包含了选择题Ⅰ，选择题Ⅱ，非选择题等内容，欢迎下载使用。
绝密★考试结束前
2021学年第二学期温州新力量联盟期末联考
高二年级物理学科 试题
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. 下列物理量是矢量，且单位用国际单位制表示正确的是（ ）
A. 电场强度N/C B. 冲量kg·m·s C. 电容F D. 磁通量Wb
【答案】A
【解析】
【详解】A．电场强度是矢量，单位用国际单位表示为N/C，A正确；
B．冲量是矢量，由动量定理可知，单位用国际单位表示为kg·m/s，B错误；
C．电容为标量，单位用国际单位表示为F，C错误；
D．磁通量为标量，单位用国际单位表示为Wb，D错误。
故选A。
2. 关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A. 气体扩散的快慢与温度无关 B. 布朗运动就是分子的无规则运动
C. 温度越高，分子热运动的平均动能越大 D. 分子间的引力总是随分子间距增大而增大
【答案】C
【解析】
【详解】A．扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，故A错误；
B．布朗运动是固体小颗粒的运动，运动的无规则性，间接反映了分子的无规则运动，故B错误；
C．温度越高，分子热运动的越剧烈，平均动能越大，故C正确；
D．分子间的引力和斥力都随分子间距增大而减小，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，甲、乙两同学在水平地面进行拔河比赛．比赛中，手与绳之间不打滑．下列表述中属于一对作用力与反作用力的是
A. 甲对绳的拉力和乙对绳的拉力
B. 甲对绳的拉力和绳对甲的拉力
C. 乙的重力和乙对地面的压力
D. 乙对地面的压力和地面对甲的支持力
【答案】B
【解析】
【分析】作用力和反作用力一定是两个物体之间的相互作用力，并且大小相等，方向相反，同时产生同时消失，而平衡力不会同时产生和消失．
【详解】甲对绳的拉力和乙对绳的拉力作用在同一个物体上，并且大小相等，方向相反，是一对平衡力，故A错误；甲对绳的拉力和绳对甲的拉力是两个物体之间的相互作用力，并且大小相等，方向相反，是一对作用力与反作用力，故B正确；乙的重力和乙对地面的压力方向相同，不是一对作用力与反作用力，故C错误；乙对地面的压力和地面对甲的支持力，不是两个物体之间的相互作用力，故D错误；故选B．
4. 下列四幅图涉及不同物理知识，其中说法不正确的是（ ）
A. 图甲：爱因斯坦通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一。
B. 图乙：康普顿效应说明光子具有粒子性，光子不但具有能量，还有动量。
C. 图丙：卢瑟福研究α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。
D. 图丁：汤姆生研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流。
【答案】A
【解析】
【详解】A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A说法错误，符合题意；
B．康普顿效应、光电效应说明光具有粒子性，光子具有能量，康普顿效应还表明光子具有动量，故B说法正确，不符合题意；
C．卢瑟福研究α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故C说法正确，不符合题意；
D．汤姆生研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流，故D说法正确，不符合题意。
故选A。
5. 如图所示，一汽车在水平路面上匀速直线行驶，行车记录仪用吸盘式支架固定在倾斜的挡风玻璃上，行车记录仪和支架的重量分别为和。下列说法正确的是（ ）
A. 挡风玻璃对支架的作用力的方向垂直玻璃面向上
B. 若汽车减速，支架对行车记录仪的力大于
C. 支架对行车记录仪的力方向水平向前
D. 挡风玻璃对支架的作用力大于
【答案】B
【解析】
【详解】AD．把行车记录仪和支架看成一整体，由于车匀速行驶，挡风玻璃对支架的作用力和整体的重力平衡，故挡风玻璃对支架的作用力方向竖直向上，大小等于，AD错误；
B．若汽车减速，行车记录仪受到的合力水平向后，支架对行车记录仪的作用力竖直分力等于，水平分力产生向后的加速度，故支架对行车记录仪的作用力大于，B正确；
C．由于车匀速行驶，支架对行车记录仪的作用力与行车记录仪的重力平衡，故支架对行车记录仪的作用力方向竖直向上，C错误。
故选B。
6. 如图所示为华为5G手机无线充电的场景。5G信号使用的电磁波频率更高，每秒传送的数据更多，是4G手机的50—100倍。则（ ）
A. 5G手机信号的波长更长
B. 手机线圈与充电板线圈中电流频率不同
C. 空气中5G信号比4G信号传播速度更大
D. 5G手机信号的光子能量更大
【答案】D
【解析】
【详解】A．5G信号使用的电磁波频率更高，根据
可知，5G手机信号的波长更短，故A错误；
B．电能传输过程改变电压和电流，不改变频率，故B错误；
C．5G信号和4G信号都属于电磁波，传播速度相同，故C错误；
D．根据光子能量表达式
可知，5G手机信号的光子能量更大，故D正确。
故选D。
7. 如图所示，三根相互平行的水平长直导线通有大小相等且方向相同的电流I，其中P、Q、R为导线上三个点，三点连成的平面与导线垂直，O为PQ连线的中点，且QR＝PR。则下列判断正确的是（ ）
A. P点的磁感应强度方向竖直向下
B. R点的磁感应强度方向水平向右
C. R点与О点的磁感应强度方向相反
D. 在QP的连线上存在磁感应强度为零的位置
【答案】C
【解析】
【详解】AB．如图所示，画出三根导线的截面图，由右手螺旋定则及矢量的叠加规律可知，P点的磁感应强度方向斜向右上方，R点的磁感应强度方向水平向左，AB错误；
C．P、Q处导线在O点的磁感应强度等大、反向，故O点的磁感应强度由R处导线产生，方向水平向右，即R点与О点的磁感应强度方向相反，C正确；
D．P、Q处导线在QP的连线上的场强均在竖直方向（O点除外），而R处导线在QP的连线上的场强均不在竖直方向，故无法完全抵消，即在QP的连线上不存在磁感应强度为零的位置，D错误。
故选C。
8. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗，在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死细胞，如图所示，若质子的加速长度d，要使质子由静止被匀加速到v，已知质子的质量为m，电量为e，则下列说法不正确的是（ ）
A. 由以上信息可以推算该加速电场的电压
B. 由以上信息可以推算该加速电场的电场强度
C. 由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能增加
D. 由以上信息不可以推算质子加速后的电势能
【答案】C
【解析】
【详解】A．由动能定理可得
可以推算该加速电场的电压为
A正确，不符合题意；
B．可以推算该加速电场的电场强度为
B正确，不符合题意；
C．由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能减少，C错误，符合题意；
D．由功能关系可得，质子电势能的减少量为
但由于零势能点未指明，故不可以推算质子加速后的电势能，D正确，不符合题意。
故选C。
9. 2022年3月25日宇航员王亚平在中国空间站进行了太空授课，演示了一些完全失重的现象，图为王亚平演示太空抛物实验和液体搭桥实验。若王亚平的质量为m，用R表示地球半径，r表示飞船的轨道半径，g为地球表面的重力加速度，则下列说法正确的是（ ）
A. 王亚平受到地球的引力为
B. 王亚平水平抛出的冰墩墩将做平抛运动
C. 王亚平绕地球运动的线速度为
D. 王亚平用水在两块塑料板之间架起了一座“桥”，因为在完全失重状态下，水的表面张力变大了
【答案】A
【解析】
【详解】A．在地面时
在太空时
联立得
故A正确；
B．太空中围绕地球做匀速圆周运动时，处于完全失重状态，若忽略空气阻力，则抛出的冰墩墩将做匀速直线运动，故B错误；
C．根据
结合A选项，得
故C错误；
D．完全失重状态下不影响水表面张力，故D错误。
故选A。
10. 如图所示是一圆台形状的玻璃柱，一红色细光束a与圆台母线AB成θ＝60°入射，折射光束b与AB成β＝37°，c为反射光束，a、b、c与AB位于同一平面内，sin37°＝0.6，sin53°＝0.8。则（ ）
A. 玻璃的折射率为1.2
B. 该红光在玻璃柱内的传播速度为
C. 该红光在玻璃柱中发生全反射的临界角正弦值为0.625
D. 若换成蓝色细光束以相同的θ角入射，β角将变大
【答案】C
【解析】
【详解】A．由折射定律可得
A错误；
B．该红光在玻璃柱内的传播速度为
B错误；
C．该红光在玻璃柱中发生全反射的临界角正弦值为
C正确；
D．由于蓝光折射率比红光大，若换成蓝色细光束以相同的θ角入射，光线的偏折程度更大，故β角将变小，D错误。
故选C。
11. 一定质量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加
B. A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量
C. B→C的过程中，气体体积增大，对外做功
D. B→C的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数减少
【答案】B
【解析】
【详解】AB．由理想气体状态方程可得
即
故A→B的过程中，气体体积不变，没有对外界做功，由于气体温度升高，故内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量，A错误，B正确；
C．B→C的过程中，温度不变内能不变，随着压强增大，气体体积减小，外界对气体做功，C错误；
D．B→C的过程中，由于温度不变，分子平均动能不变，压强增大体积减小，单位体积内的分子数增多，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增多，D错误。
故选B。
12. 发电机的示意图如图所示，边长为L的正方形金属框在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动，阻值为R的电阻两端电压的最大值为。其他电阻不计。则金属框转动一周（ ）
A. 框内电流方向不变
B. 流过电阻的电流方向不变
C. 电阻两端电压的有效值为
D. 电阻产生的焦耳热
【答案】B
【解析】
【详解】A．金属框转动产生交流电，旋转一周电流方向改变两次，故A错误；
B．电阻与金属框间用换向器连接，则流过电阻的电流方向不变，故B正确；
C．电阻两端电压的有效值为
故C错误；
D．金属框转动一周,电阻产生的焦耳热为
又
联立的
故D错误。
故选B。
13. 如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 光电管阴极K金属材料逸出功为7.0eV
B. 这些氢原子跃迁时共发出5种频率的光
C. 若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
D. 氢原子跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象
【答案】D
【解析】
【详解】A．大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出的光子中，其中频率最高的光子，对应的能量为
由光电效应方程可得
由丙图可知截止电压为7V，代入数据解得阴极K金属材料的逸出功为
A错误；
B．这些氢原子跃迁时发出频率不同的光子种类数为
B错误；
C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则电子受到的电场力应向左，场强应向右，则可判断图乙中电源左侧为正极，C错误；
D．由于阴极K金属材料的逸出功为
氢原子跃迁放出的光子中，4、3、2能级跃迁至1能级的光子能量大于该逸出功，可以使阴极K发生光电效应现象，故共有3种，D正确。
故选D。
二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题2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2分，选对但不选全的得1分，有选错的得0分）
14. 钍基熔盐堆核能系统（TMSR）是第四代核能系统之一。其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来，铀的一种典型裂变产物是钡和氪。以下说法正确的是（ ）
A. β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
B. 题中铀核裂变的核反应方程为
C. 钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定
D. 在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能增大
【答案】BD
【解析】
【详解】A．β衰变所释放的电子是原子核内中子转变为质子时形成的，A错误；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知题中铀核裂变的核反应方程为
B正确；
C．钍核衰变的快慢，即半衰期的长短由原子核内部结构所决定，与其所处的化学状态和外部条件无关，C错误；
D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能增大，D正确。
故选BD。
15. 两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于和处，两列波的速度均为0.4m/s，波源的振幅均为10cm，图为t＝0时刻两列波的图像，此刻平衡位置在和的P、Q两点刚开始振动。质点R、M的平衡位置分别处于、处。经过一段时间两列波相遇，下列说法正确的是（ ）
A. 两波源的起振方向相同
B. 两列波相遇后，R的振幅20cm
C. 0~1.75s内，质点Р经过的路程为60cm
D. 0~2s内，质点M经过路程为50cm
【答案】AC
【解析】
【详解】A．P、Q两点刚开始振动的情况与波源振动情况相同，由“同侧法”可知，位于和的波源起振方向均向下，A正确；
B．由图可知，两列波的波长均为0.4m，R到两波源的距离之差为
是振动减弱的点，由于波源的振幅均为10cm，故R点保持静止，振幅为0，B错误；
C．波的周期为
位于的波源形成的波，传播到P点历时
质点每个周期的路程为4A，故质点Р在时间内经过的路程为6A，即60cm，之后由于P点到两波源的距离差等于，是振动减弱的点，P点保持静止，故0~1.75s内，质点Р经过的路程为60cm，C正确；
D．两列波传到M点历时
M到两波源的距离相等，是振动加强的点，振幅为20cm，M点振动时间1.25s，相当于，故质点M经过的路程为100cm，D错误。
故选AC。
16. 图为某电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片Р可同时接触两个触点。触片Р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。和分别是理想变压器原、副线图的匝数。该电吹风的各项参数如下表所示。下列说法正确的是（ ）
热风时输入功率
460W
冷风时输入功率
60W
小风扇额定电压
60V
正常工作时小风扇输出功率
52W
A. 当触电Р同时接触两个触点a和b，电吹风处于吹冷风状态
B. 变压器原、副线圈的匝数比
C. 小风扇的电阻是8Ω
D. 热风时，流过电热丝的电流是
【答案】BCD
【解析】
【详解】A．当触电Р同时接触两个触点a和b，电热丝与小风扇均被接通，故电吹风处于吹热风状态，A错误；
B．小风扇额定电压为60V，由变压器电压与匝数之比可得
B正确；
C．正常工作时小风扇的额定功率为60W，可得
输出功率为52W，故内阻上消耗的功率为8W，可得
联立解得小风扇的电阻为
R=8Ω
C正确；
D．由题中数据可知，吹热风时，电热丝的功率为400W，可得
解得流过电热丝的电流为
D正确。
故选BCD。
非选择题部分
三、非选择题（本题共6小题，共55分）
17. 如图是四个高中物理实验的装置图，探究过程中对于有些需要测量的物理量，实际上我们并没有直接测量，而是用其他量来替代，对于下列说法不正确的是（ ）
甲：探究加速度与力、质量的关系
乙：研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系
丙：探究向心力大小与质量、角速度和半径的关系
丁：利用平抛运动探究碰撞中的不变量
A. 甲图中需要比较两车的加速度，实际我们控制了两辆小车运动时间相同，使得两车的位移之比即加速度之比
B. 乙图中需要比较金属丝的电阻，实际上我们控制了流过金属丝的电流相同，使得各金属丝上的电压之比即电阻之比
C. 丙图中需要测量小球的角速度之比，实际上我们测量小球到中心轴的距离之比来替代角速度之比用于数据处理
D. 丁图中需要获得小球碰撞前后的初速度之比，实际我们测量平抛运动的水平位移来替代初速度用于数据处理
【答案】C
【解析】
【详解】A．由位移公式可得
甲图中需要比较两车的加速度，实际我们控制了两辆小车运动时间相同，使得两车的位移之比即加速度之比，A正确，不符合题意；
B．由欧姆定律可得
乙图中需要比较金属丝的电阻，实际上我们控制了流过金属丝的电流相同，使得各金属丝上的电压之比即电阻之比，B正确，不符合题意；
C．由圆周运动规律可得
两塔轮通过皮带传动，线速度相等，故小球的角速度与塔轮半径成反比，C错误，符合题意；
D．由平抛运动规律可得
，
即
丁图中需要获得小球碰撞前后的初速度之比，实际我们测量平抛运动的水平位移来替代初速度用于数据处理，D正确，不符合题意。
故选C。
18. 在“用单摆测定重力加速度”的实验中，实验装置如图甲所示。
①用游标卡尺测量摆球的直径，如图丙所示，摆球直径为______cm。
②下列操作正确的是____（单选）
A.摆长应为绳长和摆球直径之和
B.为使实验效果明显一点，摆球的初始摆角可以达到
C.若实验中有直径相同的铁球与木球，应选择铁球作为摆球
D.测量周期时，应从摆球经过最高点开始计时，这样摆球速度小，时间测量更精确
【答案】 ①. 1.075 ②. C
【解析】
【详解】[1]游标卡尺读数为
[2]A．摆长应为绳长和摆球半径之和，A错误；
B．初始摆角应小于5°，B错误；
C．若实验中有直径相同的铁球与木球，应选择铁球作为摆球，空气阻力影响小，C正确；
D．测量周期时，应取摆球经过最低点时的位置作为计时的始终点位置，D错误。
故选C。
19. 某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为）、一个电流表（内阻为）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘，某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
（1）将器材如图a连接。
（2）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________（选填“a”或“b”）端。
（3）改变金属夹位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据。
（4）整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为，该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________（用、、k、d、表示）
（5）为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值，小明同学利用现有的器材设计了如图（c）的实验电路图（电阻丝用电阻箱符号表示）。测量原理如下：
①将单刀双掷开关接1，读出电流表示数；
②将单刀双掷开关接2，调节电阻丝的角度，直到电流表示数为________，读出此时角度θ。
③此时，即可求得的数值。
【答案】 ①. b ②. ③. ④.
【解析】
【详解】（2）[1]开关闭合前，为确保电表等仪器安全，需使回路总电阻最大，故金属夹应夹在电阻丝的b端。
（4）[2][3]由闭合电路欧姆定律可得
整理得
对比图像可得
，
故电动势为
内阻为
（5）②[4]测量单位角度对应电阻丝的阻值的实验中，使用了等效替代法，开关从1到2过程，电流表示数均为，则两回路电阻相等，即电阻丝的阻值等于R0，进而可求得的数值。
20. 在第24届北京冬奥会后，全国范围内掀起了一股滑雪运动热潮。如图甲所示是一滑雪运动员滑雪的画面。运动示意图如图乙所示，斜坡AB的倾角为37°，运动员在斜坡A点从静止开始以的加速度，沿直线AB匀加速下滑，然后沿水平面BC匀减速滑行，直至停止。AB段和BC段平滑连接，运动员在BC段受到阻力为77N，两个过程滑行的总时间为12s，运动员和滑板整套装备总质量为70kg，不计空气阻力。求：
（1）运动员在斜坡上受到阻力大小；
（2）运动员在B点的速度大小；
（3）运动员在这两个过程中运动的总路程。
【答案】（1）35N；（2）11m/s；（3）66m
【解析】
【详解】（1）运动员在斜坡AB上滑行过程，据牛顿第二定律可得
解得运动员在斜坡上受到的阻力大小为
（2）运动员在BC段由牛顿第二定律可得
解得
两个过程滑行的总时间可表示为
解得运动员在B点的速度大小为
（3）运动员在这两个过程中运动的总路程为
21. 如图所示，一游戏装置由安装在水平台面上的高度H可调的斜轨道KA、水平直轨道AB，圆心为的竖直半圆轨道BCD、圆心为的竖直半圆管道DEF，水平直轨道FG及弹性板等组成，F、D、B在同一竖直线上，轨道各部分平滑连接，已知滑块（可视为质点）从K点静止开始下滑，滑块质量m＝0.01kg，轨道BCD的半径R＝0.8m，管道DEF的半径r＝0.1m，滑块与轨道FG间的动摩擦因数μ＝0.5，其余各部分轨道均光滑，轨道FG的长度L＝2m，H可调最大的高度是5m，滑块与弹性板作用后以等大速率弹回。
（1）若滑块第1次恰能过D点，求高度H的大小；
（2）若滑块在运动过程中不脱离轨道，求第1次经过管道DEF的最高点F时，轨道对滑块弹力的最小值；
（3）若滑块在运动过程中不脱离轨道且最终静止在轨道FG中点的右侧区域内，求可调高度H的范围。
【答案】（1）2m；（2）0.3N，方向竖直向上；（3）2.3m
【详解】（1）恰能过D点时，由牛顿第二定律可得
从释放到D点过程，据机械能守恒定律可得
解得
H=2m
（2）滑块在运动过程中不脱离轨道，则通过轨道BCD的最高点D的最小速度为
DF过程
在F点有
联立解得
，
由牛顿第三定律可知，轨道对滑块弹力的最小值为0.3N，方向竖直向上。
（3）保证不脱离轨道，滑块在F点的速度至少为
vmin=vF=2m/s
若以此速度在FG上滑行直至静止运动距离为
滑块没有越过FG的中点,滑块从最大高度释放，在FG上滑行的最大路程为xmax，则
解得
xmax=6.4m
由题意知，滑块不脱离轨道且最终静止在轨道FG中点的右侧区域，在FG上运动的路程应满足
1m
当x=5m时，可得H3=4.3m，当x=6.4m时，可得H4=5m；
因此可调高度H的范围为
2.3m
（1）金属棒a刚越过磁场左边界时，流过金属棒a的电流方向及它两端的电压大小；
（2）金属棒匀速运动前，a棒上产生的焦耳热；
（3）两金属棒匀速运动时，a、b两棒的间距是多大。
【答案】（1）流过金属棒a的电流方向由指向，；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）金属棒a到达水平部分的过程，根据机械能守恒
解得
此时的电动势为
根据右手定则，可知流过金属棒a的电流方向由指向。金属棒a两端电压为
（2）两金属棒所受安培力大小相等、方向相反，两金属棒最终以相等的速度做匀速运动，两金属棒组成的系统满足动量守恒定律，则有
解得
设总焦耳热为，根据能量守恒可得
a棒上产生的焦耳热为
（3）安培力冲量为
又
对b棒，根据动量定理可得
解得
则两金属棒匀速运动时，a、b两棒的间距为
23. 在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是一部分离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，选择出速度为v的离子，然后通过磁分析器Ⅰ，选择出特定比荷的离子，经偏转系统Ⅱ后注入水平放置的硅片上。速度选择器、磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外，速度选择器中的匀强电场方向竖直向上。磁分析器截面是矩形，矩形长为，宽为2L。其宽和长中心位置C和D处各有一个小孔，半径为的半圆形偏转系统Ⅱ内存在垂直纸面向外，磁感应强度大小可调的匀强磁场，O为半圆形偏转系统的圆心，D、O、N在一条竖直线上，FG为半圆形偏转系统的下边界，FG与硅片平行，O到硅片N的距离，不计离子重力及离子间的相互作用，求：
（1）速度选择器中的匀强电场场强E的大小；
（2）求磁分析器选择出来的离子的比荷﹔
（3）若偏转系统磁感应强度大小的取值范围，求硅片上离子注入的宽度。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）离子在速度选择器中做匀速直线运动，则
得
（2）离子在磁分析器中，由几何关系得
得
根据牛顿第二定律
联立得
（3）由几何关系可知，离子进入偏转磁场中的速度方向与DN夹角为。当
根据
得
当
同理
离子运动轨迹如图
离子在FG与硅片做匀速直线运动，由几何关系可知，硅片上离子注入的宽度为
绝密★考试结束前
2021学年第二学期温州新力量联盟期末联考
高二年级物理学科 试题
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. 下列物理量是矢量，且单位用国际单位制表示正确的是（ ）
A. 电场强度N/C B. 冲量kg·m·s C. 电容F D. 磁通量Wb
【答案】A
【解析】
【详解】A．电场强度是矢量，单位用国际单位表示为N/C，A正确；
B．冲量是矢量，由动量定理可知，单位用国际单位表示为kg·m/s，B错误；
C．电容为标量，单位用国际单位表示为F，C错误；
D．磁通量为标量，单位用国际单位表示为Wb，D错误。
故选A。
2. 关于分子动理论，下列说法正确的是（ ）
A. 气体扩散的快慢与温度无关 B. 布朗运动就是分子的无规则运动
C. 温度越高，分子热运动的平均动能越大 D. 分子间的引力总是随分子间距增大而增大
【答案】C
【解析】
【详解】A．扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，故A错误；
B．布朗运动是固体小颗粒的运动，运动的无规则性，间接反映了分子的无规则运动，故B错误；
C．温度越高，分子热运动的越剧烈，平均动能越大，故C正确；
D．分子间的引力和斥力都随分子间距增大而减小，故D错误。
故选C。
3. 如图所示，甲、乙两同学在水平地面进行拔河比赛．比赛中，手与绳之间不打滑．下列表述中属于一对作用力与反作用力的是
A. 甲对绳的拉力和乙对绳的拉力
B. 甲对绳的拉力和绳对甲的拉力
C. 乙的重力和乙对地面的压力
D. 乙对地面的压力和地面对甲的支持力
【答案】B
【解析】
【分析】作用力和反作用力一定是两个物体之间的相互作用力，并且大小相等，方向相反，同时产生同时消失，而平衡力不会同时产生和消失．
【详解】甲对绳的拉力和乙对绳的拉力作用在同一个物体上，并且大小相等，方向相反，是一对平衡力，故A错误；甲对绳的拉力和绳对甲的拉力是两个物体之间的相互作用力，并且大小相等，方向相反，是一对作用力与反作用力，故B正确；乙的重力和乙对地面的压力方向相同，不是一对作用力与反作用力，故C错误；乙对地面的压力和地面对甲的支持力，不是两个物体之间的相互作用力，故D错误；故选B．
4. 下列四幅图涉及不同物理知识，其中说法不正确的是（ ）
A. 图甲：爱因斯坦通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一。
B. 图乙：康普顿效应说明光子具有粒子性，光子不但具有能量，还有动量。
C. 图丙：卢瑟福研究α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。
D. 图丁：汤姆生研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流。
【答案】A
【解析】
【详解】A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A说法错误，符合题意；
B．康普顿效应、光电效应说明光具有粒子性，光子具有能量，康普顿效应还表明光子具有动量，故B说法正确，不符合题意；
C．卢瑟福研究α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故C说法正确，不符合题意；
D．汤姆生研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流，故D说法正确，不符合题意。
故选A。
5. 如图所示，一汽车在水平路面上匀速直线行驶，行车记录仪用吸盘式支架固定在倾斜的挡风玻璃上，行车记录仪和支架的重量分别为和。下列说法正确的是（ ）
A. 挡风玻璃对支架的作用力的方向垂直玻璃面向上
B. 若汽车减速，支架对行车记录仪的力大于
C. 支架对行车记录仪的力方向水平向前
D. 挡风玻璃对支架的作用力大于
【答案】B
【解析】
【详解】AD．把行车记录仪和支架看成一整体，由于车匀速行驶，挡风玻璃对支架的作用力和整体的重力平衡，故挡风玻璃对支架的作用力方向竖直向上，大小等于，AD错误；
B．若汽车减速，行车记录仪受到的合力水平向后，支架对行车记录仪的作用力竖直分力等于，水平分力产生向后的加速度，故支架对行车记录仪的作用力大于，B正确；
C．由于车匀速行驶，支架对行车记录仪的作用力与行车记录仪的重力平衡，故支架对行车记录仪的作用力方向竖直向上，C错误。
故选B。
6. 如图所示为华为5G手机无线充电的场景。5G信号使用的电磁波频率更高，每秒传送的数据更多，是4G手机的50—100倍。则（ ）
A. 5G手机信号的波长更长
B. 手机线圈与充电板线圈中电流频率不同
C. 空气中5G信号比4G信号传播速度更大
D. 5G手机信号的光子能量更大
【答案】D
【解析】
【详解】A．5G信号使用的电磁波频率更高，根据
可知，5G手机信号的波长更短，故A错误；
B．电能传输过程改变电压和电流，不改变频率，故B错误；
C．5G信号和4G信号都属于电磁波，传播速度相同，故C错误；
D．根据光子能量表达式
可知，5G手机信号的光子能量更大，故D正确。
故选D。
7. 如图所示，三根相互平行的水平长直导线通有大小相等且方向相同的电流I，其中P、Q、R为导线上三个点，三点连成的平面与导线垂直，O为PQ连线的中点，且QR＝PR。则下列判断正确的是（ ）
A. P点的磁感应强度方向竖直向下
B. R点的磁感应强度方向水平向右
C. R点与О点的磁感应强度方向相反
D. 在QP的连线上存在磁感应强度为零的位置
【答案】C
【解析】
【详解】AB．如图所示，画出三根导线的截面图，由右手螺旋定则及矢量的叠加规律可知，P点的磁感应强度方向斜向右上方，R点的磁感应强度方向水平向左，AB错误；
C．P、Q处导线在O点的磁感应强度等大、反向，故O点的磁感应强度由R处导线产生，方向水平向右，即R点与О点的磁感应强度方向相反，C正确；
D．P、Q处导线在QP的连线上的场强均在竖直方向（O点除外），而R处导线在QP的连线上的场强均不在竖直方向，故无法完全抵消，即在QP的连线上不存在磁感应强度为零的位置，D错误。
故选C。
8. 某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗，在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死细胞，如图所示，若质子的加速长度d，要使质子由静止被匀加速到v，已知质子的质量为m，电量为e，则下列说法不正确的是（ ）
A. 由以上信息可以推算该加速电场的电压
B. 由以上信息可以推算该加速电场的电场强度
C. 由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能增加
D. 由以上信息不可以推算质子加速后的电势能
【答案】C
【解析】
【详解】A．由动能定理可得
可以推算该加速电场的电压为
A正确，不符合题意；
B．可以推算该加速电场的电场强度为
B正确，不符合题意；
C．由以上信息可以判断出运动过程中质子所受电场力做正功，电势能减少，C错误，符合题意；
D．由功能关系可得，质子电势能的减少量为
但由于零势能点未指明，故不可以推算质子加速后的电势能，D正确，不符合题意。
故选C。
9. 2022年3月25日宇航员王亚平在中国空间站进行了太空授课，演示了一些完全失重的现象，图为王亚平演示太空抛物实验和液体搭桥实验。若王亚平的质量为m，用R表示地球半径，r表示飞船的轨道半径，g为地球表面的重力加速度，则下列说法正确的是（ ）
A. 王亚平受到地球的引力为
B. 王亚平水平抛出的冰墩墩将做平抛运动
C. 王亚平绕地球运动的线速度为
D. 王亚平用水在两块塑料板之间架起了一座“桥”，因为在完全失重状态下，水的表面张力变大了
【答案】A
【解析】
【详解】A．在地面时
在太空时
联立得
故A正确；
B．太空中围绕地球做匀速圆周运动时，处于完全失重状态，若忽略空气阻力，则抛出的冰墩墩将做匀速直线运动，故B错误；
C．根据
结合A选项，得
故C错误；
D．完全失重状态下不影响水表面张力，故D错误。
故选A。
10. 如图所示是一圆台形状的玻璃柱，一红色细光束a与圆台母线AB成θ＝60°入射，折射光束b与AB成β＝37°，c为反射光束，a、b、c与AB位于同一平面内，sin37°＝0.6，sin53°＝0.8。则（ ）
A. 玻璃的折射率为1.2
B. 该红光在玻璃柱内的传播速度为
C. 该红光在玻璃柱中发生全反射的临界角正弦值为0.625
D. 若换成蓝色细光束以相同的θ角入射，β角将变大
【答案】C
【解析】
【详解】A．由折射定律可得
A错误；
B．该红光在玻璃柱内的传播速度为
B错误；
C．该红光在玻璃柱中发生全反射的临界角正弦值为
C正确；
D．由于蓝光折射率比红光大，若换成蓝色细光束以相同的θ角入射，光线的偏折程度更大，故β角将变小，D错误。
故选C。
11. 一定质量的理想气体的压强p与热力学温度T的变化图像如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. A→B的过程中，气体对外界做功，气体内能增加
B. A→B的过程中，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量
C. B→C的过程中，气体体积增大，对外做功
D. B→C的过程中，气体分子与容器壁每秒碰撞的次数减少
【答案】B
【解析】
【详解】AB．由理想气体状态方程可得
即
故A→B的过程中，气体体积不变，没有对外界做功，由于气体温度升高，故内能增加，由热力学第一定律可知，气体从外界吸收的热量等于其内能的增加量，A错误，B正确；
C．B→C的过程中，温度不变内能不变，随着压强增大，气体体积减小，外界对气体做功，C错误；
D．B→C的过程中，由于温度不变，分子平均动能不变，压强增大体积减小，单位体积内的分子数增多，故气体分子与容器壁每秒碰撞的次数增多，D错误。
故选B。
12. 发电机的示意图如图所示，边长为L的正方形金属框在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动，阻值为R的电阻两端电压的最大值为。其他电阻不计。则金属框转动一周（ ）
A. 框内电流方向不变
B. 流过电阻的电流方向不变
C. 电阻两端电压的有效值为
D. 电阻产生的焦耳热
【答案】B
【解析】
【详解】A．金属框转动产生交流电，旋转一周电流方向改变两次，故A错误；
B．电阻与金属框间用换向器连接，则流过电阻的电流方向不变，故B正确；
C．电阻两端电压的有效值为
故C错误；
D．金属框转动一周,电阻产生的焦耳热为
又
联立的
故D错误。
故选B。
13. 如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 光电管阴极K金属材料逸出功为7.0eV
B. 这些氢原子跃迁时共发出5种频率的光
C. 若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极
D. 氢原子跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象
【答案】D
【解析】
【详解】A．大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出的光子中，其中频率最高的光子，对应的能量为
由光电效应方程可得
由丙图可知截止电压为7V，代入数据解得阴极K金属材料的逸出功为
A错误；
B．这些氢原子跃迁时发出频率不同的光子种类数为
B错误；
C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则电子受到的电场力应向左，场强应向右，则可判断图乙中电源左侧为正极，C错误；
D．由于阴极K金属材料的逸出功为
氢原子跃迁放出的光子中，4、3、2能级跃迁至1能级的光子能量大于该逸出功，可以使阴极K发生光电效应现象，故共有3种，D正确。
故选D。
二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题2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2分，选对但不选全的得1分，有选错的得0分）
14. 钍基熔盐堆核能系统（TMSR）是第四代核能系统之一。其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来，铀的一种典型裂变产物是钡和氪。以下说法正确的是（ ）
A. β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
B. 题中铀核裂变的核反应方程为
C. 钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定
D. 在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能增大
【答案】BD
【解析】
【详解】A．β衰变所释放的电子是原子核内中子转变为质子时形成的，A错误；
B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知题中铀核裂变的核反应方程为
B正确；
C．钍核衰变的快慢，即半衰期的长短由原子核内部结构所决定，与其所处的化学状态和外部条件无关，C错误；
D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能增大，D正确。
故选BD。
15. 两列简谐横波分别沿x轴正方向和负方向传播，两波源分别位于和处，两列波的速度均为0.4m/s，波源的振幅均为10cm，图为t＝0时刻两列波的图像，此刻平衡位置在和的P、Q两点刚开始振动。质点R、M的平衡位置分别处于、处。经过一段时间两列波相遇，下列说法正确的是（ ）
A. 两波源的起振方向相同
B. 两列波相遇后，R的振幅20cm
C. 0~1.75s内，质点Р经过的路程为60cm
D. 0~2s内，质点M经过路程为50cm
【答案】AC
【解析】
【详解】A．P、Q两点刚开始振动的情况与波源振动情况相同，由“同侧法”可知，位于和的波源起振方向均向下，A正确；
B．由图可知，两列波的波长均为0.4m，R到两波源的距离之差为
是振动减弱的点，由于波源的振幅均为10cm，故R点保持静止，振幅为0，B错误；
C．波的周期为
位于的波源形成的波，传播到P点历时
质点每个周期的路程为4A，故质点Р在时间内经过的路程为6A，即60cm，之后由于P点到两波源的距离差等于，是振动减弱的点，P点保持静止，故0~1.75s内，质点Р经过的路程为60cm，C正确；
D．两列波传到M点历时
M到两波源的距离相等，是振动加强的点，振幅为20cm，M点振动时间1.25s，相当于，故质点M经过的路程为100cm，D错误。
故选AC。
16. 图为某电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片Р可同时接触两个触点。触片Р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。和分别是理想变压器原、副线图的匝数。该电吹风的各项参数如下表所示。下列说法正确的是（ ）
热风时输入功率
460W
冷风时输入功率
60W
小风扇额定电压
60V
正常工作时小风扇输出功率
52W
A. 当触电Р同时接触两个触点a和b，电吹风处于吹冷风状态
B. 变压器原、副线圈的匝数比
C. 小风扇的电阻是8Ω
D. 热风时，流过电热丝的电流是
【答案】BCD
【解析】
【详解】A．当触电Р同时接触两个触点a和b，电热丝与小风扇均被接通，故电吹风处于吹热风状态，A错误；
B．小风扇额定电压为60V，由变压器电压与匝数之比可得
B正确；
C．正常工作时小风扇的额定功率为60W，可得
输出功率为52W，故内阻上消耗的功率为8W，可得
联立解得小风扇的电阻为
R=8Ω
C正确；
D．由题中数据可知，吹热风时，电热丝的功率为400W，可得
解得流过电热丝的电流为
D正确。
故选BCD。
非选择题部分
三、非选择题（本题共6小题，共55分）
17. 如图是四个高中物理实验的装置图，探究过程中对于有些需要测量的物理量，实际上我们并没有直接测量，而是用其他量来替代，对于下列说法不正确的是（ ）
甲：探究加速度与力、质量的关系
乙：研究导体电阻与长度、横截面积及材料的定量关系
丙：探究向心力大小与质量、角速度和半径的关系
丁：利用平抛运动探究碰撞中的不变量
A. 甲图中需要比较两车的加速度，实际我们控制了两辆小车运动时间相同，使得两车的位移之比即加速度之比
B. 乙图中需要比较金属丝的电阻，实际上我们控制了流过金属丝的电流相同，使得各金属丝上的电压之比即电阻之比
C. 丙图中需要测量小球的角速度之比，实际上我们测量小球到中心轴的距离之比来替代角速度之比用于数据处理
D. 丁图中需要获得小球碰撞前后的初速度之比，实际我们测量平抛运动的水平位移来替代初速度用于数据处理
【答案】C
【解析】
【详解】A．由位移公式可得
甲图中需要比较两车的加速度，实际我们控制了两辆小车运动时间相同，使得两车的位移之比即加速度之比，A正确，不符合题意；
B．由欧姆定律可得
乙图中需要比较金属丝的电阻，实际上我们控制了流过金属丝的电流相同，使得各金属丝上的电压之比即电阻之比，B正确，不符合题意；
C．由圆周运动规律可得
两塔轮通过皮带传动，线速度相等，故小球的角速度与塔轮半径成反比，C错误，符合题意；
D．由平抛运动规律可得
，
即
丁图中需要获得小球碰撞前后的初速度之比，实际我们测量平抛运动的水平位移来替代初速度用于数据处理，D正确，不符合题意。
故选C。
18. 在“用单摆测定重力加速度”的实验中，实验装置如图甲所示。
①用游标卡尺测量摆球的直径，如图丙所示，摆球直径为______cm。
②下列操作正确的是____（单选）
A.摆长应为绳长和摆球直径之和
B.为使实验效果明显一点，摆球的初始摆角可以达到
C.若实验中有直径相同的铁球与木球，应选择铁球作为摆球
D.测量周期时，应从摆球经过最高点开始计时，这样摆球速度小，时间测量更精确
【答案】 ①. 1.075 ②. C
【解析】
【详解】[1]游标卡尺读数为
[2]A．摆长应为绳长和摆球半径之和，A错误；
B．初始摆角应小于5°，B错误；
C．若实验中有直径相同的铁球与木球，应选择铁球作为摆球，空气阻力影响小，C正确；
D．测量周期时，应取摆球经过最低点时的位置作为计时的始终点位置，D错误。
故选C。
19. 某实验小组需测定电池的电动势和内阻，器材有：一节待测电池、一个单刀双掷开关、一个定值电阻（阻值为）、一个电流表（内阻为）、一根均匀电阻丝（电阻丝总阻值大于，并配有可在电阻丝上移动的金属夹）、导线若干。由于缺少刻度尺，无法测量电阻丝长度，但发现桌上有一个圆形时钟表盘，某同学提出将电阻丝绕在该表盘上，利用圆心角来表示接入电路的电阻丝长度。主要实验步骤如下：
（1）将器材如图a连接。
（2）开关闭合前，金属夹应夹在电阻丝的________（选填“a”或“b”）端。
（3）改变金属夹位置，闭合开关，记录每次接入电路的电阻丝对应的圆心角θ和电流表示数I，得到多组数据。
（4）整理数据并在坐标纸上描点绘图，所得图像如图（b）所示，图线斜率为k，与纵轴截距为d，设单位角度对应电阻丝的阻值为，该电池电动势和内阻可表示为E＝________，r＝________（用、、k、d、表示）
（5）为进一步确定结果，还需要测量单位角度对应电阻丝的阻值，小明同学利用现有的器材设计了如图（c）的实验电路图（电阻丝用电阻箱符号表示）。测量原理如下：
①将单刀双掷开关接1，读出电流表示数；
②将单刀双掷开关接2，调节电阻丝的角度，直到电流表示数为________，读出此时角度θ。
③此时，即可求得的数值。
【答案】 ①. b ②. ③. ④.
【解析】
【详解】（2）[1]开关闭合前，为确保电表等仪器安全，需使回路总电阻最大，故金属夹应夹在电阻丝的b端。
（4）[2][3]由闭合电路欧姆定律可得
整理得
对比图像可得
，
故电动势为
内阻为
（5）②[4]测量单位角度对应电阻丝的阻值的实验中，使用了等效替代法，开关从1到2过程，电流表示数均为，则两回路电阻相等，即电阻丝的阻值等于R0，进而可求得的数值。
20. 在第24届北京冬奥会后，全国范围内掀起了一股滑雪运动热潮。如图甲所示是一滑雪运动员滑雪的画面。运动示意图如图乙所示，斜坡AB的倾角为37°，运动员在斜坡A点从静止开始以的加速度，沿直线AB匀加速下滑，然后沿水平面BC匀减速滑行，直至停止。AB段和BC段平滑连接，运动员在BC段受到阻力为77N，两个过程滑行的总时间为12s，运动员和滑板整套装备总质量为70kg，不计空气阻力。求：
（1）运动员在斜坡上受到阻力大小；
（2）运动员在B点的速度大小；
（3）运动员在这两个过程中运动的总路程。
【答案】（1）35N；（2）11m/s；（3）66m
【解析】
【详解】（1）运动员在斜坡AB上滑行过程，据牛顿第二定律可得
解得运动员在斜坡上受到的阻力大小为
（2）运动员在BC段由牛顿第二定律可得
解得
两个过程滑行的总时间可表示为
解得运动员在B点的速度大小为
（3）运动员在这两个过程中运动的总路程为
21. 如图所示，一游戏装置由安装在水平台面上的高度H可调的斜轨道KA、水平直轨道AB，圆心为的竖直半圆轨道BCD、圆心为的竖直半圆管道DEF，水平直轨道FG及弹性板等组成，F、D、B在同一竖直线上，轨道各部分平滑连接，已知滑块（可视为质点）从K点静止开始下滑，滑块质量m＝0.01kg，轨道BCD的半径R＝0.8m，管道DEF的半径r＝0.1m，滑块与轨道FG间的动摩擦因数μ＝0.5，其余各部分轨道均光滑，轨道FG的长度L＝2m，H可调最大的高度是5m，滑块与弹性板作用后以等大速率弹回。
（1）若滑块第1次恰能过D点，求高度H的大小；
（2）若滑块在运动过程中不脱离轨道，求第1次经过管道DEF的最高点F时，轨道对滑块弹力的最小值；
（3）若滑块在运动过程中不脱离轨道且最终静止在轨道FG中点的右侧区域内，求可调高度H的范围。
【答案】（1）2m；（2）0.3N，方向竖直向上；（3）2.3m
【详解】（1）恰能过D点时，由牛顿第二定律可得
从释放到D点过程，据机械能守恒定律可得
解得
H=2m
（2）滑块在运动过程中不脱离轨道，则通过轨道BCD的最高点D的最小速度为
DF过程
在F点有
联立解得
，
由牛顿第三定律可知，轨道对滑块弹力的最小值为0.3N，方向竖直向上。
（3）保证不脱离轨道，滑块在F点的速度至少为
vmin=vF=2m/s
若以此速度在FG上滑行直至静止运动距离为
滑块没有越过FG的中点,滑块从最大高度释放，在FG上滑行的最大路程为xmax，则
解得
xmax=6.4m
由题意知，滑块不脱离轨道且最终静止在轨道FG中点的右侧区域，在FG上运动的路程应满足
1m
当x=5m时，可得H3=4.3m，当x=6.4m时，可得H4=5m；
因此可调高度H的范围为
2.3m
（1）金属棒a刚越过磁场左边界时，流过金属棒a的电流方向及它两端的电压大小；
（2）金属棒匀速运动前，a棒上产生的焦耳热；
（3）两金属棒匀速运动时，a、b两棒的间距是多大。
【答案】（1）流过金属棒a的电流方向由指向，；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）金属棒a到达水平部分的过程，根据机械能守恒
解得
此时的电动势为
根据右手定则，可知流过金属棒a的电流方向由指向。金属棒a两端电压为
（2）两金属棒所受安培力大小相等、方向相反，两金属棒最终以相等的速度做匀速运动，两金属棒组成的系统满足动量守恒定律，则有
解得
设总焦耳热为，根据能量守恒可得
a棒上产生的焦耳热为
（3）安培力冲量为
又
对b棒，根据动量定理可得
解得
则两金属棒匀速运动时，a、b两棒的间距为
23. 在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是一部分离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，选择出速度为v的离子，然后通过磁分析器Ⅰ，选择出特定比荷的离子，经偏转系统Ⅱ后注入水平放置的硅片上。速度选择器、磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外，速度选择器中的匀强电场方向竖直向上。磁分析器截面是矩形，矩形长为，宽为2L。其宽和长中心位置C和D处各有一个小孔，半径为的半圆形偏转系统Ⅱ内存在垂直纸面向外，磁感应强度大小可调的匀强磁场，O为半圆形偏转系统的圆心，D、O、N在一条竖直线上，FG为半圆形偏转系统的下边界，FG与硅片平行，O到硅片N的距离，不计离子重力及离子间的相互作用，求：
（1）速度选择器中的匀强电场场强E的大小；
（2）求磁分析器选择出来的离子的比荷﹔
（3）若偏转系统磁感应强度大小的取值范围，求硅片上离子注入的宽度。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）离子在速度选择器中做匀速直线运动，则
得
（2）离子在磁分析器中，由几何关系得
得
根据牛顿第二定律
联立得
（3）由几何关系可知，离子进入偏转磁场中的速度方向与DN夹角为。当
根据
得
当
同理
离子运动轨迹如图
离子在FG与硅片做匀速直线运动，由几何关系可知，硅片上离子注入的宽度为
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