福建省宁德市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷（Word版附解析）

这是一份福建省宁德市2023-2024学年高二下学期期末考试物理试卷（Word版附解析），共26页。试卷主要包含了本试卷分第Ⅰ卷，共6页等内容，欢迎下载使用。

（满分：100分 考试时间：75分钟）
注意：
1．在本试卷上作答无效，应在答题卡各题指定的答题区域内作答。
2．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题），共6页。
第Ⅰ卷（选择题 共40分）
一、单项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求，选对得4分，选错得0分。
1. 2024年4月25日，“神舟十八号”航天员顺利奔赴“天宫”。航天员不仅要完成空间站的首次出舱任务，还要进行碎片防护加固装置的安装。若舱外的航天员与舱内的航天员进行通话，则需通过（ ）
A. 直接对话B. 紫外线
C. 红外线D. 无线电波
2. 古田翠屏湖是福建省最大的淡水湖，入选福建省第一批美丽河湖建设优秀案例。某学习小组用水波发生器在平静的湖面探究水波的特性，下列说法正确的是（ ）
A. 水波在传播过程中水也随波迁移至远处
B. 水波能绕过小船继续向前传播，是波的衍射现象
C. 水波传到湖岸边会出现反射现象，反射波振幅增大
D. 两列水波在相遇区域出现强弱相间的图样是波的衍射现象
3. 芯片制造中的重要工序之一是离子注入，速度选择器是离子注入机的重要组成部分。速度选择器模型简化如图所示，一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里。一不计重力的离子以一定速度自P点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列说法正确的是（ ）
A. 穿过小孔的离子一定带正电
B. 穿过小孔的离子速度大小一定为
C. 穿过小孔的离子比荷一定相同
D. 若离子从右侧沿中轴线射入仍能做匀速直线运动
4. 如图甲所示，长直导体棒固定在正下方，棒由等长轻质细线水平悬挂于、点，、棒通电稳定时，两细线与竖直方向夹角均为，截面如图乙所示，棒电流方向垂直纸面向里。当棒中的电流缓慢增加，棒缓慢移动到虚线位置时，两细线与竖直方向夹角均为。、棒的粗细不计，且棒在移动过程中与棒始终保持平行。已知棒在距其处产生的磁感应强度大小，是常量，重力加速度为，则（ ）
A. 棒中的电流方向为垂直纸面向里
B. 棒缓慢移动的过程中，细线对棒的拉力大小逐渐变大
C. 棒缓慢移动的过程中，棒所受安培力大小逐渐变大
D. 棒在实线位置和虚线位置的电流之比为
二、双项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
5. 下图为红光或蓝光分别通过相同双缝或单缝所呈现的图样，下列说法正确的是（ ）
A. 甲为蓝光的干涉图样B. 乙为蓝光的干涉图样
C. 丙为红光衍射图样D. 丁为红光的衍射图样
6. 小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数为，从如图所示位置开始计时，已知线圈产生的感应电动势有效值为。下列说法正确的是（ ）
A. 当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大
B. 当线圈转到图示位置时感应电流方向发生改变
C. 线圈产生的感应电动势大小
D. 穿过线圈的磁通量最大值为
7. 如图甲所示，轻质弹簧下端挂一质量为的小球处于静止状态。在弹性限度范围内将小球向下拉动距离后由静止释放并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，弹簧弹力与小球运动的时间关系如图乙所示。及已知，下列说法正确的是（ ）
A. 小球做简谐运动的周期为B. 内，小球的振幅为
C. 内，小球的路程为D. 内，小球的位移大小为
8. 如图甲所示，光滑水平面上放置、两物体，静止且左端有一轻弹簧，以初速度向右运动，当撞上弹簧后，能获得的最大速度大小为。保持的质量不变，改变的质量，可得与的大小关系如图乙。下列说法正确的是（ ）
A. 、组成的系统动量守恒B. 的初速度
C. 的质量D. 若，弹簧被压缩到最短时的弹性势能为37.5J
第Ⅱ卷（非选择题 共60分）
三、非选择题：共60分。考生根据要求作答。
9. 如图所示为一种自动测定油箱内油面高度的装置，装置中金属杠杆的一端接浮标（浮标与杠杆绝缘），另一端的触点接滑动变阻器，油量表由电流表改装而成。当汽车加油时，油箱内油面上升过程中，电路中电流__________（选填“增大”或“减小”），两端电压__________（选填“增大”或“减小”）。
10. 某同学用电路模拟手机无线充电，如图甲所示。当充电板内的送电线圈通入如图乙所示的交变电流时（电流由端流入时为正方向），时间内，受电线圈电流由__________端流出（选填“”或“”），在时刻受电线圈中电流强度最__________（选填“大”或“小”）。
11. 沿轴传播的简谐横波在时的波形如图中实线所示，在时的波形如图中虚线所示。已知波的周期。该波的传播方向沿轴__________方向（选填“正”或“负”），波的传播速度大小为__________。
12. 在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验中，实验室采用了如图所示的可拆式变压器进行研究。
（1）为了完成该实验，已选用多用电表，还需选择的器材是______；
A. 有闭合铁芯的原、副线圈B. 无铁芯的原、副线圈
C. 交流电源D. 直流电源
（2）对于实验过程，下列说法正确的是______；
A. 变压器原线圈可接入220V的家庭电路
B. 变压器副线圈不接负载时，副线圈两端仍有电压
C. 实验中测电压的仪器是多用电表，且选择开关置于直流电压档
（3）已知该变压器两组线圈的匝数分别为和，有关测量数据如下表：
根据表中数据可得到的实验结论：______。
13. 在“用单摆测量重力加速度”的实验中：
（1）为了较精确地测量重力加速度的值，以下三种单摆组装方式最合理的是__________；
A. B. C.
（2）在摆球自然下垂的状态下，用毫米刻度尺测得摆线长度为；用游标卡尺测量摆球的直径，示数如图甲所示，则__________mm；
（3）将小球从平衡位置拉开一个小角度静止释放，使其在竖直面内振动。待振动稳定后，从小球经过平衡位置时开始计时，测量次全振动的时间为，由本次实验数据可求得__________（用、、、表示）；
（4）若某次实验测得数值比当地公认值大，原因可能是__________；
A 开始计时时，过早按下秒表
B. 实验时误将49次全振动记为50次
C. 摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，摆线长度增加
（5）改变摆线长度，重复实验，测得每次实验时单摆的振动周期，作出图像为图乙中的__________（选填“”“”或“”）。
14. 如图所示，某单色光以45°角入射到等腰三棱镜的一个侧面上，测得其折射角是30°，三棱镜的顶角为70°。已知真空中的光速为，求：
（1）此单色光在三棱镜中的折射率；
（2）此单色光在该三棱镜中的速度大小；
（3）通过计算判断该折射光在面上能否发生全反射。
15. 某磁防护装置截面如图所示，以点为圆心内外半径分别为、的环形区域内，有垂直纸面向外的匀强磁场，外圆为绝缘薄板，板上有一小孔。一质量为、电荷量为的带电粒子以速度从孔沿方向射入磁场，恰好不进入内圆，粒子每次与绝缘薄板碰撞后以原速率反弹且电荷量不变。不计粒子重力，求：
（1）粒子在磁场中运动的轨迹半径；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）粒子从射入孔到离开孔所需的时间。
16. 如图甲所示，两根相距为足够长的光滑平行金属导轨、水平放置，两侧存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度大小相等、方向相反。两根电阻均为的金属棒、放置于两侧的导轨上。初始时将棒锁定，棒用一不可伸长绝缘细绳通过轻质定滑轮与物块相连，细绳处于拉紧状态且与导轨平行，棒与物块的质量均为，物块距地面的高度为。现静止释放物块，在物块落地瞬间，棒与细绳分离，同时解除对棒的锁定，并测得整个运动过程棒的速度与时间关系如图乙所示，图中已知。整个运动过程棒未与滑轮相碰，两金属棒始终与导轨垂直且接触良好，物块落地后不反弹，导轨电阻、细绳与滑轮的摩擦力及空气阻力均忽略不计，重力加速度为，求：
（1）物块刚释放瞬间的加速度；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）物块落地的时间；
（4）整个过程回路中产生的焦耳热。
180
2.80
3.80
4.90
400
6.01
8.02
9.98
宁德市2023-2024学年度第二学期期末高二质量检测
物理试题
（满分：100分 考试时间：75分钟）
注意：
1．在本试卷上作答无效，应在答题卡各题指定的答题区域内作答。
2．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题），共6页。
第Ⅰ卷（选择题 共40分）
一、单项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求，选对得4分，选错得0分。
1. 2024年4月25日，“神舟十八号”航天员顺利奔赴“天宫”。航天员不仅要完成空间站的首次出舱任务，还要进行碎片防护加固装置的安装。若舱外的航天员与舱内的航天员进行通话，则需通过（ ）
A. 直接对话B. 紫外线
C. 红外线D. 无线电波
【答案】D
【解析】
【详解】A．天宫舱位外处于真空状态，声波是机械波，传播需要介质，可知，舱外的航天员与舱内的航天员进行通话，不能够直接对话，故A错误；
BCD．现代移动通信均是利用无线电波进行通信，即舱外的航天员与舱内的航天员进行通话，通过的是无线电波，故BC错误，D正确。
故选D。
2. 古田翠屏湖是福建省最大的淡水湖，入选福建省第一批美丽河湖建设优秀案例。某学习小组用水波发生器在平静的湖面探究水波的特性，下列说法正确的是（ ）
A. 水波在传播过程中水也随波迁移至远处
B. 水波能绕过小船继续向前传播，是波的衍射现象
C. 水波传到湖岸边会出现反射现象，反射波振幅增大
D. 两列水波在相遇区域出现强弱相间的图样是波的衍射现象
【答案】B
【解析】
【详解】A．水波在传播过程中传播的是振动形式和能量，质点不随波传播，故A错误；
B．水波绕过小船向前传播，水波绕过阻碍物，继续向前传播，是波的衍射现象，故B正确；
C．水波传到湖岸边会出现反射现象，因为还是在同一介质传播，所以反射波振幅不变，故C错误；
D．两列水波在相遇区域出现强弱相间的图样是波的干涉现象，故D错误。
故选B。
3. 芯片制造中的重要工序之一是离子注入，速度选择器是离子注入机的重要组成部分。速度选择器模型简化如图所示，一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里。一不计重力的离子以一定速度自P点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列说法正确的是（ ）
A. 穿过小孔的离子一定带正电
B. 穿过小孔的离子速度大小一定为
C. 穿过小孔的离子比荷一定相同
D. 若离子从右侧沿中轴线射入仍能做匀速直线运动
【答案】B
【解析】
【详解】A．离子做匀速直线运动，电场力与洛伦兹力平衡，若离子带负电，电场力方向向上，洛伦兹力方向向下，若离子带正电，电场力方向向下，洛伦兹力方向向上，可知，两者情景时，电场力与洛伦兹力均能够达到平衡，即离子可能带正电，也可能带负电，故A错误；
B．结合上述，根据平衡条件有
解得穿过小孔的离子速度大小一定为
故B正确；
C．结合上述可知，不计重力的粒子只需要速度等于，洛伦兹力与电场力一定平衡，离子就能够沿轴线匀速通过速度选择器，与离子的比荷无关，故C错误；
D．若离子带正电，当离子从右侧沿中轴线射入，则电场力方向向下，洛伦兹力方向也向下，若离子带负电，当离子从右侧沿中轴线射入，则电场力方向向上，洛伦兹力方向也向上，两者情景中均不可能满足平衡条件，即若离子从右侧沿中轴线射入不能做匀速直线运动，故D错误。
故选B。
4. 如图甲所示，长直导体棒固定在正下方，棒由等长的轻质细线水平悬挂于、点，、棒通电稳定时，两细线与竖直方向夹角均为，截面如图乙所示，棒电流方向垂直纸面向里。当棒中的电流缓慢增加，棒缓慢移动到虚线位置时，两细线与竖直方向夹角均为。、棒的粗细不计，且棒在移动过程中与棒始终保持平行。已知棒在距其处产生的磁感应强度大小，是常量，重力加速度为，则（ ）
A. 棒中的电流方向为垂直纸面向里
B. 棒缓慢移动的过程中，细线对棒的拉力大小逐渐变大
C. 棒缓慢移动过程中，棒所受安培力大小逐渐变大
D. 棒在实线位置和虚线位置的电流之比为
【答案】C
【解析】
【详解】A．对导线Q受力分析，P、Q导线间为斥力时Q导线才能平衡，根据“同向电流吸引，反向电流排斥” ，可知Q中的电流方向为垂直纸面向外，故A错误；
BC．Q导线受力分析如图所示
与力的矢量三角形相似，有
不变，而OP长度也不变，所以拉力T不变，变大，所以变大，故B错误，C正确；
D．长度变长，也得变大，但是
到达虚线位置后，由题目可知，P导线在处、处产生的磁感应强度大小之比为
又
则
整理得到
故D错误。
故选C。
二、双项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
5. 下图为红光或蓝光分别通过相同双缝或单缝所呈现的图样，下列说法正确的是（ ）
A. 甲为蓝光的干涉图样B. 乙为蓝光的干涉图样
C. 丙为红光的衍射图样D. 丁为红光的衍射图样
【答案】BC
【解析】
【详解】CD．单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故丙、丁是单缝衍射图样，且丙图为红光的单缝衍射图样，丁图为蓝光的衍射图样，故C正确，D错误；
AB．双缝干涉图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故甲、乙两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距
可知，波长越大，条纹间距越大，故甲图为红光的双缝干涉图样，乙图为蓝光的干涉图样，故A错误，B正确。
故选BC。
6. 小型发电机内矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数为，从如图所示位置开始计时，已知线圈产生的感应电动势有效值为。下列说法正确的是（ ）
A. 当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大
B. 当线圈转到图示位置时感应电流方向发生改变
C. 线圈产生感应电动势大小
D. 穿过线圈的磁通量最大值为
【答案】AD
【解析】
【详解】A．图示的位置，线圈运动方向与磁场方向垂直，磁通量变化率最大，故A正确；
B．每经过一次中性面电流方向改变一次，故当线圈转到图示位置时感应电流方向不发生改变。故B错误；
C．线圈产生的感应电动势大小
故C错误；
D．根据
最大磁通量为
故D正确。
故选AD。
7. 如图甲所示，轻质弹簧下端挂一质量为的小球处于静止状态。在弹性限度范围内将小球向下拉动距离后由静止释放并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，弹簧弹力与小球运动的时间关系如图乙所示。及已知，下列说法正确的是（ ）
A. 小球做简谐运动的周期为B. 内，小球的振幅为
C. 内，小球的路程为D. 内，小球的位移大小为
【答案】AC
【解析】
【详解】A．由图可知，小球做简谐运动的周期为。故A正确；
B．小球由静止位置到下拉的最低点距离为l，则由平衡位置到最低点的距离为l，即振幅为l。故B错误；
C．内，小球振动了，小球通过的路程为
故C正确；
D．内，小球从最低点向平衡位置运动，运动距离为l，内小球的平均速度小于内小球的平均速度，则内，小球运动距离小于0.5l。故D错误。
故选AC。
8. 如图甲所示，光滑水平面上放置、两物体，静止且左端有一轻弹簧，以初速度向右运动，当撞上弹簧后，能获得的最大速度大小为。保持的质量不变，改变的质量，可得与的大小关系如图乙。下列说法正确的是（ ）
A. 、组成的系统动量守恒B. 的初速度
C. 的质量D. 若，弹簧被压缩到最短时的弹性势能为37.5J
【答案】AD
【解析】
【详解】A．地面光滑，P、Q两物体组成的系统受合外力为0，动量守恒，故A正确；
BC．设碰后P的速度为，P、Q两物体碰撞，由动量守恒定律和能量守恒定律有
解得
变形得
由图线有
解得
故BC错误；
D．若，弹簧压缩最短，两者共速，由动量守恒定律有
弹簧势能为
得
故D正确。
故选AD。
第Ⅱ卷（非选择题 共60分）
三、非选择题：共60分。考生根据要求作答。
9. 如图所示为一种自动测定油箱内油面高度的装置，装置中金属杠杆的一端接浮标（浮标与杠杆绝缘），另一端的触点接滑动变阻器，油量表由电流表改装而成。当汽车加油时，油箱内油面上升过程中，电路中电流__________（选填“增大”或“减小”），两端电压__________（选填“增大”或“减小”）。
【答案】 ①. 增大 ②. 增大
【解析】
【详解】[1][2]当汽车加油时，油箱内油面上升过程中,出点P向下移动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，整个闭合电路的总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律
可知电路中电流增大，两端电压
可知两端电压增大。
10. 某同学用电路模拟手机无线充电，如图甲所示。当充电板内的送电线圈通入如图乙所示的交变电流时（电流由端流入时为正方向），时间内，受电线圈电流由__________端流出（选填“”或“”），在时刻受电线圈中电流强度最__________（选填“大”或“小”）。
【答案】 ①. d ②. 最小
【解析】
【详解】[1][2]时间内，送电线圈中电流正向减少，则产生的磁场方向与图示方向相同，磁感应强度减弱，通过受电线圈的磁通量减少，根据楞次定律可知受电线圈感应电流磁场方向跟图示相同，由安培定则可知它的电流由c导d。时间内，送电线圈中电流反向增加，则产生的磁场方向与图示方向相反，磁感应强度增强，通过受电线圈的磁通量增加，根据楞次定律受电线圈感应电流磁场方向跟图示相同，由安培定则可知它的电流由c到d。所以时间，受电线圈电流由c到d。
时刻，送电线圈电流变化率为0，磁通量变化率为0，受电线圈的感应电流最小为0。
11. 沿轴传播的简谐横波在时的波形如图中实线所示，在时的波形如图中虚线所示。已知波的周期。该波的传播方向沿轴__________方向（选填“正”或“负”），波的传播速度大小为__________。
【答案】 ①. 正 ②. 5
【解析】
【详解】[1]若波沿x轴正方向传播，则
因为
所以
解得
若波沿x轴负方向传播，则
因为
所以
解得
不符合题意，故该波沿x轴正确方向传播。
[2]由图可知，波长
根据波速
12. 在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验中，实验室采用了如图所示的可拆式变压器进行研究。
（1）为了完成该实验，已选用多用电表，还需选择的器材是______；
A. 有闭合铁芯的原、副线圈B. 无铁芯的原、副线圈
C. 交流电源D. 直流电源
（2）对于实验过程，下列说法正确的是______；
A. 变压器原线圈可接入220V的家庭电路
B. 变压器副线圈不接负载时，副线圈两端仍有电压
C. 实验中测电压的仪器是多用电表，且选择开关置于直流电压档
（3）已知该变压器两组线圈的匝数分别为和，有关测量数据如下表：
根据表中数据可得到的实验结论：______。
【答案】（1）AC （2）B
（3）见解析
【解析】
【小问1详解】
AB．为了尽量减小漏磁，变压器的原副线圈需要绕在闭合铁芯上，故A正确，B错误；
CD．变压器器正常工作需要交流电源，故C正确，D错误。
故选AC。
【小问2详解】
A．为了确保安全。变压器原线圈应接入低压学生交流电源上，故A错误；
B．根据电压匝数关系可知，变压器副线圈不接负载时，副线圈两端仍有电压，由于负载电路断开，负载电路中没有电流，故B正确；
C．实验中测电压的仪器是多用电表，由于原副线圈中是交流电，实验中应将选择开关置于交流电压档，故C错误。
故选B。
【小问3详解】
根据表格中的数据有
可知，根据表中数据可得到的实验结论：在误差允许的范围内，变压器原副线圈的电压之比等于匝数比。
13. 在“用单摆测量重力加速度”的实验中：
（1）为了较精确地测量重力加速度的值，以下三种单摆组装方式最合理的是__________；
A. B. C.
（2）在摆球自然下垂的状态下，用毫米刻度尺测得摆线长度为；用游标卡尺测量摆球的直径，示数如图甲所示，则__________mm；
（3）将小球从平衡位置拉开一个小角度静止释放，使其在竖直面内振动。待振动稳定后，从小球经过平衡位置时开始计时，测量次全振动的时间为，由本次实验数据可求得__________（用、、、表示）；
（4）若某次实验测得数值比当地公认值大，原因可能是__________；
A. 开始计时时，过早按下秒表
B. 实验时误将49次全振动记为50次
C. 摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，摆线长度增加
（5）改变摆线长度，重复实验，测得每次实验时单摆的振动周期，作出图像为图乙中的__________（选填“”“”或“”）。
【答案】（1）C （2）16.3
（3） （4）B
（5）a
【解析】
【小问1详解】
摆球应该选择密度大的小钢球，为了防止在实验过程由于摆球的摆动导致摆长发生改变，悬点要固定。
故选C。
【小问2详解】
由图甲，有摆球的直径为
【小问3详解】
由题意有小球单摆周期
由单摆周期公式
其中
得
【小问4详解】
A．开始计时时，过早按下秒表，导致周期偏大，实验测得g数值应偏小，故A错误；
B．实验时误将49次全振动记为50次，导致周期偏小，实验测得g数值应偏大，故B正确；
C．摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，摆线长度增加，但我们还是利用测量值来计算，所以实验测得g数值应偏小，故C错误。
故选B。
【小问5详解】
由上述分析可得
所以图线应该为图线a。
14. 如图所示，某单色光以45°角入射到等腰三棱镜的一个侧面上，测得其折射角是30°，三棱镜的顶角为70°。已知真空中的光速为，求：
（1）此单色光在三棱镜中的折射率；
（2）此单色光在该三棱镜中的速度大小；
（3）通过计算判断该折射光在面上能否发生全反射。
【答案】（1）；（2）；（3）不能
【解析】
【详解】（1）由折射定律有
（2）由公式
得此单色光在该三棱镜中的速度大小
（3）作出光路图如图
因为
所以
所以在AC面入射角为
由公式
所以此光在该三棱镜中发生全发射的临界角为45°。因为
所以该折射光在AC面上不能发生全反射。
15. 某磁防护装置截面如图所示，以点为圆心内外半径分别为、的环形区域内，有垂直纸面向外的匀强磁场，外圆为绝缘薄板，板上有一小孔。一质量为、电荷量为的带电粒子以速度从孔沿方向射入磁场，恰好不进入内圆，粒子每次与绝缘薄板碰撞后以原速率反弹且电荷量不变。不计粒子重力，求：
（1）粒子在磁场中运动的轨迹半径；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）粒子从射入孔到离开孔所需的时间。
【答案】（1）R；（2）；（3）
【解析】
【详解】（1）根据几何关系可知
解得
（2）根据洛伦兹力提供向心力有
解得
（3）设粒子在磁场中运动的轨迹所对应的圆心角为，由几何关系得
解得
粒子在磁场中运动的周期为
粒子从C点到第一次与绝缘薄板碰撞所需时间为
解得
由几何关系可得粒子在危险区运动时总共与绝缘薄板发生5次碰撞，所用时间为
16. 如图甲所示，两根相距为足够长的光滑平行金属导轨、水平放置，两侧存在竖直方向的匀强磁场，磁感应强度大小相等、方向相反。两根电阻均为的金属棒、放置于两侧的导轨上。初始时将棒锁定，棒用一不可伸长绝缘细绳通过轻质定滑轮与物块相连，细绳处于拉紧状态且与导轨平行，棒与物块的质量均为，物块距地面的高度为。现静止释放物块，在物块落地瞬间，棒与细绳分离，同时解除对棒的锁定，并测得整个运动过程棒的速度与时间关系如图乙所示，图中已知。整个运动过程棒未与滑轮相碰，两金属棒始终与导轨垂直且接触良好，物块落地后不反弹，导轨电阻、细绳与滑轮的摩擦力及空气阻力均忽略不计，重力加速度为，求：
（1）物块刚释放瞬间的加速度；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）物块落地的时间；
（4）整个过程回路中产生焦耳热。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）设绳子的拉力为F，根据牛顿第二定律有
解得
（2）当b棒匀速运动时，受力平衡，则对bc整体有
根据法拉第电磁感应定律结合欧姆定律有
解得
（3）根据电流的定义式有
对c，根据动量定理有
对b，根据动量定理有
解得
（4）由图可知最终ab以的速度匀速运动，根据动量守恒定律有
解得
根据能量守恒定律可知，整个过程回路中产生的焦耳热为
解得
1.80
2.80
3.80
4.90
4.00
6.01
8.02
9.98