浙江省临海、新昌两地2022-2023学年高三物理下学期三模试题（Word版附解析）

2022学年第二学期5月三校联考高三年级物理学科试题考生须知：1.本卷满分100分，考试时间90分钟；2.答题前，在答题卷指定区域填写班级、姓名、考场、座位号及准考证号并核对条形码信息；3.所有答案必须写在答题卷上，写在试卷上无效，考试结束后，只需上交答题卷；4.可能用到的相关参数：重力加速度g均取。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.下列仪器所测物理量的单位中，不属于基本单位的是（　　）A.B.C.D.【答案】A【解析】【详解】A图是压强计，测量的是压强，压强的单位是帕斯卡，不是基本单位；B图是电流表，测量的是电流，电流的单位是安培，是基本单位。乙图是秒表，测量的是时间，时间的单位是秒，是基本单位；D图是游标卡尺，测量的是长度，长度的单位是米，是基本单位。故选A。2.下列说法正确的是（　　）A.合外力冲量越大，物体速度变化率越大 B.相对论和量子力学否定了牛顿运动定律C.金属热电阻和热敏电阻都是由金属制作成的D.匀速转动的电动机若线圈突然被卡住，则通过线圈的电流将增大【答案】D【解析】【详解】A．合外力的冲量等于动量的变化量，同一物体合外力的冲量越大，物体速度的变化越大；速度的变化率是合力的另一种表述，合外力的冲量越大，不表示合力越大，A错误；B．相对论和量子力学适用范围与牛顿运动定律不同，并没有否定牛顿运动定律，B错误；C．金属热电阻是由金属制成的，热敏电阻是由半导体制成的，C错误；D．匀速转动的电动机若线圈突然被卡住，电动机就变成了纯电阻，这时电动机的线圈两端电压变大，则通过线圈的电流将增大，D正确。故选D。3.年糕是我国很多地方传统的新年应时食品，打年糕时一般需要用木制榔头反复捶打石槽中煮熟的糯米如图所示。用木制榔头捶打年糕的过程中，放在水平地面上的石槽始终未动，下列说法正确的是（　　）A.整个下降过程中榔头始终处于失重状态B.榔头对年糕的弹力是年糕发生形变引起的C.年糕凹陷，说明榔头对年糕的打击力大于年糕对榔头的支持力D.榔头向下打击年糕时，地面对石槽的支持力大于石槽和年糕的总重力【答案】D【解析】【详解】A．下降过程中，榔头先加速后减速，向下加速过程，加速度向下，处于失重状态，向下减速过程，加速度向上，处于超重状态，A错误；B．榔头对年糕的弹力是榔头发生形变引起的，B错误；C．由牛顿第三定律，榔头对年糕的打击力等于年糕对榔头的支持力，C错误；D．榔头向下打击年糕时，设榔头对年糕的冲击力为,地面对石槽的支持力为，石槽和年糕的总重力为。则有 D正确。故选D。4.我国首颗超百Gbps容量高通量地球静止轨道通信卫星中星26号卫星，于北京时间2023年2月23日在西昌卫星发射中心成功发射，该卫星主要用于为固定端及车、船、机载终端提供高速宽带接入服务。如图，某时刻中星26与椭圆轨道侦察卫星恰好位于C、D两点，两星轨道相交于A、B两点，C、D连线过地心，D点为远地点，两卫星运行周期都为T。下列说法正确的是（　　）A.中星26与侦察卫星可能在A点或B点相遇B.侦查卫星从D点运动到A点过程中机械能增大C.中星26在C点线速度与侦察卫星在D点线速度相等D.相等时间内中星26与地球的连线扫过的面积大于侦察卫星与地球的连线扫过的面积【答案】D【解析】【详解】A．根据题意，由于中星26与椭圆轨道侦察卫星的运行周期都为，由图可知，中星26在下半周转动时，侦察卫星在上半周转动，中星26在上半周转动时，侦察卫星在下半周转动，则中星26与侦察卫星不可能在A点或B点相遇，A错误；B．侦查卫星从D点运动到A点过程中机械能不变，B错误；C．由开普勒第二定律可知，侦察卫星在点速度最小，由于中星26与椭圆轨道侦察卫星的运行周期都为，则中星26在点线速度大于侦察卫星在点线速度，C错误；D．根据题意可知，中星26与椭圆轨道侦察卫星的运行周期都为，由开普勒第三定律可知，中星26的轨道半径等于侦察卫星的半长轴，令相等时间为周期，则中星26与地球的连线扫过的面积为圆的面积，侦察卫星与地球的连线扫过的面积为椭圆面积，由于圆的面积大于椭圆面积可知，相等时间内中星26与地球的连线扫过的面积大于侦察卫星与地球的连线扫过的面积，D正确。故选D。5.如图甲所示，为特高压输电线路上使用六分裂阻尼间隔棒的情景。其简化如图乙，间隔棒将6条输电导 线分别固定在一个正六边形的顶点a、b、c、d、e、f上，O为正六边形的中心，A点、B点分别为Oa、Od的中点。已知通电导线在周围形成磁场的磁感应强度与电流大小成正比，与到导线的距离成反比。6条输电导线中通有垂直纸面向外，大小相等的电流，其中a导线中的电流对b导线中电流的安培力大小为F，则（　　）A.A点和B点的磁感应强度相同B.其中b导线所受安培力大小为FC.a、b、c、d、e五根导线在O点磁感应强度方向垂直于ed向下D.a、b、c、d、e五根导线在O点的磁感应强度方向垂直于ed向上【答案】C【解析】【详解】A．根据对称性可知A点和B点的磁感应强度大小相等，方向不同，关于点对称，故A错误；B．根据题意可知a、c对导线b的安培力大小F，f、d对导线b的安培力大小为e对导线b的安培力大小为，根据矢量的合成可得b导线所受安培力故B错误；CD．根据安培定则，a、d两条导线在O点的磁感应强度等大反向，b、e两条导线在O点的磁感应强度等大反向，a、b、c、d、e五根导线在O点的磁感应强度方向与c导线在O点的磁感应强度方向相同，垂直于ed向下，故C正确，D错误。故选C。6.下列有关四幅图像说法正确的是（　　） A.图（1）中线圈中的磁场能在增加B.图（2）中变化的磁场周围存在电场，与周围有没有闭合电路无关C.图（3）中若B线圈不闭合，S断开时延时效果还存在D.图（3）中电子的衍射实验证明了电子的粒子性【答案】B【解析】【详解】A．如图所示，电容器下极板带正电，结合电流方向可知，电容放弃处于充电阶段，则电场能增加，磁场能减小，A错误；B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场周围存在电场，与是否有闭合电路无关，B正确；C．若B线圈不闭合，S断开时不存在闭合回路，不会产生自感电流的磁场，延时效果不存在，C错误；D．电子的衍射实验证明电子的波动性，D错误。故选B。7.如图甲为交流发电机内部结构图，匝数为N的矩形线圈位置不变，磁铁绕轴转动后，线圈中生成正弦式交变电流如图乙所示，其电动势峰值为，周期为T，回路总电阻为R，则在时间内通过矩形线圈某一截面的电荷量为（　　）A.0B.C.D.【答案】B【解析】【详解】根据电动势最大值表达式 由图像可知，时刻的电动势为零，线圈处于中性面位置，则时间内，磁通量变化量大小为时间内通过矩形线圈某一截面的电荷量为联立可得故选B。8.如图所示，一玻璃清洁工人坐在简易的小木板上，通过楼顶的滑轮和轻质绳索在竖直平面内缓慢下降。工人两腿并拢伸直，腿与竖直玻璃墙的夹角，，在下降过程中角保持不变。玻璃墙对脚的作用力始终沿腿方向，小木板保持水平且与玻璃墙平行。某时刻轻绳与竖直玻璃墙的夹角，连接小木板的两等长轻绳的夹角，且与在同一倾斜平面内。已知工人及工具的总质量，小木板的质量可忽略不计。工人在稳定且未擦墙时，下列说法正确的是（　　）A.从该时刻起，工人在缓慢下移的过程中，脚对墙的作用力增大B.从该时刻起，工人在缓慢下移的过程中，绳的弹力增大C.此时若工人不触碰轻绳，小木板受的压力大小为D.此时若工人不触碰轻绳，绳的张力大小为【答案】B【解析】【详解】 A．从该时刻起，工人在缓慢下移的过程中，如图由相似三角形OA长度增加，OD、DE长度不变，所以不变，增加，即绳OA的弹力增大，脚对墙的作用力大小为，在下降过程中角保持不变。所以脚对墙的作用力大小不变。故A错误；B．由A选项得，OA长度增加，OD、DE长度不变，所以不变，增加，即绳OA的弹力增大，故B正确；C．此时若工人不触碰轻绳，小木板受的压力大小等于，由于，则故C错误；D．连接小木板的两等长轻绳AB、AC的夹角，所以绳AB的张力大小故D错误。故答案选B。9.如图所示是某款手机防窥屏的原理图，在透明介质中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于屏幕，可实现对像素单元可视角度的控制（可视角度定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。下列说法正确的是（　　）A.防窥屏实现防窥效果主要是运用了光的干涉B.屏障的高度d越大，可视角度越大 C.透明介质的折射率越大，可视角度越大D.从上往下观察手机屏幕，看到的图像比实际位置低【答案】C【解析】【详解】A．防窥膜实现防窥效果主要是因为某些角度范围内的光被屏蔽屏障吸收，没有发生干涉，A错误；B．如果屏蔽越高，则入射角越小，折射角越小，可视角度越小，B错误；C．由图可知，可视角是光线进入空气中时折射角的2倍，透明介质的折射率越大，根据折射定律折射角就越大，角越大，C正确；D．根据光路可逆，可知从上往下观察手机屏幕，看到的图像比实际位置高，D错误。故选C。10.地铁靠站时列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器。如图甲所示，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发射器内大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图丙所示为a、b光单独照射光电管时产生的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。已知光电管阴极材料的逸出功为，可见光光子的能量范围是，下列说法正确的是（　　）A.光线发射器中发出的光有两种为可见光B.题述条件下，光电管中光电子飞出阴极时最大初动能为C.题述a光为氢原子从能级跃迁到能级时发出的光D.若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能变小，光电流减小【答案】B【解析】【详解】A．光线发射器中发出的光子的能量分别为 可见光光子的能量范围是，光线发射器中发出的光有一种为可见光，A错误；B．根据光电管中光电子飞出阴极时最大初动能为B正确；C．由图丙可知，a光遏止电压小于b光遏止电压，由，得a光能量小于b光能量，则题述a光为氢原子从能级跃迁到能级时发出的光，B错误；D．部分光线被遮挡，不改变光子能量，则光电子飞出阴极时的最大初动能不变。因为光子数量减少，则光电子数量减小，光电流变小，D错误。故选B。11.几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为，该反应放出的能量为E，真空中光速为c。则下列说法错误的是（　　）A.该反应属于核聚变B.X核中有6个中子C.X核的比结合能为D.该反应的质量亏损为【答案】C【解析】【详解】AB．根据质量数和核电荷数守恒，可知核反应方程为属于轻原子核结合成较重原子核反应，所以该反应属于核聚变，又中子数等于质量数减去质子数，因此X核中有6个中子，故AB正确，不符合题意；C．比结合能又称平均结合能，等于结合能除以核子数，结合能是自由分散的核子结合成原子核所释放的能量，并不是该反应放出的能量为E，所以X核的比结合能不为，故C错误，符合题意；D．根据爱因斯坦质能方程 又因为该反应放出的能量为E，所以该反应的质量亏损为，故D正确，不符合题意。故选C12.如图所示的平行板电容器竖直放置，两极板间的距离为d，极板高度，对该电容器充上一定的电量后，将一带电小球P从非常靠近左极板的上端A处由静止释放，小球沿图中虚线运动打到了右极板的中点，为使小球能够从下方穿过电容器，右极板向右至少移动的距离为（　　）A.dB.C.D.【答案】A【解析】【详解】由题意可知，小球所受的合力沿着虚线方向，根据可得可知右极板向右移动，极板间的电场强度不变，即合力方向不变，如图所示根据几何关系可知要使得小球能够从下方穿过电容器，根据 解得故选A。13.如图所示，物体A、B用细线连接，在同一高度做匀速圆周运动，圆心均为点O。在某时刻，细线同时断裂，两物体做平抛运动，同时落在水平面上的同一点。连接A、B的细线长度分别为10l、5l，A、B圆周运动的半径分别为6l、4l，则O点到水平面的高度为（忽略物体的大小和细线质量）（　　）A.6lB.10lC.12lD.15l【答案】C【解析】【详解】两球落地时水平方向的位移关系如图由几何关系可得由平抛规律可知水平方向下落的高度 小球做圆周运动时受力情况如图由相似关系可得联立可得故选C。二、选择题Ⅱ（本题共2小题，每小题3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3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）14.下列关于分子动理论知识，说法正确的是（　　）A.图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，若水面上痱子粉撒得较多，实验测得的结果将偏大B.图乙折线显示的是液体分子永不停息的无规则运动，这种运动称为布朗运动C.图丙为氧气分子在不同温度下的速率分布图像，由图可知状态③时的温度比状态①、②时都高 D.图丁分子力F随分子间距离r的变化图像，两分子间距从到，分子力先减小后增大【答案】AC【解析】【详解】A．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，若水面上痱子粉撒得较多，则油酸分子比较难散开，会导致所测油膜面积偏小，由可知，实验测得的油膜厚度即油酸分子直径将偏大，故A正确；B．图乙折线显示的是固体小颗粒在液体中做永不停息的无规则运动，此为布朗运动，故B错误；C．由热运动规律可知，温度越高，氧分子做热运动的平均速率越大，速率大的分子数目越多，所以状态③时的温度比状态①、②时都高，C正确；D．由图丁可知，两分子间距从到，分子力表现为引力，先增大后减小到0；从到，分子力表现为斥力，逐渐增大，故D错误。故选AC。15.如图甲所示，S为与波源处于同一均匀介质中的点，其与两波源、的距离分别是、，、间距离为，波源的振动图像如图乙所示；波源振动频率，其产生的简谐横波在时刻的图像如图丙所示，已知、均在时刻开始振动，则（　　）A.波源的起振方向沿y轴负方向B.质点S为振动加强点C.时质点S向y轴负方向运动D.在时，所在的平面内有2处波峰与波峰相遇【答案】BD【解析】【详解】A．结合波源在时波的图像丙图可知，此时刚开始振动的质点x=2.5m处的起振方向沿 y轴正方向，质点与波源的起振方向相同，因此波源为的起振方向沿y轴正方向，A错误；B．根据波源的振动图像图乙可知，波源的起振方向向上，又因为S点到两波源的波程差为S点到两波源的波程差为波长的整数倍，且两波源的起振方向相同，所以质点S为振动加强点，故B正确；C．在同一介质中，频率相同的两列机械波，波速相同，波长相等，由图可知则波速为则P1波传到S点的时间为因为S点为振动加强点，所以它的振动情况与波源P1的相同，当，S点已经振动了0.4s，刚好为两个周期，所以它此时向y轴正方向运动，故C错误；D．在时，波传至距离波源6m处，由起振方向可知，波峰分别位于距离波源5.5m、3.5m和1.5m处，以波源为圆心，波峰到波源的距离为半径做圆，如图可知所在的平面内有2处波峰与波峰相遇，故D正确。故选BD。三、非选择题（本题功5小题，共55分）16.下列四个实验中体现控制变量法的实验（　　）A.图1中的“探究加速度与力、质量的关系”实验 B.图2中的“探究求合力方法”实验C.图3中的“探究向心力大小与质量、角速度、半径的关系”实验D.图4中的“用单摆测测量重力加速度”实验【答案】AC【解析】【详解】A．探究加速度与力、质量的关系实验中需要控制力或质量不变，研究另一个量与加速度的关系，故该实验采用的是控制变量法，A正确；B．探究求合力方法实验采用的是等效法，即合力与分力的效果相同来进行验证的，B错误；C．探究向心力大小与质量、角速度、半径的关系的实验时，需要控制质量、角速度或半径中的两个物理量，研究另一个物理量与向心力的关系，故该实验采用的是控制变量法，C正确；D．用单摆测量重力加速度采用的模型法，故D错误。故选AC。17.图是“探究加速度与力、质量的关系”实验时，小车做匀变速直线运动时得到的一条纸带的一部分，计数点1的读数为___________；其对应的加速度___________（结果保留两位有效数字）。【答案】①.4.15##4.16##4.17##4.18##4.19##4.20②.0.60##0.61##0.62##0.63##0.64##0.65##0.66##0.67##0.68##0.69##0.70【解析】【详解】[1]刻度尺的分度值为1mm，需要估读到分度值的下一位，计数点1的读数为41.6mm；[2]相邻两个计数点之间还有四个点，所以相邻两个计数点间的时间间隔为0.1s，根据逐差法可得小车的加速度为18.“探究求合力方法”实验下列说法正确的是（　　）A.拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同B.在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C.测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦D.测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板【答案】D【解析】 【详解】A．在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些，但是不必使两个弹簧秤的读数相同，A错误；B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向只需要再选择一个点就可以确定拉力的方向，B错误；C．测量时弹簧与弹簧秤外壳之间不存在摩擦，此时弹簧测力计的读数即为弹簧对细绳的拉力，弹簧外壳与木板之间存在摩擦不影响读数，C错误；D．为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，在拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，D正确。故选D。19.用图做“用单摆测量重力加速度”实验时（1）下列实验操作正确的是___________。A.小球运动到最高点时开始计时B.小球的摆角控制在以内C.用天平测出小球的质量D.测出单摆摆动5个周期的总时间，求得单摆的周期（2）实验器材中没有小铁球，于是他用小铁块来代替小铁球进行实验。由于铁块形状不规则，无法测出摆长，他设计了如下的实验方法：先测出使用某一长度摆线时单摆的周期，然后将单摆的摆线缩短，再测出对应的周期。请写出重力加速度的表达式___________【答案】①.B②.【解析】【详解】（1）[1]A．小球运动到最低点时开始计时，故A错误；B．小球的摆角控制在以内，故B正确； C．由单摆的周期公式可得可知，测量重力加速度与摆球质量无关，则无需测量摆球质量，故C错误；D．测周期时，为了减少误差，一般测量次全振动的时间，再计算周期，故D错误。故选B。（2）[2]根据题意，设单摆的周期为时的摆长为，则单摆的周期为时的摆长为，由单摆的周期公式可得则有解得20.某校两个物理研究小组测量不同型号电池的电动势和内阻。（1）第一小组利用多用电表粗略测定电动势，当多用电表选择开关位于直流挡时，多用电笔表盘如图甲所示，则该电池电动势约为___________V。研究小组想利用多用电表欧姆挡粗略测量电源内阻，你认为___________（填“可行”或“不可行”）。（2）第二小组设计的实验电路图如图乙所示，已知，改变得到多组数据，以为纵坐标，为横坐标如图丙，请结合数据点分析电源电动势___________V，内阻___________ （结果均保留小数点后两位）；滑动变阻器选___________（填A或B）（滑动变阻器A、B的最大值分别为、）；该小组实验误差与电压表___________（填“”或“”）的分流无关。【答案】①.1.16##1.17##1.18##1.19##1.20②.不可行③.2.85##2.86##2.87##2.88##2.89##2.90##2.91##2.92##2.93##2.94##2.95##2.96##2.97##2.98④.0.85##0.86##0.87##0.88##0.89##0.90##0.91##0.92##0.93##0.94##0.95##0.96##0.97##0.98⑤.B⑥.【解析】【详解】（1）[1]多用电表选择开关位于2.5V直流档，看表盘中间一排刻度线，由图可知电源电动势约为1.17V；[2]由于多用电表本身已经还有电源，多用电表欧姆挡测电阻时，被测电阻应与其他电源断开，所以不能测量电源的内阻；（2）[3]根据闭合电路欧姆定律，有将坐标轴上的各数据点进行描点，如图所示 根据图像的纵截距可知，电源的电动势为2.90V；[4]斜率为[5]电压表测量的是滑动变阻器两端的电压，最大示数约为2.4V，电压表测量的是定值电阻两端的电压，最小值约为0.3V，根据串联电路分压规律，可知滑动变阻器的最大阻值不小于定值电阻的8倍，所以滑动变阻器选择B；[6]根据实验原理可知，电路中的电流是通过电压表的示数和定值电阻的阻值计算的，所以由于电压表的分流作用，电路中的电流测量值会偏小，故实验误差于电压表V1有关，与V2无关。21.如图甲所示，水平对置发动机的活塞对称分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动，发机安装在汽车的中心线上，两侧活塞产生的影响相互抵消，可使车辆行驶更加平稳，同时节约能源、减少噪声。图乙为左侧汽缸（圆柱形）简化示意图。某次工厂测试某绝热汽缸的耐压性能，活塞横截面积为S，在距汽缸底部处固定两挡片，开始时活塞底部到缸底的距离为L，内部密封一定质量的理想气体，气体温度为。已知大气压强为，活塞右侧与连杆相连，连杆对活塞始终有水平向左的恒定推力，大小为。现缓慢给气体加热后，活塞向右滑动，不计一切摩擦。求：（1）当活塞底部距离缸底L时，气体的压强；（2）气体温度达到时，气体压强；（3）在第（2）问条件下，如果此过程中气体吸收的热量为Q，求此过程中气体内能的增加量。 【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）对活塞受力分析，根据共点力平衡，有解得（2）假设加热升温过程始终是等压变化，根据盖-吕萨克定律，有解得此时活塞已经与汽缸右侧挡板接触，由得（3）此过程中气体对外做功为根据热力学第一定律，有可得此过程中气体内能的增加量为22.如图所示为处于竖直平面内的一实验探究装置的示意图，该装置由长 、速度可调的固定水平传送带，圆心分别在和，圆心角、半径的光滑圆弧轨道和光滑细圆管组成，其中B点和G点分别为两轨道的最高点和最低点，B点在传送带右端转轴的正上方。在细圆管的右侧足够长的光滑水平地面上紧挨着一块与管口下端等高、长、质量木板（与轨道不粘连）。现将一块质量的物块（可视为质点）轻轻放在传送带的最左端A点，物块由传送带自左向右传动，在B处的开口和E、D处的开口正好可容物块通过。已知物块与传送带之间的动摩擦因数，物块与木板之间的动摩擦因数，g取。（1）若物块进入圆弧轨道后恰好不脱轨，求物块在传送带上运动的时间；（2）若传送带的速度，求物块经过圆弧轨道最低D点时，轨道对物块的作用力大小；（3）若传送带的最大速度，在不脱轨的情况下，求滑块在木板上运动过程中产生的热量Q与传送带速度v之间的关系。【答案】（1）2s；（2）；（3）见解析【解析】【详解】（1）物块进入圆弧轨道后恰好不脱轨，则在B点有解得若物块在传送带上一直加速，由则由此可知物块应该是先加速后匀速 （2）若传送带的速度，则物体先加速后匀速，经过B点时的速度为从B到D，由动能定理得经过D点时解得轨道对物块的作用力大小（3）从B到G，由动能定理得若在木板上恰好不分离则有得当时当时23.两条间距为d=0.1m的足够长平行金属导轨水平放置，在两导轨间存在着垂直导轨平面向下的有界磁场，磁感应强度沿坐标轴Ox分区分布，在x＞0区域B=3x（T），在－2m≤x≤0区域B=1.5（T），如图所示。金属棒ab与导轨垂直静止在x=1.5m处，长为d=0.1m，质量m=50g，电阻Ω，左端的定值电阻Ω。处在－2m≤x≤0区域的导轨是光滑的，导轨其余部分与ab棒的动摩擦因数均为μ=0.2 。在导轨的右侧接有一个带有控制电键的“恒流源”，可提供I=1A的恒定电流，现闭合电键K发现ab棒沿轨道向左运动，求：（1）闭合电键瞬间ab棒中的电流方向和ab棒的加速度大小；（2）若棒运动到x=0时立即断开电键K，问ab棒最后静止在何处（用x轴坐标表示）。（3）求出上述整个过程中R2产生的焦耳热。（备选信息：弹簧振子的周期公式其中m为振子质量，k为弹簧的劲度系数）【答案】（1）b到a，4m/s2；（2）；（3）【解析】【详解】（1）由题可知，闭合电键瞬间，发现ab棒沿轨道向左运动，即受到了向左的安培力作用，根据左手定则可知，电流的方向b到aab与R2并联，则流过ab的电流为=A对棒ab，根据牛顿第二定律有又B=3x=4.5T代入得a=4m/s2（2）对棒ab，从开始到x=0过程，根据动能定理有其中，代入得 设棒ab穿过左侧匀强磁场后的速度为，根据动量定理代入得根据速度位移公式有棒ab最后停在位置（3）棒ab在O点之前的的安培力为则受到的合力为由简谐振动的性质可知棒ab以x=0.5m处为平衡位置作简谐振动，，周期为T==s，则有运动的位移为从平衡位置开始一个振幅加半个振幅的位移，因此时间为s整个过程中电阻上产生的热量为代入数据解得24.如图，是边长为的正方形磁性约束装置，内部存在垂直纸面方向的匀强磁场，、中点O、处各有一窄缝。平行金属板M、N和边平行，长度为、两板间距离为a，其中M板紧靠边且中点处的窄缝与边的窄缝对齐，在金属板M、N上加电压时，两板间产生的电场可看成匀强电场。粒子源P不断向外释放电量为、质量为m的粒子，速度大小在 之间，各个方向上的粒子数均匀分布。测量发现每秒有N个粒子从点射出，其中速度大小为的粒子恰能垂直边从窄缝射出。不考虑粒子所受重力和粒子间相关作用力，不考虑电、磁场边界效应，粒子撞到装置边界或极板后马上被吸收并立即通过接地线被导走。求：（1）内磁场的磁感应大小和方向；（2）打到边的粒子中，在磁场中运动的最短时间；（3）当时，N板上有粒子打到的区域的长度；（4）请定性画出每秒打到N板上的粒子数n与电压的关系图线（需标注特征点）。【答案】（1），垂直纸面向外；（2）；（3）；（4）见解析【解析】【详解】（1）如图1作的中垂线和相交于B点得，速度为的粒子做圆周运动的半径由洛伦兹力提供向心力 得根据左手定则判断可知，磁场方向垂直纸面向外（2）如图2粒子速度不变时，利用旋转轨迹圆的方法得，射到B点的粒子比射到上其它位置的粒子运动的时间短；如图3在射到B点的粒子中，半径越大，圆心角越小。所以速度大小为，且打到B点的粒子运动时间最短（3）如图4 连接，设速度v与夹角为，作图构建几何关系即粒子垂直方向的速度大小为，所以粒子出磁场时速度方向与的夹角为（即与边的夹角为）；如图5粒子在M、N板间做匀速直线运动，根据几何关系，速度与边夹角为的粒子恰能打到N板最左侧，与板垂直的粒子能打到N板中点，所以有粒子打到的区域长度为（4）当时，所有粒子都不能打到N板此时； 当得此时