精品解析：江苏省常州市武进区2023-2024学年高二下学期4月期中质量调研物理试题

2023~2024学年度第二学期期中质量调研 高二物理试题2024.4 注意事项： 1．本试卷包含选择题和非选择题两部分。考生答题全部答在答题卡上，答在本试卷上无效。本次考试时间为75分钟，满分值为100分。 2．答题前，请务必将自己的姓名、准考证号（考试号）用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔填写在答题卡上，并用2B铅笔将对应的数字标号涂黑。 3．答选择题必须用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，请用橡皮擦干净后，再选涂其它答案。答非选择题必须用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔写在答题卡上的指定位置，在其它位置答题一律无效。 一、单项选择题（本题共11小题，每小题4分，共44分。每小题只有一个选项符合题意。） 1. 下列设备主要工作原理中不属于电磁感应的是（　　） A 电磁炉 B. 发电机 C. 电风扇 D. 变压器 2. 有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A. 电磁波加载信息的方式有调制与调频两种方式 B. X射线的波长比红外线的波长更长 C. 麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在 D. 电磁波在真空中也能传播 3. 家用汽车静音体验很重要，其应用的主动降噪系统（如图所示）的原理是通过扬声器发出声波将车外噪音反向抵消；从而有效降噪．下列说法正确的是（　　） A. 只要传播方向相反就能实现降噪 B. 抵消信号与噪声信号的波长相同 C. 汽车降噪是因为噪声信号发生了偏振 D. 汽车降噪是因为噪声信号发生了多普勒效应 4. 民用家庭用电一般由国家电网交变电流供电，下列相关说法正确的是（　　） A. 大小随时间变化的电流就是交变电流 B. 交流电压表测量的是交流电的峰值 C. 远距离输电时，可通过减小输电线的电流来降低输电损耗 D. 理想变压器原、副线圈中通过的交变电流的功率之比等于原、副线圈的匝数之比 5. 如图所示，电源的电动势为E，内阻r不能忽略。A、B是完全相同的两个小灯泡L为自感系数很大、直流电阻可以忽略的线圈。设两灯泡在以下操作中始终不会烧毁，则下列说法正确的是（　　） A. 闭合开关S的瞬间，B灯亮．A灯不亮 B. 闭合开关S的瞬间，A、B同时发光，随后A灯变暗直至熄灭，B灯变亮 C. 断开开关S的瞬间，B灯立即熄灭，A灯中有自右向左的电流 D. 断开开关S的瞬间，B灯立即熄灭，A灯右端电势比左端电势高 6. 钓鱼可以修身养性，颇受人们的喜爱。某鱼漂上部可视为圆柱体，其示意图如图所示。当鱼漂受到微小扰动时会上下振动，某钓友发现鱼漂向下运动时圆柱体上的M点恰好可以到达水面，向上运动时圆柱体上的N点恰好可以露出水面。忽略水的阻力和水面波动影响，下列说法正确的是（　　） A. 鱼漂振动过程中受到重力、浮力、回复力的作用 B. 当M点到达水面时，鱼漂有向下的最大加速度 C. 鱼漂向下运动的过程中机械能守恒 D. 当M、N的中点到达水面时，鱼漂的速度最大 7. 小明利用如图所示装置验证动量守恒定律，实验过程中需要满足的要求是（　　） A. 两个小球质量大小没有要求 B. 入射小球的半径大于被碰小球的半径 C. 实验中移动复写纸一定会影响实验结果 D. 入射小球每次从斜槽轨道的同一位置由静止释放 8. 一下列关于传感器元件说法错误的是（　　） A. 如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好 B. 如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化 C. 如图丙，当磁体靠近“干簧管”时电路接通，其开关的功能是利用了电磁感应原理 D. 如图丁，是一种电感式微小位移传感器，当物体1向左移动时，线圈自感系数变大 9. 如图为雀尾螳螂虾，它的“铁拳”可由静止状态下在0.02s内以接近72km/h的速度挥出，出拳冲击力度高达600N。若“铁拳”挥出过程中，不考虑其他力的作用，则下列估算正确的是（　　） A. “铁拳”的质量约为50g B. “铁拳”的加速度大约为 C. “铁拳”的动量约增大了 D. “铁拳”所受合力的冲量大约为 10. 如图所示，在边长为2l的正三角形ABC区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，一边长为l的菱形单匝金属线框abcd的底边与BC在同一直线上，菱形线框的。使线框保持恒定的速度沿平行于BC方向匀速穿过磁场区域。以ab边刚进磁场时为零时刻，规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是（ ） A. B. C. D. 11. 已知通电直导线产生的磁场的磁感应强度与通电导线的电流大小成正比，与到通电导线的距离成反比。如图所示，长直导体棒P通过两根等长绝缘细线悬挂在竖直绝缘光滑墙面上等高的A、B两点的正下方，并通以电流。另一导体棒Q也通过两根等长绝缘细线悬挂在A、B两点，并通以电流。静止时悬挂Q的两细线与竖直墙面有一定夹角，然后缓慢减小导体棒P中的电流。下列说法正确的是（ ） A 与方向相同 B. 悬挂Q的细线拉力逐渐减小 C. 悬挂P的细线拉力大小不变 D. 若P中电流减为初始的四分之一，则两导体棒的距离减半 二、非选择题：共5小题，共56分。其中第13~16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。 12. 小明同学在学完单摆知识后，在家中利用手机等现有器材自主开展探究本地重力加速度的实验： （1）小明实验时拟定了多个装配方案，你认为最合适的是（　　） A. B. C. D. （2）手机2用于计时（计时格式为：分：秒：毫秒），手机1用于录像。经过正确的实验操作，完成录像，然后从视频中截取小球摆线第1次与竖线重合和第21次与竖线重合时的图片，则该单摆的周期为_________s（计算结果取3位有效数字） （3）因为家中无游标卡尺，无法测量小球的直径d，实验中将摆线长作为摆长l，测得多组周期T和l的数据，作出图像。如图所示： ①实验得到的图像是________（选填：“a”、“b”或“c”）； ②实验测得当地重力加速度_________（计算结果取3位有效数字）。 （4）实验中由于操作不当，俯看小球在做近似圆周运动，小明并不知情，利用该单摆测量的重力加速度_________（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。 13. 一列简谐横波在水平绳上沿x轴正方向传播，在时刻的波形如图所示，绳上三个质点M、N、P的平衡位置分别为从该时刻开始计时，M点的振动位移随时间变化关系为。求： （1）该简谐横波的波速v； （2）从图示位置开始，质点P第一次到达波峰通过的路程。 14. 夜晚平静的湖面上停一艘长8m的船（船体近似漂浮在水面，不计船身厚度船正中间有一根长3m的桅杆。所图所示，在船正下方4m深处有一个点光源（向各个方向照射），当船缓慢前行（向左）7m时，桅杆顶部刚好被照亮到。（取）求： （1）该水域的折射率； （2）俯视水面被光源照亮区域半径。 15. 如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为，M、P两点间接有阻值为的电阻。一根质量为电阻为的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。导轨的电阻可忽略。让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，沿斜面下滑时，金属杆达到最大速度，导轨和金属杆接触良好，重力加速度为。求： （1）金属杆达到最大速度； （2）在这个过程中，电阻R上产生的热量； （3）在这个过程中所用时间。 16. 某异型回旋加速器的设计方案如图甲所示，图中粗黑线段为两个正对的带电极板，两个极板的板面中部各有一狭缝（沿OP方向的狭长区域），带电粒子可通过狭缝穿越极板（如图乙所示），板间电势差恒定为U（下极板电势高于上极板电势，且极板间只有电场）。两细虚线间（除开两极板之间的区域）既无电场也无磁场；其他部分存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面。在贴近下极板缝隙的离子源S中产生的质量为m、电荷量为的离子，由静止开始被电场加速，经狭缝中的点进入磁场区域，O点到极板右端的距离为D，到出射孔P的距离为4D，已知磁感应强度大小可以在零到某一最大值之间调节，离子从离子源上方的O点射入磁场区域，最终只能从出射孔P射出。假设离子打到器壁或离子源外壁则立即被吸收。忽略相对论效应，不计离子重力。求： （1）磁感应强度的最小值； （2）调节磁感应强度大小为时，离子能从P点射出，计算此时离子从P点射出时的动能； （3）若将磁感应强度在范围内调节，写出离子能从P点射出时该范围内磁感应强度B所有的可能值。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2023~2024学年度第二学期期中质量调研 高二物理试题2024.4 注意事项： 1．本试卷包含选择题和非选择题两部分。考生答题全部答在答题卡上，答在本试卷上无效。本次考试时间为75分钟，满分值为100分。 2．答题前，请务必将自己的姓名、准考证号（考试号）用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔填写在答题卡上，并用2B铅笔将对应的数字标号涂黑。 3．答选择题必须用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，请用橡皮擦干净后，再选涂其它答案。答非选择题必须用书写黑色字迹的0.5毫米签字笔写在答题卡上的指定位置，在其它位置答题一律无效。 一、单项选择题（本题共11小题，每小题4分，共44分。每小题只有一个选项符合题意。） 1. 下列设备主要工作原理中不属于电磁感应的是（　　） A. 电磁炉 B. 发电机 C. 电风扇 D. 变压器 【答案】C 【解析】 【详解】电磁炉、变压器、发电机都是利用“磁生电”的原理，即电磁感应原理工作的；而电风扇利用“电生磁”的原理，即通电导体在磁场中受力的原理工作的。 故选C。 2. 有“中国天眼”美誉的FAST是目前世界最大口径的射电望远镜，它是一种用于接收和研究天体发射的电磁波的特殊装置。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A. 电磁波加载信息的方式有调制与调频两种方式 B. X射线的波长比红外线的波长更长 C. 麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在 D. 电磁波在真空中也能传播 【答案】D 【解析】 【详解】A．电磁波加载信息的方式有调幅与调频两种方式，故A错误； B．X射线的频率比红外线的频率大，根据 可知X射线的波长比红外线的波长更短，故B错误； C．赫兹用实验证实了电磁波的存在，故C错误； D．电磁波传播不需要介质，在真空中也能传播，故D正确。 故选D。 3. 家用汽车静音体验很重要，其应用的主动降噪系统（如图所示）的原理是通过扬声器发出声波将车外噪音反向抵消；从而有效降噪．下列说法正确的是（　　） A. 只要传播方向相反就能实现降噪 B. 抵消信号与噪声信号的波长相同 C. 汽车降噪是因为噪声信号发生了偏振 D. 汽车降噪是因为噪声信号发生了多普勒效应 【答案】B 【解析】 【详解】汽车降噪过程应用的是声波的叠加原理，抵消声波振幅和频率应与环境噪声的振幅和频率相同。由于波速由介质决定，由公式 可知抵消信号与噪声信号的波长相同。 故选B。 4. 民用家庭用电一般由国家电网交变电流供电，下列相关说法正确的是（　　） A. 大小随时间变化的电流就是交变电流 B. 交流电压表测量的是交流电的峰值 C. 远距离输电时，可通过减小输电线的电流来降低输电损耗 D. 理想变压器原、副线圈中通过的交变电流的功率之比等于原、副线圈的匝数之比 【答案】C 【解析】 【详解】A．根据交变电流的定义可知，方向和大小都随时间变化的电流是交变电流，故A错误； B．交流电压表测量是交流电的有效值，故B错误； C．远距离输电的输电损耗功率，所以可以通过减小输电线的电阻以及输电线中的输送电流来减小输电损耗，故C正确； D．理想变压器原、副线圈中通过的交变电流的功率相等，故D错误。 故选C。 5. 如图所示，电源的电动势为E，内阻r不能忽略。A、B是完全相同的两个小灯泡L为自感系数很大、直流电阻可以忽略的线圈。设两灯泡在以下操作中始终不会烧毁，则下列说法正确的是（　　） A. 闭合开关S的瞬间，B灯亮．A灯不亮 B. 闭合开关S的瞬间，A、B同时发光，随后A灯变暗直至熄灭，B灯变亮 C. 断开开关S的瞬间，B灯立即熄灭，A灯中有自右向左的电流 D. 断开开关S的瞬间，B灯立即熄灭，A灯右端电势比左端电势高 【答案】B 【解析】 【详解】A．闭合开关S的瞬间，L为自感系数很大，A灯和B灯可视为串联，所以两灯均同时发光，故A错误； B．闭合开关S的瞬间，A、B同时发光，随后自感线圈中电流逐步变大后稳定，A灯变暗直至被线圈短路而熄灭，B灯在此过程中变亮，故B正确； C．断开开关S的瞬间，B灯中电流瞬间为0，所以立即熄灭，而A灯与自感线圈并联，由楞次定律可知线圈中有感应电动势，且线圈中有自右向左的电流，则A灯与自感线圈回路中，A灯中有自左向右的电流，故C错误； D．断开开关S的瞬间，自感线圈相当于电源阻止原电流减小，故线圈电流自右向左，即线圈左端相当于正极，右端相当于负极，所以A灯右端连接电源负极，电势比左端电势低，故D错误。 故选B。 6. 钓鱼可以修身养性，颇受人们的喜爱。某鱼漂上部可视为圆柱体，其示意图如图所示。当鱼漂受到微小扰动时会上下振动，某钓友发现鱼漂向下运动时圆柱体上的M点恰好可以到达水面，向上运动时圆柱体上的N点恰好可以露出水面。忽略水的阻力和水面波动影响，下列说法正确的是（　　） A. 鱼漂振动过程中受到重力、浮力、回复力的作用 B. 当M点到达水面时，鱼漂有向下最大加速度 C. 鱼漂向下运动的过程中机械能守恒 D. 当M、N的中点到达水面时，鱼漂的速度最大 【答案】D 【解析】 【详解】A．回复力是一种效果力，实际上不存在，A错误； B．M点运动到水面时是简谐运动的最低点，具有向上的最大加速度，B错误； C．当鱼漂向下运动时，浮力对鱼漂做负功，鱼漂机械能减小，C错误； D．由题意可知，M、N的中点到达水面时，鱼漂恰好位于平衡位置，此时鱼漂速度最大，D正确。 故选D。 7. 小明利用如图所示的装置验证动量守恒定律，实验过程中需要满足的要求是（　　） A. 两个小球质量大小没有要求 B. 入射小球的半径大于被碰小球的半径 C. 实验中移动复写纸一定会影响实验结果 D. 入射小球每次从斜槽轨道的同一位置由静止释放 【答案】D 【解析】 【详解】A．为了使入射小球碰撞后不反弹，入射小球的质量需大于被碰小球的质量，故A错误； B．为了让碰撞发生在水平方向，入射小球的半径需等于被碰小球的半径，故B错误； C．在实验过程中，小球的落点通过白纸和复写纸获得，若移动白纸将不能确定小球的位置，但复写纸可以移动，故C错误； D．该实验中需要让入射小球每次从斜槽轨道的同一位置由静止释放，即可获得相同的平抛速度，故D正确。 故选D。 8. 一下列关于传感器元件说法错误的是（　　） A. 如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好 B. 如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化 C. 如图丙，当磁体靠近“干簧管”时电路接通，其开关的功能是利用了电磁感应原理 D. 如图丁，是一种电感式微小位移传感器，当物体1向左移动时，线圈自感系数变大 【答案】C 【解析】 【详解】A．如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强，载流子增多，电阻减小，导电性变好，故A正确； B．如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而发生变化，故B正确； C．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，两簧片又分开，经常被用于控制电路的通断，不是电磁感应原理，故C错误； D．如图丁，是一种电感式微小位移传感器，当物体1向左移动时，铁芯插入的长度变大，线圈自感系数变大，故D正确。 本题选错误的，故选C。 9. 如图为雀尾螳螂虾，它的“铁拳”可由静止状态下在0.02s内以接近72km/h的速度挥出，出拳冲击力度高达600N。若“铁拳”挥出过程中，不考虑其他力的作用，则下列估算正确的是（　　） A. “铁拳”的质量约为50g B. “铁拳”的加速度大约为 C. “铁拳”的动量约增大了 D. “铁拳”所受合力的冲量大约为 【答案】C 【解析】 【详解】D．“铁拳”在挥出过程中所受合力的冲量 故D错误； C．由动量定理得挥出过程中“铁拳”的动量增加量 故C正确； A．“铁拳”的质量约为 故A错误； B．“铁拳”加速度约为 故B错误。 故选C 10. 如图所示，在边长为2l的正三角形ABC区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，一边长为l的菱形单匝金属线框abcd的底边与BC在同一直线上，菱形线框的。使线框保持恒定的速度沿平行于BC方向匀速穿过磁场区域。以ab边刚进磁场时为零时刻，规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 【详解】由于线框边平行于磁场边界边，且菱形线框边长为，磁场边界边长为，当线框完全进入磁场的过程中，切割磁场线的有效长度始终为，根据几何关系可得，线框完全进入磁场的位置关系如图所示 该过程中产生恒定的电动势，即线框中电流恒定，根据楞次定律结合安培定则可知，该过程中产生的感应电流方向为顺时针方向；线框继续运动，当一半在磁场中一半在磁场外时，其位置关系如图所示 可知线框从完全进入磁场到运动至图示位置的过程中，切割磁感线的有效长度均匀增大至，而此后完全出磁场的过程中切割磁感线的有效长度又开始均匀较小至0，即从开始出磁场到完全出磁场的过程中，线圈中的感应电流先均匀增大后均匀减小至0，而根据楞次定律结合安培定则可知，该过程中线框中的感应电流方向始终为逆时针方向。 故选C。 11. 已知通电直导线产生的磁场的磁感应强度与通电导线的电流大小成正比，与到通电导线的距离成反比。如图所示，长直导体棒P通过两根等长绝缘细线悬挂在竖直绝缘光滑墙面上等高的A、B两点的正下方，并通以电流。另一导体棒Q也通过两根等长绝缘细线悬挂在A、B两点，并通以电流。静止时悬挂Q的两细线与竖直墙面有一定夹角，然后缓慢减小导体棒P中的电流。下列说法正确的是（ ） A. 与方向相同 B. 悬挂Q的细线拉力逐渐减小 C. 悬挂P的细线拉力大小不变 D. 若P中的电流减为初始的四分之一，则两导体棒的距离减半 【答案】D 【解析】 【详解】A. 由题意可知，两棒互相排斥，同向电流相互吸引，异向电流相互排斥，故电流方向相反，故A错误； B. 如图甲所示，对导体棒Q受力分析。记PQ距离为d，AQ距离为L，AP距离为H，由三力平衡知 故悬挂Q的细线拉力大小不变，故B错误； C. 如图乙所示，将两根导体棒视为整体受力分析，设悬挂Q的细线与竖直方向的夹角为，则有 由于逐渐减小，故悬挂P的细线拉力逐渐减小，故C错误； D. 导体棒P在导体棒Q处产生的磁场磁感应强度 故导体棒Q受到的安培力 得 而 故，，故P中的电流减为初始的四分之一时两导体棒的距离减半，故D正确。 故选D。 二、非选择题：共5小题，共56分。其中第13~16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。 12. 小明同学在学完单摆知识后，在家中利用手机等现有器材自主开展探究本地重力加速度的实验： （1）小明实验时拟定了多个装配方案，你认为最合适的是（　　） A. B. C. D. （2）手机2用于计时（计时格式为：分：秒：毫秒），手机1用于录像。经过正确的实验操作，完成录像，然后从视频中截取小球摆线第1次与竖线重合和第21次与竖线重合时的图片，则该单摆的周期为_________s（计算结果取3位有效数字） （3）因为家中无游标卡尺，无法测量小球的直径d，实验中将摆线长作为摆长l，测得多组周期T和l的数据，作出图像。如图所示： ①实验得到的图像是________（选填：“a”、“b”或“c”）； ②实验测得当地重力加速度_________（计算结果取3位有效数字）。 （4）实验中由于操作不当，俯看小球在做近似圆周运动，小明并不知情，利用该单摆测量的重力加速度_________（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。 【答案】（1）B （2）2.03 （3） ①. ②. 9.86 （4）偏小 【解析】 【小问1详解】 为了减小实验中空气阻力的影响，应该选密度大、体积小的实心小铁球做实验，在单摆摆动过程中，为防止摆线的长度发生变化，单摆的悬点需用铁夹固定，摆线应选择细丝线。 故选B。 【小问2详解】 一周期内，小球摆线与竖线重合2次，该单摆的周期为 【小问3详解】 [1]根据单摆周期公式 整理得 可知图像纵截距大于零，实验得到的图像是。 [2]图像的斜率为 实验测得当地重力加速度 【小问4详解】 设摆线与竖直方向的夹角为，根据牛顿第二定律可得 测得的重力加速度为 利用该单摆测量的重力加速度偏小。 13. 一列简谐横波在水平绳上沿x轴正方向传播，在时刻的波形如图所示，绳上三个质点M、N、P的平衡位置分别为从该时刻开始计时，M点的振动位移随时间变化关系为。求： （1）该简谐横波的波速v； （2）从图示位置开始，质点P第一次到达波峰通过的路程。 【答案】（1）20m/s；（2） 【解析】 【详解】（1）根据题意可知，M点的振动位移随时间变化关系为 则振动周期为 根据波形图可知，简谐横波的波长为 该简谐横波的波速 （2）质点P比M落后运动时间 即说明P点与M在1.25s时所处位置向同，时质点M的位移为 所以从图示位置开始，质点P第一次到达波峰通过的路程 14. 夜晚平静的湖面上停一艘长8m的船（船体近似漂浮在水面，不计船身厚度船正中间有一根长3m的桅杆。所图所示，在船正下方4m深处有一个点光源（向各个方向照射），当船缓慢前行（向左）7m时，桅杆顶部刚好被照亮到。（取）求： （1）该水域的折射率； （2）俯视水面被光源照亮区域半径。 【答案】（1）；（2） 【解析】 【详解】（1）当桅杆顶部刚好被照亮到时的光路图如图 桅杆顶部刚好被照亮到，则 由几何关系可知 解得 由几何关系可知 其中 解得 根据折射定律可知 解得 （2）俯视水面被光源照亮区域临界位置如图 根据 由几何关系可知 解得 15. 如图所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为，M、P两点间接有阻值为的电阻。一根质量为电阻为的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。导轨的电阻可忽略。让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，沿斜面下滑时，金属杆达到最大速度，导轨和金属杆接触良好，重力加速度为。求： （1）金属杆达到的最大速度； （2）在这个过程中，电阻R上产生的热量； （3）在这个过程中所用时间。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【详解】（1）金属杆在磁场中运动达到最大速度时，产生的感应电动势为 金属杆中的电流为 金属杆受到的安培力为 当速度最大时有 代入数据可得 （2）在这个过程中，由能量守恒可得 在这个过程中，电阻R上产生的热量 （3）在这个过程中，由动量定理有 电量为 解得 16. 某异型回旋加速器的设计方案如图甲所示，图中粗黑线段为两个正对的带电极板，两个极板的板面中部各有一狭缝（沿OP方向的狭长区域），带电粒子可通过狭缝穿越极板（如图乙所示），板间电势差恒定为U（下极板电势高于上极板电势，且极板间只有电场）。两细虚线间（除开两极板之间的区域）既无电场也无磁场；其他部分存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面。在贴近下极板缝隙的离子源S中产生的质量为m、电荷量为的离子，由静止开始被电场加速，经狭缝中的点进入磁场区域，O点到极板右端的距离为D，到出射孔P的距离为4D，已知磁感应强度大小可以在零到某一最大值之间调节，离子从离子源上方的O点射入磁场区域，最终只能从出射孔P射出。假设离子打到器壁或离子源外壁则立即被吸收。忽略相对论效应，不计离子重力。求： （1）磁感应强度的最小值； （2）调节磁感应强度大小为时，离子能从P点射出，计算此时离子从P点射出时的动能； （3）若将磁感应强度在范围内调节，写出离子能从P点射出时该范围内磁感应强度B所有的可能值。 【答案】（1）；（2）；（3）（，为整数） 【解析】 【详解】（1）设离子在电场中加速一次从O点射入磁场时的速率为，则 设离子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为，则 若离子从O点射出后只运动半个圆周即从孔P射出，有 此时磁感应强度取得最小值，且最小值为 （2）离子电场中经过一次加速后，由动能定理可得 解得 加速一次后离子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为，有 解得 故离子从磁场中偏转后再次进入电场减速，至下极板速度为零，然后反向加速，如图为离子运动的轨迹示意图 在距离O点的水平距离为 处加速的离子离开电场经磁场偏转后会再次回到该点加速，直至最后从P点离开磁场，则由几何关系可知，最后一次在磁场中运动的半径 由 联立解得离子从孔P射出时的动能为 （3）当 根据 可得 离子经3次减速，每次半个周期绕开粗黑线段极板，然后在虚线段极板螺旋前进，设离子绕过两极板右端后加速次数为k，则此时离子运动半径为，离子从孔P射出时满足 且 解得 （，为整数） 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$