精品解析：湖北省武汉市武昌区2023-2024学年高二下学期期末质量检测物理试卷

2023-2024学年度高二年级期末质量检测 物 理 考试时间：2024年6月28日 全卷满分100分，考试用时75分钟。 注意事项： 1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。 2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。 3．非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。 4．考试结束后，请将本试卷和答题卡一并上交。 一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，第8~10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 1. 如图甲是氢原子能级图，巴耳末系中有三种光是分别从、4、5能级跃迁到能级产生的。用这三种光分别照射如图乙所示的密封在真空玻璃管中的K极，若已知K极金属材料的逸出功为，则下列说法正确的是（ ） A. 光电子从K极到A极做匀减速运动 B. 上述三种光只有一种不能使K极金属发生光电效应 C. 滑动变阻器滑片从右向左移动过程中，电流表示数会一直增大 D. 这三种光中，从跃迁到能级产生的光照射K极时，遏止电压最小 2. 某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向飞来。某时刻雷达发出一个无线电脉冲，经200μs后收到反射波；隔0.8s后再发出一个脉冲，经198μs收到反射波，已知真空中光速为，则飞机的飞行速度为（　　） A. 340m/s B. 325m/s C. 375m/s D. 750m/s 3. 我国计划2030年前实现载人登月，该计划采用两枚长征十号运载火箭先后将“揽月”着陆器、“梦舟”飞船送至地月转移轨道a，飞船和着陆器在环月轨道b进行交会对接形成组合体，航天员进入着陆器，着陆器在轨道c的P点进行变轨进入近月轨道d，运行稳定后，再登陆月面，下列说法正确的是（ ） A. 组合体处于超重状态 B. 运载火箭的发射速度一定要大于第二宇宙速度 C. 着陆器运行到轨道c的P点时减速进入近月轨道d D. 飞船和着陆器都运行在轨道b上，飞船加速追上前方的着陆器后进行对接 4. 常被用来研究甲状腺激素合成和分泌的碘131是一种放射性同位素，其半衰期为8天。若横坐标表示时间t，纵坐标表示碘131的质量m，下列图像中能正确反映其衰变规律的是（　　） A. B. C D. 5. 如图所示，A、B、C、D是正方形的四个顶点，在A点放有一个电荷量为q的正电荷，若要使C点的电场强度为0，则下列说法中正确的是（ ） A. 在B点和D点各放置一个电荷量为的负电荷 B. 在B点和D点各放置一个电荷量为的负电荷 C. 在B、D点分别放置等量异种电荷，电荷量大小为 D. 在B、D点分别放置等量异种电荷，电荷量大小为 6. 介质中平衡位置在同一水平面上两个点波源和，二者做简谐运动的步调一致且周期均为0.4s。P为波源平衡位置所在水平面上的一点，与平衡位置的距离为3m，与平衡位置的距离为9m，若由和发出的简谐波的波长为2m，下列说法中正确的是（ ） A. 两波的波速均为20m/s B. 两波在P点引起的振动总是相互减弱的 C. 当恰好在平衡位置向上运动时，点P向下运动 D. 当恰好在平衡位置向上运动时，点P向上运动 7. 如图所示，一棱镜的横截面是顶角为120°的等腰三角形ABC，一束单色光平行于底边BC从AB边上的D点射入棱镜，在底边BC上经一次反射后，从AC边上的E点射出，若已知棱镜的折射率为，下列说法正确的是（　　） A. 从E点射出的光线与底边BC不一定平行 B. 光从棱镜进入空气时的临界角为60° C. 有部分光线从BC边射出 D 8. 我国某品牌手机实现40W无线闪充，最快56分钟可充满等效4000mAh电池电量，能实现“充电5分钟，通话1小时”。已知，无线充电座内的发射线圈的输入电压为220V时，该手机内的接收线圈的感应电动势为9V，若不考虑线圈的电阻和充电过程中各种能量的损失，下列说法正确的是（ ） A. 无线充电的原理是互感现象 B. 发射线圈和接收线圈内的电流频率相同 C. 发射线圈和接收线圈的匝数比为 D. 无线闪充时，接收线圈中电流最大值为4.4A 9. 如图所示，矩形区域ABCD的空间中存在一磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，点O为AD边的中点。一带电粒子由O点沿平行于上下边界的方向射入磁场中，然后从C点射出。若保持所有条件不变，在磁场区域再加上一电场强度大小为E的匀强电场，该粒子入射后沿直线运动射出场区，已知，，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ） A. 电场方向为平行于左右边界向下 B. 电场方向为平行于左右边界向上 C. 则该粒子的比荷为 D. 则该粒子的比荷为 10. 如图甲所示，时刻，一质量为m的木板在水平推力F的作用下，由静止开始沿水平地面向右运动。在时刻，一质量为0.5m的小物块以一定速度从右端滑上木板。在时刻，小物块仍在木板上且与木板的速度相同。这段时间内，木板的速度v随时间t变化的图线如图乙所示，表示木板与地面间的动摩擦因数，g表示重力加速度大小，下列说法正确的是（　　） A. 水平推力 B. 小物块和木板间动摩擦因数为 C. 小物块从右端滑上木板的初速度大小为 D. 到时间内，木板和小物块组成的系统动量守恒 二、非选择题：本题共5小题，共60分。 11. 某同学用如下实验探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素： （1）如图甲所示，已知电流从电流计正接线柱流入时，指针向右偏转。则当图中磁体快速向下运动时，可观察到电流计指针______（选填“不”、“向左”或“向右”）偏转。 （2）用如图乙所示的实物电路探究影响感应电流方向的因素，请先将图乙的实物连线补充完整______。在闭合开关前，滑动变阻器滑片应移至最______（选填“左”或“右”）端。 （3）若图乙实物电路连接正确，开关闭合瞬间，电流计的指针向左偏转，则将铁芯从线圈P中快速抽出时，可观察到电流计指针______（选填“不”、“向左”或“向右”）偏转。 12. 某实验小组用如图甲所示装置探究弹簧的弹性势能与形变量的关系，步骤如下： ①按图示安装仪器，标记滑片左侧恰好接触弹簧时的位置； ②推滑片，压缩弹簧，记录下弹簧的形变量x，然后无初速释放滑片； ③滑片被弹簧推开后，记录挡光片通过光电门的时间t； ④重复步骤②③，在表格中记录多组x和t的数据。 （1）根据表格中的数据，在图乙中补齐未画出的数据点并绘出图线。 序号 t（ms） x（cm） 1 25.45 39 0.5 2 15.02 67 10 3 8.81 113 1.5 4 6.36 157 2.0 5 5.18 193 2.5 6 4.42 226 3.0 （2）根据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为______，因此弹簧的弹性势能______（用t表示），作出图像如图乙所示，则______（用x表示），即弹簧的弹性势能与形变量的关系。 13. 如图甲所示，平直木板与固定在水平地面上的铰链相连，内壁光滑的气缸固定在木板上，厚度不计的活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸内。在竖直平面内缓慢地转动木板，木板与水平地面之间的夹角用表示，则气体的压强p与的关系图线如图乙所示，图乙中为已知量。 （1）已知活塞面积为S，重力加速度大小为g，求活塞的质量； （2）当，活塞与气缸底部的距离为d时，气缸内的气体温度为；当，活塞与气缸底部的距离为0.5d时，气缸内的气体温度为，求。 14. 如图所示，小物块A沿水平地面运动与静止在P点处的小物块B发生弹性碰撞，B沿水平面运动到Q点后进入竖直平面的光滑半圆轨道，经轨道的最高点M点抛出，又恰好落回到P点。已知，A的质量是B的3倍；P点到M点的水平间距为；B与水平地面间的动摩擦因数为；半圆轨道的半径为；重力加速度的大小取。求： （1）小物块B从M点抛出时的速度大小； （2）A与B碰撞后，A和B的速度分别为多少。 15. 如图所示，宽为的“”型平行金属导轨固定在水平绝缘桌面上，水平段光滑，处于磁感应强度为的竖直向上的匀强磁场中；倾角为的倾斜段粗糙，处于磁感应强度为的垂直斜面向下的匀强磁场中。在水平段导轨的左端接入电容为的电容器和单刀双掷开关S；金属棒AB通过绝缘细线跨过光滑轻滑轮与边长为的正方形金属线框相连，线框的正下方空间有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场上边界与线框下边缘距离为d。开关S接通前，电容器不带电；一阻值为的金属棒CD恰好能水平静止在倾斜段导轨上；在外力作用下AB垂直于水平段导轨静止，线框也静止不动，现将S置于位置1，然后释放AB。当线框下边缘恰好进入磁场瞬间，断开S。待线框上边缘恰好进入磁场瞬间，将S置于位置2，此时CD恰好能沿导轨开始向上运动。已知金属棒AB、CD和线框的质量均为；AB及导轨的电阻均不计，导轨足够长且与金属棒接触良好，金属棒和线框运动过程中均不翻转，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度的大小取，求： （1）S置于位置2瞬间，金属棒AB的速度大小； （2）在线框进入磁场的过程中，线框上产生的焦耳热为多少； （3）当AB的加速度是CD的加速度的2倍时，CD的热功率为多少？ 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2023-2024学年度高二年级期末质量检测 物 理 考试时间：2024年6月28日 全卷满分100分，考试用时75分钟。 注意事项： 1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。 2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。 3．非选择题的作答：用黑色签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。 4．考试结束后，请将本试卷和答题卡一并上交。 一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，第8~10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 1. 如图甲是氢原子能级图，巴耳末系中有三种光是分别从、4、5能级跃迁到能级产生的。用这三种光分别照射如图乙所示的密封在真空玻璃管中的K极，若已知K极金属材料的逸出功为，则下列说法正确的是（ ） A. 光电子从K极到A极做匀减速运动 B. 上述三种光只有一种不能使K极金属发生光电效应 C. 滑动变阻器滑片从右向左移动过程中，电流表示数会一直增大 D. 这三种光中，从跃迁到能级产生的光照射K极时，遏止电压最小 【答案】B 【解析】 【详解】A．由图可知A极板带正电，则光电子从K极到A极做匀加速运动，故A错误； B．根据 可知从、4、5能级跃迁到能级产生的能量为1.89eV、2.55eV、2.86eV，K极金属材料的逸出功为，则只有一种，即1.89eV的光不能使K极金属发生光电效应，故B正确； C．若已达到饱和电流，滑动变阻器滑片从右向左移动过程中，则电流表示数不变，故C错误； D．这三种光中，从跃迁到能级产生的光能量最大，根据爱因斯坦光电效应方程 可知照射K极时，遏止电压最大，故D错误。 故选B。 2. 某雷达站正在跟踪一架飞机，此时飞机正朝着雷达站方向飞来。某时刻雷达发出一个无线电脉冲，经200μs后收到反射波；隔0.8s后再发出一个脉冲，经198μs收到反射波，已知真空中光速为，则飞机的飞行速度为（　　） A. 340m/s B. 325m/s C. 375m/s D. 750m/s 【答案】C 【解析】 【详解】由于光速远远大于飞机的速度，所以可以不考虑电磁波传播过程中飞机的位移，设雷达两次发射电磁波时飞机分别位于、处，则第一次有 第二次有 飞机的飞行速度 解得 故选C。 3. 我国计划2030年前实现载人登月，该计划采用两枚长征十号运载火箭先后将“揽月”着陆器、“梦舟”飞船送至地月转移轨道a，飞船和着陆器在环月轨道b进行交会对接形成组合体，航天员进入着陆器，着陆器在轨道c的P点进行变轨进入近月轨道d，运行稳定后，再登陆月面，下列说法正确的是（ ） A. 组合体处于超重状态 B. 运载火箭的发射速度一定要大于第二宇宙速度 C. 着陆器运行到轨道c的P点时减速进入近月轨道d D. 飞船和着陆器都运行在轨道b上，飞船加速追上前方的着陆器后进行对接 【答案】C 【解析】 【详解】A. 组合体处于失重状态，故A错误； B. 运载火箭的发射速度一定要大于第一宇宙速度小于第二宇宙速度，故B错误； C. 着陆器运行到轨道c的P点时减速，使向心力等于两者万有引力，从而进入近月轨道d，故C正确； D. 飞船和着陆器都运行在轨道b上，飞船加速不会追上前方的着陆器，反而轨道会发生变化，飞船与着陆器对接一般是在a轨道与b轨道交汇时进行对接，故D错误。 故选C。 4. 常被用来研究甲状腺激素合成和分泌的碘131是一种放射性同位素，其半衰期为8天。若横坐标表示时间t，纵坐标表示碘131的质量m，下列图像中能正确反映其衰变规律的是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】设经过时间t后碘131剩下的质量为m，则由半衰期的概念有 所以若横纵标表示时间t，纵坐标表示碘131的质量m，其图像为双曲线的一支。 故选B。 5. 如图所示，A、B、C、D是正方形的四个顶点，在A点放有一个电荷量为q的正电荷，若要使C点的电场强度为0，则下列说法中正确的是（ ） A. 在B点和D点各放置一个电荷量为的负电荷 B. 在B点和D点各放置一个电荷量为的负电荷 C. 在B、D点分别放置等量异种电荷，电荷量大小为 D. 在B、D点分别放置等量异种电荷，电荷量大小为 【答案】A 【解析】 【详解】AB．设正方形边长为l，A点放有一个电荷量为q的正电荷，在C点产生的电场方向由A指向C，大小为 在B点和D点各放置一个电荷量为的电荷，在C点产生的电场方向由C指向A，大小为 要使C点的电场强度为0，则 解得 故A正确，B错误； CD．在B、D点分别放置等量异种电荷，则合场强平行于BD，与A点电荷产生的电场叠加不为0，故CD错误。 故选A。 6. 介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源和，二者做简谐运动的步调一致且周期均为0.4s。P为波源平衡位置所在水平面上的一点，与平衡位置的距离为3m，与平衡位置的距离为9m，若由和发出的简谐波的波长为2m，下列说法中正确的是（ ） A. 两波的波速均为20m/s B. 两波在P点引起的振动总是相互减弱的 C. 当恰好在平衡位置向上运动时，点P向下运动 D. 当恰好在平衡位置向上运动时，点P向上运动 【答案】C 【解析】 【详解】A．波长为2m，周期为0.4s，则波速为 故A错误； B．二者做简谐运动的步调一致，P到两波源的波程差为 则两波在P点引起的振动总是相互加强的，故B错误； C．由题可知 则当恰好平衡位置向上运动时，点P向下运动，故C正确； D．由题可知 则当恰好在平衡位置向上运动时，点P向下运动，故D错误； 故选C。 7. 如图所示，一棱镜的横截面是顶角为120°的等腰三角形ABC，一束单色光平行于底边BC从AB边上的D点射入棱镜，在底边BC上经一次反射后，从AC边上的E点射出，若已知棱镜的折射率为，下列说法正确的是（　　） A. 从E点射出的光线与底边BC不一定平行 B. 光从棱镜进入空气时的临界角为60° C. 有部分光线从BC边射出 D. 【答案】D 【解析】 【详解】A．其光路图如图所示 由几何关系可知，AD与EF平行，AE与DF平行，所以FE光线射出棱镜后其与AC的夹角与角C相同，即出射光线与BC边平行，故A项错误； B．由于该棱镜的折射率为，则临界角为 则临界角 故B项错误； C．结合之前光路图，由几何关系可知，其光线到达F点后其与法线的角度为大于发生全反射的临界角，即光将会在BC边发生全反射，所以没有光线从BC边射出，故C项错误； D．由之前的分析可知，AD与EF平行，AE与DF平行，所以四边形ADFE为平行四边形，即有 由几何关系可知，三角形DFB为等腰三角形，即 综上所述 故D项正确。 故选D。 8. 我国某品牌手机实现40W无线闪充，最快56分钟可充满等效4000mAh电池电量，能实现“充电5分钟，通话1小时”。已知，无线充电座内的发射线圈的输入电压为220V时，该手机内的接收线圈的感应电动势为9V，若不考虑线圈的电阻和充电过程中各种能量的损失，下列说法正确的是（ ） A. 无线充电的原理是互感现象 B. 发射线圈和接收线圈内的电流频率相同 C. 发射线圈和接收线圈的匝数比为 D. 无线闪充时，接收线圈中电流最大值为4.4A 【答案】AB 【解析】 【详解】AB．根据电磁感应原理可知，无线充电的原理是互感现象，此时发射线圈和接收线圈内的电流频率相同，故AB正确； C．根据线圈匝数与电压的关系可知发射线圈和接收线圈的匝数比为 故C错误； D．最快56分钟可充满等效4000mAh电池电量，根据电流的定义式可知有效值为 A 最大值为 A 故D错误； 故选AB。 9. 如图所示，矩形区域ABCD的空间中存在一磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，点O为AD边的中点。一带电粒子由O点沿平行于上下边界的方向射入磁场中，然后从C点射出。若保持所有条件不变，在磁场区域再加上一电场强度大小为E的匀强电场，该粒子入射后沿直线运动射出场区，已知，，不计粒子的重力，下列说法正确的是（ ） A. 电场方向为平行于左右边界向下 B. 电场方向为平行于左右边界向上 C. 则该粒子的比荷为 D. 则该粒子的比荷为 【答案】AC 【解析】 【详解】AB．粒子受洛伦兹力方向向下，可知粒子带负电，加电场后粒子沿直线运动，可知粒子受向上的电场力，则电场方向为平行于左右边界向下，故A正确，B错误； CD．加电场后粒子做直线运动 粒子在磁场中运动时，作出其运动轨迹，如图所示 由几何关系可知 解得 r=2a 根据 可得 故C正确，D错误。 故选AC。 10. 如图甲所示，时刻，一质量为m木板在水平推力F的作用下，由静止开始沿水平地面向右运动。在时刻，一质量为0.5m的小物块以一定速度从右端滑上木板。在时刻，小物块仍在木板上且与木板的速度相同。这段时间内，木板的速度v随时间t变化的图线如图乙所示，表示木板与地面间的动摩擦因数，g表示重力加速度大小，下列说法正确的是（　　） A. 水平推力 B. 小物块和木板间动摩擦因数为 C. 小物块从右端滑上木板的初速度大小为 D. 到时间内，木板和小物块组成的系统动量守恒 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．对于图像来说，其图像的斜率表示物体的加速度，由题图可知，在水平外力作用时，其加速度为 对木板有 解得 故A正确； B．时，木板的速度为 则小物块在木板上时，木板的加速度为 设木板与物块之间的动摩擦因数为，有 解得 故B正确； C．设小物块滑上的速度大小为，设向右为正方向，对小物块有 解得 故C错误； D．当小物块滑上木板后，对于两者的系统水平方向有 竖直方向合力为零，综上所述，两者的系统合外力为零，即该系统动量守恒，故D正确。 故选ABD。 二、非选择题：本题共5小题，共60分。 11. 某同学用如下实验探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素： （1）如图甲所示，已知电流从电流计的正接线柱流入时，指针向右偏转。则当图中磁体快速向下运动时，可观察到电流计指针______（选填“不”、“向左”或“向右”）偏转。 （2）用如图乙所示的实物电路探究影响感应电流方向的因素，请先将图乙的实物连线补充完整______。在闭合开关前，滑动变阻器滑片应移至最______（选填“左”或“右”）端。 （3）若图乙实物电路连接正确，开关闭合瞬间，电流计的指针向左偏转，则将铁芯从线圈P中快速抽出时，可观察到电流计指针______（选填“不”、“向左”或“向右”）偏转。 【答案】（1）向右 （2） ①. ②. 左 （3）向右 【解析】 【小问1详解】 通过实验得知，当电流从电流计的右侧正接线柱流入时，指针向右偏转，则当磁体向下运动时，穿过线圈的磁通量向下增加，根据楞次定律可知，感应电流从电流计正接线柱流入，所示其指针向右偏转。 【小问2详解】 [1]将图中的实物连线，其如图所示 [2]为保护电路安全，所以其滑片应该在阻值最大端，即滑动变阻器滑片应该移动到最左端。 【小问3详解】 开关闭合瞬间，电流计的指针向左偏转，穿过与电流计过程回路线圈的磁通量增加，将铁芯从线圈中抽出时，则穿过电流计过程回路线圈的磁通量减小，由楞次定律可知，指针向左偏转。 12. 某实验小组用如图甲所示装置探究弹簧的弹性势能与形变量的关系，步骤如下： ①按图示安装仪器，标记滑片左侧恰好接触弹簧时的位置； ②推滑片，压缩弹簧，记录下弹簧的形变量x，然后无初速释放滑片； ③滑片被弹簧推开后，记录挡光片通过光电门的时间t； ④重复步骤②③，在表格中记录多组x和t的数据。 （1）根据表格中的数据，在图乙中补齐未画出的数据点并绘出图线。 序号 t（ms） x（cm） 1 25.45 39 0.5 2 15.02 67 1.0 3 8.81 113 1.5 4 6.36 157 2.0 5 5.18 193 2.5 6 4.42 226 3.0 （2）根据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为______，因此弹簧的弹性势能______（用t表示），作出图像如图乙所示，则______（用x表示），即弹簧的弹性势能与形变量的关系。 【答案】（1） （2） ①. 滑块的动能 ②. ③. 【解析】 【小问1详解】 根据表格数据画图如下 【小问2详解】 [1] 根据机械能守恒定律，释放滑块后，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能； [2] 挡光片通过光电门的时间t，则速度为 弹簧的弹性势能 [3]由图可知与x成正比，则 13. 如图甲所示，平直木板与固定在水平地面上的铰链相连，内壁光滑的气缸固定在木板上，厚度不计的活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸内。在竖直平面内缓慢地转动木板，木板与水平地面之间的夹角用表示，则气体的压强p与的关系图线如图乙所示，图乙中为已知量。 （1）已知活塞面积为S，重力加速度大小为g，求活塞的质量； （2）当，活塞与气缸底部的距离为d时，气缸内的气体温度为；当，活塞与气缸底部的距离为0.5d时，气缸内的气体温度为，求。 【答案】（1）；（2） 【解析】 【详解】（1）以活塞为研究对象得 ① 由图乙有 ② 联立①②有 （2）当，代入②中， 当，代入②中， 由理想气体状态方程得 解得 14. 如图所示，小物块A沿水平地面运动与静止在P点处的小物块B发生弹性碰撞，B沿水平面运动到Q点后进入竖直平面的光滑半圆轨道，经轨道的最高点M点抛出，又恰好落回到P点。已知，A的质量是B的3倍；P点到M点的水平间距为；B与水平地面间的动摩擦因数为；半圆轨道的半径为；重力加速度的大小取。求： （1）小物块B从M点抛出时的速度大小； （2）A与B碰撞后，A和B的速度分别为多少。 【答案】（1）；（2）， 【解析】 详解】（1）设B从M点以速度平抛运动 ， 解得 （2）设A与B发生弹性碰撞后，A、B的速度分别为和，动量守恒有 机械能守恒有 B从P点运动到M点，由动能定理有 解得 ， 15. 如图所示，宽为的“”型平行金属导轨固定在水平绝缘桌面上，水平段光滑，处于磁感应强度为的竖直向上的匀强磁场中；倾角为的倾斜段粗糙，处于磁感应强度为的垂直斜面向下的匀强磁场中。在水平段导轨的左端接入电容为的电容器和单刀双掷开关S；金属棒AB通过绝缘细线跨过光滑轻滑轮与边长为的正方形金属线框相连，线框的正下方空间有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场上边界与线框下边缘距离为d。开关S接通前，电容器不带电；一阻值为的金属棒CD恰好能水平静止在倾斜段导轨上；在外力作用下AB垂直于水平段导轨静止，线框也静止不动，现将S置于位置1，然后释放AB。当线框下边缘恰好进入磁场瞬间，断开S。待线框上边缘恰好进入磁场瞬间，将S置于位置2，此时CD恰好能沿导轨开始向上运动。已知金属棒AB、CD和线框的质量均为；AB及导轨的电阻均不计，导轨足够长且与金属棒接触良好，金属棒和线框运动过程中均不翻转，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度的大小取，求： （1）S置于位置2瞬间，金属棒AB的速度大小； （2）在线框进入磁场的过程中，线框上产生的焦耳热为多少； （3）当AB的加速度是CD的加速度的2倍时，CD的热功率为多少？ 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【详解】（1）对CD，S接2前，恰好静止在倾斜导轨上 S接2瞬间，设CD受到的安培力为，恰好能沿导轨上滑： 又 S接2瞬间，设AB的速度大小为，则 联立解得 （2）设AB受的安培力为，AB和线框整体的加速度大小为a，根据牛顿第二定律有 在S接1的时间内 联立解得 代入数据得 即这段过程，线框匀加速下落距离为d，设线框下边缘刚入磁场时速度为 线框进入磁场过程中，对AB和线框整体，由能量守恒有 联立解得 （3）CD沿轨道上滑 这段过程中AB和线框整体 对CD热功率有 又由已知条件 解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$