精品解析：湖北省部分省级示范高中2024-2025学年高二下学期4月期中测试物理试题

湖北省部分省级示范高中2024~2025学年下学期期中测试 高二物理试卷 考试时间：2025年4月24日 试卷满分：100分 ★祝考试顺利★ 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。每小题全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 1. 如图是常用的学生饭卡内部实物图，其由线圈和芯片组成电路。当饭卡处于感应区域时，刷卡机会激发变化的磁场，从而在饭卡内线圈中产生感应电流来驱动芯片工作，已知线圈面积为S，共n匝，某次刷卡时，线圈平面与磁场垂直，且全部处于磁场区域内，在感应时间内，磁感应强度方向向外且由0均匀增大到，此过程中（　　） A. AB边所受安培力保持不变 B. 线圈中产生的感应电流方向为顺时针 C. 线圈中感应电动势大小为 D. 线圈中磁通量变化量为 2. 如图所示电路中，电感线圈的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A和B是两个完全相同的小灯泡，B灯泡与一个较小的电阻相连。则（　　） A. 断开开关S时，B灯突然闪亮一下再逐渐熄灭 B. 断开开关S时，A灯突然闪亮一下再逐渐熄灭 C. 闭合开关S时，A立即变亮，B灯逐渐变亮 D. 闭合开关S时，同时达到最亮，且B更亮一些 3. 在LC振荡电路中，某时刻电路中的电流方向如图所示，且电流正在增大，则该时刻（　　） A. 电场能正向磁场能转化 B. 电容器两极板间电压正在增大 C. 电容器上极板带负电，下极板带正电 D. 电流的变化率增大 4. 如图甲所示，为一台小型发电机的示意图，10匝线圈匀速转动，产生的电动势e随时间t的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为0.2Ω，小灯泡的电阻恒为0.8Ω。则（　　） A. 理想电压表的示数 B. 线圈转动的角速度 C. 转动过程中穿过线圈的最大磁通量 D. 通过灯泡电流的瞬时表达式为 5. 如图，垂直纸面向外的匀强磁场中有一硬质导线框pOabc，其中正方形Oabc边长为L，线段pa=2L，该导线框在纸面内绕O点以角速度ω逆时针转动。则p、O、a、b、c各点电势关系为（　　） A. B. C. D. 6. 如图所示的交流电，正向和反向都是正弦交流电，但峰值和半周期不等，则此交流电流的有效值为（　　） A. B. C. D. 15A 7. 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比，原线圈接入的交流电压瞬时值表达式为，定值电阻，副线圈接有滑动变阻器，阻值为0~10Ω。电压表和电流表均为理想交流电表，其读数为U和I，调节滑动变阻器的滑片，电表示数变化量的绝对值为和，下列说法正确的是（　　） A. 向下调节的滑片，电压表示数减小、电流表示数减小 B. 调节滑动变阻器的滑片，和的比值保持不变，且有 C. 当滑动变阻器阻值调到2Ω时，变压器输出功率最大 D. 当滑动变阻器阻值调到0.5Ω时，变压器输出功率最大 8. 伟大的物理学家麦克斯韦证明周期性变化的电场和磁场相互激发会产生电磁波，同时，他也预言光是电磁波。现如今，电磁波在生产生活中得到了广泛的应用。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A. 红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪和红外摄影的基础 B. 不同频率电磁波在真空中的传播速度不同 C. 电磁波不能在真空中传播 D. 红外线的频率比可见光的频率低 9. 如图（a）所示，轻质绝缘细线吊着质量，边长，电阻的单匝正方形闭合金属线框abcd，对角线bd的下方区域分布着垂直纸面向里的磁场，其磁感应强度B随时间t的变化图像如图（b）所示。不考虑线框的形变，取重力加速度，当线框处于静止状态时、下列说法正确的是（　　） A. 0~2s内线框受到的细绳的拉力越来越大 B. 0~2s内线框受到的细绳的拉力越来越小 C. 0~2s内线框的电流为1A D. 0~2s内线框中产生的焦耳热为2J 10. 如图所示，水平边界MN与PQ之间分布着垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两边界间的高度差为l。由粗细均匀的电阻丝制成的单匝矩形线框abcd的电阻为R，以，。现将线框从边界MN上方l处由静止释放，当cd边进入磁场时线框恰好做匀速运动，整个过程中线框平面始终保持竖直且ab边保持水平。已知重力加速度为g，空气阻力忽略不计，下列说法正确的有（　　） A. cd边刚进入磁场时c、d两点间电压 B. 线框进入磁场的过程中，通过线框的电量 C. 线框穿过磁场的过程中，ac边产生的热量 D. 线框穿过磁场的过程中，ac边产生的热量 二、非选择题：本题共5小题，共60分 11. 安宁河联盟校某物理实验小组探究“影响感应电流方向的因素”。 （1）如图甲所示，小组成员用试触的方法确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系。实验表明，如果电流从正接线柱流入，指针将向右偏转；从负接线柱流入，指针将向左偏转。 （2）如图乙所示，将条形磁铁从螺线管中拔出的过程中，感应电流产生的磁场方向______（选填“向上”或“向下”），电流计指针______（选填“向左”或“向右”）偏转。 （3）如图丙所示，将条形磁铁插入螺线管的过程中，电流计指针______（选填“向左”或“向右”）偏转。 12. 已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。某同学利用图甲的电路测量其阻值随温度变化的关系，其中电压表的量程为0~3V，内阻为1200Ω，电流表的量程为0~6.0mA，内阻未知。 （1）实验中需要利用电压表和定值电阻串联，使量程扩大6V。现有两个定值电阻，，为达到上述要求，定值电阻应选择______（选填“”或“”）； （2）要求热敏电阻两端的电压从零开始调节，则甲图中的A、B之间______（选填“应该”或“不应该”）用导线相连； （3）利用该热敏电阻制作高温温控报警器，其电路的一部分如图乙，M、N其中一处连接热敏电阻，另外一处连接电阻箱，当输出电压增大到某一数值，便触发报警器（图中未画出）报警，则______（选填“M”或“N”）处连接热敏电阻。为了降低报警器的灵敏度，减少误报，即要把报警温度调高，电阻箱的阻值应调______（选填“大”或“小”）。 13. 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用高压输电，输电线路上的总电阻为20Ω，要求输电线路上损失功率为输出功率的5%，用升压变压器升压送电后，到达用端后用降压变压器降为220V供电。（两个变压器都是理想变压器）求： （1）输电线上的电流及； （2）降压变压器原副线圈的匝数比为多少。（结果可以用分数表示） 14. 如图所示，间距均为L的光滑平行倾斜导轨与足够长的光滑平行水平导轨在M、N处平滑连接，虚线MN右侧有竖直向下、磁感应强度为B匀强磁场。a、b是两根粗细均匀的金属棒，质量均为m，电阻分别为R和2R，b棒静止于水平导轨上，初始时与MN相距s，a棒由静止从距水平面高度为h的倾斜轨道下滑，运动过程中与b棒始终没有接触，且两棒始终垂直于导轨。不计导轨的电阻，重力加速度为g。求： （1）a棒刚进入磁场时，回路中感应电流I大小为多少？ （2）最终稳定后b棒的速度大小为多少、整个过程b棒上产生的焦耳热为多少？ （3）稳定后，a、b棒间的距离为多少？ 15. 如图所示，有一对与水平面夹角为的足够长平行倾斜粗糙导轨，两导轨间距，顶端间连一电阻，，在导轨与电阻构成的回路中有垂直轨道平面向下的匀强磁场，其磁感应强度大小。在导轨上横放一质量，电阻，长度也为的导体棒，导体棒与导轨始终接触良好，导体棒与导轨间动摩擦因素，又在导轨、的顶端通过导线连接一面积为，总电阻也为，匝数的带铁芯线圈（线圈中轴线沿竖直方向），在线圈内加上沿竖直方向，且均匀增加的磁场（图中未画出），连接线圈电路上的开关K处于断开状态。不计导轨电阻，取，，。求 （1）从静止释放导体棒，导体棒能达到的最大速度是多少； （2）导体棒从静止释放到稳定运行的这段时间内，流过电阻R的电荷量，那么导体棒下滑的距离x及R上产生的焦耳热是多少； （3）现闭合开关K，为使导体棒静止于倾斜导轨上，那么在线圈中所加磁场的磁感应强度的方向及变化率大小取值范围是多少？ 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 湖北省部分省级示范高中2024~2025学年下学期期中测试 高二物理试卷 考试时间：2025年4月24日 试卷满分：100分 ★祝考试顺利★ 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。每小题全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。 1. 如图是常用的学生饭卡内部实物图，其由线圈和芯片组成电路。当饭卡处于感应区域时，刷卡机会激发变化的磁场，从而在饭卡内线圈中产生感应电流来驱动芯片工作，已知线圈面积为S，共n匝，某次刷卡时，线圈平面与磁场垂直，且全部处于磁场区域内，在感应时间内，磁感应强度方向向外且由0均匀增大到，此过程中（　　） A. AB边所受安培力保持不变 B. 线圈中产生的感应电流方向为顺时针 C. 线圈中感应电动势大小为 D. 线圈中磁通量变化量为 【答案】B 【解析】 【详解】AC．磁感应强度方向向外且由0均匀增大到，电动势大小为 电动势大小不变，线框中产生的感应电流一直不变，磁感应强度变大，安培力逐渐变大，故AC错误； B．磁感应强度向外均匀增大，由楞次定律可得感应电流产生的磁场垂直线圈平面向里，根据安培定则可知感应电流为顺时针方向，故B正确； D．线框中磁通量变化量为 与线圈匝数无关，故D错误； 故选B。 2. 如图所示的电路中，电感线圈的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，A和B是两个完全相同的小灯泡，B灯泡与一个较小的电阻相连。则（　　） A. 断开开关S时，B灯突然闪亮一下再逐渐熄灭 B. 断开开关S时，A灯突然闪亮一下再逐渐熄灭 C. 闭合开关S时，A立即变亮，B灯逐渐变亮 D. 闭合开关S时，同时达到最亮，且B更亮一些 【答案】A 【解析】 【详解】AB．断开开关S时，线圈与和两个灯泡构成闭合回路，线圈产生自感电动势，相当于电源，阻碍原电流的减小，线圈的左端相当于电源的负极，通过B的电流方向与稳定时相反；由于电流是从稳定时线圈中电流大小开始减小，而稳定时通过灯泡B的电流比线圈中电流小，故A慢慢熄灭，B闪亮后才慢慢熄灭，由于此时线圈是电源。所以A、B灯泡在B闪亮之后以同样的亮度一起熄灭。A正确，B错误； CD．闭合开关S时，由于B与电阻串联，立即就亮，而A与线圈串联，线圈中产生自感电动势阻碍电流变化，故A灯泡逐渐亮起，电路稳定以后，由于AB两个是完全相同的灯泡，而B灯泡与一个较小的电阻相连。所以A会比B更亮一些，CD错误。 故选A。 3. 在LC振荡电路中，某时刻电路中的电流方向如图所示，且电流正在增大，则该时刻（　　） A. 电场能正在向磁场能转化 B. 电容器两极板间电压正在增大 C. 电容器上极板带负电，下极板带正电 D. 电流的变化率增大 【答案】A 【解析】 【详解】A．由于回路电流正在增加，可知是放电过程，因此电场能正在向磁场能转化，故A正确； BC．放电过程电容器上极板带正电，下极板带负电，电容器电荷量不断减小，由公式电容不变，所以两极板间电压正减小，故BC错误； D．在振荡电路中，当电容器放电时，电流增大但电流变化得越来越慢，即电流变化率减小，故D错误。 故选A 。 4. 如图甲所示，为一台小型发电机的示意图，10匝线圈匀速转动，产生的电动势e随时间t的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为0.2Ω，小灯泡的电阻恒为0.8Ω。则（　　） A. 理想电压表的示数 B. 线圈转动的角速度 C. 转动过程中穿过线圈的最大磁通量 D. 通过灯泡电流瞬时表达式为 【答案】D 【解析】 【详解】A．根据图乙可知，线圈产生电动势的有效值为V 理想电压表测的是小灯泡两端电压，则示数为V 故A错误； B．根据图乙可知，交流电的周期为T=0.02s，则线圈转动的角速度为rad/s 故B错误； C．线圈转动时产生电动势最大值为 则穿过线圈的最大磁通量为Wb 故C错误； D．根据图乙可知，感应电动势的瞬时值表达式为（V） 故通过灯泡电流的瞬时值表达式为（A） 故D正确。 故选D。 5. 如图，垂直纸面向外的匀强磁场中有一硬质导线框pOabc，其中正方形Oabc边长为L，线段pa=2L，该导线框在纸面内绕O点以角速度ω逆时针转动。则p、O、a、b、c各点电势关系为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】相当于导体棒转动切割磁感线，根据右手定则可知O点电势最低，根据 有效长度， 可得 所以 故选A。 6. 如图所示的交流电，正向和反向都是正弦交流电，但峰值和半周期不等，则此交流电流的有效值为（　　） A. B. C. D. 15A 【答案】C 【解析】 【详解】根据交流电的有效值概念可知 可得 故选C。 7. 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比，原线圈接入的交流电压瞬时值表达式为，定值电阻，副线圈接有滑动变阻器，阻值为0~10Ω。电压表和电流表均为理想交流电表，其读数为U和I，调节滑动变阻器的滑片，电表示数变化量的绝对值为和，下列说法正确的是（　　） A. 向下调节的滑片，电压表示数减小、电流表示数减小 B. 调节滑动变阻器的滑片，和的比值保持不变，且有 C. 当滑动变阻器阻值调到2Ω时，变压器输出功率最大 D. 当滑动变阻器阻值调到0.5Ω时，变压器输出功率最大 【答案】D 【解析】 【详解】A．根据理想变压器规律， 再由， 联立可解得，，可知向下调节的滑片，减小，故电压表示数U2减小、电流表示数增大，故A错误； B．根据理想变压器规律可得，， 两式相减得 根据理想变压器规律可得， 两式相减可得 再由， 两式相减得 联立解得，即，故B错误； CD．根据A项的分析结果可知变压器输出功率为 根据基本不等式关系知当，即时，变压器输出功率最大，故C错误，D正确。 故选D。 8. 伟大的物理学家麦克斯韦证明周期性变化的电场和磁场相互激发会产生电磁波，同时，他也预言光是电磁波。现如今，电磁波在生产生活中得到了广泛的应用。下列关于电磁波的说法正确的是（　　） A. 红外探测器能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪和红外摄影的基础 B. 不同频率的电磁波在真空中的传播速度不同 C. 电磁波不能在真空中传播 D. 红外线的频率比可见光的频率低 【答案】AD 【解析】 【详解】A．夜视仪器利用红外线的热辐射效应；它能在较冷的背景上探测出较热物体的红外辐射，这是夜视仪器和红外摄影的基础，故A正确； B．不同频率的电磁波在真空中的传播速度都相同，故B错误； C．电磁波传播不需要介质，即也能在真空中传播，故C错误； D．由电磁波谱可知，红外线的频率比可见光的频率低，故D正确。 故选AD。 9. 如图（a）所示，轻质绝缘细线吊着质量，边长，电阻的单匝正方形闭合金属线框abcd，对角线bd的下方区域分布着垂直纸面向里的磁场，其磁感应强度B随时间t的变化图像如图（b）所示。不考虑线框的形变，取重力加速度，当线框处于静止状态时、下列说法正确的是（　　） A. 0~2s内线框受到细绳的拉力越来越大 B. 0~2s内线框受到的细绳的拉力越来越小 C. 0~2s内线框的电流为1A D. 0~2s内线框中产生的焦耳热为2J 【答案】BC 【解析】 【详解】AB．根据楞次定律可知，0~2s内线框内产生的感应电动势为逆时针方向，且电流大小恒定不变，则线框受安培力方向向上，根据F=BId可知受到的安培力逐渐增加，可知线框受到的细绳的拉力越来越小，选项A错误，B正确； C．0~2s内线框的感应电动势 电流为 选项C正确； D．0~2s内线框中产生的焦耳热为 选项D错误。 故选BC。 10. 如图所示，水平边界MN与PQ之间分布着垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两边界间的高度差为l。由粗细均匀的电阻丝制成的单匝矩形线框abcd的电阻为R，以，。现将线框从边界MN上方l处由静止释放，当cd边进入磁场时线框恰好做匀速运动，整个过程中线框平面始终保持竖直且ab边保持水平。已知重力加速度为g，空气阻力忽略不计，下列说法正确的有（　　） A. cd边刚进入磁场时c、d两点间的电压 B. 线框进入磁场的过程中，通过线框的电量 C. 线框穿过磁场的过程中，ac边产生的热量 D. 线框穿过磁场的过程中，ac边产生的热量 【答案】ABC 【解析】 【详解】A．线框进入磁场前做自由落体运动 由闭合电路欧姆定律得 c、d两点间的电压为 联立解得 故A正确； B．线框进入磁场的过程中，由法拉第电磁感应定律得 由闭合电路欧姆定律得 根据电流定义式有 解得 故B正确； CD．线框穿过磁场的过程中，由功能关系可知克服安培力做的功等于回路中产生的热量 且 ac边产生的热量为 联立解得 故C正确，D错误； 故选ABC。 二、非选择题：本题共5小题，共60分 11. 安宁河联盟校某物理实验小组探究“影响感应电流方向的因素”。 （1）如图甲所示，小组成员用试触的方法确定电流方向与电流计指针偏转方向的关系。实验表明，如果电流从正接线柱流入，指针将向右偏转；从负接线柱流入，指针将向左偏转。 （2）如图乙所示，将条形磁铁从螺线管中拔出的过程中，感应电流产生的磁场方向______（选填“向上”或“向下”），电流计指针______（选填“向左”或“向右”）偏转。 （3）如图丙所示，将条形磁铁插入螺线管的过程中，电流计指针______（选填“向左”或“向右”）偏转。 【答案】 ①. 向下 ②. 向左 ③. 向左 【解析】 【详解】（2）[1][2] 将条形磁铁的N极从螺线管拔出时，磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向向下,螺线管中感应电流沿顺时针（俯视）方向，即电流由“-”接线柱流入灵敏电流计，则指针向左偏转。 （3）[3] 将条形磁铁的S极插入螺线管的过程中，磁通量增大，由楞次定律可知，螺线管中感应电流沿顺时针（俯视）方向，即电流由“-”接线柱流入灵敏电流计，则指针向左偏转。 12. 已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。某同学利用图甲的电路测量其阻值随温度变化的关系，其中电压表的量程为0~3V，内阻为1200Ω，电流表的量程为0~6.0mA，内阻未知。 （1）实验中需要利用电压表和定值电阻串联，使量程扩大为6V。现有两个定值电阻，，为达到上述要求，定值电阻应选择______（选填“”或“”）； （2）要求热敏电阻两端的电压从零开始调节，则甲图中的A、B之间______（选填“应该”或“不应该”）用导线相连； （3）利用该热敏电阻制作高温温控报警器，其电路的一部分如图乙，M、N其中一处连接热敏电阻，另外一处连接电阻箱，当输出电压增大到某一数值，便触发报警器（图中未画出）报警，则______（选填“M”或“N”）处连接热敏电阻。为了降低报警器的灵敏度，减少误报，即要把报警温度调高，电阻箱的阻值应调______（选填“大”或“小”）。 【答案】（1） （2）应该 （3） ①. M ②. 小 【解析】 【小问1详解】 电压表的量程为，内阻为，可知电压表的最大电流为 使量程扩大为，则有 解得 可知定值电阻应选择。 【小问2详解】 要求热敏电阻两端的电压从零开始调节，可知滑动变阻器应用分压式接法，因此则甲图中的A、B之间应该用导线相连。 【小问3详解】 [1]由题图乙可知，因热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当输出电压增大到某一数值，便触发报警器报警，因此M处连接热敏电阻。 [2]为了降低报警器的灵敏度，减少误报，即要把报警温度升高，由热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，可知电阻箱的阻值应调小。 13. 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用高压输电，输电线路上的总电阻为20Ω，要求输电线路上损失功率为输出功率的5%，用升压变压器升压送电后，到达用端后用降压变压器降为220V供电。（两个变压器都是理想变压器）求： （1）输电线上的电流及； （2）降压变压器原副线圈的匝数比为多少。（结果可以用分数表示） 【答案】（1）5A，2000V （2） 【解析】 【小问1详解】 升压变压器原线圈中的电流为 可得 输电线上损失功率 根据 解得 则升压变压器的匝数比为 故 可得 【小问2详解】 降压变压器的输入电压为 则降压变压器原副线圈的匝数比为 14. 如图所示，间距均为L的光滑平行倾斜导轨与足够长的光滑平行水平导轨在M、N处平滑连接，虚线MN右侧有竖直向下、磁感应强度为B匀强磁场。a、b是两根粗细均匀的金属棒，质量均为m，电阻分别为R和2R，b棒静止于水平导轨上，初始时与MN相距s，a棒由静止从距水平面高度为h的倾斜轨道下滑，运动过程中与b棒始终没有接触，且两棒始终垂直于导轨。不计导轨的电阻，重力加速度为g。求： （1）a棒刚进入磁场时，回路中感应电流I大小为多少？ （2）最终稳定后b棒的速度大小为多少、整个过程b棒上产生的焦耳热为多少？ （3）稳定后，a、b棒间的距离为多少？ 【答案】（1） （2）， （3） 【解析】 【小问1详解】 设a棒下落到底端刚进入磁场瞬间的速度大小为，由机械能守恒定律可得 解得 则a棒刚进入磁场时产生的感应电动势的大小为 由欧姆定律知，回路中感应电流大小为 可得： 【小问2详解】 a棒进入磁场后以初速度做减速运动，直到a、b棒最终达到共速，之后一起做匀速直线运动，b棒的速度达到最大，由a、b棒组成的系统动量守恒可知 解得b棒的最终速度为 在运动过程中由能量守恒可得 联立解得 而a、b棒串联，则产生的焦耳热等于电阻之比，由此可得b棒上产生的焦耳热为 【小问3详解】 b棒从静止开始向右做加速运动的过程中，由动量定理有 又 联立解得 故稳定后，a、b棒间的距离为 15. 如图所示，有一对与水平面夹角为的足够长平行倾斜粗糙导轨，两导轨间距，顶端间连一电阻，，在导轨与电阻构成的回路中有垂直轨道平面向下的匀强磁场，其磁感应强度大小。在导轨上横放一质量，电阻，长度也为的导体棒，导体棒与导轨始终接触良好，导体棒与导轨间动摩擦因素，又在导轨、的顶端通过导线连接一面积为，总电阻也为，匝数的带铁芯线圈（线圈中轴线沿竖直方向），在线圈内加上沿竖直方向，且均匀增加的磁场（图中未画出），连接线圈电路上的开关K处于断开状态。不计导轨电阻，取，，。求 （1）从静止释放导体棒，导体棒能达到的最大速度是多少； （2）导体棒从静止释放到稳定运行的这段时间内，流过电阻R的电荷量，那么导体棒下滑的距离x及R上产生的焦耳热是多少； （3）现闭合开关K，为使导体棒静止于倾斜导轨上，那么在线圈中所加磁场的磁感应强度的方向及变化率大小取值范围是多少？ 【答案】（1）5m/s （2）6m，8.75J （3）竖直向下， 【解析】 【详解】（1）对棒受力分析，根据时 电流为 可知导体棒做加速度减小的加速运动，当导体棒加速度为0时，速度达到最大值，有 解得 （2）导体棒达到最大速度后匀速运动即达到稳定运行，设导体棒下滑的距离为x，整个电路产生的焦耳热为，根据，， 可得 解得 导体棒从释放到稳定运行的过程中，根据能量守恒 解得 则R上产生的焦耳热为 （3）设线圈中产生的感应电动势为，流过导体棒的电流为，对导体棒进行受力分析，导体棒静止，导体棒中通过的电流方向由e到f，当线圈产生得电动势较大时，导体棒有上滑的趋势，则摩擦力沿斜面向下，有 解得 此时，电路中的总电流为， 电动势为 解得 当线圈产生得电动势较小时，导体棒有下滑的趋势，则摩擦力沿斜面向上，有 解得 此时，电路中的总电流为， 解得 综上可得，由楞次定律可得，线圈中的磁场方向竖直向下。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$