福建厦门第六中学2025-2026学年高二下学期期中物理试卷

**基本信息** 以电磁学为核心，融合热学、近代物理，通过石墨烯载流子测量、远距离输电等真实情境，考查物理观念与科学思维的期中检测卷。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|4/16|磁场方向判断、自感现象|第1题结合安培定则与左手定则，基础巩固| |多选题|4/24|交变电流、远距离输电损耗|第6题动态分析输电功率与电流关系，能力提升| |实验题|3/13|气体等温变化、油膜法测分子直径|第13题探究变压器电压与匝数关系，科学探究| |计算题|3/39|电磁感应综合、气体定律|第16题结合感生/动生电动势与动量定理，创新应用|

2025-2026学年福建省厦门第六中学高二（下）期中物理试卷 一、单选题：本大题共4小题，共16分。 1.两根互相平行的通电直导线a、b的横截面如图所示，a、b中的电流方向已在图中标出。导线a中电流产生的磁场的磁感线环绕方向和导线b所受的安培力的方向分别是(    ) A. 顺时针，向左 B. 顺时针，向右 C. 逆时针，向左 D. 逆时针，向右 2.如图所示的电路中，两个电流计完全相同，零刻度在刻度盘的中央，当电流从“+”接线柱流入时，指针向右摆。L是自感系数很大的线圈，电阻忽略不计。A和B是两个规格完全相同的小灯泡。下列说法正确的是(    ) A. 开关S闭合瞬间，灯泡A逐渐变亮，灯泡B立即变亮 B. 开关S闭合稳定后，灯泡A、B的亮度不相同 C. 开关S断开瞬间，灯泡A闪亮后熄灭，灯泡B立即熄灭 D. 开关S断开瞬间，指针向左摆，指针向右摆 3.如图所示，足够长的光滑U形金属导轨固定在绝缘水平面上，其电阻不计，导体棒ab垂直放在导轨上，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中。时，垂直于ab施加水平向右恒力F，使ab从静止开始加速，作用一段时间后，撤掉外力F，运动过程中导体棒始终垂直导轨，下列关于导体棒ab速度随时间变化图像中可能正确的是(    ) A. B. C. D. 4.石墨烯是一种由碳原子组成的呈蜂巢晶格结构的单层二维纳米材料。利用如图所示的电路可测量石墨烯样品的载流子电子浓度即面积所含电子个数。在石墨烯表面加垂直向里、磁感应强度为B的匀强磁场，在电极1、3间通以恒定电流I，则电极2、4间将产生电压U。已知电子的电荷量为e，则石墨烯样品的载流子电子浓度为(    ) A. B. C. D. 二、多选题：本大题共4小题，共24分。 5.如图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是(    ) A. 线圈转动的转速为 B. 电流表的示数为 C. 1s钟内线圈中电流方向改变了50次 D. 时线圈平面与中性面垂直 6.如图所示为某发电厂远距离输电的简化电路图，升压变压器与降压变压器视为理想变压器，电表均为理想电表，发电厂输出电压U与输电线的电阻R不变，则(    ) A. 若发电厂输出功率增大，电流表示数变小 B. 若发电厂输出功率增大，电流表示数变大 C. 若发电厂输出功率不变，仅将输送电压提升为原来的2倍，则线路损耗的功率减小为原来的 D. 增加用户端用电器的数量，输电线上损失的功率增大 7.如图所示，边长为L的正方形ACDE内、外分布着方向相反的匀强磁场，外部磁场范围足够大，正方形ACDE内磁场方向垂直于纸面向里，两磁场的磁感应强度大小均为B。在AE的中点F处有一粒子源，粒子源能沿垂直于AE的方向发射不同速度的粒子，粒子的质量均为m，电荷量均为，粒子的重力不计。若粒子以某一速度v发射后第三次经过磁场边界时的位置为AC的中点G，且速度方向垂直于AC，则下列说法正确的是(    ) A. 该粒子在磁场中运动的半径为L B. 该粒子在磁场中运动的半径为 C. 该粒子第一次到达G点的时间为 D. 若换成电荷量为、质量为m的粒子仍以速度v发射，则粒子不一定通过G点 8.如图，足够长的光滑平行金属导轨水平放置，左右两侧导轨的间距分别为l、2l，导轨间存在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量分别为m、2m的导体棒a、b均垂直导轨放置，回路总电阻保持不变。a、b两棒分别以、的初速度同时向右运动，两棒在运动过程中始终与导轨垂直且保持接触良好，a总在窄轨上运动，b总在宽轨上运动，从开始运动到两棒稳定的过程中，下列说法正确的是(    ) A. a棒的加速度始终小于b棒的加速度 B. a棒的加速度始终等于b棒的加速度 C. 稳定时a棒的速度大小为 D. 稳定时a棒的速度大小为 三、填空题：本大题共2小题，共8分。 9.LC振荡电路某时刻电流方向和电容器极板间电场方向如图所示，则此时电路中的电流正在      选填“增大”或“减小”，电容器两极板间的电场强度E正在      选填“增大”或“减小”。 10.两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为。相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近，若两分子相距无穷远时分子势能为零，则在阶段，F做______功填“正”或“负”；在时，分子动能最______填“大”或“小”。 四、实验题：本大题共3小题，共13分。 11.某实验小组利用如图1所示的装置探究一定质量气体的等温变化规律。装置由导热性能良好的注射器、压强传感器、数据采集器和计算机组成。实验时，将一定质量的气体封闭在注射器内，缓慢推动活塞改变气体体积，同时记录气体的压强和体积数据，环境温度保持不变。 实验前，在活塞与注射器壁间涂抹润滑油，其主要目的是            。 A.减小活塞与注射器壁的摩擦 B.防止气体泄漏，保证气体质量不变 C.使活塞更容易推动 D.提高活塞的密封性，避免外界热量传入 测得多组空气柱的压强p和体积V的数据后，为了直观看出一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系，若以p为纵坐标，则应以            为横坐标在坐标系中描点作图；在不断压缩气体过程中，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，则用上述方法作出的图线应为图2中的            选填“①”或“②”。 12.某同学在做课本上粗测油酸分子大小的实验中，计算结果明显偏大，可能是由于        ； A.油酸未完全散开 B.油酸中含有大量的酒精 C.求每滴体积时，1mL的溶液的滴数误多记了10滴 在做“用油膜法估测分子大小”的实验时，油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶液中有纯油酸1mL，用注射器测得1mL上述溶液有200滴，把一滴该溶液滴入盛水的表面撒有痱子粉的浅盘里，待水面稳定后，测得油酸膜的近似轮廓如图所示，图中正方形小方格的边长为1cm，则每一滴油酸酒精溶液中含有纯油酸的体积是        mL，油酸膜的面积是        。根据上述数据，估测出油酸分子的直径是        m。 13.利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系： 除图中所示器材外，还需要的器材有        。 A.干电池 B.低压交流电源 C.直流电压表 D.交流电压表 下列说法正确的是        。 A.变压器工作时，通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈 B.变压器工作时在原线圈上将电能转化为磁场能，在副线圈上将磁场能转化为电能 C.理想变压器输入功率等于输出功率，没有能量损失 D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零 小辉同学将副线圈接在电压传感器可视为理想电压表上，观察到副线圈电压随时间t变化的图像如图丙所示，在保证安全的前提下，该同学可能在时间内进行的操作是        。 A.减少了原线圈的匝数 B.增加了副线圈的匝数 C.降低了交流电源的频率 D.拿掉了变压器上方的可移动铁芯 由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当        选填“>”、“=”或者“<”原、副线圈的匝数比。 五、计算题：本大题共3小题，共39分。 14.“锁鲜包”是通过向包装内充入惰性气体，隔绝氧气和抑制细菌生长实现保鲜作用的。如图，在某锁鲜包导热良好内放入食品，充入惰性气体后封闭开口，并放在的低温车间保存，此时包内气体体积，压强。 若由于被挤压，包内封闭气体体积减小至，求此时包内气体的压强； 在门店销售时，环境温度导致锁鲜包鼓起，包内惰性气体的体积增大至，求包内气体的压强结果可用分数表示。 15.某研究小组为探究带电粒子在电磁场中的运动采用了如图所示装置，A为粒子加速器，加速电压为；B为速度选择器，磁场与电场正交，板间电压为，两板间距离为d；C为两边界平行范围足够大的匀强磁场，磁场垂直纸面，两边界间的距离为L。今有一质量为m，电荷量为e的正电粒子不计重力，经电场由静止加速后，粒子恰能沿直线通过速度选择器，沿与磁场左边界夹角为的方向进入C磁场区域，并刚好未从右边界离开C区域。求： 粒子加速后的速度大小； 速度选择器两板间磁场磁感应强度的大小； 区域磁场磁感应强度的大小。 16.如图甲所示，足够长的水平金属导轨CD、EF固定在地面上，间距，一质量的金属棒GH垂直地放置在导轨上，导轨处于大小、方向竖直向下的匀强磁场中。有一匝数匝、面积的线圈通过开关S与导轨相连，线圈处于平行于线圈轴线、方向竖直向上的另一匀强磁场中，大小随时间t变化的关系图像如图乙所示。时刻闭合开关S，金属棒由静止释放，当时金属棒开始做匀速运动。已知线圈电阻，金属棒电阻，其余电阻不计，金属棒GH与导轨间的动摩擦因数，重力加速度。求： 刚闭合开关时电路中的感应电动势和金属棒的加速度大小； 金属棒匀速运动时的速度大小； 内金属棒的位移大小； 内通过金属棒的电荷量和整个电路产生的焦耳热。 答案和解析 1.【答案】B  【解析】解：根据题意可知导线a中电流方向为垂直纸面向里，导线b中的电流方向为垂直纸面向外。根据右手螺旋定则可知，导线a周围的磁场方向为顺时针方向，根据左手定则可知，导线b在导线a产生的磁场中受到的安培力方向向右，故B正确，ACD错误； 故选：B。 根据右手螺旋定则得出磁场方向，根据左手定则得出安培力的方向。 本题主要考查了左手定则的相关应用，熟悉安培定则和左手定则即可完成分析。 2.【答案】A  【解析】A.闭合开关瞬间，由于线圈L的自感电动势的阻碍作用，使得灯泡A逐渐变亮，而灯泡B会立刻变亮，A正确； B.由于线圈L的电阻忽略不计，S闭合稳定后，灯泡A、B的亮度相同，B错误； C.开关S断开瞬间，线圈产生自感电动势，与灯泡A、B以及两个电流计组成自感回路，所以灯泡A、B都逐渐熄灭，C错误； D.电路稳定后断开，由于电感对电流的变化有阻碍作用，会阻碍其减小，通过A的电流方向不变，的电流从“+”接线柱流入，指针向右摆，为了形成电流回路，的电流从“-”接线柱流入，指针向左摆，D错误。 故选：A。 3.【答案】A  【解析】解：导体棒安培力，根据欧姆定律，切割电动势，联立有 对导体棒，由牛顿第二定律得： 则随着速度的增加，导体棒的加速度减小，即开始时导体棒做加速度减小的加速运动； 撤去力F后，导体棒受安培力作用速度减小，由牛顿第二定律得：，随着导体棒速度的减小，加速度逐渐减小，导体棒做加速度减小的减速运动，故A正确，BCD错误。 故选：A。 本题根据牛顿第二定律结合图像，即可解答。 本题考查学生对牛顿第二定律和图像的斜率等于加速度的掌握，是一道基础题，但具有综合性。 4.【答案】C  【解析】解：该样品中的载流子为电子，设样品中每平方米电子数为n，电子定向移动的速率为v，2、4间的距离为d，则t时间内有电子通过的面积为vtd，时间t内通过样品的电荷量 根据电流的定义式得 当电子稳定通过样品时，其所受电场力与洛伦兹力平衡，有 联立解得，故C正确，ABD错误。 故选：C。 根据当电子稳定通过样品时，其所受电场力与洛伦兹力平衡结合电流定义式推导载流子电子浓度表达式。 知道霍尔效应中电子所受电场力与洛伦兹力平衡是解题关键。 5.【答案】AD  【解析】解：周期，角速度转速，故A正确； B.由题图乙，交流电电流最大值，电流表的示数为有效值，故示数，故B错误； C.交流电的频率为50Hz，每个周期内电流方向改变2次，故1s钟内线圈中电流方向改变次数为次次，故C错误； D.时线圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场方向平行，与中性面垂直，故D正确； 故选：AD。 由题图乙可知交流电电流的最大值、周期，电流表的示数为有效值，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，线圈转动一周电流改变2次 本题考查交变电流的产生及有效值的定义，要注意明确电流表示数、机器铭牌上所标的电流值、电压值等均为有效值． 6.【答案】BD  【解析】解：AB、由于发电厂的输出功率增大，则升压变压器的输出功率增大，又升压变压器的匝数不变，升压变压器的输出电压不变，根据可知，输电线上的电流增大，降压变压器的匝数不变，则降压变压器输出电流变大，即电流表示数变大，故B正确，A错误； C、输送电流，因此若输送功率不变，输送电压提升为2倍，则输送电流减小为原来的，损失功率，则损失功率减小为原来的，故C错误； D、由于负载增加，降压变压器输出的功率增加，负载线路电流变大，故高压输电线上的电流变大，，损失功率变大，故D正确。 故选：BD。 AB、发电厂输出电压不变，当输出功率增大时，先分析升压变压器原线圈电流的变化，再根据理想变压器的电流比，推得输电线上的电流变化，进而分析降压变压器原、副线圈的电流变化，判断电流表示数的变化； C、输出功率不变时，若输送电压提升为原来的2倍，先推得输电线上电流的变化，再根据线路损耗功率与电流的关系，判断损耗功率的变化情况； D、增加用户端用电器数量，用户端总电阻减小，导致用户端电流增大，结合变压器的电流关系推得输电线上电流的变化，再分析线路损耗功率的变化。 这道题以远距离输电为载体，围绕输出功率、输电电压、用户负载变化等核心变量，考查了理想变压器的电流、功率关系，以及输电线路损耗功率的动态分析，考点聚焦于远距离输电的核心规律与动态变化逻辑，能有效检验学生对输电系统中功率、电流、损耗三者关系的理解，是一道典型的交变电流与变压器综合分析题。 7.【答案】BC  【解析】解：AB、粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子运动轨迹如图所示： 由几何知识可知可知，粒子轨道半径，故A错误，B正确； C、由几何知识可知，粒子在磁场中转过的圆心角 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期 粒子在磁场中的运动时间，故C正确； D、若换成电荷量为、质量为m的粒子仍以速度v发射，则粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径不变，粒子进入磁场后沿逆时针方向做匀速圆周运动，经过四分之一圆周通过G点，故D错误。 故选：BC。 粒子字磁场中做匀速圆周运动，根据题意作出粒子运动轨迹，然后根据题意分析答题。 本题考查了带电粒子在匀强磁场中的运动，根据题意分析清楚粒子运动过程、作出粒子运动轨迹是解题的前提与关键。 8.【答案】BD  【解析】解：由于两个导体棒中的电流始终大小相等，根据牛顿第二定律，对导体棒a 有 对导体棒b有，可知 故A错误、B正确； 以向右为正方向，根据动量定理，对导体棒a有 对导体棒b有 当最终稳定时满足，联立解得， 故C错误，D正确。 故选：BD。 对导体棒，根据牛顿第二定律，可求二者的加速度； 根据动量定理，分别对a棒及b棒列方程，以及稳定时回路中的电流为零，可求a、b最终的速度。 本题考查电磁感应规律的综合应用，注意牛顿第二定律、动量定理及能量守恒定律等知识是解决此类问题的关键。 9.【答案】减小 增大   【解析】解：电容器中场强向下，电容器上极板带正电，根据回路电流方向可知，电容器正在充电，电容器电荷量在增大，电流减小，电容器两极板的电场增强，电场强度变大。 故答案为：减小；增大。 在LC振荡电路中，当电容器充电时，电流在减小，电容器上的电荷量增大，磁场能转化为电场能，据此分析即可。 解决本题的关键知道在LC振荡电路中，当电容器充电时，电流在减小，电容器上的电荷量增大，磁场能转化为电场能，当电容器放电时，电流在增大，电容器上的电荷量减小，电场能转化为磁场能。 10.【答案】正  大  【解析】解：当时，分子力表现为引力，相互靠近时分子力F做正功，分子动能增加，势能减小，在时，分子动能最大。 故答案为：正，大 根据力的方向与位移的方向的关系判断做功的情况，根据分子力做功判定分子动能的变化。 本题可以通过分子力做功情况判断分子动能和分子势能变化，也可以根据分子势能与分子之间距离的变化情况直接判断分子势能的变化。 11.【答案】B ②   【解析】解：在活塞与注射器壁间涂抹润滑油主要是为了防止气体泄漏，确保实验过程中封闭气体质量不变。虽然它能在一定程度上减小摩擦、使活塞推动更轻松，但这并非主要目的；由于注射器导热良好，无法依靠涂抹润滑油避免外界热量传入。故B正确，ACD错误；  故选：B。  当温度不变时有，即压强p与V成反比，两者的关系图像不是直线，但压强p与是线性关系，故应当与为横坐标；  一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系，，由测得数据发现p与V的乘积值越来越小，若p不变时，V减小，则增大，所以以p为纵坐标，以为横坐标的图像为②。  故答案为：；；②。 根据在活塞与注射器壁间涂抹润滑油主要是为了防止气体泄漏，确保实验过程中封闭气体质量不变分析求解；  根据玻意耳定律，结合图像的意义分析求解。 本题考查了探究一定质量气体的等温变化规律相关实验，理解实验目的、步骤、数据处理以及误差分析是解决此类问题的关键。 12.【答案】A 40   【解析】解：计算油酸分子直径时要用到 A.油酸未完全散开，S偏小，故直径偏大，故A正确； B.计算时利用的是纯油酸的体积，如果含有大量的酒精，则油酸的实际体积偏小，则直径偏小，故B错误； C.求每滴体积时，1mL的溶液的滴数误多记了10滴，则计算的体积偏小，则直径偏小，故C错误。 故选：A。 滴酒精油酸溶液中含油酸的体积 如题图所示，由于每格边长为1cm，则每一格就是，估算油膜面积以超过半格以一格计算，小于半格就舍去的原则，估算出40格，则油酸薄膜面积为 分子的直径 故答案为：；，40，。 分析油膜面积和油酸体积的变化，结合体积公式判断； 根据浓度计算每滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积，根据油膜轮廓包含的小方格数计算油膜面积，根据体积公式计算油酸分子的直径。 本题考查“用油膜法估测油酸分子直径”实验，关键掌握实验原理、利用体积公式计算油酸分子直径的方法、注意油膜面积和每滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积的计算方法。 13.【答案】BD BC D >   【解析】解：、变压器利用互感现象工作，只有输入交流电才能产生变化的磁通量，使副线圈感应出电动势，因此需要低压交流电源，不能用直流干电池，故A错误，B正确； CD、原线圈输入交流电压，副线圈输出交流电压，故应用交流电压表测量输入和输出电压，故C错误，D正确。 故选：BD。 、变压器的铁芯作用是导磁，依靠互感现象传输能量，不是通过铁芯导电输送电能，故A错误； B、变压器工作时，原线圈将电能转化为磁场能，副线圈通过电磁感应将磁场能转化为电能，故B正确； C、理想变压器不漏磁、无能量损失，输入功率等于输出功率，故C正确； D、原线圈两端电压由外接电源决定，和副线圈是否接负载无关，故D错误。 故选：BC。 、减少原线圈的匝数、增加副线圈的匝数将导致副线圈电压升高，故AB错误； C、降低交流电源的频率将导致副线圈输出频率也降低，故C错误； D、拿掉变压器上方的可移动铁芯将导致互感系数趋近于零，副线圈中无法产生感应电动势，图像中时间内副线圈电压为0，应是由于拿掉变压器上方的可移动铁芯导致的，故D正确。 故选：D。 实际变压器存在漏磁，副线圈的磁通量变化小于原线圈，因此实际副线圈电压，可得 故答案为：；；；。 根据变压器工作原理，判断所需电源和电压表类型； 结合变压器能量转化与理想变压器特点，分析各选项； 依据电压比公式和图像中电压变化，分析操作对副线圈电压的影响； 考虑变压器实际能量损失，判断电压比与匝数比的大小关系。 本题围绕变压器实验展开，考查器材选择、工作原理、电压变化分析及实际误差分析，覆盖核心知识点，综合性较强，难度适中。 14.【答案】此时包内气体的压强为；   包内气体的压强为  【解析】由于保鲜包导热良好，挤压时温度不变，气体做等温变化，初始状态时有：压强为，体积为： 末状态时：体积为：，由玻意耳定律可得：，解得：； 由题意可知，初始状态：初始状态时有：压强为，体积为：，温度为： 末状态时：体积为：，温度为，压强为：，由理想气体状态方程可得： 解得：。 答：此时包内气体的压强为； 包内气体的压强为。 由玻意耳定律列式即可求解； 由理想气体状态方程列式即可求解。 本题是对气体实验定律和理想气体状态方程的考查，解题的关键是要正确分析气体发生的状态变化，选择合适的定律即可解答。 15.【答案】粒子加速后的速度大小为  速度选择器两板间磁场磁感应强度的大小为  C区域磁场磁感应强度的大小为或  【解析】解：粒子在加速电场中有 解得粒子加速后的速度大小 粒子在速度选择器中运动时，根据平衡条件 联立解得 若C区磁场垂直纸面向里，且粒子刚好未从右边界离开C区域，则粒子轨迹与C区右边界相切，粒子轨迹如曲线1；若C区磁场垂直纸面向外，粒子轨迹如曲线2，如下图 几何关系可知， 解得， 粒子在C区运动时有 当时，解得C区域磁场磁感应强度大小 当时，解得C区域磁场磁感应强度大小 答：粒子加速后的速度大小为； 速度选择器两板间磁场磁感应强度的大小为； 区域磁场磁感应强度的大小为或。 粒子加速过程，利用动能定理，通过电场力做功与动能变化的关系，求出加速后的速度； 粒子在速度选择器中做匀速直线运动，电场力与洛伦兹力平衡，由此推导出速度选择器中磁感应强度的大小； 粒子进入C区域磁场后做匀速圆周运动，结合几何关系确定圆周运动的半径，再根据洛伦兹力提供向心力的规律，求出C区域磁场的磁感应强度大小。 这道题是带电粒子在电磁场中运动的经典综合题，将电场加速、速度选择器、磁场偏转三个核心模块串联，考点层层递进，既覆盖了动能定理、受力平衡等基础应用，又通过轨迹几何分析考查了学生的空间想象与逻辑推导能力，整体结构清晰、难度梯度合理，能全面检验学生对电磁学核心规律的综合掌握程度，是一道典型的能力区分度较强的物理计算题。 16.【答案】刚闭合开关时电路中的感应电动势大小为60V，金属棒的加速度大小为  金属棒匀速运动时的速度大小为  内金属棒的位移大小为30m  内通过金属棒的电荷量为，整个电路产生的焦耳热为  【解析】解：由图乙可知，磁感应强度的变化率为。 刚闭合开关时，线圈产生的感应电动势为。根据闭合电路欧姆定律有。 刚闭合开关时，对金属棒进行分析，设其加速度方向为正方向，根据牛顿第二定律有，解得：。 当时金属棒开始做匀速运动，此时的感应电动势为，此时的感应电流。根据平衡条件有，解得：。 内，对金属棒进行分析，设其运动方向为正方向，根据动量定理有，其中，根据速度的定义式有，解得：。 结合上述可知，内，根据动量定理有，其中，解得：。 内，金属棒与导轨间由于摩擦产生的热量为，内产生的总电能为。 由能量守恒可知，内整个电路产生的焦耳热，解得：。 答：刚闭合开关时电路中的感应电动势大小为60V，金属棒的加速度大小为。 金属棒匀速运动时的速度大小为。 内金属棒的位移大小为30m。 内通过金属棒的电荷量为，整个电路产生的焦耳热为。 刚闭合开关时，线圈中磁感应强度随时间线性变化产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律确定其大小。金属棒在磁场中受安培力和摩擦力作用，根据牛顿第二定律建立加速度与安培力的关系，结合闭合电路欧姆定律将感应电动势转化为安培力即可求解加速度。 金属棒匀速运动时受力平衡，安培力与滑动摩擦力大小相等。此时金属棒切割磁感线产生反电动势，总电动势为线圈电动势与反电动势之差，通过闭合电路欧姆定律得到电流，再结合安培力公式与平衡条件即可建立方程求解速度。 金属棒从静止开始经历变加速运动至匀速，可对金属棒应用动量定理。安培力的冲量需用平均电流表示，而平均电流与平均速度相关，平均速度又等于位移与时间的比值，通过动量定理将位移与已知的末速度、时间、安培力冲量及摩擦力的冲量联系起来即可求解位移。 通过金属棒的电荷量等于平均电流与时间的乘积，而平均电流已在第问的动量定理表达式中出现，直接利用该关系即可求解电荷量。整个电路产生的焦耳热可根据能量守恒分析，电源提供的电能转化为金属棒的动能、摩擦生热以及电路中的焦耳热，利用已知的电动势、电荷量、位移和末速度即可计算焦耳热。 本题是一道综合性较强的电磁感应与动力学结合的综合题，涉及法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、安培力分析、牛顿第二定律、动量定理、能量守恒等多个核心物理知识。题目通过线圈中磁场变化与导体棒切割磁感线两个感应电动势的叠加，构建了一个复杂的动态过程，计算量较大，对学生的建模分析能力和综合运用能力提出了较高要求。本题的亮点在于巧妙地将感生电动势与动生电动势相结合，要求学生清晰区分两种电动势的产生机理，并理解它们在回路中的叠加关系。解题过程中需要综合运用动力学、电路和能量观点，尤其是利用动量定理处理变加速过程并求解位移和电荷量，有效锻炼了学生运用微元累积思想解决复杂物理过程的能力。整个题目逻辑链条较长，思维层次丰富，是一道能够很好检验学生物理素养的优秀试题。 第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $