精品解析:湖南省岳阳市颐华高级中学2025-2026学年高二下学期第一次大练习物理试卷
2026-07-06
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2份
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | - |
| 类型 | 试卷 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-阶段检测 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 湖南省 |
| 地区(市) | 岳阳市 |
| 地区(区县) | 平江县 |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 2.53 MB |
| 发布时间 | 2026-07-06 |
| 更新时间 | 2026-07-06 |
| 作者 | 匿名 |
| 品牌系列 | - |
| 审核时间 | 2026-07-06 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/58678643.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
颐华学校2024级高二下学期第一次大练习考试试卷
物理
满分100分,时量75分钟
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1. 如图所示,为营造节日气氛,同学们用轻质细线在墙角悬挂彩灯。已知两彩灯质量均为m,OA段细线与竖直方向夹角为37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8),BC段细线保持水平,重力加速度为g。关于三段细线拉力FOA、FAB、FBC,下列表达式正确的是( )
A. FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
B. FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
C. FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
D. FOA=4mg、FAB=mg、FBC=mg
2. 如图,在平直路面上进行汽车刹车性能测试。当汽车速度为v0时开始刹车,先后经过路面和冰面(结冰路面),最终停在冰面上。刹车过程中,汽车在路面与在冰面所受加速度大小之比为7∶1,位移之比为8∶7。则汽车进入冰面瞬间的速度为( )
A. B. C. D.
3. “嫦娥六号”探测器于2024年5月8日进入环月轨道,后续经调整环月轨道高度和倾角,实施月球背面软着陆。当探测器的轨道半径从r1调整到r2时(两轨道均可视为圆形轨道),其动能和周期从Ek1、T1分别变为Ek2、T2。下列选项正确的是( )
A. B. C. D.
4. 一学生用两个颜色不同的篮球做斜拋运动游戏,如图所示,第一次出手,红色篮球的初速度与竖直方向的夹角为;第二次出手,橙色篮球的初速度与竖直方向的夹角为。两次出手的位置在同一竖直线上,结果两篮球正好到达相同的最高点,则红色篮球、橙色篮球运动的高度之比为( )
A. B. C. D.
5. 如图所示,绝缘粗糙水平面上处和处分别固定两个不等量正点电荷(场源电荷),其中处的电荷量大小为。两点电荷在轴上形成的电场其电势与关系如左图所示,其中坐标原点处电势为、且为极小值,和处电势分别为和。现由处静止释放质量为,电荷量为的正电物体(视为质点),该物体刚好向左运动到处。物体产生的电场忽略不计,下列说法正确的是( )
A. 的电荷的电荷量为 B. 物体在运动过程中,电势能变化量为
C. 物体与地面动摩擦因数为 D. 物体在坐标原点处动能最大
6. 坐标平面内一有界匀强磁场区域如图所示,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里。质量为m,电荷量为的粒子,以初速度v从O点沿x轴正向开始运动,粒子过y轴时速度与y轴正向夹角为,交点为P。不计粒子重力,则P点至O点的距离为( )
A. B. C. D.
7. 一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻、和的阻值分别为、和,A为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定,当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为。该变压器原、副线圈匝数的比值为( )
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
二、多项选择题:本题共3小题,每小题5分,共15分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8. 某健身者挥舞健身绳锻炼臂力,挥舞后形成一列沿x轴传播的简谐横波,如图所示,实线为时的波形图,虚线为时的波形图。已知波的周期,下列说法正确的是( )
A. 这列波的波速可能为 B. 这列波的波速可能为
C. 这列波10s内传播的距离可能为35m D. 这列波10s内传播的距离可能为45m
9. 如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,,镜面与光屏垂直,单色光波长为。下列说法正确的是( )
A. 光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为
B. 光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为
C. 若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为
D. 若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为,则该液体的折射率为
10. 如图,一绝缘细绳跨过两个在同一竖直面(纸面)内的光滑定滑轮,绳的一端连接一矩形金属线框,另一端连接一物块。线框与左侧滑轮之间的虚线区域内有方向垂直纸面的匀强磁场,磁场上下边界水平,在时刻线框的上边框以不同的初速度从磁场下方进入磁场。运动过程中,线框始终在纸面内且上下边框保持水平。以向上为速度的正方向,下列线框的速度v随时间t变化的图像中可能正确的是( )
A. B.
C. D.
三、非选择题:本题共5小题,共57分。
11. 某同学用图甲所示的装置测量滑块和水平台面间的动摩擦因数。水平转台用齿轮传动,绕竖直的轴匀速转动,不可伸长的细线一端连接小滑块,另一端连到固定在转轴上的力传感器上,计算机通过传感器能显示细线拉力F的情况,实验步骤如下:
①数出主动齿轮和从动齿轮的齿的个数分别为n1和n2;
②用天平称量小滑块的质量m;
③将滑块放置在转台上,使细线刚好伸直;
④控制主动齿轮以某一角速度ω主匀速转动,记录力传感器的示数F,改变主动齿轮的角速度,并保证主动齿轮每次都做匀速转动,记录对应的力传感器示数,滑块与水平台面始终保持相对静止。
回答下面的问题:
(1)滑块随平台一起匀速转动的角速度大小可由ω=___________计算得出。(用题中给定的符号表示)
(2)处理数据时,该同学以力传感器的示数F为纵轴,对应的主动齿轮角速度大小的平方ω主2为横轴,建立直角坐标系,描点后拟合为一条直线,如图乙所示(图中a、b为已知量),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,则滑块和台面间的动摩擦因数=___________。(用题中给定的符号表示)
(3)该同学仅换用相同材料的质量更大的滑块再次做了该实验,作出F—ω主2的图像,与图乙中直线斜率比较,发现其斜率___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
12. 某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:
电压表(量程,内阻很大);
电流表(量程);
电阻箱(阻值);
干电池一节、开关一个和导线若干。
(1)根据图(a),完成图(b)中的实物图连线__________。
(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的图像如图(c)所示,则干电池的电动势为__________V(保留3位有效数字)、内阻为__________(保留2位有效数字)。
(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距,结合(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为__________(保留2位有效数字)。
(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值__________(填“偏大”或“偏小”)。
13. 如图,一个半径为R的玻璃球,O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出,出射光线AB与球直径SC平行,θ = 30°。光在真空中的传播速度为c。求:
(i)玻璃的折射率;
(ii)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。
14. 如图,质量为2kg的小球A(视为质点)在细绳和OP作用下处于平衡状态,细绳,与竖直方向的夹角均为60°。质量为6kg的木板B静止在光滑水平面上,质量为2kg的物块C静止在B的左端。剪断细绳,小球A开始运动。(重力加速度g取)
(1)求A运动到最低点时细绳OP所受的拉力。
(2)A在最低点时,细绳OP断裂。A飞出后恰好与C左侧碰撞(时间极短)、碰后A竖直下落,C水平向右运动。求碰后C的速度大小。
(3)A、C碰后,C相对B滑行4m后与B共速。求C和B之间的动摩擦因数。
15. 如图所示,固定的一对长金属导轨,间距为,其水平部分与倾斜部分均足够长。导轨的水平部分处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为,其左侧连接了电源G。导轨的倾斜部分倾角且处于平行斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为,其下方接有开关S和的电容器,开始时开关断开、电容器不带电。导轨上正对的P、Q两处各有一小段用绝缘材料制成,长度不计。质量均为的导电杆甲、乙静止在导轨上,均与导轨垂直,甲与导轨摩擦不计,电阻,乙的电阻。某时刻起电源G开始工作,输出恒定电流,经,使甲运动到P、Q处,电源G立即停止工作。当甲越过P、Q瞬间,再对其施加一个沿导轨水平向右的恒力,此时乙恰好开始运动。已知,不计除导电杆外所有电阻,不计回路自身激发磁场,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,,。
(1)求甲通过P、Q时的速度大小;
(2)求乙与倾斜导轨间的动摩擦因数;
(3)求电源G输出的总能量;
(4)为回收部分能量,闭合开关S,其他条件不变,已知在甲通过P、Q后内位移为,产生的焦耳热为,此时电容器已达到最大稳定电压。当电容器电压为时,其储能为。忽略电磁辐射,求此过程中,乙上产生的焦耳热(该结果保留3位有效数字)。
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颐华学校2024级高二下学期第一次大练习考试试卷
物理
满分100分,时量75分钟
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。
1. 如图所示,为营造节日气氛,同学们用轻质细线在墙角悬挂彩灯。已知两彩灯质量均为m,OA段细线与竖直方向夹角为37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8),BC段细线保持水平,重力加速度为g。关于三段细线拉力FOA、FAB、FBC,下列表达式正确的是( )
A. FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
B. FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
C. FOA=mg、FAB=mg、FBC=mg
D. FOA=4mg、FAB=mg、FBC=mg
【答案】A
【解析】
【详解】将两彩灯看成整体,受力分析,根据平衡条件可得
对结点B受力分析,根据共点力平衡可得
故选A。
2. 如图,在平直路面上进行汽车刹车性能测试。当汽车速度为v0时开始刹车,先后经过路面和冰面(结冰路面),最终停在冰面上。刹车过程中,汽车在路面与在冰面所受加速度大小之比为7∶1,位移之比为8∶7。则汽车进入冰面瞬间的速度为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】由运动学公式,在路面上有
在冰面上有
其中
,
解得汽车进入冰面瞬间的速度为
故选A。
3. “嫦娥六号”探测器于2024年5月8日进入环月轨道,后续经调整环月轨道高度和倾角,实施月球背面软着陆。当探测器的轨道半径从r1调整到r2时(两轨道均可视为圆形轨道),其动能和周期从Ek1、T1分别变为Ek2、T2。下列选项正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】探测器绕行过程中,万有引力提供向心力
所以
故
由开普勒第三定律得
解得
故选A。
4. 一学生用两个颜色不同的篮球做斜拋运动游戏,如图所示,第一次出手,红色篮球的初速度与竖直方向的夹角为;第二次出手,橙色篮球的初速度与竖直方向的夹角为。两次出手的位置在同一竖直线上,结果两篮球正好到达相同的最高点,则红色篮球、橙色篮球运动的高度之比为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】两个不同颜色的篮球做斜抛运动,经过相同的最高点,可将其逆运动看成水平向左的平拋运动,运动轨迹如图所示,两平抛运动的水平位移相同,设为,速度的反向延长线均过水平位移的中点,相交于同一点。
设两球下落的高度分别为、,则
解得
B选项正确。
5. 如图所示,绝缘粗糙水平面上处和处分别固定两个不等量正点电荷(场源电荷),其中处的电荷量大小为。两点电荷在轴上形成的电场其电势与关系如左图所示,其中坐标原点处电势为、且为极小值,和处电势分别为和。现由处静止释放质量为,电荷量为的正电物体(视为质点),该物体刚好向左运动到处。物体产生的电场忽略不计,下列说法正确的是( )
A. 的电荷的电荷量为 B. 物体在运动过程中,电势能变化量为
C. 物体与地面动摩擦因数为 D. 物体在坐标原点处动能最大
【答案】C
【解析】
【详解】A.由图像的斜率等于场强可知,在x=0处的场强为零,则
可得
选项A错误;
B.物体在运动过程中,电势能变化量为
选项B错误;
C.物体在运动过程中,由动能定理
解得
选项C正确;
D.物体动能最大时,电场力等于摩擦力,因在坐标原点电场力为零,可知在原点位置的动能不是最大,选项D错误。
故选C。
6. 坐标平面内一有界匀强磁场区域如图所示,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里。质量为m,电荷量为的粒子,以初速度v从O点沿x轴正向开始运动,粒子过y轴时速度与y轴正向夹角为,交点为P。不计粒子重力,则P点至O点的距离为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】粒子运动轨迹如图所示
在磁场中,根据洛伦兹力提供向心力有
可得粒子做圆周运动的半径
根据几何关系可得P点至O点的距离
故选C。
7. 一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻、和的阻值分别为、和,A为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定,当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为。该变压器原、副线圈匝数的比值为( )
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
【答案】B
【解析】
【详解】设原、副线圈的匝数比为k,原线圈的电流为,则有副线圈的电流为
原线圈的电压
因为电源电压的有效值恒定,所以有
代入数据则有
解得
故选B。
二、多项选择题:本题共3小题,每小题5分,共15分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
8. 某健身者挥舞健身绳锻炼臂力,挥舞后形成一列沿x轴传播的简谐横波,如图所示,实线为时的波形图,虚线为时的波形图。已知波的周期,下列说法正确的是( )
A. 这列波的波速可能为 B. 这列波的波速可能为
C. 这列波10s内传播的距离可能为35m D. 这列波10s内传播的距离可能为45m
【答案】AC
【解析】
【详解】若这列波沿x轴负方向传播时,则
()
可得
()
因为波的周期,所以这列波的周期可能为8s,1.6s。因为这列波的波长为
这列波的波速为
()
所以这列波的波速可能为,。根据
这列波10s内传播的距离可能为5m,25m。若这列波沿x轴正方向传播时,则
()
可得
()
因为波的周期,所以这列波的周期可能为,。因为这列波的波长为
这列波的波速为
()
所以这列波的波速可能为,。根据
这列波10s内传播的距离可能为15m,35m。
故选AC。
9. 如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,,镜面与光屏垂直,单色光波长为。下列说法正确的是( )
A. 光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为
B. 光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为
C. 若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为
D. 若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为,则该液体的折射率为
【答案】AD
【解析】
【详解】AB.根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据条纹间距公式可知
故A正确,B错误;
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,光的频率不变,根据
其中c为在真空中的光速,则
故C错误;
D.若将整套装置完全没入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为,根据条纹间距公式有
可得
结合C选项的分析可知
所以
故D正确。
故选AD。
10. 如图,一绝缘细绳跨过两个在同一竖直面(纸面)内的光滑定滑轮,绳的一端连接一矩形金属线框,另一端连接一物块。线框与左侧滑轮之间的虚线区域内有方向垂直纸面的匀强磁场,磁场上下边界水平,在时刻线框的上边框以不同的初速度从磁场下方进入磁场。运动过程中,线框始终在纸面内且上下边框保持水平。以向上为速度的正方向,下列线框的速度v随时间t变化的图像中可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】AC
【解析】
【详解】设线圈的上边进入磁场时的速度为v,设线圈的质量M,物块的质量m,图中线圈进入磁场时线圈的加速度向下,则对线圈由牛顿第二定律可知
对滑块
其中
即
线圈向上做减速运动,随速度的减小,向下的加速度减小;当加速度为零时,即线圈匀速运动的速度为
A.若线圈进入磁场时的速度较小,则线圈进入磁场时做加速度减小的减速运动,线圈的速度和加速度都趋近于零,则图像A可能正确;
B.因t=0时刻线圈就进入磁场,则进入磁场时线圈向上不可能做匀减速运动,则图像B不可能;
CD.若线圈的质量等于物块的质量,且当线圈进入磁场时,且速度大于v0,线圈进入磁场做加速度减小的减速运动,完全进入磁场后线圈做匀速运动;当线圈出离磁场时,受向下的安培力又做加速度减小的减速运动,最终出离磁场时做匀速运动,则图像C有可能,D不可能。
故选AC。
三、非选择题:本题共5小题,共57分。
11. 某同学用图甲所示的装置测量滑块和水平台面间的动摩擦因数。水平转台用齿轮传动,绕竖直的轴匀速转动,不可伸长的细线一端连接小滑块,另一端连到固定在转轴上的力传感器上,计算机通过传感器能显示细线拉力F的情况,实验步骤如下:
①数出主动齿轮和从动齿轮的齿的个数分别为n1和n2;
②用天平称量小滑块的质量m;
③将滑块放置在转台上,使细线刚好伸直;
④控制主动齿轮以某一角速度ω主匀速转动,记录力传感器的示数F,改变主动齿轮的角速度,并保证主动齿轮每次都做匀速转动,记录对应的力传感器示数,滑块与水平台面始终保持相对静止。
回答下面的问题:
(1)滑块随平台一起匀速转动的角速度大小可由ω=___________计算得出。(用题中给定的符号表示)
(2)处理数据时,该同学以力传感器的示数F为纵轴,对应的主动齿轮角速度大小的平方ω主2为横轴,建立直角坐标系,描点后拟合为一条直线,如图乙所示(图中a、b为已知量),设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g,则滑块和台面间的动摩擦因数=___________。(用题中给定的符号表示)
(3)该同学仅换用相同材料的质量更大的滑块再次做了该实验,作出F—ω主2的图像,与图乙中直线斜率比较,发现其斜率___________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】(1)
(2)
(3)增大
【解析】
【小问1详解】
从动轮和主动轮传动时,线速度相同,即从动轮和主动轮的角速度关系为
解得
平台与从动轮同轴传动,即具有相同的角速度,故
【小问2详解】
当力传感器有示数时,拉力和摩擦力的合力提供向心力,设滑块做圆周运动的半径为r,则
解得
则,图线的纵截距的绝对值为
解得
【小问3详解】
由
可得,图线的斜率为
仅换用相同材料的质量更大的滑块斜率增大。
12. 某实验小组为测量干电池的电动势和内阻,设计了如图(a)所示电路,所用器材如下:
电压表(量程,内阻很大);
电流表(量程);
电阻箱(阻值);
干电池一节、开关一个和导线若干。
(1)根据图(a),完成图(b)中的实物图连线__________。
(2)调节电阻箱到最大阻值,闭合开关。逐次改变电阻箱的电阻,记录其阻值R、相应的电流表示数I和电压表示数U。根据记录数据作出的图像如图(c)所示,则干电池的电动势为__________V(保留3位有效数字)、内阻为__________(保留2位有效数字)。
(3)该小组根据记录数据进一步探究,作出图像如图(d)所示。利用图(d)中图像的纵轴截距,结合(2)问得到的电动势与内阻,还可以求出电流表内阻为__________(保留2位有效数字)。
(4)由于电压表内阻不是无穷大,本实验干电池内阻的测量值__________(填“偏大”或“偏小”)。
【答案】 ①. ②. 1.58 ③. 0.64 ④. 2.5 ⑤. 偏小
【解析】
【详解】(1)[1]实物连线如图:
(2)[2][3]由电路结合闭合电路的欧姆定律可得
由图像可知
E=1.58V
内阻
(3)[4]根据
可得
由图像可知
解得
(4)[5]由于电压表内阻不是无穷大,则实验测得的是电压表内阻与电源内阻的并联值,即实验中测得的电池内阻偏小。
13. 如图,一个半径为R的玻璃球,O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出,出射光线AB与球直径SC平行,θ = 30°。光在真空中的传播速度为c。求:
(i)玻璃的折射率;
(ii)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(i)根据题意将光路图补充完整,如下图所示
根据几何关系可知
i1 = θ = 30°,i2 = 60°
根据折射定律有
nsini1 = sini2
解得
(ii)设全反射的临界角为C,则
光在玻璃球内的传播速度有
根据几何关系可知当θ = 45°时,即光路为圆的内接正方形,从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短,则正方形的边长
则最短时间为
14. 如图,质量为2kg的小球A(视为质点)在细绳和OP作用下处于平衡状态,细绳,与竖直方向的夹角均为60°。质量为6kg的木板B静止在光滑水平面上,质量为2kg的物块C静止在B的左端。剪断细绳,小球A开始运动。(重力加速度g取)
(1)求A运动到最低点时细绳OP所受的拉力。
(2)A在最低点时,细绳OP断裂。A飞出后恰好与C左侧碰撞(时间极短)、碰后A竖直下落,C水平向右运动。求碰后C的速度大小。
(3)A、C碰后,C相对B滑行4m后与B共速。求C和B之间的动摩擦因数。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】根据题意,设AC质量为,B的质量为,细绳长为,初始时细线与竖直方向夹角。
(1)A开始运动到最低点有
对最低点受力分析,根据牛顿第二定律得
解得
,
(2)A与C相碰时,水平方向动量守恒,由于碰后A竖直下落可知
故解得
(3)A、C碰后,C相对B滑行4m后与B共速,则对CB分析,过程中根据动量守恒可得
根据能量守恒得
联立解得
15. 如图所示,固定的一对长金属导轨,间距为,其水平部分与倾斜部分均足够长。导轨的水平部分处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为,其左侧连接了电源G。导轨的倾斜部分倾角且处于平行斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为,其下方接有开关S和的电容器,开始时开关断开、电容器不带电。导轨上正对的P、Q两处各有一小段用绝缘材料制成,长度不计。质量均为的导电杆甲、乙静止在导轨上,均与导轨垂直,甲与导轨摩擦不计,电阻,乙的电阻。某时刻起电源G开始工作,输出恒定电流,经,使甲运动到P、Q处,电源G立即停止工作。当甲越过P、Q瞬间,再对其施加一个沿导轨水平向右的恒力,此时乙恰好开始运动。已知,不计除导电杆外所有电阻,不计回路自身激发磁场,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,,。
(1)求甲通过P、Q时的速度大小;
(2)求乙与倾斜导轨间的动摩擦因数;
(3)求电源G输出的总能量;
(4)为回收部分能量,闭合开关S,其他条件不变,已知在甲通过P、Q后内位移为,产生的焦耳热为,此时电容器已达到最大稳定电压。当电容器电压为时,其储能为。忽略电磁辐射,求此过程中,乙上产生的焦耳热(该结果保留3位有效数字)。
【答案】(1)3m/s;(2);(3);(4)96.5J
【解析】
【详解】(1)对甲导电杆进行分析,根据牛顿第二定律有
根据速度公式有
解得
(2)甲导电杆刚刚通过P、Q时的感应电动势
此时的感应电流
解得
根据右手定则确定电流从上往下看,方向为逆时针,根据左手定则可知,乙导电杆所受安培力方向垂直于斜面向上,且大小为
解得
此时乙恰好开始运动,则有
解得
(3)根据能量守恒定律,电源G输出的总能量
解得
(4)对甲分析,在拉力作用下,向右先做加速度减小得变加速运动,最后做匀速直线运动,则有
感应电流
解得
对甲分析,根据动能定理有
根据功能关系有
其中
解得
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