精品解析：辽宁沈阳市第二中学2025-2026学年高二下学期4月阶段检测物理试卷

2025-2026学年辽宁省沈阳二中高二（下）月考物理试卷（4月份） 一、单选题：本大题共7小题，共28分。 1. 以下历史人物与事件说法正确的是（ ） A. 麦克斯韦通过实验验证了电磁波的存在 B. 托马斯杨通过研究光的干涉现象，证明了光具有波动性 C. 泊松通过计算得出光照射到不透光小圆盘上，在其阴影区会出现亮斑，是光的干涉现象 D. 普朗克提出物体所带的电荷量是量子化的 2. 关于机械波、电磁波以及物质波，下列观点正确的是（ ） A. 电磁波和机械波都需要介质才能传播 B. 电磁波和机械波都是在真空中的波速最大 C. 电子的衍射现象，证明电子和光一样都是电磁波 D. 电子的衍射现象，证明电子具有波动性，是一种物质波 3. 在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该粒子的作用，该原子核的位置可能在（ ） A. ①区域 B. ②区域 C. ③区域 D. ④区域 4. 一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射，其光路图如图所示，a、b为其折射出的光带边缘的两种单色光，下列说法正确的是（ ） A. 通过冰晶折射出的a光是紫光、b光是红光 B. 在冰晶中，a光的传播速度较小、折射率较大 C. a、b光在真空中传播时，b光的波长更长 D. 从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光大 5. 如图为LC振荡电路中某时刻线圈中的磁场方向和电容器极板的带电情况，下列判断正确的是（ ） A. 磁场正在加强，电容器正在放电 B. 磁场正在减弱，电容器正在充电 C. 自感电动势正在减小，电流正在减小 D. 自感电动势正在阻碍电流减小 6. 平凹透镜由平面和半径很大的球面构成，如图所示，现将平凹透镜与水平玻璃板叠放，中间形成一层很薄的空气膜。用单色光垂直透镜的平面向下照射，会观察到明暗相间的同心圆环，则下列说法正确的是（ ） A. 同心圆环的外疏内密 B. 选择波长更长的单色光，圆环会变稀疏 C. 明暗相间的圆环出现在玻璃板的上表面 D. 同心圆环的形成原理是由于光的折射 7. 氢原子电势能表达式为，k为静电力常量；巴尔末系谱线是氢原子由更高能级轨道向轨道跃迁形成的，其波长公式为，R为里德伯常量；氢原子处于基态时电子的轨道半径为、基态能量，激发态能量为，其中，3，4…。普朗克常量为h，真空中光速为c，不考虑相对论效应，以下说法正确的是（ ） A. 氢原子处于基态时，氢原子能量 B. 氢原子处于基态时，氢原子能量 C. 根据玻尔的氢原子跃迁理论，里德伯常量 D. 根据玻尔的氢原子跃迁理论，里德伯常量 二、多选题：本大题共3小题，共18分。 8. 图甲是医用红外理疗灯，图乙是其内部电路结构示意图，自耦变压器可视为理想变压器，其抽头P与M、N点间的线圈匝数分别为和，图中电表均为理想电表。电源电压不变，当单刀双掷开关从a切换到b，则（ ） A. 电流表示数变大 B. 电流表示数变小 C. 电压表示数变大 D. 电压表示数不变 9. 在芯片制备中会用到磁聚焦和磁约束来改变一束平行带电粒子的宽度。如图所示，半径分别为、的圆Ⅰ、Ⅱ相切于O点，两圆内均存在着垂直纸面的匀强磁场（图中未画出），圆Ⅰ内磁场的磁感应强度大小为B。一束由质量为m、电荷量为q的同种带电粒子形成的粒子流（宽度为）以水平向右的速度从圆Ⅰ的下半部分射入圆Ⅰ中，并全部从O点进入圆Ⅱ区域，最终均以水平向右的速度射出圆Ⅱ区域，不计粒子重力和粒子间的相互作用力，下列说法正确的是（ ） A. 圆Ⅱ内磁场的磁感应强度大小为 B. 圆Ⅱ内磁场的磁感应强度大小为2B C. 粒子流在圆Ⅱ内经过区域的面积为 D. 粒子流在圆Ⅱ内经过区域的面积为 10. 如图甲所示是一款光电烟雾探测器的原理图，当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，照射到光电管中金属钠表面产生光电流，产生的光电流大于会触发报警系统。金属钠的遏止电压随入射光频率的变化规律如图乙所示，已知普朗克，光速，电子电量，则以下说法正确的是（ ） A. 图乙中的图像斜率，其物理意义为 B. 要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于 C. 触发报警系统时，钠表面每秒释放出的光电子数最少是 D. 若光束有散射至光电管且全部用于产生光电流，当光源频率为时，为触发报警系统，其总功率不能低于 三、实验题：本大题共2小题，共16分。 11. 某实验小组探究糖水折射率n。主要装置包括激光器和长方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图（a）所示。实验操作过程如下： ①调配一定浓度的糖水，注入水平放置的玻璃缸中。 ②打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。 ③调整激光器，使入射点O处于竖直刻度尺的正后方，光路如图（b）所示，其中A点是入射光线与玻璃缸上边沿所在平面的交点，B点是折射光线与玻璃缸底部的交点，A、B点到法线的距离分别为、，到液面的距离分别为，。 根据以上实验数据，完成下列问题： （1）该糖水的折射率______空气折射率（选填大于，小于或等于）。 （2）激光在糖水中传播的速率______激光在空气中传播的速率（选填大于，小于或等于）。 （3）写出该糖水折射率的表达式______（用，，，表示）。 （4）为了减小实验误差，下列措施正确的是      。 A. 入射角尽可能大 B. 入射角尽可能小 C. 多次测量取平均 12. “用双缝干涉测量光的波长”的实验装置示意图如图甲所示。 （1）将滤光片由绿色换成红色，其他条件不变，干涉条纹间距会________（选填“变宽”、“变窄”）。 （2）实验过程中，观察到的图样如图乙所示，目镜中干涉条纹与分划板中心线始终有一定的角度，则在此情况下，波长的测量值________真实值（填“大于”“小于”或“等于”）； （3）下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行 A. 仅旋转单缝 B. 仅前后移动凸透镜 C. 仅旋转毛玻璃处的测量头 （4）已知双缝间的距离为，双缝到毛玻璃屏的距离为，调整后，当分划板中心刻线对齐如图丙所示的第1条亮条纹的中心时，手轮上的读数为，当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心时，手轮上的示数如图丁所示；由以上已知数据和测量数据可知，该红光的波长为________米（结果保留两位有效数字）。 四、计算题：本大题共3小题，共38分。 13. 如图所示是一款简易电子身高测量仪的设计方案。电源电压恒为，保护电阻的阻值为，ab是一只固定着的、竖直放置的电阻棒，总长为，总阻值为，其接入电路的电阻与接入电路的棒长成正比。竖直弹簧下端连接金属杆cd和（右端P是滑片）与电路接触良好，金属杆和连接线均不计电阻，MP始终水平，图中所示均为理想电表。当给身高为的同学测量身高时，电压表的示数为，求： （1）此时电流表示数。 （2）该测量仪测量身高的最小值。 14. 某景区计划建造一个圆柱体形状的景观浅水池，水池底部正中央安装点状景观灯（如图甲），使水池装满水后灯光刚好可以从整个水面射出。已知水池深度设计为，水对灯光的折射率，取，空气中光速。结果保留两位有效数字 （1）灯光射出水面的最短时间？ （2）水池半径R应设计为多大？ （3）由于工人在施工过程中出现失误，完工后发现水池半径，为了达到相同效果，可以在水池底部正中央水平镶嵌一个足够大的圆形平面镜（如图乙），并将光源竖直向上移动一段距离。求光源离平面镜的竖直距离至少为多少？（不考虑光的二次反射） 15. 某科创小组设计了一种可以使金属杆周期性地交替运动和静止的装置，其设计方案如图所示，绝缘水平面上固定两个光滑的同心金属圆环，圆心为O，半径分别为和。直线MOP垂直ON，MON区域充满垂直圆环平面向下的匀强磁场。通过电刷将两金属圆环引出到右侧两根水平固定的平行金属导轨上，导轨光滑且足够长，间距为L，并处于垂直导轨平面向下大小为的匀强磁场中。电阻为R的金属杆ab位于ON处沿半径方向架在两环间（始终接触良好），时刻，施加周期性外力使ab杆以角速度绕O点顺时针匀速旋转，并同时释放位于GG的金属杆（质量为m，电阻为2R，长度也为），当ab杆首次转到OM处时，cd杆的速度为v，当ab杆首次转到OP处时，cd杆刚好运动到处且速度为0。不计一切摩擦和其它电阻，运动过程中金属杆始终垂直于平行导轨。求： （1）时刻金属杆ab产生的电动势的大小并判断ab中电流的方向； （2）若ab杆从ON转到OM的过程中，ab杆上产生的焦耳热为Q，到时间内回路中电流的有效值； （3）到的距离x的大小。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年辽宁省沈阳二中高二（下）月考物理试卷（4月份） 一、单选题：本大题共7小题，共28分。 1. 以下历史人物与事件说法正确的是（ ） A. 麦克斯韦通过实验验证了电磁波的存在 B. 托马斯杨通过研究光的干涉现象，证明了光具有波动性 C. 泊松通过计算得出光照射到不透光小圆盘上，在其阴影区会出现亮斑，是光的干涉现象 D. 普朗克提出物体所带的电荷量是量子化的 【答案】B 【解析】 【详解】A．赫兹通过实验验证了电磁波的存在，故A错误； B．托马斯杨通过研究光的干涉现象，证明了光具有波动性，故B正确； C．泊松通过计算得出光照射到不透光小圆盘上，在其阴影区会出现亮斑，是光的衍射现象，故C错误； D．普朗克提出能量是量子化的，密立根通过油滴实验发现了电荷是量子化，故D错误。 故选B。 2. 关于机械波、电磁波以及物质波，下列观点正确的是（ ） A. 电磁波和机械波都需要介质才能传播 B. 电磁波和机械波都是在真空中的波速最大 C. 电子的衍射现象，证明电子和光一样都是电磁波 D. 电子的衍射现象，证明电子具有波动性，是一种物质波 【答案】D 【解析】 【详解】A．机械波需要介质，电磁波可以在真空中传播，不需要介质，故A错误； B．电磁波在真空中速度最大；机械波不能在真空中传播，故B错误； C．衍射只能证明波动性，电子是实物粒子，不是电磁波，故C错误； D．电子衍射实验直接证实了德布罗意物质波假说，说明实物粒子具有波动性，故D正确。 故选 D。 3. 在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示，图中P、Q为轨迹上的点，虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域，不考虑其他原子核对该粒子的作用，该原子核的位置可能在（ ） A. ①区域 B. ②区域 C. ③区域 D. ④区域 【答案】C 【解析】 【详解】粒子带正电，原子核也带正电，对靠近它的粒子产生斥力。由粒子运动轨迹的弯曲方向可知排斥力向左下方指向曲线的凹侧，故原子核一定在③区域，故C正确，ABD错误。 故选C。 4. 一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射，其光路图如图所示，a、b为其折射出的光带边缘的两种单色光，下列说法正确的是（ ） A. 通过冰晶折射出的a光是紫光、b光是红光 B. 在冰晶中，a光的传播速度较小、折射率较大 C. a、b光在真空中传播时，b光的波长更长 D. 从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光大 【答案】D 【解析】 【详解】A．同一介质光频率越高，光的折射率越大，紫光折射率大于红光，偏折程度更大的b光为紫光，a光为红光，故A错误； B．由介质中光速公式，折射率越小，光在介质中传播速度越大，a光折射率更小，对应传播速度更大，故B错误； C．光的折射率越大，真空中频率越高、波长越短，b光折射率更大，其真空中波长更短，a光波长更长，故C错误； D．由全反射临界角公式，折射率越小，全反射临界角越大，a光折射率更小，临界角大于b光，故D正确。 故选D。 5. 如图为LC振荡电路中某时刻线圈中的磁场方向和电容器极板的带电情况，下列判断正确的是（ ） A. 磁场正在加强，电容器正在放电 B. 磁场正在减弱，电容器正在充电 C. 自感电动势正在减小，电流正在减小 D. 自感电动势正在阻碍电流减小 【答案】A 【解析】 【分析】由线圈磁场方向向上，根据右手螺旋定则，可判断回路电流方向：电流从电容器上极板（正极板） 流出，流经线圈，流向下极板（负极板），电流从电容器正极板流出，代表正极板正电荷不断流失，因此电容器正在放电。 放电规律：电场能转化为磁场能，磁场逐渐增强，回路电流逐渐增大，电流变化率减小，线圈自感电动势逐渐减小。 【详解】ABC．电容器处于放电过程，电场能持续转化为磁场能，线圈磁场正在加强，回路电流逐渐增大，电流变化率减小，线圈自感电动势逐渐减小，故A正确、BC错误； D．放电过程电流在增大，线圈自感电动势作用是阻碍电流增大，并非阻碍电流减小，故D错误。 故选A。 6. 平凹透镜由平面和半径很大的球面构成，如图所示，现将平凹透镜与水平玻璃板叠放，中间形成一层很薄的空气膜。用单色光垂直透镜的平面向下照射，会观察到明暗相间的同心圆环，则下列说法正确的是（ ） A. 同心圆环的外疏内密 B. 选择波长更长的单色光，圆环会变稀疏 C. 明暗相间的圆环出现在玻璃板的上表面 D. 同心圆环的形成原理是由于光的折射 【答案】B 【解析】 【详解】A．明暗相间的同心圆环是由透镜和玻璃板之间的空气膜上下两表面的反射光发生干涉后形成的，同一亮圆环（或暗圆环）处空气膜的厚度相等，相邻的两个明圆环处，空气膜的厚度差等于半个波长，离圆心越远的位置，空气膜的厚度变化率增大，光程差变化加快，圆环间距变窄，故同心圆环内疏外密，故A错误； B．相邻的两个明圆环处，空气膜的厚度差等于半个波长。选择波长更大的单色光，相邻亮圆环（或暗圆环）所需的空气薄膜厚度差会随之增大，在空气薄膜厚度变化规律不变的前提下，相邻条纹对应的径向距离会变大，整体的干涉圆环数量减少，所以圆环更稀疏，故B正确； C．干涉条纹由空气膜上下表面的反射光干涉形成，成像于透镜凹面一侧，并非玻璃板上表面，故C错误； D．同心圆环的形成原理是光的叠加，属于光的薄膜干涉现象，故D错误。 故选B。 7. 氢原子电势能表达式为，k为静电力常量；巴尔末系谱线是氢原子由更高能级轨道向轨道跃迁形成的，其波长公式为，R为里德伯常量；氢原子处于基态时电子的轨道半径为、基态能量，激发态能量为，其中，3，4…。普朗克常量为h，真空中光速为c，不考虑相对论效应，以下说法正确的是（ ） A. 氢原子处于基态时，氢原子能量 B. 氢原子处于基态时，氢原子能量 C. 根据玻尔的氢原子跃迁理论，里德伯常量 D. 根据玻尔的氢原子跃迁理论，里德伯常量 【答案】D 【解析】 【详解】AB．基态时电子绕核做圆周运动，库仑力提供向心力 解得电子动能 电势能 总能量，故AB错误； CD．巴尔末系是的跃迁，能量差为 整理得 与巴尔末系公式对比，得，故C错误，D正确。 故选D。 二、多选题：本大题共3小题，共18分。 8. 图甲是医用红外理疗灯，图乙是其内部电路结构示意图，自耦变压器可视为理想变压器，其抽头P与M、N点间的线圈匝数分别为和，图中电表均为理想电表。电源电压不变，当单刀双掷开关从a切换到b，则（ ） A. 电流表示数变大 B. 电流表示数变小 C. 电压表示数变大 D. 电压表示数不变 【答案】AD 【解析】 【详解】AB．因为，根据电压和匝数成正比可知，当单刀双掷开关从a切换到b，变压器的输出电压增大，根据欧姆定律可知副线圈电路中的电流增大，根据变流比可知变压器的输入电流增大，即电流表示数增大，故 A正确，B错误； CD．电压表测量的是变压器的输入电压，是由电源电压决定的，所以电压表示数不变。故 D正确，C错误。 故选AD。 9. 在芯片制备中会用到磁聚焦和磁约束来改变一束平行带电粒子的宽度。如图所示，半径分别为、的圆Ⅰ、Ⅱ相切于O点，两圆内均存在着垂直纸面的匀强磁场（图中未画出），圆Ⅰ内磁场的磁感应强度大小为B。一束由质量为m、电荷量为q的同种带电粒子形成的粒子流（宽度为）以水平向右的速度从圆Ⅰ的下半部分射入圆Ⅰ中，并全部从O点进入圆Ⅱ区域，最终均以水平向右的速度射出圆Ⅱ区域，不计粒子重力和粒子间的相互作用力，下列说法正确的是（ ） A. 圆Ⅱ内磁场的磁感应强度大小为 B. 圆Ⅱ内磁场的磁感应强度大小为2B C. 粒子流在圆Ⅱ内经过区域的面积为 D. 粒子流在圆Ⅱ内经过区域的面积为 【答案】AD 【解析】 【详解】AB．粒子在圆Ⅰ内磁场中的运动符合磁聚焦模型，可知在此区域粒子做圆周运动的半径为，根据洛伦兹力提供向心力得 粒子在圆Ⅱ区域中的运动符合磁发散模型，可知在此区域粒子做圆周运动的半径为，根据洛伦兹力提供向心力得 联立可得圆Ⅱ内磁场的磁感应强度大小为，故A正确，B错误； CD．粒子流在圆Ⅱ内经过的区域如下图中的阴影部分 由几何关系得粒子流在圆Ⅱ内经过区域的面积为，故C错误，D正确。 故选AD。 10. 如图甲所示是一款光电烟雾探测器的原理图，当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，照射到光电管中金属钠表面产生光电流，产生的光电流大于会触发报警系统。金属钠的遏止电压随入射光频率的变化规律如图乙所示，已知普朗克，光速，电子电量，则以下说法正确的是（ ） A. 图乙中的图像斜率，其物理意义为 B. 要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于 C. 触发报警系统时，钠表面每秒释放出的光电子数最少是 D. 若光束有散射至光电管且全部用于产生光电流，当光源频率为时，为触发报警系统，其总功率不能低于 【答案】ACD 【解析】 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程，有 根据动能定理，有 联立公式，得 可知图乙中图像的斜率，故A正确； B．光电管的截止频率 即光源S的频率时，光电管可以发生光电效应。由于光的波长，则 要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于，故B错误； C．当光电流大于会触发报警系统，元电荷，则每秒释放的最小光电子数，故C正确； D．当时，考虑仅有散射至光电管且全部用于产生光电流，则光源的总功率为，故D正确。 故选ACD。 三、实验题：本大题共2小题，共16分。 11. 某实验小组探究糖水折射率n。主要装置包括激光器和长方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图（a）所示。实验操作过程如下： ①调配一定浓度的糖水，注入水平放置的玻璃缸中。 ②打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。 ③调整激光器，使入射点O处于竖直刻度尺的正后方，光路如图（b）所示，其中A点是入射光线与玻璃缸上边沿所在平面的交点，B点是折射光线与玻璃缸底部的交点，A、B点到法线的距离分别为、，到液面的距离分别为，。 根据以上实验数据，完成下列问题： （1）该糖水的折射率______空气折射率（选填大于，小于或等于）。 （2）激光在糖水中传播的速率______激光在空气中传播的速率（选填大于，小于或等于）。 （3）写出该糖水折射率的表达式______（用，，，表示）。 （4）为了减小实验误差，下列措施正确的是      。 A. 入射角尽可能大 B. 入射角尽可能小 C. 多次测量取平均 【答案】（1）大于 （2）小于 （3） （4）C 【解析】 【详解】（1）根据折射定律 由于入射角大于折射角，因此该糖水的折射率大于空气折射率； （2）根据折射公式 可知激光在糖水中传播的速率小于激光在空气中传播的速率； （3）入射角的正弦 折射角的正弦 根据折射定律 （4）AB．为了减小角度测量的误差，入射角要适当大一些，不能太大也不能太小，选项AB错误； C．采用多次测量取平均的方法，可以减小实验误差。选项C正确。 故选C。 12. “用双缝干涉测量光的波长”的实验装置示意图如图甲所示。 （1）将滤光片由绿色换成红色，其他条件不变，干涉条纹间距会________（选填“变宽”、“变窄”）。 （2）实验过程中，观察到的图样如图乙所示，目镜中干涉条纹与分划板中心线始终有一定的角度，则在此情况下，波长的测量值________真实值（填“大于”“小于”或“等于”）； （3）下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行 A. 仅旋转单缝 B. 仅前后移动凸透镜 C. 仅旋转毛玻璃处的测量头 （4）已知双缝间的距离为，双缝到毛玻璃屏的距离为，调整后，当分划板中心刻线对齐如图丙所示的第1条亮条纹的中心时，手轮上的读数为，当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心时，手轮上的示数如图丁所示；由以上已知数据和测量数据可知，该红光的波长为________米（结果保留两位有效数字）。 【答案】（1）变宽 （2）大于 （3）C （4） 【解析】 【小问1详解】 根据双缝干涉条纹间距公式 其他条件不变，将滤光片由绿色换成红色，入射光的波长变大，干涉条纹间距会变宽； 【小问2详解】 根据双缝干涉条纹间距公式 波长 目镜中干涉条纹与分划板中心线始终有一定的角度，相邻条纹间距的测量值偏大，则在此情况下，波长的测量值大于真实值； 【小问3详解】 目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，需调整双缝角度或者毛玻璃屏的角度，改变其他装置没有作用，故AB错误，C正确。 故选C。 【小问4详解】 10分度游标卡尺的精确度为，第5条亮条纹对应的读数 相邻亮条纹之间的距离 根据双缝干涉条纹间距公式 波长。 【点睛】 四、计算题：本大题共3小题，共38分。 13. 如图所示是一款简易电子身高测量仪的设计方案。电源电压恒为，保护电阻的阻值为，ab是一只固定着的、竖直放置的电阻棒，总长为，总阻值为，其接入电路的电阻与接入电路的棒长成正比。竖直弹簧下端连接金属杆cd和（右端P是滑片）与电路接触良好，金属杆和连接线均不计电阻，MP始终水平，图中所示均为理想电表。当给身高为的同学测量身高时，电压表的示数为，求： （1）此时电流表示数。 （2）该测量仪测量身高的最小值。 【答案】（1） （2） 【解析】 【分析】 【小问1详解】 当电压表的示数为时，电路中的电流 【小问2详解】 连入电路的电阻 此时接入电路的棒长为 当滑片在最低点时对应的测量身高最小，最小值为当前身高减去当前接入的电阻棒长度，即 【点睛】 14. 某景区计划建造一个圆柱体形状的景观浅水池，水池底部正中央安装点状景观灯（如图甲），使水池装满水后灯光刚好可以从整个水面射出。已知水池深度设计为，水对灯光的折射率，取，空气中光速。结果保留两位有效数字 （1）灯光射出水面的最短时间？ （2）水池半径R应设计为多大？ （3）由于工人在施工过程中出现失误，完工后发现水池半径，为了达到相同效果，可以在水池底部正中央水平镶嵌一个足够大的圆形平面镜（如图乙），并将光源竖直向上移动一段距离。求光源离平面镜的竖直距离至少为多少？（不考虑光的二次反射） 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 竖直向上射出水面时所需时间最短，光在水中的传播速度 传播时间 代入数据可得 【小问2详解】 水池装满水后灯光刚好可以从整个水面射出，则光在水池边缘恰好发生全反射，光路图如图所示： 由全反射临界角和折射率关系可知 由几何关系可知 代入数据可得 【小问3详解】 光路图如图所示： 由几何关系可知 代入数据可得 15. 某科创小组设计了一种可以使金属杆周期性地交替运动和静止的装置，其设计方案如图所示，绝缘水平面上固定两个光滑的同心金属圆环，圆心为O，半径分别为和。直线MOP垂直ON，MON区域充满垂直圆环平面向下的匀强磁场。通过电刷将两金属圆环引出到右侧两根水平固定的平行金属导轨上，导轨光滑且足够长，间距为L，并处于垂直导轨平面向下大小为的匀强磁场中。电阻为R的金属杆ab位于ON处沿半径方向架在两环间（始终接触良好），时刻，施加周期性外力使ab杆以角速度绕O点顺时针匀速旋转，并同时释放位于GG的金属杆（质量为m，电阻为2R，长度也为），当ab杆首次转到OM处时，cd杆的速度为v，当ab杆首次转到OP处时，cd杆刚好运动到处且速度为0。不计一切摩擦和其它电阻，运动过程中金属杆始终垂直于平行导轨。求： （1）时刻金属杆ab产生的电动势的大小并判断ab中电流的方向； （2）若ab杆从ON转到OM的过程中，ab杆上产生的焦耳热为Q，到时间内回路中电流的有效值； （3）到的距离x的大小。 【答案】（1），方向为 （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 金属杆ab绕O点顺时针匀速旋转切割磁感线，产生的感应电动势大小 根据右手定则，磁场方向垂直纸面向下，ab杆在ON处速度方向向上，则杆内感应电流方向为。 【小问2详解】 在ab杆从ON转到OM的时间内，ab杆作为电源发电，已知ab杆产生的焦耳热为Q，由于ab与cd串联且电阻比为：：：2，则此阶段cd杆产生的焦耳热为2Q，回路总热量 在ab杆从OM转到OP的过程中，ab杆离开磁场区域不产生电动势，cd杆由于惯性切割磁感线发电并最终停止，根据能量守恒定律，此阶段回路产生的总焦耳热等于cd杆动能的减少量，即 其余时间回路无电流。则一个周期内产生的总热量 根据有效电流定义 解得 【小问3详解】 从到cd杆停止运动，设ab在磁场中运动阶段cd的位移为，平均电流为，流过的电荷量为 ab离开磁场到cd停止阶段，cd位移为，流过的电荷量为 根据动量定理，第一阶段有 第二阶段有 由此可得 联立电荷量表达式得 整理得总距离 根据第一阶段能量守恒，电源做的总功 将代入解得 将此关系式及代入位移公式，解得 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $