精品解析：安徽阜阳第一中学2025届高三上学期12月学情自测物理试题

阜阳一中2025届高三12月月考 物 理 一、选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1. 一群处于基态的氢原子受到某种单色光的照射时，只激发出波长为、、的三种单色光，且，则照射光的波长为（　　） A. B. C. D. 2. 如图所示，小恺同学下课观察到教室外面树枝上站着A、两只小鸟，小鸟跟随树枝在摇摆，小鸟离树干较近，则（　　） A. A鸟的速度小于鸟的速度 B. A鸟的角速度等于鸟的角速度 C. A鸟的向心加速度小于鸟的向心加速度 D. A鸟的向心力大于鸟的向心力 3. 运动会上有一个集体项目——“旋风跑”，比赛过程中，五人一组共同抬着竹竿正在以标志杆为圆心，在水平面内转圈跑，如图所示，现将五人转圈跑看作匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A. 5位同学的线速度相等 B. 最外侧同学的角速度最大 C. 最内侧同学的向心加速度最大 D. 同一时刻五位同学所受的合外力方向相同 4. 如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，下列说法中正确的是（　　） A. 凸透镜的作用是为了使入射光变成平行光 B. 拨杆的作用是调节单缝与双缝之间的距离 C. 实验中将6个条纹间距误数成7个，则波长测量值将偏大 D. 如图所示，若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，可通过旋转双缝进行调整 5. 如图所示，两平行细激光束a、b射向真空中足够大的长方体透明材料的下表面，发现该材料的上表面只有一处有光线射出，则（　　） A. 激光a在材料的上表面被全反射 B. 激光b在材料的上表面被全反射 C. 激光a的折射率大于激光b的折射率 D. 激光a比激光b在透明材料中传播速度大 6. 如图甲所示，O点为振源，OP＝s，t＝0时刻O点由平衡位置开始振动，产生向右沿直线传播的简谐横波，图乙为从t＝0时刻开始描绘的质点P的振动图象。下列判断中正确的是(　　) A. 这列波的频率为 B. t＝0时刻，振源O振动的方向沿y轴负方向 C. t＝t2时刻，P点的振动方向沿y轴负方向 D. t＝t2时刻，O点的振动方向沿y轴正方向 7. 如图所示，平行板电容器的两极板接于两节串联的干电池两端，一带电小球悬挂在电容器内部，闭合开关K，电容器充电，平衡时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，下列说法正确的是（　　） A. 小球带负电 B. 若将A板向下移动少许，θ将变大 C. 若将B板向左移动少许，θ将变小 D. 断开开关K，并将B板向左移动少许，θ保持不变 8. 如图所示，两个固定的等量正点电荷相距4L，其连线的中点为O，以O为圆心、L为半径的圆与两正点电荷间的连线及连线的垂直平分线分别交于a、b和c、d，以O为坐标原点、垂直ab向上为正方向建立Oy轴，Ob为x轴的正方向。若带正电的试探电荷从a点由静止释放，沿直线aOb运动到b点，下列各图关于x轴上各点电势、电场强度E及试探电荷的速度v、电势能的描述正确的是（　　） A. B. C. D. 二、选择题：本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的选项中，有多项符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 9. 如图所示，轻弹簧竖立在地面上，正上方有一钢球，从A处自由下落，落到B处时开始与弹簧接触，此时向下压缩弹簧，小球运动到C处时，弹簧对小球的弹力与小球的重力平衡．小球运动到D处时，到达最低点．不计空气阻力，以下描述正确的有 (　 　) A. 小球由A向B运动的过程中，处于完全失重状态，小球的机械能减少 B. 小球由B向C运动的过程中，处于失重状态，小球的机械能减少 C. 小球由B向C运动的过程中，处于超重状态，小球的动能增加 D. 小球由C向D运动的过程中，处于超重状态，小球的机械能减少 10. 如图所示，为一磁约束装置的原理图，圆心为原点O，半径为R的圆形区域Ⅰ内有方向垂直平面向里的匀强磁场，环形区域Ⅱ内（包括其外边界）有方向垂直平面向里的匀强磁场。一带正电的粒子若以速度由A点沿y轴负方向射入磁场区域Ⅰ，则第一次经过Ⅰ、Ⅱ区域边界处的位置为p，p点在x轴上，速度方向沿x轴正方向。该粒子从A点射入后第5次经过Ⅰ、Ⅱ区域的边界时，其轨迹与边界的交点为Q，连线与x轴夹角为（未知）。不计粒子的重力，下列说法正确的是（　　） A. 在Ⅰ、Ⅱ区域内粒子做圆周运动的轨迹圆的半径之比为 B. 连线与x轴夹角 C. 粒子从A点运动到Q点的时间为 D. 若有一群相同的粒子以相同的速度大小从A点入射时，速度方向分布在与y轴负向成范围内，则若想将所有粒子束缚在磁场区域内，环形区域大圆半径R至少为 二、非选择题：本题共5小题，共58分。 11. 利用如图装置可以做力学中的许多实验。 （1）以下说法正确的是_______。 A.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，必须平衡小车和滑轨间的摩擦力 B.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行 C.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，在每次改变砝码及砝码盘总质量之后,需要重新平衡摩擦力 D.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，应使小桶和桶内砝码的总质量远小于小车的质量 （2）本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源是_______。 A.交流220 V　　　　 B.直流220 V C.交流4～6 V　　　　D.直流4～6 V （3）在利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图所示。已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电上，则此次实验的纸带中，F点在刻度尺的对应读数为______cm；小车的加速度大小为______m/s2。 12. 用如图所示的电路，观察电容器的放电现象。 （1）先将开关S接1，充电完成后电容器上极板带______电（选填“正”或“负”）。 （2）充电完成后，将可调电阻R的阻值调至，开关S接2进行放电，计算机与电流传感器相连，记录了电路中电流I随时间t变化的图像如图所示。已知该图像中曲线与坐标轴所围区域约有36个小格子，则电容器释放的电荷量Q约为______C（结果保留三位有效数字）。 （3）电容器再次充电完成后，将可调电阻R的阻值增加至，开关S接2进行放电，计算机又绘出了新的图像，下列关于前后两次图像的对比图，可能正确的是______。 A. B. C. D. 13. 第31届世界大学生夏季运动会在成都如期举行，铅球运动员投掷过程可简化为如图所示。质量为m的铅球从距地面H高处被运动员推出，铅球与落地区草坪接触前瞬间的速度为v，方向与水平面成θ角。铅球接触草坪后不反弹且经时间t陷于草坪中。当地重力加速度为g。求： （1）运动员对铅球做的功； （2）草坪对铅球的平均冲量。 14. 如图所示，地面和半圆轨道面均光滑，质量M=1kg、长为L=4m的小车放在地面上，其右端与墙壁的距离为s=3m，小车上表面与半圆轨道最低点P的切线相平。现有一质量m=2kg的滑块（视为质点）以v0=6m/s的初速度滑上小车左端，带动小车向右运动。小车与墙壁碰撞时即被粘在墙壁上，已知滑块与小车表面的动摩擦因数μ=0.2，g取10m/s2。 (1)求小车与滑块的相对位移大小； (2)求小车与墙壁碰撞时的速度大小； (3)要使滑块在半圆轨道上运动时不脱离，求半圆轨道的半径R的取值。 15. 同一水平面上的两根正对平行金属直轨道MN，M′N′，如图所示放置，两轨道之间的距离l=0.5m．轨道的M M′端之间接一阻值R=0.4Ω的定值电阻，轨道的电阻可忽略不计，N N′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP，N′P′平滑连接，两半圆轨道的半径均为R0=0.5m，水平直轨道MR，M′R′段粗糙，RN，R′N′段光滑，且RNN′R′区域恰好处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=0.64T，磁场区域的宽度d=1m，且其右边界与NN′重合，现有一质量m=0.2kg，电阻r=0.1Ω的导体杆ab静止在距磁场左边界s=2m处，在与杆垂直的水平恒力F=2N作用下开始运动，导体杆ab与粗糙导轨间的动摩擦因数μ=0.1，当运动至磁场的左边界时撤去F，结果导体杆ab恰好能通过半圆形轨道的最高点PP′．已知导体杆在运动过程中与轨道始终垂直且接触良好，取g=10m/s2． (1)导体杆刚进入磁场时，通过导体杆上的电流大小和方向． (2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量 (3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热． 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 阜阳一中2025届高三12月月考 物 理 一、选择题：本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1. 一群处于基态的氢原子受到某种单色光的照射时，只激发出波长为、、的三种单色光，且，则照射光的波长为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】能放出三种光，说明此时氢原子处在第3能级，从第三能级跃迁到基态时放出光子能量为 或者 能使处于基态氢原子跃迁的光子能量和第三能级与基态之间能级差相等．故有 或者 此时 故选A。 2. 如图所示，小恺同学下课观察到教室外面树枝上站着A、两只小鸟，小鸟跟随树枝在摇摆，小鸟离树干较近，则（　　） A. A鸟的速度小于鸟的速度 B. A鸟的角速度等于鸟的角速度 C. A鸟的向心加速度小于鸟的向心加速度 D. A鸟的向心力大于鸟的向心力 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】A．根据 离树干越近半径越小线速度越小，所以A鸟的速度大于鸟的速度，则A错误； B．小鸟跟随树枝在摇摆，等效同一转轴，具有相同的角速度，则A鸟的角速度等于鸟的角速度，所以B正确； C．根据 可知，A鸟的向心加速度大于鸟的向心加速度，所以C错误； D．根据 可知，两只小鸟的质量不确定，则向心力无法确定，所以D错误； 故选B。 3. 运动会上有一个集体项目——“旋风跑”，比赛过程中，五人一组共同抬着竹竿正在以标志杆为圆心，在水平面内转圈跑，如图所示，现将五人转圈跑看作匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　） A. 5位同学的线速度相等 B. 最外侧同学的角速度最大 C. 最内侧同学的向心加速度最大 D. 同一时刻五位同学所受的合外力方向相同 【答案】D 【解析】 【详解】B．五位同学都是绕障碍物做圆周运动，角速度相等，故B错误； A．根据 可得最外侧同学的线速度最大，故A错误； C．根据 可得最外侧同学的向心加速度最大，故C错误； D．做匀速圆周运动的物体由合外力提供向心力，即合外力指向圆心，故D正确。 故选D。 4. 如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，下列说法中正确的是（　　） A. 凸透镜的作用是为了使入射光变成平行光 B. 拨杆的作用是调节单缝与双缝之间的距离 C. 实验中将6个条纹间距误数成7个，则波长测量值将偏大 D. 如图所示，若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，可通过旋转双缝进行调整 【答案】A 【解析】 【详解】A．凸透镜的作用是为了使入射光变成平行光，故A正确； B．调节拨杆只能调整单缝的角度，使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，故B错误； C．由公式 可得 实验中将6个条纹间距误数成7个，则偏小，测得的波长值将偏小，故C错误； D．若通过目镜发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，可旋转测量头，分划板竖线随之旋转，可使分划板竖线与亮条纹对齐，故D错误。 故选A。 5. 如图所示，两平行细激光束a、b射向真空中足够大的长方体透明材料的下表面，发现该材料的上表面只有一处有光线射出，则（　　） A. 激光a在材料的上表面被全反射 B. 激光b在材料的上表面被全反射 C. 激光a的折射率大于激光b的折射率 D. 激光a比激光b在透明材料中传播速度大 【答案】D 【解析】 【详解】AB．两束单色光在玻璃砖的上表面的入射角等于在下表面的折射角，根据光路可逆性原理知，两束单色光在玻璃砖的上表面都不会发生全反射，故AB错误； CD．因玻璃砖的上表面只有一束光线射出，通过玻璃砖后a的侧移小于b的侧移，可知激光a的折射率小于激光b的折射率，则激光a比激光b在透明材料中传播速度大，激光a的频率小于激光b的频率，故C错误，D正确。 故选D。 6. 如图甲所示，O点为振源，OP＝s，t＝0时刻O点由平衡位置开始振动，产生向右沿直线传播的简谐横波，图乙为从t＝0时刻开始描绘的质点P的振动图象。下列判断中正确的是(　　) A. 这列波的频率为 B. t＝0时刻，振源O振动的方向沿y轴负方向 C. t＝t2时刻，P点的振动方向沿y轴负方向 D. t＝t2时刻，O点的振动方向沿y轴正方向 【答案】A 【解析】 【详解】A．由乙图看出，周期T＝t2－t1，所以 故A正确； B．P点的起振方向与O点起振方向相同，由乙图读出t1时刻，P点的振动方向沿y轴正方向，即P点的起振方向沿y轴正方向，则t＝0时刻，振源O振动的方向沿y轴正方向，故B错误； C．由图乙振动图象看出，t2时刻，P点的振动方向沿y轴正方向，故C错误； D．因不知t1与周期T的倍数关系，故不能判断t2时刻O点的振动情况，故D错误。 故选A。 7. 如图所示，平行板电容器的两极板接于两节串联的干电池两端，一带电小球悬挂在电容器内部，闭合开关K，电容器充电，平衡时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，下列说法正确的是（　　） A. 小球带负电 B. 若将A板向下移动少许，θ将变大 C. 若将B板向左移动少许，θ将变小 D. 断开开关K，并将B板向左移动少许，θ保持不变 【答案】D 【解析】 【详解】A.由题图可知，小球带正电，A错误； B.若保持K闭合，则电容器两极板之间的电压保持不变，根据可知，A板向下移动，d不变，电场强度不变，则小球受到的电场力不变，θ将不变，B错误； C.B板向左移动少许，d减小，电场强度变大，则小球受到的电场力变大，θ将变大，C错误； D.断开K，电容器所带电荷量保持不变，由和以及，可得 将B板向左移动少许，θ保持不变，D正确。 故选D。 8. 如图所示，两个固定的等量正点电荷相距4L，其连线的中点为O，以O为圆心、L为半径的圆与两正点电荷间的连线及连线的垂直平分线分别交于a、b和c、d，以O为坐标原点、垂直ab向上为正方向建立Oy轴，Ob为x轴的正方向。若带正电的试探电荷从a点由静止释放，沿直线aOb运动到b点，下列各图关于x轴上各点电势、电场强度E及试探电荷的速度v、电势能的描述正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】AC．点的电场强度为零，从到，电场强度先减小后反向增大，电荷所受的电场力先减小后增大，加速度先减小后增大，A、C错误； B．间的电场线方向由到，电势逐渐降低，根据图像切线的斜率等于电场强度，知图像切线的斜率逐渐减小，时图像切线的斜率等于零，根据对称性知B图是正确的，B正确； D．根据对称性知，电荷在关于点对称的位置电势能相等，图像应关于纵轴对称，D错误。 故选B。 二、选择题：本题共2小题，每小题5分，共10分。在每小题给出的选项中，有多项符合题目要求的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 9. 如图所示，轻弹簧竖立在地面上，正上方有一钢球，从A处自由下落，落到B处时开始与弹簧接触，此时向下压缩弹簧，小球运动到C处时，弹簧对小球的弹力与小球的重力平衡．小球运动到D处时，到达最低点．不计空气阻力，以下描述正确的有 (　 　) A. 小球由A向B运动的过程中，处于完全失重状态，小球的机械能减少 B. 小球由B向C运动的过程中，处于失重状态，小球的机械能减少 C. 小球由B向C运动的过程中，处于超重状态，小球的动能增加 D. 小球由C向D运动的过程中，处于超重状态，小球的机械能减少 【答案】BD 【解析】 【详解】小球由A向B运动的过程中,是自由落体运动,只有重力做功,机械能守恒,故A错误;C点是小球的平衡位置，所以小球由B向C运动的过程中,是加速下降,加速度向下,故处于失重状态;弹力对小球做负功,故小球的机械能减少;故B正确；C错误；小球由C向D运动的过程中,是减速下降,加速度向上,处于超重状态;弹力对小球做负功,故小球的机械能减少，故D正确；故选BD 10. 如图所示，为一磁约束装置的原理图，圆心为原点O，半径为R的圆形区域Ⅰ内有方向垂直平面向里的匀强磁场，环形区域Ⅱ内（包括其外边界）有方向垂直平面向里的匀强磁场。一带正电的粒子若以速度由A点沿y轴负方向射入磁场区域Ⅰ，则第一次经过Ⅰ、Ⅱ区域边界处的位置为p，p点在x轴上，速度方向沿x轴正方向。该粒子从A点射入后第5次经过Ⅰ、Ⅱ区域的边界时，其轨迹与边界的交点为Q，连线与x轴夹角为（未知）。不计粒子的重力，下列说法正确的是（　　） A. 在Ⅰ、Ⅱ区域内粒子做圆周运动的轨迹圆的半径之比为 B. 连线与x轴夹角 C. 粒子从A点运动到Q点的时间为 D. 若有一群相同的粒子以相同的速度大小从A点入射时，速度方向分布在与y轴负向成范围内，则若想将所有粒子束缚在磁场区域内，环形区域大圆半径R至少为 【答案】BC 【解析】 【详解】A．由 可得在Ⅰ、Ⅱ区域内粒子做圆周运动的轨迹圆的半径之比为 A错误； B．粒子每次从Ⅱ区域返回Ⅰ区域通过两区域边界时速度偏角都为α，为图中所示角，由几何关系 得 则 该粒子从A点射入后第4次经过Ⅰ、Ⅱ区域的边界时, 即第二次从Ⅱ区域返回Ⅰ区域通过两区域边界，此时速度偏离A点入射速度。此后在Ⅰ区域转过圆周，即从A点射入后第5次经过Ⅰ、Ⅱ区域边界处的位置为Q。由几何关系可知，连线与x轴夹角 B正确； C．粒子从A点运动到Q点的时间为 每次偏转运动时间为 C正确； D．速度方向分布在与y轴负向成向x轴正向偏转时，则若想将所有粒子束缚在磁场区域内，环形区域大圆半径R最小为如图所示的OD长度。 由几何关系可得 由余弦定理可得 D错误； 故选BC。 二、非选择题：本题共5小题，共58分。 11. 利用如图装置可以做力学中的许多实验。 （1）以下说法正确的是_______。 A.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，必须平衡小车和滑轨间的摩擦力 B.用此装置做“研究匀变速直线运动”实验时，必须调整滑轮高度使连接小车的细线与滑轨平行 C.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，在每次改变砝码及砝码盘总质量之后,需要重新平衡摩擦力 D.用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，应使小桶和桶内砝码的总质量远小于小车的质量 （2）本装置中要用到打点计时器，如图所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源是_______。 A.交流220 V　　　　 B.直流220 V C.交流4～6 V　　　　D.直流4～6 V （3）在利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”实验时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图所示。已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电上，则此次实验的纸带中，F点在刻度尺的对应读数为______cm；小车的加速度大小为______m/s2。 【答案】 ①. BD ②. A ③. 4.00 ④. 2.5 【解析】 【详解】(1)[1]AB．“研究匀变速直线运动”实验中，不用平衡小车的摩擦力为了保证让小车做匀加速直线运动，应使细线对小车的拉力恒定，故要让细线与滑轨平行，故A错误，B正确； C．做探究加速度a与力F的关系的实验时，要平衡好小车的摩擦力，一旦平衡好了再做改变拉力或小车质量实验时，不用再平衡摩擦力，故C错误； D．为了保证小桶和砝码的总重力等于细线对小车的拉力,应使它们的总质量远小于小车的质量，故D正确。 故选BD。 (2)[2]甲为电火花计时器，它用220 V的交变电流，故A正确。 故选A。 (3)[3]F点的读数为 40.0mm=4.00 cm [4]小车的加速度 12. 用如图所示的电路，观察电容器的放电现象。 （1）先将开关S接1，充电完成后电容器上极板带______电（选填“正”或“负”）。 （2）充电完成后，将可调电阻R的阻值调至，开关S接2进行放电，计算机与电流传感器相连，记录了电路中电流I随时间t变化的图像如图所示。已知该图像中曲线与坐标轴所围区域约有36个小格子，则电容器释放的电荷量Q约为______C（结果保留三位有效数字）。 （3）电容器再次充电完成后，将可调电阻R的阻值增加至，开关S接2进行放电，计算机又绘出了新的图像，下列关于前后两次图像的对比图，可能正确的是______。 A. B. C. D. 【答案】（1）正 （2） （3）B 【解析】 【小问1详解】 电容器上极板连接电源正极，故充电完成后电容器上极板带正电； 【小问2详解】 根据可知图像与横轴围成的面积表示电量，故电容器释放的电荷量Q约为 【小问3详解】 分析可知当可调电阻R的阻值增大时，开始放电的瞬间最大电流值变小，由于电容器的带电量不变，故可知电阻R的阻值增加时的放电时间变长。 故选B。 13. 第31届世界大学生夏季运动会在成都如期举行，铅球运动员投掷过程可简化为如图所示。质量为m的铅球从距地面H高处被运动员推出，铅球与落地区草坪接触前瞬间的速度为v，方向与水平面成θ角。铅球接触草坪后不反弹且经时间t陷于草坪中。当地重力加速度为g。求： （1）运动员对铅球做的功； （2）草坪对铅球的平均冲量。 【答案】（1）；（2）大小为，方向为 【解析】 【详解】（1）质量为m的铅球从距地面H高处被运动员推出，铅球与落地区草坪接触前瞬间的速度为v，根据动能定理 运动员对铅球做的功 （2）铅球接触草坪后不反弹且经时间t陷于草坪中。竖直方向，取向上为正方向 水平方向，水平向左为正方向 草坪对铅球的平均冲量 冲量与水平夹角为，则 所以 14. 如图所示，地面和半圆轨道面均光滑，质量M=1kg、长为L=4m的小车放在地面上，其右端与墙壁的距离为s=3m，小车上表面与半圆轨道最低点P的切线相平。现有一质量m=2kg的滑块（视为质点）以v0=6m/s的初速度滑上小车左端，带动小车向右运动。小车与墙壁碰撞时即被粘在墙壁上，已知滑块与小车表面的动摩擦因数μ=0.2，g取10m/s2。 (1)求小车与滑块的相对位移大小； (2)求小车与墙壁碰撞时的速度大小； (3)要使滑块在半圆轨道上运动时不脱离，求半圆轨道的半径R的取值。 【答案】(1)3m；(2)4m/s；(3)R≤0.24m或R≥0.6m 【解析】 【详解】(1)(2)设滑块与小车的共同速度为v1，滑块与小车相对运动过程中动量守恒，有 mv0=（m+M）v1  代入数据解得 v1=4m/s  设滑块与小车的相对位移为 L1，由系统能量守恒定律，有 代入数据解得   L1=3m  设与滑块相对静止时小车的位移为S1，根据动能定理，有 代入数据解得 S1=2m  因L1＜L，S1＜S，说明小车与墙壁碰撞前滑块与小车已具有共同速度，且共速时小车与墙壁还未发生碰撞，故小车与墙壁碰撞时的速度即v1=4m/s． (3)滑块将在小车上继续向右做初速度为v1=4m/s，位移为L2=L-L1=1m的匀减速运动，然后滑上圆轨道的最低点P． 若滑块恰能滑过圆的最高点，设滑至最高点的速度为v，临界条件为 根据动能定理有 联立并代入数据解得 R=0.24m  若滑块恰好滑至圆弧到达T点时就停止，则滑块也能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道． 根据动能定理，有 代入数据解得 R=0.6m 综上所述，滑块能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道，半圆轨道的半径必须满足R≤0.24m或R≥0.6m 。 15. 同一水平面上的两根正对平行金属直轨道MN，M′N′，如图所示放置，两轨道之间的距离l=0.5m．轨道的M M′端之间接一阻值R=0.4Ω的定值电阻，轨道的电阻可忽略不计，N N′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP，N′P′平滑连接，两半圆轨道的半径均为R0=0.5m，水平直轨道MR，M′R′段粗糙，RN，R′N′段光滑，且RNN′R′区域恰好处于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度B=0.64T，磁场区域的宽度d=1m，且其右边界与NN′重合，现有一质量m=0.2kg，电阻r=0.1Ω的导体杆ab静止在距磁场左边界s=2m处，在与杆垂直的水平恒力F=2N作用下开始运动，导体杆ab与粗糙导轨间的动摩擦因数μ=0.1，当运动至磁场的左边界时撤去F，结果导体杆ab恰好能通过半圆形轨道的最高点PP′．已知导体杆在运动过程中与轨道始终垂直且接触良好，取g=10m/s2． (1)导体杆刚进入磁场时，通过导体杆上的电流大小和方向． (2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量 (3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路中产生的焦耳热． 【答案】（1）3.84A,从b到a（2）0.64C（3）1.1J 【解析】 【分析】(1) 应用动能定理求出进入磁场时的速度，导体棒进入磁场时金属杆切割磁感线，产生感应电流，由法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可求得感应电流大小，由右手定则判断感应电流方向； (2) 设导体杆在磁场中运动的时间为t，求出产生的感应电动势的平均值，根据欧姆定律求出电流的平均值，进而求出电量； (3)导体杆穿过磁场的过程，回路中机械能转化为内能，根据能量守恒定律求出电路中产生的焦耳热． 【详解】(1)设导体杆在F的作用下运动至磁场的左边界时的速度为v1，由动能定理得： 代入数据解得 导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势 此时通过导体杆上的电流 据右手定则可知，电流方向由b向a (2) 设导体杆在磁场中运动的时间为t，产生的感应电动势的平均值为，由法拉第电磁感应定律有： 通过电阻R的感应电流的平均值 通过电阻R的电荷量 (3) 设导体杆离开磁场时的速度大小为v2，运动到圆轨道最高点的速度为v3，因导体杆恰好能通过半圆形轨道的最高点，则在轨道最高点时，由牛顿第二定律得： 代入数据解得： 杆从NN′运动至PP′的过程，根据机械能守恒定律有： 代入数据解得： 导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能 此过程中电路中产生的焦耳热 【点睛】本题综合考查了机械能守恒定律、动能定理、牛顿第二定律、闭合电路欧姆定律、切割产生的感应电动势公式等，综合性较强，对学生的能力要求较高，需加强这方面的训练；分析导体杆的运动过程是解题的关键． 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $