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浙江省嘉兴市2022-2023学年高二物理下学期期末测试试题（Word版附解析）
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这是一份浙江省嘉兴市2022-2023学年高二物理下学期期末测试试题（Word版附解析），共24页。试卷主要包含了选择题Ⅰ，选择题Ⅱ，非选择题等内容，欢迎下载使用。
嘉兴市2022~2023学年第二学期期末测试
高二物理试题卷
本试题卷分选择题和非选择题两部分，满分100分，考试时间90分钟。
选择题部分
一、选择题Ⅰ（本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1. 若要用国际单位制基本单位表示物理量单位，则下列各项中符合要求的是（ ）
A. 用N·s表示冲量单位
B. 用Ω表示电阻单位
C. 用C/V表示电容单位
D. 用A·s表示电量单位
【答案】D
【解析】
【详解】A．N不是国际单位制基本单位，选项A错误；
B．Ω不是国际单位制基本单位，选项B错误；
C．C、V不是国际单位制基本单位，选项C错误；
D．A、s都是国际单位制基本单位，选项D正确。
故选D。
2. 如图所示，一质量为m的铅球受竖直档板作用静止于倾角为45°光滑斜面上。铅球对挡板的压力为F1，对斜面的压力F2，则（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】铅球受三个力作用处于平衡状态，如图：
根据铅球受力平衡条件可知，挡板对铅球的推力F0和斜面对铅球的支持力FN的合力F与重力大小相等，方向相反。
F=G=mg
F0=F=mg
根据牛顿第三定律，铅球对挡板的压力与挡板对铅球的推力是一对相互作用力，大小相等，铅球对斜面的压力与斜面对铅球的支持力是一对相互作用力，大小相等。所以
F1=F0=mg
F2=FN=
故选A。
3. 如图所示，我国运油-20空中加油机正在给歼-20战斗机进行空中加油，则（ ）
A. 歼-20在加油过程中惯性不变
B. 加油时以歼-20为参考系，运油-20是静止的
C. 加油时以歼-20为参考系，机旁白云是静止的
D. 加油前歼-20在尝试对接时可把运油-20看作质点
【答案】B
【解析】
【详解】A．歼-20在加油过程中质量增大，惯性变大，故A错误；
B．加油时歼-20与运油-20保持相对静止，所以以歼-20为参考系，运油-20是静止的，故B正确；
C．加油时以歼-20为参考系，机旁白云是运动的，故C错误；
D．当物体的大小、形状对所研究的问题没有影响或者影响很小，可以忽略不计时，物体可以看成质点，所以加油前歼-20在尝试对接时不能把运油-20看作质点，故D错误。
故选B。
4. 如图所示为“蹦蹦弹簧跳”运动，小朋友带着装置上下跳动。人和装置一起从一定高度竖直落下，触地后内部弹簧被压缩，弹簧恢复形变又把人和装置弹起。小朋友从静止下落到离地距离最小的过程中（ ）
A. 弹簧弹性势能一直增加
B. 小朋友的重力势能一直减小
C. 装置底端刚接触地面时小朋友动能最大
D. 小朋友与装置组成的系统机械能保持不变
【答案】B
【解析】
【详解】B．小朋友从静止下落到离地距离最小的过程中，高度一直减小，小朋友的重力势能一直减小，选项B正确；
A．开始时弹簧弹性势能为0保持不变，触地后内部弹簧才被压缩，弹性势能增加，故A错误；
C．触地后弹力从零开始逐渐增大，弹力先小于重力，后大于重力，小朋友的合力先向下后向上，速度先增大后减小，所以小朋友的动能先增大后减小，故C错误；
D．小朋友从静止下落到离地距离最小的过程中，装置与地面碰撞过程中有能量损失，所以小朋友与装置组成的系统机械能不守恒，故D错误。
故选B。
5. 如图所示为电视机显像管示意图，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。安装在管颈的偏转线圈通以电流后，可产生偏转磁场。则（ ）
A. 要使电子束打在A点，偏转磁场应垂直纸面向里
B. 要使电子束打在B点，偏转磁场应平行纸面向上
C. 增大偏转线圈电流时电子速度将增大
D. 增大偏转线圈电流时电子打到屏上的偏移会增大
【答案】D
【解析】
【详解】A．由左手定则可知，打在屏上的A点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外，A错误；
B．由左手定则可知，打在屏上的B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向里，B错误；
C．增大偏转线圈电流时不会影响电子速度，C错误；
D．增大偏转线圈电流时，偏转磁场增大，根据洛伦兹力提供向心力
解得
所以半径减小，电子打到屏上的偏移会增大，D正确。
故选D。
6. 下列判断正确的是（ ）
A. 图甲中磁铁向右插入不闭合线圈，线圈中会产生感应电动势
B. 图乙中矩形金属线圈水平向右移动，矩形线圈中会产生感应电流
C. 图丙中闭合导线框以其任何一条边为轴在磁场中旋转，都能产生感应电流
D. 图丁中水平放置的圆形线圈直径正上方导线中电流增大，线圈中产生感应电流
【答案】A
【解析】
【详解】A．图甲中磁铁向右插入不闭合线圈，线圈中磁通量发生变化，线圈中会产生感应电动势由于线圈不闭合，线圈中不会产生感应电流，选项A正确；
B．图乙中矩形金属线圈水平向右移动，由于线圈的磁通量保持不变，矩形线圈中不会产生感应电流，选项B错误；
C．图丙中的闭合导线框，若以竖直边为轴在磁场中旋转，不能产生感应电流，选项C错误；
D．图丁中水平放置的圆形线圈直径正上方导线中电流增大，线圈的磁通量一直为零，保持不变，线圈中没有感应电流，选项D错误。
故选A。
7. 如图所示的电路中，先把开关置于电源一侧，为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。用示波器观察两极板电压波形，正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据题意，先把开关置于电源一侧为电容器充电，再把开关置于线圈一侧后，电容器放电，两极板间的电压随着电荷量的减少而减小，电场能转化为磁场能而降低，而当电容器两极板的电荷量减为零时，电容器两极板间的电压为零，此时线圈中的磁场能达到最大，紧接着磁场能又向电场能转化，即线圈产生自感电动势给电容器反向充电，但在电场能转化为磁场能以及磁场能又再次转化为电场能的过程中，电路向外射电磁波，电路中的能量在耗散，因此电容器两极板间的电压的最大值越来越小，而电容器的充放电有其自身的固有周期，即周期不变。
故选C。
8. 2023年4月12日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置——东方超环（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403秒，创造了新的世界纪录。对于核聚变下列说法正确的是（ ）
A. 原子弹爆炸属于核聚变
B. 人类已经实现完全可控核聚变
C. 氢核聚变方程为，氦核的比结合能大于氘核
D. 在聚变反应中核子结合过程需通过高温克服核子间的强相互作用
【答案】C
【解析】
【详解】A．原子弹是利用核裂变的链式反应原理制成的，选项A错误；
B．目前人类还没有实现完全可控的核聚变，选项B错误；
C．氢核聚变方程为
聚变过程释放出核能，说明氦核比氘核更加稳定，由于比结合能越大，原子核越稳定，可知氦核的比结合能大于氘核的比结合能，选项C正确；
D．聚变反应中带正电的与结合过程需通过高温克服核子间的强大的库仑斥力作用，选项D错误。
故选C。
9. 2023年5月30日9时31分，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，16时29分神舟十六号载人飞船与“天宫”空间站组合体完成自主快速交会对接。已知“天宫”离地面平均高度约为330km，地球半径为6400km，则（ ）
A. 神舟十六号的发射速度大于11.2km/s
B. “天宫”中航天员处于完全失重状态，所受合外力为0
C. 为实现对接，神舟十六号应在“天宫”相同轨道处向前加速
D. 根据“天宫”围绕地球的运行周期可估测地球的平均密度
【答案】D
【解析】
【详解】A．若神舟十六号的发射速度大于11.2km/s，超过第二宇宙速度，飞船将会脱离地球引力，故发射速度不可能大于11.2km/s，故A错误；
B．“天宫”中航天员受到的万有引力完全提供此时做圆周运动的向心力，故处于完全失重状态，但是所受合外力不为0，故B错误；
C．若神舟十六号在“天宫”相同轨道处向前加速，飞船将会做离心运动，脱离该轨道，不能实现对接，故C错误；
D．设地球质量为M，“天宫”质量为m，“天宫”离地面高度为h，地球半径为R，根据公式有
，
联立解得地球密度为
故D正确。
故选D。
10. 如图甲所示为游乐场中的“激战鲨鱼岛”项目，设备主体是一个大转盘。“鲨鱼”处于转盘正中央，转盘边缘设有若干“作战艇”供游客乘坐。设备启动后“作战艇”围绕“鲨鱼”做匀速圆周运动。游客在“作战艇”中用水枪射击“鲨鱼”，水枪的基座固定但射击方向可调。为击中正前方与枪口等高处的“鲨鱼”，水枪相对游客的出水方向应为（ ）
A. 正前方 B. 左上方
C. 正前上方 D. 右上方
【答案】B
【解析】
【详解】水枪出水后做平抛运动，相对游客向下运动，又由于惯性，水将向右运动，因此为击中正前方与枪口等高处的“鲨鱼”，水枪相对游客的出水方向应为左上方。
故选B。
11. 如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，人眼就能察觉。现有一个光源以P的功率均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光。若人眼瞳孔在暗处的直径为D，光速为c，且不计空气对光的吸收，则眼睛能够看到这个光源的最远距离为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】每个光子的能量是
由题知每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量是
瞳孔的面积为，而以光源为球心，以光源到眼的距离R为半径的球面积是，于是
解得
故选A。
12. 如图所示，两波源分别位于x=-0.2m和x=1.2m处，它们在介质中形成的机械波波速均为0.4m/s，波源的振幅均为2cm。图为t=0时刻两波源之间形成的图像，此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置处于x=0.5m处。则（ ）
A. 两列波不会发生干涉
B. t=1.75s时两列波在M点相遇
C. 2s内M点运动的路程为10cm
D. t=100s时两波源之间（不含波源）有6个点不振动
【答案】D
【解析】
【详解】A．由图可知，两列波具有相同的波长，均为
波的传播速度相同，所以具有相同的频率，且相位差恒定，所以两列波会发生干涉，故A错误；
B．由于M点到P点和Q点的距离相等，所以两列波在M点相遇，相遇时间为
故B错误；
C．在2s内，M点实际运动的时间为1.25s，根据波长与波速的关系可得
所以在2s内，M点的运动路程为
故C错误；
D．由于两波源振动步调相同，所以当波程差等于半波长奇数倍时，振动减弱，即
解得
所以n可取-3，-2，-1，0，1，2，6个振动减弱点，其振幅为零，即不振动，故D正确。
故选D。
13. 如图所示为一半径为R的半圆形玻璃砖，OO'是其对称轴。现有两束平行单色光a、b垂直照射到AB面，玻璃砖对a、b的折射率分别为和2，已知sin37°=0.6，不考虑二次反射，则（ ）
A. b光从AB弧面出射弧长比a光长
B. 玻璃砖的AB弧面上有复色光射出的区域弧长为
C. a光、b光从AB弧面上出射后会分别汇聚于一点
D. 若在纸面内将玻璃砖绕圆心逆时针旋转60°，有复色光射出的区域弧长变小
【答案】B
【解析】
【详解】AB．a光线射到圆弧面上的临界角
则
Ca=37°
玻璃砖弧面上有a光射出的区域弧长为
同理b光线射到圆弧面上的临界角
则
Cb=30°
玻璃砖的弧面上有b光射出的区域弧长为
则玻璃砖的AB弧面上有复色光射出的区域弧长为，选项A错误，B正确；
C．设能从圆弧上射出的某条a光线在上的入射角为α，则折射角β满足
由正弦定理
可得
则a光线在上的入射角α不同，则光线与OO'的交点不同，即射出的a光线不是都将汇于一点，入射光线距OO'越远α较大，出射光线与OO'的交点离AB面越近。同理b光从AB弧面上出射后不是都将汇于一点，选项C错误；
D．光线垂直射到直径AB时，玻璃砖的弧面上有光射出的区域所对应的角度为2C；若在纸面内将玻璃砖绕圆心逆时针旋转60°，设此时能在圆弧AB面上发生全反射的两条临界光线在直径上的折射角为θ，如图
则
则
可知有光射出的区域弧长不变，则有复色光射出的区域弧长不变，选项D错误。
故选B。
二、选择题Ⅱ（本题共2小题，每小题3分，共6分，每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不选全的得2分，有选错的得0分）
14. 下列说法正确的是（ ）
A. 利用霍尔元件可制作传感器
B. 金属没有规则的形状，属于非晶体
C. 某运动分子从无穷远处靠近一固定分子时，运动分子的分子势能一直增大
D. 普朗克黑体辐射理论、物质波假说、玻尔氢原子理论均与普朗克常量紧密相关
【答案】AD
【解析】
【详解】A．利用霍尔元件可制作传感器，选项A正确；
B．金属没有规则的形状，属于多晶体，选项B错误；
C．某运动分子从无穷远处靠近一固定分子时，分子力先做正功后做负功，则运动分子的分子势能先减小后增加，选项C错误；
D．普朗克黑体辐射理论、物质波假说、玻尔氢原子理论均与普朗克常量紧密相关，选项D正确。
故选AD。
15. 一群处于基态的氢原子，在大量电子的碰撞下可跃迁至不同的激发态，处于不同激发态的氢原子又在向低能级跃迁时产生不同频率的光子。如图甲所示，氢原子从能级跃迁到能级产生可见光I，从能级跃迁到能级产生可见光Ⅱ。图乙是光Ⅰ、光Ⅱ对同种材料照射后发生光电效应产生的光电流与电压关系图。已知元电荷电量为e，下列说法正确的是（ ）
A. 图乙的图线a对应光I
B. 图乙中U1、U₂满足关系
C. 使处于基态的氢原子跃迁至能级的电子动能
D. 使处于基态的氢原子跃迁至高能级的电子是实物粒子，没有波动性
【答案】B
【解析】
【详解】A．由能级图可知
则可见光I的能量大于可见光Ⅱ的能量，由于能量更大的光子打到金属上，只要光的频率大于极限频率，就能发生光电效应，光子能量越大，光电子获得的动能也越大，需要更大的反向电压来实现将光电子的动能转化为电场能，可知图线a对应光的能量较小，图线b对应光的能量较大，所以图线a对应可见光Ⅱ，故A错误；
B．由光电效应以及能量守恒定律可知
由以上两式可得
故B正确；
C．原子吸收电子使处于基态的氢原子跃迁至n=4能级，由波尔能级理论可知，电子动能应满足
故C错误；
D．使处于基态的氢原子跃迁至高能级的电子是实物粒子，实物粒子也具有波动性，只是不明显，故D错误。
故选B。
非选择题部分
三、非选择题（本题共5小题，共55分）
16. 利用如图1所示装置可进行实验一：“探究小车速度与时间关系”和实验二：“探究加速度与力、质量的关系”。
①下列关于上述实验说法正确的是_________。
A．实验时都要使用阻力补偿法
B．实验过程中细线都应该与导轨平行
C．实验一中小车释放位置不需要靠近打点计时器
D．实验二过程中，小车质量应该远大于悬挂的重物质量
②图2所示是本实验中打下的一条纸带，在其上取了0、1、2、3、4、5、6这7个计数点（相邻两计数点间均有4个点未画出），已知交流电的频率为50Hz，则计数点3对应的读数为_________cm；小车的加速度大小为_________m/s²。（计算结果均保留两位有效数字）。
③某小组在研究“小车质量一定时，加速度与力的关系”实验时，通过改变悬挂物的质量的办法来改变对小车的作用力F，然后根据测得的数据作出“a-F”图像如图3所示。产生的原因可能是_________（单选）。
A．实验时未进行阻力补偿，且小车质量较大
B．阻力补偿时轨道倾斜角度过大，悬挂物质量较小
C．阻力补偿时轨道倾斜角度过小，悬挂物质量较大
【答案】 ①. BD##DB ②. 7.50 ③. 0.50 ④. C
【解析】
【详解】①[1]A．实验一：“探究小车速度与时间关系”不需要阻力补偿法；而实验二：“探究加速度与力、质量的关系”要使用阻力补偿法，选项A错误；
B．实验过程中细线都应该与导轨平行，选项B正确；
C．实验一中小车释放位置需要靠近打点计时器，以充分利用纸带，选项C错误；
D．实验二过程中，为使得小车受到的拉力等于小车的牵引力，则小车质量应该远大于悬挂的重物质量，选项D正确。
故选BD。
②[2]相邻两计数点间均有4个点未画出，则T=0.1s，计数点3对应的读数为7.50cm；
[3]小车的加速度大小为
③[4]图像与横轴有截距，说明当F增加到一定值时才产生了加速度，则原因是阻力补偿时轨道倾斜角度过小，平衡摩擦力不够或者未进行阻力补偿；图像末端出现弯曲，说明悬挂物质量较大，没有满足悬挂重物的质量远小于小车的质量，故选C。
17. 利用如图所示装置做“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”，实验时下列操作正确的是（ ）
A. 斜槽末端不一定要水平
B. 完成一次碰撞即可进行数据处理
C. 斜槽末端静止小球质量须小于斜槽上小球质量
【答案】C
【解析】
【详解】A．小球离开轨道后须做平抛运动，所以斜槽末端一定要水平，故A错误；
B．为了减小实验误差，必须进行多次实验后进行数据处理，故B错误；
C．为防止两球碰撞后入射球反弹，入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，故C正确。
故选C。
18. 小嘉同学为了探究某充电宝是否像干电池一样有确定的电动势和内阻，设计了如图1所示电路图，R₀=0.5Ω。实验过程中该同学使用了两个数字万用表。
①请按电路图用实线代替导线完成实物图2连接_________。
②充电宝电量达到100%后，小嘉同学按电路图正确连接电路后进行实验，操作无误后得到6组数据并在坐标纸上描点，请结合数据点在图3上拟合U-I关系图像_________。该充电宝的电动势E=_________v，内阻r=__________Ω（均保留三位有效数字）。
③小嘉同学想用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于图中的_________（选填“A”、“B”、“C”、“D”）位置。
A． B．
C． D．
【答案】 ①. ②. ③. 5.00 ④. 0.370 ⑤. B
【解析】
【详解】①[1]按电路图用实线代替导线完成实物图如图
②[2]结合数据点在图3上拟合U-I关系图像如图
[3][4]根据闭合电路欧姆定律有
整理得
结合图线可得
所以
③[5]由于电动势的测量值为5.00V，因此若用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于10V的电压挡位，可知，第二个选择项中的示意图符合要求，
故选B。
19. 某兴趣小组在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，将正确配备好的油酸酒精溶液滴入撒好痱子粉的水盘，得到如图所示图样，产生该现象的原因可能是（ ）
A. 撒痱子粉太多太厚
B. 撒痱子粉太少太薄
C. 滴入太多的油酸酒精溶液
【答案】A
【解析】
【详解】由图可知油膜没有充分展开，说明水面上痱子粉撒得太多太厚。
故选A。
20. 如图所示，固定汽缸内由面积为400cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，与气缸右端相距30cm，气缸内气体温度为300K，用电热丝对气体加热后活塞缓慢向左移动，气体与外界环境没有热交换，某时刻电热丝停止通电，最终气缸内气体与电热丝达到热平衡时温度达到400K，气体内能增加了100J，已知大气压强为1.0×105Pa，不计移动过程中活塞与汽缸的摩擦和电热丝的体积，求气体
（1）温度为400K时在气缸内的体积？
（2）整个过程对外界做了多少功？
（3）整个过程吸收了多少热量？
【答案】（1）0.016m2；（2）400J；（3）500J
【解析】
【详解】（1）初始状态的体积
气体做等压变化有
代入数据解得
（2）整个过程对外界做功
其中
代入数据解得
（3）由热力学第一定律得
解得
21. 如图所示，一系列轨道由高为h=1.5m的弧形轨道AB，半径R=0.5m的光滑竖直圆轨道和倾角为θ=53°且足够长的直轨道EF，分别通过水平光滑衔接轨道BC和水平粗糙的衔接轨道C′E平滑连接组成。其中C′E的水平距离l=0.6m，现有质量为m=2kg的滑块从弧形轨道最高点A处静止下滑，恰好能过竖直圆轨道的最高点，轨道C′E、EF上铺有可调节粗糙程度的新型材料，空气阻力可忽略，g=10m/s2，求：
（1）滑块第一次经过竖直圆轨道最高点的速度大小v；
（2）滑块沿弧形轨道AB下滑克服摩擦力所做的功Wf；
（3）若轨道C′E、EF的动摩擦因数为μx（0<μx<1）滑块冲下弧形轨道AB后，在装置中能达到的最大高度H与μx的关系。
【答案】（1）；（2）5J；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意可知，滑块在圆弧轨道最高点时，有
解得
（2）滑块从开始下滑到运动到圆弧轨道最高点，根据动能定理有
解得
（3）滑块从开始静止释放到运动到左侧斜面最高点，根据动能定理有
所以
22. 相距为L的两条平行金属导轨MN和PQ放置于绝缘水平面上，建立xoy坐标系如图所示，x=0处导轨MN和PQ均用绝缘材料平滑连接。x<0侧存在随时间变化的匀强磁场B1=（-0.5+t）T，t>0.5s后磁场不变，x>0侧存在沿y方向均匀分布、x正方向均匀增大的，B2=（0.5+0.5x）T的磁场，它们的方向都与导轨平面垂直（垂直纸面向上为正方向）。现有长度为L、电阻为R的相同导体棒ab与cd用长度也为L的绝缘轻杆构成总质量为m的“工”字形框架，静置于y轴左侧导轨上，ab棒与y轴距离为L。另一根质量m、电阻也为R的导体棒ef静置于x=0处的绝缘材料上（与两轨道均不导通），运动中三棒都与导轨垂直且接触良好。NQ端与阻值为R的电阻相连，距y轴足够远。当t=0时给“工”字形框架以初速度v0=2m/s向x轴正方向运动，ab棒在x=0处与ef棒发生弹性碰撞，碰撞后立即在ef棒上施加水平拉力作用，使其沿导轨向x轴正方向运动并使电阻R上消耗的电功率保持不变。x<0区域导轨光滑，x>0区域导轨粗糙，μ=0.2，g=10m/s2。已知L=1m，R=1Ω，m=0.2kg，不计棒的粗细和接触电阻、绝缘材料的厚度和空气阻力，不考虑场的边缘效应。求：
（1）前0.5s流过cd棒的电流方向、大小；
（2）ef棒运动到x=1m处的速度大小；
（3）ef棒从x=0运动到x=1m过程中克服安培力做的功；
（4）ef棒从x=0运动到x=1m过程中拉力的平均功率。
【答案】（1）电流方向为；；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）根据楞次定律可知工字形回路内电流顺时针方向，则cd中电流方向为，又由法拉第电磁感应定律
由欧姆定律可得前0.5s流过cd棒的电流大小为
（2）工字形框在x<0侧运动时，cd棒和ab棒受到的安培力大小相等，方向相反，所以工字框，其匀速运动到ab棒滑过y轴绝缘层（）与ef发生弹性碰撞，因为两者质量相等，所以交换速度，即
在x=0处
此时ef棒切割磁感线，等效电路如图
所以
工字框所受安培力
又因为工字框的最大静摩擦力
所以可判断框此后静止于左侧不动，工字形回路已无电流，与此后运动无关；又因为ef棒上功率不变，故不变。设ef棒运动到处的速度为v，则由欧姆定律
解得
（3）ef棒从运动到过程中，ef棒所受安培力为
则其克服安培力做的功
（4）ef棒从运动到过程中，由动能定理
代入解得
这段过程中，电阻焦耳热为
又由
解得
所以拉力的平均功率为
23. 如图所示，空间中有一半径为R、圆心处于O点的圆形匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。其底部A点有一电子源可向圆形磁场内各个方向内持续发射速度大小为v0，质量为m，电量为e的电子。圆形磁场右侧紧靠着一电子收集装置，该装置主要由长为2R、间距为2R的平行金属板MN和PQ构成，平行金属板中心轴线过磁场圆心O点，金属板之间加恒为的电压，PQ板接地，当电子碰到金属板立即被收集中和。未能收集的电子射出平行金属板后会撞上另一收集装置BC板（足够长），B点在金属板右端点QN连线的延长线上，并与延长线的夹角为θ（θ可调）。不计电子之间的相互作用和场的边缘效应，则：
（1）现要求所有电子均能平行进入金属板间，求磁感应强度B的大小；
（2）若电子初速度满足（1）的条件且进入收集装置时在竖直方向分布均匀，单位时间内电子数为n，求平行金属板的收集效率和单位时间内电子减少的总电势能；
（3）在（2）中未能收集的电子离开平行金属板后与BC板发生碰撞，要求电子垂直撞击BC板，应调整θ为多少？调整后与BC撞击的电子有60%被完全吸收，40%电子会被反弹，反弹后的速度大小减小为原来一半，求BC板受到的作用力大小。
【答案】（1）；（2）50%；；（3）45°，
【解析】
【详解】（1）当电子在磁场中运动半径与磁场半径相等时，所有电子均能平行向右进入收集装置，有
解得
（2）电子进入平行板后受向上电场力作用做类平抛运动，设恰好从N点出射的电子进入平行板时离MN距离为d，则有
其中
解得
即从中心轴线以上进入的电子全部被收集，中心轴线以下的电子不能被收集，收集效率
因电子进入平行板时分布均匀，则中心轴线以上电子减少的电势能为
中心轴线以下电子减少的电势能为
共减少的电势能
（3）设未被平行板收集的电子离开平行板区域时速度与水平方向夹角为α，则
解得
要让电子能够垂直撞击BC板，有
设电子与BC板发生碰撞时速度为v，由类平抛规律有
由动量定理得
根据牛顿第三定律，BC板受到作用大小
嘉兴市2022~2023学年第二学期期末测试
高二物理试题卷
本试题卷分选择题和非选择题两部分，满分100分，考试时间90分钟。
选择题部分
一、选择题Ⅰ（本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分）
1. 若要用国际单位制基本单位表示物理量单位，则下列各项中符合要求的是（ ）
A. 用N·s表示冲量单位
B. 用Ω表示电阻单位
C. 用C/V表示电容单位
D. 用A·s表示电量单位
【答案】D
【解析】
【详解】A．N不是国际单位制基本单位，选项A错误；
B．Ω不是国际单位制基本单位，选项B错误；
C．C、V不是国际单位制基本单位，选项C错误；
D．A、s都是国际单位制基本单位，选项D正确。
故选D。
2. 如图所示，一质量为m的铅球受竖直档板作用静止于倾角为45°光滑斜面上。铅球对挡板的压力为F1，对斜面的压力F2，则（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】铅球受三个力作用处于平衡状态，如图：
根据铅球受力平衡条件可知，挡板对铅球的推力F0和斜面对铅球的支持力FN的合力F与重力大小相等，方向相反。
F=G=mg
F0=F=mg
根据牛顿第三定律，铅球对挡板的压力与挡板对铅球的推力是一对相互作用力，大小相等，铅球对斜面的压力与斜面对铅球的支持力是一对相互作用力，大小相等。所以
F1=F0=mg
F2=FN=
故选A。
3. 如图所示，我国运油-20空中加油机正在给歼-20战斗机进行空中加油，则（ ）
A. 歼-20在加油过程中惯性不变
B. 加油时以歼-20为参考系，运油-20是静止的
C. 加油时以歼-20为参考系，机旁白云是静止的
D. 加油前歼-20在尝试对接时可把运油-20看作质点
【答案】B
【解析】
【详解】A．歼-20在加油过程中质量增大，惯性变大，故A错误；
B．加油时歼-20与运油-20保持相对静止，所以以歼-20为参考系，运油-20是静止的，故B正确；
C．加油时以歼-20为参考系，机旁白云是运动的，故C错误；
D．当物体的大小、形状对所研究的问题没有影响或者影响很小，可以忽略不计时，物体可以看成质点，所以加油前歼-20在尝试对接时不能把运油-20看作质点，故D错误。
故选B。
4. 如图所示为“蹦蹦弹簧跳”运动，小朋友带着装置上下跳动。人和装置一起从一定高度竖直落下，触地后内部弹簧被压缩，弹簧恢复形变又把人和装置弹起。小朋友从静止下落到离地距离最小的过程中（ ）
A. 弹簧弹性势能一直增加
B. 小朋友的重力势能一直减小
C. 装置底端刚接触地面时小朋友动能最大
D. 小朋友与装置组成的系统机械能保持不变
【答案】B
【解析】
【详解】B．小朋友从静止下落到离地距离最小的过程中，高度一直减小，小朋友的重力势能一直减小，选项B正确；
A．开始时弹簧弹性势能为0保持不变，触地后内部弹簧才被压缩，弹性势能增加，故A错误；
C．触地后弹力从零开始逐渐增大，弹力先小于重力，后大于重力，小朋友的合力先向下后向上，速度先增大后减小，所以小朋友的动能先增大后减小，故C错误；
D．小朋友从静止下落到离地距离最小的过程中，装置与地面碰撞过程中有能量损失，所以小朋友与装置组成的系统机械能不守恒，故D错误。
故选B。
5. 如图所示为电视机显像管示意图，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。安装在管颈的偏转线圈通以电流后，可产生偏转磁场。则（ ）
A. 要使电子束打在A点，偏转磁场应垂直纸面向里
B. 要使电子束打在B点，偏转磁场应平行纸面向上
C. 增大偏转线圈电流时电子速度将增大
D. 增大偏转线圈电流时电子打到屏上的偏移会增大
【答案】D
【解析】
【详解】A．由左手定则可知，打在屏上的A点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外，A错误；
B．由左手定则可知，打在屏上的B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向里，B错误；
C．增大偏转线圈电流时不会影响电子速度，C错误；
D．增大偏转线圈电流时，偏转磁场增大，根据洛伦兹力提供向心力
解得
所以半径减小，电子打到屏上的偏移会增大，D正确。
故选D。
6. 下列判断正确的是（ ）
A. 图甲中磁铁向右插入不闭合线圈，线圈中会产生感应电动势
B. 图乙中矩形金属线圈水平向右移动，矩形线圈中会产生感应电流
C. 图丙中闭合导线框以其任何一条边为轴在磁场中旋转，都能产生感应电流
D. 图丁中水平放置的圆形线圈直径正上方导线中电流增大，线圈中产生感应电流
【答案】A
【解析】
【详解】A．图甲中磁铁向右插入不闭合线圈，线圈中磁通量发生变化，线圈中会产生感应电动势由于线圈不闭合，线圈中不会产生感应电流，选项A正确；
B．图乙中矩形金属线圈水平向右移动，由于线圈的磁通量保持不变，矩形线圈中不会产生感应电流，选项B错误；
C．图丙中的闭合导线框，若以竖直边为轴在磁场中旋转，不能产生感应电流，选项C错误；
D．图丁中水平放置的圆形线圈直径正上方导线中电流增大，线圈的磁通量一直为零，保持不变，线圈中没有感应电流，选项D错误。
故选A。
7. 如图所示的电路中，先把开关置于电源一侧，为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，使电容器通过线圈放电。用示波器观察两极板电压波形，正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】根据题意，先把开关置于电源一侧为电容器充电，再把开关置于线圈一侧后，电容器放电，两极板间的电压随着电荷量的减少而减小，电场能转化为磁场能而降低，而当电容器两极板的电荷量减为零时，电容器两极板间的电压为零，此时线圈中的磁场能达到最大，紧接着磁场能又向电场能转化，即线圈产生自感电动势给电容器反向充电，但在电场能转化为磁场能以及磁场能又再次转化为电场能的过程中，电路向外射电磁波，电路中的能量在耗散，因此电容器两极板间的电压的最大值越来越小，而电容器的充放电有其自身的固有周期，即周期不变。
故选C。
8. 2023年4月12日，我国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置——东方超环（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403秒，创造了新的世界纪录。对于核聚变下列说法正确的是（ ）
A. 原子弹爆炸属于核聚变
B. 人类已经实现完全可控核聚变
C. 氢核聚变方程为，氦核的比结合能大于氘核
D. 在聚变反应中核子结合过程需通过高温克服核子间的强相互作用
【答案】C
【解析】
【详解】A．原子弹是利用核裂变的链式反应原理制成的，选项A错误；
B．目前人类还没有实现完全可控的核聚变，选项B错误；
C．氢核聚变方程为
聚变过程释放出核能，说明氦核比氘核更加稳定，由于比结合能越大，原子核越稳定，可知氦核的比结合能大于氘核的比结合能，选项C正确；
D．聚变反应中带正电的与结合过程需通过高温克服核子间的强大的库仑斥力作用，选项D错误。
故选C。
9. 2023年5月30日9时31分，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，16时29分神舟十六号载人飞船与“天宫”空间站组合体完成自主快速交会对接。已知“天宫”离地面平均高度约为330km，地球半径为6400km，则（ ）
A. 神舟十六号的发射速度大于11.2km/s
B. “天宫”中航天员处于完全失重状态，所受合外力为0
C. 为实现对接，神舟十六号应在“天宫”相同轨道处向前加速
D. 根据“天宫”围绕地球的运行周期可估测地球的平均密度
【答案】D
【解析】
【详解】A．若神舟十六号的发射速度大于11.2km/s，超过第二宇宙速度，飞船将会脱离地球引力，故发射速度不可能大于11.2km/s，故A错误；
B．“天宫”中航天员受到的万有引力完全提供此时做圆周运动的向心力，故处于完全失重状态，但是所受合外力不为0，故B错误；
C．若神舟十六号在“天宫”相同轨道处向前加速，飞船将会做离心运动，脱离该轨道，不能实现对接，故C错误；
D．设地球质量为M，“天宫”质量为m，“天宫”离地面高度为h，地球半径为R，根据公式有
，
联立解得地球密度为
故D正确。
故选D。
10. 如图甲所示为游乐场中的“激战鲨鱼岛”项目，设备主体是一个大转盘。“鲨鱼”处于转盘正中央，转盘边缘设有若干“作战艇”供游客乘坐。设备启动后“作战艇”围绕“鲨鱼”做匀速圆周运动。游客在“作战艇”中用水枪射击“鲨鱼”，水枪的基座固定但射击方向可调。为击中正前方与枪口等高处的“鲨鱼”，水枪相对游客的出水方向应为（ ）
A. 正前方 B. 左上方
C. 正前上方 D. 右上方
【答案】B
【解析】
【详解】水枪出水后做平抛运动，相对游客向下运动，又由于惯性，水将向右运动，因此为击中正前方与枪口等高处的“鲨鱼”，水枪相对游客的出水方向应为左上方。
故选B。
11. 如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，人眼就能察觉。现有一个光源以P的功率均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光。若人眼瞳孔在暗处的直径为D，光速为c，且不计空气对光的吸收，则眼睛能够看到这个光源的最远距离为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】每个光子的能量是
由题知每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量是
瞳孔的面积为，而以光源为球心，以光源到眼的距离R为半径的球面积是，于是
解得
故选A。
12. 如图所示，两波源分别位于x=-0.2m和x=1.2m处，它们在介质中形成的机械波波速均为0.4m/s，波源的振幅均为2cm。图为t=0时刻两波源之间形成的图像，此刻平衡位置在x=0.2m和x=0.8m的P、Q两质点刚开始振动。质点M的平衡位置处于x=0.5m处。则（ ）
A. 两列波不会发生干涉
B. t=1.75s时两列波在M点相遇
C. 2s内M点运动的路程为10cm
D. t=100s时两波源之间（不含波源）有6个点不振动
【答案】D
【解析】
【详解】A．由图可知，两列波具有相同的波长，均为
波的传播速度相同，所以具有相同的频率，且相位差恒定，所以两列波会发生干涉，故A错误；
B．由于M点到P点和Q点的距离相等，所以两列波在M点相遇，相遇时间为
故B错误；
C．在2s内，M点实际运动的时间为1.25s，根据波长与波速的关系可得
所以在2s内，M点的运动路程为
故C错误；
D．由于两波源振动步调相同，所以当波程差等于半波长奇数倍时，振动减弱，即
解得
所以n可取-3，-2，-1，0，1，2，6个振动减弱点，其振幅为零，即不振动，故D正确。
故选D。
13. 如图所示为一半径为R的半圆形玻璃砖，OO'是其对称轴。现有两束平行单色光a、b垂直照射到AB面，玻璃砖对a、b的折射率分别为和2，已知sin37°=0.6，不考虑二次反射，则（ ）
A. b光从AB弧面出射弧长比a光长
B. 玻璃砖的AB弧面上有复色光射出的区域弧长为
C. a光、b光从AB弧面上出射后会分别汇聚于一点
D. 若在纸面内将玻璃砖绕圆心逆时针旋转60°，有复色光射出的区域弧长变小
【答案】B
【解析】
【详解】AB．a光线射到圆弧面上的临界角
则
Ca=37°
玻璃砖弧面上有a光射出的区域弧长为
同理b光线射到圆弧面上的临界角
则
Cb=30°
玻璃砖的弧面上有b光射出的区域弧长为
则玻璃砖的AB弧面上有复色光射出的区域弧长为，选项A错误，B正确；
C．设能从圆弧上射出的某条a光线在上的入射角为α，则折射角β满足
由正弦定理
可得
则a光线在上的入射角α不同，则光线与OO'的交点不同，即射出的a光线不是都将汇于一点，入射光线距OO'越远α较大，出射光线与OO'的交点离AB面越近。同理b光从AB弧面上出射后不是都将汇于一点，选项C错误；
D．光线垂直射到直径AB时，玻璃砖的弧面上有光射出的区域所对应的角度为2C；若在纸面内将玻璃砖绕圆心逆时针旋转60°，设此时能在圆弧AB面上发生全反射的两条临界光线在直径上的折射角为θ，如图
则
则
可知有光射出的区域弧长不变，则有复色光射出的区域弧长不变，选项D错误。
故选B。
二、选择题Ⅱ（本题共2小题，每小题3分，共6分，每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不选全的得2分，有选错的得0分）
14. 下列说法正确的是（ ）
A. 利用霍尔元件可制作传感器
B. 金属没有规则的形状，属于非晶体
C. 某运动分子从无穷远处靠近一固定分子时，运动分子的分子势能一直增大
D. 普朗克黑体辐射理论、物质波假说、玻尔氢原子理论均与普朗克常量紧密相关
【答案】AD
【解析】
【详解】A．利用霍尔元件可制作传感器，选项A正确；
B．金属没有规则的形状，属于多晶体，选项B错误；
C．某运动分子从无穷远处靠近一固定分子时，分子力先做正功后做负功，则运动分子的分子势能先减小后增加，选项C错误；
D．普朗克黑体辐射理论、物质波假说、玻尔氢原子理论均与普朗克常量紧密相关，选项D正确。
故选AD。
15. 一群处于基态的氢原子，在大量电子的碰撞下可跃迁至不同的激发态，处于不同激发态的氢原子又在向低能级跃迁时产生不同频率的光子。如图甲所示，氢原子从能级跃迁到能级产生可见光I，从能级跃迁到能级产生可见光Ⅱ。图乙是光Ⅰ、光Ⅱ对同种材料照射后发生光电效应产生的光电流与电压关系图。已知元电荷电量为e，下列说法正确的是（ ）
A. 图乙的图线a对应光I
B. 图乙中U1、U₂满足关系
C. 使处于基态的氢原子跃迁至能级的电子动能
D. 使处于基态的氢原子跃迁至高能级的电子是实物粒子，没有波动性
【答案】B
【解析】
【详解】A．由能级图可知
则可见光I的能量大于可见光Ⅱ的能量，由于能量更大的光子打到金属上，只要光的频率大于极限频率，就能发生光电效应，光子能量越大，光电子获得的动能也越大，需要更大的反向电压来实现将光电子的动能转化为电场能，可知图线a对应光的能量较小，图线b对应光的能量较大，所以图线a对应可见光Ⅱ，故A错误；
B．由光电效应以及能量守恒定律可知
由以上两式可得
故B正确；
C．原子吸收电子使处于基态的氢原子跃迁至n=4能级，由波尔能级理论可知，电子动能应满足
故C错误；
D．使处于基态的氢原子跃迁至高能级的电子是实物粒子，实物粒子也具有波动性，只是不明显，故D错误。
故选B。
非选择题部分
三、非选择题（本题共5小题，共55分）
16. 利用如图1所示装置可进行实验一：“探究小车速度与时间关系”和实验二：“探究加速度与力、质量的关系”。
①下列关于上述实验说法正确的是_________。
A．实验时都要使用阻力补偿法
B．实验过程中细线都应该与导轨平行
C．实验一中小车释放位置不需要靠近打点计时器
D．实验二过程中，小车质量应该远大于悬挂的重物质量
②图2所示是本实验中打下的一条纸带，在其上取了0、1、2、3、4、5、6这7个计数点（相邻两计数点间均有4个点未画出），已知交流电的频率为50Hz，则计数点3对应的读数为_________cm；小车的加速度大小为_________m/s²。（计算结果均保留两位有效数字）。
③某小组在研究“小车质量一定时，加速度与力的关系”实验时，通过改变悬挂物的质量的办法来改变对小车的作用力F，然后根据测得的数据作出“a-F”图像如图3所示。产生的原因可能是_________（单选）。
A．实验时未进行阻力补偿，且小车质量较大
B．阻力补偿时轨道倾斜角度过大，悬挂物质量较小
C．阻力补偿时轨道倾斜角度过小，悬挂物质量较大
【答案】 ①. BD##DB ②. 7.50 ③. 0.50 ④. C
【解析】
【详解】①[1]A．实验一：“探究小车速度与时间关系”不需要阻力补偿法；而实验二：“探究加速度与力、质量的关系”要使用阻力补偿法，选项A错误；
B．实验过程中细线都应该与导轨平行，选项B正确；
C．实验一中小车释放位置需要靠近打点计时器，以充分利用纸带，选项C错误；
D．实验二过程中，为使得小车受到的拉力等于小车的牵引力，则小车质量应该远大于悬挂的重物质量，选项D正确。
故选BD。
②[2]相邻两计数点间均有4个点未画出，则T=0.1s，计数点3对应的读数为7.50cm；
[3]小车的加速度大小为
③[4]图像与横轴有截距，说明当F增加到一定值时才产生了加速度，则原因是阻力补偿时轨道倾斜角度过小，平衡摩擦力不够或者未进行阻力补偿；图像末端出现弯曲，说明悬挂物质量较大，没有满足悬挂重物的质量远小于小车的质量，故选C。
17. 利用如图所示装置做“研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒”，实验时下列操作正确的是（ ）
A. 斜槽末端不一定要水平
B. 完成一次碰撞即可进行数据处理
C. 斜槽末端静止小球质量须小于斜槽上小球质量
【答案】C
【解析】
【详解】A．小球离开轨道后须做平抛运动，所以斜槽末端一定要水平，故A错误；
B．为了减小实验误差，必须进行多次实验后进行数据处理，故B错误；
C．为防止两球碰撞后入射球反弹，入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，故C正确。
故选C。
18. 小嘉同学为了探究某充电宝是否像干电池一样有确定的电动势和内阻，设计了如图1所示电路图，R₀=0.5Ω。实验过程中该同学使用了两个数字万用表。
①请按电路图用实线代替导线完成实物图2连接_________。
②充电宝电量达到100%后，小嘉同学按电路图正确连接电路后进行实验，操作无误后得到6组数据并在坐标纸上描点，请结合数据点在图3上拟合U-I关系图像_________。该充电宝的电动势E=_________v，内阻r=__________Ω（均保留三位有效数字）。
③小嘉同学想用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于图中的_________（选填“A”、“B”、“C”、“D”）位置。
A． B．
C． D．
【答案】 ①. ②. ③. 5.00 ④. 0.370 ⑤. B
【解析】
【详解】①[1]按电路图用实线代替导线完成实物图如图
②[2]结合数据点在图3上拟合U-I关系图像如图
[3][4]根据闭合电路欧姆定律有
整理得
结合图线可得
所以
③[5]由于电动势的测量值为5.00V，因此若用一只机械式多用电表粗略判断该充电宝在电量减少时电动势是否会减小，测量时他应该把选择开关置于10V的电压挡位，可知，第二个选择项中的示意图符合要求，
故选B。
19. 某兴趣小组在做“用油膜法估测油酸分子的大小”实验时，将正确配备好的油酸酒精溶液滴入撒好痱子粉的水盘，得到如图所示图样，产生该现象的原因可能是（ ）
A. 撒痱子粉太多太厚
B. 撒痱子粉太少太薄
C. 滴入太多的油酸酒精溶液
【答案】A
【解析】
【详解】由图可知油膜没有充分展开，说明水面上痱子粉撒得太多太厚。
故选A。
20. 如图所示，固定汽缸内由面积为400cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于静止状态，与气缸右端相距30cm，气缸内气体温度为300K，用电热丝对气体加热后活塞缓慢向左移动，气体与外界环境没有热交换，某时刻电热丝停止通电，最终气缸内气体与电热丝达到热平衡时温度达到400K，气体内能增加了100J，已知大气压强为1.0×105Pa，不计移动过程中活塞与汽缸的摩擦和电热丝的体积，求气体
（1）温度为400K时在气缸内的体积？
（2）整个过程对外界做了多少功？
（3）整个过程吸收了多少热量？
【答案】（1）0.016m2；（2）400J；（3）500J
【解析】
【详解】（1）初始状态的体积
气体做等压变化有
代入数据解得
（2）整个过程对外界做功
其中
代入数据解得
（3）由热力学第一定律得
解得
21. 如图所示，一系列轨道由高为h=1.5m的弧形轨道AB，半径R=0.5m的光滑竖直圆轨道和倾角为θ=53°且足够长的直轨道EF，分别通过水平光滑衔接轨道BC和水平粗糙的衔接轨道C′E平滑连接组成。其中C′E的水平距离l=0.6m，现有质量为m=2kg的滑块从弧形轨道最高点A处静止下滑，恰好能过竖直圆轨道的最高点，轨道C′E、EF上铺有可调节粗糙程度的新型材料，空气阻力可忽略，g=10m/s2，求：
（1）滑块第一次经过竖直圆轨道最高点的速度大小v；
（2）滑块沿弧形轨道AB下滑克服摩擦力所做的功Wf；
（3）若轨道C′E、EF的动摩擦因数为μx（0<μx<1）滑块冲下弧形轨道AB后，在装置中能达到的最大高度H与μx的关系。
【答案】（1）；（2）5J；（3）
【解析】
【详解】（1）根据题意可知，滑块在圆弧轨道最高点时，有
解得
（2）滑块从开始下滑到运动到圆弧轨道最高点，根据动能定理有
解得
（3）滑块从开始静止释放到运动到左侧斜面最高点，根据动能定理有
所以
22. 相距为L的两条平行金属导轨MN和PQ放置于绝缘水平面上，建立xoy坐标系如图所示，x=0处导轨MN和PQ均用绝缘材料平滑连接。x<0侧存在随时间变化的匀强磁场B1=（-0.5+t）T，t>0.5s后磁场不变，x>0侧存在沿y方向均匀分布、x正方向均匀增大的，B2=（0.5+0.5x）T的磁场，它们的方向都与导轨平面垂直（垂直纸面向上为正方向）。现有长度为L、电阻为R的相同导体棒ab与cd用长度也为L的绝缘轻杆构成总质量为m的“工”字形框架，静置于y轴左侧导轨上，ab棒与y轴距离为L。另一根质量m、电阻也为R的导体棒ef静置于x=0处的绝缘材料上（与两轨道均不导通），运动中三棒都与导轨垂直且接触良好。NQ端与阻值为R的电阻相连，距y轴足够远。当t=0时给“工”字形框架以初速度v0=2m/s向x轴正方向运动，ab棒在x=0处与ef棒发生弹性碰撞，碰撞后立即在ef棒上施加水平拉力作用，使其沿导轨向x轴正方向运动并使电阻R上消耗的电功率保持不变。x<0区域导轨光滑，x>0区域导轨粗糙，μ=0.2，g=10m/s2。已知L=1m，R=1Ω，m=0.2kg，不计棒的粗细和接触电阻、绝缘材料的厚度和空气阻力，不考虑场的边缘效应。求：
（1）前0.5s流过cd棒的电流方向、大小；
（2）ef棒运动到x=1m处的速度大小；
（3）ef棒从x=0运动到x=1m过程中克服安培力做的功；
（4）ef棒从x=0运动到x=1m过程中拉力的平均功率。
【答案】（1）电流方向为；；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）根据楞次定律可知工字形回路内电流顺时针方向，则cd中电流方向为，又由法拉第电磁感应定律
由欧姆定律可得前0.5s流过cd棒的电流大小为
（2）工字形框在x<0侧运动时，cd棒和ab棒受到的安培力大小相等，方向相反，所以工字框，其匀速运动到ab棒滑过y轴绝缘层（）与ef发生弹性碰撞，因为两者质量相等，所以交换速度，即
在x=0处
此时ef棒切割磁感线，等效电路如图
所以
工字框所受安培力
又因为工字框的最大静摩擦力
所以可判断框此后静止于左侧不动，工字形回路已无电流，与此后运动无关；又因为ef棒上功率不变，故不变。设ef棒运动到处的速度为v，则由欧姆定律
解得
（3）ef棒从运动到过程中，ef棒所受安培力为
则其克服安培力做的功
（4）ef棒从运动到过程中，由动能定理
代入解得
这段过程中，电阻焦耳热为
又由
解得
所以拉力的平均功率为
23. 如图所示，空间中有一半径为R、圆心处于O点的圆形匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。其底部A点有一电子源可向圆形磁场内各个方向内持续发射速度大小为v0，质量为m，电量为e的电子。圆形磁场右侧紧靠着一电子收集装置，该装置主要由长为2R、间距为2R的平行金属板MN和PQ构成，平行金属板中心轴线过磁场圆心O点，金属板之间加恒为的电压，PQ板接地，当电子碰到金属板立即被收集中和。未能收集的电子射出平行金属板后会撞上另一收集装置BC板（足够长），B点在金属板右端点QN连线的延长线上，并与延长线的夹角为θ（θ可调）。不计电子之间的相互作用和场的边缘效应，则：
（1）现要求所有电子均能平行进入金属板间，求磁感应强度B的大小；
（2）若电子初速度满足（1）的条件且进入收集装置时在竖直方向分布均匀，单位时间内电子数为n，求平行金属板的收集效率和单位时间内电子减少的总电势能；
（3）在（2）中未能收集的电子离开平行金属板后与BC板发生碰撞，要求电子垂直撞击BC板，应调整θ为多少？调整后与BC撞击的电子有60%被完全吸收，40%电子会被反弹，反弹后的速度大小减小为原来一半，求BC板受到的作用力大小。
【答案】（1）；（2）50%；；（3）45°，
【解析】
【详解】（1）当电子在磁场中运动半径与磁场半径相等时，所有电子均能平行向右进入收集装置，有
解得
（2）电子进入平行板后受向上电场力作用做类平抛运动，设恰好从N点出射的电子进入平行板时离MN距离为d，则有
其中
解得
即从中心轴线以上进入的电子全部被收集，中心轴线以下的电子不能被收集，收集效率
因电子进入平行板时分布均匀，则中心轴线以上电子减少的电势能为
中心轴线以下电子减少的电势能为
共减少的电势能
（3）设未被平行板收集的电子离开平行板区域时速度与水平方向夹角为α，则
解得
要让电子能够垂直撞击BC板，有
设电子与BC板发生碰撞时速度为v，由类平抛规律有
由动量定理得
根据牛顿第三定律，BC板受到作用大小
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