山东省德州市2021-2022学年高二下学期物理期末考试试卷

山东省德州市2021-2022学年高二下学期物理期末考试试卷

阅卷人

、单选题（共8题；共16分）

得分

1.（2分）下列说法正确的是（）

A.扩散现象和布朗运动都是物质分子的无规则运动

B.我国即将进入全面5G时代，在真空中5G信号和4G信号传播速度相同

C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量越大

D.在LC回路产生振荡电流的过程中，电流增强时，电容器充电

【答案】B

【解析】【解答】A.扩散现象指不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象，是物质分子的无规

则运动；布朗运动是悬浮微粒的无规则运动，不是分子的无规则运动，A不符合题意；

B.我国即将进入全面5G时代，波速由介质决定，在真空中5G信号和4G信号传播速度相同，B符

合题意；

C.发生光电效应时，入射光频率越高，光子的能量越大，C不符合题意；

D.电流减弱的过程中，磁场能在向电场能转化，电容器充电。D不符合题意。

故答案为：B„

【分析】扩散现象指不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象，布朗运动是悬浮微粒的无规则

运动，发生光电效应时，入射光频率越高，光子能量越大。

2.（2分）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.能量守恒告诉我们，所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发进行

B.实际过程中，只要涉及热现象，都有特定的方向性

C.功转化为热的实际宏观过程是可逆过程

D.做功与热传递都能改变系统的内能，但不是等价的

【答案】B

【解析】【解答】A.根据热力学第二定律可知，一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的，比如

机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，即符合能量守恒定律的宏

观过程不一定能自发的进行，A不符合题意；

B.根据热力学第二定律可知，实际过程中，只要涉及热现象，都有特定的方向性，B符合题意。

C.根据热力学第二定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程，C不符合题意；

D.做功与热传递都能改变系统的内能，做功改变系统的内能，是能量的转化；热传递改变系统的内

能，是能量的转移，两者是等价的，D不符合题意。

故答案为：Bo

【分析】做功与热传递都能改变系统的内能，结合热力学第二定律进行分析判断。

3.（2分）下列关于原子核的叙述中正确的是（）

A.原子核的质量越小，比结合能就越小

B.放射性元素的半衰期与原子所处的物理或化学状态有关

C.原子核能自发地放出口粒子说明原子核内有S粒子

D.重核裂变反应，释放能量

【答案】D

【解析】【解答】A.根据原子核的稳定程度可知，重核和轻核的比结合能较小，中核的比结合能较

大，A不符合题意；

B.放射性元素的半衰期由原子核的内部结构有关，而与原子所处的物理或化学状态无关，B不符合

题意；

c.原子核能自发地放出0粒子，6粒子是电子，但原子核内无电子，而是中子解体变成质子和电

子，c不符合题意；

D.重核裂变反应，因有质量亏损，则核反应释放能量，D符合题意；

故答案为：D。

【分析】放射性元素的半衰期由原子核的内部结构有关，原子核能自发地放出0粒子是中子解体变成

质子和电子，结合质量的亏损以及爱因斯坦质能方程进行分析判断。

4.（2分）一个匀强磁场的边界是MN,MN左侧无磁场，右侧是范围足够大的匀强磁场区域，如图

甲所示.现有一个金属线框沿ab（ab，MN）方向以恒定速度从MN左侧垂直进入匀强磁场区域，线框

中的电流随时间变化的I-t图像如图乙所示，则线框可能是哪个（）

【答案】D

【解析】【解答】导体棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv

设线框总电阻是R,则感应电流/=嫩=萼

由图乙所示图象可知，感应电流先均匀变大，后均匀变小，由于B、v、R是定值，由上式知I与有

效切割长度成正比，则导体棒的有效长度L应先均匀变长，后均匀变短。

A.闭合圆环匀速进入磁场时，有效长度L先变大，后变小，但随时间作非均匀变化，A不符合题

意；

B.正方形匀速进入磁场时，有效长度L不变，B不符合题意；

C.梯形线框匀速进入磁场时，有效长度L先均匀增加，后不变，最后均匀减小，C不符合题意；

D.三角形线框匀速进入磁场时，有效长度L先均匀增加，后均匀减小，D符合题意。

故答案为：D。

【分析】根据法拉第电磁感应定律以及欧姆定律得出感应电流的表达式根据几何关系得出有效长度

的变化情况。

5.（2分）演示自感现象的电路如图所示，电源电动势为E,内阻不可忽略，L为电感线圈，R为定

值电阻。闭合开关s,电路稳定时，两只完全相同的灯泡为、心亮度相同，下列说法正确的是

()

B.闭合开关S时，为慢慢变亮，出立即变亮然后亮度保持不变

C.若断开开关，&逐渐变暗，&闪亮一下再逐渐变暗

D.若断开开关，①、七同时逐渐变暗

【答案】D

【解析】【解答】AB.因为闭合开关瞬间，存在通电自感，则为慢慢变亮，&立即变亮然后逐渐变

暗最后两灯一样亮，AB不符合题意；

CD.断开开关时，存在断电自感，电感线圈相当于电源，且以断电之前的电流流过回路，因为断电

之前，两支路的电流一样大，则若断开开关，Ai、&同时逐渐变暗，C不符合题意，D符合题意。

故答案为：D。

【分析】闭合开关和断开的瞬间，结合线圈的自感现象判断两个灯泡亮度的变化情况。

6.（2分）两个等质量粒子分别以速度外和以垂直射入有界匀强磁场，两粒子的入射方向与磁场边界

的夹角分别为60。和45。，磁场垂直纸面向外，磁场宽度为d,两粒子同时由A点出发，同时到达B

点，A、B连线垂直于磁场边界。如图所示，则（）

B.两粒子的轨道半径之比Ra：Rb=l：V2

C.两粒子的电荷量之比q°：qb=3：2

D.两粒子的速率之比%:vb=2V2：3

【答案】D

【解析】【解答】两粒子运动轨迹如图所示

A.由左手定则可知b粒子带负电，a粒子带正电，A不符合题意；

B.根据几何关系，=Ra=&Rb

则&：Rb=V2：1

B不符合题意；

D.粒子从A到B,由几何关系知a粒子圆心角为％=生b粒子圆心角为%=%由于两粒子同时

出发同时到达，有以8=吟=吟

vavb

则%:vb=2V2:3

D符合题意；

C.粒子所受洛伦兹力提供向心力，有quB=7n萼

R

则有覆=也%=J

<JbvbRa3

C不符合题意。

故答案为：D。

【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，结合几何关系得出两粒子的轨道半径之比，利用洛伦兹力

提供向心力，通过线速度的定义式得出两粒子的速率之比，洛伦兹力提供向心力得出两粒子的电荷

量之比。

7.（2分）如图所示，在足够长的光滑斜面上，用细线拴着一端封闭的导热玻璃管。玻璃管内部液柱

封闭了一定量的理想气体，外界温度不变，玻璃管和液柱均处于静止状态。当剪断细线下滑稳定

后，以下说法正确的是（

A.封闭气体的长度将变长

B.封闭气体压强小于外界大气压

C.玻璃管内壁，单位时间内，单位面积上所受气体分子撞击次数增加

D.封闭气体内能减小

【答案】C

【解析】【解答】A.玻璃管沿斜面下落过程处于失重状态，封闭气体压强变大，封闭气体的长度将

变短，A不符合题意；

B.由于玻璃管处于失重状态，液柱受到两边气体压强大小相等，封闭气体压强等于外界大气压，B

不符合题意；

C.封闭气体压强变大，但环境温度不变，气体分子平均速率不变，所以玻璃管内壁，单位时间内，

单位面积上所受气体分子撞击次数增加，C符合题意；

D.由于环境温度不变，封闭气体内能不变，D不符合题意。

故答案为：Co

【分析】根据玻璃管的超失重得出封闭气体的长度，封闭气体压强变大，当温度不变时气体平均速

率不变，从而得出单位面积上所受气体分子撞击次数增加。

8.（2分）如图所示，有一匝数为20、边长为10cm、电阻不计的正方形线框绕着固定转轴00,以角

速度50兀rad/s在垂直于纸面向里的匀强磁场中匀速转动，线框关于00'对称，线框通过两电刷（未

画出）与某一理想变压器相连，变压器原线圈串有一个理想交流电流表A,已知理想变压器原、副

线圈的匝数之比为%：n2=10：1，副线圈两端接有两完全相同灯泡口，串联，如果灯泡L2

的规格均为“5V,1W”且正常发光，则下列说法正确的是（）

XXXX

XX

XX

XXXZ

A.匀强磁场的磁感应强度大小为喑T

B.该线框中形成的交变电流，电流方向1秒内改变25次

C.线框转到图示位置的瞬间，电流表A读数为零

D.闭合开关，并联上灯泡区，不考虑灯泡的烧坏及阻值的变化，则加、人均变亮

【答案】A

【解析】【解答】A.灯泡Li,L2的规格均为“5V,1W”且正常发光,则U2=10V

根据变压器电压的匝数关系可知Ui=10（）V

则线圈产生的感应电动势最大值为Em=100V2IZ

根据Em=nBa）S

解得8=”也7

71

A符合题意；

B.交流电的频率为/=券=25Hz

电流方向一周期内改变2次，则电流方向1秒内改变50次，B不符合题意；

C.电流表读数为交流电的有效值，读数保持不变，则当线框转到图示位置的瞬间，电流表A读数

不为零，C不符合题意；

D.闭合开关，并联上相同的灯泡L2,则变压器次级电阻减小，因为U2不变，则次级电流变大，则

Li变亮，两个并联的L2电压减小，则原来的L2变暗，D不符合题意。

故答案为：Ao

【分析】根据感应电动势最大值的表达式得出磁感应强度的表达式，通过角速度和频率的关系得出

电流方向1秒内改变的次数，闭合开关时根据理想变压器原副线圈的匝数比和电压比的关系得出灯

泡亮喑的变化情况。

阅卷人

-----------------二、多选题（共4题；共8分）

得分

9.（2分）如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列

说法正确的是（）

A.甲图可通过增加磁感应强度B来增大粒子的最大动能

B.乙图可通过增加磁感应强度B来增大电源电动势

C.丙图无法判断出带电粒子的电性，粒子能够从左右两个方向沿直线匀速通过速度选择器

D.丁图中产生霍尔效应时，无论载流子带正电或负电，稳定时都是C板电势高

【答案】A,B

【解析】【解答】A.粒子在磁场中满足=

设回旋加速器D型盒的半径为R,可推导出粒子的最大动能为心=Jmv2=啜/

则增大磁感应强度B可以增大粒子的最大动能，A符合题意；

B.当磁流体发电机达到稳定时，电荷在A、B板间受到的电场力和洛伦兹力平衡，满足qE炀=

qvB

则可得电源电动势七动=U=Bvd

所以增加磁感应强度B,可以增大电源电动势，B符合题意；

C.粒子从左到右通过时，电场力与洛伦兹力方向相反。但粒子从右到左通过时，电场力与洛伦兹力

方向相同，所以粒子无法从右向左通过速度选择器，C不符合题意；

D.若载流子带正电，洛伦兹力指向C板，载流子向C板聚集，C板电势高。若载流子带负电，洛

伦兹力指向C板，载流子向C板聚集，C板电势低。D不符合题意。

故答案为：ABo

【分析】粒子在磁场中根据洛伦兹力提供向心力以及动能的表达式得出粒子最大速度的表达式，电

荷在A、B板间受到的电场力和洛伦兹力平衡，从而得出电源电动势。

10.（2分）如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b,在这一过程中，下列说法正确的

是（）

*p

,b

/a

O

A.气体温度降低B.气体温度升高

C.气体向外界放出热量D.气体的内能增加

【答案】B,D

【解析】【解答】AB.根据理想气体状态方程有塔=C

从状态a变化到状态b,气体的压强和体积均增大，则温度升高。A不符合题意，B符合题意；

D.温度升高，气体的内能增加，D符合题意；

C.根据热力学第一定律有ZU=W+Q

气体体积增大，对外做功，但内能增加，故气体从外界吸热，C不符合题意；

故答案为：BDo

【分析】根据理想气体状态方程得出气体的压强和体积均增大时温度将增大；温度升高，气体的内

能增加，结合热力学第一定律得出气体的吸放热。

11.（2分）氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射

出不同频率的光，用这些光照射如图乙所示的光电管阴极K,阴极材料是逸出功为2.55eV的金属

钾。已知可见光光子的能量范围为1.62~3.11eV,则下列说法中正确的是（）

A.这些氢原子一共能辐射出5种频率的光子

B.这些氢原子发出的光子中有1种属于可见光

C.这些氢原子发出的光有4种光可使钾产生光电效应

D.若用n=3跃迁到基态辐射的光照射阴极，其遏止电压为954V

【答案】C,D

【解析】【解答】A.大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时可以释放出的光子的频率种数有

Cj=6种

A不符合题意；

B.释放出的光子的能量满足能级差，只有从第4能级跃迁至第2能级释放的能量为2.55eV和从第

3能级跃迁至第2能级释放的能量为1.89eV,这2种在可见光光子的能量范围内，B不符合题意；

C.发生光电效应的条件为辐射出光子的能量要大于等于逸出功，这群氢原子自发跃迁时所辐射出的

光子中，n=4向n=3级跃迁的光子和n=3向n=2级跃迁的光子的能量小于金属钾逸出功，其他4

种满足要求，C符合题意；

D.若用n=3跃迁到基态辐射的光照射阴极，此时光子的能量为12.09eV,其遏止电压为外，根据光

电效应方程有=Ekm=hv-W

解得4=9.54U

D符合题意。

故答案为：CDo

【分析】释放出的光子的能量满足能级差，当入射光的能量大于金属的逸出功时发生光电效应，利

用动能能定理以及光电效应方程得出遏止电压的大小。

12.（2分）如图所示，地面上固定宽为L的平行金属导轨，有垂直于导轨平面向上的匀强磁场B,

导轨与水平地面成。角，底端电阻为R。质量为m,电阻为r的金属棒从导轨a位置以初速度为先向

上滑动，到达b位置时，速度减为零，且恰好能静止在轨道上，此时a与b两位置竖直高度差为h,

金属棒与轨道始终接触良好，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下面说法正确的是（）

22

A.金属棒在a位置所受安培力为也2

R+r

22

B.金属棒在a位置时的加速度大小为2gsinJ+焉需

C.从a到b的过程中，电阻R中产生的热量为

D.从a到b过程中，流过金属棒的电荷量为可端而

【答案】A,B,D

【解析】【解答】A.初始时刻，回路中产生的感应电动势为E=

根据闭合电路欧姆定律，可知回路中的电流为/=备

22

则金属棒在a位置受到的安培力为尸=BIL=BL%

R+r

A符合题意；

B.根据左手定则可知，安培力沿斜面向下。同时根据最终金属棒恰好能静止在轨道上，则有/=

mgsind

金属棒在a位置时，受到重力，摩擦力和安培力，根据牛顿第二定律有尸+mgsine+f=ma

22

代入数据得到a=2gsin。+舞菖

vm（R+r）

B符合题意;

C.从a到b的过程中，动能除了转化为重力势能外，还有摩擦力产生的热量，电阻R以及金属棒产

2

生的热量，产生的总热量为Q=^mv0—mgh

C不符合题意;

D.从a到b过程中，流过金属棒的电荷量为4=左=黑BLXab_BLh

R+r-（R+r）sin。

D符合题意;

故答案为：ABD。

【分析】根据法拉第电磁感应定律以及闭合电路欧姆定律和安培力的表达式得出金属棒在a位置所

受安培力，金属棒在a位置时，结合牛顿第二定律得出加速度的表达式，利用动能订立的初产生的

总热量；通过电流的定义式得出从a到b过程中，流过金属棒的电荷量。

阅卷人

-----------------实验题（共2题；共7分）

得分

13.（3分）在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，所用的油酸酒精溶液的浓度为每1000mL溶

液中有纯油酸0.6mL,用注射器测得1mL上述溶液有90滴，把1滴该溶液滴入盛水的撒有爽身粉的

浅盘中，待水面稳定后，得到油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中正方形小方格的边长为

1cm,则可求得：

（I）（1分）油酸薄膜的面积是cm2-,

（2）（1分）油酸分子的直径是m；（结果保留两位有效数字）

（3）（1分）利用单分子油膜法可以粗测阿伏加德罗常数。如果体积为V的纯油酸在水面上散开

形成的单分子油膜的面积为S,这种油酸的密度为p,摩尔质量为M,则阿伏加德罗常数的表达式

为。

【答案】（1）71

（2）9.4x10T0

【解析】【解答】（1）由于每格边长为1cm,则每一格就是lea?,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71格，则油酸薄膜面积，71cm2；

（2）1滴酒精油酸溶液的体积V尸白mL

由纯油酸与溶液体积比为0.6：1000,可得1滴酒精油酸溶液中含油酸的体积为

10.66a_12a

匕=宛XX1067n3,6.7X10-1263

—12

10

所以油酸分子直径为d=¥=67x107n3x9.4x10-m

371X10-

（3）已知体积为V的一滴油在水面上散开形成的单分子油膜的面积为S,则分子的直径d=（

所以分子的体积为V=^）3

而这种油的密度为p,摩尔质量为M,则摩尔体积为旷廉=£

V.3

因此阿伏加德罗常数的表达式为NA=-^=吗

【分析】（1）根据油膜在玻璃板上的面积得出油酸薄膜面积；

（2）根据油酸酒精溶液和1滴酒精油酸溶液中含油酸的体积以及油酸分子直径的关系得出油酸分子

的直径；

（3）根据油酸分子的直径以及摩尔体积的表达式得出阿伏加德罗常数的表达式。

14.（4分）热敏电阻是温度传感器的核心元件，某金属热敏电阻说明书给出的阻值R随温度t变化

的图线如图甲所示，现有一课外活动小组利用该金属热敏电阻测量温度，提供实验器材如下：

A.直流电源，电动势E=3V,内阻不计

B.电压表，量程3V,内阻约5kC

C.电流表，量程（）.3A,内阻2c

D.滑动变阻器外，最大阻值5C

E.被测热敏电阻治

F.开关、导线若干

（1）（1分）结合实验器材，为精确地测量金属热敏电阻，单刀双掷开关应置于（填

“1”或“2”）位置；

（2）（1分）该热敏电阻R的阻值随温度t变化的函数关系式；

（3）（2分）接通开关S,改变滑动变阻器滑片P的位置，此时电压表示数为2.00V,对应的电流

表示数如图丙所示1=A,由此得此时热敏电阻对应的温度为℃。

【答案】（1）1

⑵"V

（3）0.200；100

【解析】【解答】（1）因电流表内阻已知，故电流表应采用内接法，单刀双掷开关应置于“1”处。

（2）设热敏电阻R的阻值随温度t变化的函数关系式为R=kt+a

从图像可得人昔=去

10k+Q=2

联立得到函数关系式为R=g+表

（3）电流表的分度值为0.01A,还需要再估读一位，则电流表示数为/=0.200A

根据闭合电路欧姆定律有七+R=r=箫。

A/U•乙UU

解得%=80

从图像中可知，Rt=80对应的温度为100℃o

【分析】（1）根据电流表的内阻得出电流表的连接方式，从而得出单刀双掷开关应置；

（2）热敏电阻R的阻值随温度t变化的函数关系式以及图像得出函数关系式；

（3）结合串联电路的阻值以及欧姆定律和（2）中的表达式得出热敏电阻对应的温度。

阅卷入

-----------------四'解答题（共4题；共55分）

得分

15.（10分）某理想变压器原线圈a和副线圈b的匝数比为2：1，原线圈接在交流电源上，交流电源

的电压随时间的变化规律如图中余弦图线所示，副线圈中“12V,6W”的灯泡L恰好正常发光，电阻

（1）（5分）流过电阻％的电流;

（2）（5分）电阻R的阻值。

【答案】（1）解：灯泡正常发光，则有/2=产

额

原副线圈中电流关系有2

'2nl

解得/2=0.54,h=0.254

（2）解：交流电的有效电压为U=赞=100V

设原线圈电压为力，副线圈上电压为力，则有%=〃—//，Ub=U^+I2R

原副线圈电压与匝数的关系为制嗡

解得R=60,80

【解析】【分析】（1）根据电功率的表达式以及理想变压器原副线圈的匝数比和电流比得出流过电阻

%的电流；

（2）根据交流电有效值的最大值和有效值的关系得出该交流电的有效值，结合闭合电路以及理想

变压器原副线圈的匝数比和电压比的关系得出R的阻值。

16.（10分）400年前伽利略最先发明了温度计。有人模仿伽利略温度计设计了一种测温装置，其结

构如图所示。玻璃泡A内封有一定量气体（可视为理想气体），与玻璃泡A相连的B管插在水银槽

中，管内水银面的高度h即可反映泡内气体的温度，即环境温度，并可由B管上的刻度直接读出。

当温度是“=-13K时，管内水银面恰好到达B管顶端，高度为'=24cm。外界大气压Po相当于

76cm高的水银柱所产生的压强，水银槽的横截面积远大于B管的横截面积。求：

（1）（5分）若B管的体积与A泡的体积相比可略去不计，当B管内水银面高度为'=18cm

时，温度为多少摄氏度；

（2）（5分）若玻璃泡A体积为V。=300mL管B的内截面积为S=0.5。血2,考虑B管内气体

体积，温度为31℃时，水银面的高度为多少。

【答案】（1）解：不考虑B管内气体体积，封闭气体做等容变化，最初的压强和温度为Pi=Po-

pghi=52cmHg

—=G+273K=260K

后来的压强P2=Po-P9h2=58czn"g

根据公式号=矍

代入数据解得了2=290K

化简得到以=T2-273K=17℃

（2）解：考虑B管内气体体积，最初的压强、温度和体积为Pi=Po-pghi=52cmHg

71=匕+273K=260K

%=300mL

若后来温度为T3=5+273K=304K

h

水银面的高度为自，则压强为P3=Po-P93

体积为V3=VQ+S（/ij—/13）

根据公式毕=毕

1113

代入数据解得色=16cm

【解析】【分析】（1）当B管内水银面高度为坛=18cm时,根据气体被实验定律得出温度；

（2）温度为31℃时根据理想气体状态方程得出水银面的高度。

17.（15分）如图所示，直角坐标系xOy平面内第一、三、四象限存在方向垂直纸面向里的匀强磁

场，第二象限存在沿y轴正方向的匀强电场。质量均为m、电荷量均为q的两带负电粒子a、b先后

以同一速率先从y轴上的P点分别沿x轴正、负方向入射，经过一段时间后，两粒子恰好在x轴负

半轴上的Q点相遇，此时两粒子均第一次通过x轴负半轴。已知0、P两点的距离为d,O、Q两点

的距离为bd,不计粒子间的作用力和粒子受到的重力。求：

E

xXX

八

b%

XXX

丫OVX

xQx✓NZXXX

B

XXXXXX

（1）（5分）匀强电场的电场强度大小；

（2）（5分）匀强磁场的磁感应强度大小；

（3）（5分）粒子a、b先后射出的时间差。

【答案】（1）解：b粒子在电场中做类平抛运动，有Z==

1

d=2叫?

aCL=E-q--

m

解得tl=尊

%

_2mVQ

E=~3^d

（2）解：a粒子在磁场中做匀速圆周运动运动时，有q为B=强

由几何关系可知（r-d）2+l2=r2

解得8=舞

⑶解：由几何关系可知sine4=空

即。=60°

36

a粒子在磁场中运动的时间4=-O°°O；U?0>

其中八需

107rd

解得t2

(10兀-3⑸d

则有/t=t2~

【解析】【分析】(1)b粒子在电场中做类平抛运动，结合平抛运动的规律得出匀强电场的电场强

度;

(2)a粒子在磁场中做匀速圆周运动运动时，根据洛伦兹力提供向心力，结合几何关系得出磁感

应强度的表达式；

(3)根据几何关系以及粒子在磁场中运动的周期和时间的关系得出粒子a、b先后射出的时间差。

18.(20分)如图所示，与x轴平行的两光滑平行金属导轨固定在水平面上，只在x>0的区域存在竖

直向上的匀强磁场，磁感应强度大小B=10T。导体棒MN和正方形导线框abed静止在导轨上，且导

体棒MN和导线框ab、cd的两边都垂直于x轴，导线框的边长、导体棒MN的长度及导轨的宽度都

为L=0.1m。现固定导线框，将与MN垂直且向左的水平恒力作用在导体棒MN的中点上，水平恒力

的大小F=3N。当MN达到最大速度后撤掉恒力，同时释放导线框，当导线框的cd边到达x=0位置

时，导线框恰好达到最大速度，此时立即将导体棒MN固定。经过一段时间后，导线框的ab边到达

x=0位置。己知导体棒MN和导线框的质量都为m=0.1kg；导体棒MN及导线框ab、cd边的电阻都

为「=热。，导轨和导线框其余电阻不计，导体棒MN与导线框一直没有接触。求：

q

d▲aABkM

-0xAn

（1）（5分）导体棒MN的最大速度〃MN；

（2）（5分）导线框的cd边到达x=0位置时的速度巧；

（3）（5分）导线框的ab边到达x=0位置时的速度〃2；

（4）（5分）由导线框的cd边到达x=0位置到导线框的ab边到达x=0位置的过程中，导体棒

MN产生的焦耳热（结果保留两位小数）。

【答案】（1）解：当MN达到最大速度时，水平恒力F与安培力平衡，满足F=

根据闭合电路欧姆定律和串并联电路规律，有/=T刍十2=28沙

27

解得〃MN=~Qm/sa3.38m/s

（2）解：当MN达到最大速度后撤掉恒力，同时释放导线框，则MN和导线框构成的系统动量守

恒。当导线框速度达到最大值时，二者速度相等，满足rm；MN=2ni%

解得%=x1.69m/s

（3）解：cd边到达x=0位置时，将导体棒MN固定，则只有ab边在做切割磁感线运动。当ab边达

到x=0位置时，由动量定理，得一-

_p7RIv

其中平均电流满足7=角=挈

考虑到L=vt

可得以=1^m/s工0.80m/s

（4）解：由能量守恒，有Q总=/根优一4m运

根据焦耳定律Q=I2Rt和串并联电路规律，可知QMN=总

代入数据，解得QMN=0.02J

【解析】【分析】（1）当MN达到最大速度时根据安培力的表达式以及欧姆定律得出最大速度的大

小；

（2）当导线框速度达到最大值时，结合动量守恒得出导线框的cd边到达x=0位置时的速度；

（3）当ab边达到x=0位置时，由动量定理以及闭合电路欧姆定律得出导线框的ab边到达x=0

位置时的速度；

（4）根据能量守恒定律以及焦耳定律和串并联电路规律得出导体棒MN产生的焦耳热。

试题分析部分

1、试卷总体分布分析

总分：86分

客观题（占比）24.0(27.9%)

分值分布

主观题（占比）62.0(72.1%)

客观题（占比）12(66.7%)

题量分布

主观题（占比）6(33.3%)

2、试卷题量分布分析

大题题型题目量（占比）分值（占比）

实验题2(11.1%)7.0(8.1%)

解答题4(22.2%)55.0(64.0%)

多选题4(22.2%)8.0(9.3%)

单选题8(44.4%)16.0(18.6%)

3、试卷难度结构分析

序号难易度占比

1普通(