高三物理試題

注意事項：

L答題前，考生先將自己的姓名、考生號、座號填寫在相應位置，認真核對條形碼上的姓

名、考生號和座號，并將條形碼粘貼在指定位置。

2.選擇題答案必須使用2B鉛筆正確填涂；非選擇題答案必須使用0.5毫米黑色簽字筆書寫，

字體工整、筆跡清楚。

3.請按照題號在各題目的答題區域內作答，超出答題區域書寫的答案無效；在草稿紙、試題

卷上答題無效。保持卡面清潔，不折疊、不破損。

一、單項選擇題：本題共8小題，每小題3分，共24分。每小題只有一個選項符合題目要

求。

1.2023年12月14日，我國宣布新一代人造太陽“中國環流三號”面向全球開放，邀請全世界科學家來中

國集智攻關，共同追逐“人造太陽”能源夢想。“人造太陽”物理本質就是核聚變，其發生核聚變的原理

和太陽發光發熱的原理很相似，核反應方程為：H+；H￡He+X+176MeV。下列說法正確的是

()

A.X是質子B.該反應為鏈式反應

C.的比結合能比；H的大D.:He的結合能為176LLV

【答案】C

【解析】

【詳解】A.根據質量數與電荷數守恒有

2+3-4=1,1+1-2=0

可知，X是中子，故A錯誤；

B.重核裂變是鏈式反應，該反應是輕核聚變，不是鏈式反應，故B錯誤；

C.該核反應釋放核能，表明生成核比反應核更加穩定，即：口。的比結合能比；H的大，故c正確；

D.結合能指單個自由發散的核子合成原子核釋放的能量，而17.6LIeV是:H與:H發生聚變反應釋放的

核能，可知，:m的結合能大于176UeV,故D錯誤。

故選C。

2.物理學的關系式在確定了物理量之間的關系時，也確定了物理量單位之間的關系。下列選項中可以用來

表示磁感應強度單位的是()

A.(Vs)/nJB.Wb/m

33

c(Ns)/(Cm)D(kgm)/(As)

【答案】A

【解析】

【詳解】A.由感應電動勢的公式E-應丫可知，磁感應強度的單位為

VVs

mm/sm2

故A正確；

B=一

B.由磁感應強度的計算式S可知，磁感應強度的單位為

Wb

京

故B錯誤；

C.由磁感應強度的定義式五和電流的定義t可知，磁感應強度的單位為

N_Ns

AmCm

故C錯誤；

B=——

D.由磁感應強度的定義式正和牛頓第二定律尸=力。可知，磁感應強度的單位為

N_kgm/s2_kg

AmAmAs

故D錯誤。

故選Ao

A.圖甲是雙縫干涉實驗裝置，單色光通過狹縫時也會發生衍射

B.圖乙中檢驗工件N的平整度，通過干涉條紋可推斷出。為凹處

C.圖丙中的牛頓環干涉圖樣是一些等間距的亮暗相間的同心圓環

D.圖丁中觀看立體電影的眼鏡鏡片利用了光的干涉原理

【答案】A

【解析】

【詳解】A.圖甲是雙縫干涉實驗裝置，單色光通過狹縫時也會發生衍射，A正確；

B.P處為較厚薄膜處向較窄薄膜處偏移，說明尸處為凹處；同理，。為凸處，B錯誤;

C.圖丙中的牛頓環干涉圖樣是一些間距不等的亮暗相間的同心圓環，C錯誤；

D.圖丁中觀看立體電影的眼鏡鏡片利用了光的偏振原理，D錯誤。

故選Ao

4.如圖所示的電路中，電源電動勢豆和內阻r保持不變，N和&均為定值電阻，%＞八，鳥滑動變阻

器。當火，的滑動觸點在仍的中點時合上開關S,此時三個理想電表A1、和v的示數分別為？1、

和U,現將鳥的滑動觸點向。端移動，則（）

B.&消耗的功率增大

A.電源的輸出功率增大

kU

c.不變D.’1增大，減小，U減小

【答案】c

【解析】

【詳解】D.將鳥的滑動觸點向。端移動，與接入電路的阻值變大，總電阻

R=_^_+凡+凡+,.

3'瓦['

R、

變大，總電流

E_

R

變小。電壓表示數

U=E-I]r

變大。電流表A，示數

減小，D錯誤；

B.田3消耗的功率

p、=i；&

變小，B錯誤;

A.電源的輸出功率

P=EI「中

Eg+&=r

在“，即用+4時，輸出功率最大。由于舄則為變大，人變小，輸出功率變小,

A錯誤;

c.電壓表示數變化量和電流表Ai示數變化量的比值

△U

不變，c正確。

故選c。

5.“地震預警”是指在地震發生以后，搶在地震波傳播到設防區域前，向設防區域提前幾秒至數十秒發出

警報，以減少損失。科研機構對波的特性展開研究，圖甲為簡諧波在175s時的波形圖，加是此波上

的一個質點，平衡位置處于11m處，圖乙為質點〃的振動圖像，則（）

B.經過一段時間后，質點"將到達x=ISm處

C.在：=13.5s時，質點M的加速度沿y軸負方向

D.在1.75s~525s內，質點M通過的路程為0.9m

【答案】D

【解析】

【詳解】A.由M點的振動圖像可知，r=l15s時質點M沿y軸負向振動，結合波形圖可知，該列波沿

x軸正方向傳播，選項A錯誤；

B.質點只能在自己平衡位置附近振動，而不隨波遷移，選項B錯誤；

C.在》=13.5$=4.57時，質點M在平衡位置，則加速度為零，選項c錯誤；

……3.5s=l-T

D.在1.75s~5-5s內，即經過了6質點〃到達波谷位置，則通過的路程為

s=4x20cm+（20-20sin30*）cm=0.9m

選項D正確。

故選D。

6.某興趣小組設計了一種發電裝置，如圖所示在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區域的圓心角。均

汽

為2,磁場均沿半徑方向。匝數為N的矩形線圈的邊長而=cd=2、bc=ad=21a線圈以角速

度◎繞中心軸勻速轉動，6c和㈤邊同時進入磁場。在磁場中，兩條邊所經過處的磁感應強度大小均為

B,方向始終與兩邊的運動方向垂直，線圈的總電阻為r,外接電阻為R。則外接電阻R上電流的有效值

為（）

A-r+RB.r+R

T_NBl^coj_.廂，“

C'r+RD.W(r+R)

【答案】B

【解析】

【詳解】根據題意可知，be、ad邊的運動速度

I

v=-

感應電動勢的最大值為

￡m=2NB21V=?NBPs

則感應電流的最大值為

,2NBl2a)

￡17

由于在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區域的圓心角a均為2,則一個周期內，通電時間為2,

則

根據電流的有效值定義可得

T

匕RL=『RT

解得，外接電阻R上電流的有效值為

,WNBI%

尸+及

故選B?

7.由玻璃材質制成的實心正四面體形吊燈，棱長為L單色點光源嵌在其幾何中心點。吊燈使用的玻璃對

該單色光的折射率為W,只考慮由點光源直接射向表面的光線，則有光出射的區域面積為()

—n￡2-nZ?—TIZ2—nZf

A.24B.12c.6D,3

【答案】c

【解析】

【詳解】根據

可得臨界角為45°,單色點光源嵌在其幾何中心點，由數學知識可得正四面體中心到頂點的距離為

h=—L

4

且正四面體中心到頂點的距離與正四面體中心到地面中心的距離之比為3:1,則正四面體中心到地面中心

的距離為

12

根據幾何關系可知每個面有光出射的區域半徑為12；則

S=欣）=。

24

正四面體共四個面，則有光出射的區域面積為

凡,=4S=-I}

a6

故選c。

8.如圖所示，在水平勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場中，有一豎直足夠長的固定絕緣桿MN,小球P

套在桿上，已知P的質量為加，電荷量為+q,電場強度為E,磁感應強度為3,P與桿間的動摩擦因數為

〃，重力加速度為g,小球由靜止開始下滑，在運動過程中小球最大加速度為0。，最大速度為則下

列判斷正確的是（）

A.小球開始下滑時的加速度最大

1

一“0

B.小球的速度由2增大至v。的過程中，小球的加速度一直減小

=1—1

C.當“時小球的速度v與V。之比?一定小于5

1a_

V=-v0

D.當2時小球的加速度。與°。之比的一定小于5

【答案】B

【解析】

【詳解】A.小球剛開始下滑時受到豎直向下的重力水平向左的電場力蜀，水平向右的彈力正以

及豎直向上的滑動摩擦力耳，且此時滑動摩擦力

月=幽

豎直方向根據牛頓第二定律有

mg-/.lEq=max

而隨著小球速度的增加，小球所受洛倫茲力由。逐漸增大，根據左手定則可知洛倫茲力的方向水平向右，

則在小球運動后水平方向有

Eq=Bqv+練

可知隨著小球速度的增加，桿對小球的彈力減小，致使桿對小球的摩擦力減小，而當洛倫茲力的大小等于

小球所受電場力大小時，桿對小球的彈力為零，此時小球在豎直方向僅受重力，加速度達到最大，為重力

加速度，即％=而隨著小球速度的進一步增大，洛倫茲力將大于電場力，桿上再次出現彈力，方向

水平向左，則摩擦力再次出現，豎直方向的合外力減小，加速度減小，直至摩擦力等于小球重力時，小球

速度達到最大值，此后小球將做勻速直線運動，因此小球開始下滑時的加速度不是最大，故A錯誤；

B.小球剛開始運動時根據牛頓第二定律有

mg-REq=加/

解得

幽

，=g_-----

m

而根據A中分析可知，加速度最大為重力加速度，即在整個過程中加速度先由6逐漸增大到小,再由4

逐漸減小為0,假如開始時加速度是由0開始增加的，則根據運動的對稱性可知，當加速度最大時速度小

1

-vo

球速度恰好達到？，但實際上加速度并不是由0開始增加的，因此可知，當加速度最大時小球的速度還

1

未達到2,而加速度最大之后由于摩擦力的再次出現，小球開始做加速度減小的加速運動，由此可

1

~voV

知，小球的速度由2增大至V。的過程中，小球的加速度一直減小，故B正確；

1

a=~ao

c.當2時小球可能正在做加速度增大的加速運動，也可能正在做加速度減小的加速運動，根據B

V

-1

中分析可知，若小球正在做加速增大的加速運動，則V與%之比%一定小于3■，但若小球正在做加速減

V

—1

小的加速運動，則V與V。之比%一定大于丁，故C錯誤；

1

D.由B中分析可知，小球的加速度/二g時，即加速度達到最大時，小球的速度還不到2,因此當

11

v="v0V=—%

-時小球的加速度a一定小于他,當速度2時對小球由牛頓第二定律有

mg--Eq)=ma

即

ma。一〃(、跖o-Eq)=ma

而當小球速度最大時有

mg=^Bqv0-Eq)

兩式聯立可得

加%-(_ma°?)(j-^?vo

Bqv0-Eq2

化簡可得

a二Bqv。:1

%X&%-坳)2

故D錯誤。

故選B。

二、多項選擇題：本題共4小題，共16分。在每小題給出的四個選項中有多項符合題目要

求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。

9.2023年12月15日，德州發布低溫橙色預警信號，人們積極應對極寒天氣。某汽車在17T的車庫中，

輪胎胎壓為250kPa,出行后，長時間放置在溫度為一13久的室外，輪胎胎壓為230kPa。若輪胎不漏

氣，輪胎內氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是()

A.輪胎內氣體分子平均動能減小

B.輪胎內氣體狀態變化符合查理定律

C.輪胎內氣體放熱

D.單位面積上氣體分子與輪胎壁碰撞的平均作用力變大

【答案】AC

【解析】

【詳解】A.溫度是氣體分子平均動能的標志，溫度降低，則輪胎內氣體分子平均動能減小，故A正確；

B.由題可知，在車庫中時，輪胎內氣體原來的壓強和溫度分別為

px=250kPa7；-(273+17)K-290K

在室外時，輪胎內氣體的壓強的溫度分別為

/=230kPa,7；=(273-13)K=260K

可知

則輪胎內氣體狀態變化不符合查理定律，故B錯誤；

旦〈立更=c

c.由于34,則根據理想氣體狀態方程T,可知輪胎內氣體的體積變小，則外界對氣體做

功，即沙＞0。但由于氣體溫度降低，則氣體內能減小，根據熱力學第一定律可知，輪胎內氣體對外放出

熱量，故C正確；

D.由于輪胎內氣體的溫度變小，則單位面積上氣體分子與輪胎壁碰撞的平均作用力變小，故D錯誤。

故選BC。

10.光電效應用于癌細胞放射治療取得新進展，某興趣小組用如圖甲所示電路研究光電效應中遏止電壓2

與光的頻率「之間的關系，作出某金屬的4一D圖像如圖乙所示，已知電子電量e=L6xl0"c,則

()

A.圖甲中，電源的a端為正極

B.該金屬的逸出功約為27x10"J

c.用頻率為6.0TO"Hz的光入射到該金屬時，遏止電壓約為0.5V

D.其它金屬的U-D圖像與該金屬的U-”圖像平行

【答案】BD

【解析】

【詳解】A.圖甲所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓心與入射光頻率因此光電子應該在電極間做

減速運動，故A應該是陰極，則電極A應該連接電源的負極，電源的。端為負極，故A錯誤；

B.由圖像可知，當出:=°時對應的即為該金屬的截止頻率約為

i4)=4.22xlO14Hz

則逸出功

-19

^=Avo=2.7xlOJ

故B正確；

C.根據光電效應方程

eUc=hu-W0

代入數據，求得

Uc=0.75V

故C錯誤；

D.根據光電效應方程

eUc=hu-W0

化簡可知

可知U’-V圖像的斜率是一個定值，故D正確。

故選BD。

II.在如圖所示的電路中，理想變壓器的匝數比"「％%=4：2T,定值電阻用=4SQ,

旦=g=10,滑動變阻器R的最大阻值為30。在c、d兩端輸入正弦式交變電流，電壓的表達式為

M=8V2fml00Ttf(V)o當滑片p從。端滑到端的過程中，下列說法正確的是()

A.電阻馬的功率一直增大

-W

B.理想變壓器的最大輸出功率為3

C.當滑片P滑至6端時，整個電路的功率達到最大

D.電流表示數的最小值為23

【答案】BC

【解析】

【詳解】C.由電壓的表達式為"=S8可知電壓的有效值為

￡7=^=8V

等效電路圖如圖所示

其中

為'=（殳）'（鳥+&）

號=（良）通

〃3

由圖可知當滑片P從。端滑到6端的過程中滑動變阻器的阻值變小，有

U

人=

以'+%'

故原線圈的電流不斷變大，又因為

P=UI1

所以當滑片P滑至b端時，整個電路的功率達到最大，故c正確;

A.由電路圖可知原線圈電壓為

隨原線圈電流增大而減小，則電阻R3兩端電壓為

q=%

隨原線圈電壓減小而減小，電阻R3的功率為

月=火

號

故電阻~3的功率一直減小，故A錯誤；

D.當滑片P從a端滑到6端的過程中，原線圈的電流不斷變大，即電流表的示數不斷變大，即當滑片位

于。端時，電流表的示數最小，此時滑動變阻器的阻值為3。，原線圈電流為

Z,=------^――=0625A

故D錯誤；

B.由等效電路圖可知，輸出功率最大時滿足

1與*&'

此時原線圈電壓與上1兩端電壓相等，輸出功率為

U

2R.3

故B正確。

故選BC。

12.如圖所示，導體棒縱b放置在足夠長的光滑平行金屬導軌上，導軌左右兩部分的間距分別為/,2Z,

導體棒a、b的質量為m和？加,接入電路的電阻分別為R和1R,其余部分電阻均忽略不計。導體棒

a、b均處于方向豎直向上的勻強磁場中，感應強度大小為B,a,b兩導體棒均以“。的初速度同時水平向

右運動，兩導體棒在運動過程中始終與導軌垂直且保持良好接觸，導體棒a始終在窄軌上運動，導體棒b

始終在寬軌上運動，直到兩導體棒達到穩定狀態。下列說法正確的是（）

A.開始導體棒a中的電流為Q—P

Blv0

B.導體棒中的最大電流為3R

4

二嶺

C.穩定時導體棒a的速度為3

D.從開始至穩定狀態，電路中產生的焦耳熱為6

【答案】BCD

【解析】

【詳解】AB.兩導體棒剛開始均以初速度％1做切割磁感線運動時產生的感應電動勢有最大值，分析可

知，兩導體棒切割磁感線產生的感應電動勢反向，因此總的感應電動勢

品=2Blv0-Blv0=引％

此時回路中感應電流有最大值，根據閉合電路的歐姆定律可得

]_母_瓦%

h-R+2R-3R

而根據楞次定律（兩導體棒構成回路的面積因兩導體棒的運動而變大）或右手定則可知，回路中感應電流

的方向為順時針（從上往下看），因此開始時導體棒。中的電流為P-。，故A錯誤，B正確；

C.穩定時兩導體棒切割磁感線產生的感應電動勢大小相等，設此時a棒的速度大小為%,6棒的速度大

小為治,則有

的=2Blvb

可得

根據左手定則可知，穩定時安培力對導體棒a做正功，對導體棒b做負功，a的速度增加，b的速度減

小，

設達到穩定所用的時間為：，則對a由動量定理有

BUt=mva-wv0

對b由動量定理有

-2B1Tt=2mvt-2mv0

聯立解得

42

匕=~vov?="vo

J,J

故C正確；

D.對整個系統由能量守恒有

:a彳+:（？加）V：=:加（：%）'+:（2加）（：%）'+2

解得從開始至穩定狀態，電路中產生的焦耳熱為

Q=-mvo

故D正確。

故選BCD。

三、非選擇題：本題共6小題，共60分。

13.（1）在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，某同學利用一組測量數據計算發現得到的g值偏大。其原

因可能是（）

A.測擺長時只測量了擺線長度而忘記考慮小球半徑

B.測定周期時振動次數多計了一次

C.開始計時時，秒表過遲按下

D.擺線上端未系牢固，在振動中出現松動導致擺線長度增加

（2）某同學設計實驗在家里測重力加速度。他找到細線和鐵鎖，制成一個單擺，如圖所示。他又找到一

把量程為20cm的刻度尺，并使用手機的秒表功能測時間。由于鎖的形狀不規則，無法準確測量其擺長，

于是他在細線上的A點作了一個標記，使得懸點。到A點間的細線長度小于刻度尺量程。保持該標記以

下的細線長度不變，通過改變。、A間細線長度以改變擺長。實驗中，當。、A間細線的長度分別為4、

區時，測得相應單擺的周期為￡、弓。由此可得重力加速度g=（用右、&、兀、與表

示）。

（3）擺鐘是利用本實驗的原理制成的。從廣州購買的走時準確的擺鐘在德州使用，要調準它，需要將擺

鐘的擺長調（選填“長”或“短”）。

4M（乙―.）

①.BC##CB②.KY③.長

【答案】

【解析】

【詳解】（1）口］由

T=-

A^Ln2

可知，測擺長時只測量了擺線長度而忘記考慮小球半徑，測量g值偏小；測定周期時振動次數多計了一

次，測量g值偏大；開始計時時，秒表過遲按下，“扁小，測量g值偏大；擺線上端未系牢固，在振動中

出現松動導致擺線長度增加，所以測量的擺長偏小，測量g值偏大。

故BC；

⑵⑵由

可得

g

則有

1g

._4/（4+卬

g

聯立可得

g甲-7?~

（3）[3]德州的重力加速度大與廣州的重力加速度，由

從廣州購買的走時準確的擺鐘在德州使用，要調準它，需要將擺鐘的擺長調長。

14.某實驗小組要測量某電池的電動勢和內阻。主要實驗步驟如下：

（1）該實驗小組首先用如圖甲所示的電路測量一粗細均勻的直電阻絲的總電阻，圖甲中部分器材的參數

如下：

電源：電動勢為4V,內阻不計

所測電阻絲：總電阻大約為6Q

電壓表：量程為3V時，內阻大約為3kQ；量程為15V時，內阻大約為15kG

電流表：量程為口6A時，內阻大約為0.05G；量程為3A時，內阻大約為0.01Q

①實驗中所選電壓表的量程應為V,所選電流表的量程應為A；

②實驗中要求電壓表示數從零開始變化，請在甲圖中將測量電路補充完整__________；

（2）該實驗小組在第（1）步中測得的直電阻絲的總電阻為R,他們又用刻度尺測量了該直電阻絲的長度

為L.利用此直電阻絲又設計了如圖乙所示的電路，其中的電源為待測電池，使金屬滑片接觸直電阻絲的

￡

不同位置，分別記錄直電阻絲接入電路的有效長度x及對應的電流表示數/,根據記錄的數據作出了一,圖

像,如圖丙所示，圖乙中電流表內阻不計，則所測電池的電動勢E=,內阻

7'=o（選用R、L、a,Z?表示）

【答案】①.30.6③.

【解析】

【詳解】（1）[1]因為電源電動勢為4V,所以電壓表選3V的量程。

⑵由歐姆定律可得流過待測電阻的最大電流大約為

7=—=-A=0,5A

46

故電流表應選0.6A。

[3]要求電壓表示數從零開始變化，則滑動變阻器應用分壓式接入電路；同時待測電阻是小電阻，滿足

國.＞女

&RA,則電流表應采取外接法，實物圖連線如圖

（2）[4][5]由閉合電路歐姆定律可得

后=/（，,+4）

由電阻定律可知

聯立可得

結合圖像可得

b=0=（一a）+

E,ELE

解得

_aRaR

E=——r=——

bL,L

15.在公園經常看到小朋友手里牽著充有氫氣的氣球在玩耍。有個容積為＞=4迎、壓強為P=l°」°Pa

的氨氣罐給氣球充氣，充氣后每個氣球的體積均為、=1°L,當充滿N=392個同樣的氣球時，氨氣罐

內部壓強降為,外。地面附近的溫度為27。3大氣壓強Po=l°"°5Pa。假設充氣前后氣球內和氨氣罐

內的氣體溫度不發生變化，且充氣過程沒有漏氣。求：

（1）小朋友手里的氣球內的壓強耳；

（2）脫手飛走的氣球上升至2500m高度時發生爆炸，爆炸時氣球內氣體的體積【工（己知高度每增加

1km,氣溫下降6℃,氣球爆炸時，球內氣體的壓強必「dPa’氣球上升過程中沒有發生漏氣現

象）

【答案】⑴0=11xl（）5pa；⑵=1425L

【解析】

【詳解】（1）對充氣過程，由玻意耳定律

"=5廠+他西

解得

^=12x]03Pa

（2）氣球爆炸時，溫度為T=?35K,由理想氣體方程

Pi埒_%匕

工一篤

解得

匕=14.25L

16.某物理學習興趣小組成員小張找到了一個LED燈和一段光導纖維進行研究。查閱資料發現，LED燈是

一塊用環氧樹脂密封的發光半導體材料。光導纖維由內芯和外套兩層組成，光傳播時在內芯與外套的界面

上發生全反射。

（1）有一LED燈結構如圖甲所示，發光區域為直徑3mm（MN之間）的圓盤（厚度不計），發光面上

覆蓋折射率"=L6的半球形環氧樹脂，發光圓盤的圓心與球心重合。要使發光區域發出的所有光線在球

面上都不發生全反射，求環氧樹脂半徑R滿足的條件；

（2）一段長直光導纖維由內芯和外套組成，其剖面如圖乙，其中內芯的折射率4=2,外套的折射率

盯=返。已知光從折射率為巧的介質射入折射率為巧的介質時，入射角a與折射角耳間滿足關系

%sin耳=%Sind。試通過計算說明從該光導纖維一端入射的光信號是否會通過外套“泄漏”出去。

【答案】（1）R>2.4mm；（2）不會

【解析】

【詳解】（1）如圖所示，從半圓弧上任取一點尸,

從M、N兩端發出的光入射角最大，取N點光線，連接OP,NP,則入射角為5,

在△。入廬中

Rr

sinasin0

sin6=—sina

R,

當a=90°時。取最大值，

由題意

「?cl

sinp<sinC=—

n

解得

R>nr=—nd=2.4mm

sin耳=%sin62

得

%sinC=n2sin90°

解得

C=60°

由折射定律得

sin6

由幾何關系得

a+。=90°

9越大，)越大，尸越小,

當6=90°時

a=30°,怎、=60。

說明光信號不會通過外套“泄漏”出去。

17.高溫超導磁懸浮列車技術在我國已有相關研究。其原理如圖所示，金屬框abed放置于足夠長的水平

固定平行直導軌PQ和MN上,導軌間有豎直方向等間距的勻強磁場工和生，二者大小相等、方向相

反。金屬框的〃/邊寬度與每個磁場寬度相等，當勻強磁場與和同時以恒定速度沿導軌方向向右運動

時，金屬框在磁場力作用下沿導軌運動。己知金屬框總電阻為R,金屬框的質量為相，垂直導軌的ab邊

長為L勻強磁場媯=房=3,磁場運動的恒定速度為I,金屬框運動時受到恒定的阻力為人不考慮磁

場運動時產生的其它影響。

(1)當金屬框的速度為零時，求金屬框受到的磁場力歹的大小和方向；

(2)求金屬框的最大速率Z；

(3)金屬框以最大速度做勻速運動時，為維持金屬框運動，求外界需提供的總功率P。

??；xX；?

X；?

X；?

??；xX；?

【答案】(1)'-方向水平向右；(2)"°4爐Z/；(3)P=人。

【解析】

【詳解】(1)當線框的速度為零時，線框中產生感應電動勢，有

E=2BLv0

根據閉合電路歐姆定律

安培力

F=2BIL

尸?竺也

根據楞次定律可判斷磁場力方向水平向右。

(2)實驗車最大速率為％i時

r=25￡(v0-vB)

E'=I'R

F'=2BI'L

F'=f

解得

Rf

%=%-去

(3)線框以最大速度做勻速運動時，克服阻力的功率為

月=色

金屬框中的熱功率為

月=I,2R

總功率

P=R+?

解得

18.物理學家在科研時經常利用電磁場加速和約束高能粒子。在如圖所示的空間直角坐標系。二中，

12°的空間內充滿勻強磁場，大小為8,方向可調，初始時沿尤軸負方向。坐標為的M點有一

粒子源，可沿不同方向發射速率相等的同種粒子。初始時粒子從平面的第一象限射入，速度方向與z

軸負方向成30°角，第一次運動到10)'平面時軌跡恰好與之相切。已知粒子源發射的粒子質量為m,電

荷量為+q,初速度大小為(此未知)。不計粒子重力和粒子間的相互作用，B、L、m、q為已知條

件。

(1)求初速度%的大小。

(2)保持粒子入射速度不變，僅將磁場方向調整為z軸正方向，求此粒子經過I。'平面的x坐標與y坐

標。(可用三角函數表示)

(3)保持粒子入射速度不變，a20空間的磁場也不變，在此空間再充滿沿z軸負方向的勻強電場，大小

耳=越

滿足為2,求此粒子運動過程中距xQr平面的最大距離小

E=我

(4)調整》20空間的磁場8沿Z軸負方向，此空間再充滿沿Z軸正方向的勻強電場1兀，，并在

0的空間內充滿沿尤軸正方向的勻強電場‘兀。調整粒子入射方向使其沿尤軸正方向，求此粒

子第〃次到達J'。7平面時的坐標T“和與。

M

y

2qBLx=L1-cos----

%I3AJ"'1n■⑶d=L+“(l+向々

【答案】（1）(2)l

（4）詳見解析

【解析】

【詳解】（1）由洛倫茲