山东省德州市2023-2024学年高三年级上册期末考试物理试题（解析版）

高三物理试题

注意事项：

L答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形码上的姓

名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置。

2.选择题答案必须使用2B铅笔正确填涂；非选择题答案必须使用0.5毫米黑色签字笔书写，

字体工整、笔迹清楚。

3.请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题

卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要

求。

1.2023年12月14日，我国宣布新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放，邀请全世界科学家来中

国集智攻关，共同追逐“人造太阳”能源梦想。“人造太阳”物理本质就是核聚变，其发生核聚变的原理

和太阳发光发热的原理很相似，核反应方程为：H+；H£He+X+176MeV。下列说法正确的是

()

A.X是质子B.该反应为链式反应

C.的比结合能比；H的大D.:He的结合能为176LLV

【答案】C

【解析】

【详解】A.根据质量数与电荷数守恒有

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

可知，X是中子，故A错误；

B.重核裂变是链式反应，该反应是轻核聚变，不是链式反应，故B错误；

C.该核反应释放核能，表明生成核比反应核更加稳定，即：口。的比结合能比；H的大，故c正确；

D.结合能指单个自由发散的核子合成原子核释放的能量，而17.6LIeV是:H与:H发生聚变反应释放的

核能，可知，:m的结合能大于176UeV,故D错误。

故选C。

2.物理学的关系式在确定了物理量之间的关系时，也确定了物理量单位之间的关系。下列选项中可以用来

表示磁感应强度单位的是()

A.(Vs)/nJB.Wb/m

33

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

【答案】A

【解析】

【详解】A.由感应电动势的公式E-应丫可知，磁感应强度的单位为

VVs

mm/sm2

故A正确；

B=一

B.由磁感应强度的计算式S可知，磁感应强度的单位为

Wb

京

故B错误；

C.由磁感应强度的定义式五和电流的定义t可知，磁感应强度的单位为

N_Ns

AmCm

故C错误；

B=——

D.由磁感应强度的定义式正和牛顿第二定律尸=力。可知，磁感应强度的单位为

N_kgm/s2_kg

AmAmAs

故D错误。

故选Ao

A.图甲是双缝干涉实验装置，单色光通过狭缝时也会发生衍射

B.图乙中检验工件N的平整度，通过干涉条纹可推断出。为凹处

C.图丙中的牛顿环干涉图样是一些等间距的亮暗相间的同心圆环

D.图丁中观看立体电影的眼镜镜片利用了光的干涉原理

【答案】A

【解析】

【详解】A.图甲是双缝干涉实验装置，单色光通过狭缝时也会发生衍射，A正确；

B.P处为较厚薄膜处向较窄薄膜处偏移，说明尸处为凹处；同理，。为凸处，B错误;

C.图丙中的牛顿环干涉图样是一些间距不等的亮暗相间的同心圆环，C错误；

D.图丁中观看立体电影的眼镜镜片利用了光的偏振原理，D错误。

故选Ao

4.如图所示的电路中，电源电动势豆和内阻r保持不变，N和&均为定值电阻，%＞八，鸟滑动变阻

器。当火，的滑动触点在仍的中点时合上开关S,此时三个理想电表A1、和v的示数分别为？1、

和U,现将鸟的滑动触点向。端移动，则（）

B.&消耗的功率增大

A.电源的输出功率增大

kU

c.不变D.’1增大，减小，U减小

【答案】c

【解析】

【详解】D.将鸟的滑动触点向。端移动，与接入电路的阻值变大，总电阻

R=_^_+凡+凡+,.

3'瓦['

R、

变大，总电流

E_

R

变小。电压表示数

U=E-I]r

变大。电流表A，示数

减小，D错误；

B.田3消耗的功率

p、=i；&

变小，B错误;

A.电源的输出功率

P=EI「中

Eg+&=r

在“，即用+4时，输出功率最大。由于舄则为变大，人变小，输出功率变小,

A错误;

c.电压表示数变化量和电流表Ai示数变化量的比值

△U

不变，c正确。

故选c。

5.“地震预警”是指在地震发生以后，抢在地震波传播到设防区域前，向设防区域提前几秒至数十秒发出

警报，以减少损失。科研机构对波的特性展开研究，图甲为简谐波在175s时的波形图，加是此波上

的一个质点，平衡位置处于11m处，图乙为质点〃的振动图像，则（）

B.经过一段时间后，质点"将到达x=ISm处

C.在：=13.5s时，质点M的加速度沿y轴负方向

D.在1.75s~525s内，质点M通过的路程为0.9m

【答案】D

【解析】

【详解】A.由M点的振动图像可知，r=l15s时质点M沿y轴负向振动，结合波形图可知，该列波沿

x轴正方向传播，选项A错误；

B.质点只能在自己平衡位置附近振动，而不随波迁移，选项B错误；

C.在》=13.5$=4.57时，质点M在平衡位置，则加速度为零，选项c错误；

……3.5s=l-T

D.在1.75s~5-5s内，即经过了6质点〃到达波谷位置，则通过的路程为

s=4x20cm+（20-20sin30*）cm=0.9m

选项D正确。

故选D。

6.某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角。均

汽

为2,磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈的边长而=cd=2、bc=ad=21a线圈以角速

度◎绕中心轴匀速转动，6c和㈤边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为

B,方向始终与两边的运动方向垂直，线圈的总电阻为r,外接电阻为R。则外接电阻R上电流的有效值

为（）

A-r+RB.r+R

T_NBl^coj_.厢，“

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

【答案】B

【解析】

【详解】根据题意可知，be、ad边的运动速度

I

v=-

感应电动势的最大值为

£m=2NB21V=?NBPs

则感应电流的最大值为

,2NBl2a)

£17

由于在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角a均为2,则一个周期内，通电时间为2,

则

根据电流的有效值定义可得

T

匕RL=『RT

解得，外接电阻R上电流的有效值为

,WNBI%

尸+及

故选B©

7.由玻璃材质制成的实心正四面体形吊灯，棱长为L单色点光源嵌在其几何中心点。吊灯使用的玻璃对

该单色光的折射率为W,只考虑由点光源直接射向表面的光线，则有光出射的区域面积为()

—n£2-nZ?—TIZ2—nZf

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

【答案】c

【解析】

【详解】根据

可得临界角为45°,单色点光源嵌在其几何中心点，由数学知识可得正四面体中心到顶点的距离为

h=—L

4

且正四面体中心到顶点的距离与正四面体中心到地面中心的距离之比为3:1,则正四面体中心到地面中心

的距离为

12

根据几何关系可知每个面有光出射的区域半径为12；则

S=欣）=。

24

正四面体共四个面，则有光出射的区域面积为

凡,=4S=-I}

a6

故选c。

8.如图所示，在水平匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场中，有一竖直足够长的固定绝缘杆MN,小球P

套在杆上，已知P的质量为加，电荷量为+q,电场强度为E,磁感应强度为3,P与杆间的动摩擦因数为

〃，重力加速度为g,小球由静止开始下滑，在运动过程中小球最大加速度为0。，最大速度为则下

列判断正确的是（）

A.小球开始下滑时的加速度最大

1

一“0

B.小球的速度由2增大至v。的过程中，小球的加速度一直减小

=1—1

C.当“时小球的速度v与V。之比?一定小于5

1a_

V=-v0

D.当2时小球的加速度。与°。之比的一定小于5

【答案】B

【解析】

【详解】A.小球刚开始下滑时受到竖直向下的重力水平向左的电场力蜀，水平向右的弹力正以

及竖直向上的滑动摩擦力耳，且此时滑动摩擦力

月=幽

竖直方向根据牛顿第二定律有

mg-/.lEq=max

而随着小球速度的增加，小球所受洛伦兹力由。逐渐增大，根据左手定则可知洛伦兹力的方向水平向右，

则在小球运动后水平方向有

Eq=Bqv+练

可知随着小球速度的增加，杆对小球的弹力减小，致使杆对小球的摩擦力减小，而当洛伦兹力的大小等于

小球所受电场力大小时，杆对小球的弹力为零，此时小球在竖直方向仅受重力，加速度达到最大，为重力

加速度，即％=而随着小球速度的进一步增大，洛伦兹力将大于电场力，杆上再次出现弹力，方向

水平向左，则摩擦力再次出现，竖直方向的合外力减小，加速度减小，直至摩擦力等于小球重力时，小球

速度达到最大值，此后小球将做匀速直线运动，因此小球开始下滑时的加速度不是最大，故A错误；

B.小球刚开始运动时根据牛顿第二定律有

mg-REq=加/

解得

幽

，=g_-----

m

而根据A中分析可知，加速度最大为重力加速度，即在整个过程中加速度先由6逐渐增大到小,再由4

逐渐减小为0,假如开始时加速度是由0开始增加的，则根据运动的对称性可知，当加速度最大时速度小

1

-vo

球速度恰好达到？，但实际上加速度并不是由0开始增加的，因此可知，当加速度最大时小球的速度还

1

未达到2,而加速度最大之后由于摩擦力的再次出现，小球开始做加速度减小的加速运动，由此可

1

~voV

知，小球的速度由2增大至V。的过程中，小球的加速度一直减小，故B正确；

1

a=~ao

c.当2时小球可能正在做加速度增大的加速运动，也可能正在做加速度减小的加速运动，根据B

V

-1

中分析可知，若小球正在做加速增大的加速运动，则V与%之比%一定小于3■，但若小球正在做加速减

V

—1

小的加速运动，则V与V。之比%一定大于丁，故C错误；

1

D.由B中分析可知，小球的加速度/二g时，即加速度达到最大时，小球的速度还不到2,因此当

11

v="v0V=—%

-时小球的加速度a一定小于他,当速度2时对小球由牛顿第二定律有

mg--Eq)=ma

即

ma。一〃(、跖o-Eq)=ma

而当小球速度最大时有

mg=^Bqv0-Eq)

两式联立可得

加%-(_ma°„)(j-^?vo

Bqv0-Eq2

化简可得

a二Bqv。:1

%X&%-坳)2

故D错误。

故选B。

二、多项选择题：本题共4小题，共16分。在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要

求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9.2023年12月15日，德州发布低温橙色预警信号，人们积极应对极寒天气。某汽车在17T的车库中，

轮胎胎压为250kPa,出行后，长时间放置在温度为一13久的室外，轮胎胎压为230kPa。若轮胎不漏

气，轮胎内气体可视为理想气体，下列说法正确的是()

A.轮胎内气体分子平均动能减小

B.轮胎内气体状态变化符合查理定律

C.轮胎内气体放热

D.单位面积上气体分子与轮胎壁碰撞的平均作用力变大

【答案】AC

【解析】

【详解】A.温度是气体分子平均动能的标志，温度降低，则轮胎内气体分子平均动能减小，故A正确；

B.由题可知，在车库中时，轮胎内气体原来的压强和温度分别为

px=250kPa7；-(273+17)K-290K

在室外时，轮胎内气体的压强的温度分别为

/=230kPa,7；=(273-13)K=260K

可知

则轮胎内气体状态变化不符合查理定律，故B错误；

旦〈立更=c

c.由于34,则根据理想气体状态方程T,可知轮胎内气体的体积变小，则外界对气体做

功，即沙＞0。但由于气体温度降低，则气体内能减小，根据热力学第一定律可知，轮胎内气体对外放出

热量，故C正确；

D.由于轮胎内气体的温度变小，则单位面积上气体分子与轮胎壁碰撞的平均作用力变小，故D错误。

故选BC。

10.光电效应用于癌细胞放射治疗取得新进展，某兴趣小组用如图甲所示电路研究光电效应中遏止电压2

与光的频率「之间的关系，作出某金属的4一D图像如图乙所示，已知电子电量e=L6xl0"c,则

()

A.图甲中，电源的a端为正极

B.该金属的逸出功约为27x10"J

c.用频率为6.0TO"Hz的光入射到该金属时，遏止电压约为0.5V

D.其它金属的U-D图像与该金属的U-”图像平行

【答案】BD

【解析】

【详解】A.图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压心与入射光频率因此光电子应该在电极间做

减速运动，故A应该是阴极，则电极A应该连接电源的负极，电源的。端为负极，故A错误；

B.由图像可知，当出:=°时对应的即为该金属的截止频率约为

i4)=4.22xlO14Hz

则逸出功

-19

^=Avo=2.7xlOJ

故B正确；

C.根据光电效应方程

eUc=hu-W0

代入数据，求得

Uc=0.75V

故C错误；

D.根据光电效应方程

eUc=hu-W0

化简可知

可知U’-V图像的斜率是一个定值，故D正确。

故选BD。

II.在如图所示的电路中，理想变压器的匝数比"「％%=4：2T,定值电阻用=4SQ,

旦=g=10,滑动变阻器R的最大阻值为30。在c、d两端输入正弦式交变电流，电压的表达式为

M=8V2fml00Ttf(V)o当滑片p从。端滑到端的过程中，下列说法正确的是()

A.电阻马的功率一直增大

-W

B.理想变压器的最大输出功率为3

C.当滑片P滑至6端时，整个电路的功率达到最大

D.电流表示数的最小值为23

【答案】BC

【解析】

【详解】C.由电压的表达式为"=S8可知电压的有效值为

£7=^=8V

等效电路图如图所示

其中

为'=（殳）'（鸟+&）

号=（良）通

〃3

由图可知当滑片P从。端滑到6端的过程中滑动变阻器的阻值变小，有

U

人=

以'+%'

故原线圈的电流不断变大，又因为

P=UI1

所以当滑片P滑至b端时，整个电路的功率达到最大，故c正确;

A.由电路图可知原线圈电压为

随原线圈电流增大而减小，则电阻R3两端电压为

q=%

随原线圈电压减小而减小，电阻R3的功率为

月=火

号

故电阻~3的功率一直减小，故A错误；

D.当滑片P从a端滑到6端的过程中，原线圈的电流不断变大，即电流表的示数不断变大，即当滑片位

于。端时，电流表的示数最小，此时滑动变阻器的阻值为3。，原线圈电流为

Z,=------^――=0625A

故D错误；

B.由等效电路图可知，输出功率最大时满足

1与*&'

此时原线圈电压与上1两端电压相等，输出功率为

U

2R.3

故B正确。

故选BC。

12.如图所示，导体棒纵b放置在足够长的光滑平行金属导轨上，导轨左右两部分的间距分别为/,2Z,

导体棒a、b的质量为m和？加,接入电路的电阻分别为R和1R,其余部分电阻均忽略不计。导体棒

a、b均处于方向竖直向上的匀强磁场中，感应强度大小为B,a,b两导体棒均以“。的初速度同时水平向

右运动，两导体棒在运动过程中始终与导轨垂直且保持良好接触，导体棒a始终在窄轨上运动，导体棒b

始终在宽轨上运动，直到两导体棒达到稳定状态。下列说法正确的是（）

A.开始导体棒a中的电流为Q—P

Blv0

B.导体棒中的最大电流为3R

4

二岭

C.稳定时导体棒a的速度为3

D.从开始至稳定状态，电路中产生的焦耳热为6

【答案】BCD

【解析】

【详解】AB.两导体棒刚开始均以初速度％1做切割磁感线运动时产生的感应电动势有最大值，分析可

知，两导体棒切割磁感线产生的感应电动势反向，因此总的感应电动势

品=2Blv0-Blv0=引％

此时回路中感应电流有最大值，根据闭合电路的欧姆定律可得

]_母_瓦%

h-R+2R-3R

而根据楞次定律（两导体棒构成回路的面积因两导体棒的运动而变大）或右手定则可知，回路中感应电流

的方向为顺时针（从上往下看），因此开始时导体棒。中的电流为P-。，故A错误，B正确；

C.稳定时两导体棒切割磁感线产生的感应电动势大小相等，设此时a棒的速度大小为%,6棒的速度大

小为治,则有

的=2Blvb

可得

根据左手定则可知，稳定时安培力对导体棒a做正功，对导体棒b做负功，a的速度增加，b的速度减

小，

设达到稳定所用的时间为：，则对a由动量定理有

BUt=mva-wv0

对b由动量定理有

-2B1Tt=2mvt-2mv0

联立解得

42

匕=~vov»="vo

J,J

故C正确；

D.对整个系统由能量守恒有

:a彳+:（？加）V：=:加（：%）'+:（2加）（：%）'+2

解得从开始至稳定状态，电路中产生的焦耳热为

Q=-mvo

故D正确。

故选BCD。

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13.（1）在“用单摆测定重力加速度”的实验中，某同学利用一组测量数据计算发现得到的g值偏大。其原

因可能是（）

A.测摆长时只测量了摆线长度而忘记考虑小球半径

B.测定周期时振动次数多计了一次

C.开始计时时，秒表过迟按下

D.摆线上端未系牢固，在振动中出现松动导致摆线长度增加

（2）某同学设计实验在家里测重力加速度。他找到细线和铁锁，制成一个单摆，如图所示。他又找到一

把量程为20cm的刻度尺，并使用手机的秒表功能测时间。由于锁的形状不规则，无法准确测量其摆长，

于是他在细线上的A点作了一个标记，使得悬点。到A点间的细线长度小于刻度尺量程。保持该标记以

下的细线长度不变，通过改变。、A间细线长度以改变摆长。实验中，当。、A间细线的长度分别为4、

区时，测得相应单摆的周期为£、弓。由此可得重力加速度g=（用右、&、兀、与表

示）。

（3）摆钟是利用本实验的原理制成的。从广州购买的走时准确的摆钟在德州使用，要调准它，需要将摆

钟的摆长调（选填“长”或“短”）。

4M（乙―.）

①.BC##CB②.KY③.长

【答案】

【解析】

【详解】（1）口］由

T=-

A^Ln2

可知，测摆长时只测量了摆线长度而忘记考虑小球半径，测量g值偏小；测定周期时振动次数多计了一

次，测量g值偏大；开始计时时，秒表过迟按下，“扁小，测量g值偏大；摆线上端未系牢固，在振动中

出现松动导致摆线长度增加，所以测量的摆长偏小，测量g值偏大。

故BC；

⑵⑵由

可得

g

则有

1g

._4/（4+卬

g

联立可得

g甲-7?~

（3）[3]德州的重力加速度大与广州的重力加速度，由

从广州购买的走时准确的摆钟在德州使用，要调准它，需要将摆钟的摆长调长。

14.某实验小组要测量某电池的电动势和内阻。主要实验步骤如下：

（1）该实验小组首先用如图甲所示的电路测量一粗细均匀的直电阻丝的总电阻，图甲中部分器材的参数

如下：

电源：电动势为4V,内阻不计

所测电阻丝：总电阻大约为6Q

电压表：量程为3V时，内阻大约为3kQ；量程为15V时，内阻大约为15kG

电流表：量程为口6A时，内阻大约为0.05G；量程为3A时，内阻大约为0.01Q

①实验中所选电压表的量程应为V,所选电流表的量程应为A；

②实验中要求电压表示数从零开始变化，请在甲图中将测量电路补充完整__________；

（2）该实验小组在第（1）步中测得的直电阻丝的总电阻为R,他们又用刻度尺测量了该直电阻丝的长度

为L.利用此直电阻丝又设计了如图乙所示的电路，其中的电源为待测电池，使金属滑片接触直电阻丝的

£

不同位置，分别记录直电阻丝接入电路的有效长度x及对应的电流表示数/,根据记录的数据作出了一,图

像,如图丙所示，图乙中电流表内阻不计，则所测电池的电动势E=,内阻

7'=o（选用R、L、a,Z?表示）

【答案】①.30.6③.

【解析】

【详解】（1）[1]因为电源电动势为4V,所以电压表选3V的量程。

⑵由欧姆定律可得流过待测电阻的最大电流大约为

7=—=-A=0,5A

46

故电流表应选0.6A。

[3]要求电压表示数从零开始变化，则滑动变阻器应用分压式接入电路；同时待测电阻是小电阻，满足

国.＞女

&RA,则电流表应采取外接法，实物图连线如图

（2）[4][5]由闭合电路欧姆定律可得

后=/（，,+4）

由电阻定律可知

联立可得

结合图像可得

b=0=（一a）+

E,ELE

解得

_aRaR

E=——r=——

bL,L

15.在公园经常看到小朋友手里牵着充有氢气的气球在玩耍。有个容积为＞=4迎、压强为P=l°」°Pa

的氨气罐给气球充气，充气后每个气球的体积均为、=1°L,当充满N=392个同样的气球时，氨气罐

内部压强降为,外。地面附近的温度为27。3大气压强Po=l°"°5Pa。假设充气前后气球内和氨气罐

内的气体温度不发生变化，且充气过程没有漏气。求：

（1）小朋友手里的气球内的压强耳；

（2）脱手飞走的气球上升至2500m高度时发生爆炸，爆炸时气球内气体的体积【工（己知高度每增加

1km,气温下降6℃,气球爆炸时，球内气体的压强必「dPa’气球上升过程中没有发生漏气现

象）

【答案】⑴0=11xl（）5pa；⑵=1425L

【解析】

【详解】（1）对充气过程，由玻意耳定律

"=5厂+他西

解得

^=12x]03Pa

（2）气球爆炸时，温度为T=?35K,由理想气体方程

Pi埒_%匕

工一笃

解得

匕=14.25L

16.某物理学习兴趣小组成员小张找到了一个LED灯和一段光导纤维进行研究。查阅资料发现，LED灯是

一块用环氧树脂密封的发光半导体材料。光导纤维由内芯和外套两层组成，光传播时在内芯与外套的界面

上发生全反射。

（1）有一LED灯结构如图甲所示，发光区域为直径3mm（MN之间）的圆盘（厚度不计），发光面上

覆盖折射率"=L6的半球形环氧树脂，发光圆盘的圆心与球心重合。要使发光区域发出的所有光线在球

面上都不发生全反射，求环氧树脂半径R满足的条件；

（2）一段长直光导纤维由内芯和外套组成，其剖面如图乙，其中内芯的折射率4=2,外套的折射率

盯=返。已知光从折射率为巧的介质射入折射率为巧的介质时，入射角a与折射角耳间满足关系

%sin耳=%Sind。试通过计算说明从该光导纤维一端入射的光信号是否会通过外套“泄漏”出去。

【答案】（1）R>2.4mm；（2）不会

【解析】

【详解】（1）如图所示，从半圆弧上任取一点尸,

从M、N两端发出的光入射角最大，取N点光线，连接OP,NP,则入射角为5,

在△。入庐中

Rr

sinasin0

sin6=—sina

R,

当a=90°时。取最大值，

由题意

「•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

由几何关系得

a+。=90°

9越大，)越大，尸越小,

当6=90°时

a=30°,怎、=60。

说明光信号不会通过外套“泄漏”出去。

17.高温超导磁悬浮列车技术在我国已有相关研究。其原理如图所示，金属框abed放置于足够长的水平

固定平行直导轨PQ和MN上,导轨间有竖直方向等间距的匀强磁场工和生，二者大小相等、方向相

反。金属框的〃/边宽度与每个磁场宽度相等，当匀强磁场与和同时以恒定速度沿导轨方向向右运动

时，金属框在磁场力作用下沿导轨运动。己知金属框总电阻为R,金属框的质量为相，垂直导轨的ab边

长为L匀强磁场妫=房=3,磁场运动的恒定速度为I,金属框运动时受到恒定的阻力为人不考虑磁

场运动时产生的其它影响。

(1)当金属框的速度为零时，求金属框受到的磁场力歹的大小和方向；

(2)求金属框的最大速率Z；

(3)金属框以最大速度做匀速运动时，为维持金属框运动，求外界需提供的总功率P。

••；xX；•

X；•

X；•

••；xX；•

【答案】(1)'-方向水平向右；(2)"°4炉Z/；(3)P=人。

【解析】

【详解】(1)当线框的速度为零时，线框中产生感应电动势，有

E=2BLv0

根据闭合电路欧姆定律

安培力

F=2BIL

尸•竺也

根据楞次定律可判断磁场力方向水平向右。

(2)实验车最大速率为％i时

r=25£(v0-vB)

E'=I'R

F'=2BI'L

F'=f

解得

Rf

%=%-去

(3)线框以最大速度做匀速运动时，克服阻力的功率为

月=色

金属框中的热功率为

月=I,2R

总功率

P=R+?

解得

18.物理学家在科研时经常利用电磁场加速和约束高能粒子。在如图所示的空间直角坐标系。二中，

12°的空间内充满匀强磁场，大小为8,方向可调，初始时沿尤轴负方向。坐标为的M点有一

粒子源，可沿不同方向发射速率相等的同种粒子。初始时粒子从平面的第一象限射入，速度方向与z

轴负方向成30°角，第一次运动到10)'平面时轨迹恰好与之相切。已知粒子源发射的粒子质量为m,电

荷量为+q,初速度大小为(此未知)。不计粒子重力和粒子间的相互作用，B、L、m、q为已知条

件。

(1)求初速度%的大小。

(2)保持粒子入射速度不变，仅将磁场方向调整为z轴正方向，求此粒子经过I。'平面的x坐标与y坐

标。(可用三角函数表示)

(3)保持粒子入射速度不变，a20空间的磁场也不变，在此空间再充满沿z轴负方向的匀强电场，大小

耳=越

满足为2,求此粒子运动过程中距xQr平面的最大距离小

E=我

(4)调整》20空间的磁场8沿Z轴负方向，此空间再充满沿Z轴正方向的匀强电场1兀，，并在

0的空间内充满沿尤轴正方向的匀强电场‘兀。调整粒子入射方向使其沿尤轴正方向，求此粒

子第〃次到达J'。7平面时的坐标T“和与。

M

y

2qBLx=L1-cos----

%I3AJ"'1n■⑶d=L+“(l+向々

【答案】（1）(2)l

（4）详见解析

【解析】

【详解】（1）由洛伦兹