浙江省北斗星盟2023-2024学年高二下学期5月阶段性联考物理试卷 含解析

这是一份浙江省北斗星盟2023-2024学年高二下学期5月阶段性联考物理试卷 含解析，共25页。试卷主要包含了考试结束后，只需上交答题纸，5小时”属于时间间隔等内容，欢迎下载使用。
考生须知：
1.本卷共8页满分100分，考试时间90分钟。
2.答题前，在答题卷指定区域填写班级、姓名、考场号、座位号及准考证号并填涂相应数字。
3.所有答案必须写在答题纸上，写在试卷上无效。
4.考试结束后，只需上交答题纸.
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. 下列单位符号中，不属于国际单位制中基本单位符号的是（ ）
A. NB. mlC. sD. A
【答案】A
【解析】
【详解】国际单位制中的基本单位分别是：长度的单位是米，符号m；质量的单位是千克，符号kg；时间的单位是秒，符号s；电流的单位是安培，符号是A；热力学温度的单位是开尔文，符号K；物质的量单位是摩尔，符号ml；发光强度的单位是坎德拉，符号cd。所以力的单位牛顿（N），不是国际单位制中的基本单位。
故选A。
2. 2024年4月25日20时59分，酒泉卫星发射中心，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭直冲云霄。约10分钟后，神舟十八号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道；4月26日3时32分，成功对接于空间站天和核心舱径向端口，整个自主交会对接过程历时约6.5小时。下列说法正确的是（ ）
A. 研究神舟十八号飞船与天和核心舱对接时，能将其视为质点
B. 研究神舟十八号飞船绕地球运行的轨迹时，不能将其视为质点
C. “6.5小时”属于时间间隔
D. “4月26日3时32分”属于时间间隔
【答案】C
【解析】
【详解】A．研究神舟十八号与天和核心舱对接时，神舟十八号与天和核心舱的形状和体积对所研究问题的影响不能忽略，此时不能视为质点，故A错误；
B．研究神舟十八号飞船绕地球运行的轨迹时，神舟十八号的形状和体积对所研究问题的影响可以忽略，因此能将其看成质点，故B错误；
C．“6.5小时”表示整个对接所经历的过程，属于时间间隔，故C正确；
D．2024年4月26日3时32分是对接成功的瞬间，属于时刻，故D错误。
故选C。
3. 2024怒江傈僳“阔时”文化节期间，“秘境怒江户外天堂”上演世界上最疯狂的极限运动——无动力翼装飞行，如图所示是高空翼装飞行爱好者在空中滑翔的情景。在空中长距离滑翔的过程中滑翔爱好者（ ）
A. 可能滑出一段水平加速的滑行路线
B. 重力势能的减小量小于重力做的功
C. 重力势能的减小量等于动能的增加量
D. 动能的增加量等于合力做的功
【答案】D
【解析】
【详解】A．滑翔的过程中除重力做功外，还有空气阻力做功，机械能会减小不可能水平加速，故A错误；
B．由功能关系可知，重力势能的减小量等于重力做的功，故B错误；
C．由能量守恒可知，重力势能的减小量等于动能的增加和克服阻力所做的功，故C错误；
D．由动能定理可知，合外力所做的功等于动能的变化量，故D正确。
故选D。
4. 磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间有均匀辐向分布的磁场。线圈常常用铝框做骨架，把线圈绕在铝框上，指针也固定在铝框上。当电流通过线圈时，线圈左右两边导线受到安培力的方向相反，于是安装在轴上的线圈就要转动，从线圈偏转的角度就能判断通过电流的大小。下列说法正确的是（ ）
A. 圆柱内的磁感应强度处处为零
B. 线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行
C. 将线圈绕在闭合的铝框上，可使指针摆动加快
D. 在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，可减小线圈中因晃动而产生的感应电流
【答案】B
【解析】
【详解】A．磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，故A错误；
B．极靴与圆柱间的磁场均匀辐向分布，不管线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行，故B正确；
C．将线圈绕在闭合的铝框上，电流大小不变，不改变指针摆动的快慢，故C错误；
D．在运输时用导线将电流表的两个接线柱连在一起，线圈中因晃动而产生的感应电流，以阻碍线圈的晃动，故D错误。
故选B。
5. 脉冲点火器是利用脉冲原理产生连续性瞬间电火花，从而点燃燃气具火焰的电子产品，其稳定性高、操作简单。家用燃气灶的脉冲点火器如图甲所示，其内部需要一节干电池供电，工作原理如图乙所示，转换器可以将直流电压转化为如图丙所示周期为T的脉冲电压（波形可认为按正弦规律变化），峰值为5V，将其加在理想升压变压器的原线圈上，当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，钢针和金属板就会产生电火花，进而点燃燃气灶，下列说法正确的是（ ）
A. 图乙中理想电压表的示数为
B. 图乙中理想电压表的示数为2.5V
C. 变压器原、副线圈的匝数比应满足
D. 点火器正常工作时，单位时间内的放电次数为
【答案】D
【解析】
【详解】AB．理想电压表的示数为有效值，有
解得
故AB错误；
C．当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，钢针和金属板就会产生电火花，临界情况为
故变压器原、副线圈的匝数比应满足
故C错误；
D．变压器不改变频率，则副线圈输出交流电压的频率是，故D正确。
故选D。
6. 如图所示，轻质滑轮固定在水平天花板上，动滑轮挂在轻绳上，整个系统处于静止状态，轻绳与水平方向的夹角θ，不计摩擦。现将绳的一端由Q点缓慢地向左移到P点，则（ ）

A. θ角不变，物体上升
B. θ角不变，物体下降
C. θ角变小，物体上升
D. θ角变小，物体下降
【答案】A
【解析】
【详解】ABCD.对A物体由二力平衡可得，绳的拉力等于物体重力，对滑轮由三力平衡得，绳拉力的合力不变，绳的拉力不变，故绳的夹角不变，所以θ不变，由于Q点缓慢地向左移到P点，所以绳子向左移，故A上升，故选项A正确，选项BCD错误。
故选A。
7. 2024年3月20日，内蒙古扎兰屯市出现“幻日”景观。幻日是一种大气光学现象，称为“双太阳”。图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为a、b两种单色光穿过六角形冰晶的过程图，则在冰晶中（ ）
A. a的折射率比b的大B. a的频率比b的大
C. 在冰晶a的传播速度比b的小D. 真空中a的波长比b的大
【答案】D
【解析】
【详解】ABC．由图可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折程度比b光的偏折程度小，则a的折射率比b的小，a的频率比b的小，a的波长比b的大；故ABC错误；
D．根据，可知a的传播速度比b的大。故D错误。
故选D。
8. 半径为R半圆形的弯曲面固定放置在水平地面上的C点，O是圆心，AB是水平直径，OC是竖直半径，D是圆弧上的一个小孔，∠COD=60°。现让视为质点的小球（直径略小于小孔D的直径）从O点水平向右抛出，经过D（与小孔无碰）落到水平地面的E点，重力加速度大小为g，下列说法正确的是（ ）
A. 小球在D点的速度方向由O指向D
B. 小球在D点的速度大小为
C. 小球在O点的速度大小为
D. 小球由D到E运动的时间为
【答案】B
【解析】
【详解】A．小球从O到D点做平抛运动，根据平抛运动规律速度的反向延长线过水平位移中点，小球从O点抛出，故D点的速度方向不可能由O指向D，故A错误；
C．小球从O到D点做平抛运动，则有
，
解得小球在O点的初速度大小为
故C错误；
D．根据上述可以解得，小球由O到D的运动时间
从O到E的运动过程有
解得
则小球从D到E运动时间为
故D错误；
B．结合上述可知，小球在D点的速度大小为
故B正确。
故选B。
9. 2023年10月26日，“神舟十七号”飞船从酒泉卫星发射中心发射升空后与在轨高度约为400km的“天宫”空间站核心舱完成自主快速交会对接，为之后空间科学实验和技术试验提供更多条件。已知同步卫星距地面的高度约为36000km，地球半径约为6400km，下列说法正确的是（ ）

A. 据题中信息可估算出空间站的运行周期
B. 神舟十七号飞船的发射速度可能为11.2km/s
C. 空间站绕地球做圆周运动的速度可能等于7.9km/s
D. 空间站内，宇航员可以利用单摆测重力加速度，但不能使用水银气压计测舱内气压
【答案】A
【解析】
【详解】A．根据开普勒第三定律有
由题意已知地球半径R约为6400km，空间站的轨高约为400km，同步卫星距地面的高度约为36000km，且同步卫星的周期等于1天，则代入数据可估算出空间站的运行周期，故A正确；
B．11.2km/s为第二宇宙速度，若神舟十七号飞船的发射速度为11.2km/s，则它会克服地球的引力，永远离开地球，不可能绕地球运动了，故B错误；
C．7.9km/s为第一宇宙速度，也叫最大环绕速度，即围绕地球表面附近做匀速圆周运动的卫星速度为7.9km/s，根据万有引力提供向心力有
可得
由于空间站绕地球做圆周运动的轨道半径大于围绕地球表面做匀速圆周运动卫星的轨道半径，则空间站绕地球做圆周运动的速度小于7.9km/s，故C错误；
D．在空间站内处于完全失重状态，则宇航员不可以利用单摆测重力加速度，故D错误。
故选A。
10. 2023年8月6日2时33分，德州市平原县发生5.5级地震。已知地震波分三种：横波（S波），波速；纵波（P波），波速；面波（L波），是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波，波速。某地震观测台记录到的该地震曲线，如图甲所示；另外位于震源上方某中学的简易地震预警装置，由单摆A和竖直弹簧振子B组成，A、B的固有周期相同，如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 地震发生时最先明显振动的是单摆A
B. 地震曲线中a为横波（S波）
C. 地震曲线中c为面波（L波）
D. 若在地震曲线上测得纵波（P波）与横波（S波）的时间差为6s，则地震观测台距震源约为40
【答案】C
【解析】
【详解】A．纵波的速度最快，所以纵波最先到达，在甲图中地震发生时最先剧烈振动的是弹簧振子B，故A错误；
BC．由题意可知，纵波的速度最快，横波次之，面波速度最小，最先到达的是纵波，最后到达的是面波，故a为P波，b为S波，c为L波，故B错误，C正确；
D．根据
可以求出地震台距震源的距离
x=54km
故D错误。
故选C。
11. 如图所示，在空间中存在两个相邻的有界匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，其宽度均为L。正方形导体线框的对角线长也为，线框在外力作用下从图示位置沿垂直于磁场方向匀速经过磁场区域，若规定逆时针方向为感应电流的正方向，则能正确反映线圈经过磁场区域过程中产生的感应电流随时间变化的图像是（ ）

A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】在过程中，线框右半部分进入左边磁场，有效切割长度随位移均匀增大，线圈在位置有效切割长度达到最大，电动势达到最大值，则有
，
根据楞次定律可得电流方向为逆时针方向；在过程中，线框左半部分也进入左边磁场，有效切割长度随位移均匀减小，到位置时有效切割长度减小到零，电动势减小到零，感应电流为零，根据楞次定律可得电流方向为逆时针方向；在过程中，线框右半部分进入右方磁场，左半部分在左方磁场，两部分切割磁感线的有效切割长度都在增大，当到达位置时，有效切割长度都达到最大值，由楞次定律知两磁场中两部分感应电流（电动势）对线圈来说方向相同，都为顺时针方向，则有
，
在过程中，有效切割长度随位移均匀减小，到位置时有效切割长度减小到零，电动势减小到零，感应电流为零，由楞次定律知感应电流方向为顺时针方向；在过程中，线框开始离开右方磁场，有效切割长度随位移均匀增大，线圈在位置有效切割长度达到最大，则有
，
由楞次定律知感应电流方向为逆时针方向；在过程中，有效切割长度随位移均匀减小，到位置时有效切割长度减小到零，电动势减小到零，感应电流为零，由楞次定律知感应电流方向为逆时针方向。
故选A。
12. 如图为真空中两点电荷M、N形成的电场中的一簇电场线，已知该电场线关于虚线M、N的连线及其中垂线对称，虚线上的a、b、c、d四点到MN中点O的距离相等，对于上述信息，下列说法正确的是（ ）
A. M、N所带电荷量与元电荷的比值可以是不相同的整数
B. c、d两点处无电场线，故其电场强度一定为零
C. 将电子在c点释放，电子将在c、d之间做简谐运动（不计电子重力）
D. 将电子沿直线从a点移到O点，再从O点移到c点，电子的电势能一直增加
【答案】D
【解析】
【详解】A．根据电场线分布的情况和对称性，可知，A、B是两个等量同种电荷，所以A、B所带电荷量与元电荷的比值是相同的整数，故A项错误；
B．电场线只是形象描述电场的假想曲线，c、d两点处无电场线，其电场强度也不为零，故B项错误；
C．沿中垂线从c点到d点电场强度可能先减小后增大，也可能先增大后减小，再增大最后减小，则电子沿中垂线从c点到d点所受电场力可能先减小后增大，也可能先增大后减小，再增大最后减小，即电子所受电场力大小与相对平衡位置的位移大小不成正比关系，即将电子在c点释放，电子在c、d之间的运动不是简谐运动，故C项错误；
D．沿电场线电势降低，根据等量同种正点电荷的电场分别规律可知，从a点移到O点，再从O点移到c点，电势一直降低，电子带负电，则电势能有
所以将电子沿直线从a点移到O点，再从O点移到c点，电子的电势能一直增加，故D项正确。
故选D。
13. 由电磁理论可知，半径为R、电流强度为I的单匝环形电流，其中心处的磁感应强度大小，其中k为已知常量。正切电流计是利用小磁针的偏转来测量电流的，如图所示，在一个竖直放置、半径为r、匝数为N的圆形线圈的圆心O处，放一个可以绕竖直轴在水平面内转动的小磁针（带有分度盘）。该线圈未通电时，小磁针稳定后所指方向与地磁场水平分量的方向一致。调整线圈方位，使其与静止的小磁针在同一竖直平面内。给线圈通上待测电流后，小磁针偏转了角。已知仪器所在处地磁场磁感应强度的水平分量的大小为。则（ ）
A. 待测电流在圆心O处产生的磁感应强度大小为
B. 待测电流在圆心O处产生的磁感应强度大小为
C. 待测电流大小为
D. 待测电流大小为
【答案】C
【解析】
【详解】AB．由题意知，线圈平面与地磁场水平分量方向一致，又待测电流在圆心O处产生磁感应强度方向垂直于线圈平面，则与方向垂直，即地磁场磁感应强度的水平分量与的关系如图所示
有
①
故AB错误；
CD．根据题意可知
②
可得
故C正确，D错误；
故选C。
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，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
14. 下列说法正确的是（ ）
A. 电磁波发射时需要用到调谐技术
B. 液体的表面张力方向总是跟液面相切
C. 照相机镜头表面涂上增透膜是利用光的偏振原理
D. 分子间相互作用的引力和斥力总是同时存在的
【答案】BD
【解析】
【详解】A．电磁波的发射需要调制，电磁波的接收需要调谐和解调，故A错误；
B．液体的表面张力方向总是跟液面相切，故B正确；
C．照相机镜头表面涂上增透膜是利用光的干涉现象，故C错误；
D．根据分子动理论，分子间相互作用的引力和斥力总是同时存在的，故D正确。
故选BD。
15. 如图甲所示，在均匀介质中，坐标系xy位于水平面内，O处的波源垂直xy平面向上开振后，产生的简谐横波在xy平面内传播，此时（t=0时刻）在xy平面内恰好第一次形成如图甲的波动情况（图中实线圆、虚线圆分别此刻相邻的波峰和波谷），图乙为图甲中质点A的振动图像，z轴垂直于xy水平面，且正方向为竖直向上。下列结论正确的是（ ）
A. 该波的波长为1m
B. 该波的波速为10m/s
C. t=0.5s时，波恰好传到C点
D. t=0.15时，质点B恰好向上开振
【答案】BD
【解析】
【详解】A．由甲图知，相邻波峰波谷间的距离为1m，则波长为2m，故A错误；
B．由乙图知，周期为0.2s，则波速为
故B正确；
CD．由题意知，t=0时波传到离波源2.5m处，而C离波源为5m，则波传到C需0.25s，B离波源为4m，则波传到B需0.15s，故C错误，D正确。
故选BD。
三、非选择题（本题共5小题，共55分）
16.
（1）下列实验装置和方案可以用来验证机械能守恒定律的是（ ）
A. 利用打点计时器和重锤自由下落来验证
B. 利用光电门和摆锤自由摆动来验证
C. 利用打点计时器和小车沿斜面匀速下滑来验证
D. 利用悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面不接触，D处（箭头所指处）放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面来验证
（2）利用（1）中A选项中的实验装置，打出如图甲所示的一条纸带，已知打点计时器的频率为50Hz。则打点计时器打下C点时，重锤下落的速度vC = __________m/s。（结果保留三位有效数字）
（3）某同学用两个体积相同质量分别为m1和m2的重物进行实验，测出数据后画出—h图像如图乙所示，由图像可知m1________m2（填大于或小于）；已知实验所用的重物质量m1 = 50g，当地重力加速度g = 9.8m/s2，测得乙图中m1所对应的图像斜率k = 9.6m/s2，求出重物所受的平均阻力Ff = __________N。（结果保留二位有效数字）
【答案】（1）ABD （2）1.51
（3） ①. 大于 ②. 0.010
【解析】
【小问1详解】
A．利用打点计时器和重锤自由下落，空气阻力影响很小的情况下可以认为重锤机械能守恒，可以用来验证机械能守恒，故A正确；
B．利用光电门和摆锤自由摆动，空气阻力影响很小的情况下可以认为摆锤机械能守恒，可以用来验证机械能守恒，故B正确；
C．利用打点计时器和小车沿斜面匀速下滑，小车受摩擦力的作用（且影响较大），小车机械能不守恒，故C错误；
D．利用悬挂在O点的小球摆到最低点时恰好与桌面不接触，D处（箭头所指处）放一锋利的刀片，细线到达竖直位置时能被割断，小球做平抛运动落到地面，整个过程中空气阻力影响很小的情况下可以认为小球机械能守恒，可以用来验证机械能守恒，故D正确。
故选ABD。
【小问2详解】
用BD段的平均速度代表C点的瞬时速度有
【小问3详解】
[1][2]根据题意，由动能定理有
则有
可知图线的斜率
由图丙可知，m2的斜率小，则m2的质量小，所以m1的质量大于m2的质量，同理
则
代入数据解得
f = 0.010N
17. 小华同学是一名山地车骑行爱好者，为了夜间骑行安全，他网购了一个太阳能山地车尾灯（如图甲所示）。好奇心驱使他将太阳能尾灯拆开，发现了可以为内部的一组镍氢电池组充电的光伏板。小华同学想测量该光伏板的电动势（电动势约为4V）及其内阻，于是他从实验室借到了以下器材：
A.电压表V（量程0~3V，内阻为3kΩ）
B.毫安表A（量程0~100mA，内阻很小）
C.滑动变阻器R（0~500Ω）
D.定值电阻R1=3kΩ
E.定值电阻R2=12kΩ
F.开关、导线若干
（1）小华设计了如图乙所示的电路，为了精确测量电路电压，则与电压表串联的定值电阻为______（选填“R1”或“R2”）
（2）请根据电路图乙，用笔画线代替导线连接下面的实物图______
（3）在一定的光照条件下对光伏板按上述电路进行实验，将电压表的读数记为U，毫安表的读数记为I，通过改变滑动变阻器的阻值，测得多组U、I值，根据记录的实验数据做出U-I图像如图丙所示，通过图像可得光伏板的电动势E=__________V，图中线性段时光伏板的内阻r=_________Ω（结果均保留3位有效数字）。
【答案】（1）R1 （2）
（3） ①. 4.20 ②. 15.0
【解析】
【小问1详解】
定值电阻R1与电压表串联，可将电压表的量程扩大为6V，可满足实验要求，即与电压表串联的定值电阻为R1。
【小问2详解】
电路连线如图：
【小问3详解】
[1][2]根据
可知
可知
解得电源电动势
E=4.20V
解得
r=15.0Ω
18. 如图所示为一个空的玻璃瓶，容积为500mL，这种玻璃瓶可以用来测量水的深度。有一次为了测量某条河水的深度，潜水员在水面将100mL的水装入玻璃瓶中，并拧紧瓶盖带入水底。然后倒置瓶身，打开瓶盖，稳定后发现瓶中的水变多，测得水的体积为200mL。若将瓶中的气体视为理想气体，从水面到水底气体没有泄露且温度不变。已知水的密度ρ为1.0×103kg/m3，大气压强p0为1.0×105Pa，重力加速度g为10m/s2。求：
（1）水底的压强p；
（2）河水的深度h。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）对所封闭的气体，初态，，末态
根据玻意耳定律
解得水底压强
（2）根据
可得水深
19. 如图所示，AB是竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道，半径R=1m，下端B与水平直轨道BD平滑相切，水平直轨道BD由光滑的BC段和粗糙的CD段组成，其中LBC=1m，LCD=2m。直轨道的D端与一个足够长的倾角θ=37°的传送带平滑连接，传送带以恒定的速率v逆时针运动。有一个质量m=1kg的小物块（可看作质点）从A点无初速度释放，物块与CD面间的动摩擦因数为μ1=0.4，与传送带间的动摩擦因数为μ2=0.5，不计连接处能量的损失.（g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8），求：
（1）物块第一次到B点对圆轨道的压力大小；
（2）若传送带的速度v=2m/s，则物块在CD段上产生的热量与在传送带上产生的热量的比值；
（3）物块从传送带上返回后，最后停在CD上，离C点的距离为x，传送带的速率v可以通过电机调节，写出x与v的关系式。
【答案】（1）30N；（2）25：8；（3）当，；当，
【解析】
【详解】（1）从A到B由机械能守恒可知
在B点时
解得
根据牛顿第三定律可知，物块第一次到B点对圆轨道的压力大小
（2）物块在CD段上产生的热量
从开始下滑到到达D点由动能定理
解得
滑上传送带上的加速度
到达最高点的时间
上滑的距离
滑块相对传送带的位移
下滑时
与传送带共速时

滑块相对传送带的位移
与传送带摩擦生热
再次滑上CD时
在CD上产生的热量
则
（3）①若传送带的速度
物块返回到D点的速度为2m/s，则根据
在CD上滑行的距离
距离C点距离
②若传送带的速度
与传送带共速后
到达底端时
在CD上滑行时
停止时距离D点的距离
停止时距离C点的距离
20. 如图所示，有一个间距为L=0.5m的足够长平行金属导轨与水平面成θ=37°放置，有3个电阻连在金属导轨上，其中R1=2Ω，R2=3Ω，R3=6Ω。导轨与电阻R1和R3构成的回路中存在垂直轨道平面向上、磁感应强度为B2=2T的匀强磁场，在平行导轨的顶端通过导线和开关连接一个面积为S=0.1m2，匝数N=200匝，电阻为r=1Ω的线圈，线圈竖直放置，在线圈内存在沿竖直方向、且随时间均匀增加的匀强磁场B1。在导轨上放置一个质量m=1kg、电阻r=1Ω、长度L=0.5m的导体棒，导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5。开关S断开，不计导轨的电阻，g=10m/s2，sin37°=0.6，cs37°=0.8，求：
（1）从静止释放导体棒，导体棒能达到的最大速度是多少？
（2）导体棒从静止释放到稳定运行用时t=5s，这段时间通过电阻R3的电荷量是多少？导体棒的位移是多大？
（3）现闭合开关S，为使导体棒能静止于导轨上，那么在线圈中所加磁场的磁感应强度B1变化率的取值范围以及B1的方向。
【答案】（1）4m/s；（2）1C，12m；（3），竖直向上
【解析】
【详解】（1）对导体棒由牛顿第二定律得
感应电流为
导体棒最大速度时
解得
（2）对导体棒从静止释放到稳定运行由动量定理得
这段时间通过电阻R3的电荷量是
则
解得
（3）感应电流为
导体棒所受安培力大小为
导体棒能静止于导轨上，受平衡力作用，安培力方向沿导轨向上，安培力最大值
解得
安培力最小值
解得
所以在线圈中所加磁场的磁感应强度B1变化率的取值范围
在线圈内存在沿竖直方向、且随时间均匀增加的匀强磁场B1。根据楞次定律和安培定则知闭合线圈中所加磁场方向竖直向上。
21. 如图所示，在xOy平面坐标系第三、四象限内存在一个圆心为坐标原点的圆环状的均匀辐向电场。在x轴上方，圆心坐标为（0，R）、半径为R的圆内分布着方向垂直于纸面向里的磁感应强度为B1=B的匀强磁场。在圆形磁场区域的右侧有一水平放置的正对平行金属板A、A'，板间距离为R，板长为2R，板间中线的反向延长线恰好过圆形磁场的圆心O1。在圆环的外径上均匀放置粒子源，能不断释放初速度为0，质量为m、电荷量绝对值为q的带负电粒子，已知一个沿y轴正方向射入磁场的粒子，恰好能沿板间中线方向射入平行板间。不计粒子重力、空气阻力及粒子间的相互作用力，求：
（1）均匀辐向电场内外径的电势差U；
（2）若已知平行金属板间电场强度，则从A、A'板右端射出平行金属板的粒子数与从O点射入磁场的总粒子数的比值；
（3）若平行金属板足够长，且在平行金属板的左端装上一挡板（图中未画出），挡板正中间有一小孔，恰能让单个粒子通过，板间中线刚好穿过小孔。在两板间加上沿y轴正方向的电场强度为E的匀强电场和垂直纸面向外的磁感应强度为B2=2B的匀强磁场，要使粒子能从两极板间射出，求电场强度E的大小范围。
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
详解】（1）由动能定理得
由牛顿第二定律得
解得
（2）有几何关系可知，有的粒子可以进入平行金属板
所以射出平行金属板的粒子数与总粒子数的比值为。
（3）由
解得
①当时
②当时
解得
则
解得
③当时
则
则
解得
综上所述电场强度E的大小范围