10，浙江省杭州第四中学（下沙、吴山校区）2023-2024学年高二上学期期中物理试题（选考）

这是一份10，浙江省杭州第四中学（下沙、吴山校区）2023-2024学年高二上学期期中物理试题（选考），共26页。试卷主要包含了考试结束，只上交答题卷，4B等内容，欢迎下载使用。
2023年11月
考生须知：
1.本试卷分试题卷和答题卷，满分100分，考试时间90分钟。
2.答题前，在答题卷上填写班级、姓名、试场号、座位号，并填涂卡号。
3.所有答案必须写在答题卷上，写在试题卷上无效。
4.考试结束，只上交答题卷。
一、选择题（本大题共15小题，每小题3分，共45分。每题只有一个选项正确）
1. 学科核心素养是学科育人价值的集中体现。物理学科核心素养包括“物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任”四个方面。下列关于物理观念和科学思维的认识，正确的是（ ）
A. 加速度a=、电场强度E=的定义都运用了比值法
B. 合力对物体做功为负，物体的机械能一定不守恒
C. 驾驶员通过操作方向盘不能使汽车在光滑的水平面上拐弯
D. “蛋碎瓦全”，说明瓦片撞击鸡蛋的力大于鸡蛋撞击瓦片的力
【答案】C
【解析】
【详解】A．加速度
a=
是加速度的决定法，故A错误；
B．合力可以仅是物体的重力，重力做负功，但机械能也守恒，故B错误；
C．汽车拐弯是靠地面对轮胎的静摩擦力，光滑地面无法提供摩擦力，故C正确；
D．根据牛顿第三定律可知瓦片撞击鸡蛋的力等于鸡蛋撞击瓦片的力，故D错误。
故选C。
2. 以下是书本上的用图片表示的情境，下列说法正确的是（ ）您看到的资料都源自我们平台，20多万份最新小初高试卷，家威鑫 MXSJ663 免费下载
A. 图甲，斜向上喷出的水到径迹最高点时的速度为零
B. 图乙，航天员在天宫二号上展示的水球对球内的气泡无浮力作用
C. 图丙，一艘炮舰沿河由西向东行驶，要击中目标，射击方向应直接对准目标
D. 图丁，有些火星的轨迹不是直线，说明这些微粒不是沿砂轮的切线方向飞出的
【答案】B
【解析】
【详解】A．图甲，斜向上喷出的水到径迹最高点时的速度不为零，速度沿水平方向，A错误；
B．图乙，航天员在天宫二号上展示的水球因为处于完全失重状态对球内的气泡无浮力作用，B正确；
C．图丙，一艘炮舰沿河由西向东行驶，如果射击方向应直接对准目标，由于炮弹具有向东和向北两个速度，炮弹一定落在目标的东侧，C错误；
D．图丁，有些火星的轨迹不是直线，是因为微粒的重力较大，所以轨迹向下弯曲，这些微粒仍然是沿砂轮的切线方向飞出的，D错误。
故选B。
3. 2021年9月17日，神舟十二号载人飞船成功返回地面。返回舱返回过程中，有一段时间通讯与地面会严重失效，甚至完全中断，这种现象称为黑障。形成黑障的直接原因最有可能的是（ ）
A. 返回舱周围形成的高温等离子层
B. 返回舱的金属外壳外部产生静电屏蔽
C. 返回舱在返回过程出现的失重现象
D. 返回舱进入对流层后受大气的扰动
【答案】A
【解析】
【详解】飞船在返回时以极高速度进入大气层，产生高温2000℃（高速使动能转化热能，使船体外壳达到2000℃，从而使周围的空气电离形成等离子体，屏蔽电磁波从而地面人员无法得知飞船的实时状况），而在接近地面时，（虽然大气密度大）飞船速度下降，温度降低，在太空（虽然高速运动）没有大气，不易产生摩擦生热而燃烧而不会产生屏蔽。
故选A。
4. 如图，在水平光滑桌面上，两相同的矩形刚性小线框分别叠放在固定的绝缘矩形金属框的左右两边上，且每个小线框都各有一半面积在金属框内，在金属框接通逆时针方向电流的瞬间（ ）
A. 两小线框会有相互靠拢的趋势
B. 两小线框会有相互远离的趋势
C. 两小线框中感应电流都沿逆时针方向
D. 左边小线框中感应电流沿顺时针方向，右边小线框中感应电流沿逆时针方向
【答案】B
【解析】
【详解】根据右手螺旋定则可知，通电导线瞬间，对于左金属框，因矩形金属框内部的磁场比外部强，所以左小线圈有向外的磁通量，且增大；同理，右边金属框也一样，因此左、右小线圈的磁通量均增大，根据楞次定律可知，线圈的感应电流方向都是顺时针方向，根据左手定则，可以判断左小线圈两边受力都向左，右小线圈两边受力向右，知两线圈的运动情况是相互远离．故B正确，ACD错误．故选B．
5. 如图所示，一位同学用双手水平夹起一摞书，并停留在空中。已知手掌与书间的动摩擦因数μ1=0.3，书与书间的动摩擦因数μ2=0.2，设最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力大小。若每本书的质量为0.2kg，该同学对书的水平正压力为200N，每本书均呈竖直状态，则下列说法正确的是（ ）
A. 每本书受到的摩擦力的合力大小不等
B. 书与书之间的摩擦力大小均相等
C. 他最多能夹住42本书
D. 他最多能夹住60本书
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】A．每本书受到的摩擦力的合力与重力平衡，若每本书的质量相同，则它受到的摩擦力的合力大小相等，A错误；
B．越靠外侧，书与书间的摩擦力越大，B错误；
CD．以这一摞书这研究对象，每只手对其的最大静摩擦力为
=60N
这一摞书受力平衡
解得
n1=60
但书与书间的最大静摩擦力为
=40N
除了左右两侧跟手接触的两本书，以剩下的这一部分书为对象，由平衡条件
解得
n2=40
加跟手接触的两本书，共42本书。所以C正确，D错误。
故选C。
6. 如图所示，三个小球A、B、C的质量均为m，A与B、C间通过铰链用轻杆连接，杆长为L。B、C置于水平地面上，用一轻质弹簧连接，弹簧处于原长，现A由静止释放下降到最低点，两轻杆间夹角由60°变为120°，B、C在同一竖直平面内运动，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为g。则此下降过程中（ ）
A. A的动能达到最大前，B受到地面的支持力大于
B. B的动能最大时，B受到地面的支持力等于
C. 弹簧的弹性势能最大时，A的加速度方向竖直向下
D. 弹簧的弹性势能最大值为
【答案】B
【解析】
【详解】A．在A的动能达到最大前A一直向下做加速运动，A处于失重状态，整个系统处于失重状态，地面对系统的支持力小于3mg，则B受到地面的支持力小于，故A错误；
B．A的动能最大时所受合力为零，设B和C受到地面的支持力大小均为F，此时整体在竖直方向受力平衡，由平衡条件得
2F=3mg
解得
故B正确；
C．当A达到最低点时动能为零，此时弹簧的弹性势能最大，A的加速度方向向上，故C错误；
D．A球达到最大动能后向下做减速运动，到达最低点时三个小球的动能均为零，由机械能守恒定律得，弹簧的弹性势能为
Ep=mgL(cs30°-cs60°)=
故D错误。
故选B。
7. 如图所示，质量为m的小球，从高为H的O处，以初速度v0水平抛出，落在高为h，倾角为θ的斜面上，落点为P点，OP与水平方向夹角大于θ，空气阻力不计。下列说法正确的是（ ）
A. 若只增大小球质量，则小球落到P点的下方
B. 若只将小球抛出点水平右移，平抛运动时间变短
C. 若只增大初速度v0，小球刚落到斜面上时速度方向保持不变
D. 若只降低小球的抛出高度H，则小球有可能无碰撞地进入斜面
【答案】D
【解析】
【详解】A．平抛的物体只受重力，其加速度都为重力加速度，则增大小球质量，加速度不变轨迹不变，则小球仍落到P点，故A错误；
B．若只将小球抛出点水平右移，假设竖直位移仍是原来的高度，水平位移不变，落点将在P点右侧，实际竖直高度变大，由
可知平抛运动时间变长，故B错误；
C．若只增大初速度v0，落点在P点右侧，因位移偏向角不同且不等于斜面倾角，则其速度偏向角不同，故小球刚落到斜面上时速度方向不同，故C错误；
D．只降低小球的抛出高度H，则小球的速度可以和斜面平行，则有可能无碰撞地进入斜面，故D正确；
故选D。
8. 2021年5月22日，中国首辆火星车“祝融号”已安全驶离着陆平台，到达火星表面（如图所示）开始巡视探测，已知地球质量约为火星质量的9.28倍，地球的第一宇宙速度约为火星的2.2倍。假设地球和火星均为质量分布均匀的球体，不考虑地球和火星的自转，则“祝融号”在地球表面和火星表面所受万有引力大小的比值约为（ ）
A. 0.4B. 0.9C. 2.5D. 9
【答案】C
【解析】
【详解】设祝融号质量为m，地球质量为M，地球的第一宇宙速度为v，地球的半径为R，则
得
祝融号在地球表面所受万有引力为
设火星质量为M1，火星的第一宇宙速度为v1，火星的半径为R1，同理可得祝融号在火星表面所受万有引力为
所以
故ABD错误，C正确。
故选C。
9. 如图所示，一内壁光滑的玻璃管竖直放置，上端开口，下端封闭，管底有一带电小球，整个装置在垂直纸面向里且足够大的匀强磁场中水平向右匀速运动，经过一段时间，小球从上端开口处飞出，若整个过程中小球所带电量不变，则小球从开始至离开管口前的过程，下列说法中正确的是（ ）
A. 小球所受洛伦兹力方向竖直向上
B. 小球运动的轨迹为抛物线
C. 洛伦兹力对小球做正功
D. 运动过程中小球的机械能守恒
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】A．整个装置水平向右匀速运动，小球从上端开口处飞出，由左手定则可知，洛伦兹力方向总是与小球的速度方向垂直，洛仑兹力斜左上方，故A错误；
B．由牛顿第二定律得
小球的加速度不随时间变化，恒定不变，故小球竖直方向做匀加速直线运动，水平方向做匀速直线运动，则小球运动轨迹是抛物线；故B正确；
C．洛伦兹力方向总是与小球的速度方向垂直，对小球不做功，故C错误；
D．由于小球受到玻璃管的作用力对小球做功，故小球的机械能不守恒；故D错误。
故选B。
10. 某地有一风力发电场，共有风力发电机20台，如图所示，发电机的叶片转动时可形成直径为的圆面。某日该地区的风速是，风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为，假如该风力发电机能将通过此圆面内空气动能的转化为电能。取3。下列说法中正确的是（ ）
A. 每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气体积为
B. 每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气动能为
C. 每台风力发电机发电的功率为
D. 该发电场工作，发电量约
【答案】D
【解析】
【详解】A．设风速为，每秒能到达圆面的空气柱的长度为
设叶片的长度为R=20m，则每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气体积为
故A错误；
B．每秒冲击每台风力发电机叶片转动形成圆面的空气质量为
则其动能为
故B错误；
C．每台风力发电机发电的功率为
故C错误；
D．该发电场工作，发电量约
故D正确。
故选D。
11. 一带电粒子仅在电场力作用下在电场中从静止开始做直线运动，运动过程中其动能与其位移x的变化关系如图所示，若F表示电场力，E表示电场强度，表示电势能，v表示运动速度，则下列图象合理的是（ ）
A. B.
C D.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】由动能定理可知
由图像可知，随x的增加，图线的斜率减小，则电场力F逐渐减小，场强E逐渐减小，根据
可知电势能逐渐减小且图像的斜率减小；速度v逐渐增加，但不是线性增加，故选项ABD错误，C正确。
故选C。
12. 2021年7月1日晚，S市湿地公园内举行建党10周年纪念活动。如图所示为400架大疆无人机的飞行表演。表格中是该款无人机铭牌上的参数，下列说法正确的是（ ）
A. 无人机充电时，从无电状态到满电状态所需时间约为8小时
B. 无人机充满电后，总电荷量为1.44×104C
C. 无人机正常飞行时的机械功率为80W
D. 电池可供无人机持续飞行约2小时
【答案】B
【解析】
【详解】A．无人机充电时，从无电状态到满电状态所需时间
A错误；
B．无人机充满电后，总电荷量为
B正确；
C．无人机正常飞行时电池的输出功率
电池的输出功率一部分转化为机械功率，另一部分转化为电动机内部产热的功率，可知无人机正常飞行时的机械功率小于60W，C错误；
D．电池可供无人机持续飞行时间
D错误。
故选B。
13. 如图所示，在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.5m、质量为2kg的通电直导线，电流大小I=2A、方向垂直于纸面向里，导线用平行于斜面的轻弹簧拴住不动，整个装置放在磁感应强度为5T,竖直向上的磁场中，已知弹簧的劲度系数为400N/m,整个过程未超出弹簧的弹性限度，则以下说法正确的是（g取10m/s2）
A. 通电直导线对斜面的压力为19N
B. 弹簧的伸长量为4m
C. 如果磁感应强度增大，则弹簧的弹力减小
D. 如果磁感应强度增大，则通电导线对斜面的压力减小
【答案】D
【解析】
【详解】AB、通电直导线受到重力、斜面对其的支持力、弹簧对其的拉力和水平向右安培力作用，通电直导线受到的安培力：，根据平衡条件可得：，，解得：，，根据胡克定律可知弹簧的伸长量为：，故A、B错误；
CD、如果磁感应强度增大，通电直导线受到的安培力增大，弹簧的弹力增大，斜面对通电导线的支持力减小，故D正确，C错误；
故选D．
14. 如图所示，当有电流I垂直于磁场方向通过半导体板时，连接在半导体板两侧的电压表指针发生偏转，说明半导体板两侧之间存在霍尔电压UH。用同种材料制成的不同规格的半导体板进一步实验，记录数据结果如表格所示。由于粗心，表格第一行没有记录全部相关的物理量，只记得第一列为实验次数，第三列为通入的电流大小，第五列为霍尔电压，已知厚度（ab边长）为h、宽度（bc边长）为l，长度（be边长）为d。请用你学过的物理知识并结合表中数据判断，下列说法正确的是（ ）
A. 第二列为板的厚度h
B. 第四列为半导体长度d
C. 霍尔电压正负与半导体中导电粒子正负无关
D. 磁感应强度加倍，厚度减半，电流大小减半，霍尔电压不变
【答案】A
【解析】
【详解】C．电流I的方向不变，若导电粒子的正负不同，则粒子偏转方向不同，霍尔电压正负不同，C错误；
AB．当半导体中带电粒子的洛伦兹力与静电力平衡时有
化简得
UH=Bvl
通电导线电流
I=nqvhl
化简得
在电流大小相等时，霍尔电压与磁感应强度成正比，与厚度h成反比，所以第二列为厚度h，第四列为磁感应强度B，A正确，B错误；
D．根据公式可知，磁感应强度加倍，厚度减半，电流大小减半，霍尔电压变为原来2倍，D错误。
故选A。
15. 如图所示，a、b、c、d是坐标轴上与原点O距离均为l的四个点，在a、c位置分别固定电荷量为+q的点电荷，在b、d位置分别固定电荷量为-q的点电荷，下列说法正确的是（ ）
A. 坐标（0.5l，0）与（0，0.5l）两处场强相同
B. 坐标（0.5l，0）与（0，0.5l）两处电势相同
C. 将一带正电的试探电荷由坐标（l，l）处移至原点O，试探电荷的电势能增大
D. 将一试探电荷沿ab连线的中垂线由坐标（0.5l，0.5l）处移至（-0.5l，-0.5l）处的过程中，试探电荷所受电场力先减小后增大
【答案】D
【解析】
【详解】A．两个正电荷在坐标（0.5l，0）处的合场强向左，两个负电荷在坐标（0.5l，0）处的合场强也向左，所以4个电荷在坐标（0.5l，0）处的合场强向左；两个正电荷在（0，0.5l）处的合场强向上，两个负电荷在（0，0.5l）处的合场强也向上，所以4个电荷在（0，0.5l）处的合场强向上；坐标（0.5l，0）与（0，0.5l）两处场强方向不同，A错误；
B. 坐标（0.5l，0）靠近正电荷电势为正值，（0，0.5l）靠近负电荷电势为负值，两处电势不相同，B错误；
C. 根据对称性，坐标（l，l）和原点O的电势都等于零，将一带正电的试探电荷由坐标（l，l）处移至原点O，电场力不做功，试探电荷的电势能不变，C错误；
D. 根据点电荷的场强公式，坐标（0.5l，0.5l）处与（-0.5l，-0.5l）处的电场强度不等于零，原点O的电场强度等于零，将一试探电荷沿ab连线的中垂线由坐标（0.5l，0.5l）处移至（-0.5l，-0.5l）处的过程中，试探电荷所受电场力先减小后增大，D正确。
故选D。
二、非选择题（本题共6小题，共55分）（第16题、第17题每空2分，共16分）
16. 小姚同学用如图甲所示装置做“探究加速度与力、质量关系”实验。
①关于此实验的下列说法，正确的是___________。
A.垫上木块是为了更好地使小车加速下滑
B.补偿阻力时，应使小车拖着纸带但不挂槽码
C.应调节滑轮高度使细线与小车轨道平行
D.槽码质量应该和小车质量差不多，以减小相对阻力
②图乙为某次实验得到的纸带，图中相邻计数点间还有4个打点未画出，打点计时器频率为50，则打下计数点4时小车的速度为___________，由纸带可得小车运动的加速度为___________。（以上均保留两位有效数字）
③根据实验数据得到加速度与力的关系如图丙中实线所示，则可知所挂槽码质量不应超过___________
A.22g B.30g C.40g D.50g
【答案】 ①. BC##CB ②. 0.30 ③. 0.30 ④. A
【解析】
【详解】①[1]A．垫上木块是为了平衡小车下滑时受到的摩擦阻力，选项A错误；
B．补偿阻力时，应使小车拖着纸带但不挂槽码，选项B正确；
C．应调节滑轮高度使细线与小车轨道平行，使得细线的拉力即为小车受到的合力，选项C正确；
D．为使得槽码的重力近似等于小车的牵引力，则应该使槽码质量远小于小车质量，选项D错误。
故选BC。
②[2]相邻计数点间还有4个打点未画出，可知T=0.1s；打下计数点4时小车的速度为
[3]由纸带可得小车运动的加速度为
③[4]由图像得，当F＞0.22N时，a-F图像不再是过原点的直线，则所挂槽码质量不应超过
故选A。
17. 某兴趣小组利用图1所示的电路，把开关掷向a对给定电容值为C的电容器充电。R表示接入的电阻，E表示电源（忽略内阻）。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，得到i－t图后经过计算机软件处理得到如图所示的q－t曲线如图2中①②所示。
（1）根据q－t图像以下判断正确的是（ ）
A．①②两条曲线不同是E的改变造成的 B．①②两条曲线不同是R的改变造成的
C．需要对电容器快速充电时，R越小越好 D．需要对电容器快速充电时，R越大越好
（2）小明同学利用图3和图4的电路图连接电路，分别完成了“测量电源电动势和内阻”和“测量某一段长度已知的电阻丝的电阻率”两个实验，两个电路使用同一电源。
①图5是该同学根据实验测得的数据在同一坐标轴上同时作出两个实验的U－I图像，下列说法正确的是（ ）
A．图3中电压表的内阻对实验结果无影响；
B．图4中电压表的内阻对实验结果无影响；
C．图5可知，电源的电动势为1.49V，内阻为2.5Ω；
D．在测量的电阻时，若将滑动变阻器移到最右端，消耗的功率约为0.50W
②如图6，用螺旋测微器测得该电阻丝的直径d＝______mm，根据实验所选的电表量程，电压表的示数U＝______V。
【答案】 ① BC##CB ②. BD##DB ③. 0.495 ④. 0.80
【解析】
【详解】（1）[1]AB．最终电荷量稳定时，两条曲线的电荷量相同，根据可知，稳定时电压相同，则电源电压未发生变化，而充电的时间不同，说明电流强度不同，说明电路阻值变化，即 ①②两条曲线不同是R的改变造成的，故A错误，B正确；
CD．需要对电容器快速充电时，根据可知，电流越大越好，则电阻越小越好，故C正确，D错误。
故选BC。
（2）[2]A．“测量电源电动势和内阻”实验时，若如图3所示采用相对电源的电流表外接法，则电流表所测电流是通过电源的电流和通过电压表的电流之和，根据并联分流原理可知，电压表内阻对测量结果有影响，故A错误；
B．“测量某一段长度已知的电阻丝的电阻率”实验，若如图4所示采用电流表内接法，无论电压表内阻多大，电压表所测电压都是电阻丝两端的电压，电压表内阻对实验结果无影响，故B正确；
C．根据闭合电路欧姆定律，有
故电源的图像斜率为负，斜率的绝对值表示内阻大小，由图可知内阻大小为
电源电动势为
故C错误；
D．根据图可知，待测电阻阻值约为
电源电动势为，内阻为，当将滑动变阻器移到最右端，消耗的功率
故D正确。
故选BD。
（3）[3]由图可知，螺旋测微器读数为
[4]电源电压为1.5V，则量程选3V，则读数为0.80V。
18. 某十字路口，红灯拦停了很多汽车，拦停的汽车排成笔直一列，最前面的一辆汽车的前端刚好与路口停车线相齐，相邻两车的前端之间的距离均为。假设绿灯亮起瞬时，每辆汽车都同时以加速度启动，做匀加速直线运动，速度达到时做匀速运动通过路口。该路口亮绿灯时间，而且有按倒计时显示的时间显示灯。另外交通规则规定：原在绿灯时通行的汽车，绿灯结束时刻，车头已越过停车线的汽车允许通过。求：
（1）一次绿灯时间有多少辆汽车能通过路口？
（2）事实上由于人要有反应时间，绿灯亮起时不可能所有司机同时起动汽车，现假设绿灯亮起时，第一个司机迟后起动汽车，后面司机都比前一辆车迟后起动汽车，在该情况下，有多少辆车能通过路口？
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）汽车做匀加速运动的时间为
每辆车在内位移为
一次绿灯通过路口的车辆数目为
故一次绿灯能通过35辆汽车。
（2）设一次绿灯能通过辆汽车，则
第辆汽车通过路口有
解得
故一次绿灯能通过辆汽车。
19. 如图所示，长度为L=3m的水平传送带以速度v=4m/s顺时针匀速转动，距离传送带末端B点右侧竖直高度差h=0.8m处有一半径均为R=0.5m光滑圆弧管道CD、DF，C、D等高，E为DF管道的最高点，FG是长度d=10m倾角θ=37°的粗糙直管道，在G处接一半径为R'=2m，圆心为O点的光滑圆弧轨道GHQ，H为最低点，Q为最高点，且∠GOH=θ=37°，各部分管道及轨道在连接处均平滑相切，已知物块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.15，不计空气阻力，传送带皮带轮的大小可以忽略，重力加速度大小g=10m/s2。现有质量m=0.2kg的滑块（可视为质点）从传送带左端A点由静止释放，经过B点飞出后，恰能从C点沿切线方向进入圆弧管道，滑块略小于管道内径。求：
（1）滑块离开B点时的速度大小vB以及滑块和传送带之间因摩擦产生的热量Q；
（2）滑块第一次到达E点时对轨道的作用力；
（3）要使滑块能经过G点且不脱离轨道，滑块与管道FG之间动摩擦因数µ'的取值范围。
【答案】（1）3m/s，1.5J；（2）6.4N；（3）
【解析】
【分析】
【详解】（1）滑块在传送带上的加速度为
当滑块滑到B点时，有
解得
此时还未达到与传送带共速，所以速度大小为3m/s。
滑块和传送带之间因摩擦产生的热量
其中
解得
故速度大小为3m/s，摩擦产生的热量为1.5J。
（2）由平抛运动规律得滑块到达C点时竖直分速度
所以滑块到达C点时速度大小
则速度方向与水平方向夹角为
则滑块处于D点时，速度方向与水平方向夹角也为53°，并且动能定理可知滑块在D点时的速度与其在C点时的速度相同，则根据动能定理有
E点，对滑块，由牛顿第二定律得
解得
根据牛顿第三定律得滑块第一次到达E点时对轨道的作用力为
故滑块第一次到达E点时对轨道的作用力为6.4N，方向竖直向上。
（3）设滑块与管道FG之间的动摩擦因数为，要使滑块能经过G点
解得
要使滑块不脱离轨道
解得
所以，要使滑块能经过G点且不脱离轨道，滑块与管道FG之间动摩擦因数的取值范围为。
20. 如图甲所示，MN与PQ是两条水平放置彼此平行的金属导轨，质量m=0.2kg，电阻r=0.5Ω的金属杆ab垂直跨接在导轨上，匀强磁场的磁感线垂直于导轨平面，导轨左端接阻值R=2Ω的电阻，理想电压表接在R两端，导轨电阻不计。t=0时刻ab杆受水平拉力F的作用由静止开始向右运动，t1=6s时ab杆的速度为v1=1m/s，整个运动过程中电压表的示数U随时间t的变化如图乙所示。已知ab杆与导轨间的动摩擦因数μ=0.2，重力加速度g取10m/s2
（1）第5s末，ab杆受到的安培力为多大？
（2）第8s末，ab杆所受的水平拉力为多大？
（3）在9s内ab杆克服滑动摩擦力所做的功为多大？
（4）在图丙中，画出9s内ab杆所受的水平拉力F随时间t的变化图像。
【答案】（1）0.625N；（2）0.6125N；（3）2.4J；（4）
【解析】
【详解】（1）第5s末，回路中的感应电流
I==0.5A
ab杆产生的电动势为
E=I（R+r)=1.25V
由题图乙可知，4~7s，R两端电压不变，则ab杆产生的感应电动势不变，则运动速度不变，5s末ab杆速度与6s末速度相等，为1m/s，设磁场的磁感应强度为B，ab杆的长度为L，则由E=BLv得
BL=
5s末ab杆受到的安培力
F1=BIL=0.625N
（2）由题图甲可知，ab杆两端的电压随ab杆的速度变化关系为
U=v
ab杆在0~4s内做匀加速直线运动，在4~7s内做匀速直线运动，在7~9s内做匀减速直线运动，匀减速运动的加速度大小为
a2==0.5m/s2
在第8s末ab杆所受的安培力为
F2=N=0.3125N
设第8s末ab杆所受的拉力为F，由牛顿第二定律得
μmg+F2-F=ma2
即
F=F2+μmg-ma2=0.6125N
（3）ab杆在0~4s内做匀加速直线运动的位移为
x1=t1=×4m=2m
ab杆在4~7s内的位移为
x2=vt2=3m
ab杆在7~9s内的位移为
x3=t3=×2m=1m
ab杆克服滑动摩擦力所做的功为
W=μmg（x1+x2+x3)=2.4J
（4）ab杆在0~4s内所受的拉力为
F11=μmg++ma1
a1==0.25m/s2
解得
F11=0.45+0.15625t（N）
ab杆在4~7s内所受的拉力为
F12=μmg+F1=1.025N
ab杆在7~9s内所受的拉力为
F13=μmg+-ma2
解得
F13=3.1125-0.3125t（N）
画出ab杆所受的拉力大小变化如图所示。
21. 如图所示，在平面内，y轴的左侧存在着一个垂直纸面向外、磁感应强度大小的匀强磁场，在直线的右侧存在着另一个垂直纸面向外、磁感应强度大小为（未知）的匀强磁场。在y轴与直线之间存在着一个平行y轴的匀强电场，场强方向关于x轴对称，场强大小为，在原点O处可沿x轴负向发射初速度大小为、质量为m、电量为q的带正电粒子。求：
（1）粒子第一次穿过y轴的位置坐标；
（2）若粒子经磁场和x轴下方的电场各自偏转1次后，能回到原点，求的大小；
（3）若电场场强大小可调，，最终粒子能回到原点，求满足条件的所有场强的值。
【答案】（1）或；（2）或；（3）见解析
【解析】
【详解】(1)由洛伦兹力提供向心力
可得
故位置坐标为，写成亦可；
(2)粒子运动轨迹如图所示
粒子经x轴上方电场沿y轴方向偏转距离为
根据对称性可知，粒子经x轴下方电场沿y轴方向偏转距高亦为，设粒子进入磁场时速度与x轴的夹角为，则
可得
粒子经x轴下方电场偏转后直接回到原点，则其在磁场中偏转的距离为，即
可得
若粒子经x轴下方电场偏转后进入磁场中偏转，然后回到原点，则其在磁场中偏转的距离为，即
可得
(3)粒子在磁场中绕行1次沿y轴方向偏转的距离为，与电场强度大小无关，若粒子第1次经x轴下方电场偏转后宜接回到坐标原点，则其单次在电场中的偏转距离为，有
可得
若场强再大一点，则无法回到原点；
若场强小一点，设粒子单次在电场中的偏转距离为y，则粒子每次由左向右穿过y轴时的位置坐标相比上一次会沿y轴负向移动距离，有
只要满足关系
则有
即可回到原点，故
可得
（n取正整数）充电器输出电压
16V
充电器输出电流
5A
无人机电池额定电压
15V
无人机电池额定电流
4A
无人机电池能量
60Wh
无人机电池容量
4000mAh
实验次数
通入电流大小I/A
霍尔电压UH/V
1
2.0×10-4
1.0×10-3
4.0×10-1
1.4×10-2
2
4.0×10-4
1.0×10-3
4.0×10-1
7.0×10-3
3
2.0×10-4
1.0×10-3
2.0×10-1
7.0×10-3