2024年上海市崇明区高三上学期期末学业质量调研（高考一模）物理试卷含详解

这是一份2024年上海市崇明区高三上学期期末学业质量调研（高考一模）物理试卷含详解，共22页。试卷主要包含了光波和机械波，神舟出征，太空“会师”，风力发电系统，篮球运动，质谱仪，电磁炮等内容，欢迎下载使用。
s试卷满分100分，考试时间60分钟。
一、光波和机械波
光和机械波一样，都具有波的性质，他们不仅能够产生反射、折射，还能产生干涉和衍射，能够传递能量，携带信息。完成下列问题：
1. 下列关于光的说法正确的是（ ）
A. 光波和超声波属于同种性质的波
B. 光能发生偏振现象，说明光波是一种横波
C. 阳光照耀下的肥皂泡呈现彩色花纹是光衍射的结果
D. 将白光分别照射到单缝和双缝上，光屏上都可能呈现彩色条纹
2. 如图所示，一个半圆形的玻璃砖，其折射率n。入射光a沿着玻璃砖半径射到直边上O点，分成两束光线b和c，虚线为过O点的法线，则有（ ）
A. B.
C. D.
3. 一列机械横波向右传播，在时的波形如图所示，A、B两质点间距为8m，B、C两质点在平衡位置的间距为3m，当时，质点C恰好通过平衡位置，该波的波速可能为（ ）
A. m/sB. 3m/sC. 13m/sD. 27m/s
二、神舟出征，太空“会师”
2023年10月26日，“神舟十七号”载人飞船在我国酒泉卫星发射中心成功发射，17时46分“神十七”入轨后，成功对接天和核心舱前向端口，19时34分，“神十七”三名宇航员顺利进驻中国空间站，和“神十六”三名宇航员会师。完成下列问题：
4. 空间站和地面指挥中心之间需要通过电磁波来实现通信。用实验证实了电磁波的存在，被誉为无线电通信的先驱者的物理学家是（ ）
A. 安培B. 麦克斯韦C. 法拉第D. 赫兹
5. 下列实验中，能在空间站完成的有（ ）
A. 弹簧振子实验B. 平抛运动实验
C. 光的双缝干涉实验D. 验证机械能守恒实验
6. （1）在研究空间站围绕地球运动过程中，空间站能否看成质点？答__________，（选填“能”或“不能”）简要说明理由：__________。
（2）若地球表面重力加速度为9.8m/s2，地球半径为6400km，空间站轨道离地高度为400km，则空间站绕地球运动的周期为__________。
7. 运载火箭的发射是利用了反冲原理。若某时刻火箭正处于水平飞行状态，此时火箭的总质量为M，速度大小为。当火箭以速度向后喷出质量为m的高温高压气体后，火箭获得的速度__________。（不考虑重力影响）
8. 测量“神十六”飞船从空间站返回地球的时间．若地球上观察者测得的时间为，飞船中的航天员测得时间为，仅考虑狭义相对论效应，则（ ）
A B.
C D. 无法判断
三、风力发电系统
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，全球风能约有2.74×109MW，可以利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。某风力发电系统有风机叶轮、传动装置，发电机、变流器、机组升压器和升压站等部分组成。完成下列问题：
9. 如图，某风力发电机的叶片长35m，匀速转一圈约4s，叶片顶端A点的线速度大小__________m/s。某时刻叶片A、B、C三点中（ ）
A．B和C的角速度相同 B．A和B的线速度相同
C．A和C的线速度相同 D．A和C的向心加速度相同
10. 风力发电机的叶片转动时可形成半径为R的圆面，设风速恒定为，风向恰好垂直于叶片转动面，已知空气的密度为，该风力发电机能将此圆面内空气动能的10%转化为电能。则在时间t内经过风力发电机叶片圆面的气流的动能__________。此风力发电机的发电功率__________。
11. 发电机主要是利用下列哪个物理原理工作的（ ）
A. 电流的磁效应B. 电磁感应原理
C. 磁场对电流的作用D. 电磁振荡
12. 如图为某发电机的模型，边长l的正方形闭合导线框abcd在磁感强度为B的匀强磁场中绕中心轴顺时针匀速转动，角速度为。某时刻转到线框平面和磁场平行。该时刻导线框内的感应电流方向为__________（选“abcda”或者“adcba”）。若线框内有n匝线圈。该时刻线框内感应电动势__________。
13. 功率为540kW的发电机，发出的电压有效值为700V，通过机组升压变压器将电压升到10kV，则需要的升压变压器原副线圈的匝数之比__________，升压变压器线圈导线的粗细应当选择__________。（A.原线圈比副线圈粗B.原线圈比副线圈细C.原线圈和副线圈一样粗细）。
14. 从供电网接入小李家的正弦交流电压随时间变化图像如图所示，该交流电的频率__________Hz，如用多用表交流电压档测量该交流电压，则测量值约为__________V。
四、篮球运动
篮球运动作为一个常规的球类运动在学校普遍受到学生的喜爱，一个标准合格的篮球质量为0.6kg，当地重力加速度g取10m/s2。完成下列问题：
15. 为了检验一篮球弹性性能，某同学将篮球从H1=1.8米高处自由下落，能够自由弹跳到H2=1.25米高度处。如果不考虑篮球在运动中转动和所受的空气阻力。
（1）若取向上为正方向，则篮球刚和地面刚接触时的速度大小为__________m/s。篮球在与地面碰撞过程中，动量改变量__________，地面对篮球所作的功__________J。
（2）为了求得上述过程中篮球受地面的平均冲击力，该同学使用每秒拍摄2000帧照片的高速摄像机拍摄了整个运动过程，通过tracker软件计算发现篮球和地面接触的照片一共有23张。则篮球和地面接触的时间__________s；估算篮球受到地面的平均冲击力__________N。
16. 在篮球与地面接触的运动过程中，篮球（ ）
A. 加速度始终向上B. 速度为0时加速度最大
C. 加速度先向上后向下D. 加速度为0时速度最大
17. 在某次传球过程中，不考虑篮球的转动和阻力影响。甲运动员将球从离地h1=2.4米高处以的速度水平传出，求：
（1）当球运动到离抛出点水平距离12米处的乙运动员位置时，球离地的高度__________；
（2）乙运动员接球时，球的速度的竖直分速度大小__________；
（3）如果乙在该位置把球接住，使得球速度变为0，则乙运动员对球所作的功__________。
18. 在实际情况下，篮球会受到空气阻力作用，假设空气阻力大小保持不变。某同学将一个篮球竖直向上抛出，一段时间后落回原处，测得篮球上升时加速度为11.5m/s2。则空气阻力__________N。以竖直向上为正方向，篮球离地高度h与运动时间t图像中可能正确的是__________。
A． B．
C． D．
19. 某同学将篮球下落过程的视频用tracker软件计算分析，得到篮球在不同位置时的速度，然后计算不同位置的动能、势能和机械能，画出它们随高度h的变化，取地面为零势能面，得到了图示a、b、c三条图线。则
（1）三根图线分别代表__________。
A．a机械能，b动能
B．a机械能，c动能
C．a动能，b势能
D．a势能，c动能
（2）通过图像分析，你认为篮球在下落过程是__________（选填“受到”、“没有受到”）空气阻力作用，简要说明理由：__________。
五、质谱仪
质谱仪是用来测量带电粒子质量的一种仪器，其结构如图a所示，它分别由加速器Ⅰ、速度选择器Ⅱ、质量分离器Ⅲ三部分组成。若从粒子源P点发出一个电量q、质量为m的正离子，经过加速器得到加速，进入速度选择器，速度符合一定大小的离子能够通过S3缝射入质量分离器中，整个过程中可以不考虑离子重力的影响。完成下列问题：
20. 加速器Ⅰ由S1S2两块带电平行金属板组成，为了使正离子得到加速，则应让金属板S1带__________电（选填“正”、“负”）。在下降过程中，离子电势能__________（选填“减少”、“增大”、“不变”），如果离子从速度开始经加速后速度达到，则加速器两极板间电压__________。
21. 离子以速度进入速度选择器Ⅱ中，两板间电压为U2，两板长度l，相距d。离子在穿过电场过程中，为了不让离子发生偏转，需要在该区域加一个垂直于电场和速度平面的磁场
（1）则所加磁场磁感强度__________；
（2）在图b中分别用和标出离子受到的电场力与磁场力方向__________；
（3）离开分离器时离子的速度__________。
22. 若离子以速度v垂直于磁场方向进入质量分离器Ⅲ，图c所示，其磁感应强度大小为B0，离子在磁场力作用下做半圆周运动。
（1）圆周运动的直径__________。
（2）带电粒子的电量和质量之比称为粒子的荷质比，设，如果在质谱仪底片上得到了1、2两条谱线，可以比较其对应的两个电荷的荷质比大小__________。
A． B． C． D．无法比较
六、电磁炮
电磁弹射在电磁炮、航天器、舰载机等需要超高速的领域中有着广泛的应用，为了研究问题的方便，将电磁炮简化为如图所示的模型（俯视图）。发射轨道为固定在水平面上的两个间距为L的平行金属导轨，整个装置处在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。发射导轨的左端为充电电路，已知电源的电动势为E，内电阻位r。电容器的电容为C。子弹载体可简化为一根垂直放置于金属导轨上、质量为m、长度也为L电阻为R的金属导体棒cd。忽略一切摩擦阻力以及导轨和导线的电阻。完成下列问题：
23. 发射前，将开关S连接a，先对电容器进行充电。
（1）充电过程中电容器两极板间的电压u随时间t的变化的图像和下列哪个图像相似__________。
A．B．
C．D．
（2）当充电自然结束时，电容器两端的电压为__________。电容器所带的电量为__________。
24. 电容器充电自然结束后，将S接到b，电容器经金属导体棒对外放电。
（1）此时导体棒中电流方向__________（填“c到d”或者“d到c”），刚放电的瞬间，导体棒受到的安培力__________。
（2）如果轨道足够长，当导体棒炮弹离开导轨前已经达到最大速度。
①简要说明电容器中电能是否能全部放完？__________
②求最大速度。__________
2023学年崇明区第一学期期末学业质量调研
高三物理
一、光波和机械波
光和机械波一样，都具有波的性质，他们不仅能够产生反射、折射，还能产生干涉和衍射，能够传递能量，携带信息。完成下列问题：
1. 下列关于光的说法正确的是（ ）
A. 光波和超声波属于同种性质的波
B. 光能发生偏振现象，说明光波是一种横波
C. 阳光照耀下的肥皂泡呈现彩色花纹是光衍射的结果
D. 将白光分别照射到单缝和双缝上，光屏上都可能呈现彩色条纹
2. 如图所示，一个半圆形的玻璃砖，其折射率n。入射光a沿着玻璃砖半径射到直边上O点，分成两束光线b和c，虚线为过O点的法线，则有（ ）
A. B.
C. D.
3. 一列机械横波向右传播，在时的波形如图所示，A、B两质点间距为8m，B、C两质点在平衡位置的间距为3m，当时，质点C恰好通过平衡位置，该波的波速可能为（ ）
A. m/sB. 3m/sC. 13m/sD. 27m/s
【答案】1 BD 2. A 3. C
【1题详解】
A．光波是电磁波，超声波是机械波，故A错误；
B．光能发生偏振现象，说明光波是一种横波，故B正确；
C．阳光照耀下的肥皂泡呈现彩色花纹是光干涉的结果，故C错误；
D．将白光分别照射到单缝和双缝上，衍射和干涉时不同色光的亮条纹位置不同，光屏上都可能呈现彩色条纹，故D正确。
故选BD。
【2题详解】
根据折射定律
根据几何关系有
可得
故选A。
【3题详解】
机械横波向右传播，质点C恰好通过平衡位置，根据平移法可得
（n=0，1，2，3…）
该波的波速
（n=0，1，2，3…）
当时，波速为。
故选C。
二、神舟出征，太空“会师”
2023年10月26日，“神舟十七号”载人飞船在我国酒泉卫星发射中心成功发射，17时46分“神十七”入轨后，成功对接天和核心舱前向端口，19时34分，“神十七”三名宇航员顺利进驻中国空间站，和“神十六”三名宇航员会师。完成下列问题：
4. 空间站和地面指挥中心之间需要通过电磁波来实现通信。用实验证实了电磁波的存在，被誉为无线电通信的先驱者的物理学家是（ ）
A. 安培B. 麦克斯韦C. 法拉第D. 赫兹
5. 下列实验中，能在空间站完成的有（ ）
A. 弹簧振子实验B. 平抛运动实验
C. 光的双缝干涉实验D. 验证机械能守恒实验
6. （1）在研究空间站围绕地球运动过程中，空间站能否看成质点？答__________，（选填“能”或“不能”）简要说明理由：__________。
（2）若地球表面重力加速度为9.8m/s2，地球半径为6400km，空间站轨道离地高度为400km，则空间站绕地球运动的周期为__________。
7. 运载火箭的发射是利用了反冲原理。若某时刻火箭正处于水平飞行状态，此时火箭的总质量为M，速度大小为。当火箭以速度向后喷出质量为m的高温高压气体后，火箭获得的速度__________。（不考虑重力影响）
8. 测量“神十六”飞船从空间站返回地球的时间．若地球上观察者测得的时间为，飞船中的航天员测得时间为，仅考虑狭义相对论效应，则（ ）
A. B.
C. D. 无法判断
【答案】4. D 5. AC
6. ①. 能 ②. 空间站大小和其绕地球运动的半径相比可以忽略 ③. 5558.7s
7. 8. C
【4题详解】
赫兹用实验证实了电磁波的存在，被誉为无线电通信的先驱者的物理学家。
故选D。
【5题详解】
万有引力提供向心力，物体处于完全失重状态，故无法进行平抛运动实验、验证机械能守恒实验，弹簧振子实验、光的双缝干涉实验能在空间站完成。
故选AC。
【6题详解】
（1）[1][2]在研究空间站围绕地球运动过程中，空间站大小和其绕地球运动的半径相比可以忽略，空间站能看成质点。
（2）[3]根据万有引力提供向心力
根据万有引力与重力的关系
解得空间站绕地球运动的周期为
【7题详解】
以火箭的运动方向为正方向，根据动量守恒
火箭获得的速度
【8题详解】
根据狭义相对论效应有
故选C。
三、风力发电系统
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，全球风能约有2.74×109MW，可以利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。某风力发电系统有风机叶轮、传动装置，发电机、变流器、机组升压器和升压站等部分组成。完成下列问题：
9. 如图，某风力发电机的叶片长35m，匀速转一圈约4s，叶片顶端A点的线速度大小__________m/s。某时刻叶片A、B、C三点中（ ）
A．B和C的角速度相同 B．A和B的线速度相同
C．A和C的线速度相同 D．A和C的向心加速度相同
10. 风力发电机的叶片转动时可形成半径为R的圆面，设风速恒定为，风向恰好垂直于叶片转动面，已知空气的密度为，该风力发电机能将此圆面内空气动能的10%转化为电能。则在时间t内经过风力发电机叶片圆面的气流的动能__________。此风力发电机的发电功率__________。
11. 发电机主要是利用下列哪个物理原理工作的（ ）
A. 电流的磁效应B. 电磁感应原理
C. 磁场对电流的作用D. 电磁振荡
12. 如图为某发电机的模型，边长l的正方形闭合导线框abcd在磁感强度为B的匀强磁场中绕中心轴顺时针匀速转动，角速度为。某时刻转到线框平面和磁场平行。该时刻导线框内的感应电流方向为__________（选“abcda”或者“adcba”）。若线框内有n匝线圈。该时刻线框内感应电动势__________。
13. 功率为540kW的发电机，发出的电压有效值为700V，通过机组升压变压器将电压升到10kV，则需要的升压变压器原副线圈的匝数之比__________，升压变压器线圈导线的粗细应当选择__________。（A.原线圈比副线圈粗B.原线圈比副线圈细C.原线圈和副线圈一样粗细）。
14. 从供电网接入小李家的正弦交流电压随时间变化图像如图所示，该交流电的频率__________Hz，如用多用表交流电压档测量该交流电压，则测量值约为__________V。
【答案】9. ①. 54.95 ②. A
10. ①. ②.
11. B 12. ①. abcda ②.
13. ①. 7:100 ②. A
14. ①. 50 ②. 220
【9题详解】
[1]叶片转动的角速度为
叶片顶端A点的线速度大小
[2]A．A、B、C三点中同轴转动，角速度相等，故A正确；
B．根据
可得
故B错误；
C．A和C的线速度大小相等，方向不同，故C错误；
D．A和C的向心加速度大小相等，方向不同，故D错误。
故选A。
【10题详解】
[1]在时间t内经过风力发电机叶片圆面的气流的质量为
在时间t内经过风力发电机叶片圆面的气流的动能为
[2]风力发电机的发电功率为
【11题详解】
发电机中的闭合线圈在磁场中转动，切割磁感线，产生感应电流，发电机主要是利用电磁感应的原理工作的。
故选B。
【12题详解】
[1]根据右手定则，该时刻导线框内的感应电流方向为abcda。
[2]线框内感应电动势
【13题详解】
[1]根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，升压变压器原副线圈的匝数之比为
[2]根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系
升压变压器原线圈的电流大于副线圈的电流，原线圈导线比副线圈导线粗。
故选A
【14题详解】
[1]交流电的频率为
[2]交流电压的测量值为交流电压的有效值，为
四、篮球运动
篮球运动作为一个常规的球类运动在学校普遍受到学生的喜爱，一个标准合格的篮球质量为0.6kg，当地重力加速度g取10m/s2。完成下列问题：
15. 为了检验一篮球弹性性能，某同学将篮球从H1=1.8米高处自由下落，能够自由弹跳到H2=1.25米高度处。如果不考虑篮球在运动中转动和所受的空气阻力。
（1）若取向上为正方向，则篮球刚和地面刚接触时的速度大小为__________m/s。篮球在与地面碰撞过程中，动量改变量__________，地面对篮球所作的功__________J。
（2）为了求得上述过程中篮球受地面的平均冲击力，该同学使用每秒拍摄2000帧照片的高速摄像机拍摄了整个运动过程，通过tracker软件计算发现篮球和地面接触的照片一共有23张。则篮球和地面接触的时间__________s；估算篮球受到地面的平均冲击力__________N。
16. 在篮球与地面接触的运动过程中，篮球（ ）
A. 加速度始终向上B. 速度为0时加速度最大
C. 加速度先向上后向下D. 加速度为0时速度最大
17. 在某次传球过程中，不考虑篮球的转动和阻力影响。甲运动员将球从离地h1=2.4米高处以的速度水平传出，求：
（1）当球运动到离抛出点水平距离12米处的乙运动员位置时，球离地的高度__________；
（2）乙运动员接球时，球的速度的竖直分速度大小__________；
（3）如果乙在该位置把球接住，使得球速度变为0，则乙运动员对球所作的功__________。
18. 在实际情况下，篮球会受到空气阻力的作用，假设空气阻力大小保持不变。某同学将一个篮球竖直向上抛出，一段时间后落回原处，测得篮球上升时加速度为11.5m/s2。则空气阻力__________N。以竖直向上为正方向，篮球离地高度h与运动时间t图像中可能正确的是__________。
A． B．
C． D．
19. 某同学将篮球下落过程的视频用tracker软件计算分析，得到篮球在不同位置时的速度，然后计算不同位置的动能、势能和机械能，画出它们随高度h的变化，取地面为零势能面，得到了图示a、b、c三条图线。则
（1）三根图线分别代表__________。
A．a机械能，b动能
B．a机械能，c动能
C．a动能，b势能
D．a势能，c动能
（2）通过图像分析，你认为篮球在下落过程是__________（选填“受到”、“没有受到”）空气阻力作用，简要说明理由：__________。
【答案】15. ①. 6 ②. 6.6 ③. -3.3 ④. 0.011 ⑤. 606 16. BD
17. ①. 1.6m ②. 4m/s ③. -274.8J
18. ①. 0.9 ②. A
19. ①. A ②. 受到 ③. 随高度h的减小，机械能减少
【15题详解】
（1）[1]篮球从米高处自由下落，由，解得篮球刚和地面刚接触时的速度大小为
[2]由，解得篮球在与地面碰撞后的速度大小为
篮球在与地面碰撞过程中，动量改变量
[3]由动能定理可得地面对篮球所作的功
（2）[4]每秒拍摄2000帧照片，每帧照片时间间隔
篮球和地面接触的照片一共有23张。则篮球和地面接触的时间
[5]篮球和地面接触由动量定理可得
解得篮球受到地面的平均冲击力
【16题详解】
在篮球与地面接触的运动过程中，篮球下降的过程中篮球的形变量越来越大，弹力越来越大，开始阶段，篮球的压缩量较小，因此地面对篮球向上的弹力小于向下重力，此时篮球的合外力向下，加速度向下，小球做加速运动，根据牛顿第二定律有
随着压缩量增加，弹力增大，合外力减小，则加速度减小，方向向下。当mg=kx时，合外力为零，加速度为0，此时速度最大；由于惯性篮球继续向下运动，此时
方向向上，篮球减速，随着压缩量增大，篮球合外力增大，加速度增大，方向向上。故篮球下降过程中加速度先变小后变大，速度先变大后变小，小球运动最低点时，篮球的速度为0，地面的弹力最大，且弹力大于重力，则小球向上的加速度最大。
篮球反弹的过程中，篮球的形变量越来越小，篮球受地面的弹力越来越小，刚开始阶段，弹力大于重力，合力向上，由牛顿第二定律可得
加速度越来越小，速度越来越大，当时，加速度为0，速度最大；由于惯性，篮球继续上升，此后弹力小于重力，合力向下，由牛顿第二定律可得
加速度方向向下，越来越大；速度减小，弹力为0时篮球离开地面，故BD正确，AC错误。
故选BD。
【17题详解】
（1）[1] 篮球被水平传出后做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，当球运动到离抛出点水平距离12米处的乙运动员位置时的时间
篮球竖直方向做自由落体运动，甲运动员将球抛到乙位置时，下降的高度
球离地的高度
（2）[2]乙运动员接球时，球的速度的竖直分速度大小
（3）[3]篮球从抛出到速度为0，由动能定理可得
解得乙运动员对球所作的功
【18题详解】
[1]篮球竖直向上运动过程由牛顿第二定律可得
解得空气阻力
[2]篮球下降过程，由牛顿第二定律可得
上升过程篮球的速度越来越小，图像的斜率越来越小；下降过程篮球的速度越来越大，图像的斜率越来越大；由
，
可知下降过程的时间大于上升到时间，故A正确，BCD错误。
故选A。
【19题详解】
（1）[1]设初位置篮球离地面高度为，篮球下落过程由动能定理可得
解得
可知b图线表示动能；
取地面为零势能面，篮球下落过程的势能
故c图线表示势能；
机械能
可知a图像表示机械能。故A正确，BCD错误。
故选A。
（2）[2][3]篮球在下落过程随高度h的减小，机械能减少，所以篮球下落过程受到空气阻力作用。
五、质谱仪
质谱仪是用来测量带电粒子质量的一种仪器，其结构如图a所示，它分别由加速器Ⅰ、速度选择器Ⅱ、质量分离器Ⅲ三部分组成。若从粒子源P点发出一个电量q、质量为m的正离子，经过加速器得到加速，进入速度选择器，速度符合一定大小的离子能够通过S3缝射入质量分离器中，整个过程中可以不考虑离子重力的影响。完成下列问题：
20. 加速器Ⅰ由S1S2两块带电平行金属板组成，为了使正离子得到加速，则应让金属板S1带__________电（选填“正”、“负”）。在下降过程中，离子的电势能__________（选填“减少”、“增大”、“不变”），如果离子从速度开始经加速后速度达到，则加速器两极板间电压__________。
21. 离子以速度进入速度选择器Ⅱ中，两板间电压为U2，两板长度l，相距d。离子在穿过电场过程中，为了不让离子发生偏转，需要在该区域加一个垂直于电场和速度平面的磁场
（1）则所加磁场的磁感强度__________；
（2）在图b中分别用和标出离子受到的电场力与磁场力方向__________；
（3）离开分离器时离子速度__________。
22. 若离子以速度v垂直于磁场方向进入质量分离器Ⅲ，图c所示，其磁感应强度大小为B0，离子在磁场力作用下做半圆周运动。
（1）圆周运动的直径__________。
（2）带电粒子的电量和质量之比称为粒子的荷质比，设，如果在质谱仪底片上得到了1、2两条谱线，可以比较其对应的两个电荷的荷质比大小__________。
A． B． C． D．无法比较
【答案】20. ①. 正 ②. 减少 ③.
21. ①. ②. ③.
22. ①. ②. C
【20题详解】
[1][2][3]正离子所受电场力应向下，则S1带正电。电场力做正功，则离子的电势能减少。根据动能定理
得
【21题详解】
（1）[1]由题意
得
（2）[2]正电荷所受电场力与电场方向相同，结合左手定则，离子受力如图
（3）[3]离子在分离器中做匀速圆周运动。则离开分离器的速度为
【22题详解】
（1）[1]根据
又
得
（2）[2]由（1）得，直径大则比荷小。故
故选C。
六、电磁炮
电磁弹射在电磁炮、航天器、舰载机等需要超高速的领域中有着广泛的应用，为了研究问题的方便，将电磁炮简化为如图所示的模型（俯视图）。发射轨道为固定在水平面上的两个间距为L的平行金属导轨，整个装置处在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。发射导轨的左端为充电电路，已知电源的电动势为E，内电阻位r。电容器的电容为C。子弹载体可简化为一根垂直放置于金属导轨上、质量为m、长度也为L电阻为R的金属导体棒cd。忽略一切摩擦阻力以及导轨和导线的电阻。完成下列问题：
23. 发射前，将开关S连接a，先对电容器进行充电。
（1）充电过程中电容器两极板间的电压u随时间t的变化的图像和下列哪个图像相似__________。
A．B．
C．D．
（2）当充电自然结束时，电容器两端的电压为__________。电容器所带的电量为__________。
24. 电容器充电自然结束后，将S接到b，电容器经金属导体棒对外放电。
（1）此时导体棒中电流方向__________（填“c到d”或者“d到c”），刚放电的瞬间，导体棒受到的安培力__________。
（2）如果轨道足够长，当导体棒炮弹离开导轨前已经达到最大速度。
①简要说明电容器中电能是否能全部放完？__________
②求最大速度。__________
【答案】23. ①. B ②. E ③. CE##EC
24. ①. c到d ②. ③. 电容器中的电能不能全部放完。由于导体棒运动过程在做切割磁感线，导体棒上会产生与电容器电压反向的感应电动势，该电动势会阻碍电容器电能的释放。当电容器电压与感应电动势相等时，不再放电。 ④.
【23题详解】
（1）[1]电容器充电时，随着极板上电荷量增加，电容器电压逐渐升高，且电压增加的越来越慢，充满电荷时电压不变。
故选B。
（2）[2][3]当充电自然结束时，电容器两端的电压数值上等于电源电动势，即为E，电容器所带的电量为
Q=CE
【24题详解】
（1）[1][2]充电自然结束时，电容器上极板带正电，将S接到b，此时导体棒中电流方向c到d，刚放电的瞬间，导体棒受到的安培力
（2）①[3]电容器中的电能不能全部放完。由于导体棒运动过程在做切割磁感线，导体棒上会产生与电容器电压反向的感应电动势，该电动势会阻碍电容器电能的释放。当电容器电压与感应电动势相等时，不再放电。
②[4]设导体棒炮弹达到最大速度所用的时间为t，电容器放电的电荷量为，平均电流为，有
达到最大速度时，感应电动势大小等于电容器两极板间的电压大小
联立得