2021-2022学年浙江省温州市乐清知临中学高二（下）期末质量检测物理试题（解析版）

浙江省温州市乐清知临中学2021-2022学年第二学期期末质量检测

高二物理试卷

2022.6

考生须知：

1. 本卷满分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卷上，写在试卷上无效；

4. 考试结束后，只需上交答题卷。

选择题部分

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. 下列物理量是标量的是（    ）

A. 动量 B. 动能 C. 速度 D. 电场强度

【答案】B

【解析】

【详解】ACD．有大小又有方向，运算时遵循平行四边形定则，这样的物理量是矢量，因此动量、速度和电场强度有大小又有方向，且运算时遵循平行四边形定则，都是矢量，ACD不符合题意；

B．动能只有大小，没有方向，是标量，B符合题意。

故选B。

2. 浙江籍羽毛球运动员陈雨菲在2021年日本东京奥运会上夺得女子单打冠军。如图是陈雨菲在比赛中击球画面，对该过程下列说法正确的是（    ）

A. 羽毛球在空中运动过程中受重力和空气作用力

B. 研究陈雨菲击球的动作时可以把她视为质点

C. 陈雨菲击球瞬间，球拍对球的作用力大于球对球拍的作用力

D. 羽毛球在空中运动过程中机械能守恒

【答案】A

【解析】

【详解】A．羽毛球在空中运动过程中受重力和空气作用力，选项A正确；

B．研究陈雨菲击球的动作时不可以把她视为质点，否则就没动作可言了，选项B错误；

C．球拍对球的作用力与球对球拍的作用力是作用力与反作用力，总是等大反向，则陈雨菲击球瞬间，球拍对球的作用力等于球对球拍的作用力，选项C错误；

D．羽毛球在空中运动过程中，由于空气阻力做负功，则机械能不守恒，选项D错误。

故选A。

3. 如图是分子间相互作用力随分子间距离的关系图像，关于分子间相互作用力的判断，下列说法正确的是（    ）

A. 分子间相互作用力随两分子间的距离增大而减小

B. 当两分子间的距离为时，两分子间的作用力表现为引力

C. 当两分子间的距离为时，两分子间的作用力表现为引力

D. 分子间相互作用力随两分子间的距离减小而减小

【答案】C

【解析】

【详解】AD．分子力随着分子间的距离的变化而变化，当

时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都减小，但引力比斥力减小得慢，故表现为引力，AD错误；

B．当两分子间的距离为时，两分子间的作用力表现为斥力，B错误；

C．当两分子间的距离为时，两分子间的作用力表现为引力，C正确。

故选C。

4. 6月5日，神舟十四号载人飞船成功发射，约7小时后成功对接天和核心舱，航天员陈冬、刘洋、蔡旭哲进入天和核心舱，并将按计划开展相关工作。天和核心舱在远地点高度约394.9千米，近地点高度约384千米的轨道上运行，若将其轨道近似为圆，则下列说法正确的是（    ）

A. 空间站运行的线速度大于

B. 空间站运行的周期为

C. 空间站运行速度保持不变

D. 在本场考试的时间里空间站可以绕地球一周

【答案】D

【解析】

【详解】A．为第一宇宙速度，即航天器最大运行速度，物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度。根据万有引力提供向心力

解得

天和核心舱的圆周运动半径大于地面附近做匀速圆周运动物体的运动半径，故空间站运行的线速度小于，A错误；

B．根据万有引力提供向心力

解得

地球同步卫星的运动半径为36000km，周期为24h，天和核心舱的圆周运动半径小于地球同步卫星的运动半径，故空间站运行的周期小于24h，B错误；

C．空间站做圆周运动，其运动方向不断变化，空间站运行速度一直在变化，C错误；

D．由公式

可得

即空间站的运动周期约为0.024h，在本场考试的时间里空间站可以绕地球一周，D正确。

故选D。

5. 一带正电的导体周围的电场线和等势面分布如图所示，图中在导体内部，在导体表面上，、d在导体外部，下列说法正确的是（    ）

A 点电势低于d点电势

B. 把一正点电荷从点移到点电场力做正功

C. 点电场强度为零

D. 负点电荷在点受到电场力为零

【答案】D

【解析】

【详解】A．因为沿着电场线，由电势高的等势面指向电势低的等势面，故点电势高于d点电势，故A错误；

B．因为导体内部为静电平衡状态，电场强度为零，所以把一正点电荷从点移到点电场力不做功，故B错误；

C．导体内部场强为零，电荷分布在导体表面，所以点电场强度不为零，故C错误；

D．因导体内部场强为零，所以负点电荷在点受到电场力为零，故D正确。

故选D。

6. 2022年2月8日，北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台决赛在首钢滑雪大跳台举行，谷爱凌出战自由式滑雪女子大跳台决赛，并成功夺得冠军，如图是谷爱凌在加速助滑阶段沿倾斜赛道下滑的情形，在该过程中下列说法正确的是（    ）

A. 滑板对赛道的摩擦力方向沿斜面向下

B. 下滑过程中空气阻力对谷爱凌做正功

C. 下滑过程中相等时间内的位移相等

D. 下滑过程中谷爱凌所受合力为零

【答案】A

【解析】

【详解】A．谷爱凌在加速沿倾斜赛道下滑运动中，滑板受赛道的摩擦力方向沿斜面向上，由牛顿第三定律可知，滑板对赛道的摩擦力方向沿斜面向下，A正确；

B．下滑运动中空气阻力与运动方向相反，所以空气阻力对谷爱凌做负功，B错误；

C．下滑运动中是加速助滑运动，速度时刻在变化，所以在相等时间内的位移不相等，C错误；

D．下滑运动中是加速助滑运动，加速度不等于零，由牛顿第二定律可知，谷爱凌所受合力不是零，D错误。

故选A。

7. 正电子发射型计算机断层显像的基本原理是将放射性同位素15O注入人体，15O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对γ光子，被探测器采集后，经计算机处理生成清晰图像。已知15O的半衰期为2.03min，正、负电子的质量均为m，光速c，普朗克常量h，下列说法正确的是（　　）

A. 辐射出γ光子的动量为2mc

B. 正、负电子相遇湮灭过程的质量亏损为mc2

C. 15O在人体内衰变的方程是

D. 经过4.06min剩余15O为原来的四分之一

【答案】D

【解析】

【详解】A．据题意可知，正负电子的能量转化为一对光子的能量，即

2mc2=2hν

一个光子的能量

单个光子的动量

故A错误；

B．根据质能方程可得

故B错误；

C．根据质量数守恒和电荷数守恒，15O人体内衰变的方程是

故C错误；

Ｄ．4.06min为2个半衰期，剩余15O为原来的四分之一，故D正确。

故选D。

8. 质量的小球用轻质弹簧竖直悬挂，把小球向下拉至某位置（未超出弹性限度）由静止释放，小球之后运动的速度时间图像如图所示（取竖直向下为正方向，不计空气阻力），，则下列判断正确的是（    ）

A. 在时间内，重力的冲量为0

B. 小球在末加速度大小小于末的加速度大小

C. 在时间内，弹簧弹力的冲量大小为

D. 在末弹簧处于原长状态

【答案】C

【解析】

【详解】A．在时间0~4s内，重力的冲量

IG=mgt

解得

IG=20N·s

所以A错误；

B．根据图像，可知第3s末和第5s末的加速度大小相等，B错误；

C．在时间0~2s内，由动量定理

mgt’-IF=mv-0

解得

IF=12kg·m/s

所以C正确；

D．2s末时小球速度最大，可知加速度为零，弹簧弹力不为零，所以D错误。

故选C。

9. 如图所示质量为m、电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，带有电荷量也为q的小球B固定在O点正下方绝缘柱上.其中O点与小球A的间距为l．O点与小球 B的间距为，当小球A平衡时，悬线与竖直方向夹角，带电小球A、B均可视为点电荷，静电力常量为k，则(   )

A. A、B间库仑力大小

B. A、B间库仑力

C. 细线拉力大小

D. 细线拉力大小

【答案】B

【解析】

【详解】A的受力如图所示，

几何三角形OAB与力三角形相似，由对应边成比例，则，由余弦定律，则，故B正确．

点睛：本题借助于相似三角形和余弦定理求解拉力的大小，对于此类题要正确的画出受力图，组建三角形．

10. 为研究骑自行车的功率，小李同学在某段斜坡上进行实验，小李下坡骑行时，在不踩踏板的情况下，自行车以5m/s的速度匀速行驶，掉头上坡仍以5m/s的速度匀速骑行，已知自行车和小李的总质量约为80kg，重力加速度g = 10m/s2，斜坡倾角的正弦值为0.05，根据上述数据，小李骑车上坡的功率约为（   ）

A. 200W B. 400W C. 500W D. 560W

【答案】B

【解析】

【详解】小李下坡骑行时，自行车以5m/s的速度匀速行驶，可知小李和自行车整体受力平衡，由平衡条件可知，小李和自行车整体受重力在沿斜面向下的下滑力与阻力大小相等，设小李和自行车整体质量为m，即有

Ff = 0.05mg = 0.05 × 80 × 10N = 40N

小李骑车上坡时仍以5m/s的速度匀速骑行，由平衡条件可知，小李骑车上坡用力为

F = 0.05mg + Ff = 0.05 × 80 × 10N + 40N = 80N

小李骑车上坡的功率约为

P = Fv = 80 × 5W = 400W

故选B。

11. 如图是一理想变压器，其原线圈和可变电阻相连，副线圈接一阻值恒为RL的白炽灯。原、副线圈的匝数分别为、。保持交流电源电压的有效值不变，调节可变电阻的阻值，（设题中所涉及所有情形都没有超过灯泡的额定电压）则（    ）

A. 当的值增大时，副线圈两端的电压不变

B. 当时，灯的功率最大

C. 若把灯和可变电阻的位置互换，其余条件不变，则当时，可变电阻的功率最大

D. 当的值增大时，灯将变暗

【答案】D

【解析】

【详解】AD．由题意可知，原、副线圈的匝数一定，交流电源电压的有效值不变，对原线圈则有

由原、副线圈的电压比等于匝数比，电流与匝数成反比，可得

又有

交流电源电压的有效值不变，当的值增大时，副线圈两端的电压U2减小，灯泡将变暗A错误，D正确；

B．由

可得

灯泡获得的功率为    

当时，即当时，灯泡获得功率最大，B错误；

C．同理可知，若把灯和可变电阻的位置互换，其余条件不变，则有当时，可变电阻的功率最大，C错误。

故选D。

12. 有一体积为、电阻率为（电阻率很大）的柔性金属块，可以任意形变。现将金属块做成一圆柱体，接在一电动势为，内阻为的电源两端，且将该圆柱垂直放在一大小为的匀强磁场中，如图所示。下列说法不正确的是（    ）

A. 金属受到的安培力最大值为

B. 金属受到的安培力最大值为

C. 金属受到的安培力最大时，电阻的长度为

D. 金属受到的安培力最大时，电源输出功率最大

【答案】B

【解析】

【详解】ABC．金属块受到的安培力

联立可得

根据均值不等式可知，当且仅当

此时长度

安培力F有最大值为0.25N，故AC正确，不符合题意、B错误，符合题意；

D．有电路特点可知，当金属电阻等于内阻时，电源的输出功率最大，将L带入金属丝电阻的表达式

可见确实此时电源的输出功率最大，D正确，不符合题意。

故选B。

13. 如图所示为一块环形玻璃砖的俯视图，图中是过环心的一条直线，一束光线与平行射入玻璃砖，它与之间的间距为，已知玻璃砖的内圆半径为，内部视为真空，外圆半径为，折射率为，光在真空中传播速度为c，不考虑反射光线在玻璃砖内的传播，下列关于该光线的说法正确的是（    ）

A. 当时，光线恰好在内圆表面上发生全反射

B. 当时，光线从外圆射出方向与图中入射光线的夹角为

C. 当时，光线从内圆通过的时间为

D. 无论多大，光线都会进入内圆传播

【答案】A

【解析】

【详解】A．当时，光路图如图

由几何关系可得

根据折射率的定义式，有

由正弦定理可得

联立，可得

设该玻璃砖的临界角为C，则有

解得

易知光线恰好在内圆表面上发生全反射。故A正确；

B．当时，光路图如图

根据折射率的定义式，有

由几何关系可得

解得

结合光路图可得，玻璃砖里面的折射光线与小圆相切，由对称性可知

由几何知识可知光线从外圆射出方向与图中入射光线的夹角小于。故B错误；

C．当时，光路图如图

由几何分析可知

又

根据折射定律可得

由于较小，可得

可得

光线从内圆通过的路程为

光线从内圆通过的时间为

故C错误；

D．由A选项分析可知，无论多大，光线都会进入内圆传播。故D错误。

故选A。

二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题2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2分，选对但不选全的得1分，有选错的得0分）

14. 下列说法正确的是（    ）

A. 黑体辐射说明光具有粒子性

B. 用光照射处在基态的氢原子，只要光子的能量足够大就一定可以使氢原子电离

C. 激光器产生的激光是原子从能量较高的激发态能级向能量较低的激发态能级跃迁时发生的，在原子从较高激发态能级（用表示）向能量较低的激发态能级（用表示）跃迁的过程中所发出的光子的能量可能小于

D. 若光子动量为p，能量为，则可用表示光速

【答案】AB

【解析】

【详解】A．黑体辐射说明光具有粒子性，A正确；

B．用光照射处在基态的氢原子，只要光子的能量足够大就一定可以使氢原子电离，B正确；

C．激光器产生的激光是原子从能量较高的激发态能级向能量较低的激发态能级跃迁时发生的，在原子从较高激发态能级（用表示）向能量较低的激发态能级（用表示）跃迁的过程中所发出的光子的能量等于，C错误；

D．由

得

D错误。

故选AB。

15. 两列简谐横波在同种均匀介质中相向传播，时刻恰好形成如图所示的波形，已知甲波向右传播，乙向左传播，以下说法正确的是（    ）

A. 甲波的频率等于乙波的频率

B. 因为两列波振幅不等，所以两列波相遇不会发生干涉现象

C. 两列波起振时的速度大小不等

D. 处的质点起振方向沿方向，振幅为

【答案】AC

【解析】

【详解】A．两列波在同一种介质中传播，则波速相等，由图可知两列波的波长相等，则两列波的周期相等，频率相等，选项A正确；

B．因为两列波频率相等，所以两列波相遇会发生干涉现象，选项B错误；

C．由于两列波的振幅不等，则两列波起振时的速度大小不等，选项C正确；

D．两列波同时传到x=0处的质点位置，且由两列波在该质点处引起的振动都是向上的，则处的质点起振方向沿方向，振幅为10cm+20cm=30cm，选项D错误。

故选AC。

16. 如图所示是一定质量的密闭理想气体由状态A经过状态B变为状态C的图像。已知气体在状态A时的压强是，则下列说法正确的是（    ）

A. 气体由状态A变为状态B的过程，压强保持不变

B. 气体在状态C时的压强为

C. 气体由状态A变为状态B的过程必须从外界吸收热量

D. 气体由状态B变为状态C的过程对外做功

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．由题图可知，A与B连线的延长线经原点O，所以气体由状态A变为状态B是一个等压变化，即pA=pB=，压强不变，A正确；

B．由题图可知，从B到C是等容变化，已知PB=，TB=300K，TC=400K，由查理定律可得

解得

B正确；    

C．气体由状态A变为状态B是等压变化，由盖−吕萨克定律可得

气体温度升高，气体内能增加，气体的体积增大，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体必须从外界吸收热量，C正确；

D．气体由状态B变为状态C是等容变化，气体的体积不变，气体对外不做功，D错误。

故选ABC。

非选择题部分

三、非选择题（本题共6小题，共55分）

17. 某同学用如图所示装置做验证机械能守恒定律的实验。

（1）除了提供图中的器材，实验室还需要准备下列器材_________。

A.     B.

C.     D.

（2）实验的主要步骤如下：其中不妥当的操作步骤是_________。（填写步骤序号）

A. 将导轨调至水平

B. 测出遮光条的宽度d

C. 测出托盘和砝码总质量和带长方形遮光条的滑块总质量

D. 将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离

E. 释放滑块，然后开启气泵，读出遮光条通过光电门的挡光时间

（3）在实验操作正确的前提下，若系统符合机械能守恒定律，测得的物理量应满足的关系式为_________。（用（2）中给出的字母表示）

（4）该实验小组在研究中发现利用该装置可以测量带长方形遮光条滑块的质量。实验小组多次改变光电门的位置，且每次都将滑块从同一点静止释放，测出相应的与值，完成实验后，某同学根据测量数据做出图像，测得直线的斜率为，已知托盘和砝码的总质量，遮光条的宽度d，重力加速度，则滑块质量的表达式为_________。（用题目给出的字母表示）

【答案】    ①. AC##CA    ②. E    ③.     ④.

【解析】

【详解】（1）[1]本实验需要测出托盘和砝码、带遮光条的滑块的质量，所以需要用到天平。遮光条的宽度比较窄，可以用游标卡尺测量。而光电门能记录时间，不需要秒表。且实验中不需要测量力，所以也用不到弹簧测力计。

故选AC。

（2）[2]

A. 将导轨调至水平，使整个系统只有托盘和砝码总重力做功，故A正确；

B. 测出遮光条的宽度d，从而求出经过光电门的速度，故B正确；

C. 实验中需要测出托盘和砝码总质量和带长方形遮光条的滑块总质量，故C正确；

D. 将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离，从而可知托盘与砝码下降的的高度，故D正确；

E.应先开启气泵，再释放滑块，读出遮光条通过光电门的挡光时间，故E错误。

故选E。

（3）[3] 在实验操作正确的前提下，若系统符合机械能守恒定律，测得的物理量应满足的关系式为

其中

所以表达式为

（4）[4]由题意可得

整理得

所以斜率为

解得

18. （1）将一铜片和一锌片插入一苹果内就构成了一个水果电池，小慧同学想要测量该水果电池的电动势和内阻，通过查阅相关资料，小慧同学发现水果电池的内阻约为几百欧，电动势约为，小慧同学先用多用电表测电池两端的电压，电表指针偏转如图（甲）所示，其示数为_________，小慧同学认为这一读数即为该水果电池的电动势，但小睿同学认为不对，其原因是__________________。

（2）小慧和小睿两同学打算用伏安法来测该水果电池的电动势和内阻，你认为最适合的电路应是下图（乙）中的_________（填A或B）；

（3）选定合适的电路后，小慧和小睿将测得的数据在坐标纸上绘出了图像，如图（丙）根据图像可得该水果电池的电动势为_________（结果保留两位小数），内阻为_________。

【答案】    ①.     ②. 水果电池内阻较大，路端电压不等于电源电动势    ③. B    ④.     ⑤.

【解析】

【详解】解：（1）[1]由图（甲）所示，应该用2.5V的量程测水果电池的电动势，其电表示数为0.85V。

[2]因水果电池内阻较大，用多用电表直接测电池两端的电动势，误差较大，即路端电压不等于电源电动势。

（2）[3]因水果电池内阻较大，若用图A测量时，电压表与电源并联，电压表的分流作用较大，会产生较大的误差；图B电流表的内阻较小，相对电源分压作用较小，产生的误差也较小，因此应该用图B测量。

（3）[4] 由图像可得，水果电池的电动势为

E=0.96V

[5] 由实验电路图B可知

U=E−rI

由图像斜率可得

19. 北京冬奥会之后，老百姓对冰雪项目有了更多的认识，也更积极的参与到该项运动中来。某一山坡滑道可视为倾角的斜面，一滑雪者沿山坡滑道从静止开始匀加速自由下滑位移后又进入水平滑道（从山坡滑道进入水平滑道时速度大小不变）。设水平滑道足够长，滑雪板与山坡滑道及水平滑道之间的动摩擦因数均为，取，，，不计空气阻力。求：

（1）滑雪者运动过程的最大速度；

（2）滑雪者从开始下滑到最终停止运动所用的时间；

（3）停止点到出发点间的水平距离。

【答案】（1）6m/s；（2）9.6s；（3）28.08m

【解析】

【详解】（1）沿山坡滑道下滑时加速度为，由牛顿第二定律可得

解得

由速度位移公式

可得

由速度时间公式可得

（2）进入水平滑道后

解得

运动时间

故从开始至最终停止运动所用的时间

（3）在水平滑道上减速运动的距离

停止点到出发点间水平距离

20. 如图所示，固定在竖直平面内的轨道由高为的平台，斜面，半径的竖直圆轨道（轨道在处稍微错开）及倾角为的斜面组成，一劲度系数为的弹簧一端固定在斜面的最高点，其下端距离地面。一质量为的滑块（可视为质点）从平台末端A以速度水平飞出，恰好无碰撞的从B点沿斜面向下滑行，B离地高度为，已知滑块与斜面间的动摩擦因数为，其余摩擦不计，不计滑块经轨道转折点能量损失及空气阻力，最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力，当弹簧压缩量为时，弹簧具有的弹性势能为（或可以用图像下的面积求变力做功）。

（1）求B与A间的水平距离；

（2）滑块经圆轨道最高点时轨道对滑块的压力；

（3）滑块沿右侧斜面第一次到达最高点时弹簧弹性势能；

（4）滑块最终静止的位置距端的距离。

【答案】（1）；（2）；（3）；（4）

【解析】

【详解】（1）从抛出到落至斜面的时间

故

（2）滑块从抛出到斜面底端过程由动能定理

得

由到过程中，由动能动理有

在时

联立得

（3）设滑块第一次上滑到最高点时，弹簧的最大压缩量为，则

解得

故弹簧弹性势能的最大值

（4）滑块第一次在最高点时，因为

故滑块会继续下滑，设滑块滑到水平面的速度为，则

解得

故滑块不能到达圆周轨道圆心等高线；又

故再次滑上斜面后不会接触弹簧，设滑块再次滑上斜面的最大位移为，有

解得

之后由于，所以滑块静止在该位置，即滑块最终静止的位置距的距离为。

21. 某同步加速器的简化模型如图所示。、为两块中心开有小孔的平行金属板，质量为、电荷量为的带正电的粒子（不计重力）从板小孔飘入两板间，初速度可视为零。当粒子进入两板间时，两板间的电势差变为，粒子得到加速；当粒子离开板时，两板上的电荷量均立即变为零。两板外部存在垂直于纸面向里的匀强磁场，粒子在磁场作用下做半径为的圆周运动，远大于板间距离。粒子经电场多次加速，动能不断增大，为使保持不变，磁场必须相应地变化。不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。求：

（1）粒子在第一周运动时磁场的磁感应强度的大小；

（2）粒子运动第3周和第12周所用时间之比；

（3）粒子在运动的第周内电场力对粒子做功的平均功率。

【答案】（1）；（2）2；（3）

【解析】

【详解】（1）由动能定理可得

解得

粒子在磁场中运动时有

解得，粒子在第一周运动时磁场的磁感应强度大小为

（2）由动能定理可得

故有，粒子运动第3周和第12周时的速度分别为

，

又周期为

可得，粒子运动第3周和第12周所用时间之比为

（3）第周内电场力对粒子做的功为

前周内电场力对粒子做的功为

由动能定理得

解得

第周粒子运动的时间为

故第周内电场力对粒子做功的平均功率为

22. 两水平金属直轨道间距为，由左右两部分通过一薄绝缘层连接（绝缘层左右两侧导轨相互绝缘），如图所示。在导轨间存在垂直导轨平面的大小为的匀强磁场区域Ⅰ和区域Ⅱ，区域Ⅱ的长度也为，区域Ⅱ右侧导轨足够长，在导轨左侧接有电容为的电容器和阻值为的电阻，右侧接有同样的电阻。在绝缘层和区域Ⅱ之间放置一“”型金属框，金属框总质量为、三边长均为、边电阻值为，、两边的电阻不计，与导轨位于同一平面上，初始时边在磁场区域Ⅱ外面。长为、质量为、电阻值不计的金属棒跨搁在左侧导轨上，在外力作用下由静止开始向右运动，到达绝缘层处时速度已经达到稳定值，此时撤去外力，棒与“”型金属框碰撞并粘合在一起，然后进入区域Ⅱ。已知，，，，，，不计一切摩擦，不计一切接触电阻，求：

（1）棒达到稳定时的速度；

（2）碰后棒和框粘合在一起时的速度；

（3）棒在右侧轨道运动过程电路产生的焦耳热。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）稳定时，电容相当于开路，若稳定速度为，则有

得

（2）由动量守恒，有

解得

（3）框进入磁场的过程中定值电阻被短路，回路中总电阻为，由动量定理有

又

解得

框出磁场过程中，边和定值电阻并联，由动量定理有

又

得

则该过程回路总的焦耳热