2024石家庄高二上学期期末考试物理含解析

这是一份2024石家庄高二上学期期末考试物理含解析，共26页。
注意事项∶
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题∶本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1. 一只鸟站在一条通过电流的铜质裸导线上，已知铜的电阻率为，导线的横截面积为，可估算该鸟两爪间的电压（V）的数量级为（ ）
A. B. C. D.
2. 实验室使用的电流表是磁电式仪表，这种电流表的构造如图所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。假设长方形线圈的匝数为，平行于纸面的边长度为，垂直于纸面的边长度为，且垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为。当线圈中通入电流，线圈以角速度绕垂直纸面的中心轴转动到水平位置时，下列说法正确的是（ ）
A. 穿过该线圈的磁通量为
B. 该线圈左侧边所受的安培力方向竖直向上
C. 该线圈左侧边所受的安培力大小为
D. 该线圈左侧边转动的线速度大小为
3. 如图甲所示是电视显像管原理示意图，电子枪发射出的电子束经过偏转线圈产生的磁场发生偏转，打在荧光屏上。当没有磁场时，电子束打在荧光屏正中的点，不计电子的重力。偏转线圈产生磁场的图像如图乙所示，设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，则电子打在荧光屏上的位置（ ）
A. 由点逐渐移动到点再返回到点
B. 由点逐渐移动到点再返回到点
C. 由点经点逐渐移动到点
D. 由点经点逐渐移动到点
4. 汽车蓄电池供电的简化电路如图所示，车灯正常发光。当汽车启动时，开关闭合，启动系统的电动机工作，车灯亮度会有明显变化，下列说法正确的是（ ）

A. 电源的效率增大
B. 两灯一定变暗
C. 电动机的输出功率等于电源输出功率减去两灯的功率
D. 若不亮亮，可能是由于短路所致
5. 如图所示，在匀强电场中，将电荷量为试探电荷从A点移到点，静电力所做功为，再从点移到点，静电力做功也为。已知电场的方向与直角三角形所在的平面平行，且。则该电场的电场强度大小为（ ）
A. B.
C. D.
6. 如图所示，匝数为1000匝的金属线圈的电阻为，一个电阻为的电热器连接在线圈的两端。在内通过该线圈的磁通量从均匀增加到，则电热器消耗的电功率为（ ）
A. B. C. D.
7. 如图所示，是自感系数很大的线圈，电阻不为零，和是两个相同的小灯泡。闭合开关一段时间后两灯泡都发光，断开开关瞬间，灯泡闪亮一下后熄灭。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关一段时间后两灯泡亮度相同
B. 线圈的电阻必定小于小灯泡的电阻
C. 断开开关后小灯泡逐渐熄灭
D. 断开开关前后小灯泡的电流方向保持不变
二、多项选择题∶本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 某一电场中的电场线分布如图所示，在电场中有三点，间距离等于间距离。下列说法中正确的是（ ）
A. 点电场强度比点电场强度小
B. 正电荷在点的电势能比在点的电势能小
C. 两点间的电势差大于两点间的电势差
D. 负电荷由向移动过程中静电力做负功
9. 如图所示为“质子治疗仪”，质子先被加速到较高能量，然后被引向并轰击肿瘤，杀死细胞，达到治疗效果。若质子由静止经过电场被匀加速到速度的过程中，通过的位移大小为，已知质子的质量为，电量为，由以上信息可以推算出（ ）
A. 该加速电场的电压
B. 该加速电场的电场强度
C. 质子加速后电势能
D. 运动过程中电场力对质子所做的功
10. 如图所示，真空中有A、B、C三个带正电的点电荷，它们固定在边长为的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是q，O点是三角形底边的中点，静电力常量为。下列说法正确的是（ ）
A. 点电荷对A的静电力大小为
B. 点电荷对A的静电力大小为
C. 点的电场强度大小为
D. 点的电场强度大小为
三、非选择题∶共54分。
11. 某同学将铜片和锌片插入水果中制成一个“水果电池”，并利用如图甲所示的实验电路图测量该电池的电动势和内阻。
（1）请用笔画线代替导线，完成图乙中实物图的连接______。
（2）连接好实物图后，将电阻箱阻值调到合适阻值，闭合开关。改变电阻箱阻值，记录电压表对应的示数，在坐标纸上作出关系图像如丙所示。根据图线可得该水果电池的电动势为______，内阻为______。（结果均保留两位有效数字）
12. 指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，如图甲所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱B可以分别与触点1、2、3接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的多种功能。
（1）关于此多用电表，下列说法中正确的是______。（选填选项前面的字母）
A.当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位，接线柱B接的是黑表笔
B.当S接触点2时，多用电表处于测量电压的挡位，接线柱B接的是黑表笔
C.当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位，接线柱B接的是黑表笔
D.当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位，接线柱B接的是红表笔
（2）图乙为某多用电表电阻挡中某一挡位原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig=100µA，内阻Rg=100Ω，电池的电动势E=1.5V，内阻r=0.5Ω，则该多用电表电阻挡的挡位为______挡（选填“×1k”、“×100”、“×10”或“×1”）。
（3）该同学对表机械调零后，把选择开关旋转到欧姆挡“×100”位置，这时他还需要进行______操作，才能开始测量电阻，之后，他用红黑两表笔接触被测电阻两引线，这时指针指示被测电阻的阻值如图丙所示，则被测电阻的阻值为______Ω；正确测量上述电阻后，需要继续测量一个阻值大约是15Ω的电阻，在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，正确操作顺序的步骤序号______。
A.将红表笔和黑表笔接触
B.把选择开关旋转到“×1”位置
C.把选择开关旋转到“×1k”位置
D.调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点
13. 如图所示的示波管模型中，电荷量为、质量为的电子从灯丝K发出，经加速电场加速后，从中心孔S沿极板中心线以速度水平射入平行板电容器，穿出偏转电场后，又经过一段匀速直线运动，最后打到荧光屏上的点。已知平行板电容器两极板间的电压为，板长为，两极板间的距离为，偏转电场两极板右端到荧光屏的距离为，不计电子重力。
（1）求荧光屏上两点间的距离；
（2）将平行板电容器与电源断开，仅增大两极板间距，发现电子仍打到若光屏上的点，请列式说明原因。
14. 如图所示是质谱仪的结构简化图。在速度选择器上方存在有界磁场区域，该区域上边界为直线，下边界由直线、半圆、直线组成，共线，与上边界平行且相距为之间放置足够长的照相底片，包含边界在内该区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。粒子源发射出质量为、电荷量为的粒子恰能沿直线通过速度选择器，并从距离点的小空隙竖直向上射入磁场区域，并全部打在照相底片上。已知速度选择器中磁感应强度大小为，电场强度大小为，不计粒子重力，求∶
（1）粒子进入有界磁场区域时的速度大小；
（2）有界磁场区域所加磁场的磁感应强度的大小范围。
15. 如图甲所示，在某星球上竖直固定两个相距1m的光滑平行金属导轨MN、PQ，导轨足够长且电阻不计，两导轨上端连接电路，定值电阻R1=2Ω，R3=4Ω，R2为电阻箱，导轨所在区域存在垂直导轨平面向外的匀强磁场。质量为0.1kg、电阻为1Ω、长为1m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，现调节电阻箱R2的阻值为12Ω，开关S打开，0时刻金属棒由静止释放，1s时闭合开关S，金属棒运动的v-t图像如图乙所示，t时刻图线的切线刚好水平，闭合开关S后，金属棒下滑距离为54m时速度恰好达到最大值。
（1）求匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）求图像中t的数值及t时间内整个电路产生的焦耳热；（结果均保留一位小数）
（3）电阻箱R2取何值时，金属棒再次匀速下滑且R2消耗的功率最大。
石家庄市2023~2024年度第一学期期末教学质量检测
高二物理
（时长75分钟，满分100分）
注意事项∶
1.答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号、考场号、座位号填写在答题卡上。
2.回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其它答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题∶本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。
1. 一只鸟站在一条通过电流的铜质裸导线上，已知铜的电阻率为，导线的横截面积为，可估算该鸟两爪间的电压（V）的数量级为（ ）
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】小鸟两脚之间的距离约为5cm，根据电阻的决定式，小鸟两脚之间导线的电阻为
根据欧姆定律有
解得
可知，该鸟两爪间的电压（V）的数量级约为。
故选B。
2. 实验室使用的电流表是磁电式仪表，这种电流表的构造如图所示。蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布。假设长方形线圈的匝数为，平行于纸面的边长度为，垂直于纸面的边长度为，且垂直于纸面的边所在处磁场的磁感应强度大小为。当线圈中通入电流，线圈以角速度绕垂直纸面的中心轴转动到水平位置时，下列说法正确的是（ ）
A. 穿过该线圈的磁通量为
B. 该线圈左侧边所受的安培力方向竖直向上
C. 该线圈左侧边所受的安培力大小为
D. 该线圈左侧边转动的线速度大小为
【答案】C
【解析】
【详解】A．线圈在水平位置时，穿过线圈的磁通量为零，选项A错误；
B．根据左手定则可知，线圈位于水平位置时，其左侧边a所受的安培力方向竖直向下，选项B错误；
C．由于线圈匝数为n，根据安培力公式可知，线圈左侧边a所受的安培力大小为
F=nBIL2
选项C正确；
D．根据线速度与角速度的关系可知，线圈左侧边a转动的线速度
选项D错误。
故选C。
3. 如图甲所示是电视显像管原理示意图，电子枪发射出的电子束经过偏转线圈产生的磁场发生偏转，打在荧光屏上。当没有磁场时，电子束打在荧光屏正中的点，不计电子的重力。偏转线圈产生磁场的图像如图乙所示，设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，则电子打在荧光屏上的位置（ ）
A. 由点逐渐移动到点再返回到点
B. 由点逐渐移动到点再返回到点
C. 由点经点逐渐移动到点
D. 由点经点逐渐移动到点
【答案】D
【解析】
【详解】开始时阶段，磁场方向垂直纸面向外，根据左手定则，电子受洛伦兹力方向向上，根据
可知随着B减小，电子轨道半径变大，则电子打到荧光屏上的位置下移，即从M向O移动；后一段时间，磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则，电子受洛伦兹力方向向下，根据
可知随着B增加，电子轨道半径变小，则电子打到荧光屏上的位置下移，即从O向N移动。
故选D。
4. 汽车蓄电池供电的简化电路如图所示，车灯正常发光。当汽车启动时，开关闭合，启动系统的电动机工作，车灯亮度会有明显变化，下列说法正确的是（ ）

A. 电源的效率增大
B. 两灯一定变暗
C. 电动机的输出功率等于电源输出功率减去两灯的功率
D. 若不亮亮，可能是由于短路所致
【答案】B
【解析】
【详解】A．电源的效率
汽车启动时，电键S闭合时，电路中总电阻变小，总电流变大，内电压变大，则路端电压U变小，可知电源的效率减小，选项A错误；
B．汽车启动时，电路中总电流变大，则电源内阻上的电压变大，则路端电压减小，则车灯一定变暗，选项B正确；
C．由能量关系可知，电动机的输入功率等于电源输出功率减去两灯的功率，选项C错误；
D．若L1灯短路，则L2灯也会不亮，选项D错误。
故选B。
5. 如图所示，在匀强电场中，将电荷量为的试探电荷从A点移到点，静电力所做功为，再从点移到点，静电力做功也为。已知电场的方向与直角三角形所在的平面平行，且。则该电场的电场强度大小为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】根据题意可知
由于
，
令点电势为0，则有
，
由于匀强电场中，平行等间距两条线段的电势差相等，令AC中点为D，则有
由于
，
结合上述解得
可知，BD连线为一条等势线，由于三角形ABC为等腰直角三角形，则BD垂直于AC，即电场强度方向沿，则有
故选B。
6. 如图所示，匝数为1000匝的金属线圈的电阻为，一个电阻为的电热器连接在线圈的两端。在内通过该线圈的磁通量从均匀增加到，则电热器消耗的电功率为（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】感应电动势为
则电功率
故选C。
7. 如图所示，是自感系数很大的线圈，电阻不为零，和是两个相同的小灯泡。闭合开关一段时间后两灯泡都发光，断开开关瞬间，灯泡闪亮一下后熄灭。下列说法正确的是（ ）
A. 闭合开关一段时间后两灯泡亮度相同
B. 线圈的电阻必定小于小灯泡的电阻
C. 断开开关后小灯泡逐渐熄灭
D. 断开开关前后小灯泡的电流方向保持不变
【答案】B
【解析】
【详解】A．闭合开关S一段时间后，由于流过A的电流大于流过B的电流，所以两灯泡亮度不相同，故A错误；
B．断开开关S瞬间，灯泡B闪亮一下后熄灭，说明开关S闭合稳定后，通过线圈电流大于通过B的电流，则线圈的电阻小于小灯泡B的电阻，故B正确；
C．断开开关S后，灯泡B与线圈构成回路，而小灯泡A断开，立即熄灭，故C错误；
D．断开开关S前后小灯泡B的电流方向由原来的向右变为向左，故D错误。
故选B。
二、多项选择题∶本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 某一电场中的电场线分布如图所示，在电场中有三点，间距离等于间距离。下列说法中正确的是（ ）
A. 点电场强度比点电场强度小
B. 正电荷在点的电势能比在点的电势能小
C. 两点间的电势差大于两点间的电势差
D. 负电荷由向移动过程中静电力做负功
【答案】BC
【解析】
【详解】A．电场线越密集则场强越大，则点电场强度比点电场强度大，选项A错误；
B．正电荷从B到A，电场力做正功，则电势能减小，则在点的电势能比在点的电势能小，选项B正确；
C．根据U=Ed因为AB两点间的平均场强大于BC两点的平均场强，可知两点间的电势差大于两点间的电势差，选项C正确；
D．负电荷由向移动过程中静电力做正功，选项D错误。
故选BC。
9. 如图所示为“质子治疗仪”，质子先被加速到较高的能量，然后被引向并轰击肿瘤，杀死细胞，达到治疗效果。若质子由静止经过电场被匀加速到速度的过程中，通过的位移大小为，已知质子的质量为，电量为，由以上信息可以推算出（ ）
A. 该加速电场的电压
B. 该加速电场的电场强度
C. 质子加速后的电势能
D. 运动过程中电场力对质子所做的功
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．根据
可求解该加速电场的电压Ｕ，选项A正确；
B．根据
可求解该加速电场的电场强度，选项B正确；
C．因零电势点不确定，则不能确定质子加速后的电势能，选项C错误；
D．运动过程中电场力对质子所做的功
选项D正确。
故选ABD。
10. 如图所示，真空中有A、B、C三个带正电的点电荷，它们固定在边长为的等边三角形的三个顶点上，每个点电荷的电荷量都是q，O点是三角形底边的中点，静电力常量为。下列说法正确的是（ ）
A. 点电荷对A的静电力大小为
B. 点电荷对A的静电力大小为
C. 点的电场强度大小为
D. 点的电场强度大小为
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．由题意可得，两点电荷对A的静电力大小分别为
由三个带正电的点电荷构成等边三角形，由几何知识可得点电荷对A的静电力的合力大小为
A错误，B正确；
CD．三个点电荷在点产生的电场强度方向如图所示
根据点电荷场强公式可知点电荷B和点电荷C在O点的电场强度大小相等、方向相反，二者的矢量和为零。点电荷A在O点的电场强度即为O处的电场强度，其大小为
又
联立可得产生的电场强度大小分别为
C错误，D正确。
故选BD。
三、非选择题∶共54分。
11. 某同学将铜片和锌片插入水果中制成一个“水果电池”，并利用如图甲所示的实验电路图测量该电池的电动势和内阻。
（1）请用笔画线代替导线，完成图乙中实物图的连接______。
（2）连接好实物图后，将电阻箱阻值调到合适阻值，闭合开关。改变电阻箱的阻值，记录电压表对应的示数，在坐标纸上作出关系图像如丙所示。根据图线可得该水果电池的电动势为______，内阻为______。（结果均保留两位有效数字）
【答案】 ①. ②. 0.91±0.09 ③. 1.7##1.8##1.9
【解析】
【详解】（1）[1]用笔画线代替导线，完成图乙中实物图如图：
（2）[2][3]根据闭合电路的欧姆定律可知
整理得
结合图像可知
，
解得
（±0.09都正确），（1.7、1.8都正确）
12. 指针式多用电表是实验室中常用的测量仪器，如图甲所示为某同学设计的多用电表的原理示意图。虚线框中S为一个单刀多掷开关，通过操作开关，接线柱B可以分别与触点1、2、3接通，从而实现使用多用电表测量不同物理量的多种功能。
（1）关于此多用电表，下列说法中正确的是______。（选填选项前面的字母）
A.当S接触点1时，多用电表处于测量电流的挡位，接线柱B接的是黑表笔
B.当S接触点2时，多用电表处于测量电压的挡位，接线柱B接的是黑表笔
C.当S接触点2时，多用电表处于测量电阻的挡位，接线柱B接的是黑表笔
D.当S接触点3时，多用电表处于测量电压的挡位，接线柱B接的是红表笔
（2）图乙为某多用电表电阻挡中某一挡位的原理示意图，其中电流表的满偏电流Ig=100µA，内阻Rg=100Ω，电池的电动势E=1.5V，内阻r=0.5Ω，则该多用电表电阻挡的挡位为______挡（选填“×1k”、“×100”、“×10”或“×1”）。
（3）该同学对表机械调零后，把选择开关旋转到欧姆挡“×100”位置，这时他还需要进行______操作，才能开始测量电阻，之后，他用红黑两表笔接触被测电阻两引线，这时指针指示被测电阻的阻值如图丙所示，则被测电阻的阻值为______Ω；正确测量上述电阻后，需要继续测量一个阻值大约是15Ω的电阻，在用红、黑表笔接触这个电阻两端之前，正确操作顺序的步骤序号______。
A.将红表笔和黑表笔接触
B.把选择开关旋转到“×1”位置
C.把选择开关旋转到“×1k”位置
D调节欧姆调零旋钮使表针指向欧姆零点
【答案】 ①. AC##CA ②. ×1k ③. 欧姆调零 ④. 1900 ⑤. BAD
【解析】
【详解】（1）[1]A．由甲图可知，当S接触点1时，表头与分流电阻并联，此时多用电表处于测量电流的挡位，接线柱B接的是黑表笔，故A正确；
BC．由甲图可知，当S接触点2时，表头与电源相连，此时多用电表处于测量电阻的挡位，接线柱B接的是黑表笔，故B错误，C正确；
D．由甲图知，当S接触点3时，表头与分压电阻串联，此时多用电表处于测量电压的挡位，其中接线柱B接的是黑表笔，故D错误。
故选AC。
（2）[2]当欧姆调零时，指针满偏，电流为100µA，根据闭合电路欧姆定律可得
由于表盘中间刻度为15，则所选倍率为“×1k”。
（3）[3]该同学对表机械调零后，把选择开关旋转到欧姆挡“×100”位置，这时他还需要进行欧姆调零，才能开始测量电阻；
[4]欧姆表的读数为指针读数与倍率乘积，所以被测电阻的阻值为
[5]多用电表正确测量了一个约15Ω的电阻，首先要把选择开关置于“×1”挡，然后进行欧姆调零，即把红黑表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零点，故合理的步骤是BAD。
13. 如图所示的示波管模型中，电荷量为、质量为的电子从灯丝K发出，经加速电场加速后，从中心孔S沿极板中心线以速度水平射入平行板电容器，穿出偏转电场后，又经过一段匀速直线运动，最后打到荧光屏上的点。已知平行板电容器两极板间的电压为，板长为，两极板间的距离为，偏转电场两极板右端到荧光屏的距离为，不计电子重力。
（1）求荧光屏上两点间的距离；
（2）将平行板电容器与电源断开，仅增大两极板间距，发现电子仍打到若光屏上的点，请列式说明原因。
【答案】（1）；（2）答案见解析
【解析】
【详解】（1）粒子在偏转电场中做类平抛运动，如图所示：
垂直电场方向有
沿电场方向
侧移量
解得
由几何关系可知
得荧光屏上间的距离
（2）因电容器与电源断开，两板上所带电量不变，根据
解得
仅增大两极板间距，板间电场强度不变，带电粒子在电场中的受力情况不变，则运动情况不变，故该电子仍能打到若光屏上而显示亮点。
14. 如图所示是质谱仪结构简化图。在速度选择器上方存在有界磁场区域，该区域上边界为直线，下边界由直线、半圆、直线组成，共线，与上边界平行且相距为之间放置足够长的照相底片，包含边界在内该区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。粒子源发射出质量为、电荷量为的粒子恰能沿直线通过速度选择器，并从距离点的小空隙竖直向上射入磁场区域，并全部打在照相底片上。已知速度选择器中磁感应强度大小为，电场强度大小为，不计粒子重力，求∶
（1）粒子进入有界磁场区域时的速度大小；
（2）有界磁场区域所加磁场的磁感应强度的大小范围。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）粒子通过速度选择器，电场力和洛伦兹力平衡，得
解得
（2）若粒子打点，如图所示，由几何关系得
又
解得
又
解得
磁感应强度的大小范围为
15. 如图甲所示，在某星球上竖直固定两个相距1m的光滑平行金属导轨MN、PQ，导轨足够长且电阻不计，两导轨上端连接电路，定值电阻R1=2Ω，R3=4Ω，R2为电阻箱，导轨所在区域存在垂直导轨平面向外的匀强磁场。质量为0.1kg、电阻为1Ω、长为1m的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，现调节电阻箱R2的阻值为12Ω，开关S打开，0时刻金属棒由静止释放，1s时闭合开关S，金属棒运动的v-t图像如图乙所示，t时刻图线的切线刚好水平，闭合开关S后，金属棒下滑距离为54m时速度恰好达到最大值。
（1）求匀强磁场的磁感应强度大小；
（2）求图像中t的数值及t时间内整个电路产生的焦耳热；（结果均保留一位小数）
（3）电阻箱R2取何值时，金属棒再次匀速下滑且R2消耗的功率最大。
【答案】（1）0.5T；（2）5.4s，27.1J；（3）4Ω
【解析】
【详解】（1）设该星球表面的重力加速度为g，开关S打开，对金属棒受力分析及从图上得，在0~1s内金属棒的加速度为
金属棒匀速下滑时速度最大，此时棒所受的安培力为
从图上得
由平衡条件得
所以
代入数据解得
（2）闭合开关后，由动量定理可得
由法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律可得
联立可得
所以
金属棒由静止开始下滑到最大速度的过程，由动能定理得
解得
（3）改变电阻箱R2的值后，电阻值为R2′，金属棒匀速下滑时满足
R2两端的电压为
R2消耗的功率为
由上联立解得
由数学知识得，当
即
R2消耗的功率最大。