2023-2024学年北京市海淀区中关村中学高二（下）期中物理试卷
一、选择题（共42分）
1.关于电磁波的发现及其应用，下列说法不正确的是( )
A. 麦克斯韦建立了经典电磁场理论
B. 赫兹通过实验证明了电磁波的存在
C. 电磁波可以传递能量和信息，但不能在真空中传播
D. 按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱
2.变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这是为了( )
A. 减小涡流，提高变压器的效率 B. 增大涡流，提高变压器的效率
C. 增大铁芯中的电阻，以产生更多的热量 D. 减小铁芯中的电阻，以减小发热量
3.如图所示，理想变压器原线圈接在的交流电源上，副线圈接一定值电阻，电流表和电压表均视为理想电表。当开关由端拨到端后，各电表示数的变化情况是( )
A. 示数变大 B. 示数变小 C. 示数变大 D. 示数变小
4.如图所示，弹簧振子在、之间做简谐运动。以平衡位置为原点，建立轴。向右为轴的正方向。若振子位于点时开始计时，则其振动图象为( )
A. B.
C. D.
5.一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看做一个质点，这些质点之间存在着相互作用。如图是某绳波形成过程的示意图。质点在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，带动质点、、各个质点依次振动，把振动从绳的左端传到右端。时，质点刚要开始运动。下列说法正确的是( )
A. 时，质点开始向下运动 B. 时，质点加速度方向向上
C. 时，质点开始向上运动 D. 时，质点的加速度方向向上
6.汽车无人驾驶技术已逐渐成热，最常用的是自适应航控制，它可以控制无人车在前车减速时自动减速、前车加速时自动跟上去。其使用的传感器主要有毫米波雷达，该雷达会发射和接收调制过的无线电波，再通过因波的时间差和多勒效应造成的频率变化来测量目标的相对距离和相对速度。若该雷达发射的无线电就的频率为，接收到的回波的频率为，则( )
A. 当时，表明前车与无人车速度相同
B. 当时，表明前车一定处于静止状态
C. 当时，表明前车在加速行驶
D. 当时，表明前车在减速行驶
7.干涉和衍射都是波特有的现象。图甲为水波的衍射实验，挡板是固定的，挡板可以上下移动。图乙为两列频率相同的横波相遇时某一时刻的情况，实线表示波峰，虚线表示波谷。下列说法正确的是( )
A. 甲图中不管挡板处于什么位置，水波都能发生明显的衍射现象
B. 甲图中挡板向下移动少许，水波衍射现象更加明显
C. 乙图中点为振动加强点
D. 乙图中点的位移不可能为零
8.如图所示，，两物体组成弹簧振子，在振动过程中，，始终保持相对静止，那么能正确反映振动过程中受摩擦力与振子的位移关系的图线应为图中的( )
A. B. C. D.
9.如图所示，为金属热电阻，为光敏电阻，和均为定值电阻，电源电动势为，内阻为，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )
A. 金属热电阻温度升高，其他条件不变
B. 金属热电阻温度降低，光照减弱，其他条件不变
C. 光照增强，其他条件不变
D. 光照增强，金属热电阻温度升高，其他条件不变
10.用图甲所示的装置可以测量物体做匀加速直线运动的加速度，用装有墨水的小漏斗和细线做成单摆，水平纸带中央的虚线在单摆平衡位置的正下方。物体带动纸带一起向左运动时，让单摆小幅度前后摆动，于是在纸带上留下如图所示的径迹。图乙为某次实验中获得的纸带的俯视图，径迹与中央虚线的交点分别为、、、，用刻度尺测出、间的距离为；、间的距离为已知单摆的摆长为，重力加速度为，则此次实验中测得的物体的加速度为( )
A. B. C. D.
11.如图甲所示为某品牌手机的无线充电器，其工作原理简化后如图乙所示．将交流电电流随时间按正弦规律变化接入送电线圈，手机电池通过转换电路连接受电线圈，将手机放在送电线圈上方即可对电池充电．关于无线充电的以下说法正确的是( )
A. 该原理是应用了电磁感应
B. 充电器工作时辐射出电磁波
C. 受电线圈内产生的是恒定电流
D. 若将恒定电流接入送电线圈，也可以对手机充电
12.图甲为一列简谐横波在时刻的波形图，是平衡位置为处的质点，是平衡位置为处的质点，图乙为质点的振动图像。则下列说法正确的是( )
A. 该机械波向轴正方向传递
B. 该机械波的速度为
C. 从到，质点通过的路程为
D. 在时，质点的加速度方向沿轴负方向
13.如图所示，轻质弹簧上端固定，下端连接质量为的小球，构成竖直方向的弹簧振子．取小球平衡位置为轴原点，竖直向下为轴正方向，设法让小球在竖直方向振动起来后，小球在一个周期内的振动曲线如图所示，若时刻弹簧弹力为，重力加速度为，则有( )
A. 时刻弹簧弹力大小为
B. 弹簧劲度系数为
C. 时间段，回复力冲量为
D. 时间段，小球动能与重力势能之和减小
14.如图所示，物体放置在物体上，与一轻弹簧相连，它们一起在光滑水平面上以点为平衡位置做简谐运动，所能到达相对于点的最大位移处分别为点和点，运动过程中、之间无相对运动。已知弹簧的劲度系数为，系统的振动周期为，弹簧始终处于弹性限度内。下列说法中不正确的是( )
A. 物体从向运动的过程中，弹簧的弹性势能逐渐变小
B. 物体处于之间某位置时开始计时，经时间，物体一定运动到之间
C. 物体的速度为时开始计时，每经过时间，物体的速度仍为
D. 当物体相对平衡位置的位移为时，、间摩擦力的大小等于
二、非选择题（共58分）
15.将一单摆装置竖直悬挂于某一深度为未知且开口向下的小筒中单摆的下半部分露于筒外，如图甲所示，将悬线拉离平衡位置一个小角度后由静止释放，设单摆摆动过程中悬线不会碰到筒壁。如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端口到摆球球心的距离，并通过改变而测出对应的摆动周期，再以为纵轴、为横轴作出其关系图像，那么就可以通过此图像得出小筒的深度和当地的重力加速度。
测量单摆的周期时，某同学在摆球某次通过最低点时按下停表开始计时，同时数“”，当摆球第二次通过最低点时数“”，依此法往下数，当他数到“”时，按下停表停止计时，读出这段时间，则该单摆的周期为______。
A.
B.
C.
D.
若不考虑实验误差的影响，根据实验数据，得到的关系图线应该是图乙中、、中的______条选填、、或者。
根据图线可求得当地的重力加速度 ______取，结果保留位有效数字。
16.现用如图甲所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。
在组装仪器时单缝和双缝应该相互______放置选填“垂直”或“平行”；
已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有分度。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第条亮纹，此时测量头上游标卡尺的读数为；接着同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第条亮纹中心对齐，此时测量头上游标卡尺的示数如图乙所示，则读数为______，已知双缝间距，测得双缝到毛玻璃屏的距离，所测光的波长 ______；保留位有效数字
该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离，而是先测量个条纹的间距再求出，这样做的理由是______；
埃镜实验的基本装置如图丙所示，为单色光源。发出的光直接照在光屏上，同时发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源到平面镜的距离和到光屏的距离分别为和，光的波长为。写出相邻两条亮纹或暗纹间距离的表达式______。
17.如图所示，交流发电机的矩形金属线圈的边长，，匝数，线圈的总电阻，线圈位于磁感应强度的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向平行。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环、集流环焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接。现使线圈绕过和边中点、且垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电动势瞬时值的表达式；
求通过电阻的电流有效值；
求线圈转动电阻上产生的热量。
18.实线和虚线分别是沿轴传播的一列简谐横波在和时刻的波形图。已知在时刻，处的质点向轴正方向运动。
判断该波的传播方向；
求该波的最小频率；
若，求该波的波速大小
19.同学利用力传感器测量当地的重力加速度大小，在单摆的悬点处接一个力传感器未画出，将小球可视为质点拉到点后释放。小球在竖直平面内的、之间来回摆动。由力传感器测出细线对摆球的拉力大小随时间变化的曲线如图乙，已知点为运动过程中的最低点，小球质量为，摆长为，摆角为，随时间变化的周期为，求：
当地重力加速度的大小；
力传感器测出的细线对摆球的拉力的最大值；
另一同学通过自制单摆测量重力加速度，他利用细线和和铁锁制成一个单摆，计划利用手机的秒表计时功能和卷尺完成实验。但铁锁的重心未知，不容易确定准确的摆长。请帮助该同学设计一个方案来测量当地的重力加速度，并写出重力加速度的计算式需要测量的物理量请加以说明。
20.半导体内导电的粒子“载流子”有两种：电子和空穴空穴可视为能移动的带正电的粒子，每个载流子所带电量的绝对值均为。如图所示，将一块长为、宽为、厚为的方体半导体样品板静止放置，沿轴方向施加一个匀强电场，使得半导体中产生沿轴正方向的恒定电流，之后沿轴正方向施加磁感应强度大小为的匀强磁场，很快会形成一个沿轴负方向的稳定电场，称其为霍尔电场。
若样品板中只存在一种载流子，测得与轴垂直的两个侧面图中“上表面”和“下表面”之间电势差为，求霍尔电场的电场强度大小。
现发现一种新型材料制成的样品板中同时存在电子与空穴两种载流子，单位体积内电子和空穴的数目之比为。电子和空穴在半导体中定向移动时受到材料的作用可以等效为一个阻力，假定所有载流子所受阻力大小正比于其定向移动的速率，且比例系数相同。
请在图图的样品板局部侧视图中分别画出刚刚施加磁场瞬间，电子和空穴所受洛伦兹力的示意图。
在霍尔电场稳定后即图中“上表面”和“下表面”积累的电荷量不再改变，电子和空穴沿方向定向移动的速率分别为和关于电子和空穴沿轴方向的运动情况，某同学假设了两种模型：
模型：电子和空穴都不沿轴方向做定向移动；
模型：电子和空穴仍沿轴方向做定向移动。
请依据受力情况和电荷守恒等基本规律，判断该样品中电子和空穴沿轴方向的运动情况符合哪种模型。
若认为模型正确，请计算电子受到的霍尔电场的电场力大小；
若认为模型正确，请计算电子与空穴沿方向定向移动的速率和之比。
在基础上，求霍尔电场稳定后电场强度大小。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：
A.麦克斯韦最终建立了经典电磁场理论，符合史实，故A正确；
B.赫兹通过实验证明了电磁波的存在，符合史实，故B正确；
C.电磁波可以传递能量和信息，能在真空中传播，故C错误；
D.按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列起来，就是电磁波谱，电磁波波长由大到小的排列顺序依次为无线电波、红外线、可见光、紫外线、射线、射线，故D正确；
本题选说法不正确的，故选：。
电磁波的传播不需要介质，麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，电磁波谱按波长频率排列。
本题考查学生对电磁波产生、物理学史、电磁波谱的掌握，比较基础。
2.【答案】
【解析】解：变压器的铁芯，在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象，要损耗能量，不用整块的硅钢铁芯，其目的是增大电阻，从而为了减小涡流，减小发热量，提高变压器的效率，故A正确，BCD错误；
故选：。
涡流现象能在导体内部损耗能量，利用薄硅钢片叠压而成的，增大电阻，从而减小涡流，提高效率．
本题考查了变压器的变压原理，涡流现象的知识，注意理解不是采用一整块硅钢的目的是解题的关键．
3.【答案】
【解析】解：电压表的示数等于交流电源两端的电压，保持不变，故A错误；
B.根据理想变压器电压与匝数比的关系
开关由端拨到端，副线圈的匝数增大，副线圈两端电压增大，示数变大，故B错误；
根据欧姆定律
可知副线圈电流增大，示数变大；
根据理想变压器的功率关系
可知原线圈电流增大，示数变大，故C正确，D错误。
故选：。
根据开关位置变化情况判断副线圈匝数变化情况，然后根据理想变压器电压与匝数比的关系、欧姆定律分析答题。
根据题意分析清楚电路结构与变压器匝数变化情况，应用欧姆定律与理想变压器的电压与匝数比的关系即可完成作答。
4.【答案】
【解析】选取向右为正方向，振子运动到点时，振子具有正方向最大位移，所以振子运动到点时开始计时振动图象应是余弦曲线，故A正确，BCD错误。
故选：。
当振子运动到点时开始计时，分析此时振子的位置，即确定出时刻质点的位置，即可确定位移时间的图象。
本题在选择图象时，关键研究时刻质点的位移和位移如何变化。
5.【答案】
【解析】解：、质点为波源，波向右传播，时，质点开始振动，故A错误；
B、时质点的位移为正，故回复力向下，那么，加速度方向向下，故B错误；
C、在时质点在最大位移处，则当，质点刚好在平衡位置且向上振动，故C正确
D、在时质点在图示位置处，则当，质点的位移为正向，故回复力向下，那么，加速度方向向下，故D错误；
故选：。
根据波的传播方向得到质点振动方向，从而得到加速度方向；根据图示得到波长，根据波的传播得到质点的振动；再根据质点做简谐振动，由质点的振动方向得到波形。
机械振动问题中，一般根据振动图或质点振动得到周期、质点振动方向；再根据波形图得到波长和波的传播方向，从而得到波速及质点振动，进而根据周期得到路程。
6.【答案】
【解析】解：、当声源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和声源发出的频率相等，故当时，说明二者之间的距离不变，表明前车与无人车速度相同，但不一定静止，故A正确，B错误；
C、当时，说明接收到的频率增大，说明两车距离减小，表明前车在减速行驶，故C错误；
D、当时，说明接收到的频率减小，说明两车距离增大，表明前车在加速行驶，故D错误。
故选：。
当声源和观察者之间的距离不变化时，观察者接收到的频率和声源发出的频率相等；当声源和观察者之间的距离增大时，观察者接收到的频率和声源发出的频率减小；当声源和观察者之间的距离减小时，观察者接收到的频率和声源发出的频率增大。
本题主要是考查多普勒效应，解答本题要掌握接收到的频率与声源发出的频率之间的关系。
7.【答案】
【解析】解：、只有当波的波长接近障碍物或孔，或波的波长大于障碍物或孔的尺寸时才能发生明显的衍射现象，故A错误；
B、根据图甲可知，孔的尺寸大于波的波长，甲图中挡板向下移动少许时，会使得孔的尺寸比波的波长更大，这样会使得衍射现象更不明显，故B错误；
C、波峰与波峰相遇点或波谷与波谷相遇点为振动加强点，乙图中点位移两波峰相遇的位置，其振动将会加强，故C正确；
D、无论是振动加强还是减弱，质点仍在原来的位置上下振动，因此乙图中点的质点振动到平衡位置时位移为零，故D错误。
故选：。
能发生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸与波的波长差不大或小于波长。波峰与波峰相遇点或波谷与波谷相遇点为振动加强点，波峰与波谷相遇点为振动减弱点；振动加强点的位移并不总是最大，也在周期性变化。
知道发生明显的衍射现象的条件，波峰和波峰相遇点或波谷和波谷相遇点为振动加强点，波峰与波谷相遇点为振动减弱点；振动加强点的位移并不总是最大，也在周期性变化。
8.【答案】
【解析】解：设弹簧的劲度系数为，振子距平衡位置的位移时系统的加速度为，根据牛顿第二定律有：
所以当位移为时，整体的加速度，
隔离对分析，则摩擦力：
故选项C正确。
故选：。
对整体分析，根据牛顿第二定律求出弹簧的弹力与位移之间的关系，如何由隔离法得出、间的摩擦力与位移的函数关系．
本题考查了牛顿第二定律的基本运用，掌握整体法和隔离法的灵活运用，通过整体法求出劲度系数是关键．
9.【答案】
【解析】解：由电路图可知，和串联后与并联，再与串联；
A、若金属热电阻温度升高，增大，并联部分的总电阻增大，分担的电压增大，通过的电流增大．总电阻增大，则总电流减小，所以通过的电流减小，的电压减小，所以电压表示数减小，与题不符，故A错误．
B、当金属热电阻温度降低时，减小，光照减弱时，增大，并联部分的电阻可能增大，分担的电压增大，而分担的电压减小，则电压表示数增大，故B正确．
C、光照增强时，减小，并联部分的总电阻减小，分担的电压减小，电压表示数减小，故C错误．
D、光照增强时，减小，金属热电阻温度升高时，增大．并联部分的电阻可能增大，分担的电压增大，通过的电流增大．总电阻增大，总电流减小，则通过的电流减小，的电压减小，所以电压表示数减小．并联部分的电阻也可能减小，分担的电压减小，通过的电流减小，的电压减小，所以电压表示数减小．与题不符，故D错误．
故选：
金属热电阻的阻值随温度升高而增大，光敏电阻的阻值随光照的增强而减小，由闭合电路欧姆定律分析电路中电阻的变化，分析电压表示数的变化，选择符合题意的选项．
该题考查光敏电阻和金属热电阻的特性与闭合电路的欧姆定律的应用．
10.【答案】
【解析】解：单摆小幅度前后摆动，即为简谐振动，它的振动周期是一定的，即、、间的时间是相等的；
而单摆的周期为：，
因此、、间的时间为；
根据遂差法有：
那么物体的加速度为：，故ACD错误，B正确。
故选：。
根据单摆来回摆动，可得，、、、间的时间相等，由简谐振动周期公式，再结合遂差法，从而即可求解加速度。
考查单摆的周期公式，理解单摆满足简谐振动的条件，并掌握遂差法求解加速度的方法，注意波的周期与单摆的周期不相同是解题的关键。
11.【答案】
【解析】解：、根据无线充电装置可知，无线充电采用了电磁感应原理，故A正确；
B、充电器在工作时向外辐射电磁波，手机接收到电磁波产生电磁感应形成充电电流，故B正确；
C、根据电磁感应原理可知，受电线圈中产生的是同频率的交流电，故C错误；
D、若将恒定电流接入送电线圈，则充电器不能产生交变的磁场，故无法实现手机充电，故D错误。
故选：。
明确无线充电的原理为电磁感应现象，从而分析实验无线充电的条件。
本题考查电磁感应现象的应用，要注意明确无线充电采用的是电磁感应原理。
12.【答案】
【解析】解：、由图乙可知，时刻质点沿轴负方向振动，由图甲结合波形平移法可知，该机械波向轴负方向传播，故A错误；
B、由图甲可知该机械波的波长为，由图乙可知周期为，则该机械波的波速为，故B正确；
C.从到，经历时间，由于时刻质点不是处于平衡位置或者最大位移处，则从到，质点通过的路程，故C错误；
D、机械波向轴负方向传播，可知时刻质点沿轴正方向振动，在时，即经过时间，质点处于平衡位置上方，质点的加速度方向沿轴负方向，故D正确。
故选：。
由乙图读出点在时刻的振动方向，由甲图判断出波的传播方向；分别由两图读出波长和周期，从而求出波速；根据时间与周期的倍数分析质点通过的路程；在时，根据时间与周期的关系确定质点的位置，判断其加速度方向。
本题的关键是会根据质点的振动方向来判断波的传播方向，抓住振动图像和波动图像之间的内在联系，并能理解波的形成过程，根据时间与周期的关系分析质点的状态。
13.【答案】
【解析】解：、取小球平衡位置为轴原点，竖直向下为轴正方向，而时刻弹簧弹力为，位移为，有
可得：
时刻在正的最大位移处，弹簧的伸长量为，则弹力为
，故A正确，B错误；
C、时间段，振子从平衡位置沿负方向振动回到平衡位置，回复力一直沿正方向，由可知回复力冲量不为零，故C错误；
D、时间段，小球从最高点振动到达最低点，根据能量守恒定律可知弹簧的弹性势能和小球的机械能相互转化，因弹簧的弹性势能一直增大，则小球动能与重力势能之和减小，故D正确；
故选：。
根据回复力的特点得出弹簧的劲度系数并计算出时刻的弹力大小；
根据回复力的方向结合冲量的计算公式完成分析；
理解简谐运动过程中的能量转化特点。
本题主要考查了简谐运动的相关应用，理解简谐运动的特点，结合图像的物理意义，同时要理解运动过程中的能量转化特点即可完成分析。
14.【答案】
【解析】解：、物体从向运动的过程中，弹簧的压缩量逐渐减小，所以弹性势能逐渐变小，故A正确；
B、物体处于之间某位置时开始计时，经时间，物体的速度再次等于，有运动的对称性可知，物体一定运动到之间，故B正确；
C、物体和整体做简谐运动，根据对称性，当物体的速度为时开始计时，每经过时间，物体的速度仍为，故C正确；
D、对整体，、间摩擦力的摩擦力大小，故D错误；
本题选择错误的
故选：。
和起在光滑水平面上做往复运动，一起做简谐运动，有简谐振动的特点分析。根据牛顿第二定律求出整体的加速度，再以为研究对象分析即可。
本题中两物体一起做简谐运动，都满足简谐运动的特征：，回复力做功可根据力与位移方向间的关系判断做什么功。
15.【答案】
【解析】解：根据单摆完成全振动的时间和次数，该单摆的周期，故A正确，BCD错误。
故选：。
根据该实验的原理可得单摆的周期
变式可得
可知的图像应与纵轴上半轴有截距。
故选：。
根据函数关系可得该图像的斜率
根据图像可得斜率
解得。
故答案为：；；。
单摆的周期等于单摆完成一次全振动所需要的时间，由求单摆的周期；
根据单摆的周期公式推导出与的关系式，再选择正确的图线；
根据图象斜率的含义结合函数，求出重力加速度。
本题考查了利用单摆周期公式测定重力加速度，根据单摆周期公式求解函数是解题的关键；要明确斜率的含义，掌握用图像法处理实验数据的方法。
16.【答案】平行 利用累积法求平均值的方法减小偶然误差
【解析】解：在组装仪器时单缝和双缝应该相互平行放置。
分度游标卡尺的精确值为，由图乙可知读数为
相邻亮条纹间距为
根据双缝干涉条纹间距公式
代入数据解得所测光的波长为
该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离，而是先测量个条纹的间距再求出，这样做的理由是利用累积法求平均值的方法减小偶然误差。
从发出的光经过平面镜反射后射到屏上的光，相当于从关于平面镜的像点发出的光射到屏上，也就相当于一个间距为的双缝，则在光屏上形成的相邻两条亮纹或暗纹间距离为。
故答案为：平行；；；利用累积法求平均值的方法减小偶然误差；。
根据实验装置的正确安装分析作答；
分度游标卡尺的精确值为，测量值主尺上对应示数游标尺上对齐格数不估读精确度；
根据条纹宽度求解相邻亮条纹之间的距离；根据双缝干涉条纹间距公式求波长；
利用累积法求平均值可以进行误差；
根据双缝干涉的条纹间距公式结合几何关系解答。
解决本题的关键掌握条纹的间距公式及游标卡尺的读数方法，读数时要先注意精度，再确定游标尺上的读数，注意其读数没有估计值，同时理解双缝干涉条纹的间距公式；知道多次测量取平均值可以减小偶然误差。
17.【答案】解：根据交变电流产生的规律可知，线圈产生感应电动势的最大值：，解得：
线圈经过图示位置开始计时，线圈内的电动势瞬时值的表达式：
根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值：
通过电阻的电流的有效值：，解得：
根据电阻上产生的热量：，解得：
答：从线圈经过图示位置开始计时，线圈内的电动势瞬时值的表达式为；
通过电阻的电流有效值为；
线圈转动电阻上产生的热量为。
【解析】根据交变电流的产生规律分析，线圈经过图示位置时电动势瞬时表达式；
根据交变电流的有效值与最大值的关系分析，计算出电流有效值；
根据线圈转动过程中电阻上的热量：，计算出热量大小。
该题考查交流电的描述，知道线圈中感应电动势的最大值为和从垂直中性面开始的瞬时值表达式；熟练掌握有效值与最大值的关系式，并且掌握计算电阻热量的公式。
18.【答案】解：由题意可知在时刻，处的质点向轴正方向运动，根据“平移法”可知该波向轴正方向传播。
因波的传播具有周期性，设波的周期为，时刻，则有下列各式中，，
得
则
当时，最小为
由 ，则
解得
所以
所以
答：该波向轴正方向传播；
该波的最小频率为；
若，该波的波速大小为。
【解析】已知在时刻，处的质点向轴正方向运动，根据波形平移法得到该波的传播方向；
由两个时刻的波形可知时间与周期的关系，求出周期的通项，即可求得频率的通项，从而求出频率的最小值；
根据上题的结论，求解频率的特殊值，读出波长，求出波速。
本题考查波长、频率和波速的关系，解题的关键要理解波传播中的多解性。
19.【答案】解：平衡位置处，细线对摆球的拉力最大，单摆一周期内经过两次平衡位置
所以单摆的周期为：
根据单摆周期公式：
解得当地重力加速度的大小为：
摆球在最低点，根据牛顿第二定律有：
从最高点到最低点，根据机械能守恒定律有：
力传感器测出的细线对摆球的拉力的最大值为：
不容易确定准确的摆长，但可以通过多次改变摆线的长度，测量对应的周期，获得较准确的重力加速度。具体做法：设摆线下端距重心，第一次测出摆线长，则摆长为：
测出对应的周期，仅改变摆线长，第二次测出摆线长，则摆长为：
测出对应的周期，根据：，
测得的重力加速度为：
答：当地重力加速度的大小为；
力传感器测出的细线对摆球的拉力的最大值为；
方法和步骤见解析。
【解析】根据图像拉力的周期性变化得出单摆的周期，结合单摆的周期公式计算出重力加速度的大小；
根据机械能守恒定律得出最低点的速度，再根据牛顿第二定律求拉力最大值；
由题设条件，根据单摆的周期公式，测出两次不同摆长下的两次周期，联立解方程求重力加速度。
本题主要考查了单摆的相关应用，熟练掌握单摆的周期公式计算出重力加速度的大小，结合机械能守恒定律和牛顿第二定律完成分析。
20.【答案】解：由题意可知上下表面距离为，霍尔电场为匀强电场
则：；
、施加电场后，空穴向右运动、电子向左运动，根据左手定则可得洛伦兹力的方向如图所示；
、半导体材料在施加电场与磁场后，轴负方向很快会形成稳定的电场，这个带电场会使得电子与空穴在轴方向移动，故模型正确。
设单位体积内的电子数目为，单位体积内空穴的数目为，由题意可得：：
当霍尔电场稳定时，在一段时间内，到达上表面电子与空穴的数目相等，则：
解得：；
、设阻力比例系数为，对电子沿轴受力分析可得：
对空穴沿轴方向受力分析可得：
联立解得：。
答：霍尔电场的电场强度大小为；
、电子和空穴所受洛伦兹力的示意图见解析；
、模型正确，电子与空穴沿方向定向移动的速率和之比为；
、霍尔电场稳定后电场强度大小为。
【解析】根据题意在沿着轴形成的稳定电场为运动强电场，根据匀强电场求解公式得出结果；
、根据施加匀强电场后判断电子与空穴在轴上运动方向结合左手定则判断洛伦兹力方向；
、根据题意，半导体材料在施加电场与磁场后，轴负方向很快会形成稳定的电场，这个带电场会使得电子与空穴在轴方向移动，从而判断模型的不成立；霍尔电场想要稳定意味着上表面电子与空穴的数量差值为定值，那么后续到达上表面的电子与空穴数目必须相等，由此求解速率之比；
、根据轴方向力平衡求解霍尔电场大小。
本题考查学生的阅读以及审题能力，本题重点是抓住题干半导体材料在施加电场与磁场后，轴负方向很快会形成稳定的电场这一条件展开，知道霍尔电场稳定后要保持稳定的霍尔电场那么后续在同一时间内移动到电子与空穴上表面的数目是相等的；需要较强的逻辑思维以及应用能力难度较大。
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