2023学年度第二学期高二年级
阶段性诊断物理试卷
1.试卷满分100分，考试时间60分钟。
2.本试卷标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。
3.本试卷标注“计算”“简答”“论证”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
4.除特殊说明外，本卷所用重力加速度大小g均取。
一、人类对天体运动的认识
在公元2世纪首先出现了地心说，随着生产和航海事业的发展，天文观测的资料日益丰富，人们发现地心说的理论与实际的观测资料并不完全一致，也不能准确解释某些天文现象。
1. 在人类对天体运动认识的历史发展中，16世纪，哥白尼______（选填A.日心说B. 地心说C.中心说D.焦点说）的提出为近代天文学奠定了基础；17世纪，______（选填A.牛顿B.托勒密C.开普勒D.伽利略）提出的关于行星运动的三大定律，揭示了太阳系行星运动的规律。
2. 为了更好的认识宇宙，人们需要通过火箭把卫星发射到预定的轨道上去，关于火箭在竖直方向加速起飞的过程，下列说法不正确的是（ ）
A. 燃料用完后，自动脱落的空壳将做自由落体运动
B. 火箭喷出的气流对火箭的作用力等于火箭对喷出的气流的作用力
C. 火箭靠喷出气流反冲作用而获得巨大的推进力
D. 火箭携带的卫星机械能逐渐增大
3. 电磁波可应用与卫星通信，下列说法中正确的是（ ）
A. 当电磁波的频率和振荡电路的固有频率相同时，振荡电流的振幅最大，接收到的能量最大
B. 电磁波的频率越高，越趋近于直线传播，衍射能力越差，在传播中的衰减也越大
C. 为了有效地发射电磁波，可降低LC开放电路的振荡频率
D. 卫星通信是利用卫星作为无线电波传播的中继站，补充能量后再发往下一站
4. 为了研究电感现象，宇航员在空间站进行如图所示的研究。L为自感系数较大的电感线圈，且直流电阻不计；AB为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则（ ）
A. 合上K的瞬间，A先亮，B后亮 B. 合上K的瞬间，A、B同时亮
C. 断开K以后，B变得更亮，A缓慢熄灭 D. 断开K后，A熄灭，B重新亮后再熄灭
5. 如题图所示，真空中一环形介质的内、外同心圆半径分别为r、2r，一单色细光线从内圆上A点沿内圆切线方向射出，在外圆上B点射出介质时偏折了30°，已知光在真空中传播速度为c。求：
（1）该介质的折射率；
（2）该光线从A点射出后经过多次反射第一次回到A点所用的时间。
6. 科学家发现距离地球17光年的地方有一颗“超级地球”，据测算，这颗星球具有和地球一样的自转特征。如图，若把这颗星球看成质量分布均匀的球体，OE连线与其“赤道”平面的夹角为30°，A位置的重力加速度为g，D位置的向心加速度为，如果未来的某天，第一个在D点登陆该星球质量为m1的宇航员1所受到的万有引力为______；第一个在E点登陆该星球质量为m2的宇航员2所受到的重力为______。
7. 假设宇航员登陆月球后如图沿水平方向抛出的三个小石子a、b、c的运动轨迹，其中b和c是从同一点抛出的，不计阻力，石子均可看成质点，则（ ）
A. 三个石子中c的空中加速度最大 B. 三个石子中a的飞行时间最长
C. 三个石子中a的初速度最大 D. 三个石子落至同一水平面瞬间a的速度偏角最大
8. 如图所示，“樊锦诗星”绕日运行椭圆轨道面与地球圆轨道面间的夹角为20.11度，轨道半长轴为3.18天文单位（日地距离为1天文单位），远日点到太阳中心距离为4.86天文单位。下列说法正确的是（ ）
A. “樊锦诗星”绕太阳一圈大约需要2.15年
B. “樊锦诗星”在远、近日点的速度大小之比为
C. “樊锦诗星”在远日点的加速度与地球的加速度大小之比为
D. “樊锦诗星”在远日点速度可能大于地球的公转速度
二、弹力
当物体发生弹性形变时就会产生弹力。一轻质弹簧当其伸长量为x时，产生的弹力大小为kx，k为常量。该弹簧的质量可忽略不计。
9. 如图所示，将该弹簧一端固定，另一端连接一个质量为m的小物块。以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O，物块以一定的初速度从O点出发，沿x轴在水平桌面上运动。物块与桌面间的动摩擦因数为 ，重力加速度大小为g。
（1）画出物块所受弹簧拉力所做功W随x变化的示意图__________。
（2）物块由原点O向右运动到x3，然后由x3返回到原点O。求该过程中，弹簧弹力和滑动摩擦力对物块所做的功__________。
（3）归纳弹力和滑动摩擦力做功特点的不同之处是：____________。
10. 如图所示，将一个质量为m的球固定在弹性杆AB的上端，今用测力计沿水平方向缓慢拉球，使杆发生弯曲，在测力计的示数逐渐增大的过程中，AB杆对球的弹力方向为（ ）
A. 始终水平向左
B. 始终竖直向上
C. 斜向左上方，与竖直方向的夹角逐渐增大
D. 斜向左下方，与竖直方向的夹角逐渐增大
11. 如图，轻质弹簧竖直固定在水平地面上，一质量为m小球在外力F的作用下静止于图示位置，弹簧处于压缩状态。现撤去外力F，小球最终可以离开弹簧而上升一定的高度，则小球从静止开始到离开弹簧的过程中（不计阻力）（ ）
A. 小球受到的合外力逐渐减小 B. 小球的速度逐渐增大
C. 小球的加速度最大值大于重力加速度g D. 小球的加速度先增大后减小
12. 如图（a）所示，一蹦床运动员正在从最高处A点下落，与蹦床刚接触时的位置为B点，到达的最低处为C点，（b）图为在A点、B点处，蹦床的弹性势能Ec、运动员的重力势能Ep和动能Ek的总体情况，请由此推断C点处这些能量的相对关系并画出示意图____________________。
三、传感器
在“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验中，某小组同学分别采用“光电门传感器”和“位移传感器”进行测量；在对地磁场的研究中，某小组同学使用了磁传感器。
13. 采用光电门传感器测量时，实验装置如图（a）所示，光电门传感器固定在导轨上，使固定有挡光片的小车沿倾斜导轨下滑。更换宽度不同的挡光片，每次由同一位置静止释放小车，将挡光时间记录在表格内。其中挡光时间最短的应是序号______，平均速度最小的应是序号______，挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度最接近序号______的平均速度。
实验序号 1 2 3 4
挡光片宽度 6 4 2 1
挡光时间
平均速度
14. 采用分体式位移传感器测量时，实验装置如图（b）所示，发射器安装在小车上，接收器固定在导轨底端。位移传感器通过发射红外线和超声波进行测量，并绘制出小车的图线，如图（c）所示。
（1）红外线属于______和______，超声波属于______和______。
（选填A.横波B.纵波C.机械波D.电磁波）
（2）当小车滑向接收器时，理论上接收器接收到的超声波波长应______，频率应______。（选填A. 变大、B. 变小、C. 不变）
（3）根据实验数据，论证0.45s-0.65s之间，小车的运动是否为匀加速直线运动。_____
15. 地球是个巨大的天然磁体，某小组同学对地磁场做了深入的研究。
（1）如图1，两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表，形成闭合回路。迅速摇动这根电线，若电线中间位置的速度约10m/s，电压表的最大示数约2mV。粗略估算该处地磁场磁感应强度B大小的数量级为______T。
（2）某小组同学利用智能手机中的磁传感器测量某地地磁场的磁感应强度。如图2建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。该同学在当地对地磁场进行了测量，测量时z轴正向保持竖直向上，测量结果如下图。请你根据测量结果判断该同学是在______（选填A.南半球B.北半球）进行此实验，并估测当地的地磁场磁感应强度的大小为______（结果保留2位有效数字）。
（3）地磁场能使宇宙射线中带电粒子流偏转，成为地球生命的“保护伞”。赤道剖面外的地磁场可简化为包围着地球的厚度为d的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于剖面，如图3所示。设宇宙射线中粒子的质量为m，带负电且电荷量为q，最大速率为v，不计大气及重力的作用。要使从各方向射向地球的粒子都不能到达地面，则地磁场厚度d应满足的条件为______。
根据霍尔效应用半导体材料制成的元件叫霍尔元件，它可将许多非电、非磁的物理量转变成电学量来进行检测和控制，在自动化生产等技术领域具有广泛应用。
16. 某型号霍尔元件的主要部分由一块边长为L、厚度为d的正方形半导体薄片构成，电子的移动方向从SR边进入薄片朝PQ边运动。当突然垂直PQRS面施加一磁感强度为B方向如图所示的匀强磁场时，电子将（ ）
A. 安培力作用下向PS侧积聚
B. 在洛伦兹力作用下向PS侧积聚
C. 在安培力作用下向QR侧积聚
D. 在洛伦兹力作用下向QR侧积聚
17. 已知在电子积聚一侧的对侧会同时积累等量的正电荷，稳定后在薄片中形成场强为E的匀强电场，该电场中PS与QR边之间的电势差大小为（ ）
A. EL B. C. Ed D.
18. 利用该元件构成的磁传感器可将_______变化转化为PS与QR边之间的电势差变化，并加以测量。如图所示，将这种磁传感器固定在自行车的车架上，并在车轮辐条上固定强磁铁，当车轮转动时，磁铁每次经过传感器都会在元件两侧产生一次电势差变化，只要测出哪些物理量，即可测得自行车的平均速率大小？请写出需要测量的物理量：_______、_______，自行车的平均速率测量公式为：_________。
19. 若车轮半径为R的自行车在绕半径为L的圆周匀速骑行，测得车速大小为v。某时刻车轮上P点恰与地面接触且不打滑，不考虑转弯时的车轮倾斜，则以地面为参照物，P点的加速度大小为___________。
四、电源
提供电能的装置叫做电源，新能源汽车的电池组安装在车辆底盘上为汽车提供动力来源，几百节锂电池通过串联和并联连接成电池组后，电压一般为380-560V。
20. 锂电池内部一般包括正极、负极、隔膜、电解质等组成部分，可用来反复充、放电，如图为锂电池的内部结构。锂电池主要依靠锂离子（Li+）在正极和负极之间移动来工作。充电过程中正极材料上的锂元素脱离出来变成锂离子，从正极经电解质通过隔膜嵌入负极材料，在此过程中，图中开关S连接的电路元件是_________（选择：A．“直流电源”B．“用电器”）。
21. 用正弦交流充电桩为动力电池充电的供电电路如图所示。配电设施的输出电压为U1＝250V，变压器均视为理想变压器，升压变压器原、副线圈的匝数比n1：n2＝1：8。充电桩“慢充”时的额定功率为7kW，额定电压为U4＝220V，频率为50Hz。
（1）t＝0时刻，充电桩的电压U4＝0，则交流电压U4随时间t变化的方程为U4＝___________V。
（2）“慢充”时，充电桩电流I4的有效值为___________A。（保留3位有效数字）
（3）降压变压器原、副线圈的匝数比n3：n4＝9：1，输电线的总电阻r为___________Ω。（保留3位有效数字）
（4）配电设施的输出功率为_________kW。（保留3位有效数字）
22. 为了测量某动力电池的电动势和内阻，某小组设计了如图（a）所示的测量电路图。
（1）在图（b）上完成实物电路的连接。__________
（2）定值电阻所起的作用是____________。
23. 某兴趣小组设计了一种火箭电磁发射装置，简化原理如图所示。恒流电源能自动调节其输出电压确保回路电流恒定。弹射装置处在垂直于竖直金属导轨平面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小与回路中电流成正比，比例系数为k（k为常量）。接通电源，火箭和金属杆PQ一起由静止起沿导轨以大小等于g的加速度匀加速上升到导轨顶端，火箭与金属杆分离，完成弹射。已知火箭与金属杆的总质量为M，分离时速度为v0，金属杆电阻为R，回路电流为I。金属杆与导轨接触良好，不计空气阻力和摩擦，不计导轨电阻和电源的内阻。在火箭弹射过程中，求：
（1）金属杆PQ的长度L；
（2）金属杆PQ产生的电动势E与运动时间t的关系；
（3）恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系；
（4）整个弹射过程电源输出的能量W。2023学年度第二学期高二年级
阶段性诊断物理试卷
1.试卷满分100分，考试时间60分钟。
2.本试卷标注“多选”的试题，每小题应选两个及以上的选项，但不可全选；未特别标注的选择类试题，每小题只能选一个选项。
3.本试卷标注“计算”“简答”“论证”的试题，在列式计算、逻辑推理以及回答问题过程中，须给出必要的图示、文字说明、公式、演算等。
4.除特殊说明外，本卷所用重力加速度大小g均取。
一、人类对天体运动的认识
在公元2世纪首先出现了地心说，随着生产和航海事业的发展，天文观测的资料日益丰富，人们发现地心说的理论与实际的观测资料并不完全一致，也不能准确解释某些天文现象。
1. 在人类对天体运动认识的历史发展中，16世纪，哥白尼______（选填A.日心说B. 地心说C.中心说D.焦点说）的提出为近代天文学奠定了基础；17世纪，______（选填A.牛顿B.托勒密C.开普勒D.伽利略）提出的关于行星运动的三大定律，揭示了太阳系行星运动的规律。
【答案】 ①. A ②. C
【解析】
【详解】[1]在人类对天体运动认识的历史发展中，16世纪，哥白尼提出日心说为近代天文学奠定了基础。
故选A。
[2]17世纪，开普勒提出的关于行星运动的三大定律，揭示了太阳系行星运动的规律。
故选C。
2. 为了更好的认识宇宙，人们需要通过火箭把卫星发射到预定的轨道上去，关于火箭在竖直方向加速起飞的过程，下列说法不正确的是（ ）
A. 燃料用完后，自动脱落的空壳将做自由落体运动
B. 火箭喷出的气流对火箭的作用力等于火箭对喷出的气流的作用力
C. 火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的推进力
D. 火箭携带的卫星机械能逐渐增大
【答案】A
【解析】
【详解】A．燃料用完后，自动脱落的空壳将做竖直上抛运动，故A错误，符合题意；
B．火箭喷出的气流对火箭的作用力与火箭对喷出的气流的作用力是一对相互作用力，等大反向，故B正确，不符合题意；
C．火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大的推进力，故C正确，不符合题意；
D．火箭携带的卫星速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，则其机械能逐渐增大，故D正确，不符合题意。
故选A。
3. 电磁波可应用与卫星通信，下列说法中正确的是（ ）
A. 当电磁波的频率和振荡电路的固有频率相同时，振荡电流的振幅最大，接收到的能量最大
B. 电磁波的频率越高，越趋近于直线传播，衍射能力越差，在传播中的衰减也越大
C. 为了有效地发射电磁波，可降低LC开放电路的振荡频率
D. 卫星通信是利用卫星作为无线电波传播的中继站，补充能量后再发往下一站
【答案】ABD
【解析】
【详解】A．当电磁波频率和振荡电路的固有频率相同时，会产生电谐振，振荡电流的振幅最大，接收到的能量最大，故A正确；
B．电磁波的频率越高，波长越小，越趋近于直线传播，衍射能力越差，在传播中的衰减也越大，故B正确。
C．为了有效地发射电磁波，可增大LC开放电路的振荡频率，故C错误；
D．卫星通信是利用卫星作为无线电波传播的中继站，补充能量后再发往下一站，故D正确。
故选ABD。
4. 为了研究电感现象，宇航员在空间站进行如图所示的研究。L为自感系数较大的电感线圈，且直流电阻不计；AB为两个完全相同的灯泡，且它们的额定电压均等于电源的电动势。则（ ）
A. 合上K的瞬间，A先亮，B后亮 B. 合上K的瞬间，A、B同时亮
C. 断开K以后，B变得更亮，A缓慢熄灭 D. 断开K后，A熄灭，B重新亮后再熄灭
【答案】BD
【解析】
【详解】AB．合上K的瞬间，自感系数很大的电感线圈阻碍电流增大，电源的电压同时加到两灯上，A、B同时亮，故A错误，B正确；
CD．合上K电流稳定后电感线圈相当于导线，B灯被短路，B熄灭，A灯更亮，断开K，A灯立即熄灭，线圈L中电流减小，产生自感电动势，感应电流流过B灯，刚开始时电流比原来通过B灯电流大，B闪亮一下后熄灭，故C错误，D正确。
故选BD。
5. 如题图所示，真空中一环形介质的内、外同心圆半径分别为r、2r，一单色细光线从内圆上A点沿内圆切线方向射出，在外圆上B点射出介质时偏折了30°，已知光在真空中传播速度为c。求：
（1）该介质的折射率；
（2）该光线从A点射出后经过多次反射第一次回到A点所用的时间。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【详解】（1）光路图如图所示
根据几何关系有
根据折射定律，有
（2）反射光路图，如图所示
根据几何关系，反射光在介质中传播的路程为
传播的速度为
所以
6. 科学家发现距离地球17光年的地方有一颗“超级地球”，据测算，这颗星球具有和地球一样的自转特征。如图，若把这颗星球看成质量分布均匀的球体，OE连线与其“赤道”平面的夹角为30°，A位置的重力加速度为g，D位置的向心加速度为，如果未来的某天，第一个在D点登陆该星球质量为m1的宇航员1所受到的万有引力为______；第一个在E点登陆该星球质量为m2的宇航员2所受到的重力为______。
【答案】 ①. m1g ②.
【解析】
【详解】[1]在A位置，有
在D位置，有
所以
[2]在E位置，有
所以在E点宇航员2所受到的重力为
7. 假设宇航员登陆月球后如图沿水平方向抛出的三个小石子a、b、c的运动轨迹，其中b和c是从同一点抛出的，不计阻力，石子均可看成质点，则（ ）
A. 三个石子中c空中加速度最大 B. 三个石子中a的飞行时间最长
C. 三个石子中a的初速度最大 D. 三个石子落至同一水平面瞬间a的速度偏角最大
【答案】C
【解析】
【详解】A．三个石子在空中运动过程中只受重力，均做平抛运动，则加速度相同，故A错误；
B．根据平抛运动规律可得
可知，三个石子中a的飞行时间最短，故B错误；
C．根据平抛运动规律可知
a的飞行时间最短，水平位移最大，a的初速度最大，故C正确；
D．根据平抛运动规律可知
a的飞行时间最短，a的初速度最大，则a的速度偏角最小，故D错误。
故选C。
8. 如图所示，“樊锦诗星”绕日运行椭圆轨道面与地球圆轨道面间的夹角为20.11度，轨道半长轴为3.18天文单位（日地距离为1天文单位），远日点到太阳中心距离为4.86天文单位。下列说法正确的是（ ）
A. “樊锦诗星”绕太阳一圈大约需要2.15年
B. “樊锦诗星”在远、近日点的速度大小之比为
C. “樊锦诗星”在远日点的加速度与地球的加速度大小之比为
D. “樊锦诗星”在远日点的速度可能大于地球的公转速度
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据开普勒第三定律有
解得
故A错误；
B．“樊锦诗星”轨道半长轴为3.18天文单位，远日点到太阳中心距离r1为4.86天文单位，则近日点到太阳中心距离为
对于“樊锦诗星”在远日点和近日点附近很小一段时间内的运动，根据开普勒第二定律有
解得“樊锦诗星”在远、近日点的速度大小之比为
故B正确；
C．根据牛顿第二定律可得
所以“樊锦诗星”在远日点的加速度与地球的加速度大小之比为
故C错误；
D．“樊锦诗星”在远日点将做近心运动，其速度v1小于以该位置到太阳距离为半径圆周运动的速度v2，根据万有引力提供向心力
所以
由此可知，轨道半径越大，卫星的线速度越小，所以v2小于地球公转速度v3，则“樊锦诗星”在远日点的速度小于地球的公转速度，故D错误。
故选B。
二、弹力
当物体发生弹性形变时就会产生弹力。一轻质弹簧当其伸长量为x时，产生的弹力大小为kx，k为常量。该弹簧的质量可忽略不计。
9. 如图所示，将该弹簧一端固定，另一端连接一个质量为m的小物块。以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O，物块以一定的初速度从O点出发，沿x轴在水平桌面上运动。物块与桌面间的动摩擦因数为 ，重力加速度大小为g。
（1）画出物块所受弹簧拉力所做功W随x变化的示意图__________。
（2）物块由原点O向右运动到x3，然后由x3返回到原点O。求该过程中，弹簧弹力和滑动摩擦力对物块所做的功__________。
（3）归纳弹力和滑动摩擦力做功特点的不同之处是：____________。
【答案】（1）见解析 （2）
（3）弹力做功与实际路径无关，取决于初末两点的位置，而摩擦力做功与实际路径有关
【解析】
【小问1详解】
根据题意可得弹簧拉力所做功为
所以W随x变化的示意图如图所示
【小问2详解】
物块由原点O向右运动到x3，然后由x3返回到原点O。求该过程中，弹簧弹力和滑动摩擦力对物块所做的功为
【小问3详解】
弹力做功与实际路径无关，取决于初末两点的位置，而摩擦力做功与实际路径有关。
10. 如图所示，将一个质量为m的球固定在弹性杆AB的上端，今用测力计沿水平方向缓慢拉球，使杆发生弯曲，在测力计的示数逐渐增大的过程中，AB杆对球的弹力方向为（ ）
A. 始终水平向左
B. 始终竖直向上
C. 斜向左上方，与竖直方向的夹角逐渐增大
D. 斜向左下方，与竖直方向的夹角逐渐增大
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】AB杆对球的弹力与重力和弹簧拉力的合力方向相反、大小相等。所以弹力斜向左上方，弹力与竖直方向的夹角为，则有
F逐渐变大，则竖直方向的夹角逐渐增大。
故选C。
11. 如图，轻质弹簧竖直固定在水平地面上，一质量为m的小球在外力F的作用下静止于图示位置，弹簧处于压缩状态。现撤去外力F，小球最终可以离开弹簧而上升一定的高度，则小球从静止开始到离开弹簧的过程中（不计阻力）（ ）
A. 小球受到的合外力逐渐减小 B. 小球的速度逐渐增大
C. 小球的加速度最大值大于重力加速度g D. 小球的加速度先增大后减小
【答案】C
【解析】
【详解】A．小球在最低点静止时，根据平衡条件有
撤去力F瞬间，则小球所受合外力为
小球上升 x减小，则合外力减小，当弹簧弹力与重力相等时合外力减小到零，此后小球继续上升，合外力开始反向增大，故小球从静止开始到离开弹簧的过程中小球受到的合外力先减小后增大，故A错误；
B．小球从静止开始到弹簧弹力与重力相等时速度逐渐增大，之后速度逐渐减小，故B错误；
C．根据简谐运动的对称性，若小球离开弹簧时速度为零，则小球在最低点时加速度为g，而小球最终可以离开弹簧而上升一定的高度，故小球在最低点时加速度大于g，故C正确；
D．根据牛顿第二定律可知合外力先减小后增大，故加速度先减小后增大，故D错误。
故选C。
12. 如图（a）所示，一蹦床运动员正在从最高处A点下落，与蹦床刚接触时的位置为B点，到达的最低处为C点，（b）图为在A点、B点处，蹦床的弹性势能Ec、运动员的重力势能Ep和动能Ek的总体情况，请由此推断C点处这些能量的相对关系并画出示意图____________________。
【答案】见解析
【解析】
【详解】运动员从A落至B的过程中，重力做正功，重力势能减小，动能增加，该过程中运动员未接触蹦床，蹦床的弹性势能不变；运动员从B落至C的过程中，重力仍做正功，重力势能减小，蹦床形变逐渐增大，运动员所受合外力先向下减小后向上增大，所以运动员的动能先增大后减小，到达C点时，动能减小为零，蹦床的弹性势能不断增大，运动员和蹦床组成的系统机械能守恒，所以C点处这些能量的相对关系为
示意图如图所示
三、传感器
在“测量做直线运动物体的瞬时速度”实验中，某小组同学分别采用“光电门传感器”和“位移传感器”进行测量；在对地磁场的研究中，某小组同学使用了磁传感器。
13. 采用光电门传感器测量时，实验装置如图（a）所示，光电门传感器固定在导轨上，使固定有挡光片的小车沿倾斜导轨下滑。更换宽度不同的挡光片，每次由同一位置静止释放小车，将挡光时间记录在表格内。其中挡光时间最短的应是序号______，平均速度最小的应是序号______，挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度最接近序号______的平均速度。
实验序号 1 2 3 4
挡光片宽度 6 4 2 1
挡光时间
平均速度
【答案】 ①. 4 ②. 4 ③. 4
【解析】
【详解】[1][2][3]序号4挡光片宽度最窄，可知其中挡光时间最短的应是序号4；小车做匀加速运动，根据
平均速度最小的应是序号4；挡光片通过光电门的时间越短，测得的平均速度越接近挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度，则挡光片前缘经过光电门时的瞬时速度最接近序号4的平均速度。
14. 采用分体式位移传感器测量时，实验装置如图（b）所示，发射器安装在小车上，接收器固定在导轨底端。位移传感器通过发射红外线和超声波进行测量，并绘制出小车的图线，如图（c）所示。
（1）红外线属于______和______，超声波属于______和______。
（选填A.横波B.纵波C.机械波D.电磁波）
（2）当小车滑向接收器时，理论上接收器接收到的超声波波长应______，频率应______。（选填A. 变大、B. 变小、C. 不变）
（3）根据实验数据，论证0.45s-0.65s之间，小车的运动是否为匀加速直线运动。_____
【答案】（1） ①. A ②. D ③. B ④. C
（2） ①. B ②. A
（3）见解析
【解析】
【小问1详解】
红外线属于横波和电磁波，故选A和D。超声波属于纵波和机械波，故选B和C。
【小问2详解】
当小车滑向接收器时，根据多普勒效应可知接收器接收到的超声波波长变小，故选B；频率变大，故选A。
【小问3详解】
根据实验数据可知0.45s-0.65s之间，相邻计数点时间间隔T相同，且为
T=0.05s
x轴坐标依次为
x1=61.7cm，x2=58.6cm，x3=55.1cm，x4=51.2cm，x5=46.9cm
相邻计数点间的位移大小为
s1=x1-x2=61.7cm-58.6cm=3.1cm
s2=x2-x3=58.6cm-55.1cm=3.5cm
s3=x3-x4=55.1cm-51.2cm=3.9cm
s4=x4-x5=51.2cm-46.9cm=4.3cm
相邻相等时间内的位移之差为
s2-s1=3.5cm-3.1cm=0.4cm
s3-s2=3.9cm-3.5cm=0.4cm
s4-s3=4.3cm-3.9cm=0.4cm
可见在误差允许的范围内，可认为相邻的相等时间间隔内的位移差恒定，故在0.45s-0.65s之间，小车的运动是匀加速直线运动。
15. 地球是个巨大的天然磁体，某小组同学对地磁场做了深入的研究。
（1）如图1，两同学把一根长约10m的电线两端用其他导线连接一个电压表，形成闭合回路。迅速摇动这根电线，若电线中间位置的速度约10m/s，电压表的最大示数约2mV。粗略估算该处地磁场磁感应强度B大小的数量级为______T。
（2）某小组同学利用智能手机中的磁传感器测量某地地磁场的磁感应强度。如图2建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。该同学在当地对地磁场进行了测量，测量时z轴正向保持竖直向上，测量结果如下图。请你根据测量结果判断该同学是在______（选填A.南半球B.北半球）进行此实验，并估测当地的地磁场磁感应强度的大小为______（结果保留2位有效数字）。
（3）地磁场能使宇宙射线中的带电粒子流偏转，成为地球生命的“保护伞”。赤道剖面外的地磁场可简化为包围着地球的厚度为d的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于剖面，如图3所示。设宇宙射线中粒子的质量为m，带负电且电荷量为q，最大速率为v，不计大气及重力的作用。要使从各方向射向地球的粒子都不能到达地面，则地磁场厚度d应满足的条件为______。
【答案】（1）
（2） ①. B ②.
（3）
【解析】
【小问1详解】
由电磁感应知
代入得
该处地磁场磁感应强度B大小的数量级。
【小问2详解】
[1][2]如图所示
地球可视为一个大磁场，磁场南极大致在地理北极附近，磁场北极在地理南极附近。由表中z轴数据可看出z轴的磁场竖直向下，则该同学是在北半球进行此实验。
磁感应强度为矢量，由图表数据可得处当地的地磁场大小约为
【小问3详解】
设粒子运动的的半径为r，粒子运动过程中洛伦兹力提供粒子做圆周运动向心力，如图
则
代入得
即所有粒子的r都相同，如图所示，可推知当粒子沿磁场边界的切线方向射入时，其到达的位置离地面最近，当其轨迹与地面相切时磁场的厚度为2r，因此d应满足的条件是
根据霍尔效应用半导体材料制成的元件叫霍尔元件，它可将许多非电、非磁的物理量转变成电学量来进行检测和控制，在自动化生产等技术领域具有广泛应用。
16. 某型号霍尔元件的主要部分由一块边长为L、厚度为d的正方形半导体薄片构成，电子的移动方向从SR边进入薄片朝PQ边运动。当突然垂直PQRS面施加一磁感强度为B方向如图所示的匀强磁场时，电子将（ ）
A. 在安培力作用下向PS侧积聚
B. 在洛伦兹力作用下向PS侧积聚
C. 在安培力作用下向QR侧积聚
D. 在洛伦兹力作用下向QR侧积聚
17. 已知在电子积聚一侧的对侧会同时积累等量的正电荷，稳定后在薄片中形成场强为E的匀强电场，该电场中PS与QR边之间的电势差大小为（ ）
A. EL B. C. Ed D.
18. 利用该元件构成的磁传感器可将_______变化转化为PS与QR边之间的电势差变化，并加以测量。如图所示，将这种磁传感器固定在自行车的车架上，并在车轮辐条上固定强磁铁，当车轮转动时，磁铁每次经过传感器都会在元件两侧产生一次电势差变化，只要测出哪些物理量，即可测得自行车的平均速率大小？请写出需要测量的物理量：_______、_______，自行车的平均速率测量公式为：_________。
19. 若车轮半径为R的自行车在绕半径为L的圆周匀速骑行，测得车速大小为v。某时刻车轮上P点恰与地面接触且不打滑，不考虑转弯时的车轮倾斜，则以地面为参照物，P点的加速度大小为___________。
【答案】16. D 17. A
18. ①. 垂直PQRS方向的磁感强度 ②. 相邻两次电势差最大值之间的时间间隔T ③. 车轮半径R ④.
19.
【解析】
【16题详解】
根据左手定则可知，当突然垂直PQRS面施加一磁感强度为B方向如图所示的匀强磁场时，电子将在洛伦兹力的作用下向QR侧积聚。
故选D。
【17题详解】
当电子积聚一侧的对侧同时积累等量的正电荷，稳定后，该电场中PS与QR边之间的电势差大小为电场强度与沿着电场强度方向的距离的乘积，即为
故选A。
【18题详解】
[1]利用该元件构成的磁传感器可将垂直PQRS方向的磁感应强度变化转化为PS与QR边之间的电势差变化；
[2][3][4]测量相邻两次电势差最大值之间的时间间隔以及车轮半径R，即可测得自行车的平均速率大小，即自行车车轮的周长与转动一周所用时间的比值即为自行车运动时的平均速率大小，其平均速率测量公式为
【19题详解】
自行车车轮上的P点在触地时，在绕车轮中心做匀速圆周运动的同时也在绕半径为L的圆周做匀速圆周运动，绕车轮中心做圆周运动的加速度此时垂直地面指向自行车圆心，绕水平面圆周做圆周运动的加速度此时指向水平面圆周所在圆心，两个方向的加速度此时互相垂直，竖直方向与水平方向的加速度分别为
，
则以地面为参照物，P点此时的加速度大小为
四、电源
提供电能的装置叫做电源，新能源汽车的电池组安装在车辆底盘上为汽车提供动力来源，几百节锂电池通过串联和并联连接成电池组后，电压一般为380-560V。
20. 锂电池内部一般包括正极、负极、隔膜、电解质等组成部分，可用来反复充、放电，如图为锂电池的内部结构。锂电池主要依靠锂离子（Li+）在正极和负极之间移动来工作。充电过程中正极材料上的锂元素脱离出来变成锂离子，从正极经电解质通过隔膜嵌入负极材料，在此过程中，图中开关S连接的电路元件是_________（选择：A．“直流电源”B．“用电器”）。
【答案】A
【解析】
【详解】因为充电过程中正极材料上的锂元素脱离出来变成锂离子，从正极经电解质通过隔膜嵌入负极材料，由图可知在此过程中正是充电的过程，图中开关S连接的电路元件是直流电源。
故选A。
21. 用正弦交流充电桩为动力电池充电的供电电路如图所示。配电设施的输出电压为U1＝250V，变压器均视为理想变压器，升压变压器原、副线圈的匝数比n1：n2＝1：8。充电桩“慢充”时的额定功率为7kW，额定电压为U4＝220V，频率为50Hz。
（1）t＝0时刻，充电桩的电压U4＝0，则交流电压U4随时间t变化的方程为U4＝___________V。
（2）“慢充”时，充电桩电流I4的有效值为___________A。（保留3位有效数字）
（3）降压变压器原、副线圈的匝数比n3：n4＝9：1，输电线的总电阻r为___________Ω。（保留3位有效数字）
（4）配电设施的输出功率为_________kW。（保留3位有效数字）
【答案】（1）
（2）31.8 （3）5.67
（4）7.06
【解析】
【小问1详解】
交流电压U4频率为50Hz，则
交流电压U4的峰值
交流电压U4随时间t变化的方程
【小问2详解】
“慢充”时，充电桩电流I4的有效值
【小问3详解】
配电设施的输出电压为
U1=250V
又
得
由
得
又
得
输电线的总电阻
【小问4详解】
通过输电线的电流
又
得
配电设施的输出功率为
22. 为了测量某动力电池的电动势和内阻，某小组设计了如图（a）所示的测量电路图。
（1）在图（b）上完成实物电路连接。__________
（2）定值电阻所起的作用是____________。
【答案】（1）见解析 （2）定值电阻R1所起的作用是保护电路，防止滑动变阻器不慎短路时，回路中电流过大而损坏电源及其他设备
【解析】
【小问1详解】
如图
【小问2详解】
定值电阻R1所起的作用是保护电路，防止滑动变阻器不慎短路时，回路中电流过大而损坏电源及其他设备。
23. 某兴趣小组设计了一种火箭电磁发射装置，简化原理如图所示。恒流电源能自动调节其输出电压确保回路电流恒定。弹射装置处在垂直于竖直金属导轨平面向里的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小与回路中电流成正比，比例系数为k（k为常量）。接通电源，火箭和金属杆PQ一起由静止起沿导轨以大小等于g的加速度匀加速上升到导轨顶端，火箭与金属杆分离，完成弹射。已知火箭与金属杆的总质量为M，分离时速度为v0，金属杆电阻为R，回路电流为I。金属杆与导轨接触良好，不计空气阻力和摩擦，不计导轨电阻和电源的内阻。在火箭弹射过程中，求：
（1）金属杆PQ的长度L；
（2）金属杆PQ产生的电动势E与运动时间t的关系；
（3）恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系；
（4）整个弹射过程电源输出的能量W。
【答案】（1）；（2）；（3）；（4）
【解析】
【详解】（1）金属杆所受的安培力为
根据牛顿第二定律可得
联立可得
（2）由于金属杆做匀加速直线运动，则
所以金属杆PQ产生的电动势E与运动时间t的关系为
（3）根据闭合电路
所以恒流电源的输出电压U与运动时间t的关系为
（4）电源输出的功率为
由此可知，电源输出功率与时间呈线性关系，则输出能量为
