中小学命题比赛物理试题公开课教案教学设计课件案例测试练习卷题.docx

2020年温州市高中物理学科命题竞赛
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. 国际单位制中力的单位符号是N，如果用国际单位制的单位符号来表示，正确的是（　　）
A. kg.m/s B. w/m2 C.A.v/m D. T.A.m
【参考答案】D
【题目解析】利用公式推导单位关系，根据公式F=ma、P=FS/t、F=qE=ItE和F=BIL推导出单位公式，1N=1kg.m/s2 =1w.s/m2=1A.v.s/m =1T.A.m，答案A、B、C错误，答案D正确。
【命题意图】考查单位制，力是贯穿整个高中物理的一个物理量，引导学生学习物理之后要形成网络化知识结构。
【命题说明】原创题，来源课本。简单题。预计难度：0.85±0.03。
2.如图所示，对下列插图描述正确的是( )

甲
乙
丙
丁
A. 图甲右上方的路牌所标的“50”为车辆通行的平均速度
B. 图乙中书对桌子的压力是桌子形变产生的
C. 图丙大桥有很长引桥的目的是增大车对桥面的压力
D. 图丁中掷出后的冰壶能继续运动说明其具有惯性
【参考答案】D
【题目解析】图甲右上方的路牌所标的“50”为车辆通行的瞬时速度不超过50km/h，故A错误；图乙中书对桌面的压力是由书形变产生的，故B错误；引桥的目的是减小重力沿桥面向下的分力，故C错。惯性是物体保持原来速度不变的性质，图丙中掷出后的冰壶能继续运动说明其具有惯性，故D正确。
【命题意图】应用课本图片，采取拼盘式的方法考查平均速度，弹力，力的分解，惯性等小知识点。达成一题考查多个知识点的目的，提高知识考查覆盖面，促进学生对课本教材的重视。
【命题说明】原创题，来源课本图片,简单题。预计难度：0.8±0.03。
3.图为某同学用玻璃刷匀速擦洗玻璃，已知玻璃刷受到重力G、推力FT、与速度方向相反的摩擦力Ff。下列受力分析示意图可能正确的是（　　）

【参考答案】B
【题目解析】由题意可知所受重力G竖直向下，摩擦力Ff与速度方向相反，推力FT、重力G和摩擦力Ff三力平衡，则推力FT的方向在重力G和摩擦力Ff之间，对比图中选项可知只有B选项符合题意。
【命题意图】以实际生活为背景，考查平衡条件，重力G和摩擦力Ff的方向判断。考查学生的情景分析能力计算能力。
【命题说明】原创题。来源在家打扫卫生时突发的灵感。简单题。预计难度：0.82±0.03。
4.近日，中科院宣布5nm光刻机技术得到重要突破，光刻机是制造芯片的核心装备，其曝光系统最核心的部件之一是紫外光源。在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温。关于红外线与紫外线，下列说法正确的是( )
A.只有高温物体才会辐射红外线 B.紫外线可以被人眼观察到
C.红外线的衍射本领比紫外线强 D.红外线光子的能量紫外线大
【参考答案】C
【题目解析】A.凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A错误；B.可以为人眼观察到光为可见光，红外线和紫外线为可见光外，故B错误；C．红外线的波长大于紫外线，波长越大衍射本领越强，故C正确；D.红外线的频率小于紫外线，光子的能量E=hγ,故D错误。
【命题意图】以实际生活和生产中光刻机和红外体温计为背景，考查红外线辐射和光可见条件、电磁波谱、衍射本领比较、光子的能量计算公式考查学生的概念识记、计算能力。
【命题说明】改编题。改编于“浙江2020年7月选考试卷第4题”。中档题。预计难度：0.75±0.03。
5．下列说法正确的是( )
A．光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性
B．一群氢原子从n=5的激发态跃迁到基态，有可能辐射出5种不同频率的光子
C．卢瑟福通过粒子散射实验说明了原子核内部是有结构的
D．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定
【参考答案】D
【题目解析】光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应是证明光具有粒子性的著名实验，故A错误；一群氢原子从n=5的激发态跃迁到基态时，有可能辐射出=10种不同频率的光子，故B错误；卢瑟福依据α粒子散射实验提出了原子核式结构，故C错误；比结合能大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大反映原子核越稳定，故D正确。
【命题意图】本题综合性较强，同时考查光的粒子性和波动性、卢瑟福原子核结构和比结合能、电子跃迁等有关知识．
【命题说明】改编题。中档题。预计难度：0.71±0.03。
6.如图所示，矩形区域MNPQ内有水平向右的匀强电场，虚线框外为真空区域。半径为R，内壁光滑、内径很小的绝缘半圆管ADB固定在整直平面内，直径AB垂直于水平虚线MN，圆心O恰在MN的中点，半圆管的一半处于电场中，一质量为m，可视为质点的带正电，电荷量为q的小球从半圆管的A点由静止开始滑入管内，小球从B点穿出后，能够通过B点正下方的C点。重力加速度为g，小球在C点处的加速度大小为.则下列说法正确的是 ( )
A．匀强电场的场强E为
B．小球在到达B点时，半圆轨道对它作用力的大小
C．球流够到达B点正下方C点，虚线标MNPQ的高度不大于
D．从B点开始计时，小球从B运动到C点的过程中，经过时间时动能最小
【参考答案】D
【题目解析】
由于小球在C处受到重力和电场力的共同作用，所以C点：
代入数据得：E=，故A错误；小球从A→B的过程重力和电场力对小球做功，
N=7mg/3 故B错误；
小球从B→C 水平方向匀减速运动，竖直方向自由落体运动ax＝g；ay=g
设向左减速时间为

y＝g(2t)2＝
宽度应满足条件L＞2R，高度满足条件H≥R，选项C错误；
当F与mg的合力与v垂直时，小球的动能最小，设经过的时间为t，则vy＝vx ； vy=gt
vx＝vB−gt ∴t＝ ，选项D正确.
【命题意图】本题综合性较强，考查带电粒子在复合场中的运动。考查解决问题能力。
【命题说明】改编题。较难题。预计难度：0.68±0.03。
7.2016年8月6日0时22分，中国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭成功发射天通一号01星。2020年11月12日23时59分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将天通一号02星送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。我还将发射多颗天通一号卫星，进一步提升卫星移动通信服务容量和覆盖区域，从我国周边地区进行拓展，形成星地一体融合的区域移动通信体系，实现卫星移动通信的规模化应用和运营。设该卫星绕地球做匀速圆周运动，在时间t内通过弧长为l，该弧长对应的圆心角为θ，已知万有引力常量为G。下列关于该卫星说法正确的是( )
A. 卫星与同步卫星的周期不同 B. 卫星的离地高度为
C. 卫星的运行速度大于7.9km/s D.可计算出地球的质量为
【参考答案】D
【题目解析】卫星与同步卫星的高度相同，故运行周期相同 ，选项A错误；卫星离地高度为 ，选项B错误；任何卫星的运行速度均小于第一宇宙速度，选项C错误；根据，其中， ，解得选项D正确；故选D.
【命题意图】以最新的航天科技为背景，考查卫星的周期公式，线速度关系，第一宇宙速度，星球质量计算。考查学生的情景分析能力计算能力。
【命题说明】原创题。来源观看卫星的发射与运行。中档题。预计难度：0.72±0.03。
8．每个带电导体周围的电场线分布如图所示，已知导体附近的电场线均与导体表面垂直，a、b为电场中两个点,c为导体表面上一点，选c点为电势零点，则(　　)
A. 场强大小关系有Ea正电荷由a点移到b点的过程中电场力做正功
【参考答案】D
【题目解析】根据电场中电场线的疏密代表电场强度的大小，可知Ea>Eb ，则A错误；根据沿着电场线方向电势逐渐降低，可知φa >φb ，则B错误；利用电势能公式Ep=φq ,又知道φb < 0， 则将负电荷放在b点时其电势能为正值，则C错误；由图知道φa >φb , 将一正电荷由a点移到b点的过程中电场力做正功，则D错误。
【命题意图】
【命题说明】改编题，中档题。预计难度：0.7±0.03。
9.两根互相平行的长直导线导线M、N中通有大小相等、方向相同向上的电流。a、o、b在与导线M、N连线上,o为中点,c、d位于连线的中垂线上,且a、b、c、d到o点的距离均相等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是
A．a，b两点的磁感应强度大小相等,方向相同
B．o点的磁感应强度为零
C．o点的磁感应强度方向水平向右
D．c、d两点的磁感应强度大小相等,方向相同
【参考答案】B
【题目解析】根据安培定则判断两根导线在各点产生的磁场方向，根据平行四边形定则，进行合成，确定大小和方向的关系。在线段MN上只有O点的磁感应强度为零。M在a处产生的磁场方向垂直纸面向里，M在b处产生的磁场方向垂直纸面向里N在a处产生的磁场方向垂直纸面向外，N在b处产生的磁场方向垂直纸面向外，根据磁场叠加a、b两处的磁场大小相等方向相反；故A错误；根据右手螺旋定则，故B正确，C、D错误。
【命题意图】
【命题说明】改编题，中档题。预计难度：0.5±0.03。
10. 如图是用细线把氢气球挂在光滑墙壁。氢气球的质量为m，细线与墙壁的夹角α=450，氢气球受到对大小为、方向竖直向上的浮力作用。 此时氢气球（ ）

D. 对细线的拉力大小为
【参考答案】C
【题目解析】
【命题意图】
【命题说明】原创题，中档题。预计难度：0.72±0.03。
第11题图甲
钢针
V

转
换
器
n1

n2
金属板
5
T
u/V
t
第11题图乙
0
-5
11．图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，Ⓥ为交流电压表。当变压器副线圈两端电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，则( )
A．工作时电压表的示数为5V
B．工作时电压表的示数为5V
C．要实现点火应满足条件
D．若，则变压器副线圈输出电压的有效值为7500V
【参考答案】C
【题目解析】
【命题意图】
【命题说明】改编题，中档题。预计难度：0.7±0.03。
12.如图所示，两根电阻不计的光滑金属导轨、水平放置，、间距，、的延长线相交于点且，点到的距离，、两端与阻值的电阻相连。虚线右侧存在方向与导轨平面垂直向下的匀强磁场，磁感应强度，一根长度也为、质量为电阻不计的金属棒，在外力作用下从处以初速度沿导轨水平向右运动，棒与导轨接触良好，运动过程中电阻上消耗的电功率不变。则：（　　）
A. 电路中的电流
B. 金属棒向右运动过程中克服安培力做的功
C. 金属棒向右运动过程中外力做功平均功率
D. 金属棒向右运动过程中在电阻中流过的电量Q=O.9C
【参考答案】A
【题目解析】A．金属棒开始运动时产生感应电动势E=BLv0=1×04×2=0.8V
电路中的电流 则A正确；
B．金属棒向右运动运动距离为x时，金属棒接入电路的有效长度为L1，由几何关系可得
此时金属棒所受安培力为 （）
作出F-x图象，由图象可得运动过程中克服安培力所做的功为

则B错误；
C．金属棒运动 过程所用时间为t
W=I2Rt 解得 t=s
设金属棒运动的的速度为v，由于电阻R上消耗的电功率不变；
则有 BLv0=Bv v=2v0
由动能定理可得 Pt-W=mv2-mv02
解得
代入数据解得 P=3.52W
则C错误。
D．根据
由图可知
解得 q=0.45C 则D错误。
【命题意图】
【命题说明】改编题，中档题。预计难度：0.68±0.03。
13. 一玻璃立方体中心有一点状光源，今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，恰好使得从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体，光源位于玻璃面下方a处，薄膜面积为πa2/4。（ ）

B.光从空气到玻璃的临界角为45°

D. 光从玻璃到空气的临界角为30°
【参考答案】C
【题目解析】
【命题意图】
【命题说明】改编题，原题:一玻璃立方体中心有一点状光源．今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体．已知该玻璃的折射率为，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值?较难题。预计难度：0.72±0.03。
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一个是符合题目要求的，全部选对的得2分，选对但不全的得1分，有选错的得0分）
14.2020年11月16日消息，中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院14所系统研发部，这款便携式单人飞行滑板车可载重80kg(考虑燃料负载后单人不可超过65kg），最快速度达到150 km/h，其发动机使用汽油作为燃料提供动力，可以垂直起降，也可以快速前进。若载人飞行滑板在竖直匀速降落的过程中（空气阻力不可以忽略)，则下列说法正确的是（ ）

A． 发动机对飞行滑板做正功 B．飞行滑板的合力做负功
C．空气阻力对飞行包做负功 D．飞行滑板的机械能减少
【参考答案】CD
【题目解析】在竖直匀速降落的过程中，发动机的动力向上，则发动机对飞行滑板做负功．故A错误．由于匀速合力始终为零，所以飞行滑板的合力是不做功，故B错误．空气阻力竖直向上，与位移方向相反，则空气阻力对飞行包做负功，故C正确．由于阻力做负功，则飞行包的机械能减小，选项D正确；
【命题意图】
【命题说明】原创题，命题灵感来源于最近新浪微博上官宣“首个飞行器我来了”，联想到飞行过程中的做功和能量变化。通过此题不仅思考功能关系，更想让学生了解中国当下的科技实力，由此成题。简单题，预计难度：0.8+0.02
15. 核反应堆通过合理布置核燃料，使得在无需补加中子源的条件下能在其中发生自持链式核裂变过程.如图所示核燃料是铀，一种典型的铀核裂变方程Un→BaKr+3n，用重水做慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核（H）每次碰撞是弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子的两倍，则下列说法正确的是（　　）
A．链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
B．镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制核反应速度的目的
C．钡核的比结合能比铀核的大
D．若碰撞前中子的动能为E，经过一次弹性碰撞中子动能变成E0

【参考答案】ACD
【题目解析】链式反应是指由裂变产生的中子使裂变反应一代又一代继续下去的过程，选项A正确；核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制反应速度，选项B错误；该核反应的过程中释放大量的能量，结合爱因斯坦质能方程可知，钡核的比结合能比铀核的比结合能大，故C正确；取碰撞前中子的速度方向为正方向，根据动量守恒有：mv0＝mv1+2mv2，
依据能量守恒有：解得故中子的动能为：，故D正确；
【命题意图】
【命题说明】改编题，高考命题原则之一是“源于教材，高于教材”。本题利用课本核反应堆，深挖碰撞、结合能等知识，由此成题。中难度：0.650.02

16.图甲为一列简谐波在时刻的波形图，P是平衡位置为处的质点，Q是平衡位置为处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则( )　　
A．在t=0.25s时，质点P的速度方向为y轴正方向
B．质点Q简谐运动的表达式为
C．该波沿x轴负方向传播
D．从t=0.10s到t=0.25s，质点P通过的路程为30cm
【参考答案】AC
【题目解析】根据波的传播方向及振动图象知，在t=0.10s时，质点P正在向上振动，当t=0.25s时，即在t=0.10s开始经过3T/4，质点P在平衡位置以下向上振动，即速度方向沿y轴正方向，故A正确；由乙可知振动为A=10cm，周期为T=0.20s，则可得ω＝＝10πrad/s，所以质点Q的振动方程为x=10sin10πt（cm），故B错误；由图乙可知，在t=0.10s时，质点Q向下振动，根据微平移法可知波向x轴的负方向传播，故C正确；由于P点在t=0.10s时不是在波峰或波谷，或平衡位置，经过0.15s，即经过3T/4，质点经历的路程不等于3A，即不等于30cm，故D错误。
【命题意图】
【命题说明】改编题，原题知识考查两个知识点，改编后考查四个知识点，从而提高题目难度值。中难度：0.65+0.02
三、 非选择题（本题共6小题，共55分）
17、（1）图1是某次实验时使用打点计时器的实验仪器，适用于下列实验的是 （ ）
A. 探究小车速度随时间变化的规律实验
B. 探究加速度与力、质量的关系实验
C. 探究功与物体速度变化的关系实验
D. 验证机械能守恒的实验 图1
（2）上述实验哪些实验满足条件M≫m ：
【参考答案】：（1）ABC （2）BC
【命题意图】：本题注重物理思想和实验原理的考察，考察考生通过实验原理的分析设计合理的实验过程，对学生综合分析能力提出较高的要求。
【命题说明】：原创题，要求考生通过实验原理对关于打点计时器的各类实验装置的设置进行辨别，此题综合性强。 较难题。预计难度：0.65±0.03。
18、实验小组的同学用如图所示的装置做“用单摆测量重力加速度”的实验。
(1)实验室有如下器材可供选用:
A.长约1 m的细线
B.长约1 m的橡皮绳
C.直径约2 cm的铁球
D.直径约2 cm的塑料球
E.米尺
F.时钟
G.秒表 图2
实验时需要从上述器材中选择:　　　　。(填写器材前面的字母) 
(2)在挑选合适的器材制成单摆后他们开始实验,操作步骤如下:
①将单摆上端固定在铁架台上。
②测得摆线长度,作为单摆的摆长。
③在偏角较小的位置将小球由静止释放。
④记录小球完成n次全振动所用的总时间t,得到单摆的振动周期T=tn。
⑤根据单摆周期公式计算重力加速度的大小。
其中操作不妥当的是　　　　。(填写操作步骤前面的序号) 
【参考答案】：（1）ACEG （2）②
【命题意图】：本题考察了“探究单摆周期与摆长关系的实验”的基础实验。意在考察学生对该实验实验原理分析能力及实验实际操作能力。
【命题说明】：改编题，此题来源于物理实验册课后练习的改编，从而提高考生对书本内容的重视。 容易题。预计难度：0.75±0.05。
19、在“测量小灯泡的伏安特性曲线”实验中
（1）以下图3中图 （填“甲”或“乙”）的实物图是正确的，并在在答题纸相应的方框中画出正确实物图的电路图。电路闭合之前滑动变阻器的滑片应滑至图1中的滑动变阻器的 段填“A”、“B”、“C”或“D”。
DA
CA
B
A
A
A

甲 乙

2、 连好电路图，电流表指针如图4所示，电流表的示数为_____A。

图4 图5
3、根据图5，请得出小灯泡在电压为2V时的电阻是 Ω，此时测量的电阻比真实值 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。（计算结果保留两位有效数字）
【参考答案】：（1）甲 A 图如右图所示
（2）0.20
（3） 7.9-8.0 偏小
【命题意图】：本题考察“测量小灯泡的伏安特性曲线”的实验，主要考查是实验原理、实物图到电路图的辨识能力、数据处理以及数据误差的分析的能力。
【命题说明】：改编题。本题参考浙江高考卷。用伏安法测电阻是高中电学重点的实验，此题来源于对实际实验教学中考生存在的普遍问题的思考。中档题预计难度：0.72±0.03。

19.（9分）如图所示，某学校学生在电梯里进行如下操作：将台秤放置水平桌面上，然后台秤上一物块，待物块静止后启动电梯。在电梯运动的全过程中记录如下数据，9s末电梯刚好停下。若电梯从启动到停止的过程可视为先匀加速，然后匀速，最后匀减速运动，全程电梯在竖直方向上运动。求：
时间
台秤读数
0-2s
4.2N
2-8s
4.0N
8-9s
来不及记录
（1） 在0-2s内，电梯加速度的大小;
（2） 在0-9s内，电梯的位移;
（3） 在8-9s内，站在电梯水平底板上的体重为60kg的小组成员对电梯的压力。
【参考答案】（1）0.5m/s2 （2）7.5m （3）540N
【题目解析】
（1）由题意知物块的重力等于，在内，由牛顿第二定律得：
解得：
（2）在内，由位移公式得：
由速度公式得：
在内，电梯上升的距离：
在内，电梯上升的距离：
在内，电梯的位移：
（3）设在内的加速度大小为，由速度公式得：
解得：
对体重为的人由牛顿第二定律得：
解得：
由牛顿第三定律知对电梯的压力
【命题意图】
【命题说明】
20.（12分）如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、传送带（速度大小、方向均可调节）、竖直圆轨道ABCD（A、D的位置错开）、一段圆弧轨道EF、一水平放置且开口向左的接收器G（可在平面内移动）组成。游戏时滑块从弹射器弹出，全程不脱离轨道且飞入接收器则视为游戏成功。已知滑块质量m=4kg且可视为质点，传送带长度l=0.8m，ABCD圆轨道半径R1=0.1m，EF圆弧半径R2=0.2m，OE与OF之间夹角为θ=37°。当传送带静止时，调整弹射器的弹性势能Ep0=3.2J，滑块恰好能停在传送带右端。弹射时滑块从静止释放，且弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能。仅考虑滑块与传送带的摩擦，其它摩擦均忽略不计，各部分平滑连接。（，），g=10m/s2。求：
（1）求滑块与传送带之间的动摩擦因素；
（2）调整弹射器的弹性势能Ep=6J，要使滑块在运动过程中不脱离圆轨道ABCD，传送带转动速度的范围；
（3）关闭传送带，改变弹射器的弹性势能，要使滑块不脱离轨道从F处飞出恰好水平进入接收器G，FG间的水平位移x与弹性势能Ep的函数关系式。

【参考答案】（1）0.1 （2）顺时针013.2J）
【题目解析】
（1）由能量守恒得：Ep0=μmgl （1分）
μ=0.1 （1分）
（2）由动能定理：Ep0=12mv02
弹出的速度：v0=3m/s
①恰好过C点vc=gR1=1m/s
从出传送带到C点，由动能定理：-2mgR1=12mvc2-12mv12 （1分）
得：v1=5m/s
若滑块加速到v1，则传送带所需的长度l1=v12-v022μg=1m>l=0.8m
所以加速不到5 （1分）
②没有过B点，vB=0
从出传送带到B点，由动能定理：-mgR1=0-12mv22 （1分）
得：v2=2m/s
若滑块减速到v2，则传送带所需的长度l2=v02-v222μg=0.5m>l=0.8m
所以传送带的速度范围为顺时针012mv12
得：Ep1=13.2J （1分）
从弹出到F点，由动能定理：Ep-μmgl-mgR2(1-cos37°)= 12mvF2 （1分）
由平抛，得：x=vFcos37°tt=vFsin37°g （2分）
解得：x=0.024Ep-0.1152（m） （1分）
【命题意图】本题综合考查了物理核心素养中“物理观念” 的运动与相互作用观念、能量观念和“科学思维”中的模型建构能力。学生要能在新的情境中对综合性物理问题进行分析和推理，获得正确结论并作出解释。
【命题说明】此题主要考查能量守恒在圆周运动、平抛运动、直线运动中的应用。第（2）问考查了多个临界问题，并能对得出的结果进行多个视角检阅结论。第（3）问考查了物理量之间关系表达式的推导，并注意临界条件对取值范围的影响。此题为原创题。预计难度为0.6±0.05。
21.（10分）如图所示的直角坐标系中，在0≤y≤4L的区域内有磁感应强度为B、垂直纸面向里的匀强磁场。一厚度不计，长度为8L的收集板MN放置在y＝2L的直线上，M点的坐标为（L，2L）。一粒子源位于P点，可连续发射质量为m、电荷量为q的负粒子（初速度近似为零），粒子经电场加速后沿y轴进入磁场区域（加速时间很短，忽略不计）。若收集板上下表面均可收集粒子，粒子与收集板接触后被吸收并导走，电场加速电压连续可调，不计粒子重力和粒子间的作用力。求：
（1）加速电场下极板带什么电？若加速电压，则粒子离开磁场时的x轴坐标;
（2）收集板MN的下表面收集到的粒子在磁场中运动的时间范围;（角度可以用反三角函数表示）
（3）收集板上表面能收集到粒子区域的x坐标范围及对应加速电压的范围。
【参考答案】（1）下极板带负电；粒子离开x轴坐标为（L，0）；（2）时间范围围
【题目解析】（1）下极板带负电；（1分）
由题意知，
由
（1分）
得半径 （1分）
故粒子离开x轴坐标为（L，0）（1分）
（2） 粒子的运动周期
如右图易知，
又 （1分）
到达M点的运动时间
解得： （1分）
(或RM2 -（RM-L)2＝（2L）2 得：,,）
如右图所示为打在下板最长时间对应轨迹，易得 （1分）
故收集板MN的下表面收集到的粒子在磁场中运动的时间范围为点F，由几何关系：
RF2 -（RF-L）＝（2L）2 得：
xF＝RF＋（RF-L）＝4L （1分）
如图轨迹所示，与磁场上边界相切，上极板粒子达到的最远点G，
轨迹半径：RG＝4L

故，收集板上表面粒子收集到的区域为：4L带电粒子在电磁场中运动的综合问题（临界问题）。
【命题说明】改编题，本题由湖州、衢州、丽水三地市教学质量检测试卷改编，原题第（1）小问已知粒子离开磁场位置，求加速电压为逆向思维，能力要求较高。先给出电压由动能定理求得速度，再由洛仑兹力提供向心力得半径改为顺向思维，并增问加速电场下极板的电性，使问题更具基础性，降低题目难度。原题第（2）问只问收集板下表面收集到的粒子中最长的运动时间，刚好与收集板下表面相切的粒子运动时间最长，对应的圆心角为直角，具有特殊性，问题较简单。改为一般性问题，求收集板下表面收集到所有粒子的运动时间范围，适当增加问题的难度，使设问更具梯度。原题第（3）问求无法收集到粒子的范围，因为第（2）问已经求出收集板下表面粒子打到范围对应的运动时间，改为求收集板上表面粒子的收集范围，避免重复，追问对应加速电压的范围，再加强逆向思维的考查，使题目更具区分度。本题对学生综合分析能力，应用数学解决问题的能力要求较高，预计难度0.60.05。
附上原题：
22、（湖州、衢州、丽水三地市教学质量检测试卷）【加试题】（10分）如图所示的直角坐标系中，在0≤y≤3L的区域内有磁感应强度为B、垂直纸面向外的匀强磁场。一厚度不计，长度为5L的收集板MN放置在y＝2L的直线上，M点的坐标为（L，2L）。一粒子源位于P点，可连续发射质量为m、电荷量为q的负粒子（初速度近似为零），粒子经电场加速后沿y轴进入磁场区域（加速时间很短，忽略不计）。若收集板上下表面均可收集粒子，粒子与收集板接触后被吸收并导走，电场加速电压连续可调，不计粒子重力和粒子间的作用力。求
（1）若某粒子在（L，0）处离开磁场，则该粒子的加速电压U0的大小；
（2）收集板MN的下表面收集到的粒子在磁场中运动的最长时间；
（3）收集板（上下两表面）无法收集到粒子区域的x坐标范围。

22．（10分）如图所示，M1N1N2M2是位于光滑水平桌面上的刚性U型金属导轨，导轨中接有阻值为R的电阻，它们的质量为m0．导轨的两条轨道间的距离为l，PQ是质量为m、接入电路电阻为r的金属杆，可在轨道上滑动，滑动时保持与轨道垂直，杆与轨道的接触是粗糙的，导轨的电阻不计。初始时，杆PQ置于图中的虚线处，虚线的右侧为一匀强磁场区域，磁场方向竖直向下，磁感应强度的大小为B。现有一位于导轨平面内的与轨道平行的恒力F作用于PQ上，使之从静止开始在轨道上向右作加速运动。已知经过时间t，导轨向右移动的距离为x0，PQ离开虚线的距离为x,（导轨的N1N2部分尚未进人磁场区域）．不考虑回路的自感。
（1）试判断U型轨道做什么运动？求杆与轨道间摩擦力f大小；
（2）求在时间t内通过导体棒的电量q；
（3）求t时刻通过导体棒的电流I及在此过程中电阻R所消耗的焦耳热QR．
【参考答案】（1）匀加速直线运动，；（2）
（3电流，电阻R消耗的焦耳热
【题目解析】
(1)U型轨道受水平向右的摩擦力f的作用，做匀加速直线运动；（1分）
设导轨的加速度为a，由牛顿第二定律:f=m0a ①
又 x0=12at2 ② （1分）
得： ③ （1分）
(2) 据法拉第电磁感应定律： ④ （1分）
由闭合回路欧姆定律： ⑤
⑥
得： ⑦ （1分）
（3） 设t时刻导体棒速度为v,则
⑧
⑨ （1分）
由动量定理, ⑩ （1分）
得：
⑪ （1分）
对PQ棒，由动能定理： ⑫ （1分）
克服摩擦力做功 ⑬
又 ⑭
得： ⑮ （1分）

【命题意图】本题以电磁感应主流考点“金属棒——导轨”模型为物理背景，主要考查法拉第电磁感应定律，闭合电路欧姆定律动能定理在计算焦耳热中应用，动量定理解决金属棒滑行距离问题等，侧重考查考生综合应用力学、电磁学知识解决典型物理问题的能力，突出考查学生对物理过程的分析能力。
【命题说明】改编题，本试题依据26届预赛试题改编，原题只有一问，难度非常大，不适合作为高考题进行考查。单棒模型却是电磁感应常见模型，非常适合改编。第（1）小问先求导轨和导体棒之间的摩擦力，此题摩擦力是求解能量问题的切入点。由于导体棒做的是变加速运动，对导体棒分析难以直接求出摩擦力，学生容易视导轨为电学对象，忽视它也可以作为力学对象进行分析，为降低难度先叫学生判断导轨的运动性质，使问题具有基础性，同时降低难度，指出解题方向。第（2）小问求通过导体棒的电量，为应用动量定理求出导体棒速度从而求出能量作铺垫，使问题有梯度。电磁感应中求电量基本有二种思路：1.法拉第电磁感应定律结合闭合回路欧姆定律及电量定义得；2.动量定理结合电量定义。本题电学回路中已知，易想到利用法拉第电磁感应定律的角度解题。第（3）小问求瞬时电流和电阻消耗的能量有较大的难度，作为最后大题，区分学生综合分析能力较为合适，具有较好的区分度。求瞬时电流是为了进一步区分瞬时电动势和平均电动势，据求瞬时电动势，需求出瞬时速度，由于第二问电量已知，结合动量定理可求。而电阻消耗的焦耳热和摩擦生热是两回事，也要注意区分，加入导体棒的电阻还涉及焦耳热的分配问题，同时使表达式非常复杂，有利于甄别考生的表达计算能力。预计难度0.40.05。
附上原题：
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