2023-2024年北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校附屬實驗學(xué)校高三一模模擬物理試題（解析版）

海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校附屬實驗學(xué)校高三物理一模模擬試題本試卷共6頁，100分．考試時長90分鐘．考生務(wù)必將答案答在答題卡上，在試卷上作答無效。第一部分本部分共14題，每題3分，共42分．在每題列出的四個選項中，選出最符合題目要求的一項。1.將一只踩扁的乒乓球放到熱水中，乒乓球會恢復(fù)原形，則在乒乓球恢復(fù)原形的過程中，球內(nèi)氣體（）A.吸收的熱量等于其增加的內(nèi)能 B.壓強(qiáng)變大，分子平均動能變大C.吸收的熱量小于其增加的內(nèi)能 D.對外做的功大于其吸收的熱量【答案】B【解析】【詳解】將踩扁的乒乓球放入熱水中，一段時間后，乒乓球恢復(fù)為球形，說明壓強(qiáng)變大，是因為乒乓球中的氣體吸收熱量，溫度升高，氣體內(nèi)能增大，分子平均動能變大；由于氣體壓強(qiáng)變大，體積膨脹，所以氣體對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，，，則，即氣體吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，一部分用來對外做功，因此氣體吸收的熱量大于其增加的內(nèi)能，也大于氣體對外做的功。故選B。2.下列說法中正確的是（）A.用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現(xiàn)象B.肥皂泡在陽光下出現(xiàn)彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象C.用光導(dǎo)纖維傳送圖像信息，這其中應(yīng)用到了光的全反射現(xiàn)象D.通過兩支夾緊的筆桿間縫隙看發(fā)白光的燈絲能觀察到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象【答案】C【解析】【詳解】A．用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的色散現(xiàn)象，故A錯誤；B．肥皂泡在陽光下出現(xiàn)彩色條紋，這是光的干涉現(xiàn)象，故B錯誤；C．用光導(dǎo)纖維傳送圖像信息，這其中應(yīng)用到了光的全反射現(xiàn)象，故C正確；D．通過兩支夾緊的筆桿間縫隙看發(fā)白光的燈絲能觀察到彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象，故D錯誤。故選C。3.江蘇田灣核電站是世界上第三代核電站，效率更高、安全性更好，其中一種核反應(yīng)方程為：，則（）A.X為中子， B.X為中子，C.X為質(zhì)子， D.X為質(zhì)子，【答案】A【解析】【詳解】根據(jù)核反應(yīng)的電荷數(shù)守恒可知X的電荷數(shù)為0，則X必為中子，根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)守恒可知。故選A。4.一列簡諧橫波在均勻介質(zhì)中沿x軸負(fù)方向傳播，已知處質(zhì)點的振動方程為，則時刻的波形圖正確的是（）A. B.C. D.【答案】D【解析】【詳解】AB．根據(jù)題意可知，時，在處的質(zhì)點處于則此時該質(zhì)點位于平衡位置，下一時刻，該質(zhì)點向上運動，故AB錯誤；CD．根據(jù)題意，橫波沿軸負(fù)方向傳播，根據(jù)同側(cè)法判斷可知，C錯誤，D正確。故選D。5.某同學(xué)探究自感現(xiàn)象時設(shè)計的實驗電路如圖所示。A，B為兩完全相同的燈泡，電感線圈L的自感系數(shù)很大，直流電阻為燈泡電阻的一半，電源內(nèi)阻不計，下列說法正確的是（）A.開關(guān)S閉合瞬間，B先亮，A后亮，最終A、B一樣亮B.開關(guān)S閉合瞬間，A、B先同時亮，B然后變暗一些，A變得更亮C.開關(guān)S斷開瞬間，A、B立即同時熄滅D.開關(guān)S斷開瞬間，B立即熄滅，A先變得更亮再逐漸熄滅【答案】D【解析】【分析】【詳解】AB．開關(guān)S閉合瞬間，因電感線圈自感很大，故線圈中電流為零，A、B同時亮，隨后因線圈對電流的阻礙作用逐漸減小，流經(jīng)電源的總電流逐漸增大，故流經(jīng)B的電流逐漸增大，故B變得更亮，因電源無內(nèi)阻，故路端電壓不變，即B兩端電壓升高，A兩端電壓降低，故A要變暗一些，故AB錯誤；CD．開關(guān)S斷開瞬間，線圈與A組成回路，故B立即熄滅，因開關(guān)斷開前線圈中的電流大于A中電流，故A先變得更亮再逐漸熄滅，故C錯誤，D正確。故選D。6.如圖，置于水平地面上相同材料的質(zhì)量分別為m和M的兩物體間用細(xì)繩相連，在M上施加一水平恒力F，使兩物體做勻加速運動，對兩物體間繩上的張力，正確的說法是（）A.地面光滑時，繩子拉力的大小為B.地面不光滑時，繩子拉力大于C.地面不光滑時，繩子拉力小于D.地面光滑時，繩子拉力小于【答案】A【解析】【詳解】AD．光滑時，對整體分析，根據(jù)牛二定律得加速度對m受力分析由牛頓第二定律得T=ma聯(lián)立解得故A正確，D錯誤；BC．地面不光滑時，對整體，根據(jù)牛頓第二定律得加速度對m受力分析由牛頓第二定律得解得BC錯誤。故選A。7.有一理想變壓器，副線圈所接電路如圖所示，燈L1．L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡．當(dāng)S斷開時，燈L1正常發(fā)光．S閉合后，下列說法正確的是（）A.電阻R消耗的電功率增大B.燈L1、L2都能正常發(fā)光C.原線圈的輸入功率減小D.原副線圈的電流比減小【答案】A【解析】【詳解】A．當(dāng)S閉開后，由變壓器電壓與匝數(shù)比關(guān)系：，可知副線圈電壓不變，而電路的電阻減小，所以副線圈的電流增大，由知R消耗的功率增大，故A正確；B．當(dāng)S閉開后，電路的電阻減小，副線圈的電流增大，所以電阻R的電壓增大，而副線圈電壓不變，所以燈泡兩端的電壓減小，燈L1．L2都不能正常發(fā)光，故B錯誤；C．由于副線圈中負(fù)載電阻減小，消耗的功率為,故消耗的功率增大，又因為輸入功率等于輸出功率，故原線圈的輸入功率增大，所以C錯誤；D．由電流與匝數(shù)關(guān)系，知變壓器原副線圈的匝數(shù)不變，故原副線圈中電流之比不變，故D錯誤。故選A。8.如圖所示為兩個固定在同一水平面上的點電荷，距離為d，電荷量分別為＋Q和-Q。在它們的水平中垂線上固定一根長為L、內(nèi)壁光滑的絕緣細(xì)管，有一電荷量為＋q的小球以初速度v0從管口射入，則小球（）A.速度先增大后減小B.受到的庫侖力先做負(fù)功后做正功C.受到的庫侖力最大值為D.管壁對小球的彈力最大值為【答案】C【解析】【詳解】A．電荷量為+q小球以初速度v0從管口射入的過程，因電場力不做功，只有重力做功；根據(jù)動能定理，故速度不斷增加；故A錯誤；B．小球有下落過程中，庫侖力與速度方向垂直，則庫侖力不做功；故B錯誤；C．在兩個電荷的中垂線的中點，單個電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度為根據(jù)矢量的合成法則，則有電場強(qiáng)度最大值為，因此電荷量為+q的小球受到最大庫侖力為，故C正確；D．結(jié)合受力分析可知，彈力與庫侖力平衡，則管壁對小球的彈力最大值為，故D錯誤；故選C。9.如圖所示，在光滑絕緣的水平面上，有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B方向垂直水平面向下，寬度為的平行邊界勻強(qiáng)磁場，一個質(zhì)量為m，邊長為L的正方形導(dǎo)體線框，在磁場邊界以初速度進(jìn)入磁場，恰好穿出磁場，關(guān)于線框的運動，下列說法正確的是（）A.線框在整個運動過程中一直做減速運動B.線框入場、出場過程中，所受安培力方向相反C.無法計算出線框整個運動過程中產(chǎn)生的焦耳熱D.線框入場、出場過程中，通過線框?qū)w橫截面的電荷量大小相同【答案】D【解析】【詳解】A．因為磁場區(qū)域?qū)挾却笥诰€框邊長，所以線框完全進(jìn)入磁場后的一段時間內(nèi)，所受合力為零，做勻速直線運動，故A錯誤；B．根據(jù)楞次定律可以判斷，線框入場過程中，感應(yīng)電流的磁場阻礙線框磁通量增大，即阻礙線框進(jìn)場，所受安培力水平向左。線框出場過程中，感應(yīng)電流的磁場阻礙線框磁通量減小，即阻礙線框出場，所受安培力水平也向左，故B錯誤；C．根據(jù)能量守恒定律可知線框整個運動過程中產(chǎn)生的焦耳熱為故C錯誤；D．線框入場過程中，通過線框?qū)w橫截面積的電荷量為由于線框出場過程中，磁通量變化量相同，所以通過線框?qū)w橫截面的電荷量和進(jìn)場過程相同，故D正確。故選D。10.如圖所示，輕桿的一端固定在水平轉(zhuǎn)軸上，另一端固定一個小球，小球隨輕桿一起在豎直平面內(nèi)在轉(zhuǎn)軸的帶動下繞O點以角速度做勻速圓周運動。已知桿長為L，小球的質(zhì)量為m，重力加速度為g，A、B兩點與O點在同一水平直線上，C、D分別為圓周的最高點和最低點，下列說法正確的是（）A.小球在運動過程中向心加速度不變B.小球運動到最高點C時，桿對小球的作用力為支持力C.小球運動到A點時，桿對小球作用力為D.小球在D點與C點相比，桿對小球的作用力的大小差值一定為【答案】C【解析】【詳解】A．小球做勻速圓周運動，向心加速度大小不變，方向改變，選項A錯誤；B．當(dāng)小球在最高點，由牛頓第二定律可知，當(dāng)小球通過最高點時線速度大于時，F(xiàn)N為正值，桿對小球的作用力為向下的拉力；當(dāng)小球通過最高點時線速度小于時，F(xiàn)N為負(fù)值，桿對小球的作用力為向上的支持力；當(dāng)小球通過最高點時線速度等于時，F(xiàn)N為0。因為不知道小球在最高點時線速度與的大小關(guān)系，所以不能判斷桿對小球是支持力還是拉力，選項B錯誤；C．當(dāng)小球在A點時，桿對小球作用力豎直方向分量應(yīng)等于重力，水平方向分量提供向心力，故桿對小球的作用力選項C正確；D．若小球在最高點，桿對小球的作用力為支持力，則在C點在D點可得若小球在最高點，桿對小球的作用力為拉力，則在C點在D點可得選項D錯誤。故選C。11.如圖所示，一物體在力F作用下沿水平桌面向右做勻加速直線運動。已知物體質(zhì)量為m，加速度大小為a，物體和桌面之間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，在物體移動時間為t的過程中（）A.摩擦力沖量的大小與F方向無關(guān) B.合力沖量的大小與F方向有關(guān)C.F為水平方向時，F(xiàn)沖量為μmgt D.F水平方向沖量的最小值為mat【答案】D【解析】【詳解】A．摩擦力沖量的大小可知摩擦力的沖量大小與F方向有關(guān)，選項A錯誤；B．合力沖量的大小則合力沖量大小與F方向無關(guān)，選項B錯誤；C．F為水平方向時，F(xiàn)沖量為選項C錯誤；D．根據(jù)F水平方向沖量當(dāng)f=0時F水平方向沖量的最小值為mat，選項D正確。故選D。12.2022年10月，我國發(fā)射的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功進(jìn)入距地面高度為720km、周期約為100分鐘的太陽同步晨昏軌道，如圖所示。所謂太陽同步晨昏軌道，從宇宙中看，衛(wèi)星圍繞地球在兩極上空飛行（看作勻速圓周運動）且跟隨著地球繞太陽公轉(zhuǎn)，同時軌道平面圍繞太陽轉(zhuǎn)動，且保持這個面一直朝向太陽，可實現(xiàn)全天候?qū)μ柎艌?、太陽耀斑等進(jìn)行觀測。下列說法正確的是（）A.“夸父一號”每繞地球1周，地球自轉(zhuǎn)25°B.“夸父一號”繞地球運動的向心加速度大于地球表面重力加速度C.“夸父一號”繞垂直于地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)D.“夸父一號”的發(fā)射速度大于【答案】A【解析】【詳解】A．地球自轉(zhuǎn)一圈需要24h，“夸父一號”公轉(zhuǎn)一圈需要100min，則“夸父一號”每繞地球1圈，地球自轉(zhuǎn)的角度為故A正確；B．根據(jù)，可知，“夸父一號”的向心加速度小于地球表面重力加速度，故B錯誤；C．根據(jù)題意：“衛(wèi)星圍繞地球在兩極上空飛行（看作勻速圓周運動）且跟隨著地球繞太陽公轉(zhuǎn)，同時軌道平面圍繞太陽轉(zhuǎn)動，且保持這個面一直朝向太陽”，“夸父一號”繞地球運動的軌道平面繞地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，且每天繞地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，大約為1°，故C錯誤；D．“夸父一號”的發(fā)射速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，故D錯誤。故選A。13.如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中，固定一內(nèi)部真空且內(nèi)壁光滑的圓柱形薄壁絕緣管道，其軸線與磁場垂直。管道橫截面半徑為a，長度為l（）。帶電粒子束持續(xù)以某一速度v沿軸線進(jìn)入管道，粒子在磁場力作用下經(jīng)過一段圓弧垂直打到管壁上，與管壁發(fā)生彈性碰撞，多次碰撞后粒子恰沿中心軸線從另一端射出，單位時間進(jìn)入管道的粒子數(shù)為n，粒子電荷量為+q，不計粒子的重力、粒子間的相互作用，下列說法正確的是（）A.粒子質(zhì)量為B.管道內(nèi)的等效電流為C.粒子在管道中的運動時間為D.粒子束對管道的平均作用力大小為【答案】ACD【解析】【詳解】A．帶正電的粒子沿軸線射入，然后垂直打到管壁上，可知粒子運動的圓弧半徑為r=a根據(jù)可得粒子的質(zhì)量故A正確；B．管道內(nèi)的等效電流為故B錯誤；C．粒子在管道中的運動時間為選項C正確；D．粒子束對管道的平均作用力大小等于等效電流受的安培力F=BIl=Bnql故D正確故選ACD。14.北京高能光源是我國首個第四代同步輻射光源，計劃于2025年建成。同步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長范圍約為10-5m～10-11m，對應(yīng)能量范圍約為10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點，在基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。速度接近光速的電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時，會沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱為“同步輻射”。以接近光速運動的單個電子能量約為109eV，回旋一圈輻射的總能量約為104eV。下列說法正確的是（）A.同步輻射的機(jī)理與氫原子發(fā)光的機(jī)理一樣B.用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離C.蛋白質(zhì)分子的線度約為10-8m，不能用同步輻射光得到其衍射圖樣D.盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會明顯減小【答案】D【解析】【分析】【詳解】A．同步輻射是在磁場中圓周自發(fā)輻射光能的過程，氫原子發(fā)光是先吸收能量到高能級，在回到基態(tài)時輻射光，兩者的機(jī)理不同，故A錯誤；B．用同步輻射光照射氫原子，總能量約為104eV大于電離能13.6eV，則氫原子可以電離，故B錯誤；C．同步輻射光的波長范圍約為10-5m～10-11m，與蛋白質(zhì)分子的線度約為10-8m差不多，故能發(fā)生明顯的衍射，故C錯誤；D．以接近光速運動的單個電子能量約為109eV，回旋一圈輻射的總能量約為104eV，則電子回旋一圈后能量不會明顯減小，故D正確；故選D。第二部分本部分共6題，共58分15.圖甲所示為某種多用電表內(nèi)部電路圖，圖乙為其刻度盤。表頭的滿偏電流，多用電表選擇開關(guān)S接1、2時，分別為量程為、的電流表；選擇開關(guān)S接3、4時，分別為倍率為“”、“”的歐姆表。某同學(xué)用該表測量某定值電阻的阻值，選擇不同的倍率時指針位置分別如乙圖中的a、b所示，則該電阻阻值為______?！敬鸢浮?10【解析】【詳解】選擇開關(guān)S接3、4時，分別為倍率為“×1”、“×10”的歐姆表，為了讀數(shù)準(zhǔn)確，應(yīng)使指針靠在中間部分，根據(jù)圖像可知選擇的是“×10”擋位，則電阻阻值為110；16.在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中，將雙縫干涉實驗儀按要求安裝在光具座上，如圖甲所示，并選用縫間距的雙縫片。從儀器注明的規(guī)格可知，像屏與雙縫片間的距離。接通電源使光源正常工作。測量時，使測量頭的分劃板中心刻線與第1條亮紋的中心對齊（如圖乙所示），記下此時手輪上的讀數(shù)1.250cm。然后轉(zhuǎn)動測量頭。使分劃板中心刻線與第4條亮紋的中心對齊，再次記下手輪上的讀數(shù)，圖丙中游標(biāo)卡尺的示數(shù)為______cm；所測光波的波長為______m（波長計算保留兩位有效數(shù)字）?！敬鸢浮竣?1.775②.【解析】【詳解】[1]游標(biāo)卡尺的示數(shù)為[2]相鄰兩亮條紋間距為根據(jù)公式可得所測光波的波長為17.“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗的裝置如圖1所示。（1）下列實驗操作正確的是________；A．將電磁打點計時器固定在鐵架臺上，并把打點計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向B．將電磁打點計時器接到220V交流電源上C．選擇打好的紙帶，確定開始打點的位置O，從紙帶上數(shù)出打點數(shù)n，得到重錘下落的時間t和紙帶在這段時間內(nèi)的長度h，根據(jù)公式計算出重錘速度（g為重力加速度），再進(jìn)一步驗證機(jī)械能守恒（2）關(guān)于本實驗的誤差，下列說法正確的是________；A．重錘質(zhì)量稱量不準(zhǔn)會造成較大的誤差B．重錘體積一定時，用密度大的材質(zhì)，有利減小誤差C．實驗中摩擦不可避免，紙帶越短，摩擦力做功越少，實驗誤差越?。?）小李在驗證了機(jī)械能守恒定律后，想用此裝置探究磁鐵在銅管中下落時受電磁阻尼作用的運動規(guī)律。實驗裝置如圖2所示，將重錘換銅管成磁鐵，并在紙帶限位孔的正下方豎直放置一銅管，且與限位孔在同一豎直線。小李按正確步驟進(jìn)行了實驗，得到一條紙帶如圖3所示。確定一合適的點為O點，每個打點標(biāo)為a，b，…，h。例如，為了得到b點的速度，計算方法I：；計算方法II：。其更合理的方法是________（填“I”或“II”）。從紙帶上的打點分布，試定性描述磁鐵在銅管中的運動情況________________?！敬鸢浮竣?A②.B③.I④.先加速運動，后勻速運動【解析】【詳解】（1）[1]A．將電磁打點計時器固定在鐵架臺上，并把打點計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，從而減小實驗誤差，故A正確；B．電磁打點計時器使用的是4~6V交流電源，故B錯誤；C．使用公式計算出重錘速度，則已經(jīng)把重錘運動看作自由落體運動了，則驗證的機(jī)械能守恒的表達(dá)式就已經(jīng)恒成立了，應(yīng)使用勻變速直線運動的平均速度公式來計算重錘速度，故C錯誤。故選A。（2）[2]A．要驗證的關(guān)系式為等式兩邊消掉m，則實驗中不需要稱量重錘的質(zhì)量，故A錯誤；B．重錘體積一定時，用密度大的材質(zhì)，減小空氣阻力，有利減小誤差，故B正確；C．在打紙帶時，紙帶太短了，不易打出符合實驗要求的紙帶，故C錯誤。故選B。（3）[3]b點的速度是根據(jù)平均速度來計算的，其中越接近于0，則時間內(nèi)的平均速度越接近b點的瞬時速度，所以更合理的方法是“Ⅰ”。[4]從紙帶可知，紙帶上打的點與點間的間隔是先越來越稀疏，然后點與點間的間隔相等，所以磁鐵在銅管中的是先加速運動，后勻速運動。18.2022年第24屆冬季奧林匹克運動會在北京舉行，跳臺滑雪是冬奧會的比賽項目之一。如圖所示為一簡化后的跳臺滑雪的雪道示意圖，某運動員從O點由靜止開始，在不借助其它外力的情況下，自由滑過一段圓心角為60°的圓弧軌道后從A點水平飛出，經(jīng)后落到斜坡上的B點。已知A點是斜坡的起點，圓弧軌道半徑，斜坡與水平面的夾角，運動員的質(zhì)量，重力加速度，空氣阻力忽略不計。求：（1）運動員到達(dá)A點時的速度大??；（2）運動員到達(dá)A點時對軌道壓力大小；（3）在圓弧軌道上摩擦阻力對運動員做的功?！敬鸢浮浚?）15m/s；（2）950N；（3）?625J【解析】【詳解】（1）運動員從A點滑出后做平拋運動，從A到B水平方向有x=vAt在豎直方向有y=gt2物體落在B點，有tanθ＝聯(lián)立解得vA＝15m/s（2）在A點滿足解得由牛頓第三定律得，運動員到達(dá)A點時對軌道的壓力大小為950N。（3）運動員在圓弧軌道上只有重力和摩擦阻力做功，根據(jù)動能定理有mg(R?Rcos60°)+Wf＝mvA2?0代入數(shù)據(jù)解得Wf=?625J19.如圖所示，在寬為L的區(qū)域內(nèi)有豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B．光滑絕緣水平面上有一邊長為L、質(zhì)量為m、電阻為R的單匝正方形線框abcd，ad邊位于磁場左邊界，線框在水平外力作用下垂直邊界穿過磁場區(qū)．（1）若線框以速度v勻速進(jìn)入磁場區(qū)，求此過程中b、c兩端的電勢差Ubc；（2）在（1）的情況下，從圖示線框移動到完全進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生的熱量Q和通過導(dǎo)線截面的電量q；（3）若線框由靜止開始以加速度a勻加速穿過磁場，求此過程中外力F隨運動時間t的變化關(guān)系．【答案】（1）（2）；（3）(）【解析】【詳解】（1）線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：感應(yīng)電流：電勢差：解得：（2）線框進(jìn)入磁場所用的時間：由于產(chǎn)生的熱量：解得：通過的電荷量：解得：（3）設(shè)線框穿過磁場區(qū)的時間為t0，則：線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢受到的安培力：根據(jù)牛頓第二定律：解得：(）20.如圖所示，阿永同學(xué)是一位永動機(jī)愛好者，他受到回旋加速器的啟發(fā)，下圖為他設(shè)計的系統(tǒng)。該永動機(jī)系統(tǒng)主要由一個帶正電，質(zhì)量為，電量為q的小球、平行板電容器C、以及兩個場強(qiáng)相對較弱的面積足夠大的靜磁場區(qū)域構(gòu)成。整個系統(tǒng)位于同一水平面上。系統(tǒng)啟動之前，固定小球在電容器一側(cè)。閉合開關(guān)讓電容器充電，使電容器兩極板間距為d，具有電勢差U之后，斷開開關(guān)。撤掉相關(guān)導(dǎo)線只保留電容器。在電容器極板中央釋放小球后，小球?qū)⒃谄叫邪咫娙萜髦羞\動，將電勢能轉(zhuǎn)換為動能，得到加速。在離開電容器后，兩側(cè)的靜磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，將使得粒子在洛侖茲力的作用下，經(jīng)過兩次半圓周的勻速圓周運動，到達(dá)小球的出發(fā)點，小球的重力忽略不計。（1）小球第一次進(jìn)入磁場，在磁場中運動的半徑是多少？（2）阿永選擇了相對較小的磁場強(qiáng)度，以免小球撞擊在電容器上。之后小球?qū)⒃僖淮渭铀?，循環(huán)往復(fù)，增加動能。此過程阿永認(rèn)為無其他能量損耗并增加了小球動能。則為了避免小球撞擊在電容器上，電容器的寬度x最大為多少？（3）不計相對論效應(yīng)及其他損耗，求小球第三次通過極板之后，總的運動時間是多少？（4）幾位同學(xué)看了阿永理論方案，分別給出如下看法：A.“我聽人說過磁場可以攜帶能量。那這個過程中肯定磁場能量逐漸減少，如果不額外提供能量，磁場將逐漸變?nèi)?。這部分能量提供小球動能。”B.“肯定是小球飛來飛去改變了電容器兩極板電荷分布，兩極板電荷分布變化減少的電勢能將提供小球動能。如果系統(tǒng)需要保持不變需要給電容器充電?！盋.“肯定是磁場和平行板電容器的電場之間產(chǎn)生了某種耦合，導(dǎo)致一些我說不清的過程提供了小球動能。”你如何看待A、B、C三位的觀點？請簡要說明論證，并給出你自己的觀點?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3）；（4）見解析【解析】【詳解】（1）小球在電場中加速，根據(jù)動能定理有根據(jù)洛倫茲力提供向心力小球第一次進(jìn)入磁場，在磁場中運動的半徑是（2）小球第一次進(jìn)入磁場時，速度最小，在磁場中運動的半徑最小，為了避免小球撞擊在電容器上，電容器的寬度應(yīng)滿足可得電容器的寬度最大值為。（3）小球第三次通過極板時，在電場中加速三次，在磁場中經(jīng)過四次半圓周的勻速圓周運動，兩次經(jīng)過無電磁場區(qū)域，小球在磁場中運動的時間為第一次經(jīng)過無電磁場區(qū)域的時間為小球在電場中加速兩次，有第二次經(jīng)過無電磁場區(qū)域的時間為小球在電場中加速三次，有小球在電場中的加速度為小球在電場中運動的時間為總的運動時間為（4）小球在磁場中受到的洛倫茲力方向與小球速度方向垂直，洛倫茲力不做功，磁場能量不變，故A同學(xué)觀點不正確；小球飛來飛去，電容器兩極板電荷分布不發(fā)生變化，仍是左側(cè)極板帶正電，右側(cè)極板帶負(fù)電，故B同學(xué)觀點不正確；根據(jù)能量守恒定律，能量不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，磁場和平行板電容器的電場之間產(chǎn)生了某種耦合，磁場和電場的總能量不會增加，故C同學(xué)觀點不正確。帶電小球定向移動，可等效看成電容構(gòu)成閉合回路放電，電容儲存的電場能逐漸轉(zhuǎn)化為小球的動能。21.做功與路徑無關(guān)的力場叫做勢場，在這類場中可以引入“勢”和“勢能”的概念，場力做功可以度量勢能的變化。例如靜電場和重力（引