2022年天津高考物理冲刺真题重组卷3(解析版+原卷版)

绝密★启用前
2022年天津高考物理冲刺真题重组卷3
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。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5小题，每小题5分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．(2020年高考天津卷)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( )
答案：D
解析：本题考查单色光与白光的双缝干涉图样，电磁波的发射和接收，光电效应现象及其解释，
a粒子散射实验的装置，现象和结果分析
A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；
B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；
C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；
D．卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；
故选D。
2．(2019年高考天津卷)如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系，由a、b、c组成的复色光通过三楼镜时，下述光路图中正确的是( )
答案：C
解析：根据反射与折射定律画出光路图，光电效应的规律
由光电效应的方程Ekm=hv-W0，动能定理eU=Ekm，两式联立可得截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率vb>vc>va，则可知三种光的折射率的关系为nb>nc>na，因此光穿过三楼镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。
3．(2021年高考天津卷)如图所示，闭合开关后，R=5Ω的电阻两端的交流电压为u=50sin10πt(V)，电压表和电流表均为理想交流电表，则( )
A．该交流电周期为0.02s
B．电压表的读数为100V
C．电流表的读数为10A
D．电阻的电功率为lkw
答案：C
解析：本题考查交流电频率的意义，有效值读取交流电表示数的含义，根据有效值计算交流电路中的电功、电功率和焦耳热
A．该交流电的周期
T=2π/ω=2π/10π=0.2s
B．电压表的读数为交流电的有效值
U=50/=50V
选项B错误；
C．电流表的读数为
I=U/R=50/5=10A
选项C正确；
D．电阻的电功率为
P=UI=10×50=500W
选项D错误。
故选C。
4．(2018年高考天津卷)如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虑线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M和N点的电势分别为φM和φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN、电势能分别力EPM、EPN，下列判断正确的是( )
A．vMB．vMC．φM<φN，EPMD．aM答案：D
解析：本题考查根据带电粒子的运动轨迹判断其运动、受力、电势高低和能量转化情况，粒子做曲线运动时受到的合力指向轨迹的内侧，从而判断出电场力方向与速度方向的夹角关系，进而判断出电场力做功情况。
电场线越密，电场强度越大，同一个粒子受到的电场力越大，根据牛顿第二定律可知其加速度越大，故有aMφN，由于是负电荷，所以电势能有EPM综上所述，D正确；
5．(2021年高考河西二模卷)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0，2p0)、 b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)以下判断正确的是( )
A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功
B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量
C．在c→a过程中，外界对气体做功小于气体向外界放出的热量
D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
答案：C
解析：根据气体做功的表达式可知图线和体积横轴围成的面积即为做功大小，所以气体在过程中对外界做的功等于过程中对外界做的功，A错误；气体从，满足玻意尔定律，所以。所以，根据热力学第一定律可知，气体从，温度升高，所以，根据热力学第一定律可知结合A选项可知，所以。过程气体吸收的热量大于过程吸收的热量，B错误；气体从，温度降低，所以，气体体积减小，外界对气体做功，所以，根据热力学第一定律可知，放出热量，C正确；理想气体的内能只与温度有关，根据可知从，所以气体从过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量，D错误。故选C。
二、多项选择题：本题共3小题，每小题5分，共20分．在每小题给出的选项中，有多项符合题目要求，全部选对的得5分，部分选对的得3分，有选错的得0分．
6．(2018年高考天津卷)2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫量的国家之一，通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度，若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球目转的影响，根据以上数据可以计算出卫星的( )
A．密度
B．向心力的大小
C．离地高度
D．线速度的大小
答案：CD
解析：卫星的各个物理量计算，万有引力等于重力
AB．根据题意，已知卫星运动的周期T，地球的半径R，地球表面的重力加速度g，卫星受到的外有引力充当向心力，故有
卫星的质量被抵消，则不能计算卫星的密度，更不能计算卫星的向心力大小，AB错误；
C．由
，
解得
而
r=R+h
故可计算卫星距离地球表面的高度，C正确；
D．根据公式
由选项C可知，轨道半径可以求出，周期已知，故可以计算出卫星绕地球运动的线速度，D正确。
故选CD。
7．(2019年高考天津卷)一列简谐横波沿x轴传播，已知轴上x1=1m和x2=7m处质点的振动图像分别如图1、图2所示，则此列波的传播速率可能是( )
A．7m/s B．2m/s C．1.2m/s D．1m/s
答案：BC
解析：振动图像与波形图的结合，求波速的多解问题
当该列波向右传播时，根据题干可知1m和7m之间的距离满足的关系为6=nλ+λ/4元，则由v=λ/T可得波速为v=6/(4n+1)，当n=1时可得v=1.2m/s，故C正确，
当波向做传播时1m和7m之间的距离关系满足6=nλ+3λ/4元，则v=6/(4n+3)，当n=0时可得v=2m/s，故B正确，
将A和D选项代入两个波速表达式，n均不是整数，因此A和D错误
8．(2017年高考天津卷)如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点， 悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态．如果只人为改变一个条件， 当衣架静止时，下列说法正确的是(　　)
A．绳的右端上移到b′，绳子拉力不变
B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大
C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小
D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移
答案：AB
解析：本题考查干衡问题的动态分析，正交分解，解析法
AB．因为衣服钩时光滑的，所以绳子两端的拉力大小相同，设两杆间距为d，绳子长为L，左右两端绳子长度分别为L1、L2，绳子拉力为T，两部分与竖直夹角分别为α、β，根据题意有：L1+L2=L，因为绳子拉力相对，所以α=β，即：2Tcosα=mg，L1sinα+L2sinα=Lsinα=d，所以：sinα=d/L，d与L均为定值，sina为定值，a为定值，绳子拉力不变，AB错；
C．杆N向右移一些，d变大，sinα=d/L变大，cosα变小，拉力变大，C正确
D．挂质量更大的衣服，d与L均不变，绳中拉力变大，位置不变，D错误
三、填空题：本题共2小题，每小题6分，共12分．
9．(2021年高考天津卷)某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为x1、x2、x3、x4、x5、x6。
①写出小球在位置1的速度表达式_________________.
②要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式___________________________.
③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是______误差.(填“偶然”或“系统”)
答案：① ② ③ 偶然
解析：本题考查计算某点的瞬时速度，用逐差法计算加速度，系统误差和偶然误差的区别
①匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度，所以1位置的速度为
②题中要求充分利用数据，利用逐差法求解加速度，则
③读数产生的误差是人为因素造成的，属于偶然误差。
一般来说，偶然误差是主观因素引起的误差，比如读数错误，操作错误等；系统误差是客观因素造成的，比如测量工具本身的精确度不够，测量方法带来的不可避免的误差等。
10．(2020年高考天津卷)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。
电压表(量程，内阻约为)
电流表(量程，内阻约为)
滑动变阻器(，额定电流)
待测电池组(电动势约为，内阻约为)
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________。
②改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端(填“a”或者“b”)
③实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出图像，如图所示。根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________。(结果均保留两位有效数字)
答案：①5 ② a ③ 2.9 0.80
解析：本题考查测量电源电动势和内阻的实验步骤和数据处理
①因为电源内阻较小，故对于电源来说应该采用电流表外接法，图中采用的是电流表内接；故导线5连接不当，应该从电压表正接线柱接到电流表正接线柱；
②开始实验前应该让滑动变阻器连入电路阻值最大，故应将滑片置于a端；
③由图线可知图线与纵轴的交点即为电源电动势，故E=2.9V；图线与横轴的交点为短路电流I=0.50A，故可得等效内阻为
又因为在开关和电池负极之间接有的电阻，在计算过程中等效为内阻，故电源内阻为
r'=5.80Ω-5Ω=0.80Ω
四、解答题：本题共3小题，共48分．解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤．
11．(2019年高考天津卷)(14分)
完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试，并取得成功。航母上的舰载机采用滑跃式起飞，故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成，如图1所示。为了便于研究舰载机的起飞过程，假设上翘甲板BC是与水平甲板AB相切的一段圆弧，示意如图2，AB长L1=150m，BC水平投影L2=63m，图中C点切线方向与水平方向的夹角()。若舰载机从点由静止开始做匀加速直线运动，经到达点进入。已知飞行员的质量，，求
(1)舰载机水平运动的过程中，飞行员受到的水平力所做功；
(2)舰载机刚进入时，飞行员受到竖直向上的压力多大。
答案：(1) (2)
解析：本题考查通过牛顿第二定律求解向心力，应用动能定理解多段过程问题
(1)舰载机由静止开始做匀加速直线运动，设其刚进入上翘甲板时的速度为v，则有
①
根据动能定理，有
②
联立①②式，代入数据，得
③
(2)设上翘甲板所对应的圆弧半径为，根据几何关系，有
④
由牛顿第二定律，有
⑤
联立①④⑤式，代入数据，得
⑥
12．(2018年高考天津卷)(16分)
某种动力系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计，ab和cd是两根与导轨垂直，长度均为l，电阻均为R的金属棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为l，列车的总质量为m。列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，如图1所示，为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计，列车启动后电源自动关闭。
(1)要使列车向右运行，启动时图1中M、N哪个接电源正极，并简要说明理由；
(2)求刚接通电源时列车加速度a的大小；
(3)列车减速时，需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域，磁场宽度和相邻磁场间距均大于l。若某时刻列车的速度为，此时ab、cd均在无磁场区域，试讨论：要使列车停下来，前方至少需要多少块这样的有界磁场？
答案：(1)M接电源正极，理由见解析 (2) a=2BEL/mR (3)若I总/I0恰好为整数，设其为n，则需设置n块有界磁场；若I总/I0不为整数，设其为整数n，则需设置n+1块有界磁场.
解析：本题考查动量定理的内容和表达式 作用的导体棒在导轨上运动的电动势、安培力、电流、路端电压。结合列车的运动方向，应用左手定则判断电流方向，从而判断哪一个接电源正极；对导体棒受力分析，根据闭合回路欧姆定律以及牛顿第二定律求解加速度；根据动量定理分析列车进入和穿出磁场时动量变化，据此分析。
(1) M接电源正极，列车要向右运动，安培力方向应向右，根据左手定则，接通电源后，金属棒中电流方向由a到b，由c到d，故M接电源正极。
(2)由题意，启动时ab、cd并联，设回路总电阻为R总，由电阻的串并联知识得R总=R/2
设回路总电流为I，根据闭合电路欧姆定律有I=E/R总
设两根金属棒所受安培力之和为F，有F=BII
根据牛顿第二定律有F=ma，联立以上各式得 a=2BEL/mR
(3)设列车减速时，cd进入磁场后经 t时间ab恰好进入磁场，此过程中穿过两金属棒与导轨所围回路的磁通量的变化为 Φ，平均感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律有
E1= Φ/ t，其中 Φ=Bl2；
设回路中平均电流为I'，由闭合电路欧姆定律有I'=E1/2R
设cd受到的平均安培力为F'，有F'=BI'l
以向右为正方向，设 t时间内cd受安培力冲量为I冲，有I冲=-F' t
同理可知，回路出磁场时ab受安培力冲量仍为上述值，设回路进出一块有界磁场区域安培力冲量为I0，有I0=2I冲
设列车停下来受到的总冲量为I总，由动量定理有I总=0-mv0
联立以上各式得
I总/I0=mv0R/B2l3
讨论：若I总/I0恰好为整数，设其为n，则需设置n块有界磁场；若I总/I0不为整数，设其为整数n，则需设置n+1块有界磁场。
13．(2021年高考天津卷)(18分)
霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p，当半导体材料通有沿+x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，沿+y方向，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿-z方向。
(1)判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向；
(2)若自由电子定向移动在沿+x方向上形成的电流为In，求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小Fnz；
(3)霍尔电场建立后，自由电子与空穴在z方向定向移动的速率介别为vnz、vnp，求 t时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件。
答案：(1)自由电子受到的洛伦兹力沿+z方向；(2) (3)见解析所示
解析：本题考查霍尔效应的原理霍尔效应的相关计算
(1)自由电子受到的洛伦兹力沿+z方向；
(2)设t时间内流过半导体垂直于轴某一横截面自由电子的电荷量为q，由电流定义式，有
In=q/t
设自由电子在x方向上定向移动速率为vnx，可导出自由电子的电流微观表达式为
In=neabvnx
单个自由电子所受洛伦兹力大小为
F洛=evnxB
霍尔电场力大小为
F洛=eE
自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力方向相同，联立得其合力大小为
(3)设 t时间内在z方向上运动到半导体上表面的自由电子数为Nn，空穴数为Np，则
Nn=nacvnz t
Np=pacvpz t
霍尔电场建立后，半导体z方向的上表面的电荷量就不再发生变化，则应
Nn=Np
即在任何相等时间内运动到上表面的自由电子数与空穴数相等，这样两种载流子在z方向形成的电流应大小相等、方向相反。绝密★启用前
2022年天津高考物理冲刺真题重组卷3
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。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5小题，每小题5分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1．(2020年高考天津卷)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( )
2．(2019年高考天津卷)如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系，由a、b、c组成的复色光通过三楼镜时，下述光路图中正确的是( )
3．(2021年高考天津卷)如图所示，闭合开关后，R=5Ω的电阻两端的交流电压为u=50sin10πt(V)，电压表和电流表均为理想交流电表，则( )
A．该交流电周期为0.02s
B．电压表的读数为100V
C．电流表的读数为10A
D．电阻的电功率为lkw
4．(2018年高考天津卷)如图所示，实线表示某电场的电场线(方向未标出)，虑线是一带负电的粒子只在电场力作用下的运动轨迹，设M和N点的电势分别为φM和φN，粒子在M和N时加速度大小分别为aM、aN，速度大小分别为vM、vN、电势能分别力EPM、EPN，下列判断正确的是( )
A．vMB．vMC．φM<φN，EPMD．aM5．(2021年高考河西二模卷)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0，2p0)、 b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)以下判断正确的是( )
A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功
B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量
C．在c→a过程中，外界对气体做功小于气体向外界放出的热量
D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量
二、多项选择题：本题共3小题，每小题5分，共20分．在每小题给出的选项中，有多项符合题目要求，全部选对的得5分，部分选对的得3分，有选错的得0分．
6．(2018年高考天津卷)2018年2月2日，我国成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空，标志我国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫量的国家之一，通过观测可以得到卫星绕地球运动的周期，并已知地球的半径和地球表面的重力加速度，若将卫星绕地球的运动看作是匀速圆周运动，且不考虑地球目转的影响，根据以上数据可以计算出卫星的( )
A．密度
B．向心力的大小
C．离地高度
D．线速度的大小
7．(2019年高考天津卷)一列简谐横波沿x轴传播，已知轴上x1=1m和x2=7m处质点的振动图像分别如图1、图2所示，则此列波的传播速率可能是( )
A．7m/s B．2m/s C．1.2m/s D．1m/s
8．(2017年高考天津卷)如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点， 悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态．如果只人为改变一个条件， 当衣架静止时，下列说法正确的是(　　)
A．绳的右端上移到b′，绳子拉力不变
B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大
C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小
D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移
三、填空题：本题共2小题，每小题6分，共12分．
9．(2021年高考天津卷)某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为x1、x2、x3、x4、x5、x6。
①写出小球在位置1的速度表达式_________________.
②要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式___________________________.
③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是______误差.(填“偶然”或“系统”)
10．(2020年高考天津卷)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻，要求测量结果尽量准确。
电压表(量程，内阻约为)
电流表(量程，内阻约为)
滑动变阻器(，额定电流)
待测电池组(电动势约为，内阻约为)
开关、导线若干
①该小组连接的实物电路如图所示，经仔细检查，发现电路中有一条导线连接不当，这条导线对应的编号是________。
②改正这条导线的连接后开始实验，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的________端(填“a”或者“b”)
③实验中发现调节滑动变阻器时，电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题，在电池组负极和开关之间串联一个阻值为的电阻，之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I，并作出图像，如图所示。根据图像可知，电池组的电动势为________V，内阻为________。(结果均保留两位有效数字)
四、解答题：本题共3小题，共48分．解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤．
11．(2019年高考天津卷)(14分)
完全由我国自行设计、建造的国产新型航空母舰已完成多次海试，并取得成功。航母上的舰载机采用滑跃式起飞，故甲板是由水平甲板和上翘甲板两部分构成，如图1所示。为了便于研究舰载机的起飞过程，假设上翘甲板BC是与水平甲板AB相切的一段圆弧，示意如图2，AB长L1=150m，BC水平投影L2=63m，图中C点切线方向与水平方向的夹角()。若舰载机从点由静止开始做匀加速直线运动，经到达点进入。已知飞行员的质量，，求
(1)舰载机水平运动的过程中，飞行员受到的水平力所做功；
(2)舰载机刚进入时，飞行员受到竖直向上的压力多大。
12．(2018年高考天津卷)(16分)
某种动力系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计，ab和cd是两根与导轨垂直，长度均为l，电阻均为R的金属棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为l，列车的总质量为m。列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，如图1所示，为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计，列车启动后电源自动关闭。
(1)要使列车向右运行，启动时图1中M、N哪个接电源正极，并简要说明理由；
(2)求刚接通电源时列车加速度a的大小；
(3)列车减速时，需在前方设置如图2所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域，磁场宽度和相邻磁场间距均大于l。若某时刻列车的速度为，此时ab、cd均在无磁场区域，试讨论：要使列车停下来，前方至少需要多少块这样的有界磁场？
13．(2021年高考天津卷)(18分)
霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p，当半导体材料通有沿+x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，沿+y方向，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿-z方向。
(1)判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向；
(2)若自由电子定向移动在沿+x方向上形成的电流为In，求单个自由电子由于定向移动在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小Fnz；
(3)霍尔电场建立后，自由电子与空穴在z方向定向移动的速率介别为vnz、vnp，求 t时间内运动到半导体z方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在z方向上形成的电流应满足的条件。