2022-2023学年山西省吕梁市高二（上）期末物理试卷（含解析）

2022-2023学年山西省吕梁市高二（上）期末物理试卷
一、选择题
1.在物理学的发展过程中，对不同问题的研究会使用不同的研究方法，以下关于所用物理学研究方法的叙述正确的是( )
A. 定义电场强度时运用了等效替代法
B. 定义电势时运用了类比法
C. 在做研究影响平行板电容器电容大小的因素的实验时，运用了控制变量法
D. 用点电荷来代替电荷或者带电体的方法是假设法
2.如图所示，电磁炉没有明火却能达到加热的效果，深受人们喜爱。电磁炉的工作原理是利用高频交变电流通过线圈产生磁场，交变的磁场在铁锅底部产生无数小涡流，使铁质锅自身生热而直接加热于锅内的食物。下列关于电磁炉的说法，正确的是( )
A. 电磁炉面板采用陶瓷材料，发热部分为铁锅底部
B. 电磁炉面板采用金属材料，通过面板发热加热锅内食品
C. 电磁炉可用陶瓷器皿作为锅具对食品加热
D. 改变交流电的频率不能改变电磁炉的功率
3.产生闪电的积雨云底层带负电，为避免闪电造成损害，高大的建筑物都装有避雷针，避雷针的顶端带正电。图中虚线为避雷针周围的等势线，、两点的场强大小分别为、，电势大小分别为、，设雨滴下落过程中阻力大小不变，下列正确的是( )
A.
B.
C. 一带负电的雨滴从下落至的过程中，电势能减少
D. 一带负电的雨滴从下落至的过程中，加速度变小
4.除颤仪是通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，刺激患者的心脏恢复正常跳动。在一次除颤器的治疗中，除颤器的电容器电容为，通过人体的电荷量为，放电的平均电流大约为，试估算电容器充电所达到的最大电压以及电容器完成放电所用的大致时间分别为( )
A. ， B. ， C. ， D. ，
5.如图所示，摆线长为，质量为的小球可视为所点从连线与竖直方向夹角为位置由静止释放沿圆弧运动到位置的过程中，所用时间为，到达点时动量大小为，到达点时绳子拉力大小为，该过程中重力的冲量大小为，拉力的冲量大小为，合外力的冲量大小为，不计空气阻力，下列关系式及说法正确的是( )
A. 、方向竖直向上
B. 、方向竖直向下
C. ，方向竖直向上
D. ，方向竖直向上
6.质量为和的两个物体在光滑水平面上正碰，其位置坐标随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A. 碰撞后与的速度相同
B. 两物体质量和之比为
C. 碰撞后的动量与的动量之比为
D. 碰撞后的动能与的动能之比为
7.如图所示，空间的某一区域存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子以某一初速度由点进入这个区域沿直线运动，从点离开区域；如果将磁场撤去，其他条件不变，则粒子从点离开场区；如果将电场撤去，其他条件不变，则这个粒子从点离开场区。已知，粒子重力忽略不计，关于上述三种运动情况，以下说法正确的是( )
A. 从到时间最长 B. 从到时间最短
C. 离开点时动能最大 D. 离开点时动能最大
8.如图所示，圆形区域直径上方存在垂直于纸面向外的匀强磁场，下方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小相同。现有两个比荷相同的带电粒子、，分别以、的速度沿图示方向垂直磁场方向从点入射，最终都从点离开磁场，则( )
A. 粒子、可能带异种电荷
B. 粒子从点离开磁场时的速度方向一定与初速度的方向垂直
C. ：一定为：
D. ：可能为：
9.年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。某探究小组查到某磁敏电阻在室温下的电阻随磁感应强度变化的曲线如图甲所示，其中、分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为检验其磁敏特性设计了图乙所示电路。关于这个实验，下列说法中正确的是( )
A. 闭合开关，图乙中只增加磁感应强度的大小时，伏特表的示数减小
B. 闭合开关，图乙中只增加磁感应强度的大小时，安培表的示数增大
C. 闭合开关，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，伏特表的示数不变
D. 闭合开关，图乙中只将滑动变阻器滑片右移，安培表与伏特表的示数均减小
10.图是一款无线充电手机的实物图，图是其原理图。送电线圈接电源，匝数为匝。受电线圈接手机电池，匝数为匝。工作状态下，穿过受电线圈的磁通量约为送电线圈的，忽略其它损耗，现让受电线圈与手机电池断开，规定图中送电线圈从流入的电流方向为正，送电线圈输入如图所示的电流，在时，关于受电线圈下列说法正确的是( )
A. 受电线圈的磁通量最大
B. 受电线圈两端间电压最高
C. 受电线圈端电势低于端
D. 受电线圈与送电线圈的感应电动势之比为：
11.如图所示，在光滑的水平面上有一静止的质量为的凹槽，凹槽内表面为光滑的半圆弧轨道，半径为，两端与圆心等高，现让质量为的物块从点以竖直向下的初速度开始下滑，则在运动过程中( )
A. 物块与凹槽组成的系统在水平方向动量守恒
B. 物块运动到点时速度大于
C. 物块运动到点后将从点飞出做竖直上抛运动
D. 物块运动到点时，凹槽向左移动了
12.“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新型武器，具有速度快效率高等优点。如图是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑水平导轨电阻不计，宽为在导轨间有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为“电磁炮”弹体总质量为，其中弹体在轨道间的电阻为可控电源的内阻为，电源的电压能自行调节，以保证“电磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时，电源为加速弹体提供的电流是，不计空气阻力。则( )
A. 弹体所受安培力大小为
B. 弹体从静止加速到，轨道长度至少为
C. 弹体从静止加速到的过程中电源提供的总能量为
D. 可控电源的电压应随时间均匀增加，才能保证“电磁炮”匀加速发射
二、非选择题
13.某同学要做“验证碰撞中动量守恒”的实验，设计了如图所示的装置。左端带有弧面的长木板固定在水平面上，质量为的物块从点无初速度滑下后停在点，接着把质量为的物块放在点，让物块仍从点无初速度滑下，与物块正碰后物块、分别停在点和点碰后物块未返回到弧面，测出、点间的距离，、点间的距离，、点间的距离。已知物块与长木板间的动摩擦因数是物块与长木板间动摩擦因数的一半。
实验中 ______选填“大于”、“等于”或“小于”，______选填“需要”或“不需要”测出动摩擦因数。
根据上面的数据，若表达式______成立，则两物块碰撞过程中动量守恒得到验证。
14.用纵坐标表示电流、横坐标表示电压，画出图像叫作导体的伏安特性曲线，伏安特性曲线常被用来研究导体电阻的变化规律，是物理学常用的图像法之一。某学习小组欲描绘小灯泡的伏安特性曲线，小灯泡的额定电流为，额定电压为。实验提供的器材有：
滑动变阻器
电源，内阻约
电流表、内阻约
电流表、内阻约
电压表、内阻约
电压表，内阻约
开关，导线若干
要求灯泡上的电压从零开始调节，如图的两个电路图，符合要求的是______选填“甲”或“乙”图。
实验中电流表应选______选填“”或“”、电压表应选______选填“”或“”
表为某一实验小组记录的部分实验数据，其中有一次不符合规范，是第______次选填序号。
实验次数
电压
电流
如果考虑电表内阻的影响，用电压表的读数与电流表的读数的比值来表示灯泡的电阻的测量值，则该测量值______选填“大于”、“等于”或“小于”真实值。
15.如图所示，、、、为某匀强电场中的四个点，且，为、的中点，电场线与四个点所在平面平行，已知，，。求：
电场强度的大小和方向；
将一个电荷量为的负电荷，从点移到、连线的中点，电场力所做的功是多少？
16.如图所示，小球和小球静止在光滑水平面上，轻弹簧一端固定在球上，另一端与球接触但未拴接，弹簧处于自然伸长状态，小球从光滑圆弧面上距水平地面高处由静止滑下，圆弧面与水平地面平滑连接，球与球发生弹性正碰，并在碰撞后立即将球拿走。已知小球的质量为，小球的质量为，重力加速度为，求：
球和球碰撞后瞬间，球的速度大小；
要使球能获得最大动能，球的质量应为多少。
17.如图，两个定值电阻的阻值分别为和，直流电源的内阻为，平行板电容器两极板水平放置，板间距离为，极板长未知，极板间存在方向水平向里的匀强磁场。质量为、带电量为的小球以初速度沿水平方向从电容器下板左侧边缘点进入电容器，做匀速圆周运动，恰从电容器上板右侧边缘离开电容器。此过程中，小球未与极板发生碰撞，重力加速度大小为，忽略空气阻力。
求直流电源的电动势；
求极板长度。
18.如图甲，、两条平行的光滑金属轨道与水平面成角固定，、之间接电阻箱，导轨所在空间存在匀强磁场，磁场方向垂直于轨道平面向上，磁感应强度为质量为的金属杆 水平放置在轨道上，其接入电路的电阻值为现从静止释放杆 ，测得最大速度为改变电阻箱的阻值，得到与的关系如图乙所示．已知轨距为，重力加速度取，轨道足够长且电阻不计．求：
杆 下滑过程中感应电流的方向及时最大感应电动势的大小；
金属杆的质量和阻值；
当时，求回路瞬时电功率每增加的过程中合外力对杆做的功．
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：定义电场强度时运用了比值定义法，故A错误；
B.定义电势时运用了比值定义法，故B错误；
C.在做研究影响平行板电容器电容大小的因素的实验时，运用了控制变量法，故C正确；
D.在不需要考虑带电物体本身的大小、形状和电荷分布状况时用点电荷来代替带电物体的方法运用了理想化模型法，故D错误。
故选：。
电场强度、电势采用的是比值定义法；点电荷是用来代替带电物体的，采用是理想化物理模型法；实验中控制其中几个物理量保持不变，只改变一个物理量，该实验运用控制变量法。
本题考查物理常用的思维方法．中学物理常用的思想方法有极限法、控制变量法、等效法、假设法等等．在学习中不但要注意概念和规律，还要注意物理方法的正确应用。
2.【答案】
【解析】解：、电磁炉的上表面如果用金属材料制成，使用电磁炉时，上表面材料发生电磁感应要损失电能，电磁炉上表面要用绝缘材料制作，发热部分为铁锅底部，故A正确，B错误；
C、电磁炉产生变化的电磁场，导致加热锅底出现涡流，从而产生热量，陶瓷器皿不能产生涡流现象，所以电磁炉不能用陶瓷器皿作为锅具对食品加热，故C错误；
D、铁锅中涡流的强弱与磁场变化的频率有关，可通过改变交流电的频率来改变电磁炉的功率，故D错误。
故选：。
电磁炉是利用感应电流使锅体发热而工作的；由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，与磁场变化的频率有关；锅体只能使用铁磁性材料。
本题从常用的电器电磁炉入手，考查其原理和工作情况，电磁炉是利用电流的热效应和磁效应的完美结合体，它的锅具必须含磁性材料，最常见的是不锈钢锅。
3.【答案】
【解析】解：、避雷针的顶端带正电，电场线由下向上，沿电场线电势降低，可知，故A错误；
B、等势面越密集则场强越大，则，故B错误；
、一带负电的雨滴从下落至的过程中，受向下的电场力变大，则加速度变大；电场力做正功，则电势能减小，故D错误，C正确。
故选：。
避雷针的顶端带正电，电场由下向上，根据电场分布情况判断电势和场强关系；带负电雨滴落下过程中，根据牛顿第二定律分析加速度变化，根据电场力做功分析电势能变化。
本题考查电场的基础知识，首先明确电场分布情况，再进一步分析电势、场强、电势能和带电粒子的运动。
4.【答案】
【解析】解；根据电容器定义式：，得：
再由电流定义式，得：
故选：。
根据电容器的定义式求出，再根据电流定义式求出时间。
本题考查电容器定义式，电流定义式在实际问题中的应用。
5.【答案】
【解析】解：摆球摆动时，绳子的拉力大小方向都不断变化，则拉力的冲量、只有到达最低点时拉力的冲量方向才是竖直向上，故A错误；
B.重力是恒力，则重力的冲量
方向竖直向下，故B正确；
C.从释放到到达底端，由动能定理
解得
设水平向右为正方向，由动量定理可得
则
方向向右，故C错误；
D.在点时
其中
解得
方向竖直向上，故D错误。
故选：。
摆球摆动时，绳子的拉力大小方向都不断变化，故拉力的冲量；
重力是恒力，则重力的冲量，方向竖直向下；
根据动量定理计算合力的冲量；
根据与得出的大小与方向。
本题考查的是动量定理的应用，对小球的受力要分析清楚，根据动能定理求出到达点的速度，再根据动量定理求出合外力的冲量。
6.【答案】
【解析】解：图像的斜率表示物体的速度，通过分析图像可知，在后，两物体发生碰撞，对于两物体正碰后，碰后的速度为，碰后的速度大小为
碰后两物体的速度大小相等，方向相反，故A错误；
两小球碰撞过程中满足动量守恒定律，即，解得：
解得两物体质量之比为：：
根据动量的表达式可知碰撞后的动量与的动量之比为：：
根据动能的表达式可知碰撞后的动能与的动能之比为：：
故B、C错误，D正确。
故选：。
图像表示物体速度，可求出两球碰后速度大小；碰撞过程利用动量守恒定律可求出碰前速度，以及体积之比，由此得到碰前动量之比和动能之比。
学生在解决本题时，应当理解碰撞过程，会利用动量定理解决碰撞过程，同时能理解速度、动量和动能之间的关系。
7.【答案】
【解析】解：、带电粒子由点进入这个区域沿直线运动，从点离开场区，这个过程粒子受到的电场力等于洛伦兹力；水平方向做匀速直线运动，运动时间，如果只有电场，带电粒子从点射出，做类平抛运动；水平方向匀速直线运动，运动时间：，如果这个区域只有磁场，则这个粒子从点离开场区，此过程粒子做匀速圆周运动，速度大小不变，方向改变，所以速度的水平分量越来越小，所以运动时间：，所以，即从到与从到的运动时间相等，从到的运动时间最长，故AB错误；
、带电粒子由点进入这个区域沿直线运动，从点离开场区，这个过程粒子受到的电场力等于洛伦兹力，水平方向做匀速直线运动，电场力与洛伦兹力都不做功，粒子的动能不变；粒子从点离开时，洛伦兹力不做功，粒子的动能不变；如果将磁场撤去，其他条件不变，粒子从点离开场区的过程中电场力做正功，粒子的动能增大，所以，即离开点时的动能最大，故C正确，D错误。
故选：。
带电粒子由点进入这个区域沿直线运动，从点离开场区，这个过程粒子受到的电场力等于洛伦兹力，水平方向做匀速直线运动；如果只有电场，带电粒子从点射出，做类平抛运动，水平方向匀速直线运动，如果这个区域只有磁场，则这个粒子从点离开场区，此过程粒子做匀速圆周运动，速度大小不变，方向改变，所以速度的水平分量越来越小．
注意分析带电粒子在复合场、电场、磁场中的运动情况各不相同，复合场中做匀速直线运动，电场做类平抛运动，磁场做匀速圆周运动，根据不同的运动规律解题．
8.【答案】
【解析】解：、两粒子都从点入射从点出射，可知粒子向下偏转，粒子向上偏转，根据左手定则可知两粒子均带正电，故A错误；
B、将当成磁场的边界，两粒子均与边界成入射，由运动对称性可知出射时与边界成，则一次偏转穿过时速度偏转；同理可知粒子在第二次穿过时的速度方向再次偏转与初速度方向平行，故B错误；
、分析两粒子的运动轨迹，设粒子重复次穿过，粒子重复次穿过，由几何关系可知
由洛伦兹力提供向心力，有
可得
又因为两个粒子的比荷相同，可知
若，时，
若，时，
则：可能为：或：等，故C错误，D正确。
故选：。
分析两个粒子的入射点和出射点，根据左手定则判断粒子的电性；
根据粒子的速度与边界的夹角，求出粒子在磁场中运动的速度偏转角，判断出粒子第二次穿过时速度方向方向；
分析两粒子的运动情况，由几何关系求出轨道半径的表达式，再根据洛伦兹力提供向心力列出速度的表达式，结合比荷关系求出：的可能取值。
本题考查了带电粒子在有界磁场中的运动，解决本题的关键是熟练掌握洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动的模型。
9.【答案】
【解析】解：由图甲看出，磁敏电阻的阻值与磁感应强度的方向无关，只与磁感应强度的大小有关，随着磁感应强度变大，电阻变大。
、闭合开关，图乙中只增加磁感应强度的大小时，磁敏电阻的阻值变大，电路的总电阻增大，则干路电流减小，即安培表示数减小，由内电压和滑动变阻器电压减小，根据闭合电路欧姆定律可知伏特表的示数增大，故AB错误；
C、磁敏电阻的阻值与磁感应强度的方向无关，因此闭合开关，图乙中只改变磁场方向原来方向相反时，磁敏电阻的阻值不变，电路中电流不变，伏特表的示数不变，故C正确；
D、闭合开关，图乙中只将滑动变阻器滑片右移，电路总电阻增大，总电流减小，安培表示数减小；通过磁敏电阻的电路减小，可知伏特表的示数减小，故D正确。
故选：。
由图甲看出，磁敏电阻的阻值与磁感应强度的方向无关，只与磁感应强度的大小有关。随着磁感应强度变大，电阻变大。结合闭合电路欧姆定律进行分析。
本题要能读懂各个图象的物理意义，搞清磁敏电阻的阻值与磁感应强度的关系，运用闭合电路欧姆定律进行分析。
10.【答案】
【解析】解：在时，送电线圈的电流为，则磁通量为，受电线圈的磁通量也为，故A错误；
B.在时，送电线圈的电流变化率最大，产生的磁感应强度的变化率最大，感应电动势最大，则由法立第电磁感应定律，受电线固的感应电动势为
受电线圈两端间电压最高，故B正确；
C.在前，根据安培定则送电线圈产生的磁场方向向下正在减小，根据次定律可知，受电线圈产生的感应电流方向由到，受电线圈相当于电源，电源内部电流由低电势流向高电势，故点电势高于端，故C 错误；
D.根据法拉第电磁感应定律
受电线图与送电线眣的感应电动势之比为
，故D正确。
故选：。
根据由法立第电磁感应定律，进行求解。
本题考查了变压器原理。
11.【答案】
【解析】解：物块与凹槽组成的系统在水平方向受力为零，所以水平方向动量守恒。故A正确；
该系统水平方向动量守恒，所以当物块运动到点时只有竖直方向速度，之后将从点飞出做竖直上抛运动。此时凹槽速度为零，根据能量关系，可知物块的速度等于，故B错误；C正确；
D.设物块从到的时间为，物块发生的水平位移大小为，则凹槽产生的位移为，取水平向右为正方向，则根据水平方向动量守恒有
解得
故D正确。
故选：。
物块与凹槽组成的系统在水平方向受力为零，所以水平方向动量守恒，物块运动到点时凹槽速度为零，根据能量关系，可知物块的速度。根据水平方向动量守恒可解凹槽向左移动了多少。
本题的关键在于熟悉动量定理知识点。
12.【答案】
【解析】解：、在导轨通有电流时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为：，故A正确；
B、由动能定理：，解得：，故B错误；
C、由，，发射过程产生的热量：，弹体的动能：，电源提供的总能量为，
联立解得：，故C正确；
D、由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压应增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，使电磁炮匀加速发射，故D正确。
故选：。
A、弹体所受安培力根据安培力公式可求得；
B、当导轨上通入电流后，炮弹在安培力的作用下，做初速度为零匀加速直线运动，由动能定理或根据牛顿第二定律求出加速度然后利用运动学公式求出轨道长度；
C、消耗的总能量转化为弹体的动能和热量；分别求出动能和焦耳热即可；
D、由于弹体的速度增大，弹体切割磁感线产生感应电动势，电源的电压应增大，抵消产生的感应电动势，以保证电源为加速弹体提供恒定的电流，使电磁炮匀加速发射。
本题实质上就是借助安培力问题考查了力与运动，因此解决这类题目的基本思路是对研究对象正确进行受力分析，弄清功能转化关系，然后依据相应规律求解。
13.【答案】小于 不需要
【解析】解：由物块碰撞后反弹可知。
物块与长木板间的动摩擦因数是物块与长木板间动摩擦因数的一半，则，
再由牛顿第二定律和匀变速直线运动的速度位移公式可得：
可得；；
所以在“验证碰撞中动量守恒”，即成立时，动摩擦因数不会影响等式成立，故不需要测出动摩擦因数。
如果动量守恒，选向右为正方向
可得
故答案为：小于；不需要；
根据物块的速度特点得出质量的大小关系，结合牛顿第二定律和运动学公式分析出是否需要测量动摩擦因数；
根据动量守恒定律得出对应的表达式。
本题主要考查了动量守恒定律的验证实验，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合牛顿第二定律和动量守恒定律即可完成分析。
14.【答案】乙 小于
【解析】解要求灯泡上的电压从零开始调节，需要滑动变阻器分压式接法，如图的两个电路图，符合要求的是乙图；
根据额定电流为，实验中电流表应选A；额定电压为，电压表应选；
第次电流的读数的有效数字不符合规范；
根据欧姆定律得，实际测量，真实，故测量值小于真实值。
由于电压表的分流，电流表的测量值偏大，电阻的测量值偏小，电阻的测量值小于真实值。
答：如图的两个电路图，符合要求的是乙；
实验中电流表应选A、电压表应选；
其中有一次不符合规范，是第次；
该测量值小于真实值。
根据实验要求和滑动变阻器的分压式接法的作用，分析即可；
根据小灯泡的额定电流和电压选取电流表和电压表；
根据电表读数的规律分析表格中数据即可；
根据欧姆定律，分析电流表的电流和真实情况下的电流，列式求解即可。
本题考查学生对描绘小灯泡的伏安特性曲线的实验能力，需要注意电流表和电压表的选取和滑动变阻器的接法。
15.【答案】在连线上，为连线的中点，则
代入数据得：
解得：
因为，故、为等势点，、连线为等势线，电场线与等势面垂直且由高电势点指向低电势点，则场强方向由指向、
电场强度的大小
、连线为等势线，故线上任意一点的电势都是
由
电场力做功与路径无关，则
代入数据得
答：电场强度的大小为，方向由指向；
将一个电荷量为的负电荷，从点移到、连线的中点，电场力所做的功是。
【解析】利用电势的特点找到等势面，结合计算出场强；
利用电场力的做功公式计算功的大小；
本题主要考查了电场强度和电势的相关特点，熟悉相关的公式，代入数据完成解答即可，计算过程中要注意物理量的正负。
16.【答案】解：设球与第一次碰撞前的速度大小为，根据机械能守恒有
解得；
设碰撞后，球的速度大小为，球的速度大小为，设水平向右为正方向，根据动量守恒定律有
根据能量守恒有
解得
设球的质量为，要使球具有最大动能，则、通过弹簧作用，将球弹离时，球的速度为零，设球获得的速度大小为，设水平向右为正方向，根据动量守恒定律有
根据能量守恒有
解得
答：球和球碰撞后瞬间，球的速度大小为；
要使球能获得最大动能，球的质量应为多少为。
【解析】小球沿曲面下滑的过程中，只有重力做功，机械能守恒，由机械能守恒定律求出滑到曲面底面时的速度．与碰撞过程，运用动量守恒定律研究、系统，球的速度大小；
要使球具有最大动能，则、通过弹簧作用，将球弹离时，球的速度为零，由动量守恒和能量守恒求解球的质量。
利用动量守恒定律解题时，一定注意状态的变化和状态的分析．对两个物体压缩弹簧的问题，往往把动量守恒和能量守恒结合起来列出等式来求解．
17.【答案】解：小球在电磁场中做匀速圆周运动，则电场力与重力平衡，由此可得：
根据闭合欧姆定律可得：
联立解得：
设粒子在电磁场中做圆周运动的半径为，运动轨迹如图所示
粒子受到的洛伦兹力提供向心力，则
根据
解得
根据几何关系
解得：
答：直流电源的电动势为；
极板长度为。
【解析】根据对粒子的受力分析，结合欧姆定律得出电动势的大小；
对粒子受力分析，根据其运动特点和几何关系得出极板的长度。
本题主要考查了闭合电路的欧姆定律，熟悉电路构造的分析，结合牛顿第二定律和几何关系即可完成分析。
18.【答案】解：由右手定则可知，杆中电流方向从 或，
由图示图象可知，当 时，杆最终以匀速运动，
产生电动势：；
设最大速度为，杆切割磁感线产生的感应电动势 ，
由闭合电路的欧姆定律：，
杆达到最大速度时满足：，
解得：
由图象可知：斜率为，
纵截距为，得到：，，
解得：，．
感应电动势：，
功率：，，
由动能定理得：，，
代入数据解得：．
答：杆下滑过程中感应电流的方向：由流向，时最大感应电动势的大小为；
金属杆的质量为，阻值为欧姆；
当时，回路瞬时电功率每增加的过程中合外力对杆做的功为．
【解析】由图读出时杆的最大速度，由求解感生电动势的大小，由右手定则判断出杆中的电流方向；
根据、、推导出安培力的表达式，当杆匀速运动时速度最大，由平衡条件得到最大速度与的关系式，根据图象的斜率和纵截距求解金属杆的质量和阻值；
由和得到瞬时电功率增大量，根据动能定理求出合外力对杆做的功．
本题综合考查了法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿第二定律等，综合性强，对学生能力的要求较高，其中安培力的分析和计算是关键．
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