2023-2024学年湖北省武汉外国语学校高二（上）期末物理试卷(含解析）

2023-2024学年湖北省武汉外国语学校高二（上）期末物理试卷
第I卷（选择题）
一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.对于下列教材中所列的实验和生活用品，说法正确的是( )
A. 甲图中，两根通电方向相反的长直导线相互排斥，是通过电场实现的
B. 乙图中，若在的两端接上大小和方向发生周期性变化的电流，则接在端的电流表会有偏转
C. 丙图中，电磁炉利用其线圈产生的涡流来加热食物
D. 奥斯特利用丁图实验装置发现了电磁感应现象
2.图甲和乙是教材中演示自感现象的两个电路图，和为电感线圈。实验时，断开开关瞬间，灯突然闪亮，随后逐渐变暗闭合开关，灯逐渐变亮。而另一个相同的灯立即变亮，最终与的亮度相同。下列说法正确的是( )
A. 图甲中，与的电阻值相同
B. 图甲中，闭合，电路稳定后，中电流大于中电流
C. 图乙中，变阻器与的电阻值相同
D. 图乙中，闭合瞬间，中电流与变阻器中电流相等
3.如图所示，直角三角形区域中存在一匀强磁场，磁感应强度为，已知边长为，，比荷均为的带正电粒子以不同的速率从点沿方向射入磁场不计粒子重力，则( )
A. 粒子速度越大，在磁场中运动的时间越短 B. 粒子速度越大，在磁场中运动的路程越大
C. 粒子在磁场中运动的最长路程为 D. 粒子在磁场中运动的最短时间为
4.如图所示，两固定在绝缘水平面上的同心金属圆环、水平放置，圆环中通有如图所示的电流，以图示方向为电流正方向，下列说法正确的是( )
A. 时刻，两圆环相互排斥
B. 时刻，圆环中感应电流最大，受到的安培力最大
C. 时间内，圆环中感应电流始终沿逆时针方向
D. 时间内，圆环有收缩的趋势
5.年月日，法拉第展示人类历史上第一台发电机圆盘发电机，如图为法拉第圆盘发电机的示意图，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片、分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中，圆盘以角速度顺时针旋转从上往下看，则( )
A. 圆盘转动过程中电流沿到的方向流过电阻
B. 圆盘转动过程中点电势比点电势低
C. 若圆盘转动的角速度变为原来的倍，则转动一周，上产生的焦耳热也变为原来的倍
D. 圆盘转动过程中产生的电动势大小与圆盘半径成正比
6.如图甲所示，光滑平行金属导轨、所在平面与水平面成角，、两端接一电阻为的定值电阻，电阻为的金属棒垂直导轨放置，其他部分电阻不计．整个装置处在磁感应强度大小为、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中．时对金属棒施加一平行于导轨向上的外力，使金属棒由静止开始沿导轨向上运动，通过定值电阻的电荷量随时间的平方变化的关系如图乙所示．下列关于穿过回路的磁通量、金属棒的加速度、外力、通过电阻的电流随时间变化的图象中正确的是( )
A. B.
C. D.
7.如图所示，、为两根相距的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，面与水平面成角。两导轨所在空间存在垂直于平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为两根质量均为、长度均为的金属细杆、与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为，两金属细杆的电阻均为，导轨电阻不计。当以速度沿导轨向下匀速运动时，杆正好以速度向下匀速运动，重力加速度为。以下说法正确的是( )
A. 回路中的电流强度为
B. 杆所受摩擦力为
C. 杆所受摩擦力为
D. 与大小关系满足
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
8.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件，当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，电脑进入休眠状态。休眠状态时、简化原理如图所示，宽为、厚为、长为的矩形半导体霍尔元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，其载流子是电荷量为的自由电子，当通入方向向右、大小为Ⅰ的电流时，元件前、后表面间电压为，则此时元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的高 B. 自由电子受到的洛伦兹力大小为
C. 前、后表面间的电压与成反比 D. 前、后表面间的电压与成反比
9.如图所示，两根平行光滑金属导轨间距为，导轨电阻不计，下端接有阻值为的电阻，导轨平面与水平面的夹角为，且处在磁感应强度大小为、方向垂直于导轨平面斜向上的匀强磁场中。一质量为、电阻也为的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上，静止时导体棒处于导轨的处。已知弹簧的劲度系数为，弹簧的中心轴线与导轨平行。现将导体棒从弹簧处于自然长度时由静止释放，整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。则下列说法中正确的是( )
A. 当导体棒沿导轨向下运动时流过电阻的电流方向为由到
B. 当导体棒的速度最大时，弹簧的伸长量为
C. 导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为，则导体棒从开始运动到停止运动的过程中，回路中产生的焦耳热为
D. 若导体棒第一次运动到处时速度为，则此时导体棒的加速度大小为
10.如图甲所示，平行光滑金属导轨水平放置，两轨相距，导轨一端与阻值的电阻相连，导轨电阻不计，导轨一侧存在沿方向均匀增大的恒定磁场，其方向与导轨平面垂直向下，磁感应强度随位置变化如图乙所示，一根质量、电阻的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直，棒在外力作用下从处以初速度沿导轨向右运动，且金属棒在运动过程中受到的安培力大小不变。下列说法中正确的是( )
A. 金属棒向右做匀速直线运动
B. 金属棒在处的速度大小为
C. 金属棒从运动到过程中，外力所做的功为
D. 金属棒从运动到过程中，流过金属棒的电量为
第II卷（非选择题）
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
11.某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素。
图中，将条形磁铁从图示位置先向上后向下移动一小段距离，出现的现象是______。
A.灯泡、均不发光
B.灯泡、交替短暂发光
C.灯泡短暂发光、灯泡不发光
D.灯泡不发光、灯泡短暂发光
通过实验得知：当电流从图中电流计的正接线柱流入时指针向右偏转；则当磁体______选填“向上”或“向下”运动时，电流计指针向右偏转。
为进一步探究影响感应电流方向的因素，该小组设计了如图的电路如图；开关闭合瞬间，指针向左偏转，则将铁芯从线圈中快速抽出时，观察到电流计指针______。
A.不偏转
B.向左偏转
C.向右偏转
12.某实验小组用如图所示的电路来测量一个阻值约为的电阻的阻值，已知电流表的量程为，内阻约为，定值电阻。
现有下列四种量程的电流表，则电流表选用的量程最合适的是______。
A.
B.
C.
D.
实验时，将滑动变阻器的滑片移到最______填“左”或“右”端，将开关合向，合向，再闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，使两电流表的指针偏转较大，记录电流表、的示数、，多次测量得到，用表示各电阻的关系______用题目中的字母表示；断开，将开关合向，合向，再闭合开关，记录电流表、的示数、，求出；则被测电阻的阻值 ______用、、表示。
该实验方法______填“能”或“不能”测出电流表内阻的准确值。
四、简答题：本大题共3小题，共44分。
13.如图甲所示，水平面内固定两根间距的长直平行光滑金属导轨、，其、端接有阻值的电阻，一质量、电阻不计的导体棒垂直于导轨放置于距端处，且与两导轨保持良好接触。整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示。在内，施加外力使棒保持静止，后改用的水平向左的恒力拉动棒，棒从静止开始沿导轨运动距离时速度恰好达到最大值。棒运动过程中始终与导轨保持垂直，导轨电阻不计。求：
棒的最大速度大小；
从到棒运动距离的过程，电阻上产生的焦耳热。
14.如图，在的区域存在方向沿轴负方向的匀强电场，在的区域存在方向垂直于平面向外的匀强磁场。一个氕核和一个氘核先后从轴上点射出，速度方向沿轴正方向，大小之比为：。已知进入磁场时，速度方向与轴正方向的夹角为，并从坐标原点处第一次射出磁场，不计粒子重力。求：
第一次进入磁场的位置到原点的距离；
第一次离开磁场的位置到原点的距离。
15.如图所示，在匀强磁场中水平放置两条足够长的光滑平行导轨，磁场方向与导轨所在平面垂直，以虚线为界，左边和右边的磁感应强度大小为，，导轨间距。导轨左端连接一内阻不计、电动势的电源，单刀双掷开关和电容的电容器相连。两根金属棒和分别放置于虚线左侧和右侧，它们与虚线的距离足够大，与导轨接触良好，质量均为，电阻相同。金属棒和之间有一开关断开，导轨电阻不计。
将单刀双掷开关置于为电容器充电，求稳定时电容器带的电荷量；
充电结束后，将单刀双掷开关置于，求金属棒运动的最大速度；
棒的速度达到最大后，断开单刀双掷开关，同时闭合开关，求金属棒产生的最大焦耳热。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、甲图中，两根通电方向相反的长直导线产生的磁场方向相反，两导线相互排斥的作用是通过磁场实现的，故A错误；
B.乙图中，若在的两端接上交流电源，则穿过线圈的磁场不断变化，磁通量不断变化，线圈中产生感应电流，接在端的电流表示数不为，故B正确；
C.丙图为微波炉，不是电磁炉，微波是一种电磁波，生活中常用微波炉来加热食物，提供内能，说明微波具有能量，故C错误；
D.根据物理学史可知，奥斯特利用丁图实验装置发现了电流的磁效应，故D错误。
故选：。
甲图中，电流之间的作用是通过磁场来实现的；乙图中，对照感应电流产生条件分析；丙图中，从能量转化的角度，分析知道微波具有能量；奥斯特发现了电流的磁效应现象。
解答本题的关键要掌握电磁学的基础知识，关键要知道异向电流相互排斥，是通过磁场实现的。微波是一种电磁波，微波具有能量。
2.【答案】
【解析】【分析】
闭合开关的瞬间，通过的电流增大，产生自感电动势，根据楞次定律分析电流的变化，判断通过两灯电流的关系。待电路稳定后断开开关，线圈产生自感电动势，分析通过两灯的电流关系，判断两灯是否同时熄灭。
当通过线圈本身的电流变化时，线圈中会产生自感现象，这是一种特殊的电磁感应现象，可运用楞次定律分析自感电动势对电流的影响。
【解答】
A.图中，断开的瞬间，灯闪亮，是因为电路稳定时，的电流小于的电流，则可知的电阻小于的电阻，故A错误；
B.图中，闭合，电路稳定后，断开开关瞬间，灯突然闪亮，说明灯泡中的电流小于线圈中的电流，故B错误；
C.图中，因为闭合开关后，最终与的亮度相同，两个支路的总电阻相同，因两个灯泡电阻相同，所以变阻器与的电阻值相同，故C正确；
D.图中，闭合瞬间，对电流有阻碍作用，所以中电流与变阻器中电流不相等，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】解：粒子在磁场中做匀速圆周运动，随速度增加，半径变大，当粒子运动轨迹恰好与边相切时，粒子运动轨迹如图所示，当粒子从边射出时，圆心角不变，即运动时间不变；当粒子的轨迹与边相切时，粒子速度再增加，则粒子从边射出，粒子在磁场中运动的路程越小，故AB错误；
C.当粒子的轨迹与边相切时，由几何知识得，粒子轨道半径
此时粒子在磁场中运动的路程最长为
，故C正确；
D.当粒子从边射出时，粒子的速度越大，半径越大，出射点越靠近点，运动时间也越来越短，直到从点射出时粒子的速度无穷大，时间趋近于零，故D错误。
故选：。
分情况讨论当粒子从边射出时，粒子速度偏转角一定，粒子运动的时间不变；粒子从边射出时，出射点点越靠近点，粒子运动的时间越短。粒子从边射出时，随粒子速度增加，粒子在磁场中运动路程越小，在磁场中运动的时间越小。
本题考查了带电粒子在三角形磁场里运动的最小路程及最小时间求解问题，解题的关键是画出运动轨迹并分类。
4.【答案】
【解析】解：、产生的磁场的大小与流过的电流大小成正比，在时刻，流过的电流最大，但电流的变化率为零，所以产生的磁场最强，但变化率为零，所以穿过的磁通量的变化率也等于零，根据法拉第电磁感应定律可知，内产生的感应电动势为零，则感应电流为零，所以两圆环间无作用力，故A错误；
B、由图可知在时刻流过的电流为零但电流的变化率最大，所以穿过的磁通量的变化率也最大，根据法拉第电磁感应定律可知，内产生的感应电动势最大，则感应电流最大，故B错误；
C、在时间内，从上向下看内顺时针方向的电流减小，根据安培定则可知，产生方向向下的磁场减小，根据楞次定律可知，内将产生沿顺时针方向的感应电流；在时间内，从上向下看内逆时针方向的电流增大，根据安培定则可知，产生方向向上的磁场增大，根据楞次定律可知，内将产生沿顺时针方向的感应电流，故C错误；
D、由图可知在时间内，从上向下看内逆时针方向的电流减小，根据安培定则可知，产生方向向上的磁场减小，根据楞次定律可知，内将产生沿逆时针方向的感应电流；由于内电流的方向与内电流的方向相同，根据同向电流相互吸引可知，与之间的作用力为吸引力，所以有面积缩小的趋势，故D正确。
故选：。
根据楞次定律判断出感应电流的方向，根据法拉第电磁感应定律判断出感应电动势和感应电流的大小，根据电流之间的相互作用判断出二者之间的作用力是吸引力，还是排斥力。
解决本题的关键掌握楞次定律判断感应电流的方向，以及掌握楞次定律的另一种表述，感应电流会阻碍原磁通量的变化。
5.【答案】
【解析】解：、圆盘转动可等效看成无数轴向导体切割磁感线，若从上向下看圆盘顺时针转动，根据右手定则可知圆盘中心电势比边缘要高，即相当于电源的正极，点电势比点电势高，电流沿到的方向流过电阻，故AB错误；
D、根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势
则感应电动势大小与圆盘半径的平方成正比，故D错误；
C、转动一周，电流在上的焦耳热
可见转动一周，电流在上的焦耳热与角速度的成正比，若圆盘转动的角速度变为原来的倍，转动一周，上产生的焦耳热也变为原来的倍，故C正确。
故选：。
根据右手定则得出电流的方向和电势的高低；根据法拉第电磁感应定律的计算公式完成分析；根据功率的计算公式结合角速度的变化完成分析。
本题主要考查了电磁感应的相关应用，熟悉法拉第电磁感应定律得出电动势的大小，结合功率的计算公式即可完成分析，难度不大。
6.【答案】
【解析】解：设导体棒沿斜面向上移动的过程中，通过定值电阻的电荷量为，设导体棒的长度为，则有：
由式可得，因与成正比，设比例系数为，则有：，即：
由图乙可知通过定值电阻的电荷量与成正比，根据可知导体棒沿斜面向上移动的距离与上移时间成正比，结合初速度为零的匀变速直线运动位移时间关系可得导体棒沿斜面向上做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度为，则有：
，
可得：
故选：。
根据电路中通过电阻的电荷量的计算公式，结合乙图不难发现导体棒沿斜面向上做初速度为零的匀加速直线运动
由闭合电路欧姆定律可写出感应电流与时间的关系式
结合导体棒的受力分析和导体棒的运动特点可写出外力与时间的关系
本题考查了通过电路电荷量的计算公式、感应电流的计算公式、安培力的计算公式和牛顿第二定律及它们的图象
本题的处理思路是：以与的关系为突破口，找出导体棒沿斜面上移的距离与时间的关系，判断出物体的运动性质，进而推导出、与时间的关系
7.【答案】
【解析】解：、杆产生的感应电动势 ；回路中感应电流为：，故A错误；
B、杆匀速下滑，受力平衡条件，则杆所受的安培力大小为：，方向沿轨道向上，则由平衡条件得所受的摩擦力大小为：，故B错误；
C、杆所受的安培力大小也等于，方向垂直于导轨向下，则杆所受摩擦力为：，故C错误；
D、根据杆受力平衡得：，则得与大小的关系为：，即，故D正确。
故选：。
下滑时切割磁感线产生感应电动势，不切割磁感线，根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律求解电流强度；根据平衡条件和安培力公式求解杆和杆所受的摩擦力，两个平衡方程结合分析项。
本题考查电磁感应定律应用中的双杆问题；对于双杆问题，可采用隔离法分析，其分析方法与单杆相同，关键分析和计算安培力，再由平衡条件列方程解答。
8.【答案】
【解析】解：、当通入方向向右，大小为的电流时，自由电子运动方向向左，根据左手定则，电子受到的洛伦兹力指向后表面，根据平衡条件，受到的电场力指向前表面，则前表面的电势比后表面的电势高，故A正确；
B、元件前后表面的电压为时，洛伦兹力和电场力平衡，则有
，故B错误；
、根据电流的微观表达式可得：
洛伦兹力和电场力平衡，则有
解得：，故前后表面的电压与有关，与成反比，故C错误，D正确；
故选：。
根据左手定则得出洛伦兹力的方向，结合粒子的电性得出电势的高低；
根据电场力和洛伦兹力的等量关系，结合电流的微观表达式得出电压的表达式，并结合题目选项完成分析。
本题主要考查了霍尔效应的相关应用，熟悉左手定则得出洛伦兹力的方向，结合电场力和洛伦兹力的等量关系即可完成分析。
9.【答案】
【解析】解：、由右手定则可知，当导体棒沿导轨向下运动时流过电阻的电流方向为由到，故A正确；
B、导体棒所受合力为零，即：重力、弹簧弹力与安培力合力为零时速度最大，弹簧伸长量为时，弹簧弹力为：，此时导体棒所受合力为安培力，导体棒速度不是最大，故B错误；
C、导体棒最终静止，由平衡条件得：，弹簧伸长量：，由能量守恒定律得：，解得：，故C正确；
D、导体棒到达处时，弹簧的弹力：，此时导体棒受到的安培力：，对导体棒，由牛顿第二定律得：，解得：，故D正确；
故选：。
由右手定则可以判断出电流方向；
当导体棒所受合力为零时速度最大，应用平衡条件可以求出此时弹簧的伸长量；
根据能量守恒定律求出回路产生的焦耳热；
根据安培力公式求出导体棒受到的安培力，然后应用牛顿第二定律求出导体棒的加速度。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据平衡条件或牛顿第二定律列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
10.【答案】
【解析】解：根据题意金属棒所受的安培力大小不变，处与处安培力大小相等，根据安培力公式，有

解得，金属棒速度减小，说明不可能做匀速直线运动，故A错误，B正确；
C.金属棒在处的安培力大小为

金属棒从到的过程中，设外力做的功为，根据动能定理有
代入数据解得，故C错误；
D.根据电荷量公式
，到过程中，图象包围的面积
所以，故D正确。
故选：。
根据安培力公式代入数据求解速度，并判断是否做匀速直线运动；
C.根据动能定理求解外力做的功；
D.根据电荷量的公式代入数据计算。
考查电磁感应问题，会结合动能定理、电荷量的表达式代入数据求解相关物理量。
11.【答案】 向上
【解析】解：条形磁铁向上移动一小段距离，穿过螺线管的磁感线减少，向下移动一小段距离，穿过螺线管的磁感应增加，移动方向不同，产生的感应电流方向不同，根据二极管具有单向导电性可知灯泡、交替短暂发光，故ACD错误，B正确；
故选：。
当磁体向上运动时，穿过螺线管的磁通量为竖直向下的价绍，根据楞次定律，可知线圈中的感应电流产生的磁场竖直向下，根据右手螺旋定则可知电流从正接线柱流入，指针向右偏，故磁体向上运动。
开关闭合瞬间，穿过螺线管的磁通量增多，根据题意可知指针向左偏转，所以将铁芯从线圈中快速抽出时，穿过螺线管的磁通量减少，观察到电流指针向右偏转，故AB错误，C正确。
故选：。
故答案为：；
向上
。
利用二极管单向导电性与电磁感应原理判断灯泡是否发光；
利用楞次定律判断磁体运动方向；
可通过判断开关闭合瞬间磁通量的变化来判断电流指针的偏转问题。
本题考查了对电磁感应现象的理解，其中掌握电磁感应与电流产生、电流方向的关系为解决本题的关键。
12.【答案】 右 能
【解析】解：通过对的实验过程分析，因的阻值约为欧姆与定值电阻的阻值近似相等，电流表的量程为，内阻约为，两支路总是并联，电流表所在支路的电阻总是近似等于另一支路的倍，电流表所在支路的的电流最大，流过另一支路的电流最大是它的倍为，故流过电流表的电流约为，则电流表选用的量程最合适的是，故ABD错误，C正确。
故选：。
实验测量开始时，测量电路电路的电压应最小，故将滑动变阻器的滑片移到最右端。
将开关合向，合向，电流表、的示数、，根据欧姆定律和串并联电路的特点可得：
，变形为：，可得：
将开关合向，合向时。同理可得：
，变形为：，可得：
联立解得被测电阻的阻值
根据结论，由式联立消去可解得电流表内阻，因本实验无系统误差，故该实验方法能测出电流表内阻的准确值。
故答案为：；右；；；能
通过对实验过程分析，与两电阻总是并联，流过两电阻的电流近似相等，根据串并联电流的特点判断电流表的量程最大值；
实验测量开始时，测量电路电路的电压应最小，由此确定滑动变阻器的滑片移到哪一端。根据欧姆定律和串并联电路特点求解；
本实验无系统误差，根据结论分析是否可求得电流表内阻值。
本实验是伏安法测量电阻的变形，用电流表与电阻串联间接测量电压，本实验的测量方法可以消除因电表存在内阻而产生的系统误差。
13.【答案】解：棒的速度达到最大后做匀速直线运动，导体棒处于平衡状态，则有
其中，
联立解得：
在第内，根据法拉第电磁感应定律可得：
根据楞次定律可知，电流从到，电流的大小为：
在运动距离内
电阻上产生的总焦耳热
联立解得：
答：棒的最大速度大小为；
从到棒运动距离的过程，电阻上产生的焦耳热为。
【解析】根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律得出电流的大小，结合安培力的计算公式得出导体棒的最大速度；
理解在整个电磁感应现象中的能量转化关系，结合焦耳定律和能量守恒定律得出电阻产生的焦耳热。
本题主要考查了电磁感应的相关应用，熟悉电磁感应中的能量关系，结合焦耳定律和欧姆定律即可完成分析。
14.【答案】解：设粒子以速度从轴射出，则粒子的速度为，在电场中做类平抛运动，轨迹如图所示
设粒子，的加速度分别为、，根据牛顿第二定律有
，
根据类平抛运动的规律有
，
，
联立解得
，
即
根据类平抛运动的规律，由几何关系有
解得粒子的水平位移为
故粒子的水平位移为
；
设进入磁场时粒子，的速度分别为、，根据类平抛运动的规律可知，粒子第一次进入磁场时速度与轴正方向的夹角为，由几何关系有
，
粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动，设粒子，的半径分别为，，根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力有
，
解得
，
故有
粒子第一次离开磁场的位置距离原点距离为，轨迹如图所示
根据几何知识有
联立解得
。
答：第一次进入磁场的位置到原点的距离；
第一次离开磁场的位置到原点的距离。
【解析】作出粒子的轨迹图，根据类平抛运动的规律求解水平位移的表达式，根据几何知识求解的水平位移，进一步求解第一次进入磁场的位置到原点的距离；
根据牛顿第二定律求解轨道半径的表达式，有速度关系求解两粒子半径的定量关系，根据几何知识求解第一次离开磁场的位置到原点的距离。
本题考查带电粒子在电场和磁场的组合场中的运动，要求学生能正确分析带电粒子的运动过程和运动性质，熟练应用对应的规律解题。
15.【答案】解：电容器充电完毕，达到稳定时，电容器极板间电压：
由电容的定义式可知电容器所带电荷量：
代入数据解得：；
开关置于后，金属棒先做加速运动，当电容器两端电压与金属棒切割磁感线产生的感应电动势相等时金属棒做匀速直线运动，金属棒做匀速直线运动时的速度最大，为，此时金属棒切割磁感线产生的感应电动势为：
此时电容器两极板间电压为：
设此时电容器所带电量为，则：
电容器电量减少：
取向右为正方向，对金属棒，由动量定理得：
而
解得：
代入数据解得：；
打开单刀双掷开关，同时闭合开关，金属棒先做减速运动，先做加速运动，最终与都做匀速直线运动，两金属棒切割磁感线产生的感应电动势相等。
金属棒切割磁感线产生的感应电动势：
取向右为正方向，对金属棒，由动量定理得：
取向右为正方向，对金属棒，由动量定理得：
联立解得：，
对金属棒和组成的系统，由能量守恒定律得：
由于两棒电阻相等，则有：
联立解得金属棒产生的最大焦耳热：。
答：将单刀双掷开关置于为电容器充电，稳定时电容器带的电荷量为；
充电结束后，将单刀双掷开关置于，金属棒运动的最大速度为；
棒的速度达到最大后，断开单刀双掷开关，同时闭合开关，金属棒产生的最大焦耳热为。
【解析】电容器充电完毕达到稳定状态时电容器两端的电压等于电源电动势，根据电容的定义式求出电容器所带电荷量；
电容器放电的过程，电压减小，但棒加速，棒切割磁感线产生的感应电动势增大，当电容器电压降到和棒电动势相等时，电路中不再有感应电流，导体棒开始匀速运动，此时速度最大，对金属棒应用动量定理求出其最大速度；
导体棒在安培力作用下减速运动，棒加速运动，然后两金属棒都做匀速直线运动，回路中没有感应电流，导体棒均不受安培力，均做匀速直线运动，应用动量定理与能量守恒定律求出金属棒产生的最大焦耳热。
本题是电磁感应类一道综合题，考查动生电动势大小的运算以及动量定理、能量守恒关系。结合导体棒的受力，分析两导体棒的运动过程极其重要。
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