2025届湖北省十一校高三下学期第二次联考（二模）物理试题
1．（2025·湖北模拟）2025年开年之际，我国大科学装置建设在不断推进，在安徽合肥科学岛，国际唯一的超导托卡马克大科学装置集群，正在加快推动核聚变能源的开发和应用。下列核反应方程属于核聚变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
2．（2025·湖北模拟）如图所示，等边三棱镜，一束单色光与成角射入三棱镜，经AB边折射进入三棱镜的折射角刚好等于从AC边射出三棱镜的入射角，则三棱镜的折射率为（ ）
A． B． C． D．
3．（2025·湖北模拟）襄阳五中一年一度的体育节活动中，篮球是男同学们最喜爱的运动项目之一，在一次比赛中，小峰同学投出了一个漂亮的三分球。假设在这次投篮过程中篮球刚好垂直击中篮板后落入篮筐，把篮球出手后到击中篮板的过程按时间三等分，篮球受到的空气阻力不计，从篮球出手后开始计时，连续三段相同时间内篮球上升的竖直高度分别计为，则为（ ）
A． B． C． D．
4．（2025·湖北模拟）北京时间2025年1月7日04时00分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将实践25号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，该卫星主要用于卫星燃料补加与延寿服务技术验证。经过一个月的时间，实践25号抵达同步轨道，并成功给北斗三号G7星加注了142公斤肼类燃料，实现了全球首次卫星在轨加注燃料。若后期还要给同轨道上的另一颗卫星加注燃料，加注前两卫星的位置如图所示，则是要想实现加注燃料，对实践25号星操作正确的是（ ）
A．实践25号卫星直接加速与卫星A对接即可
B．实践25号卫星和卫星A对接时具有相同的速度
C．实践25号卫星受到地球的万有引力一定大于卫星A受到地球的万有引力
D．实践25号卫星对卫星A加注燃料时处于静止状态
5．（2025·湖北模拟）小汽车已成我们家庭的重要交通工具，若某国产小汽车的驾驶员与汽车总质量为，其减震系统由四个相同的竖直弹簧组成，每个弹簧的劲度系数为。当汽车行驶过路面凸起后，车身在竖直方向做简谐振动（设在水平方向上汽车做匀速直线运动，不计空气阻力，取重力加速度），若振幅为，则振动过程中的最大加速度大小为（ ）
A． B． C． D．
6．（2025·湖北模拟）如图所示，正六边形线框的六条边和对角线均用完全相同材质和粗细的金属棒，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点、与直流电源两端相接，已如导体棒受到的安培力大小为，则线框受到的安培力的大小为（ ）
A． B． C．7F D．
7．（2025·湖北模拟）在竖直平面内，质量的小球A用长为的不可伸长的轻绳悬挂于点，点正下方用不可伸长的轻绳竖直悬挂一质量也为的小球B。把小球A拉到如图所示位置，轻绳恰好伸直，且轻绳与竖直方向的夹角。由静止释放小球A，A球自由下落，两小球发生弹性碰撞。两球都可视为质点，忽略空气阻力，取。下列说法正确的是（ ）
A．小球A在与小球发生碰撞前小球A的速度大小为
B．小球A在与小球B发生碰撞后小球B的速度大小为
C．小球A和小球B发生碰撞后，小球B上升的最大高度与小球A释放的高度相同
D．小球A和小球B发生碰撞后小球B在上摆的过程中轻绳不会松弛
8．（2025·湖北模拟）如图所示，边长为、绕线匝、总电阻为的正方形线圈处于磁感应强度为、水平向右的匀强磁场中，线圈以角速度绕轴匀速转动，外接电阻值为，则下列说法正确的是（ ）
A．图示状态时理想电压表的示数
B．从图示位置转过时理想电压表的示数为
C．从图示位置转过时理想电压表的示数为0
D．线圈从图示位置转过的过程中，通过电阻的电荷量为
9．（2025·湖北模拟）在竖直平面内有一方向斜向上且与水平方向夹角为的匀强电场，电场中有一质量为，电荷量为的带电小球，用长为的不可伸长的绝缘细线悬挂于点，如图所示。开始时小球静止在点，细线恰好水平。现剪断细线，将小球从最低点以某一初速度竖直向上抛出，小球恰好能够经过点，重力加速度为，则以下判断正确的是（ ）
A．小球从到过程中，其电势能增加了
B．小球从到过程中，其动能增加了
C．小球从到过程中，小球做的是匀变速曲线运动
D．小球从到过程中，其机械能增加了
10．（2025·湖北模拟）如图所示，一弹性轻绳（绳的弹力与其伸长量成正比）左端固定在A点，自然长度等于AB。弹性绳跨过由固定轻杆固定的定滑轮连接一个质量为的小球，小球穿过竖直固定的杆，初始时弹性绳在一条水平线上，小球从点由静止释放，当滑到点时速度恰好为零，已知两点间距离为为的中点，小球在点时弹性绳的拉力为，小球与杆之间的动摩擦因数为0.4，弹性绳始终处在弹性限度内，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A．对于由弹性绳和小球组成的系统，在阶段损失的机械能等于在阶段损失的机械能
B．小球从到克服弹性绳弹力做功
C．在点给小球一个竖直向上的速度小球恰好能回到点
D．若只把小球质量变为，则小球从点由静止开始运动，到达点时的速度大小为
11．（2025·湖北模拟）有同学利用如图所示的装置来探究两个互成角度的力的合成规律：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮和，将绳子打一个结点，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力和，回答下列问题：
（1）改变钩码个数，实验可能完成的是___________（填标号）。
A．钩码的个数 B．钩码的个数
C．钩码的个数 D．钩码的个数
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是___________（填标号）。
A．标记结点的位置，并记录三段绳子的方向
B．量出三段绳子的长度
C．用量角器量出三段绳子之间的夹角
D．用天平测出钩码的质量
（3）在作图时，你认为 （填“甲”或“乙”）是正确的。
12．（2025·湖北模拟）多用电表在科研和生活中有着广泛的用途，例如探测黑箱内的电学元件，如图甲所示是黑箱上的三个接线柱，两个接线柱之间最多只能接一个元件，黑箱内所接的元件不超过两个，某实验小组进行了以下操作步骤：
①用直流电压挡测量：、、三点间均无电压。
②改用欧姆挡测量：、间正反接阻值不变。
③用欧姆挡测量：黑表笔接、红表笔接时测得的阻值较小，反接时测得的阻值较大。
④用欧姆挡测量：黑表笔接、红表笔接测得阻值比黑表笔接、红表笔接时测得的阻值大。
(1)上述第①步操作中说明了： 。
(2)多用电表调至欧姆挡，在正式测量电阻前需要进行的实验操作是 。
(3)该小组选择了“”挡正确操作后，第②步实验操作测得的示数如图乙所示，则阻值为 。
(4)请在图甲中画出黑箱内的元件及正确的接法。
(5)该实验小组选择了多用电表的某个功能挡和电阻箱来测量电源的电动势和内阻，作出图像如图丙所示（图中单位均采用国际单位制中单位），则该电源的电动势 ，内阻 ，实验中测量的电动势 （选填“大于”“等于”或“小于”）电源真实的电动势。
13．（2025·湖北模拟）导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口竖直向上放置，其上端口装有固定卡环，如图1所示。质量、横截面积的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态的图像如图2所示，已知大气压强，重力加速度。求：
（1）状态时气体的压强；
（2）气体从A到的过程中气体内能增加了，则这一过程中气体吸收的热量是多少？
14．（2025·湖北模拟）某课外活动小组设计出某款游戏装置，其简化图如图甲所示，该装置包括轻质弹射器、光滑的竖直圆轨道且在圆形轨道内部存在竖直向下、大小为的匀强电场、平直轨道，其中点左侧平直轨道以及弹射器内壁均是光滑的，右侧平直轨道是粗糙的，且滑块1、2（均可视为质点）与水平轨道之间的动摩擦因数均为，圆轨道的半径，与轨道平滑连接。现缓慢向左推动质量的滑块1，其受到的弹力随压缩量的变化关系如图乙所示，压缩量为时，弹射器被锁定。某时刻解除锁定，滑块1被弹出后，与静置于点、质量，带电荷量为的滑块2发生碰撞并粘合为一体，不计空气阻力，假设在运动过程中滑块所带电荷量保持不变，重力加速度。
（1）求弹射器被锁定时具有的弹性势能大小及碰后粘合体的速度；
（2）若粘合体恰好通过圆轨道的最高点，求粘合体通过圆轨道最低点时受到的支持力大小；
（3）要使粘合体能进入圆轨道运动且不脱离轨道，求平直轨道段的长度范围。
15．（2025·湖北模拟）如图所示，有一匝数匝、内阻、横截面积的螺线管线圈内存在垂直线圈平面向上的匀强磁场，磁感应强度随时间变化的规律为，线圈左侧有电容为的超级电容器，平行倾斜金属导轨可通过单刀双掷开关分别与线圈和电容器相连，倾斜导轨与水平金属导轨间通过一小段光滑绝缘圆弧平滑连接。已知倾斜导轨的倾角，倾斜导轨和水平导轨间距均为，倾斜导轨内存在垂直导轨平面向上、磁感应强度的匀强磁场，水平导轨区域内存在方向竖直向上、宽度为、磁感应强度为的匀强磁场，磁场边界与导轨垂直。现将开关接1，将一电阻不计、质量的金属杆垂直倾斜导轨放在磁场边界下方某处，金属杆处于静止状态。然后将开关接2，金属杆由静止开始下滑，当滑到底端时速度为，此后进入较长的光滑水平导轨，与磁场边界左侧的“工”字型联杆发生弹性碰撞，随后联杆向左运动穿过磁场区域。已知金属杆与倾斜导轨间动摩擦因数，金属杆、长度均为、质量均为、电阻均为，与金属杆垂直的绝缘轻杆长度也为、质量不计。已知金属杆始终与导轨良好接触，导轨电阻不计，忽略磁场的边界效应，重力加速度取，求：
（1）当开关接1时，金属杆所受的摩擦力大小；
（2）当开关接2时，金属杆从初始位置运动到倾斜导轨底端的位移；
（3）与联杆相碰后，联杆穿过磁场区域过程中，杆上产生的焦耳热？
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】原子核的人工转变；核裂变；核聚变
【解析】【解答】本题主要是考查几种核反应，掌握几种核反应方程的特点即可顺利解答。AB为人工核转变，D为核裂变，C属于轻核聚变。
故选C。
【分析】由两个较轻的核生成一个较重的核的过程属于聚变，根据聚变的特点进行分析。
2．【答案】B
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】 本题考查光的折射定律折射率。解决问题的关键是画出光路图，利用光的折射定律。如图，
依题意有，有几何知识已知，故，从AB边入射光线入射角为，折射角为30°，则折射率
故选B。
【分析】先画出光路图，根据几何关系确定入射角和折射角，由折射定律求解折射率。
3．【答案】C
【知识点】斜抛运动
【解析】【解答】根据物体受力特点和运动特点判断该问题属于类平抛运动问题，根据具体问题选择用常规分解法还是特殊分解法求解。逆向思维为平抛运动，竖直方向为自由落体运动，时间等分，则
故选C。
【分析】逆向思维为平抛运动，竖直方向为自由落体运动，结合自由落体运动规律分析。
4．【答案】B
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】卫星追击一般先降低轨道高度然后再加速到高轨道。ABD．航天器对接，后面的航天器应先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使后面的航天器追上前面的航天器时恰好具有相同的速度，相对静止，故B正确，AD错误；
C．由于不知道实践25号卫星和卫星A的质量大小，故无法比较受到地球的万有引力大小，故C错误。
故选B。
【分析】直接加速，将做离心运动，结合万有引力提供向心力分析。
5．【答案】B
【知识点】简谐运动的回复力和能量
【解析】【解答】振子做简谐运动时，振子的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反。由简谐运动知识知，位移最大（为振幅）时，振动的加速度最大，根据牛顿第二定律知
可得
故选。
【分析】结合简谐运动的规律分析。
6．【答案】C
【知识点】安培力的计算
【解析】【解答】本题主要是考查安培力的计算，要结合电路的电压和电流的关系判断流过各个导体棒的电流关系，通过安培力公式计算安培计即可。设导体棒的电阻为，长度为，通过导体棒的电流为，导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，导体棒等效长度为
导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，通过导体棒的电流为
导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，根据对称性可知，通过导体棒的电流为，导体棒等效长度为
导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，线框受到的安培力的大小为
故选C。
【分析】根据电路的特征判断流过各个导体棒的电流大小，结合安培力的计算公式F=BIL进行解答即可。
7．【答案】B
【知识点】机械能守恒定律；碰撞模型
【解析】【解答】解答本题时，要理清小球的运动过程，特别要注意轻绳再次伸直时，小球沿轻绳方向的速度瞬间变为0，只有垂直轻绳方向的速度。要掌握弹性碰撞的规律：动量守恒定律和机械能守恒定律。A.小球A先由落体运动至关于过O点的水平线对称的位置，由机械能守恒定律得
在此位置绳绷直得瞬间，把沿绳和垂直绳方向分解，沿绳方向分速度由于绳拉力得冲量而变为0，仅剩下垂直绳方向分速度沿弧线下摆至B处，机械能守恒
设A与B碰前速度为，由机械能守恒定律得
得
故错误；
B.A和B发生弹性碰撞，根据动量守恒
根据机械能守恒
解得
，
故正确；
C.由于小球A下落至绳绷直时有机械能损失，故B球上升的最大高度一定小于球释放高度，故错误；
.由于B球不能做完整得圆周运动，要想绳子不松弛，小球不能过圆心等高位置（本题图中O点）。设B上升得最大高度为，对小球B上摆过程有机械能守恒定律得
解得
越过了圆心高度，绳会松弛，故D错误。
故选B。
【分析】小球A先由落体运动至关于过O点的水平线对称的位置，在此位置绳绷直的瞬间，仅剩下垂直绳方向分速度沿弧线下摆至B处，结合机械能守恒定律分析；发生弹性碰撞，动量守恒定律和机械能守恒；要想绳子不松弛，小球不能过圆心等高位置。
8．【答案】B,D
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【解答】掌握最大感应电动势的计算公式，和闭合电路的欧姆定律，最大值和有效值的关系，知道计算电荷量时要用平均电流计算。ABC．线圈在匀强磁场中以恒定角速度转动，产生感应电动势的最大值为
电压表的示数为有效值，电压表示数为
AC错误，正确；
D．在时间段内，通过电阻的电荷量为
由闭合回路欧姆定律可知，回路中的电流为
由法拉第电磁感应定律可知感应电动势为
在时间段内，磁通量的变化量为
由以上各式联立解得
正确。
故选BD。
【分析】求出产生感应电动势的最大值，电压表示数为有效值，根据电流定义式结合法拉第电磁感应定律求解电荷量。
9．【答案】B,C,D
【知识点】功能关系；带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【解答】本题考查了在复合场中的受力分析，关键要确定重力和电场力的合力方向和大小，从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题，解题时需注意功能关系。C．当小球静止于点时，细线恰好水平，说明重力和电场力的合力方向水平向右，电场力与重力合力为
小球从到做的是类平抛运动，所以C正确；
ABD．合外力做功为
则动能增加了；这一过程重力做功
有动能定理
得
则电势能减小，根据功能关系知机械能增加，选项A错误，BD正确。
故选BCD。
【分析】根据小球静止于M点时，细线恰好水平，说明重力和电场力的合力方向水平向右，电场力与重力合力为mgcot30°，机械能的变化取决于电场力做功。通过分析小球的受力情况判断其运动情况。
10．【答案】A,D
【知识点】机械能守恒定律
【解析】【解答】本题考查功能关系，关键是结合水平方向平衡和胡克定律得到摩擦力是不变的，注意弹性轻绳的弹力是变化的，小球在平衡位置速度最大，要结合动能定理列式分析。A．当小球运动到某点点，弹性绳的伸长量是，小球受到如图所示的四个力作用
其中
将正交分解，则的水平分量为
小球水平方向平衡，则
又
的竖直分量为
由以上推导可知小球受到的摩擦力为恒力，则段与段摩擦力所做的功相同，则在段弹性绳和小球组成的系统机械能的减小量等于段弹性绳和小球组成的系统机械能的减小量，故A正确；
B．小球从到，根据动能定理有
解得克服弹性绳弹力做功为
故B错误；
C．对小球从运动到过程，应用动能定理得
若小球恰能从点回到点，应用动能定理得
联立求解得
故C错误；
D．若只把小球质量变为，小球受到的摩擦力不变，小球从点由静止开始运动，到达点时根据动能定理有
解得小球到达点时的速度大小
故D正确。
故选AD。
【分析】首先对球受力分析，明确小球受重力、弹性轻绳的拉力、支持力和摩擦力，水平方向平衡；再根据胡克定律得到支持力和摩擦力不变；然后结合动能定理列式分析即可。
11．【答案】（1）C；D
（2）A
（3）甲
【知识点】验证力的平行四边形定则；力的合成与分解的运用
【解析】【解答】本题考查了“等效法”的应用和平行四边形定则等基础知识，合力与分力的效果等效。
（1）实验中的分力与合力的关系必须满足
CD正确。
故选CD。
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点的位置，并记录三段绳子的方向，从而确定三个力的大小和方向。故选A。
（3）F3的方向一定竖直向下，由于测量误差F1和F2的合力方向可能偏离竖直方向，所以甲是正确的。
【分析】（1）O点受三个力处于平衡状态，其中一个力大小与另外两个力的合力等大反向，根据该规律判断哪组实验能够成功；
（2）为验证平行四边形，必须通过作图求合力，所以要记录三力平衡的交点、力的大小（钩码的个数）与力的方向。
（3）F3的方向沿着重力的方向，一定竖直向下。
（1）实验中的分力与合力的关系必须满足：，CD正确。
故选CD。
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点的位置，并记录三段绳子的方向，从而确定三个力的大小和方向。故选A。
（3）F3的方向一定竖直向下，由于测量误差F1和F2的合力方向可能偏离竖直方向，所以甲是正确的。
12．【答案】黑箱内的电学元件中没有电源；欧姆调零；2200；；1.5；2.5；等于
【知识点】电压表、电流表欧姆表等电表的读数
【解析】【分析】本题考查了用多用电表研究黑箱问题，关键要知道一些特殊元件的特殊性质，比如，二极管的正向导通、反向截止的特性，能根据已知信息，作出判断。
【解答】(1)步骤①中用直流电压挡测量，、、三点间均无电压说明黑箱内的电学元件中没有电源。
(2)多用电表调至欧姆挡，在正式测量电阻前需要进行的实验操作是欧姆调零。
(3)由题图可知，在20～30之间有5个小格，则每一个小格为2，该电阻的读数为
(4)用欧姆挡测量，、间正反接阻值不变，可知与之间为一个定值电阻；用欧姆挡测量，黑表笔接、红表笔接时测得的阻值较小，反接时测得的阻值较大，说明与之间是一个二极管；结合二极管的特性可知，接二极管的正极；用欧姆挡测量，黑表笔接、红表笔接测得阻值比黑表笔接、红表笔接时测得的阻值大，则说明与之间比与之间多一个电阻。综合以上的分析可知，黑箱内的电学元件可能是一个定值电阻和一个二极管，电路的结构如图所示。
(5)由，变形为：
根据图像斜率和截距的意义应有
，，
可得。结合图像可知，多用电表使用的是电流表的功能，由于多用电表存在内阻，由闭合电路欧姆定律得
则
可见多用电表的内阻对的测量结果没有影响。
【分析】（1）电压表可以测量电路中的电压值；
（2）欧姆表可以测量两点之间的电阻值；欧姆表测量前需进行欧姆调零．
（3）欧姆表的读数的方法是先读出表盘的刻度，然后再乘以倍率；
（4）二极管具有单向导电性，据此可知A、B间接的是二极管．A、C间应是R1、R2并联，二极管处于正向导通状态．由此分析即可．
（5）根据闭合电路欧姆定律写出R与的函数表达式，然后根据斜率和截距的概念即可求解．
13．【答案】（1）解：A状态气体压强为
由变化到，根据查理定律有
又由于
解得
（2）解：从A到为等压过程，外界对气体做功为
根据热力学第一定律有
解得
【知识点】热力学第一定律及其应用；气体的等容变化及查理定律
【解析】【分析】（1）根据题意得出气体的状态参量，结合等容变化的特点得出气体的压强；
（2）根据气体做功的计算公式，结合热力学第一定律分析出气体吸收的热量 。
（1）A状态气体压强为
由变化到，根据查理定律有
又由于
解得
（2）从A到为等压过程，外界对气体做功为
根据热力学第一定律有
解得
14．【答案】（1）解：弹力与压缩量的图像与横轴围成的面积表示克服弹力做功
由功能关系得弹簧储存的弹性势能为
对物块1，由能量守恒定律得
解得滑块1被弹出后的速度
滑块1与2发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律得
解得碰撞后粘合体的速度
（2）解：粘合体恰好通过最高点，根据牛顿第二定律可得
解得
粘合体从点到最高点过程由动能定理可得
解得
在点，对粘合体由牛顿第二定律可得
解得
（3）解：要使滑块能进入圆轨道运动，则至少能够到达点，有
解得
①若粘合体沿圆弧轨道到达与圆心等高处时速度为零，粘合体同样不会脱离轨道，则对全程由动能定理可得
解得
②粘合体能通过最高点，由（2）中可知到达最高点的最小速度，即到达点的速度应大于等于，对从碰后至到达最高点过程，由动能定理可得
解得
综上所述，要使碰后粘合体不脱离轨道，轨道长度范围为或。
【知识点】碰撞模型；带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【分析】（1）弹力与压缩量的图像与横轴围成的面积表示克服弹力做功，滑块1与2发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律求解；
（2）粘合体恰好通过最高点，合力提供向心力，求解速度，粘合体从点到最高点过程由动能定理以及牛顿第二定律求解受到的支持力大小；
（3）粘合体同样不会脱离轨道有两两种情况：①粘合体沿圆弧轨道到达与圆心等高处时速度为零；②粘合体能通过最高点，由（2）中可知到达最高点的最小速度。
（1）弹力与压缩量的图像与横轴围成的面积表示克服弹力做功
由功能关系得弹簧储存的弹性势能为
对物块1，由能量守恒定律得
解得滑块1被弹出后的速度
滑块1与2发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律得
解得碰撞后粘合体的速度
（2）粘合体恰好通过最高点，根据牛顿第二定律可得
解得
粘合体从点到最高点过程由动能定理可得
解得
在点，对粘合体由牛顿第二定律可得
解得
（3）要使滑块能进入圆轨道运动，则至少能够到达点，有
解得
①若粘合体沿圆弧轨道到达与圆心等高处时速度为零，粘合体同样不会脱离轨道，则对全程由动能定理可得
解得
②粘合体能通过最高点，由（2）中可知到达最高点的最小速度，即到达点的速度应大于等于，对从碰后至到达最高点过程，由动能定理可得
解得
综上所述，要使碰后粘合体不脱离轨道，轨道长度范围为或。
15．【答案】（1）解：当开关打到接头1时，由法拉第电磁感应定律，可知
感应电流
根据受力平衡列平衡方程
代入可得
（2）解：当开关打到接头2时，对金属杆受力分析可知
杆与电容器构成闭合回路，电流
联立求得杆做匀加速运动，加速度
杆运动至底端，根据匀变速直线运动规律有
可得
（3）解：杆与联动装置发生弹性碰撞，由动量守恒和能量守恒可知其交换速度，故碰后杆静止，联杆速度变为
①当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，外电路短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热。对杆列动量定理
得
由此得杆产生的焦耳热
②当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，被短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热，杆不发热。
所以整个过程中杆产生的焦耳热
。
【知识点】电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】（1）当开关打到接头1时，由法拉第电磁感应定律求解电动势，根据受力平衡列平衡方程求解摩擦力大小；
（2）对金属杆受力分析求解加速度，根据电流定义式结合匀变速直线运动规律求解；
（3）杆与联动装置发生弹性碰撞，由于质量相等，交换速度，分析运动过程，根据动量定理求解速度，根据能量守恒定律求解杆产生的焦耳热。
（1）当开关打到接头1时，由法拉第电磁感应定律，可知
感应电流
根据受力平衡列平衡方程
代入可得
（2）当开关打到接头2时，对金属杆受力分析可知
杆与电容器构成闭合回路，电流
联立求得杆做匀加速运动，加速度
杆运动至底端，根据匀变速直线运动规律有
可得
（3）杆与联动装置发生弹性碰撞，由动量守恒和能量守恒可知其交换速度，故碰后杆静止，联杆速度变为
①当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，外电路短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热。对杆列动量定理
得
由此得杆产生的焦耳热
②当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，被短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热，杆不发热。
所以整个过程中杆产生的焦耳热。
1 / 12025届湖北省十一校高三下学期第二次联考（二模）物理试题
1．（2025·湖北模拟）2025年开年之际，我国大科学装置建设在不断推进，在安徽合肥科学岛，国际唯一的超导托卡马克大科学装置集群，正在加快推动核聚变能源的开发和应用。下列核反应方程属于核聚变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【知识点】原子核的人工转变；核裂变；核聚变
【解析】【解答】本题主要是考查几种核反应，掌握几种核反应方程的特点即可顺利解答。AB为人工核转变，D为核裂变，C属于轻核聚变。
故选C。
【分析】由两个较轻的核生成一个较重的核的过程属于聚变，根据聚变的特点进行分析。
2．（2025·湖北模拟）如图所示，等边三棱镜，一束单色光与成角射入三棱镜，经AB边折射进入三棱镜的折射角刚好等于从AC边射出三棱镜的入射角，则三棱镜的折射率为（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】 本题考查光的折射定律折射率。解决问题的关键是画出光路图，利用光的折射定律。如图，
依题意有，有几何知识已知，故，从AB边入射光线入射角为，折射角为30°，则折射率
故选B。
【分析】先画出光路图，根据几何关系确定入射角和折射角，由折射定律求解折射率。
3．（2025·湖北模拟）襄阳五中一年一度的体育节活动中，篮球是男同学们最喜爱的运动项目之一，在一次比赛中，小峰同学投出了一个漂亮的三分球。假设在这次投篮过程中篮球刚好垂直击中篮板后落入篮筐，把篮球出手后到击中篮板的过程按时间三等分，篮球受到的空气阻力不计，从篮球出手后开始计时，连续三段相同时间内篮球上升的竖直高度分别计为，则为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【知识点】斜抛运动
【解析】【解答】根据物体受力特点和运动特点判断该问题属于类平抛运动问题，根据具体问题选择用常规分解法还是特殊分解法求解。逆向思维为平抛运动，竖直方向为自由落体运动，时间等分，则
故选C。
【分析】逆向思维为平抛运动，竖直方向为自由落体运动，结合自由落体运动规律分析。
4．（2025·湖北模拟）北京时间2025年1月7日04时00分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将实践25号卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，该卫星主要用于卫星燃料补加与延寿服务技术验证。经过一个月的时间，实践25号抵达同步轨道，并成功给北斗三号G7星加注了142公斤肼类燃料，实现了全球首次卫星在轨加注燃料。若后期还要给同轨道上的另一颗卫星加注燃料，加注前两卫星的位置如图所示，则是要想实现加注燃料，对实践25号星操作正确的是（ ）
A．实践25号卫星直接加速与卫星A对接即可
B．实践25号卫星和卫星A对接时具有相同的速度
C．实践25号卫星受到地球的万有引力一定大于卫星A受到地球的万有引力
D．实践25号卫星对卫星A加注燃料时处于静止状态
【答案】B
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】卫星追击一般先降低轨道高度然后再加速到高轨道。ABD．航天器对接，后面的航天器应先减速降低高度，再加速提升高度，通过适当控制，使后面的航天器追上前面的航天器时恰好具有相同的速度，相对静止，故B正确，AD错误；
C．由于不知道实践25号卫星和卫星A的质量大小，故无法比较受到地球的万有引力大小，故C错误。
故选B。
【分析】直接加速，将做离心运动，结合万有引力提供向心力分析。
5．（2025·湖北模拟）小汽车已成我们家庭的重要交通工具，若某国产小汽车的驾驶员与汽车总质量为，其减震系统由四个相同的竖直弹簧组成，每个弹簧的劲度系数为。当汽车行驶过路面凸起后，车身在竖直方向做简谐振动（设在水平方向上汽车做匀速直线运动，不计空气阻力，取重力加速度），若振幅为，则振动过程中的最大加速度大小为（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【知识点】简谐运动的回复力和能量
【解析】【解答】振子做简谐运动时，振子的加速度大小与位移大小成正比，加速度方向与位移方向相反。由简谐运动知识知，位移最大（为振幅）时，振动的加速度最大，根据牛顿第二定律知
可得
故选。
【分析】结合简谐运动的规律分析。
6．（2025·湖北模拟）如图所示，正六边形线框的六条边和对角线均用完全相同材质和粗细的金属棒，固定于匀强磁场中，线框平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点、与直流电源两端相接，已如导体棒受到的安培力大小为，则线框受到的安培力的大小为（ ）
A． B． C．7F D．
【答案】C
【知识点】安培力的计算
【解析】【解答】本题主要是考查安培力的计算，要结合电路的电压和电流的关系判断流过各个导体棒的电流关系，通过安培力公式计算安培计即可。设导体棒的电阻为，长度为，通过导体棒的电流为，导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，导体棒等效长度为
导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，通过导体棒的电流为
导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，根据对称性可知，通过导体棒的电流为，导体棒等效长度为
导体棒受到的安培力大小为
由左手定则可知安培力垂直向上，线框受到的安培力的大小为
故选C。
【分析】根据电路的特征判断流过各个导体棒的电流大小，结合安培力的计算公式F=BIL进行解答即可。
7．（2025·湖北模拟）在竖直平面内，质量的小球A用长为的不可伸长的轻绳悬挂于点，点正下方用不可伸长的轻绳竖直悬挂一质量也为的小球B。把小球A拉到如图所示位置，轻绳恰好伸直，且轻绳与竖直方向的夹角。由静止释放小球A，A球自由下落，两小球发生弹性碰撞。两球都可视为质点，忽略空气阻力，取。下列说法正确的是（ ）
A．小球A在与小球发生碰撞前小球A的速度大小为
B．小球A在与小球B发生碰撞后小球B的速度大小为
C．小球A和小球B发生碰撞后，小球B上升的最大高度与小球A释放的高度相同
D．小球A和小球B发生碰撞后小球B在上摆的过程中轻绳不会松弛
【答案】B
【知识点】机械能守恒定律；碰撞模型
【解析】【解答】解答本题时，要理清小球的运动过程，特别要注意轻绳再次伸直时，小球沿轻绳方向的速度瞬间变为0，只有垂直轻绳方向的速度。要掌握弹性碰撞的规律：动量守恒定律和机械能守恒定律。A.小球A先由落体运动至关于过O点的水平线对称的位置，由机械能守恒定律得
在此位置绳绷直得瞬间，把沿绳和垂直绳方向分解，沿绳方向分速度由于绳拉力得冲量而变为0，仅剩下垂直绳方向分速度沿弧线下摆至B处，机械能守恒
设A与B碰前速度为，由机械能守恒定律得
得
故错误；
B.A和B发生弹性碰撞，根据动量守恒
根据机械能守恒
解得
，
故正确；
C.由于小球A下落至绳绷直时有机械能损失，故B球上升的最大高度一定小于球释放高度，故错误；
.由于B球不能做完整得圆周运动，要想绳子不松弛，小球不能过圆心等高位置（本题图中O点）。设B上升得最大高度为，对小球B上摆过程有机械能守恒定律得
解得
越过了圆心高度，绳会松弛，故D错误。
故选B。
【分析】小球A先由落体运动至关于过O点的水平线对称的位置，在此位置绳绷直的瞬间，仅剩下垂直绳方向分速度沿弧线下摆至B处，结合机械能守恒定律分析；发生弹性碰撞，动量守恒定律和机械能守恒；要想绳子不松弛，小球不能过圆心等高位置。
8．（2025·湖北模拟）如图所示，边长为、绕线匝、总电阻为的正方形线圈处于磁感应强度为、水平向右的匀强磁场中，线圈以角速度绕轴匀速转动，外接电阻值为，则下列说法正确的是（ ）
A．图示状态时理想电压表的示数
B．从图示位置转过时理想电压表的示数为
C．从图示位置转过时理想电压表的示数为0
D．线圈从图示位置转过的过程中，通过电阻的电荷量为
【答案】B,D
【知识点】交变电流的峰值、有效值、平均值与瞬时值
【解析】【解答】掌握最大感应电动势的计算公式，和闭合电路的欧姆定律，最大值和有效值的关系，知道计算电荷量时要用平均电流计算。ABC．线圈在匀强磁场中以恒定角速度转动，产生感应电动势的最大值为
电压表的示数为有效值，电压表示数为
AC错误，正确；
D．在时间段内，通过电阻的电荷量为
由闭合回路欧姆定律可知，回路中的电流为
由法拉第电磁感应定律可知感应电动势为
在时间段内，磁通量的变化量为
由以上各式联立解得
正确。
故选BD。
【分析】求出产生感应电动势的最大值，电压表示数为有效值，根据电流定义式结合法拉第电磁感应定律求解电荷量。
9．（2025·湖北模拟）在竖直平面内有一方向斜向上且与水平方向夹角为的匀强电场，电场中有一质量为，电荷量为的带电小球，用长为的不可伸长的绝缘细线悬挂于点，如图所示。开始时小球静止在点，细线恰好水平。现剪断细线，将小球从最低点以某一初速度竖直向上抛出，小球恰好能够经过点，重力加速度为，则以下判断正确的是（ ）
A．小球从到过程中，其电势能增加了
B．小球从到过程中，其动能增加了
C．小球从到过程中，小球做的是匀变速曲线运动
D．小球从到过程中，其机械能增加了
【答案】B,C,D
【知识点】功能关系；带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【解答】本题考查了在复合场中的受力分析，关键要确定重力和电场力的合力方向和大小，从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题，解题时需注意功能关系。C．当小球静止于点时，细线恰好水平，说明重力和电场力的合力方向水平向右，电场力与重力合力为
小球从到做的是类平抛运动，所以C正确；
ABD．合外力做功为
则动能增加了；这一过程重力做功
有动能定理
得
则电势能减小，根据功能关系知机械能增加，选项A错误，BD正确。
故选BCD。
【分析】根据小球静止于M点时，细线恰好水平，说明重力和电场力的合力方向水平向右，电场力与重力合力为mgcot30°，机械能的变化取决于电场力做功。通过分析小球的受力情况判断其运动情况。
10．（2025·湖北模拟）如图所示，一弹性轻绳（绳的弹力与其伸长量成正比）左端固定在A点，自然长度等于AB。弹性绳跨过由固定轻杆固定的定滑轮连接一个质量为的小球，小球穿过竖直固定的杆，初始时弹性绳在一条水平线上，小球从点由静止释放，当滑到点时速度恰好为零，已知两点间距离为为的中点，小球在点时弹性绳的拉力为，小球与杆之间的动摩擦因数为0.4，弹性绳始终处在弹性限度内，重力加速度为。下列说法正确的是（ ）
A．对于由弹性绳和小球组成的系统，在阶段损失的机械能等于在阶段损失的机械能
B．小球从到克服弹性绳弹力做功
C．在点给小球一个竖直向上的速度小球恰好能回到点
D．若只把小球质量变为，则小球从点由静止开始运动，到达点时的速度大小为
【答案】A,D
【知识点】机械能守恒定律
【解析】【解答】本题考查功能关系，关键是结合水平方向平衡和胡克定律得到摩擦力是不变的，注意弹性轻绳的弹力是变化的，小球在平衡位置速度最大，要结合动能定理列式分析。A．当小球运动到某点点，弹性绳的伸长量是，小球受到如图所示的四个力作用
其中
将正交分解，则的水平分量为
小球水平方向平衡，则
又
的竖直分量为
由以上推导可知小球受到的摩擦力为恒力，则段与段摩擦力所做的功相同，则在段弹性绳和小球组成的系统机械能的减小量等于段弹性绳和小球组成的系统机械能的减小量，故A正确；
B．小球从到，根据动能定理有
解得克服弹性绳弹力做功为
故B错误；
C．对小球从运动到过程，应用动能定理得
若小球恰能从点回到点，应用动能定理得
联立求解得
故C错误；
D．若只把小球质量变为，小球受到的摩擦力不变，小球从点由静止开始运动，到达点时根据动能定理有
解得小球到达点时的速度大小
故D正确。
故选AD。
【分析】首先对球受力分析，明确小球受重力、弹性轻绳的拉力、支持力和摩擦力，水平方向平衡；再根据胡克定律得到支持力和摩擦力不变；然后结合动能定理列式分析即可。
11．（2025·湖北模拟）有同学利用如图所示的装置来探究两个互成角度的力的合成规律：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮和，将绳子打一个结点，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力和，回答下列问题：
（1）改变钩码个数，实验可能完成的是___________（填标号）。
A．钩码的个数 B．钩码的个数
C．钩码的个数 D．钩码的个数
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是___________（填标号）。
A．标记结点的位置，并记录三段绳子的方向
B．量出三段绳子的长度
C．用量角器量出三段绳子之间的夹角
D．用天平测出钩码的质量
（3）在作图时，你认为 （填“甲”或“乙”）是正确的。
【答案】（1）C；D
（2）A
（3）甲
【知识点】验证力的平行四边形定则；力的合成与分解的运用
【解析】【解答】本题考查了“等效法”的应用和平行四边形定则等基础知识，合力与分力的效果等效。
（1）实验中的分力与合力的关系必须满足
CD正确。
故选CD。
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点的位置，并记录三段绳子的方向，从而确定三个力的大小和方向。故选A。
（3）F3的方向一定竖直向下，由于测量误差F1和F2的合力方向可能偏离竖直方向，所以甲是正确的。
【分析】（1）O点受三个力处于平衡状态，其中一个力大小与另外两个力的合力等大反向，根据该规律判断哪组实验能够成功；
（2）为验证平行四边形，必须通过作图求合力，所以要记录三力平衡的交点、力的大小（钩码的个数）与力的方向。
（3）F3的方向沿着重力的方向，一定竖直向下。
（1）实验中的分力与合力的关系必须满足：，CD正确。
故选CD。
（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点的位置，并记录三段绳子的方向，从而确定三个力的大小和方向。故选A。
（3）F3的方向一定竖直向下，由于测量误差F1和F2的合力方向可能偏离竖直方向，所以甲是正确的。
12．（2025·湖北模拟）多用电表在科研和生活中有着广泛的用途，例如探测黑箱内的电学元件，如图甲所示是黑箱上的三个接线柱，两个接线柱之间最多只能接一个元件，黑箱内所接的元件不超过两个，某实验小组进行了以下操作步骤：
①用直流电压挡测量：、、三点间均无电压。
②改用欧姆挡测量：、间正反接阻值不变。
③用欧姆挡测量：黑表笔接、红表笔接时测得的阻值较小，反接时测得的阻值较大。
④用欧姆挡测量：黑表笔接、红表笔接测得阻值比黑表笔接、红表笔接时测得的阻值大。
(1)上述第①步操作中说明了： 。
(2)多用电表调至欧姆挡，在正式测量电阻前需要进行的实验操作是 。
(3)该小组选择了“”挡正确操作后，第②步实验操作测得的示数如图乙所示，则阻值为 。
(4)请在图甲中画出黑箱内的元件及正确的接法。
(5)该实验小组选择了多用电表的某个功能挡和电阻箱来测量电源的电动势和内阻，作出图像如图丙所示（图中单位均采用国际单位制中单位），则该电源的电动势 ，内阻 ，实验中测量的电动势 （选填“大于”“等于”或“小于”）电源真实的电动势。
【答案】黑箱内的电学元件中没有电源；欧姆调零；2200；；1.5；2.5；等于
【知识点】电压表、电流表欧姆表等电表的读数
【解析】【分析】本题考查了用多用电表研究黑箱问题，关键要知道一些特殊元件的特殊性质，比如，二极管的正向导通、反向截止的特性，能根据已知信息，作出判断。
【解答】(1)步骤①中用直流电压挡测量，、、三点间均无电压说明黑箱内的电学元件中没有电源。
(2)多用电表调至欧姆挡，在正式测量电阻前需要进行的实验操作是欧姆调零。
(3)由题图可知，在20～30之间有5个小格，则每一个小格为2，该电阻的读数为
(4)用欧姆挡测量，、间正反接阻值不变，可知与之间为一个定值电阻；用欧姆挡测量，黑表笔接、红表笔接时测得的阻值较小，反接时测得的阻值较大，说明与之间是一个二极管；结合二极管的特性可知，接二极管的正极；用欧姆挡测量，黑表笔接、红表笔接测得阻值比黑表笔接、红表笔接时测得的阻值大，则说明与之间比与之间多一个电阻。综合以上的分析可知，黑箱内的电学元件可能是一个定值电阻和一个二极管，电路的结构如图所示。
(5)由，变形为：
根据图像斜率和截距的意义应有
，，
可得。结合图像可知，多用电表使用的是电流表的功能，由于多用电表存在内阻，由闭合电路欧姆定律得
则
可见多用电表的内阻对的测量结果没有影响。
【分析】（1）电压表可以测量电路中的电压值；
（2）欧姆表可以测量两点之间的电阻值；欧姆表测量前需进行欧姆调零．
（3）欧姆表的读数的方法是先读出表盘的刻度，然后再乘以倍率；
（4）二极管具有单向导电性，据此可知A、B间接的是二极管．A、C间应是R1、R2并联，二极管处于正向导通状态．由此分析即可．
（5）根据闭合电路欧姆定律写出R与的函数表达式，然后根据斜率和截距的概念即可求解．
13．（2025·湖北模拟）导热性能良好、内壁光滑的汽缸开口竖直向上放置，其上端口装有固定卡环，如图1所示。质量、横截面积的活塞将一定质量的理想气体封闭在缸内。现缓慢升高环境温度，气体从状态A变化到状态的图像如图2所示，已知大气压强，重力加速度。求：
（1）状态时气体的压强；
（2）气体从A到的过程中气体内能增加了，则这一过程中气体吸收的热量是多少？
【答案】（1）解：A状态气体压强为
由变化到，根据查理定律有
又由于
解得
（2）解：从A到为等压过程，外界对气体做功为
根据热力学第一定律有
解得
【知识点】热力学第一定律及其应用；气体的等容变化及查理定律
【解析】【分析】（1）根据题意得出气体的状态参量，结合等容变化的特点得出气体的压强；
（2）根据气体做功的计算公式，结合热力学第一定律分析出气体吸收的热量 。
（1）A状态气体压强为
由变化到，根据查理定律有
又由于
解得
（2）从A到为等压过程，外界对气体做功为
根据热力学第一定律有
解得
14．（2025·湖北模拟）某课外活动小组设计出某款游戏装置，其简化图如图甲所示，该装置包括轻质弹射器、光滑的竖直圆轨道且在圆形轨道内部存在竖直向下、大小为的匀强电场、平直轨道，其中点左侧平直轨道以及弹射器内壁均是光滑的，右侧平直轨道是粗糙的，且滑块1、2（均可视为质点）与水平轨道之间的动摩擦因数均为，圆轨道的半径，与轨道平滑连接。现缓慢向左推动质量的滑块1，其受到的弹力随压缩量的变化关系如图乙所示，压缩量为时，弹射器被锁定。某时刻解除锁定，滑块1被弹出后，与静置于点、质量，带电荷量为的滑块2发生碰撞并粘合为一体，不计空气阻力，假设在运动过程中滑块所带电荷量保持不变，重力加速度。
（1）求弹射器被锁定时具有的弹性势能大小及碰后粘合体的速度；
（2）若粘合体恰好通过圆轨道的最高点，求粘合体通过圆轨道最低点时受到的支持力大小；
（3）要使粘合体能进入圆轨道运动且不脱离轨道，求平直轨道段的长度范围。
【答案】（1）解：弹力与压缩量的图像与横轴围成的面积表示克服弹力做功
由功能关系得弹簧储存的弹性势能为
对物块1，由能量守恒定律得
解得滑块1被弹出后的速度
滑块1与2发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律得
解得碰撞后粘合体的速度
（2）解：粘合体恰好通过最高点，根据牛顿第二定律可得
解得
粘合体从点到最高点过程由动能定理可得
解得
在点，对粘合体由牛顿第二定律可得
解得
（3）解：要使滑块能进入圆轨道运动，则至少能够到达点，有
解得
①若粘合体沿圆弧轨道到达与圆心等高处时速度为零，粘合体同样不会脱离轨道，则对全程由动能定理可得
解得
②粘合体能通过最高点，由（2）中可知到达最高点的最小速度，即到达点的速度应大于等于，对从碰后至到达最高点过程，由动能定理可得
解得
综上所述，要使碰后粘合体不脱离轨道，轨道长度范围为或。
【知识点】碰撞模型；带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【分析】（1）弹力与压缩量的图像与横轴围成的面积表示克服弹力做功，滑块1与2发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律求解；
（2）粘合体恰好通过最高点，合力提供向心力，求解速度，粘合体从点到最高点过程由动能定理以及牛顿第二定律求解受到的支持力大小；
（3）粘合体同样不会脱离轨道有两两种情况：①粘合体沿圆弧轨道到达与圆心等高处时速度为零；②粘合体能通过最高点，由（2）中可知到达最高点的最小速度。
（1）弹力与压缩量的图像与横轴围成的面积表示克服弹力做功
由功能关系得弹簧储存的弹性势能为
对物块1，由能量守恒定律得
解得滑块1被弹出后的速度
滑块1与2发生完全非弹性碰撞，由动量守恒定律得
解得碰撞后粘合体的速度
（2）粘合体恰好通过最高点，根据牛顿第二定律可得
解得
粘合体从点到最高点过程由动能定理可得
解得
在点，对粘合体由牛顿第二定律可得
解得
（3）要使滑块能进入圆轨道运动，则至少能够到达点，有
解得
①若粘合体沿圆弧轨道到达与圆心等高处时速度为零，粘合体同样不会脱离轨道，则对全程由动能定理可得
解得
②粘合体能通过最高点，由（2）中可知到达最高点的最小速度，即到达点的速度应大于等于，对从碰后至到达最高点过程，由动能定理可得
解得
综上所述，要使碰后粘合体不脱离轨道，轨道长度范围为或。
15．（2025·湖北模拟）如图所示，有一匝数匝、内阻、横截面积的螺线管线圈内存在垂直线圈平面向上的匀强磁场，磁感应强度随时间变化的规律为，线圈左侧有电容为的超级电容器，平行倾斜金属导轨可通过单刀双掷开关分别与线圈和电容器相连，倾斜导轨与水平金属导轨间通过一小段光滑绝缘圆弧平滑连接。已知倾斜导轨的倾角，倾斜导轨和水平导轨间距均为，倾斜导轨内存在垂直导轨平面向上、磁感应强度的匀强磁场，水平导轨区域内存在方向竖直向上、宽度为、磁感应强度为的匀强磁场，磁场边界与导轨垂直。现将开关接1，将一电阻不计、质量的金属杆垂直倾斜导轨放在磁场边界下方某处，金属杆处于静止状态。然后将开关接2，金属杆由静止开始下滑，当滑到底端时速度为，此后进入较长的光滑水平导轨，与磁场边界左侧的“工”字型联杆发生弹性碰撞，随后联杆向左运动穿过磁场区域。已知金属杆与倾斜导轨间动摩擦因数，金属杆、长度均为、质量均为、电阻均为，与金属杆垂直的绝缘轻杆长度也为、质量不计。已知金属杆始终与导轨良好接触，导轨电阻不计，忽略磁场的边界效应，重力加速度取，求：
（1）当开关接1时，金属杆所受的摩擦力大小；
（2）当开关接2时，金属杆从初始位置运动到倾斜导轨底端的位移；
（3）与联杆相碰后，联杆穿过磁场区域过程中，杆上产生的焦耳热？
【答案】（1）解：当开关打到接头1时，由法拉第电磁感应定律，可知
感应电流
根据受力平衡列平衡方程
代入可得
（2）解：当开关打到接头2时，对金属杆受力分析可知
杆与电容器构成闭合回路，电流
联立求得杆做匀加速运动，加速度
杆运动至底端，根据匀变速直线运动规律有
可得
（3）解：杆与联动装置发生弹性碰撞，由动量守恒和能量守恒可知其交换速度，故碰后杆静止，联杆速度变为
①当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，外电路短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热。对杆列动量定理
得
由此得杆产生的焦耳热
②当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，被短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热，杆不发热。
所以整个过程中杆产生的焦耳热
。
【知识点】电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】（1）当开关打到接头1时，由法拉第电磁感应定律求解电动势，根据受力平衡列平衡方程求解摩擦力大小；
（2）对金属杆受力分析求解加速度，根据电流定义式结合匀变速直线运动规律求解；
（3）杆与联动装置发生弹性碰撞，由于质量相等，交换速度，分析运动过程，根据动量定理求解速度，根据能量守恒定律求解杆产生的焦耳热。
（1）当开关打到接头1时，由法拉第电磁感应定律，可知
感应电流
根据受力平衡列平衡方程
代入可得
（2）当开关打到接头2时，对金属杆受力分析可知
杆与电容器构成闭合回路，电流
联立求得杆做匀加速运动，加速度
杆运动至底端，根据匀变速直线运动规律有
可得
（3）杆与联动装置发生弹性碰撞，由动量守恒和能量守恒可知其交换速度，故碰后杆静止，联杆速度变为
①当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，外电路短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热。对杆列动量定理
得
由此得杆产生的焦耳热
②当杆从运动到过程，杆为电源，和并联构成外电路，由于电阻不计，被短路，电路中产生的电能全部转化为杆的焦耳热，杆不发热。
所以整个过程中杆产生的焦耳热。
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