本刊編輯部整理

一、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度

【例1】(多選)在邊長(zhǎng)為l的正方體的8個(gè)頂點(diǎn)上分別放置點(diǎn)電荷，電荷量的分布情況如圖1所示。下列關(guān)于正方體的體心O和上表面中心P的電場(chǎng)強(qiáng)度說(shuō)法正確的是

圖1

( )

C

【答案】BD

【命題意圖】本題以空間分布的點(diǎn)電荷為情境，考查內(nèi)容涉及庫(kù)侖定律、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)的疊加原理等必備知識(shí)，側(cè)重考查學(xué)生的理解能力和推理能力，體現(xiàn)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中物理觀念和科學(xué)思維的3級(jí)水平。

【解析】將頂點(diǎn)A1處的點(diǎn)電荷+2q視為兩個(gè)電荷量為+q的點(diǎn)電荷的疊加，其中一個(gè)點(diǎn)電荷與其余7個(gè)頂點(diǎn)的點(diǎn)電荷構(gòu)成的空間電場(chǎng)根據(jù)對(duì)稱性易知在O點(diǎn)與P點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)為零，因此P、O兩點(diǎn)的電場(chǎng)實(shí)際上相當(dāng)于只在A1處放置一個(gè)帶電荷量為+q的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，根據(jù)庫(kù)侖定律與幾何知識(shí)可得正確答案為BD。

D

B

A

【作者單位 姓名】福建師范大學(xué)附屬中學(xué) 李明哲

二、導(dǎo)體棒切割磁感線

【例2】(多選)如圖2，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定，所在平面與水平面夾角為θ，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)。虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直，在ab與cd之間的區(qū)域存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌所在平面向上。將兩根相同的導(dǎo)體棒PQ、MN先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放，兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。已知PQ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零，從PQ進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到MN離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橹?，下列關(guān)于MN兩端電勢(shì)差隨時(shí)間變化的圖像可能正確的是

圖2

( )

【答案】BD

【命題意圖】本題以勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的“雙桿”運(yùn)動(dòng)為情境，考查內(nèi)容涉及電勢(shì)差、閉合電路的歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律等必備知識(shí)，側(cè)重考查學(xué)生的推理論證能力和識(shí)圖用圖能力，對(duì)學(xué)生的綜合能力要求較高，體現(xiàn)了學(xué)業(yè)質(zhì)量水平中科學(xué)思維的4級(jí)水平。

【解析】根據(jù)題述，PQ進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零，兩導(dǎo)體棒從同一位置釋放，則兩導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度相同，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等，若釋放兩導(dǎo)體棒的時(shí)間間隔足夠長(zhǎng)，在PQ通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域一段時(shí)間后MN進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律可判斷回路中電動(dòng)勢(shì)保持不變，且UMN>0，B可能正確；若釋放兩導(dǎo)體棒的時(shí)間間隔較短，在PQ沒(méi)有出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)MN就進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，則兩棒在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)回路中磁通量不變，兩棒不受安培力作用，二者在磁場(chǎng)中做勻加速運(yùn)動(dòng)，棒兩端的電勢(shì)差等于其切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)E=BLv可知電勢(shì)差將隨時(shí)間均勻增大，且仍有UMN>0。PQ出磁場(chǎng)后，MN切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，且MN所受的安培力一定大于MN所受的重力沿導(dǎo)軌平面方向的分力，MN將做變減速運(yùn)動(dòng)，UMN將減小，所以UMN隨時(shí)間變化的圖像可能是D。

【作者單位 姓名】福建師范大學(xué)附屬中學(xué) 李明哲

三、胡克定律與受力分析

【例3】(多選)半徑為R的光滑大圓環(huán)固定在豎直面內(nèi)，A、B為大圓環(huán)豎直直徑的上下兩個(gè)端點(diǎn)，輕質(zhì)彈簧一端系著一個(gè)小圓環(huán)，小圓環(huán)套在大圓環(huán)上并可自由移動(dòng)。當(dāng)彈簧一端固定在B點(diǎn)時(shí)，小圓環(huán)恰好可以在C點(diǎn)保持靜止，BC與豎直方向夾角為60°。當(dāng)彈簧一端固定于A點(diǎn)時(shí)，小圓環(huán)仍可在C點(diǎn)保持靜止，則

( )

圖3

A.兩次平衡，大圓環(huán)對(duì)小圓環(huán)的作用力大小相等

B.兩次平衡，大圓環(huán)對(duì)小圓環(huán)的作用力方向相同

【答案】AC

【命題意圖】本題構(gòu)建了“輕質(zhì)彈簧-小圓環(huán)”在大圓環(huán)中的兩個(gè)平衡情境，要求學(xué)生運(yùn)用受力分析、胡克定律、力的平衡條件等必備知識(shí)解決問(wèn)題，側(cè)重考查學(xué)生的推理論證能力，體現(xiàn)了學(xué)業(yè)質(zhì)量水平中科學(xué)思維的3級(jí)水平。

【作者單位 姓名】福建師范大學(xué)附屬中學(xué) 李明哲

【例4】(多選)2021年9月22日，第十四屆全運(yùn)會(huì)射箭比賽在長(zhǎng)安常寧生態(tài)體育訓(xùn)練比賽基地拉開(kāi)大幕，圖4是上海隊(duì)奧運(yùn)選手吳佳欣比賽時(shí)的射箭場(chǎng)景，她發(fā)揮出色奪得此屆全運(yùn)會(huì)首枚射箭金牌。為了探究射箭用到的物理知識(shí)，某校物理課外興趣小組動(dòng)手制作了弓箭模型，示意圖如圖5。弓的頂部跨度為0.6 m，且保持不變，箭在弦的正中間，弦?jiàn)A在類似動(dòng)滑輪的附加裝置上，弦的彈力均勻且彈性良好，弦的彈力滿足胡克定律，其自由長(zhǎng)度為0.6 m，弦的勁度系數(shù)為200 N/m，則下列說(shuō)法正確的是

圖4

圖5

( )

A.人將弦拉得越緊，弦的拉力越大，箭所受的合力不變

B.箭被發(fā)射前所受的合力一定大于零

C.若發(fā)射箭時(shí)弦的長(zhǎng)度為1 m，則箭發(fā)射瞬間所受彈力為108 N

【答案】AD

【命題意圖】本題考查胡克定律、平衡問(wèn)題的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題。

【作者單位 姓名】湖南省湘陰縣第一中學(xué) 楊宗禮

四、探究性實(shí)驗(yàn)

【例5】圖6所示是無(wú)線話筒中常用的一種電池，某同學(xué)測(cè)量該電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻(內(nèi)阻約為25 Ω)，所有能使用的器材有：電流表A(量程為200 μA，內(nèi)阻為500 Ω)，電阻箱R1(最大阻值為9 999.9 Ω)，電阻箱R2(最大阻值為99 999.9 Ω)，開(kāi)關(guān)S和若干導(dǎo)線。

圖6

(1)由于電流表的量程太小，需將電流表改裝成量程為9 V的電壓表，則電流表應(yīng)與電阻箱________(選填“R1并聯(lián)”“R1串聯(lián)”“R2并聯(lián)”或“R2串聯(lián)”)，并將該電阻箱的阻值調(diào)為_(kāi)_______Ω。

(2)請(qǐng)?jiān)趫D7方框內(nèi)畫(huà)出測(cè)量電路圖(需要將R1、R2標(biāo)注區(qū)分)。

圖7

圖8

【答案】(1)R2串聯(lián) 44 500

(2)如圖9所示

圖9

(3)8.7(8.5～8.8均得分)

【命題意圖】本題以測(cè)量“9 V電池”的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)為情境，考查“電流表改裝成電壓表”“電路設(shè)計(jì)”“利用圖像處理數(shù)據(jù)”等實(shí)驗(yàn)操作要求，達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)驗(yàn)探究的3級(jí)水平。本題考查實(shí)驗(yàn)探究能力，屬于基礎(chǔ)性試題，難度中等。

(2)改裝后的電流表可當(dāng)作電壓表，與另一個(gè)電阻箱R1可采用“伏阻法”進(jìn)行測(cè)量。

其中U=I(RA+R2)=45 000I

解得E=8.7 V

【作者單位 姓名】福建師范大學(xué)附屬中學(xué) 李明哲

五、法拉第電磁感應(yīng)

【例6】下圖10為某高中學(xué)生在進(jìn)行一場(chǎng)特殊的跳繩運(yùn)動(dòng)。使用的跳繩是一根30米左右的導(dǎo)線，導(dǎo)線的兩端分別連接在一個(gè)靈敏電流計(jì)(零刻度在表盤中央)的兩個(gè)接線柱上，形成閉合回路。兩個(gè)搖繩的同學(xué)分別在東西方向面對(duì)面站立，手保持離地約1米高度且以每分鐘120次的速度勻速搖繩，繩子上的O點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中離地最高約2米。同學(xué)們通過(guò)手機(jī)查到學(xué)校位于北緯26.3°，地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度約為4.5×10-5T，方向與水平地面約成37°向下，則下列說(shuō)法正確的是

圖10

( )

圖12

A.根據(jù)圖10上的信息，在跳繩過(guò)程中，導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電流是交變電流

B.如果按圖11的導(dǎo)線的連接方式，站在東西方向上搖繩，也能觀察到明顯的電磁感應(yīng)現(xiàn)象

圖11

C.跳繩過(guò)程中，當(dāng)導(dǎo)線上的O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到離地1米處時(shí)，跳繩中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大

D.如跳繩在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在O點(diǎn)左右共取10 cm分析(可近似看成直線)，則該段跳繩產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)約為5.5×10-5V

【答案】AD

【命題意圖】本題考查物理模型建構(gòu)能力、地磁場(chǎng)的分布情況、右手定則的應(yīng)用，以及法拉第電磁感應(yīng)定律的相關(guān)計(jì)算。