北京市海淀區(qū)2024屆高三上學(xué)期物理期末考試

更新時(shí)間：2024-03-15 瀏覽次數(shù)：13 類型：期末考試

一、單選題（本部分共10題，每題3分，共30分。在每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的題只有一個(gè)選項(xiàng)是正確的，有的題有多個(gè)選項(xiàng)是正確的。全部選對(duì)的得3分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分。把正確的答案填涂在答題紙上。）

1. (2024高三上·海淀期末) 圖中實(shí)線表示某靜電場的電場線，虛線表示該電場的等勢面。A、B兩點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小分別為 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，電勢分別為 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 。下列說法正確的是（）

A . $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$

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2. (2024高三上·海淀期末) 將一個(gè)不帶電的空腔導(dǎo)體放入勻強(qiáng)電場中，達(dá)到靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體外部電場線分布如圖所示。W為導(dǎo)體殼壁，A、B為空腔內(nèi)兩點(diǎn)。下列說法正確的是（）

A . 導(dǎo)體殼壁W的外表面和內(nèi)表面感應(yīng)出等量的異種電荷 B . 空腔導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷在B點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)為零 C . 空腔內(nèi)的電場強(qiáng)度為零 D . 空腔內(nèi)A點(diǎn)的電勢高于B點(diǎn)的電勢

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3. (2024高三上·海淀期末) 如圖所示，彈簧上端固定，下端懸掛一個(gè)磁鐵，在磁鐵正下方有一個(gè)固定在水平桌面上的閉合銅質(zhì)線圈。將磁鐵豎直向下拉至某一位置后放開，磁鐵開始上下振動(dòng)。下列說法正確的是（）

A . 磁鐵振動(dòng)過程中，線圈中電流的方向保持不變 B . 磁鐵振動(dòng)過程中，線圈對(duì)桌面的壓力始終大于線圈的重力 C . 磁鐵振動(dòng)過程中，彈簧和磁鐵組成系統(tǒng)的機(jī)械能一直減小 D . 磁鐵靠近線圈時(shí)，線圈有收縮的趨勢

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4. (2024高三上·海淀期末) 在豎直方向的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一個(gè)100匝、面積為 $\text{[math]}$ 的圓形導(dǎo)體線圈。規(guī)定線圈中電流和磁場的正方向如圖甲所示。磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖乙變化，下列說法正確的是（）

A . 0～0.4s內(nèi)線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)檎?/span> B . 0.4～0.5s內(nèi)線圈中的感應(yīng)電流在軸線處的磁場方向向下 C . 0.4～0.5s內(nèi)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小為4V D . 0～0.4s內(nèi)與0.4～0.5s內(nèi)線圈中的感應(yīng)電流大小之比為1：8

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5. (2024高三上·海淀期末) 圖是街頭變壓器通過降壓給用戶供電的示意圖。變壓器的輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時(shí)輸入電壓不會(huì)有大的波動(dòng)。輸出電壓通過輸電線輸送給用戶，輸電線的總電阻用 $\text{[math]}$ 表示，變阻器R代表用戶用電器的總電阻，當(dāng)用電器增加時(shí)，相當(dāng)于R的阻值減小。如果變壓器上的能量損失可以忽略，當(dāng)用戶的用電器增加時(shí)，下列說法正確的是（）

A . 電壓表 $\text{[math]}$ 的示數(shù)減小 B . 電壓表 $\text{[math]}$ 的示數(shù)增大 C . 電流表 $\text{[math]}$ 的示數(shù)減小 D . 電流表 $\text{[math]}$ 的示數(shù)增大

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6. (2024高三上·海淀期末) 某同學(xué)用如圖所示的電路，借助電流傳感器研究不同元件通電時(shí)的電流變化情況，實(shí)驗(yàn)室提供的元件有小燈泡、定值電阻、電感線圈和電容器。 $\text{[math]}$ 時(shí)刻閉合開關(guān)S，測得通過不同元件的電流隨時(shí)間變化的圖像如圖所示，下列說法正確的是（）

A . 圖甲對(duì)應(yīng)的元件為小燈泡 B . 圖乙對(duì)應(yīng)的元件為定值電阻 C . 圖丙對(duì)應(yīng)的元件為電感線圈 D . 圖丁對(duì)應(yīng)的元件為電容器

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7. (2024高三上·海淀期末) 有甲、乙兩個(gè)電源，其路端電壓U與通過電源的電流I的關(guān)系圖像如圖所示。將一個(gè)6Ω的定值電阻分別與甲、乙電源的兩極相接，下列說法正確的是（）

A . 接電源乙時(shí)，路端電壓較大 B . 接電源甲時(shí)，電路的總功率較大 C . 接電源甲時(shí)，定值電阻消耗的功率較大 D . 接電源乙時(shí)，電源的效率較高

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8. (2024高三上·海淀期末) 某靜電場的電勢φ在x軸上的分布如圖所示，B、C是x軸上關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)O對(duì)稱的兩點(diǎn)。一個(gè)帶負(fù)電的粒子僅在電場力作用下，以O(shè)點(diǎn)為中心、沿x軸方向在B、C兩點(diǎn)間做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下列說法正確的是（）

A . 從B運(yùn)動(dòng)到C的過程中，電場力先做正功，后做負(fù)功 B . 從B運(yùn)動(dòng)到O的過程中，粒子的加速度先減小后增大 C . 粒子在O點(diǎn)的電勢能最小 D . 粒子的運(yùn)動(dòng)是簡諧運(yùn)動(dòng)

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9. (2024高三上·海淀期末) 如圖所示，兩平行極板水平放置，兩板間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直向下的勻強(qiáng)電場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 $\text{[math]}$ 。一束質(zhì)量均為 $\text{[math]}$ 、電荷量均為 $\text{[math]}$ 的粒子，以不同速率沿著兩板中軸線 $\text{[math]}$ 方向進(jìn)入板間后，速率為 $\text{[math]}$ 的甲粒子恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)；速率為 $\text{[math]}$ 的乙粒子在板間的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中曲線所示，A為乙粒子第一次到達(dá)軌跡最低點(diǎn)的位置，乙粒子全程速率在 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 之間變化。研究一般的曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可將曲線分割成許多很短的小段，這樣質(zhì)點(diǎn)在每一小段的運(yùn)動(dòng)都可以看做圓周運(yùn)動(dòng)的一部分，采用圓周運(yùn)動(dòng)的分析方法來處理。不計(jì)粒子受到的重力及粒子間的相互作用，下列說法正確的是（）

A . 兩板間電場強(qiáng)度的大小為 $\text{[math]}$ B . 乙粒子從進(jìn)入板間運(yùn)動(dòng)至A位置的過程中，在水平方向上做加速運(yùn)動(dòng) C . 乙粒子偏離中軸線的最遠(yuǎn)距離為 $\text{[math]}$ D . 乙粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡在A處對(duì)應(yīng)圓周的半徑為 $\text{[math]}$

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10. (2024高三上·海淀期末) 核聚變需要的溫度很高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度，但可以利用磁場來約束參與聚變反應(yīng)的高溫等離子體。等離子體由大量的正離子和電子組成，是良好的導(dǎo)體。圖甲是一種設(shè)計(jì)方案：變壓器的原線圈通過開關(guān)與充電后的高壓電容器相連（圖中未畫出），充入等離子體熱核燃料的環(huán)形反應(yīng)室作為變壓器的副線圈。從環(huán)形反應(yīng)室中取一小段（可看作圓柱體）來研究，如圖乙所示。閉合開關(guān)，高壓電容器放電，等離子體會(huì)定向運(yùn)動(dòng)形成如圖乙所示的電流，產(chǎn)生類似通電直導(dǎo)線周圍的磁場，不但圓柱體外有磁場，而且圓柱體內(nèi)也有繞行方向相同的磁場。下列說法正確的是（）

A . 閉合開關(guān)，環(huán)形反應(yīng)室中會(huì)產(chǎn)生電場 B . 本裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體的加熱作用，是由于洛倫茲力做了功 C . 從左向右看，圖乙中圓柱體外的磁感線沿逆時(shí)針方向 D . 圖乙所示圓柱體內(nèi)，正離子、電子由于定向移動(dòng)受到的洛倫茲力都指向圓柱體的內(nèi)部

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二、綜合題：本部分共8題，共70分。

11. (2024高三上·海淀期末) 甲、乙兩同學(xué)分別通過如下實(shí)驗(yàn)研究測量電阻的不同實(shí)驗(yàn)方案。
1. （1）甲同學(xué)用圖所示電路測量阻值約為6Ω的電阻 $\text{[math]}$ ，可選用的器材有：
  A.電壓表（量程0～3V，內(nèi)阻約3kΩ）
  B.電流表（量程0～3A，內(nèi)阻約0.02Ω）
  C.電流表（量程0～0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω）
  D.滑動(dòng)變阻器（0～5Ω）
  E.滑動(dòng)變阻器（0～200Ω）
  F.電源（電動(dòng)勢為4.5V）及開關(guān)和導(dǎo)線若干
  ①為了調(diào)節(jié)方便、測量準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)選擇，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇。（選填實(shí)驗(yàn)器材前的字母）
  ②請(qǐng)用筆畫線表示導(dǎo)線，在圖中完成電路連接。
  ③若只考慮電流表和電壓表內(nèi)阻的影響，關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的誤差分析，下列說法正確的是。
  A.電阻的測量值大于真實(shí)值，屬于偶然誤差
  B.電阻的測量值小于真實(shí)值，屬于偶然誤差
  C.電阻的測量值大于真實(shí)值，屬于系統(tǒng)誤差
  D.電阻的測量值小于真實(shí)值，屬于系統(tǒng)誤差
2. （2）乙同學(xué)用圖所示電路測量另一個(gè)電阻 $\text{[math]}$ 。
  ①電路連好后，閉合開關(guān)，無論如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)且?guī)缀醪蛔儯娏鞅硎冀K沒有示數(shù)。若電路中僅有一處故障，則可能的故障是。
  A.滑動(dòng)變阻器短路
  B.滑動(dòng)變阻器斷路
  C.待測電阻 $\text{[math]}$ 與電流表A之間的導(dǎo)線斷路
  ②故障解決后，乙同學(xué)研究電壓表示數(shù)U和滑動(dòng)變阻器連入電路中阻值R的關(guān)系。若待測電阻、電流表內(nèi)阻、電壓表內(nèi)阻、電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻都保持不變，圖中可以正確反映U-R關(guān)系的示意圖是。
  A. B. C. D.
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12. (2024高三上·海淀期末) 圖所示為“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)電路，其中 $\text{[math]}$ 為電源， $\text{[math]}$ 為電容器， $\text{[math]}$ 為定值電阻，S為單刀雙擲開關(guān)，電流表A的零刻線在中央。
1. （1）開關(guān)S接1時(shí)，給電容器充電；開關(guān)接2時(shí)，電容器對(duì)電阻 $\text{[math]}$ 放電。下列說法正確的是____。
  
  A . 充電過程中，電壓表示數(shù)先迅速增大，然后逐漸增大并穩(wěn)定在某一數(shù)值 B . 充電過程中，電流表示數(shù)先迅速增大，然后逐漸增大并穩(wěn)定在某一數(shù)值 C . 放電過程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零 D . 放電過程中，電流表中的電流方向從左到右
2. （2）用上述電路還可以粗測電容器的電容：開關(guān)S接1，給電容器充電；一段時(shí)間后開關(guān)S接0，記下此瞬間電壓表的示數(shù)，并以此時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，利用手機(jī)的秒表功能，電壓表示數(shù)U每減小1V或0.5V記錄一次對(duì)應(yīng)的時(shí)間t。
  實(shí)驗(yàn)中，所用電壓表的量程為15V，內(nèi)阻為15kΩ。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)已描繪在圖17所示的U-t圖中，則可知該電容器的電容值約是μF。
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13. (2024高三上·海淀期末) 如圖所示，質(zhì)量為m、電荷量為q粒子，從容器A下方的小孔 $\text{[math]}$ 飄入 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 之間的加速電場，其初速度可視為0，加速后經(jīng)小孔 $\text{[math]}$ 以速度v沿與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后垂直打到照相底片上的D點(diǎn)。不計(jì)粒子所受的重力，求：
1. （1）加速電場的電勢差U。
2. （2） $\text{[math]}$ 到D點(diǎn)的距離L。
3. （3）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t。
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14. (2024高三上·海淀期末) 圖為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO＇勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω＝50rad/s，線圈的匝數(shù)n＝100、總電阻r＝10Ω，線圈圍成的面積 $\text{[math]}$ 。線圈兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接，電阻R＝90Ω，交流電壓表可視為理想電表。已知磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2T，圖示位置矩形線圈和磁感線平行。
1. （1）從圖示位置開始計(jì)時(shí)，寫出通過矩形線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的關(guān)系式；
2. （2）求電路中交流電壓表的示數(shù)U；（取 $\text{[math]}$ ）
3. （3）線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，求通過電阻R的電荷量q。
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15. (2024高三上·海淀期末) 近年來，垂直起降作為一種可重復(fù)使用火箭的技術(shù)得到了大力發(fā)展。某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)具有電磁緩沖功能的火箭模型，結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。閉合矩形線圈abcd固定在主體下部，線圈的總電阻為R，匝數(shù)為n，ab邊長為L。模型外側(cè)安裝有由高強(qiáng)度絕緣材料制成的緩沖槽，槽中有垂直于線圈平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場。假設(shè)模型以速度 $\text{[math]}$ 與地面碰撞后，緩沖槽立即停止，此后主體在線圈與緩沖槽內(nèi)磁場的作用下減速，從而實(shí)現(xiàn)緩沖。已知主體與線圈總質(zhì)量為m，重力加速度為g，不計(jì)摩擦和空氣阻力。
1. （1）求線圈中感應(yīng)電流的最大值并說明ab邊中電流的方向。
2. （2）當(dāng)主體減速下落的加速度大小為 $\text{[math]}$ 時(shí)，求線圈中的發(fā)熱功率P。
3. （3）已知緩沖槽停止后主體下落距離為h時(shí)，主體速度減為 $\text{[math]}$ ，此時(shí)主體和緩沖槽未相碰，求該過程中線圈產(chǎn)生的熱量Q。
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16. (2024高三上·海淀期末) 比較是一種重要的學(xué)習(xí)方法，通過比較可以加深對(duì)知識(shí)的理解。電場和磁場有相似的地方，也有很多的不同。（注意：解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量，要在解題時(shí)做必要的說明）
1. （1）電場的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的電荷有力的作用，磁場的基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的磁體、通電導(dǎo)線和運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用。請(qǐng)寫出電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式。
2. （2）電荷在電場和磁場中受力的特點(diǎn)不同，導(dǎo)致電荷運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同。如圖所示，M、N是一對(duì)平行金屬板，板長為L，板間距離為d。一帶電粒子從M、N左側(cè)中央以平行于極板的速度 $\text{[math]}$ 射入。若僅在M、N板加恒定電壓，則粒子恰好從M板右側(cè)邊沿以速率 $\text{[math]}$ 射出，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 $\text{[math]}$ ；若僅在M、N板間加垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，則粒子恰好從N板右側(cè)邊沿以速率 $\text{[math]}$ 射出，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 $\text{[math]}$ 。不計(jì)粒子受到的重力。
  ①可知 $\text{[math]}$ _？ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ？ $\text{[math]}$ 。（選填“大于”“小于”或“等于”）
  ②若M、N板間同時(shí)存在上述電場和磁場，請(qǐng)通過計(jì)算說明該帶電粒子能否在M、N板間做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
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17. (2024高三上·海淀期末) 核電站正常工作時(shí)，使液態(tài)金屬鈉在核反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，可把核裂變釋放的能量傳輸出去，用于發(fā)電。某校綜合實(shí)踐小組設(shè)計(jì)了一個(gè)項(xiàng)目：通過安培力驅(qū)動(dòng)輸送液態(tài)鈉的裝置。如圖所示是輸送液態(tài)鈉的絕緣管道，液態(tài)鈉的電阻率為ρ（不計(jì)溫度、壓力對(duì)電阻率的影響），正方形管道截面的邊長為a，在輸送管道上有驅(qū)動(dòng)模塊和測量模塊。驅(qū)動(dòng)模塊：在管道上長為L的部分施加垂直于管道、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 $\text{[math]}$ 的勻強(qiáng)磁場，在管道的上下兩側(cè)分別安裝電極，并通以大小為I的電流。測量模塊：在管道的上下兩端安裝電極M、N，M、N兩極連接由電壓表（圖中未畫出）改裝的流量計(jì)（單位時(shí)間通過管道橫截面的液體體積叫做流量），施加垂直于管道、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 $\text{[math]}$ 的勻強(qiáng)磁場。當(dāng)裝置工作時(shí)，液態(tài)鈉充滿管道并沿管道勻速流動(dòng)。
1. （1）關(guān)于測量模塊
  ①比較M和N端電勢的高低。
  ②推導(dǎo)流量Q和M、N兩端電壓U的關(guān)系式。
2. （2）關(guān)于驅(qū)動(dòng)模塊
  ①求由安培力產(chǎn)生的壓強(qiáng)p。
  ②當(dāng)流量計(jì)示數(shù)為Q時(shí)，求驅(qū)動(dòng)模塊需要輸入的電功率 $\text{[math]}$ 。
3. （3）關(guān)于反饋控制模塊
  如圖所示，在驅(qū)動(dòng)模塊和測量模塊之間還有反饋控制模塊，當(dāng)測得的流量異常時(shí)，反饋模塊會(huì)通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)矯正。已知液態(tài)鈉在流動(dòng)過程中所受阻力與其流動(dòng)方向相反，大小正比于流動(dòng)的速率，比例系數(shù)為k。當(dāng)流量計(jì)示數(shù)大于正常值時(shí)，請(qǐng)分析說明在驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)確定的情況下可采取哪些措施。
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18. (2024高三上·海淀期末) 接入電源的導(dǎo)體內(nèi)存在恒定電場，其性質(zhì)與靜電場相同，電流的形成及電路的基本特性都與導(dǎo)體內(nèi)的恒定電場有關(guān)。（注意：解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量，要在解題時(shí)做必要的說明）
1. （1）如圖甲所示，圓柱形長直金屬導(dǎo)體，橫截面積為S，電阻率為ρ，兩端電壓恒定，內(nèi)部有分布均勻的電流。證明：導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度E的大小與電流I的關(guān)系為 $\text{[math]}$ 。
2. （2）上式中， $\text{[math]}$ 描述導(dǎo)體內(nèi)電流的分布情況，定義為“電流密度”，用字母j表示，即 $\text{[math]}$ 。
  如圖乙所示，一段電阻率為ρ、粗細(xì)不均勻的導(dǎo)體兩端電壓恒定，AB部分的長度為 $\text{[math]}$ ，其內(nèi)部電流密度為j，BC部分的長度為 $\text{[math]}$ ， AB部分橫截面積是BC部分橫截面積的2倍，忽略中間交接處電流密度變化的影響。求：在通過AB左端橫截面的電荷量為q的過程中，整段導(dǎo)體消耗的電能W。
3. （3）如圖丙所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，兩根平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi)，軌道電阻不計(jì)，端點(diǎn)M、P間接有一個(gè)金屬材質(zhì)的定值電阻。金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ軌道，在水平外力的作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)體棒與軌道接觸良好，且始終保持與軌道垂直。金屬內(nèi)的自由電子在定向運(yùn)動(dòng)中會(huì)與金屬離子（即金屬原子失去電子后的剩余部分）發(fā)生碰撞，對(duì)每個(gè)電子而言，其效果可等效為受到一個(gè)平均阻力。已知電子的電量為e。
  ①定值電阻的材質(zhì)的電阻率為 $\text{[math]}$ ，求當(dāng)其內(nèi)部電流密度為 $\text{[math]}$ 時(shí)，定值電阻內(nèi)一個(gè)自由電子沿電流方向所受平均阻力的大小 $\text{[math]}$ 。
  ②導(dǎo)體棒ab的電阻率為 $\text{[math]}$ ，求當(dāng)其內(nèi)部電流密度為 $\text{[math]}$ 時(shí)，導(dǎo)體棒內(nèi)一個(gè)自由電子沿電流方向所受平均阻力的大小 $\text{[math]}$ 。
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