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天津市河东区2022-2023学年高三上学期物理期末质量检测试卷
一、单选题
1．（2023高三上·河东期末）在科学技术研究中，关于原子定态、原子核变化的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分
C．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
【答案】C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】A．元素的半衰期是由元素本身决定的与外部环境无关，A不符合题意；
B．β衰变中放出的电子是原子核中的一个中子发生变化时，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，B不符合题意；
C．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，C符合题意；
D．由于核子在组成原子核的过程中会释放能量，结合爱因斯坦质能方程可知原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】元素的半衰期是由元素本身决定的与外部环境无关。由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子。
2．（2023高三上·河东期末）下面是教材中的四幅插图，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图，连线表示小炭粒的运动轨迹
B．图乙是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，其内能一定增大
C．图丙是一定质量的理想气体在不同温度下的两条等温线，则T2 < T1
D．图丁中一只水黾能停在水面上，主要是靠水对水黾的浮力作用
【答案】B
【知识点】布朗运动
【解析】【解答】A．每隔一段时间把观察到的炭粒的位置记录下来，然后用直线把这些位置依次连接成折线，所以布朗运动图像反映每隔一段时间固体微粒的位置，而不是运动轨迹，A不符合题意；
B．理想气体不计分子势能，所以温度升高时，分子平均动能增大，则内能一定增大，B符合题意；
C．由理想气体状态方程可判断，一定质量的理想气体，不同温度下对应的等温线是不同的，且越靠近原点等温线所表示的温度就越低，即T1 < T2，但同一等温线上气体压强与体积的乘积是不变的，C不符合题意；
D．水黾停在水面上的原因是水黾受到了水的表面张力的作用，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】布朗运动图像反映每隔一段时间固体微粒的位置，而不是运动轨迹，一定质量的理想气体，不同温度下对应的等温线是不同的。
3．（2022高二下·咸阳期末）在建造房屋的过程中，建筑工人用轻绳穿过与重物固定连接的光滑圆环，将重物从高台运送到地面的过程，可以简化为如图所示的情景：工人甲和乙站在同一水平高台上分别握住轻绳，甲在A点静止不动，乙站在B点缓慢释放轻绳，使重物下降。在乙释放一小段轻绳的过程中，下列分析正确的是（ ）
A．绳的拉力大小不变
B．工人甲受到高台的支持力不变
C．工人甲受到高台的摩擦力变大
D．工人甲受到高台和绳的作用力的合力变大
【答案】B
【知识点】力的合成
【解析】【解答】A．设重物重力为，圆环受力如图
由平衡条件得
解得
当乙站在B点缓慢释放轻绳，使重物下降，变小，G不变，拉力变小，A不符合题意；
C．甲受力如图
由平衡条件可得
由A选项可知变小，变小，所以变小，C不符合题意；
B．由AC选项可知，与的合力方向为竖直向下，恒等于重物重力的二分之一，结合上图工人甲受到高台的支持力不变，B符合题意；
D．工人甲处于平衡状态，合力为零，工人甲受到高台和绳的作用力的合力大小始终等于工人甲的重力不变，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】画出物体受力分析图，同一根绳子各处拉力大小相等。结合矢量合成法则求解。
4．（2023高三上·河东期末）由交流发电机、定值电阻R、交流电流表组成的闭合回路如图所示。线圈ABCD逆时针方向转动，下列说法正确的是（ ）
A．线圈转动过程中A
B．CD边产生感应电动势B．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为ABCDA
C．线圈匀速转动时，交流电流表指针左右摆动
D．线圈转动到中性面的瞬间，电路中的电流最大
【答案】A
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A．线圈转动过程中，AB和CD边切割磁感线产生感应电动势，A符合题意；
B．线圈转动到图中位置时，AB和CD边切割磁感线产生感应电动势，根据右手定则可知，AB边产生的电流方向沿BA方向，CD边产生的电流方向沿DC方向，故感应电流方向为ADCBA，B不符合题意；
C．交流电流表测量的是交流电的有效值，故电流表的指针不动，C不符合题意；
D．线圈转动到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，此时电路中的电流最小，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】交流电流表测量的是交流电的有效值，线圈转动到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，此时电路中的电流最小。
5．（2023高三上·河东期末）自动体外除颤器是一种便携式的医疗设备，它可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。某型号自动体外除颤器的电容器电容是16μF，充电至4kV电压，电容器在4ms时间内完成放电，下列说法正确的（ ）
A．电容器放电完成后电容为零
B．电容器的击穿电压为4kV
C．电容器充电后的电荷量为0.64C
D．电容器放电过程中平均电流为16A
【答案】D
【知识点】电容器及其应用
【解析】【解答】A．电容是表征电容器储存电荷本领大小的物理量，放电之后，电容器的电容大小是不变的，A不符合题意；
B．该电容器电压可充电到4.0kV，必然小于击穿电压，B不符合题意；
C．根据Q=CU=16×10-6×4.0×103C=0.064C，可知放电前，电容器储存的电量为0.064C，C不符合题意；
D．根据，可知该次放电平均电流为16A，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】电容是表征电容器储存电荷本领大小的物理量，根据电流定义式求解电流大小。
二、多选题
6．（2023高三上·河东期末）2022年3月23日15时40分，中国航天“天宫课堂”第二课开课了，这次在距离地面约400km的中国载人空间站“天宫”上进行了太空科学探究。授课期间，航天员演示了“水油分离实验”和“太空抛物实验”等，下列说法正确的是（ ）
A．在“天宫”中水和油因为没有受到地球引力而处于漂浮状态
B．发射“天宫”的速度应介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间
C．在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后做平抛运动
D．“天宫”运行的周期一定小于24小时
【答案】B,D
【知识点】万有引力定律的应用；第一、第二和第三宇宙速度
【解析】【解答】A．在“天宫”中水和油因为处于完全失重状态而处于漂浮状态，但并不是没有受到地球引力，此时地球引力全部提供给“天宫”及其内部物体做匀速圆周运动的向心力，A不符合题意；
B．第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，第二宇宙速度是卫星脱离地球束缚的最小发射速度，天宫最终围绕地球运动，则发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，B符合题意；
C．由于“天宫”中物体处于完全失重状态，在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后近似做直线运动，C不符合题意；
D．“天宫”距离地面约400km，其轨道半径小于同步卫星轨道半径，根据开普勒第三定律，“天宫”周期小于同步卫星周期（24小时），D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】天宫”中水和油因为处于完全失重状态而处于漂浮状态，天宫最终围绕地球运动，发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间。
7．（2022·天河模拟）东京奥运会女子铅球决赛中，32岁的老将巩立姣以20米58的成绩夺冠，为我国田径队收获了本届东京奥运会的第一枚田径金牌。这块金牌也实现了我国奥运会田赛项目“零的突破”。如图所示，运动员巩立姣斜向上推出铅球，铅球飞行一段时间后落地，若不计空气阻力，则（ ）
A．运动员斜上推出铅球过程，运动员做的功全部转化为铅球的动能
B．只要铅球离手时初速度越大，在空中飞行的时间一定长
C．铅球在空中飞行过程中，铅球的重力势能先增大后减小
D．铅球在空中飞行过程中，相同时间内球的动量变化量相同
【答案】C,D
【知识点】斜抛运动
【解析】【解答】A．由于运动员斜上推出铅球过程，运动队做的功全部转化为铅球的动能和增加的重力势能，A不符合题意；
B．铅球在空中做斜抛运动，因此飞行时间还以初定的方向有关，B不符合题意；
C．铅球在空中做斜抛运动，先升高后降落，因此铅球的重力势能先增大后减小，C符合题意；
D．铅球在空中飞行过程中，根据动量定理，球的动量变化量等于重力的冲量，相同，D符合题意。
故答案为：CD。
【分析】运动员斜向上推铅球的过程，其做功转化为铅球的重力势能和动能之和；其铅球在空中运动的时间还受初速度的方向所影响；利用高度的变化可以判别重力势能的大小变化；利用其动量定理结合其重力冲量可以判别相同时间其动量变化量相同。
8．（2023高三上·河东期末）如图所示，竖直放置的平行板电容器内除电场外还有图示的匀强磁场，从A板中点孔P向各个方向发射一批不同速度的带正电的微粒（考虑重力），则A到C的过程中（ ）
A．微粒一定不做匀变速运动
B．微粒一定做曲线运动
C．所有微粒到达C板时机械能一定增大
D．所有微粒到达C板时动能一定发生变化
【答案】A,C
【知识点】带电粒子在电场与磁场混合场中的运动
【解析】【解答】AB．粒子发射出来后受到竖直向下的重力，与速度垂直的洛伦兹力和水平向右的电场力作用，对于斜向右上射入的粒子，当速度满足一定条件时，可以使这三个力的合力为0，则粒子斜向上做匀速直线运动；若这三个力的合力不为0，则粒子速度变化，其洛伦兹力也发生变化，故粒子一定做非匀变速曲线运动，A符合题意，B不符合题意；
C．由于洛伦兹力不做功，到达C板的粒子电场力一定做正功，故机械能一定增大，C符合题意；
D．若粒子做匀速运动，则粒子到达C板时的动能不变，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】粒子发射出来后受到竖直向下的重力，与速度垂直的洛伦兹力和水平向右的电场力，粒子速度变化，其洛伦兹力也发生变化，故粒子一定做非匀变速曲线运动。
三、实验题
9．（2023高三上·河东期末）某实验小组设计了如下图（a）所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。
他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条图线，如图（b）所示。
（1）图线 是在轨道左侧抬高成斜面情况下得到的（选填A或B）；
（2）滑块和位移传感器发射部分的总质量 ；
（3）滑块和轨道间的动摩擦因数 。（取重力加速度）
【答案】（1）A
（2）0.5
（3）0.2
【知识点】探究加速度与力、质量的关系
【解析】【解答】（1）由图线A可看出，滑块不加外力时就有了加速度，故这个图线是由轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。
（2）由牛顿第二定律，由图可得，滑块和位移传感器发射部分的总质量
（3）由图可知，加速度为0时，滑块处于平衡状态，滑块和轨道间的动摩擦力为，滑块和轨道间的动摩擦因数
【分析】（1）由图线A可看出图线是由轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。
（2）斜率等于质量的倒数。
（3）加速度为0时，滑块处于平衡状态，滑块和轨道间的动摩擦力为1N。
10．（2023高三上·河东期末）某同学用伏安法测定待测电阻的阻值（约为10kΩ），除了、开关S，导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表（量程0~1V，内阻约10kΩ）
B．电压表（量程0~10V，内阻约100kΩ）
C．电流表（量程0~1mA，内阻约30Ω）
D．电流表（量程0~0.6A，内阻约0.05Ω）
E.电源（电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计）
F.电源（电动势12V，额定电流2A，内阻不计）
G.滑动变阻器（阻值范围0~10Ω，额定电流2A）
（1）为使测量尽量准确，电压表选用 ，电流表选用 ，电源选用 。（均填器材前的字母代号）；
（2）在虚线框内画出测量阻值的实验电路图；
（3）该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会 其真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。
【答案】（1）B；C；F
（2）
（3）大于
【知识点】伏安法测电阻
【解析】【解答】（1）若选用电源1.5V，电路中的最大电流，电流太小，不利于实验，所以即电源选用12V的，即F；则电压表就应该选取B；选用12V的电源后，电路中的最大电流为，故答案为：用电流表C；
（2）因为滑动变阻器的最大阻值只有10Ω，所以若采用限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故采用滑动变阻器的分压接法，由于，所以采用电流表内接法，电路图如图所示
（3）由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流准确，根据，可知测量值偏大。
【分析】（1）若选用电源1.5V，电路中的最大电流太小，不利于实验。
（2）因为滑动变阻器的最大阻值只有10Ω，所以若采用限流接法，采用滑动变阻器的分压接法，采用电流表内接法。
（3）由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流准确，可知测量值偏大。
四、解答题
11．（2023高三上·河东期末）如图所示，半径的竖直半圆形光滑轨道与水平面相切，距离质量的小滑块1放在半圆形轨道末端的点，另一质量也为的小滑块2，从点以的初速度在水平面上滑行，两滑块相碰，碰撞时间极短，碰后两滑块粘在一起滑上半圆形轨道。已知滑块2与水平面之间的动摩擦因数，取重力加速度，两滑块均可视为质点。求：
（1）碰前的速度大小；
（2）两滑块在碰撞过程中损失的机械能；
（3）在点轨道对两滑块的作用力。
【答案】（1）解：根据题意，滑块2在段运动过程中，由动能定理有
代入数据解得
（2）解：根据题意可知，两滑块相碰，碰撞时间极短，满足动量守恒定律，设碰后两滑块共同运动的速度为，则有
解得
则两滑块在碰撞过程中损失的机械能
代入数据解得
（3）解：两滑块由B点运动到C点，根据机械能守恒定律有
在C点，由牛顿第二定律有
联立代入数据解得
【知识点】动量定理；动量守恒定律
【解析】【分析】（1） 由动能定理求解碰前的速度大小。
（2）两滑块相碰，碰撞时间极短，满足动量守恒定律 。根据能量守恒定律求解 两滑块在碰撞过程中损失的机械能 。
（3） 两滑块由B点运动到C点，根据机械能守恒定律求解速度，由牛顿第二定律求解在点轨道对两滑块的作用力。
12．（2023高三上·河东期末）如图所示，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经电压为U的加速电场加速后在纸面内运动，自O点与磁场边界成角射入磁感应强度大小为B方向垂直于纸面向里的匀强磁场 已知甲种离子从磁场边界的N点射出；乙种离子从磁场边界的M点射出；OM长为L，ON长为4L，不计重力影响和离子间的相互作用。求：
（1）甲种离子比荷；
（2）乙种离子在磁场中的运动时间
【答案】（1）解：设甲种离子质量为，电荷量为，在电场中加速过程
设甲种离子在磁场中的运动半径为R1，则
由几何关系知
联立解得
（2）解：设乙种离子质量为，电荷量为，在电场中加速过程
设乙种离子在磁场中的运动半径为，则
由几何关系知
离子在磁场中运动的偏转角
设乙种离子在磁场中运动的周期，则
设乙种离子在磁场中运动的时间为，则
联立解得
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】（1）在电场中由动能定理求解加速后所获得的速度的大小。
（2）根据几何关系求解运动半径以及偏转角大小，根据圆心角大小求解运动时间。
13．（2023高三上·河东期末）世界多国都在加紧研制真空管道超高速磁悬浮列车，某研发团队想要探究其电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装N匝正方形线框abcd，边长为L，线框总电阻为R。其平面与水平轨道平行，小车总质量为m，其俯视图如图所示，小车到站需要减速时，在前方虚线PP’和QQ’之间设置一竖直向上的匀强磁场，磁感应强为B。宽度为H，且H>L.若小车关闭引擎即将进入磁场前的速度为v0，在行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计，不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。求：
（1）cd边刚进入磁场时线框内感应电流的大小和方向：
（2）cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小：
（3）若小车完全进入磁场时速度为，求在此过程中通过线圈的电荷量和线圈产生的焦耳热。
【答案】（1）解：cd边刚进入磁场时线框内感应电动势为
感应电流的大小为
根据右手定则可判断感应电流方向为a→d→c→b→a。
（2）解：cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小为a，则有
联立解得
（3）解：若小车完全进入磁场时，有
联立解得，
解得在此过程中通过线圈的电荷量为
根据能量守恒定律有
解得线圈产生的焦耳热为
【知识点】法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】（1）由法拉第电磁感应定律求解电流大小， 根据右手定则可判断感应电流方向 。
（2）安培力为合力，由牛顿第二定律求解小车的加速度大小 。
（3）由电流定义式以及法拉第电磁感应定律结合能量守恒定律求解线圈产生的焦耳热。
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天津市河东区2022-2023学年高三上学期物理期末质量检测试卷
一、单选题
1．（2023高三上·河东期末）在科学技术研究中，关于原子定态、原子核变化的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期
B．发生β衰变时原子核放出电子，说明电子是原子核的组成部分
C．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子
D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
2．（2023高三上·河东期末）下面是教材中的四幅插图，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是显微镜下三颗小炭粒的运动位置连线图，连线表示小炭粒的运动轨迹
B．图乙是封闭在容器中的一定质量的理想气体，若温度升高，其内能一定增大
C．图丙是一定质量的理想气体在不同温度下的两条等温线，则T2 < T1
D．图丁中一只水黾能停在水面上，主要是靠水对水黾的浮力作用
3．（2022高二下·咸阳期末）在建造房屋的过程中，建筑工人用轻绳穿过与重物固定连接的光滑圆环，将重物从高台运送到地面的过程，可以简化为如图所示的情景：工人甲和乙站在同一水平高台上分别握住轻绳，甲在A点静止不动，乙站在B点缓慢释放轻绳，使重物下降。在乙释放一小段轻绳的过程中，下列分析正确的是（ ）
A．绳的拉力大小不变
B．工人甲受到高台的支持力不变
C．工人甲受到高台的摩擦力变大
D．工人甲受到高台和绳的作用力的合力变大
4．（2023高三上·河东期末）由交流发电机、定值电阻R、交流电流表组成的闭合回路如图所示。线圈ABCD逆时针方向转动，下列说法正确的是（ ）
A．线圈转动过程中A
B．CD边产生感应电动势B．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为ABCDA
C．线圈匀速转动时，交流电流表指针左右摆动
D．线圈转动到中性面的瞬间，电路中的电流最大
5．（2023高三上·河东期末）自动体外除颤器是一种便携式的医疗设备，它可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备。某型号自动体外除颤器的电容器电容是16μF，充电至4kV电压，电容器在4ms时间内完成放电，下列说法正确的（ ）
A．电容器放电完成后电容为零
B．电容器的击穿电压为4kV
C．电容器充电后的电荷量为0.64C
D．电容器放电过程中平均电流为16A
二、多选题
6．（2023高三上·河东期末）2022年3月23日15时40分，中国航天“天宫课堂”第二课开课了，这次在距离地面约400km的中国载人空间站“天宫”上进行了太空科学探究。授课期间，航天员演示了“水油分离实验”和“太空抛物实验”等，下列说法正确的是（ ）
A．在“天宫”中水和油因为没有受到地球引力而处于漂浮状态
B．发射“天宫”的速度应介于第一宇宙速度与第二宇宙速度之间
C．在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后做平抛运动
D．“天宫”运行的周期一定小于24小时
7．（2022·天河模拟）东京奥运会女子铅球决赛中，32岁的老将巩立姣以20米58的成绩夺冠，为我国田径队收获了本届东京奥运会的第一枚田径金牌。这块金牌也实现了我国奥运会田赛项目“零的突破”。如图所示，运动员巩立姣斜向上推出铅球，铅球飞行一段时间后落地，若不计空气阻力，则（ ）
A．运动员斜上推出铅球过程，运动员做的功全部转化为铅球的动能
B．只要铅球离手时初速度越大，在空中飞行的时间一定长
C．铅球在空中飞行过程中，铅球的重力势能先增大后减小
D．铅球在空中飞行过程中，相同时间内球的动量变化量相同
8．（2023高三上·河东期末）如图所示，竖直放置的平行板电容器内除电场外还有图示的匀强磁场，从A板中点孔P向各个方向发射一批不同速度的带正电的微粒（考虑重力），则A到C的过程中（ ）
A．微粒一定不做匀变速运动
B．微粒一定做曲线运动
C．所有微粒到达C板时机械能一定增大
D．所有微粒到达C板时动能一定发生变化
三、实验题
9．（2023高三上·河东期末）某实验小组设计了如下图（a）所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。
他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条图线，如图（b）所示。
（1）图线 是在轨道左侧抬高成斜面情况下得到的（选填A或B）；
（2）滑块和位移传感器发射部分的总质量 ；
（3）滑块和轨道间的动摩擦因数 。（取重力加速度）
10．（2023高三上·河东期末）某同学用伏安法测定待测电阻的阻值（约为10kΩ），除了、开关S，导线外，还有下列器材供选用：
A．电压表（量程0~1V，内阻约10kΩ）
B．电压表（量程0~10V，内阻约100kΩ）
C．电流表（量程0~1mA，内阻约30Ω）
D．电流表（量程0~0.6A，内阻约0.05Ω）
E.电源（电动势1.5V，额定电流0.5A，内阻不计）
F.电源（电动势12V，额定电流2A，内阻不计）
G.滑动变阻器（阻值范围0~10Ω，额定电流2A）
（1）为使测量尽量准确，电压表选用 ，电流表选用 ，电源选用 。（均填器材前的字母代号）；
（2）在虚线框内画出测量阻值的实验电路图；
（3）该同学选择器材、连接电路和操作均正确，从实验原理上看，待测电阻测量值会 其真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。
四、解答题
11．（2023高三上·河东期末）如图所示，半径的竖直半圆形光滑轨道与水平面相切，距离质量的小滑块1放在半圆形轨道末端的点，另一质量也为的小滑块2，从点以的初速度在水平面上滑行，两滑块相碰，碰撞时间极短，碰后两滑块粘在一起滑上半圆形轨道。已知滑块2与水平面之间的动摩擦因数，取重力加速度，两滑块均可视为质点。求：
（1）碰前的速度大小；
（2）两滑块在碰撞过程中损失的机械能；
（3）在点轨道对两滑块的作用力。
12．（2023高三上·河东期末）如图所示，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经电压为U的加速电场加速后在纸面内运动，自O点与磁场边界成角射入磁感应强度大小为B方向垂直于纸面向里的匀强磁场 已知甲种离子从磁场边界的N点射出；乙种离子从磁场边界的M点射出；OM长为L，ON长为4L，不计重力影响和离子间的相互作用。求：
（1）甲种离子比荷；
（2）乙种离子在磁场中的运动时间
13．（2023高三上·河东期末）世界多国都在加紧研制真空管道超高速磁悬浮列车，某研发团队想要探究其电磁刹车的效果，在遥控小车底面安装N匝正方形线框abcd，边长为L，线框总电阻为R。其平面与水平轨道平行，小车总质量为m，其俯视图如图所示，小车到站需要减速时，在前方虚线PP’和QQ’之间设置一竖直向上的匀强磁场，磁感应强为B。宽度为H，且H>L.若小车关闭引擎即将进入磁场前的速度为v0，在行驶过程中小车受到轨道阻力可忽略不计，不考虑车身其他金属部分的电磁感应现象。求：
（1）cd边刚进入磁场时线框内感应电流的大小和方向：
（2）cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小：
（3）若小车完全进入磁场时速度为，求在此过程中通过线圈的电荷量和线圈产生的焦耳热。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁
【解析】【解答】A．元素的半衰期是由元素本身决定的与外部环境无关，A不符合题意；
B．β衰变中放出的电子是原子核中的一个中子发生变化时，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，B不符合题意；
C．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子，C符合题意；
D．由于核子在组成原子核的过程中会释放能量，结合爱因斯坦质能方程可知原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】元素的半衰期是由元素本身决定的与外部环境无关。由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子。
2．【答案】B
【知识点】布朗运动
【解析】【解答】A．每隔一段时间把观察到的炭粒的位置记录下来，然后用直线把这些位置依次连接成折线，所以布朗运动图像反映每隔一段时间固体微粒的位置，而不是运动轨迹，A不符合题意；
B．理想气体不计分子势能，所以温度升高时，分子平均动能增大，则内能一定增大，B符合题意；
C．由理想气体状态方程可判断，一定质量的理想气体，不同温度下对应的等温线是不同的，且越靠近原点等温线所表示的温度就越低，即T1 < T2，但同一等温线上气体压强与体积的乘积是不变的，C不符合题意；
D．水黾停在水面上的原因是水黾受到了水的表面张力的作用，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】布朗运动图像反映每隔一段时间固体微粒的位置，而不是运动轨迹，一定质量的理想气体，不同温度下对应的等温线是不同的。
3．【答案】B
【知识点】力的合成
【解析】【解答】A．设重物重力为，圆环受力如图
由平衡条件得
解得
当乙站在B点缓慢释放轻绳，使重物下降，变小，G不变，拉力变小，A不符合题意；
C．甲受力如图
由平衡条件可得
由A选项可知变小，变小，所以变小，C不符合题意；
B．由AC选项可知，与的合力方向为竖直向下，恒等于重物重力的二分之一，结合上图工人甲受到高台的支持力不变，B符合题意；
D．工人甲处于平衡状态，合力为零，工人甲受到高台和绳的作用力的合力大小始终等于工人甲的重力不变，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】画出物体受力分析图，同一根绳子各处拉力大小相等。结合矢量合成法则求解。
4．【答案】A
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A．线圈转动过程中，AB和CD边切割磁感线产生感应电动势，A符合题意；
B．线圈转动到图中位置时，AB和CD边切割磁感线产生感应电动势，根据右手定则可知，AB边产生的电流方向沿BA方向，CD边产生的电流方向沿DC方向，故感应电流方向为ADCBA，B不符合题意；
C．交流电流表测量的是交流电的有效值，故电流表的指针不动，C不符合题意；
D．线圈转动到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，此时电路中的电流最小，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】交流电流表测量的是交流电的有效值，线圈转动到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，此时电路中的电流最小。
5．【答案】D
【知识点】电容器及其应用
【解析】【解答】A．电容是表征电容器储存电荷本领大小的物理量，放电之后，电容器的电容大小是不变的，A不符合题意；
B．该电容器电压可充电到4.0kV，必然小于击穿电压，B不符合题意；
C．根据Q=CU=16×10-6×4.0×103C=0.064C，可知放电前，电容器储存的电量为0.064C，C不符合题意；
D．根据，可知该次放电平均电流为16A，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】电容是表征电容器储存电荷本领大小的物理量，根据电流定义式求解电流大小。
6．【答案】B,D
【知识点】万有引力定律的应用；第一、第二和第三宇宙速度
【解析】【解答】A．在“天宫”中水和油因为处于完全失重状态而处于漂浮状态，但并不是没有受到地球引力，此时地球引力全部提供给“天宫”及其内部物体做匀速圆周运动的向心力，A不符合题意；
B．第一宇宙速度是卫星发射的最小速度，第二宇宙速度是卫星脱离地球束缚的最小发射速度，天宫最终围绕地球运动，则发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间，B符合题意；
C．由于“天宫”中物体处于完全失重状态，在“天宫”中做“太空抛物实验”时，冰墩墩被抛出后近似做直线运动，C不符合题意；
D．“天宫”距离地面约400km，其轨道半径小于同步卫星轨道半径，根据开普勒第三定律，“天宫”周期小于同步卫星周期（24小时），D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】天宫”中水和油因为处于完全失重状态而处于漂浮状态，天宫最终围绕地球运动，发射速度介于第一宇宙速度和第二宇宙速度之间。
7．【答案】C,D
【知识点】斜抛运动
【解析】【解答】A．由于运动员斜上推出铅球过程，运动队做的功全部转化为铅球的动能和增加的重力势能，A不符合题意；
B．铅球在空中做斜抛运动，因此飞行时间还以初定的方向有关，B不符合题意；
C．铅球在空中做斜抛运动，先升高后降落，因此铅球的重力势能先增大后减小，C符合题意；
D．铅球在空中飞行过程中，根据动量定理，球的动量变化量等于重力的冲量，相同，D符合题意。
故答案为：CD。
【分析】运动员斜向上推铅球的过程，其做功转化为铅球的重力势能和动能之和；其铅球在空中运动的时间还受初速度的方向所影响；利用高度的变化可以判别重力势能的大小变化；利用其动量定理结合其重力冲量可以判别相同时间其动量变化量相同。
8．【答案】A,C
【知识点】带电粒子在电场与磁场混合场中的运动
【解析】【解答】AB．粒子发射出来后受到竖直向下的重力，与速度垂直的洛伦兹力和水平向右的电场力作用，对于斜向右上射入的粒子，当速度满足一定条件时，可以使这三个力的合力为0，则粒子斜向上做匀速直线运动；若这三个力的合力不为0，则粒子速度变化，其洛伦兹力也发生变化，故粒子一定做非匀变速曲线运动，A符合题意，B不符合题意；
C．由于洛伦兹力不做功，到达C板的粒子电场力一定做正功，故机械能一定增大，C符合题意；
D．若粒子做匀速运动，则粒子到达C板时的动能不变，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】粒子发射出来后受到竖直向下的重力，与速度垂直的洛伦兹力和水平向右的电场力，粒子速度变化，其洛伦兹力也发生变化，故粒子一定做非匀变速曲线运动。
9．【答案】（1）A
（2）0.5
（3）0.2
【知识点】探究加速度与力、质量的关系
【解析】【解答】（1）由图线A可看出，滑块不加外力时就有了加速度，故这个图线是由轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。
（2）由牛顿第二定律，由图可得，滑块和位移传感器发射部分的总质量
（3）由图可知，加速度为0时，滑块处于平衡状态，滑块和轨道间的动摩擦力为，滑块和轨道间的动摩擦因数
【分析】（1）由图线A可看出图线是由轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的。
（2）斜率等于质量的倒数。
（3）加速度为0时，滑块处于平衡状态，滑块和轨道间的动摩擦力为1N。
10．【答案】（1）B；C；F
（2）
（3）大于
【知识点】伏安法测电阻
【解析】【解答】（1）若选用电源1.5V，电路中的最大电流，电流太小，不利于实验，所以即电源选用12V的，即F；则电压表就应该选取B；选用12V的电源后，电路中的最大电流为，故答案为：用电流表C；
（2）因为滑动变阻器的最大阻值只有10Ω，所以若采用限流接法，则电路中电流和电压变化不明显，故采用滑动变阻器的分压接法，由于，所以采用电流表内接法，电路图如图所示
（3）由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流准确，根据，可知测量值偏大。
【分析】（1）若选用电源1.5V，电路中的最大电流太小，不利于实验。
（2）因为滑动变阻器的最大阻值只有10Ω，所以若采用限流接法，采用滑动变阻器的分压接法，采用电流表内接法。
（3）由于电流表的分压，导致电压测量值偏大，而电流准确，可知测量值偏大。
11．【答案】（1）解：根据题意，滑块2在段运动过程中，由动能定理有
代入数据解得
（2）解：根据题意可知，两滑块相碰，碰撞时间极短，满足动量守恒定律，设碰后两滑块共同运动的速度为，则有
解得
则两滑块在碰撞过程中损失的机械能
代入数据解得
（3）解：两滑块由B点运动到C点，根据机械能守恒定律有
在C点，由牛顿第二定律有
联立代入数据解得
【知识点】动量定理；动量守恒定律
【解析】【分析】（1） 由动能定理求解碰前的速度大小。
（2）两滑块相碰，碰撞时间极短，满足动量守恒定律 。根据能量守恒定律求解 两滑块在碰撞过程中损失的机械能 。
（3） 两滑块由B点运动到C点，根据机械能守恒定律求解速度，由牛顿第二定律求解在点轨道对两滑块的作用力。
12．【答案】（1）解：设甲种离子质量为，电荷量为，在电场中加速过程
设甲种离子在磁场中的运动半径为R1，则
由几何关系知
联立解得
（2）解：设乙种离子质量为，电荷量为，在电场中加速过程
设乙种离子在磁场中的运动半径为，则
由几何关系知
离子在磁场中运动的偏转角
设乙种离子在磁场中运动的周期，则
设乙种离子在磁场中运动的时间为，则
联立解得
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】（1）在电场中由动能定理求解加速后所获得的速度的大小。
（2）根据几何关系求解运动半径以及偏转角大小，根据圆心角大小求解运动时间。
13．【答案】（1）解：cd边刚进入磁场时线框内感应电动势为
感应电流的大小为
根据右手定则可判断感应电流方向为a→d→c→b→a。
（2）解：cd边刚进入磁场时，小车的加速度大小为a，则有
联立解得
（3）解：若小车完全进入磁场时，有
联立解得，
解得在此过程中通过线圈的电荷量为
根据能量守恒定律有
解得线圈产生的焦耳热为
【知识点】法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】（1）由法拉第电磁感应定律求解电流大小， 根据右手定则可判断感应电流方向 。
（2）安培力为合力，由牛顿第二定律求解小车的加速度大小 。
（3）由电流定义式以及法拉第电磁感应定律结合能量守恒定律求解线圈产生的焦耳热。
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