【高考真题】2022年高考物理真题试卷(天津卷)

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名称 【高考真题】2022年高考物理真题试卷(天津卷)
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文件大小 6.3MB
资源类型 试卷
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科目 物理
更新时间 2023-04-20 14:31:02

文档简介

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【高考真题】2022年高考物理真题试卷(天津卷)
一、单选题
1.(2022·天津)从夸父逐日到羲和探日,中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月,我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供,其中一种反应序列包含核反应:,下列说法正确的是()
A.X是中子 B.该反应有质量亏损
C.比的质子数多 D.该反应是裂变反应
【答案】B
【知识点】核聚变
【解析】【解答】A.由质量守恒和电荷守恒得,,解得:,,为质子,故A不符合题意;
BD.该反应为聚变反应,释放能量,故该反应有质量亏损,故B符合题意,D不符合题意;
C. 和的质子数一样多,均为2,故C不符合题意。
故答案为:B
【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒可判断x的种类;该反应为聚变反应,释放能量,由质量亏损;和的质子均为2。
2.(2022·天津)如图所示,一正点电荷固定在圆心,M、N是圆上的两点,下列说法正确的是(  )
A.M点和N点电势相同
B.M点和N点电场强度相同
C.负电荷由M点到N点,电势能始终增大
D.负电荷由M点到N点,电场力始终做正功
【答案】A
【知识点】电场力做功;电场强度;电势能;电势
【解析】【解答】AB.M、N是以O为圆心的圆上的两点,则电势相同,场强大小相同但方向不同,故A符合题意,B不符合题意;
CD.由于两点电势相等,负电荷由M点到N点,电场力做功为零,电势能不变,故CD均不符合题意。
故答案为:A
【分析】以正电荷为圆心的面为等势面,场强大小相等方向不同;在同一个等势面上移动电荷,电场力不做功,电势能不变。
3.(2022·天津)2022年3月,中国空间站“天宫课堂”再次开讲,授课期间利用了我国的中继卫是系统进行信号传输,天地通信始终高效稳定。已知空间站在距离地面400公里左右的轨道上运行,其运动视为匀速圆周运动,中继卫星系统中某卫星是距离地面36000公里左右的地球静止轨道卫星(同步卫星),则该卫星()
A.授课期间经过天津正上空
B.加速度大于空间站的加速度
C.运行周期大于空间站的运行周期
D.运行速度大于地球的第一宇宙速度
【答案】C
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】A.该卫星在地球静止轨道卫星上,处于赤道平面上,不可能经过天津上空,故A不符合题意;
BCD.卫星正常运行,由万有引力提供向心力有,解得,,,由于该卫星轨道半径大于空间站半径,故加速度小于空间站的加速度;运行周期大于空间站的运行周期;第一宇宙速度时近地卫星的运行速度,则该卫星的运行速度小于地球第一宇宙速度,故BD不符合题意,C符合题意。
故答案为:C
【分析】该卫星在地球静止轨道卫星上,处于赤道平面上,不可能经过天津上空; 卫星做匀速圆周运动 ,根据万有引力提供向心力分析判断。
4.(2022·天津)如图所示,边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上,桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域,磁场方向垂直于桌面,铝框依靠惯性滑过磁场区域,滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行,已知,在滑入和滑出磁场区域的两个过程中(  )
A.铝框所用时间相同 B.铝框上产生的热量相同
C.铝框中的电流方向相同 D.安培力对铝框的冲量相同
【答案】D
【知识点】电磁感应中的电路类问题
【解析】【解答】A.铝框进入和离开磁场过程中,磁通量变化,都会产生感应电流,受向左安培力而减速,完全在磁场中运动时磁通量不变做匀速运动;可知,离开磁场过程的平均速度小于进入磁场过程的平均速度,所以离开磁场过程的时间大于进入磁场过程的时间,故A不符合题意;
C.由楞次定律知,铝框进入磁场过程中磁通量增大,感应电流方向为逆时针;离开磁场过程磁通量减小,感应电流方向为顺时针,故C不符合题意;
D.铝框进入和离开磁场过程安培力对铝框的冲量为,又,所以,故D符合题意;
B.铝框进入和离开磁场过程均做减速运动,可知铝框进入磁场过程的速度一直大于铝框离开磁场过程的速度,根据,可知铝框进入磁场过程受到的安培力一直大于铝框离开磁场过程受到的安培力,所以铝框进入磁场过程克服安培力做的功大于铝框离开磁场过程克服安培力做的功,即铝框进入磁场过程产生的热量大于铝框离开测长过程产生的热量,故B不符合题意。
故答案为:D
【分析】铝框进入和离开磁场过程中,磁通量变化,都会产生感应电流,受向左安培力而减速,完全在磁场中运动时磁通量不变做匀速运动;铝框进入磁场过程中磁通量增大,离开磁场过程磁通量减小,根据楞次定律分析判断;根据冲量的公式分析判断;铝框进入磁场过程受到的安培力一直大于铝框离开磁场过程受到的安培力,所以铝框进入磁场过程克服安培力做的功大于铝框离开磁场过程克服安培力做的功,即铝框进入磁场过程产生的热量大于铝框离开测长过程产生的热量。
5.(2022·天津)在同一均匀介质中,分别位于坐标原点和处的两个波源O和P,沿y轴振动,形成了两列相向传播的简谐横波a和b,某时刻a和b分别传播到和处,波形如图所示。下列说法正确的是()
A.a与b的频率之比为 B.O与P开始振动的时刻相同
C.a与b相遇后会出现干涉现象 D.O开始振动时沿y轴正方向运动
【答案】A
【知识点】机械波及其形成和传播;波长、波速与频率的关系
【解析】【解答】A. 在同一均匀介质中两列波的传播速度相同,由图像可知,两列波的波长之比为,根据知,,故A符合题意;
B.列波的传播速度相同, 由a和b两列波分别传播到和处的时刻相同,可知O和P开始振动的时刻不相同,故B不符合题意;
C.因a和b的频率不同,a和b相遇后不能产生干涉现象,故C不符合题意;
D.由波的产生可知,此时,处的质点沿y轴负方向运动,又波传播的是波源的振动形式,所以O开始振动时沿y轴负方向运动,故D不符合题。
故答案为:A
【分析】由图可知波长之比,根据可得频率之比;列波的传播速度相同, O与P开始振动的时刻不相同;频率不同,不能发生干涉;由波的产生可知,处的质点沿y轴负方向运动,根据波传播的是波源的振动形式知,O开始振动时沿y轴负方向运动。
二、多选题
6.(2022·天津)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程,一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩,然后经过等压过程回到初始温度,则()
A.绝热过程中,气体分子平均动能增加
B.绝热过程中,外界对气体做负功
C.等压过程中,外界对气体做正功
D.等压过程中,气体内能不变
【答案】A,C
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程;热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB.绝热过程中,气体体积减小、外界对气体做正功,根据热力学第一定律可知,气体的内能增加,所以气体的温度升高,则气体分子平均动能增加,A符合题意,B不符合题意;
CD.根据一定质量的理想气体状态方程可知,气体等压过程回到初始温度,说明温度降低,内能减小;压强不变,则气体体积减小,外界对气体做正功,故C符合题意,D不符合题意。
故答案为:AC
【分析】绝热压缩过程中,根据气体体积变化判断气体做功情况,根据热力学第一定律判断内能变化从而得出温度变化;根据一定质量的理想气体状态方程分析气体做等压变化回到初始温度的过程中,体积和温度的变化情况。
7.(2022·天津)不同波长的电磁波具有不同的特性,在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是(  )
A.若a、b光均由氢原子能级跃迁产生,产生a光的能级能量差大
B.若a、b光分别照射同一小孔发生衍射,a光的衍射现象更明显
C.若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应,a光的遏止电压高
D.若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时,a光的干涉条纹间距大
【答案】B,D
【知识点】电磁波谱;干涉条纹和光的波长之间的关系;光的衍射;光电效应
【解析】【解答】根据a、b两单色光在电磁波谱中的位置,a的波长长,频率小。
A. 若a、b光均由氢原子能级跃迁产生,根据跃迁规律,产生a光的能级能量差小,故A不符合题意;
B.若a、b光分别照射同一小孔发生衍射,a光的衍射现象更明显,故B符合题意;
C.若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应,根据爱因斯坦光电效应规律,a光逸出的电子最大初动能小,所以a光的遏止电压低,故C不符合题意;
D.若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时,根据干涉条纹间距公式知,a光的干涉条纹间距大,故D符合题意。
故答案为:BD
【分析】本题根据电磁波谱的波长排序、衍射条件、爱因斯坦光电效应规律、干涉条纹间距公式分析判断。
8.(2022·天津)如图所示,两理想变压器间接有电阻R,电表均为理想交流电表,a、b接入电压有效值不变的正弦交流电源。闭合开关S后()
A.R的发热功率不变 B.电压表的示数不变
C.电流表的示数变大 D.电流表的示数变小
【答案】B,C
【知识点】变压器的应用
【解析】【解答】D.闭合开关S后,灯的支路变多,故电流表A2的示数变大,故D不符合题意;
A.根据知,降压变压器原线圈电流增大,根据知,R的发热功率增大,故A不符合题意;
B.根据,结合U1不变知,U2不变,所以电压表的示数不变,故B符合题意;
C.根据知,电流表A1的示数增大,故C符合题意。
故答案为:BC
【分析】根据电流比等于匝数反比,电压比等于匝数比,结合题意分析判断。
三、实验题
9.(2022·天津)某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒,实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时,不放B,让A从固定的斜槽上E点自由滚下,在水平面上得到一个落点位置;将B放置在斜槽末端,让A再次从斜槽上E点自由滚下,与B发生正碰,在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。
(1)为了确认两个小球的直径相同,该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量,某次测量的结果如下图所示,其读数为   mm。
(2)下列关于实验的要求哪个是正确的__________。
A.斜槽的末端必须是水平的 B.斜槽的轨道必须是光滑的
C.必须测出斜槽末端的高度 D.A,B的质量必须相同
(3)如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞,A、B碰后在水平面上的落点位置分别为   、   。(填落点位置的标记字母)
【答案】(1)10.5
(2)A
(3)M;P
【知识点】验证动量守恒定律
【解析】【解答】(1)10分度游标卡尺精确度为0.1mm。读数为;
(2)A.为了保证小球做平抛运动,斜槽末端必须水平,故A符合题意;
B.斜槽光滑与否对实验不产生影响,故B不符合题意;
C.实验中两小球做平抛运动,下落时间相同,不需要测量斜槽末端的高度,故C不符合题意;
D.为了防止入射球反弹,应使入射球的质量大于被碰球的质量,故D不符合题意。
故答案为:A
(3)两球为弹性碰撞,N点为小球A单独滑下时的落点;碰撞后A球速度减小,B球速度增大,故A球落点为M,B球落点为P。
故答案为:(1)10.5;(2)A;(3)M P
【分析】(1)游标卡尺的读数等于主尺读数加上油标尺读数,不需要估读;
(2)根据实验原理确定实验中应注意的事项;
(3)根据碰撞前后小球的速度大小确定落点的位置。
10.(2022·天津)实验小组测量某型号电池的电动势和内阻。用电流表、电压表、滑动变阻器、待测电池等器材组成如图1所示实验电路,由测得的实验数据绘制成的图像如图2所示。
(1)图1的电路图为下图中的   。(选填“A”或“B”)
(2)如果实验中所用电表均视为理想电表,根据图2得到该电池的电动势   V,内阻   。
(3)实验后进行反思,发现上述实验方案存在系统误差。若考虑到电表内阻的影响,对测得的实验数据进行修正,在图2中重新绘制图线,与原图线比较,新绘制的图线与横坐标轴交点的数值将   ,与纵坐标轴交点的数值将   。(两空均选填“变大”“变小”或“不变”)
【答案】(1)B
(2)4.5;1.8
(3)不变;变大
【知识点】电池电动势和内阻的测量
【解析】【解答】(1)由实物图连接可知图1的电路图为下图中的B;
(2)根据闭合电路欧姆定律有,结合图像可得,;
(3)电压表测的为真实值,电流表的测量值为,可见,且随着Ir的增大,逐渐减小,修正如下:
所以新绘制的图线与横坐标轴交点的数值不变,与纵坐标轴交点的数值变大。
故答案为:(1)B;(2)4.5 1.8;(3)不变 变大
【分析】(1)根据实物图连接分析判断;
(2)根据闭合电路欧姆定律和图像分析计算;
(3)分析电表造成的误差分析判断。
四、解答题
11.(2022·天津)冰壶是冬季奥运会上非常受欢迎的体育项目。如图所示,运动员在水平冰面上将冰壶A推到M点放手,此时A的速度,匀减速滑行到达N点时,队友用毛刷开始擦A运动前方的冰面,使A与间冰面的动摩擦因数减小,A继续匀减速滑行,与静止在P点的冰壶B发生正碰,碰后瞬间A、B的速度分别为和。已知A、B质量相同,A与间冰面的动摩擦因数,重力加速度取,运动过程中两冰壶均视为质点,A、B碰撞时间极短。求冰壶A
(1)在N点的速度的大小;
(2)与间冰面的动摩擦因数。
【答案】(1)解:设冰壶质量为 ,A受到冰面的支持力为 ,由竖直方向受力平衡,有
设A在 间受到的滑动摩擦力为 ,则有
设A在 间的加速度大小为 ,由牛顿第二定律可得
联立解得
由速度与位移的关系式,有
代入数据解得
(2)解:设碰撞前瞬间A的速度为 ,由动量守恒定律可得
解得
设A在 间受到的滑动摩擦力为 ,则有
由动能定理可得
联立解得
【知识点】动量守恒定律;匀变速直线运动的位移与速度的关系;牛顿第二定律;动能定理的综合应用
【解析】【分析】(1)冰壶A从M运动到N过程中,根据牛顿第二定律和速度-位移公式求解;
(2)冰壶A、B碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律和动能定理联立求解。
12.(2022·天津)如图所示,M和N为平行金属板,质量为m,电荷量为q的带电粒子从M由静止开始被两板间的电场加速后,从N上的小孔穿出,以速度v由C点射入圆形匀强磁场区域,经D点穿出磁场,CD为圆形区域的直径。已知磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外,粒子速度方向与磁场方向垂直,重力略不计。
(1)判断粒子的电性,并求M、N间的电压U;
(2)求粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径r;
(3)若粒子的轨道半径与磁场区域的直径相等,求粒子在磁场中运动的时间t。
【答案】(1)解:带电粒子在磁场中运动,根据左手定则可知粒子带正电。粒子在电场中运动由动能定理可知
解得
(2)解:粒子在磁场中做匀速圆周运动,所受洛伦兹力提供向心力,有
解得
(3)解:设粒子运动轨道圆弧对应的圆心角为 ,如图
依题意粒子的轨道半径与磁场区域的直径相等,由几何关系,得
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T,有
带电粒子在磁场中运动的时间
联立各式解得
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】(1)根据左手定则判断粒子的电性,根据动能定理求解加速电压;
(2)根据洛伦兹力提供向心力可求粒子轨道半径;
(3)做出粒子在磁场中运动的轨迹,根基几何关系求出粒子做圆周运动的圆心角,结合周期公式可求粒子在磁场中的运动时间。
13.(2022·天津)直流电磁泵是利用安培力推动导电液体运动的一种设备,可用图1所示的模型讨论其原理,图2为图1的正视图。将两块相同的矩形导电平板竖直正对固定在长方体绝缘容器中,平板与容器等宽,两板间距为,容器中装有导电液体,平板底端与容器底部留有高度可忽略的空隙,导电液体仅能从空隙进入两板间。初始时两板间接有直流电源,电源极性如图所示。若想实现两板间液面上升,可在两板间加垂直于面的匀强磁场,磁感应强度的大小为,两板间液面上升时两板外的液面高度变化可忽略不计。已知导电液体的密度为、电阻率为,重力加速度为。
(1)试判断所加磁场的方向;
(2)求两板间液面稳定在初始液面高度2倍时的电压;
(3)假定平板与容器足够高,求电压满足什么条件时两板间液面能够持续上升。
【答案】(1)解:想实现两板间液面上升,导电液体需要受到向上的安培力,由图可知电流方向沿 轴正方向,根据左手定则可知,所加磁场的方向沿 轴负方向。
(2)解:设平板宽度为 ,两板间初始液面高度为 ,当液面稳定在高度 时,两板间液体的电阻为 ,则有
当两板间所加电压为 时,设流过导电液体的电流为 ,由欧姆定律可得
外加磁场磁感应强度大小为 时,设液体所受安培力的大小为 ,则有
两板间液面稳定在高度 时,设两板间高出板外液面的液体质量为 ,则有
两板间液体受到的安培力与两板间高出板外液面的液体重力平衡,则有
联立以上式子解得
(3)解:设两板间液面稳定时高度为nh,则两板间比容器中液面高出的部分液体的高度为(n-1)h,与(2)同理可得
整理上式,得
平板与容器足够高,若使两板间液面能够持续上升,则n趋近无穷大,即 无限趋近于1,可得
【知识点】安培力
【解析】【分析】(1)先确定两平板间的电流方向和液体所受的安培力方向,根据左手定则判断磁场方向;
(2)受力分析可知板间液体所受安培力等于极板间比容器中液面高出的部分液体的重力,根据电阻定律和安培力计算公式推导出安培力表达式,由平衡条件求解;
(3)设两板间液面稳定时高度为nh,由(2)同理推导出最终表达式,由数学知识分析判断。
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【高考真题】2022年高考物理真题试卷(天津卷)
一、单选题
1.(2022·天津)从夸父逐日到羲和探日,中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月,我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供,其中一种反应序列包含核反应:,下列说法正确的是()
A.X是中子 B.该反应有质量亏损
C.比的质子数多 D.该反应是裂变反应
2.(2022·天津)如图所示,一正点电荷固定在圆心,M、N是圆上的两点,下列说法正确的是(  )
A.M点和N点电势相同
B.M点和N点电场强度相同
C.负电荷由M点到N点,电势能始终增大
D.负电荷由M点到N点,电场力始终做正功
3.(2022·天津)2022年3月,中国空间站“天宫课堂”再次开讲,授课期间利用了我国的中继卫是系统进行信号传输,天地通信始终高效稳定。已知空间站在距离地面400公里左右的轨道上运行,其运动视为匀速圆周运动,中继卫星系统中某卫星是距离地面36000公里左右的地球静止轨道卫星(同步卫星),则该卫星()
A.授课期间经过天津正上空
B.加速度大于空间站的加速度
C.运行周期大于空间站的运行周期
D.运行速度大于地球的第一宇宙速度
4.(2022·天津)如图所示,边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上,桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域,磁场方向垂直于桌面,铝框依靠惯性滑过磁场区域,滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行,已知,在滑入和滑出磁场区域的两个过程中(  )
A.铝框所用时间相同 B.铝框上产生的热量相同
C.铝框中的电流方向相同 D.安培力对铝框的冲量相同
5.(2022·天津)在同一均匀介质中,分别位于坐标原点和处的两个波源O和P,沿y轴振动,形成了两列相向传播的简谐横波a和b,某时刻a和b分别传播到和处,波形如图所示。下列说法正确的是()
A.a与b的频率之比为 B.O与P开始振动的时刻相同
C.a与b相遇后会出现干涉现象 D.O开始振动时沿y轴正方向运动
二、多选题
6.(2022·天津)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程,一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩,然后经过等压过程回到初始温度,则()
A.绝热过程中,气体分子平均动能增加
B.绝热过程中,外界对气体做负功
C.等压过程中,外界对气体做正功
D.等压过程中,气体内能不变
7.(2022·天津)不同波长的电磁波具有不同的特性,在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是(  )
A.若a、b光均由氢原子能级跃迁产生,产生a光的能级能量差大
B.若a、b光分别照射同一小孔发生衍射,a光的衍射现象更明显
C.若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应,a光的遏止电压高
D.若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时,a光的干涉条纹间距大
8.(2022·天津)如图所示,两理想变压器间接有电阻R,电表均为理想交流电表,a、b接入电压有效值不变的正弦交流电源。闭合开关S后()
A.R的发热功率不变 B.电压表的示数不变
C.电流表的示数变大 D.电流表的示数变小
三、实验题
9.(2022·天津)某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒,实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时,不放B,让A从固定的斜槽上E点自由滚下,在水平面上得到一个落点位置;将B放置在斜槽末端,让A再次从斜槽上E点自由滚下,与B发生正碰,在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。
(1)为了确认两个小球的直径相同,该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量,某次测量的结果如下图所示,其读数为   mm。
(2)下列关于实验的要求哪个是正确的__________。
A.斜槽的末端必须是水平的 B.斜槽的轨道必须是光滑的
C.必须测出斜槽末端的高度 D.A,B的质量必须相同
(3)如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞,A、B碰后在水平面上的落点位置分别为   、   。(填落点位置的标记字母)
10.(2022·天津)实验小组测量某型号电池的电动势和内阻。用电流表、电压表、滑动变阻器、待测电池等器材组成如图1所示实验电路,由测得的实验数据绘制成的图像如图2所示。
(1)图1的电路图为下图中的   。(选填“A”或“B”)
(2)如果实验中所用电表均视为理想电表,根据图2得到该电池的电动势   V,内阻   。
(3)实验后进行反思,发现上述实验方案存在系统误差。若考虑到电表内阻的影响,对测得的实验数据进行修正,在图2中重新绘制图线,与原图线比较,新绘制的图线与横坐标轴交点的数值将   ,与纵坐标轴交点的数值将   。(两空均选填“变大”“变小”或“不变”)
四、解答题
11.(2022·天津)冰壶是冬季奥运会上非常受欢迎的体育项目。如图所示,运动员在水平冰面上将冰壶A推到M点放手,此时A的速度,匀减速滑行到达N点时,队友用毛刷开始擦A运动前方的冰面,使A与间冰面的动摩擦因数减小,A继续匀减速滑行,与静止在P点的冰壶B发生正碰,碰后瞬间A、B的速度分别为和。已知A、B质量相同,A与间冰面的动摩擦因数,重力加速度取,运动过程中两冰壶均视为质点,A、B碰撞时间极短。求冰壶A
(1)在N点的速度的大小;
(2)与间冰面的动摩擦因数。
12.(2022·天津)如图所示,M和N为平行金属板,质量为m,电荷量为q的带电粒子从M由静止开始被两板间的电场加速后,从N上的小孔穿出,以速度v由C点射入圆形匀强磁场区域,经D点穿出磁场,CD为圆形区域的直径。已知磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外,粒子速度方向与磁场方向垂直,重力略不计。
(1)判断粒子的电性,并求M、N间的电压U;
(2)求粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径r;
(3)若粒子的轨道半径与磁场区域的直径相等,求粒子在磁场中运动的时间t。
13.(2022·天津)直流电磁泵是利用安培力推动导电液体运动的一种设备,可用图1所示的模型讨论其原理,图2为图1的正视图。将两块相同的矩形导电平板竖直正对固定在长方体绝缘容器中,平板与容器等宽,两板间距为,容器中装有导电液体,平板底端与容器底部留有高度可忽略的空隙,导电液体仅能从空隙进入两板间。初始时两板间接有直流电源,电源极性如图所示。若想实现两板间液面上升,可在两板间加垂直于面的匀强磁场,磁感应强度的大小为,两板间液面上升时两板外的液面高度变化可忽略不计。已知导电液体的密度为、电阻率为,重力加速度为。
(1)试判断所加磁场的方向;
(2)求两板间液面稳定在初始液面高度2倍时的电压;
(3)假定平板与容器足够高,求电压满足什么条件时两板间液面能够持续上升。
答案解析部分
1.【答案】B
【知识点】核聚变
【解析】【解答】A.由质量守恒和电荷守恒得,,解得:,,为质子,故A不符合题意;
BD.该反应为聚变反应,释放能量,故该反应有质量亏损,故B符合题意,D不符合题意;
C. 和的质子数一样多,均为2,故C不符合题意。
故答案为:B
【分析】根据质量数守恒和电荷数守恒可判断x的种类;该反应为聚变反应,释放能量,由质量亏损;和的质子均为2。
2.【答案】A
【知识点】电场力做功;电场强度;电势能;电势
【解析】【解答】AB.M、N是以O为圆心的圆上的两点,则电势相同,场强大小相同但方向不同,故A符合题意,B不符合题意;
CD.由于两点电势相等,负电荷由M点到N点,电场力做功为零,电势能不变,故CD均不符合题意。
故答案为:A
【分析】以正电荷为圆心的面为等势面,场强大小相等方向不同;在同一个等势面上移动电荷,电场力不做功,电势能不变。
3.【答案】C
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【解答】A.该卫星在地球静止轨道卫星上,处于赤道平面上,不可能经过天津上空,故A不符合题意;
BCD.卫星正常运行,由万有引力提供向心力有,解得,,,由于该卫星轨道半径大于空间站半径,故加速度小于空间站的加速度;运行周期大于空间站的运行周期;第一宇宙速度时近地卫星的运行速度,则该卫星的运行速度小于地球第一宇宙速度,故BD不符合题意,C符合题意。
故答案为:C
【分析】该卫星在地球静止轨道卫星上,处于赤道平面上,不可能经过天津上空; 卫星做匀速圆周运动 ,根据万有引力提供向心力分析判断。
4.【答案】D
【知识点】电磁感应中的电路类问题
【解析】【解答】A.铝框进入和离开磁场过程中,磁通量变化,都会产生感应电流,受向左安培力而减速,完全在磁场中运动时磁通量不变做匀速运动;可知,离开磁场过程的平均速度小于进入磁场过程的平均速度,所以离开磁场过程的时间大于进入磁场过程的时间,故A不符合题意;
C.由楞次定律知,铝框进入磁场过程中磁通量增大,感应电流方向为逆时针;离开磁场过程磁通量减小,感应电流方向为顺时针,故C不符合题意;
D.铝框进入和离开磁场过程安培力对铝框的冲量为,又,所以,故D符合题意;
B.铝框进入和离开磁场过程均做减速运动,可知铝框进入磁场过程的速度一直大于铝框离开磁场过程的速度,根据,可知铝框进入磁场过程受到的安培力一直大于铝框离开磁场过程受到的安培力,所以铝框进入磁场过程克服安培力做的功大于铝框离开磁场过程克服安培力做的功,即铝框进入磁场过程产生的热量大于铝框离开测长过程产生的热量,故B不符合题意。
故答案为:D
【分析】铝框进入和离开磁场过程中,磁通量变化,都会产生感应电流,受向左安培力而减速,完全在磁场中运动时磁通量不变做匀速运动;铝框进入磁场过程中磁通量增大,离开磁场过程磁通量减小,根据楞次定律分析判断;根据冲量的公式分析判断;铝框进入磁场过程受到的安培力一直大于铝框离开磁场过程受到的安培力,所以铝框进入磁场过程克服安培力做的功大于铝框离开磁场过程克服安培力做的功,即铝框进入磁场过程产生的热量大于铝框离开测长过程产生的热量。
5.【答案】A
【知识点】机械波及其形成和传播;波长、波速与频率的关系
【解析】【解答】A. 在同一均匀介质中两列波的传播速度相同,由图像可知,两列波的波长之比为,根据知,,故A符合题意;
B.列波的传播速度相同, 由a和b两列波分别传播到和处的时刻相同,可知O和P开始振动的时刻不相同,故B不符合题意;
C.因a和b的频率不同,a和b相遇后不能产生干涉现象,故C不符合题意;
D.由波的产生可知,此时,处的质点沿y轴负方向运动,又波传播的是波源的振动形式,所以O开始振动时沿y轴负方向运动,故D不符合题。
故答案为:A
【分析】由图可知波长之比,根据可得频率之比;列波的传播速度相同, O与P开始振动的时刻不相同;频率不同,不能发生干涉;由波的产生可知,处的质点沿y轴负方向运动,根据波传播的是波源的振动形式知,O开始振动时沿y轴负方向运动。
6.【答案】A,C
【知识点】理想气体与理想气体的状态方程;热力学第一定律及其应用
【解析】【解答】AB.绝热过程中,气体体积减小、外界对气体做正功,根据热力学第一定律可知,气体的内能增加,所以气体的温度升高,则气体分子平均动能增加,A符合题意,B不符合题意;
CD.根据一定质量的理想气体状态方程可知,气体等压过程回到初始温度,说明温度降低,内能减小;压强不变,则气体体积减小,外界对气体做正功,故C符合题意,D不符合题意。
故答案为:AC
【分析】绝热压缩过程中,根据气体体积变化判断气体做功情况,根据热力学第一定律判断内能变化从而得出温度变化;根据一定质量的理想气体状态方程分析气体做等压变化回到初始温度的过程中,体积和温度的变化情况。
7.【答案】B,D
【知识点】电磁波谱;干涉条纹和光的波长之间的关系;光的衍射;光电效应
【解析】【解答】根据a、b两单色光在电磁波谱中的位置,a的波长长,频率小。
A. 若a、b光均由氢原子能级跃迁产生,根据跃迁规律,产生a光的能级能量差小,故A不符合题意;
B.若a、b光分别照射同一小孔发生衍射,a光的衍射现象更明显,故B符合题意;
C.若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应,根据爱因斯坦光电效应规律,a光逸出的电子最大初动能小,所以a光的遏止电压低,故C不符合题意;
D.若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时,根据干涉条纹间距公式知,a光的干涉条纹间距大,故D符合题意。
故答案为:BD
【分析】本题根据电磁波谱的波长排序、衍射条件、爱因斯坦光电效应规律、干涉条纹间距公式分析判断。
8.【答案】B,C
【知识点】变压器的应用
【解析】【解答】D.闭合开关S后,灯的支路变多,故电流表A2的示数变大,故D不符合题意;
A.根据知,降压变压器原线圈电流增大,根据知,R的发热功率增大,故A不符合题意;
B.根据,结合U1不变知,U2不变,所以电压表的示数不变,故B符合题意;
C.根据知,电流表A1的示数增大,故C符合题意。
故答案为:BC
【分析】根据电流比等于匝数反比,电压比等于匝数比,结合题意分析判断。
9.【答案】(1)10.5
(2)A
(3)M;P
【知识点】验证动量守恒定律
【解析】【解答】(1)10分度游标卡尺精确度为0.1mm。读数为;
(2)A.为了保证小球做平抛运动,斜槽末端必须水平,故A符合题意;
B.斜槽光滑与否对实验不产生影响,故B不符合题意;
C.实验中两小球做平抛运动,下落时间相同,不需要测量斜槽末端的高度,故C不符合题意;
D.为了防止入射球反弹,应使入射球的质量大于被碰球的质量,故D不符合题意。
故答案为:A
(3)两球为弹性碰撞,N点为小球A单独滑下时的落点;碰撞后A球速度减小,B球速度增大,故A球落点为M,B球落点为P。
故答案为:(1)10.5;(2)A;(3)M P
【分析】(1)游标卡尺的读数等于主尺读数加上油标尺读数,不需要估读;
(2)根据实验原理确定实验中应注意的事项;
(3)根据碰撞前后小球的速度大小确定落点的位置。
10.【答案】(1)B
(2)4.5;1.8
(3)不变;变大
【知识点】电池电动势和内阻的测量
【解析】【解答】(1)由实物图连接可知图1的电路图为下图中的B;
(2)根据闭合电路欧姆定律有,结合图像可得,;
(3)电压表测的为真实值,电流表的测量值为,可见,且随着Ir的增大,逐渐减小,修正如下:
所以新绘制的图线与横坐标轴交点的数值不变,与纵坐标轴交点的数值变大。
故答案为:(1)B;(2)4.5 1.8;(3)不变 变大
【分析】(1)根据实物图连接分析判断;
(2)根据闭合电路欧姆定律和图像分析计算;
(3)分析电表造成的误差分析判断。
11.【答案】(1)解:设冰壶质量为 ,A受到冰面的支持力为 ,由竖直方向受力平衡,有
设A在 间受到的滑动摩擦力为 ,则有
设A在 间的加速度大小为 ,由牛顿第二定律可得
联立解得
由速度与位移的关系式,有
代入数据解得
(2)解:设碰撞前瞬间A的速度为 ,由动量守恒定律可得
解得
设A在 间受到的滑动摩擦力为 ,则有
由动能定理可得
联立解得
【知识点】动量守恒定律;匀变速直线运动的位移与速度的关系;牛顿第二定律;动能定理的综合应用
【解析】【分析】(1)冰壶A从M运动到N过程中,根据牛顿第二定律和速度-位移公式求解;
(2)冰壶A、B碰撞过程中动量守恒,根据动量守恒定律和动能定理联立求解。
12.【答案】(1)解:带电粒子在磁场中运动,根据左手定则可知粒子带正电。粒子在电场中运动由动能定理可知
解得
(2)解:粒子在磁场中做匀速圆周运动,所受洛伦兹力提供向心力,有
解得
(3)解:设粒子运动轨道圆弧对应的圆心角为 ,如图
依题意粒子的轨道半径与磁场区域的直径相等,由几何关系,得
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T,有
带电粒子在磁场中运动的时间
联立各式解得
【知识点】带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】(1)根据左手定则判断粒子的电性,根据动能定理求解加速电压;
(2)根据洛伦兹力提供向心力可求粒子轨道半径;
(3)做出粒子在磁场中运动的轨迹,根基几何关系求出粒子做圆周运动的圆心角,结合周期公式可求粒子在磁场中的运动时间。
13.【答案】(1)解:想实现两板间液面上升,导电液体需要受到向上的安培力,由图可知电流方向沿 轴正方向,根据左手定则可知,所加磁场的方向沿 轴负方向。
(2)解:设平板宽度为 ,两板间初始液面高度为 ,当液面稳定在高度 时,两板间液体的电阻为 ,则有
当两板间所加电压为 时,设流过导电液体的电流为 ,由欧姆定律可得
外加磁场磁感应强度大小为 时,设液体所受安培力的大小为 ,则有
两板间液面稳定在高度 时,设两板间高出板外液面的液体质量为 ,则有
两板间液体受到的安培力与两板间高出板外液面的液体重力平衡,则有
联立以上式子解得
(3)解:设两板间液面稳定时高度为nh,则两板间比容器中液面高出的部分液体的高度为(n-1)h,与(2)同理可得
整理上式,得
平板与容器足够高,若使两板间液面能够持续上升,则n趋近无穷大,即 无限趋近于1,可得
【知识点】安培力
【解析】【分析】(1)先确定两平板间的电流方向和液体所受的安培力方向,根据左手定则判断磁场方向;
(2)受力分析可知板间液体所受安培力等于极板间比容器中液面高出的部分液体的重力,根据电阻定律和安培力计算公式推导出安培力表达式,由平衡条件求解;
(3)设两板间液面稳定时高度为nh,由(2)同理推导出最终表达式,由数学知识分析判断。
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