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【高考真题】2023年新高考物理真题试卷（北京卷）
一、本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1．（2023·北京）夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体（ ）
A．分子的平均动能更小
B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小
D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
【答案】A
【知识点】分子动理论的基本内容；气体压强的微观解释
【解析】【解答】AC、温度是分子平均动能的标志，夜间气温降低，分子的平均动能减小，但不是所有分子的运动速率都更小，A正确，C错误；
BD、由于汽车轮胎内的气体质量不变，总分子数不变，但温度降低，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力减小，压强减小，轮胎内气体体积减小，单位体积内分子的个数增多，BD错误；
故答案为：A
【分析】根据分子动理论，温度是分子热运动的标志，压强的微观解释正确判断。
2．（2023·北京）阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ）
A．偏振现象 B．衍射现象 C．干涉现象 D．全反射现象
【答案】C
【知识点】薄膜干涉
【解析】【解答】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是肥皂膜的前后表面反射光叠加产生的干涉现象，这种现象属于光的薄膜干涉现象，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据薄膜干涉原理正确判断。
3．（2023·北京）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【知识点】原子核的人工转变；天然放射现象；核裂变
【解析】【解答】根据质量数和电荷数守恒分别完成下列核反应方程：
A、，中子，A正确；
B、，a粒子，B错误；
C、，质子，C错误；
D、，电子，D错误；
【分析】根据核反应方程的质量数和电荷数守恒完成核反应方程，以此判断粒子是否为中子。
4．（2023·北京）位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波。t= 0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则t=T时的波形图为（ ）
A． B．
C． D．
【答案】D
【知识点】简谐运动的表达式与图象；横波的图象
【解析】【解答】 t = 0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为， 根据波源质点的振动方程可知，t=0时刻波源质点从平衡位置向上振动，一个周期T后应该回到平衡位置；波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波，根据“上坡下，下坡上”可以确定T时刻的波形图应为D，ABC错误，D正确；
故答案为：D
【分析】根据处于平衡位置的波源质点振动图像和沿x轴正方向传播的机械波可以正确判断。
5．（2023·北京）如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（ ）
A．P与Q同时熄灭 B．P比Q先熄灭
C．Q闪亮后再熄灭 D．P闪亮后再熄灭
【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】根据题意，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，说明自感线圈电阻远小于灯泡电阻，自感线圈上分的电流远大于P灯泡上的电流；断开开关时，自感线圈电流减小产生自感电动势阻碍原电流减小，与P灯泡构成闭合回路，所以Q灯熄灭，P灯上通过自感线圈上电流，P灯变亮再慢慢熄灭，ABC错误，D正确；
故答案为：D
【分析】根据通断电自感现象正确判断。
6．（2023·北京）如图所示，在光滑水平地面上，两相同物块用细线相连，两物块质量均为1kg，细线能承受的最大拉力为2N。若在水平拉力F作用下，两物块一起向右做匀加速直线运动。则F的最大值为（ ）
A．1N B．2N C．4N D．5N
【答案】C
【知识点】牛顿运动定律的应用—连接体
【解析】【解答】根据题意，细线能承受的最大拉力为T=2N，由隔离法对左端物块受力分析，由牛顿第二定律可得：T=ma，
最大加速度，
整体法受力分析，由牛顿第二定律：，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据连接体的解题方法，先隔离后整体求解。
7．（2023·北京）自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器，原线圈接12V的正弦交流电源，副线圈接额定电压为3.8V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5V。下列措施有可能使小灯泡正常发光的是（ ）
A．仅增加原线圈匝数
B．仅增加副线圈匝数
C．将原、副线圈匝数都增为原来的两倍
D．将两个3.8V小灯泡并联起来接入副线圈
【答案】B
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】AB、根据理想变压器电压与匝数关系，，可得：，提高输出电压，应增加副线圈匝数、减小原线圈匝数，A错误，B正确；
C、原、副线圈匝数都增为原来的两倍，匝数比不变，输出电压不变，C错误；
D、输出电压决定于变压器原线圈电压和匝数比，D错误；
故答案为：B
【分析】根据理想变压器电压与匝数的关系正确判断。
8．（2023·北京）如图所示，两个带等量正电的点电荷位于M、N两点上，E、F是MN连线中垂线上的两点，O为EF、MN的交点，EO=OF。一带负电的点电荷在E点由静止释放后（ ）
A．做匀加速直线运动
B．在O点所受静电力最大
C．由E到O的时间等于由O到F的时间
D．由E到F的过程中电势能先增大后减小
【答案】C
【知识点】电场强度的叠加
【解析】【解答】根据题意，由等量同种正电荷的连线中垂线上电场强度大小对称分布，方向向外，连线中点场强为零，离中点O越远场强越小，负电荷的受力方向与场强方向相反，负电荷在EF之间做简谐运动，E到O加速度减小的加速，O到F加速度增大的减速，电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据等量同种电荷连线中垂线上场强分布规律正确判断。
9．（2023·北京）如图所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。下列说法正确的是（ ）
A．线框进磁场的过程中电流方向为顺时针方向
B．线框出磁场的过程中做匀减速直线运动
C．线框在进和出的两过程中产生的焦耳热相等
D．线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等
【答案】D
【知识点】电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】A、线框进磁场的过程中，根据楞次定律增反减同原理可判断感应电流为逆时针方向，A错误；
B、线框出磁场的过程中，在安培力作用下减速运动，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可得：，
可知安培力随速度减小而减小，线框做加速度减小的减速运动，B错误；
C、线框进出磁场所受安培力大小不同，克服安培力所做功不同，产生的焦耳热不同，C错误；
D、根据法拉第电磁感应定律和电流定义式可得：，进出磁场线框磁通量的变化量相等，导线中通过的电荷量相等，D正确；
故答案为：D
【分析】根据楞次定律、安培力公式、克服安培力做功和电荷量公式正确判断。
10．（2023·北京）在太空实验室中可以利用匀速圆周运动测量小球质量。如图所示，不可伸长的轻绳一端固定于O点，另一端系一待测小球，使其绕O做匀速圆周运动，用力传感器测得绳上的拉力为F，用停表测得小球转过n圈所用的时间为t，用刻度尺测得O点到球心的距离为圆周运动的半径R。下列说法正确的是（ ）
A．圆周运动轨道可处于任意平面内
B．小球的质量为
C．若误将圈记作n圈，则所得质量偏大
D．若测R时未计入小球半径，则所得质量偏小
【答案】A
【知识点】向心力；万有引力定律的应用
【解析】【解答】A、空间实验室中内物体处于完全失重状态，小球圆周运动的轨道可处于任意平面，A正确；
B、停表测得小球转过n圈所用的时间为t得：，对小球圆周运动由牛顿第二定律可得：，
联立可得：，B错误；
C、若误将圈记作n圈，根据上式n偏大，则m偏小，C错误；
D、若测R时未计入小球半径 ，根据上式R偏小，则m偏大，D错误；
故答案为：A
【分析】根据空间实验室中内物体处于完全失重状态，利用圆周运动供需平衡得出结论分析判断。
11．（2023·北京）如图所示，一物体在力F作用下沿水平桌面做匀加速直线运动。已知物体质量为m，加速度大小为a，物体和桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，在物体移动距离为x的过程中（ ）
A．摩擦力做功大小与F方向无关 B．合力做功大小与F方向有关
C．F为水平方向时，F做功为 D．F做功的最小值为
【答案】D
【知识点】功的计算
【解析】【解答】A、设F与水平方向夹角为θ，对物体受力分析正交分解可得：，可知力F的方向变化，θ角度变化，f 变化，摩檫力做功大小发生变化，A错误；
B、已知物体质量为m，加速度大小为a，由牛顿第二定律可知：，合力为定值，合力做功与F方向无关，B错误；
C、F为水平方向时，，F做功为：，C错误；
D、合外力所做总功为，为定值，而，摩檫力做负功，改变F的方向，使故摩檫力做功为零时，F做功的最小值为max，D正确；
故答案为：D
【分析】A对物体受力分析求解摩檫力，根据功的定义式判断；
B、由物体的质量和加速度确定合力的大小；
C、F水平方向时根据牛顿第二定律确定F力的大小，从而求解F做功的表达式；
D、根据合力做功为定值，而合力做功等于拉力和摩檫力做功之和可以确定，当摩檫力为零时，拉力F做功最小值，
12．（2023·北京）2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破。“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为，运行一圈所用时间约为100分钟。如图所示，为了随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”，下列说法正确的是（ ）
A． “夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为
B．“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于
C．“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度
D．由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离
【答案】A
【知识点】开普勒定律；第一、第二与第三宇宙速度；卫星问题
【解析】【解答】A、“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，则其在运行轨道平面每天转动的角度为：，A正确；
B、由高轨低速长周期，轨道越高环绕速度越小，“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度小于环绕地球的最大速度，B错误；
C、“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度：，地球表面的重力加速度：，由于：r＞R，故a＜g，C错误；
D、“夸父一号”绕地球做圆周运动，地球绕太阳做圆周运动，中心天体不同，不能根据开普勒第三定律计算日地平均距离。D错误；
故答案为：A
【分析】A、根据”夸父一号“运行特点分析判断；
B、由高轨低速长周期，轨道越高环绕速度越小判断；
C、根据向心加速度公式和地球表面重力加速度公式判断；
D、开普勒第三定律适用于同一个中心天体的条件判断。
13．（2023·北京）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道，其轴线与磁场垂直。管道横截面半径为a，长度为l（）。带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，与管壁发生弹性碰撞，多次碰撞后从另一端射出，单位时间进入管道的粒子数为n，粒子电荷量为，不计粒子的重力、粒子间的相互作用，下列说法不正确的是（ ）
A．粒子在磁场中运动的圆弧半径为a
B．粒子质量为
C．管道内的等效电流为
D．粒子束对管道的平均作用力大小为
【答案】C
【知识点】安培力；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】A、带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，由题可知，粒子在磁场中做了1/4的圆周运动，粒子在磁场中圆周运动的半径为a，A正确；
B、根据供需平衡：可得：，B正确；
C、管道中的等效电流为：，C错误；
D、离子束对管道的平均作用力等效为管道中等效电流所受安培力：，D正确；
故答案为：C
【分析】A、根据粒子圆周运动规律有几何关系求得半径；
B、根据粒子圆周运动供需平衡求解半径公式解得质量；
C、根据电流的定义式求解电流大小；
D、离子束对管道作用力的大小等效为电流所受安培力的大小求解。
14．（2023·北京）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。
方法一：根据光子能量（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。
下列说法正确的是（ ）
A．由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度
B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
【答案】B
【知识点】能量守恒定律；光子及其动量
【解析】【解答】A、由方法一，根据能量守恒：， 又因为，代入解得：，A错误；
B、由方法二， 接收到的光的频率可知，，根据光速公式：，频率小波长长，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长，B正确；
C、由方法一二可知，从P点发出到Q点，频率都变小，相反从Q点发出到P点，频率增大，C错误；
D、通过类比，从太阳表面发出的光在传播过程中频率应逐渐变小。D错误；
故答案为：B
【分析】A、由方法一，根据能量守恒定律结合光子能量分析光子频率的变化；
B、由方法二， 接收到的光的频率公式，结合光速公式分析波长变化；
CD、结合AB中的频率变化规律分析得出结论。
二、本部分共6小题，共58分。
15．（2023·北京）
（1）用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法，已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径 。
（2）采用图1所示的电路图来测量金属丝的电阻率。
实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在 （填“M”或“N”）端。
（3）按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为 （填“a”“b”或“c”）。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有 。
【答案】（1）
（2）M
（3）b；移动滑片时，电压表和电流表的示数不变
【知识点】导体电阻率的测量；用油膜法估测油酸分子的大小
【解析】【解答】（1）纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径：；
(2)由电路图可知，滑动变阻器为分压式接法，闭合开关时被测电阻电压从零开始增加，滑动变阻器滑片应置于M端；
（3）由实物图可知，应该为导线b连接错误，若闭合开关，导线b使电路发生短路，没有电流流过被测电阻丝，电流表无读数，电压表有读数。
【分析】（1）油酸分子直径为油酸体积与油膜面积的比值；
（2）根据分压式供电方式，闭合开关时被测电阻电压从零开始增加，滑动变阻器滑片应置于M端；
（3）分析实物图b导线使得被测电路短路，被测电阻丝上没有电流，电流表无读数，电压表测电源输出电压。
16．（2023·北京）用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。
（1）关于实验，下列做法正确的是___________（填选项前的字母）。
A．选择体积小、质量大的小球 B．借助重垂线确定竖直方向
C．先抛出小球，再打开频闪仪 D．水平抛出小球
（2）图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做 运动；根据 ，可判断A球水平方向做匀速直线运动。
（3）某同学使小球从高度为的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动（每秒频闪25次），最多可以得到小球在空中运动的 个位置。
（4）某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系，并测量出另外两个位置的坐标值、，如图3所示。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为 。
【答案】（1）A；B；D
（2）自由落体运动；A球相邻两位置水平距离相等
（3）10
（4）
【知识点】研究平抛物体的运动
【解析】【解答】（1）A、选择体积小，质量大的小球，可以减小摩擦阻力，A正确；
B、为研究小球平抛运动建立平面直角坐标y轴，需要重垂线确定竖直方向，B正确；
C、实验应先打开频闪仪，再抛出小球，C错误；
D、验证平抛运动，小球抛出速度必须水平，D正确；
故答案为：ABD
（2）由图2可知，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做自由落体运动；根据相同时间间隔内平抛运动水平方向间隔相等，可判断A球水平方向做匀速直线运动。
（3）由可得：，频闪照相每秒频闪25次，
可知最多得到小球在空中运动的位置数为：N=0.4×25=10个。
（4）设重垂线与y轴夹角为θ，频闪照相时间间隔为T，
如图所示，沿xy轴分解重力加速度可得：，
根据匀变速直线运动规律，在相等时间间隔内的位移差应用逐差法可得：
沿x轴：，联立解得：；
沿y轴：，联立解得：；
可得：
【分析】（1）根据验证平抛运动实验条件和平抛运动特点分析判断；
（2）结合图1原理，根据图2中相等时间间隔的竖直高度和水平位移判断确定；
（3）根据平抛运动高度决定时间，确定时间结合频闪每秒闪光次数计算；
（4）根据题意分解重力加速沿xy轴方向，结合频闪照相确定xy轴方向相等时间间隔内位移，分别沿xy应用逐差法求解。
17．（2023·北京）如图所示，质量为m的小球A用一不可伸长的轻绳悬挂在O点，在O点正下方的光滑桌面上有一个与A完全相同的静止小球B，B距O点的距离等于绳长L。现将A拉至某一高度，由静止释放，A以速度v在水平方向和B发生正碰并粘在一起。重力加速度为g。求：
（1）A释放时距桌面的高度H；
（2）碰撞前瞬间绳子的拉力大小F；
（3）碰撞过程中系统损失的机械能。
【答案】（1） 由A－B对小球A根据动能定理可得：，得：
（2） 碰撞前瞬间，对A球根据牛顿第二定律： ，得：
（3）由于AB发生完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律：，根据能量守恒定律：，
联立解得：
【知识点】动能定理的综合应用；动量与能量的综合应用一子弹打木块模型
【解析】
【分析】(1)对小球A应用动能定理求解；
（2）根据圆周运动最低点由牛顿第二定律求解；
（3）根据完全非弹性碰撞，由动量守恒定律和能量守恒定律求解。
18．（2023·北京） 2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为（k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求：
（1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F；
（2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比；
（3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。
【答案】（1）由题可知，第一级区域的磁感应强度：，由安培力公式：
（2）同理可得第二级区域磁感应强度：，由安培力公式：由牛顿第二定律：可得：
（3）对金属棒根据动能定理：，解得：
【知识点】牛顿第二定律；动能定理的综合应用；安培力的计算
【解析】【分析】(1)根据题意确定磁感应强度，由安培力公式求解；
（2）同理解得二区域安培力，根据牛顿第二定律求解；
（3）对金属棒应用动能定理求解。
19．（2023·北京）某种负离子空气净化原理如图所示。由空气和带负电的灰尘颗粒物（视为小球）组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器。在收集器中，空气和带电颗粒沿板方向的速度保持不变。在匀强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被收集，已知金属板长度为L，间距为d、不考虑重力影响和颗粒间相互作用。
（1）若不计空气阻力，质量为m、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压；
（2）若计空气阻力，颗粒所受阻力与其相对于空气的速度v方向相反，大小为，其中r为颗粒的半径，k为常量。假设颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度。
a、半径为R、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压；
b、已知颗粒的电荷量与其半径的平方成正比，进入收集器的均匀混合气流包含了直径为和的两种颗粒，若的颗粒恰好100%被收集，求的颗粒被收集的百分比。
【答案】（1）由题意可知，靠近上极板颗粒做类平抛运动打到下极板左端时恰好全部收集，
根据电势差与电场强度关系：，
牛顿第二定律：，
由类平抛运动特点：，
联立解得：
（2）a、竖直方向颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度可知：F=f，即： ，
由竖直方向和水平方向时间相等：，
联立解得：
b、已知颗粒的电荷量与半径的平方成正比：，
颗粒恰好100%被收集，同理由（2）a中，F=f可得：，竖直方向和水平方向时间相等：；
颗粒竖直方向运动距离为x，同理由（2）a中，F=f可得：，竖直方向和水平方向时间相等：，
式联立解得：；
式联立解得：，
联立解得：
只有靠近下极板的竖直方向的范围内的粒子被收集，故收集 颗粒的被收集率为：
【知识点】带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【分析】（1）靠近上极板颗粒做类平抛运动打到下极板左端时恰好全部收集，由牛顿第二定律，类平抛运动水平方向匀速直线运动，竖直方向匀加速直线运动求解；
（2）a、竖直方向颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度，由二力平衡结合竖直水平两方向时间相等联立求解；
b、同理分别求解两类粒子的二力平衡关系和水平与竖直方向时间关系联立求解。
20．（2023·北京）螺旋星系中有大量的恒星和星际物质，主要分布在半径为R的球体内，球体外仅有极少的恒星。球体内物质总质量为M，可认为均匀分布，球体内外的所有恒星都绕星系中心做匀速圆周运动，恒星到星系中心的距离为r，引力常量为G。
（1）求区域的恒星做匀速圆周运动的速度大小v与r的关系；
（2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零，利用库仑力与万有引力的表达式的相似性和相关力学知识，求区域的恒星做匀速圆周运动的速度大小v与r的关系；
（3）科学家根据实测数据，得到此螺旋星系中不同位置的恒星做匀速圆周运动的速度大小v随r的变化关系图像，如图所示，根据在范围内的恒星速度大小几乎不变，科学家预言螺旋星系周围（）存在一种特殊物质，称之为暗物质。暗物质与通常的物质有引力相互作用，并遵循万有引力定律，求内暗物质的质量。
【答案】（1）根据题意，r＞R为星系中心球体外恒星绕星系中球体匀速圆周运动，由万有引力定律：，可得：
（2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零 ，类比质量分布均匀的星系中心球体球壳对壳内物体万有引力为零。
则在区域内球体总质量为，球体体积为：，类比可得：，
同理区域的恒星匀速圆周运动，由万有引力定律：，
联立解得：
（3）根据在范围内的恒星速度v大小几乎不变，
对处于R球体边缘的恒星，由万有引力定律和向心力公式有：，
对处于r=nR处的恒星，由万有引力定律和向心力公式有：，
联立解得：
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【分析】(1)根据题意，星系中心球体外恒星绕星系中球体匀速圆周运动，由万有引力定律求解；
（2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零 ，类比质量分布均匀的星系中心球体球壳对壳内物体万有引力为零。先根据质量分布均匀，结合球体体积公式求得r球体质量，再由万有引力定律求解；
（3）根据在范围内的恒星速度v大小几乎不变，分别对处于R边缘恒星和处于nR边缘恒星应用万有引力定律，联立求解。
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【高考真题】2023年新高考物理真题试卷（北京卷）
一、本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1．（2023·北京）夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体（ ）
A．分子的平均动能更小
B．单位体积内分子的个数更少
C．所有分子的运动速率都更小
D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
2．（2023·北京）阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ）
A．偏振现象 B．衍射现象 C．干涉现象 D．全反射现象
3．（2023·北京）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ）
A．
B．
C．
D．
4．（2023·北京）位于坐标原点处的波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波。t= 0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为，则t=T时的波形图为（ ）
A． B．
C． D．
5．（2023·北京）如图所示，L是自感系数很大、电阻很小的线圈，P、Q是两个相同的小灯泡，开始时，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，断开开关（ ）
A．P与Q同时熄灭 B．P比Q先熄灭
C．Q闪亮后再熄灭 D．P闪亮后再熄灭
6．（2023·北京）如图所示，在光滑水平地面上，两相同物块用细线相连，两物块质量均为1kg，细线能承受的最大拉力为2N。若在水平拉力F作用下，两物块一起向右做匀加速直线运动。则F的最大值为（ ）
A．1N B．2N C．4N D．5N
7．（2023·北京）自制一个原、副线圈匝数分别为600匝和190匝的变压器，原线圈接12V的正弦交流电源，副线圈接额定电压为3.8V的小灯泡。实际测得小灯泡两端电压为2.5V。下列措施有可能使小灯泡正常发光的是（ ）
A．仅增加原线圈匝数
B．仅增加副线圈匝数
C．将原、副线圈匝数都增为原来的两倍
D．将两个3.8V小灯泡并联起来接入副线圈
8．（2023·北京）如图所示，两个带等量正电的点电荷位于M、N两点上，E、F是MN连线中垂线上的两点，O为EF、MN的交点，EO=OF。一带负电的点电荷在E点由静止释放后（ ）
A．做匀加速直线运动
B．在O点所受静电力最大
C．由E到O的时间等于由O到F的时间
D．由E到F的过程中电势能先增大后减小
9．（2023·北京）如图所示，光滑水平面上的正方形导线框，以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。下列说法正确的是（ ）
A．线框进磁场的过程中电流方向为顺时针方向
B．线框出磁场的过程中做匀减速直线运动
C．线框在进和出的两过程中产生的焦耳热相等
D．线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等
10．（2023·北京）在太空实验室中可以利用匀速圆周运动测量小球质量。如图所示，不可伸长的轻绳一端固定于O点，另一端系一待测小球，使其绕O做匀速圆周运动，用力传感器测得绳上的拉力为F，用停表测得小球转过n圈所用的时间为t，用刻度尺测得O点到球心的距离为圆周运动的半径R。下列说法正确的是（ ）
A．圆周运动轨道可处于任意平面内
B．小球的质量为
C．若误将圈记作n圈，则所得质量偏大
D．若测R时未计入小球半径，则所得质量偏小
11．（2023·北京）如图所示，一物体在力F作用下沿水平桌面做匀加速直线运动。已知物体质量为m，加速度大小为a，物体和桌面之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，在物体移动距离为x的过程中（ ）
A．摩擦力做功大小与F方向无关 B．合力做功大小与F方向有关
C．F为水平方向时，F做功为 D．F做功的最小值为
12．（2023·北京）2022年10月9日，我国综合性太阳探测卫星“夸父一号”成功发射，实现了对太阳探测的跨越式突破。“夸父一号”卫星绕地球做匀速圆周运动，距地面高度约为，运行一圈所用时间约为100分钟。如图所示，为了随时跟踪和观测太阳的活动，“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，使太阳光能照射到“夸父一号”，下列说法正确的是（ ）
A． “夸父一号”的运行轨道平面平均每天转动的角度约为
B．“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度大于
C．“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度大于地球表面的重力加速度
D．由题干信息，根据开普勒第三定律，可求出日地间平均距离
13．（2023·北京）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道，其轴线与磁场垂直。管道横截面半径为a，长度为l（）。带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，与管壁发生弹性碰撞，多次碰撞后从另一端射出，单位时间进入管道的粒子数为n，粒子电荷量为，不计粒子的重力、粒子间的相互作用，下列说法不正确的是（ ）
A．粒子在磁场中运动的圆弧半径为a
B．粒子质量为
C．管道内的等效电流为
D．粒子束对管道的平均作用力大小为
14．（2023·北京）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。
方法一：根据光子能量（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。
下列说法正确的是（ ）
A．由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度
B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
二、本部分共6小题，共58分。
15．（2023·北京）
（1）用油膜法估测油酸分子直径是一种通过测量宏观量来测量微观量的方法，已知1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径 。
（2）采用图1所示的电路图来测量金属丝的电阻率。
实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在 （填“M”或“N”）端。
（3）按照图1连接实物图，如图2所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为 （填“a”“b”或“c”）。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有 。
16．（2023·北京）用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。
（1）关于实验，下列做法正确的是___________（填选项前的字母）。
A．选择体积小、质量大的小球 B．借助重垂线确定竖直方向
C．先抛出小球，再打开频闪仪 D．水平抛出小球
（2）图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做 运动；根据 ，可判断A球水平方向做匀速直线运动。
（3）某同学使小球从高度为的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动（每秒频闪25次），最多可以得到小球在空中运动的 个位置。
（4）某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系，并测量出另外两个位置的坐标值、，如图3所示。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为 。
17．（2023·北京）如图所示，质量为m的小球A用一不可伸长的轻绳悬挂在O点，在O点正下方的光滑桌面上有一个与A完全相同的静止小球B，B距O点的距离等于绳长L。现将A拉至某一高度，由静止释放，A以速度v在水平方向和B发生正碰并粘在一起。重力加速度为g。求：
（1）A释放时距桌面的高度H；
（2）碰撞前瞬间绳子的拉力大小F；
（3）碰撞过程中系统损失的机械能。
18．（2023·北京） 2022年，我国阶段性建成并成功运行了“电磁撬”，创造了大质量电磁推进技术的世界最高速度纪录。一种两级导轨式电磁推进的原理如图所示。两平行长直金属导轨固定在水平面，导轨间垂直安放金属棒。金属棒可沿导轨无摩擦滑行，且始终与导轨接触良好，电流从一导轨流入，经过金属棒，再从另一导轨流回，图中电源未画出。导轨电流在两导轨间产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B与电流i的关系式为（k为常量）。金属棒被该磁场力推动。当金属棒由第一级区域进入第二级区域时，回路中的电流由I变为。已知两导轨内侧间距为L，每一级区域中金属棒被推进的距离均为s，金属棒的质量为m。求：
（1）金属棒经过第一级区域时受到安培力的大小F；
（2）金属棒经过第一、二级区域的加速度大小之比；
（3）金属棒从静止开始经过两级区域推进后的速度大小v。
19．（2023·北京）某种负离子空气净化原理如图所示。由空气和带负电的灰尘颗粒物（视为小球）组成的混合气流进入由一对平行金属板构成的收集器。在收集器中，空气和带电颗粒沿板方向的速度保持不变。在匀强电场作用下，带电颗粒打到金属板上被收集，已知金属板长度为L，间距为d、不考虑重力影响和颗粒间相互作用。
（1）若不计空气阻力，质量为m、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压；
（2）若计空气阻力，颗粒所受阻力与其相对于空气的速度v方向相反，大小为，其中r为颗粒的半径，k为常量。假设颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度。
a、半径为R、电荷量为的颗粒恰好全部被收集，求两金属板间的电压；
b、已知颗粒的电荷量与其半径的平方成正比，进入收集器的均匀混合气流包含了直径为和的两种颗粒，若的颗粒恰好100%被收集，求的颗粒被收集的百分比。
20．（2023·北京）螺旋星系中有大量的恒星和星际物质，主要分布在半径为R的球体内，球体外仅有极少的恒星。球体内物质总质量为M，可认为均匀分布，球体内外的所有恒星都绕星系中心做匀速圆周运动，恒星到星系中心的距离为r，引力常量为G。
（1）求区域的恒星做匀速圆周运动的速度大小v与r的关系；
（2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零，利用库仑力与万有引力的表达式的相似性和相关力学知识，求区域的恒星做匀速圆周运动的速度大小v与r的关系；
（3）科学家根据实测数据，得到此螺旋星系中不同位置的恒星做匀速圆周运动的速度大小v随r的变化关系图像，如图所示，根据在范围内的恒星速度大小几乎不变，科学家预言螺旋星系周围（）存在一种特殊物质，称之为暗物质。暗物质与通常的物质有引力相互作用，并遵循万有引力定律，求内暗物质的质量。
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】分子动理论的基本内容；气体压强的微观解释
【解析】【解答】AC、温度是分子平均动能的标志，夜间气温降低，分子的平均动能减小，但不是所有分子的运动速率都更小，A正确，C错误；
BD、由于汽车轮胎内的气体质量不变，总分子数不变，但温度降低，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力减小，压强减小，轮胎内气体体积减小，单位体积内分子的个数增多，BD错误；
故答案为：A
【分析】根据分子动理论，温度是分子热运动的标志，压强的微观解释正确判断。
2．【答案】C
【知识点】薄膜干涉
【解析】【解答】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是肥皂膜的前后表面反射光叠加产生的干涉现象，这种现象属于光的薄膜干涉现象，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据薄膜干涉原理正确判断。
3．【答案】A
【知识点】原子核的人工转变；天然放射现象；核裂变
【解析】【解答】根据质量数和电荷数守恒分别完成下列核反应方程：
A、，中子，A正确；
B、，a粒子，B错误；
C、，质子，C错误；
D、，电子，D错误；
【分析】根据核反应方程的质量数和电荷数守恒完成核反应方程，以此判断粒子是否为中子。
4．【答案】D
【知识点】简谐运动的表达式与图象；横波的图象
【解析】【解答】 t = 0时波源开始振动，其位移y随时间t变化的关系式为， 根据波源质点的振动方程可知，t=0时刻波源质点从平衡位置向上振动，一个周期T后应该回到平衡位置；波源发出一列沿x轴正方向传播的简谐横波，根据“上坡下，下坡上”可以确定T时刻的波形图应为D，ABC错误，D正确；
故答案为：D
【分析】根据处于平衡位置的波源质点振动图像和沿x轴正方向传播的机械波可以正确判断。
5．【答案】D
【知识点】自感与互感
【解析】【解答】根据题意，开关S处于闭合状态，P灯微亮，Q灯正常发光，说明自感线圈电阻远小于灯泡电阻，自感线圈上分的电流远大于P灯泡上的电流；断开开关时，自感线圈电流减小产生自感电动势阻碍原电流减小，与P灯泡构成闭合回路，所以Q灯熄灭，P灯上通过自感线圈上电流，P灯变亮再慢慢熄灭，ABC错误，D正确；
故答案为：D
【分析】根据通断电自感现象正确判断。
6．【答案】C
【知识点】牛顿运动定律的应用—连接体
【解析】【解答】根据题意，细线能承受的最大拉力为T=2N，由隔离法对左端物块受力分析，由牛顿第二定律可得：T=ma，
最大加速度，
整体法受力分析，由牛顿第二定律：，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据连接体的解题方法，先隔离后整体求解。
7．【答案】B
【知识点】变压器原理
【解析】【解答】AB、根据理想变压器电压与匝数关系，，可得：，提高输出电压，应增加副线圈匝数、减小原线圈匝数，A错误，B正确；
C、原、副线圈匝数都增为原来的两倍，匝数比不变，输出电压不变，C错误；
D、输出电压决定于变压器原线圈电压和匝数比，D错误；
故答案为：B
【分析】根据理想变压器电压与匝数的关系正确判断。
8．【答案】C
【知识点】电场强度的叠加
【解析】【解答】根据题意，由等量同种正电荷的连线中垂线上电场强度大小对称分布，方向向外，连线中点场强为零，离中点O越远场强越小，负电荷的受力方向与场强方向相反，负电荷在EF之间做简谐运动，E到O加速度减小的加速，O到F加速度增大的减速，电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大，ABD错误，C正确；
故答案为：C
【分析】根据等量同种电荷连线中垂线上场强分布规律正确判断。
9．【答案】D
【知识点】电磁感应中的动力学问题
【解析】【解答】A、线框进磁场的过程中，根据楞次定律增反减同原理可判断感应电流为逆时针方向，A错误；
B、线框出磁场的过程中，在安培力作用下减速运动，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律可得：，
可知安培力随速度减小而减小，线框做加速度减小的减速运动，B错误；
C、线框进出磁场所受安培力大小不同，克服安培力所做功不同，产生的焦耳热不同，C错误；
D、根据法拉第电磁感应定律和电流定义式可得：，进出磁场线框磁通量的变化量相等，导线中通过的电荷量相等，D正确；
故答案为：D
【分析】根据楞次定律、安培力公式、克服安培力做功和电荷量公式正确判断。
10．【答案】A
【知识点】向心力；万有引力定律的应用
【解析】【解答】A、空间实验室中内物体处于完全失重状态，小球圆周运动的轨道可处于任意平面，A正确；
B、停表测得小球转过n圈所用的时间为t得：，对小球圆周运动由牛顿第二定律可得：，
联立可得：，B错误；
C、若误将圈记作n圈，根据上式n偏大，则m偏小，C错误；
D、若测R时未计入小球半径 ，根据上式R偏小，则m偏大，D错误；
故答案为：A
【分析】根据空间实验室中内物体处于完全失重状态，利用圆周运动供需平衡得出结论分析判断。
11．【答案】D
【知识点】功的计算
【解析】【解答】A、设F与水平方向夹角为θ，对物体受力分析正交分解可得：，可知力F的方向变化，θ角度变化，f 变化，摩檫力做功大小发生变化，A错误；
B、已知物体质量为m，加速度大小为a，由牛顿第二定律可知：，合力为定值，合力做功与F方向无关，B错误；
C、F为水平方向时，，F做功为：，C错误；
D、合外力所做总功为，为定值，而，摩檫力做负功，改变F的方向，使故摩檫力做功为零时，F做功的最小值为max，D正确；
故答案为：D
【分析】A对物体受力分析求解摩檫力，根据功的定义式判断；
B、由物体的质量和加速度确定合力的大小；
C、F水平方向时根据牛顿第二定律确定F力的大小，从而求解F做功的表达式；
D、根据合力做功为定值，而合力做功等于拉力和摩檫力做功之和可以确定，当摩檫力为零时，拉力F做功最小值，
12．【答案】A
【知识点】开普勒定律；第一、第二与第三宇宙速度；卫星问题
【解析】【解答】A、“夸父一号”在随地球绕太阳公转的过程中，需要其轨道平面始终与太阳保持固定的取向，则其在运行轨道平面每天转动的角度为：，A正确；
B、由高轨低速长周期，轨道越高环绕速度越小，“夸父一号”绕地球做圆周运动的速度小于环绕地球的最大速度，B错误；
C、“夸父一号”绕地球做圆周运动的向心加速度：，地球表面的重力加速度：，由于：r＞R，故a＜g，C错误；
D、“夸父一号”绕地球做圆周运动，地球绕太阳做圆周运动，中心天体不同，不能根据开普勒第三定律计算日地平均距离。D错误；
故答案为：A
【分析】A、根据”夸父一号“运行特点分析判断；
B、由高轨低速长周期，轨道越高环绕速度越小判断；
C、根据向心加速度公式和地球表面重力加速度公式判断；
D、开普勒第三定律适用于同一个中心天体的条件判断。
13．【答案】C
【知识点】安培力；带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】A、带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，由题可知，粒子在磁场中做了1/4的圆周运动，粒子在磁场中圆周运动的半径为a，A正确；
B、根据供需平衡：可得：，B正确；
C、管道中的等效电流为：，C错误；
D、离子束对管道的平均作用力等效为管道中等效电流所受安培力：，D正确；
故答案为：C
【分析】A、根据粒子圆周运动规律有几何关系求得半径；
B、根据粒子圆周运动供需平衡求解半径公式解得质量；
C、根据电流的定义式求解电流大小；
D、离子束对管道作用力的大小等效为电流所受安培力的大小求解。
14．【答案】B
【知识点】能量守恒定律；光子及其动量
【解析】【解答】A、由方法一，根据能量守恒：， 又因为，代入解得：，A错误；
B、由方法二， 接收到的光的频率可知，，根据光速公式：，频率小波长长，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长，B正确；
C、由方法一二可知，从P点发出到Q点，频率都变小，相反从Q点发出到P点，频率增大，C错误；
D、通过类比，从太阳表面发出的光在传播过程中频率应逐渐变小。D错误；
故答案为：B
【分析】A、由方法一，根据能量守恒定律结合光子能量分析光子频率的变化；
B、由方法二， 接收到的光的频率公式，结合光速公式分析波长变化；
CD、结合AB中的频率变化规律分析得出结论。
15．【答案】（1）
（2）M
（3）b；移动滑片时，电压表和电流表的示数不变
【知识点】导体电阻率的测量；用油膜法估测油酸分子的大小
【解析】【解答】（1）纯油酸的体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径：；
(2)由电路图可知，滑动变阻器为分压式接法，闭合开关时被测电阻电压从零开始增加，滑动变阻器滑片应置于M端；
（3）由实物图可知，应该为导线b连接错误，若闭合开关，导线b使电路发生短路，没有电流流过被测电阻丝，电流表无读数，电压表有读数。
【分析】（1）油酸分子直径为油酸体积与油膜面积的比值；
（2）根据分压式供电方式，闭合开关时被测电阻电压从零开始增加，滑动变阻器滑片应置于M端；
（3）分析实物图b导线使得被测电路短路，被测电阻丝上没有电流，电流表无读数，电压表测电源输出电压。
16．【答案】（1）A；B；D
（2）自由落体运动；A球相邻两位置水平距离相等
（3）10
（4）
【知识点】研究平抛物体的运动
【解析】【解答】（1）A、选择体积小，质量大的小球，可以减小摩擦阻力，A正确；
B、为研究小球平抛运动建立平面直角坐标y轴，需要重垂线确定竖直方向，B正确；
C、实验应先打开频闪仪，再抛出小球，C错误；
D、验证平抛运动，小球抛出速度必须水平，D正确；
故答案为：ABD
（2）由图2可知，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做自由落体运动；根据相同时间间隔内平抛运动水平方向间隔相等，可判断A球水平方向做匀速直线运动。
（3）由可得：，频闪照相每秒频闪25次，
可知最多得到小球在空中运动的位置数为：N=0.4×25=10个。
（4）设重垂线与y轴夹角为θ，频闪照相时间间隔为T，
如图所示，沿xy轴分解重力加速度可得：，
根据匀变速直线运动规律，在相等时间间隔内的位移差应用逐差法可得：
沿x轴：，联立解得：；
沿y轴：，联立解得：；
可得：
【分析】（1）根据验证平抛运动实验条件和平抛运动特点分析判断；
（2）结合图1原理，根据图2中相等时间间隔的竖直高度和水平位移判断确定；
（3）根据平抛运动高度决定时间，确定时间结合频闪每秒闪光次数计算；
（4）根据题意分解重力加速沿xy轴方向，结合频闪照相确定xy轴方向相等时间间隔内位移，分别沿xy应用逐差法求解。
17．【答案】（1） 由A－B对小球A根据动能定理可得：，得：
（2） 碰撞前瞬间，对A球根据牛顿第二定律： ，得：
（3）由于AB发生完全非弹性碰撞，根据动量守恒定律：，根据能量守恒定律：，
联立解得：
【知识点】动能定理的综合应用；动量与能量的综合应用一子弹打木块模型
【解析】
【分析】(1)对小球A应用动能定理求解；
（2）根据圆周运动最低点由牛顿第二定律求解；
（3）根据完全非弹性碰撞，由动量守恒定律和能量守恒定律求解。
18．【答案】（1）由题可知，第一级区域的磁感应强度：，由安培力公式：
（2）同理可得第二级区域磁感应强度：，由安培力公式：由牛顿第二定律：可得：
（3）对金属棒根据动能定理：，解得：
【知识点】牛顿第二定律；动能定理的综合应用；安培力的计算
【解析】【分析】(1)根据题意确定磁感应强度，由安培力公式求解；
（2）同理解得二区域安培力，根据牛顿第二定律求解；
（3）对金属棒应用动能定理求解。
19．【答案】（1）由题意可知，靠近上极板颗粒做类平抛运动打到下极板左端时恰好全部收集，
根据电势差与电场强度关系：，
牛顿第二定律：，
由类平抛运动特点：，
联立解得：
（2）a、竖直方向颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度可知：F=f，即： ，
由竖直方向和水平方向时间相等：，
联立解得：
b、已知颗粒的电荷量与半径的平方成正比：，
颗粒恰好100%被收集，同理由（2）a中，F=f可得：，竖直方向和水平方向时间相等：；
颗粒竖直方向运动距离为x，同理由（2）a中，F=f可得：，竖直方向和水平方向时间相等：，
式联立解得：；
式联立解得：，
联立解得：
只有靠近下极板的竖直方向的范围内的粒子被收集，故收集 颗粒的被收集率为：
【知识点】带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【分析】（1）靠近上极板颗粒做类平抛运动打到下极板左端时恰好全部收集，由牛顿第二定律，类平抛运动水平方向匀速直线运动，竖直方向匀加速直线运动求解；
（2）a、竖直方向颗粒在金属板间经极短时间加速达到最大速度，由二力平衡结合竖直水平两方向时间相等联立求解；
b、同理分别求解两类粒子的二力平衡关系和水平与竖直方向时间关系联立求解。
20．【答案】（1）根据题意，r＞R为星系中心球体外恒星绕星系中球体匀速圆周运动，由万有引力定律：，可得：
（2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零 ，类比质量分布均匀的星系中心球体球壳对壳内物体万有引力为零。
则在区域内球体总质量为，球体体积为：，类比可得：，
同理区域的恒星匀速圆周运动，由万有引力定律：，
联立解得：
（3）根据在范围内的恒星速度v大小几乎不变，
对处于R球体边缘的恒星，由万有引力定律和向心力公式有：，
对处于r=nR处的恒星，由万有引力定律和向心力公式有：，
联立解得：
【知识点】万有引力定律的应用
【解析】【分析】(1)根据题意，星系中心球体外恒星绕星系中球体匀速圆周运动，由万有引力定律求解；
（2）根据电荷均匀分布的球壳内试探电荷所受库仑力的合力为零 ，类比质量分布均匀的星系中心球体球壳对壳内物体万有引力为零。先根据质量分布均匀，结合球体体积公式求得r球体质量，再由万有引力定律求解；
（3）根据在范围内的恒星速度v大小几乎不变，分别对处于R边缘恒星和处于nR边缘恒星应用万有引力定律，联立求解。
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