物理试题
(本试卷满分100分,考试用时75分钟)
注意事项:
1. 答卷前,考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2. 回答选择题时,选出每小题答案后,用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案标号,回答非选择题时, 将答案写在答题卡上,写在本试卷上无效。
3. 考试结束后,将答题卡交回。
一、单项选择题: 本题共7小题, 每小题4分, 共28分。在每小题给出的四个选项 中, 只有一项是符合题目要求的。
1. 近年来,我国核电事业发展迅速,在建与商运核电机组总规模位居世界前列。 核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应, 释放出大量核能。
是反应堆中发生的许多核反应中的一种, 是某种粒子, 是 粒子的个数,用 、 、 分别表示 、 、 核的质量, 表示 粒子的质量, 为真空中的光速。下列说法正确的是
A. 为电子
B.
C. 原子核的比结合能比 原子核的大
D. 上述核反应中放出的核能
2. 在绕地球做匀速圆周运动的宇宙飞船中有一袋质量为 的汉中仙毫,其重力为 。已知地球半径为 ,地球表面重力加速度大小 ,不考虑地球自转,则此时汉中仙毫距离地面的高度 为
A. B. C. D.
3. 如图甲所示是在 时刻一列沿 轴传播的简谐横波, 点的振动图像如图乙所示, 由图可知
甲
乙
A. 波速为4m/s
B. 波沿x轴正方向传播
C. 在 时间内,质点 运动的路程为
D. 如果这列波能与另一列波发生稳定干涉,则另一列波的频率为
4. 青少年正处在身体发育阶段,若经常低头玩手机,会使颈椎长期受压,从而引发颈椎病。为研究颈椎受力,可粗略认为头部受到三个共点力的作用,即重力、 肌肉拉力和颈椎支持力,如图所示,假设某同学头部重为G,若低头看手机时颈椎与竖直方向成 ,此时颈部肌肉对头的拉力为 ,由此可以估算颈椎受到的
压力为
A. 2G B. 2.5G C. 3G D. 3.5G
如图所示,正方体的中心放置正点电荷 为正方体右侧面的两个顶点, 为正方体右侧面的中心,则下列说法正确的是
A. 、 两点的电场强度大小相等
B. 、 两点的电势相等
C. 负试探电荷在 点的电势能小于在 点的电势能
D. 负试探电荷从 点沿着直线运动到 点,电场力对其一直做正功
6. 唐代诗人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道:“雨色映日而为虹......背日喷乎水,成虹霓之状。”从物理学的角度来看,彩虹是由太阳光进入水滴,先折射一次, 然后在水滴的背面反射,最后离开水滴时再折射一次形成的. 如图所示为彩虹形成的示意图,一束太阳光(白光)P由右侧射入球形水滴,M、N是白光射人水滴后经过一次反射和两次折射后的两条单色光束. 下列说法正确的是
A. M光的折射率小于N光的折射率
B. 从同一介质射向空气,M光发生全反射的临界角大于N光的临界角
C. 若遇到相同的障碍物,M光比N光的衍射现象更明显
D. M光光子的能量比N光光子的能量大
7. 如图所示是我国自主研究设计的舰载机返回航母甲板时电磁减速的简化原理图 。固定在绝缘水平面上足够长的平行光滑金属导轨,左端接有定值电阻 ,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中, 导轨的电阻不计。舰载机等效为电阻不计的导体棒 ,当导体棒 以一定初速度水平向右运动过程中,其速度 、加速度 、所受安培力 、流过的电量 与运动时间 变化关系图像可能正确的是
A.
B.
C.
D.
二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0 分。
8. 国家电网是将各个电站以各种发电方式获得的电能高效分配的超级工程。如图所示为一小型交流发电机向远处用户供电的示意图,已知发电机线圈abcd 匝数 匝,面积 ,线圈匀速转动的角速度 ,匀强磁场的磁感应强度 输电时先用升压变压器将电压升高,到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用,输电导线的电阻率为 ,输电距离 (单程) 为 ,所用导线横截面积 。变压器均为理想变压器,升压、降压变压器原、副线圈的匝数比分别为 ,若用户区标有 “220V, 8.8kW" 的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻r不可忽略。下列说法正确的是
A. 交流发电机产生的电动势的峰值
B. 输电线上损失的电功率为
C. 发电机的总功率为
D. 交流发电机线圈电阻r上的热功率与输电线上损耗的电功率之比
9. 如图所示,质量 、电荷量 的带电小球,自 点垂直于水平电场线方向进入范围足够大的匀强电场,它到达B点时的速度 ,速度方向与电场方向的夹角为 沿电场方向的距离为 。取 , ,重力加速度大小 ,忽略空气阻力。下列说法正确的是
A. A、B两点的电势差
B. 小球在 点的初速度
C. 从 点到 点的过程中小球的机械能减少了
D. 在小球从A点运动到最高点的过程中, 小球速度的最小值为
10. 如图所示,风洞中有一满足胡克定律的轻质橡皮筋,橡皮筋一端固定在A点, 另一端跨过轻杆OB上固定的定滑轮连接一质量为 的小球,小球穿过水平固定的杆。小球在水平向右的风力作用下从C点由静止开始运动, 滑到E点时速度恰好为零。已知橡皮筋的自然长度等于 ,初始时 在一条竖直线上, 的长度为L,D为CE的中点,小球与杆之间的动摩擦因数为0.4,重力加速度为g,风力大小始终为 ,橡皮筋的劲度系数为 ,橡皮筋始终在弹性限度内,最大静摩擦力等于滑动摩擦力, 则下列说法正确的是
A. 小球在运动过程中,摩擦力大小保持不变
B. 小球运动到D点时速度最小
C. 小球最后静止在与 点相距 处
D. 从小球开始运动到停止,小球与杆之间因摩擦产生的热量为
三、非选择题:本题共5小题,共54分。
11. (6分) “祖冲之”实验小组用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。倾角为 的斜面固定在水平桌面上,斜面上安装有气垫导轨,顶端固定有一轻质定滑轮, 装有遮光片的小物块A通过绕过定滑轮的细线与物块B相连, 小物块A与遮光片的总质量为 ,物块B的质量为 ,斜面上方距离斜面底端 处固定一光电门, 当地重力加速度大小为 。
甲
乙
(1)先用游标卡尺测量出遮光片的宽度,示数如图乙所示,则遮光片的宽度d=_____ cm。
(2)由静止释放斜面底端的小物块A,小物块A通过光电门的遮光时间为 ,则小物块A通过光电门时的速度_____(用测得的和已知的物理量符号表示);当表达式_____ (用已知的和求得的物理量符号表示)成立, 则机械能守恒定律得到验证。
12. (8分)某同学欲测量长度已知的金属丝的电阻率:
(1)应该用螺旋测微器在金属丝_____(填“同一”或“不同”)位置多次测量 , 取其平均值作为金属丝横截面的直径d。某次测量结果如图1所示, 其读数为_____mm。
图1
图 2
(2)采用图2所示电路原理图,测量金属丝的电阻。可供选择的实验器材如下 待测金属丝R(约 80Ω)
电源E(电动势3V,内阻不计)
电压表 (量程 ,内阻无穷大)
定值电阻
滑动变阻器 (最大阻值 ,额定电流 ), (最大阻值 ,额定电流 )
开关、单刀双掷开关各一个,导线若干
①从减小测量误差的角度考虑,电路图2中的定值电阻 应选用_____,滑动变阻器R 应选用_____。(填器材符号)
②按电路图连接实验电路,将滑动变阻器滑片置于适当位置。
③闭合开关 ,将开关 掷于1端,适当调节滑动变阻器滑片位置,记下此时电压表的示数 ; 然后将 掷于 2 端,此时电压表的示数 . 由此可知,待测电阻丝的电阻为 _____ (保留3位有效数字)。
(3)设金属丝长度为 ,则待测金属丝的电阻率为 _____(用 、 及 表示)。
13. (10分)吃爆米花是童年的美好回忆,爆米花机主体为一个金属罐体。在室温为 、标准大气压为 的干燥环境下打开阀门向罐内放入干燥的谷物后 ,关闭阀门,将支撑轴和摇柄架设在火炉的支架上进行旋转加热,当压强达到 时即可打开阀门,因为压强突然变小,巨大的压强差使得谷物迅速膨胀,从而达到膨化的效果。
(1)求打开阀门前瞬间罐内气体的热力学温度 ;
(2)打开阀门后,罐内气体迅速膨胀,谷物大部分喷出后立即关闭阀门,此时罐内气体的热力学温度变为 ,求冷却到室温后罐内气体的压强及罐内剩余气体的质量与打开阀门前罐内气体的质量的比值。(可认为罐内剩余爆米花的体积与开始时谷物的体积相同) 14.(14分)如图所示,光滑水平面中间部分连接一长度为L=7m 顺时针匀速转动的传送带,水平面和传送带上表面平齐,水平面的左侧有一半径R = 1.8m 的固定光滑 圆弧斜面体。一质量为 的滑块 从斜面体最高点由静止下滑,离开斜面体后滑上传送带。已知滑块 和水平传送带间的动摩擦因数 ,传送带的右侧依次放有滑块B和C,滑块C的质量为 ,滑块A、B、C均可看成质点,滑块间的碰撞均为弹性碰撞,重力加速度 取 。求:
(1)滑块A离开斜面体时的速度大小;
(2)要使滑块A离开传送带时的速度最大,传送带运动的最小速度为多大;
(3)在(2)问的基础上要使B与C碰撞一次后滑块C获得的动能最大,则滑块B的质量 为多大。
15. (16分) 如图,在xOy平面第一象限内存在垂直平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为 ,一质量为 、电荷量为 的带电粒子从 点以沿 轴正方向的速度射人磁场,并从x轴上的N点射出磁场,出磁场时速度与x轴正方向的夹角为 , 忽略粒子重力及磁场边缘效应,静电力常量为 。
(1)求粒子射入磁场的速度大小 和在磁场中运动的时间 ;
(2)若在 平面内某点固定一正点电荷,入射粒子的电荷量减小为原来的三分之一 ,仍从M点以相同的速度射入磁场,粒子仍沿原来的轨迹从M点运动到N点,求在纸面内固定的正点电荷的电荷量大小 ;
(3)在(2)问条件下,粒子从N点射出磁场开始,经时间 速度方向首次与在 点时的速度方向相反,求粒子再次进入磁场前的最小速度 (已知电荷量为 的点电荷产生的电场中,取无限远处的电势为 0 时,与该点电荷距离为 处的电势 ).
物理参考答案与评分细则
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 D B D B A D C AD BD AD
1. D
A. 根据电荷数守恒,左右总电荷数 ,故 不带电,应为中子,故A错误
B. 根据质量数守恒可得 ,解得 ,故B错误;
C. 生成核更稳定,则 原子核的比结合能比 原子核的小,故C错误;
D. 质量亏损为反应前总质量减去反应后总质量, 则
,根据质能方程
可得 ,故D正确。
2. B
设地球质量为 ,引力常量为 ,汉中仙毫所在位置处的重力加速度大小为 , 根据万有引力公式有 ,整理得 ,即 ,所以汉中仙毫距离地面高度为 ,故选B。
3. D
A. 由图甲可得,这列波的波长为4m,由图乙可得,这列波的周期为0.8s,所以这列波的波速为 , A错误;
B. 由图乙可得,在 时刻, 点向下运动,根据前一质点带动后一质点运动的原理,这列波沿 轴负方向传播, 错误;
C. 0.8s是一个周期,质点 运动的路程为4个振幅,即40cm,C错误;
D. 发生稳定干涉的条件是频率相等,所以另一列波的频率为 ,D正确。
4. B
建立直角坐标系,设颈椎对头部的支持力为 ,
设肌肉拉力与水平方向的夹角为 ,则:
,
5. A
本题考查静电场,目的是考查学生的推理论证能力。依题意, 两点到 的距离相等,由 ,知 两点的电场强度大小相等 选项 正确;依题意 两点到 的距离不等,故 两点不在同一个等势面上,电势不相等,选项 错误 ; 间的距离小于 间的距离,故 点所在等势面的电势高于 点的电势,由 ,可得负试探电荷在 点的电势能小于在 点的电势能,选项 错误; 负试探电荷从 点沿着直线运动到 点,先靠近 ,再远离 ,故电场力对其先做正功再做负功,选项 错误。
6. D
由光路图可知, 光的偏折程度大于 光,可知水滴对 光的折射率大于对 光的折射率, 错误; 根据 可知, 光的临界角小于 光的临界角, 错误; 由于 光的频率大于N光的频率,M光的波长小于N光的波长,若遇到相同的障碍物,N光比M光的衍射现象更明显,C 错误;M光的频率大于N光的频率,M光光子的能量比N光子的能量大,D 正确.
7. C
A. 导体棒切割磁感线, 回路中出现感应电流, 导体棒ab受到向左的安培力, 向右减速运动,由 可知,由于导体棒速度减小,则加速度减小,所以导体棒做的是加速度越来越小的减速运动直至停止运动, 故A错误;
B. 导体棒的最大加速度为 导体棒做加速度减小的减速运动,可知 图像的形状与 图像类似,为凹函数,故B错误;
C. 导体棒受到向左的安培力,大小为 ,导体棒做加速度减小的减速运动,可知 图像的形状与 图像类似,为凹函数,故 正确
D. 根据 ,可知 ,由于导体棒速度减小,故电荷量变化率减小,故D 错误。
8.AD
电动势的最大值 ,故 正确。设降压变压器原、副线圈的电流分别为 、 ,电动机恰能正常工作,有 的总电阻为 ,所以输电线路上损耗的电功率 ,故 B错误。由于 ,可得 ; 升压变压器副线圈两端电压 ,又由 ,可得 ,又升压变压器的原线圈输入功率 ,即发电机的输出功率 ,发电机的总功率为 总 ,故 错误。又 ,解得 ,故发电机线圈内阻上消耗的热功率 ,所以 ,故 正确。
9. BD
由小球的运动可知,小球带负电,由小球在 点的速度大小和方向可知 ,由水平方向上小球做匀变速直线运动特点可知 ,由竖直方向上小球的运动可知 ,则小球在 点的初速度 ,选项 正确;对小球由 点到 点的过程由动能定理有 ,代人数据可得 ,选项 错误; 从 点 点的过程中小球的机械能增加了 ,选项 错误;小球的速度与小球所受合力垂直时,小球的速度有最小值为 ,选项 D 正确。
10. AD
设小球运动到任意点 时, 与水平方向的夹角为 ,则橡皮筋竖直向上的分力 ,故小球受到的摩擦力为 ,与 无关,保持恒定,选项A正确;设CP的长度为x,则橡皮筋沿水平方向的分力 ,小球在水平方向受到的合外力 ,水平方向的合外力与位移 呈线性关系,类似简谐运动,根据对称性,D为CE的中点,故小球在该位置速度最大,选项B错误;当 时,解得 ,则CE 的长度为 ,小球在 点,橡皮筋的水平拉力 ,因 ,小球向左运动,设平衡位置距离 点的距离为 ,则有 解得 ,此时 ,根据对
称性小球向左运动的最大距离为 ,此时橡皮筋的水平拉力 ,因 ,故小球恰好停在 点,选项 错误; 从小球开始运动到小球停止,系统的发热量为 ,选项 正确。
11.(1)1.955 (2分)
(其他合理式子同样给分) (2 分)
12. (1)不同(1 分) 0.800(±0.001,1 分)
(2)①R,(1分) (1分) ③73.7(2分)
(3) (2 分)
(1)为减小测量的偶然误差, 测金属丝截面直径时应选取 “不同” 位置多次测量取其平均值作为测量值; 螺旋测微器的精度为 ,估读一位,示数为
。
(2)①(跑图2可知,待测电阻与定值电阻串联,考虑到电压表读数的精确性,定值电阻应选用与待测电阻 阻值相近的,故选 ; 滑动变阻器做分压式接法,为方便调节提高实验的准确性,应选取较待测电路阻值小的变阻器,故滑动变阻器选 。
③因电压表为理想电表,不需考虑分流,故 。
(3) 由 可得 。
13. 解:(1)根据查理定律,有 (1分)其中 (1分)
解得 (1 分)
(2)设冷却到室温后罐内气体的压强为
根据查理定律有
解得 (2 分)
剩余气体的质量与加热前气体的质量的比值 。(2分)食他合理式子同样给分)
14. 解: (1)设 和斜面体分离时 的速度大小为
对 根据动能定理有 (2分)
解得 (2 分)
(2)要使滑块A离开传送带的速度最大,则滑块A在传送带上一直加速,设A离开传送带的速度为
(1分)
(1分)
解得 . (2分)
故要使滑块A 离开传送带的速度最大,传送带运动的最小速度为
(3)A、B两滑块碰撞过程系统动量守恒,以向右为正方向
由动量守恒定律得 (1分)
碰撞过程无机械能损失,由机械能守恒定律得 (1分)
解得 (1分)
同理可得B、C两滑块碰撞后, C 滑块的速度为 . (1分)
可得 (1分)
故 ,即 时 最大 (1分)
15.(1)根据题意,画出粒子的运动轨迹如图所示。设粒子在磁场中做圆周运动的半径为R,由几何关系有R=Rcos60°+L (1分 )
解得 (1分)
由牛顿第二定律有 (1分)
解得 . (1分)
粒子在磁场中运动的周期 (1分)
粒子在磁场中运动的时间 (1分)
解得 (1分)
(2)正点电荷应在轨迹的圆心处,由牛顿第二定律
可知 ( 2 分 )
解得 (2分)
(3)由题意可知,粒子从 点离开,仅在点电荷 的作用下运动,粒子所需要的向心力为 ,大于点电荷提供的库仑力,因此粒子无法做匀速圆周运动,即电荷从N点离开磁场后绕点电荷 做椭圆运动。
设第一次出现速度方向与 点速度方向相反的位置距离点电荷 的距离为 ,椭圆运动的半长轴可表示为
(1分)
粒子从N点射出磁场,到速度第一次出现方向与N点速度方向相反,所用时间为椭圆运动的半个周期, 类比开普勒第三定律, 在库仑力作用下半长轴为a的椭圆运动与半径为a的圆周运动的周期相同,由牛顿第二定律得 (1分)
可得 (1 分 )
由能量守恒定律
得 (1 分)
解得 (1分)