2011年高考试题（江苏卷）物理——解析版

2011年普通高等学校招生全国统一考试（江苏卷）
物理试题解析
一、单项题：本题共5小题，每小题3分，共计15分。每小题只有一个选项符合题意。
1．如图所示，石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为α,重力加速度为g，若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块侧面所受弹力的大小为
A．　　　 B．　
C．　　 D．
2．如图所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行。线框由静止释放，在下落过程中
A．穿过线框的磁通量保持不变
B．线框中感应电流方向保持不变
C．线框所受安培力的合力为零
D．线框的机械能不断增大
3．如图所示，甲、乙两同学从河中O点出发，分别沿直线游到A点和B点后，立即沿原路线返回到O点，OA、OB分别与水流方向平行和垂直，且OA＝OB。若水流速度不变，两人在靜水中游速相等，则他们所用时间t甲、t乙的大小关系为
A．t甲＜t乙
B．t甲＝t乙
C．t甲＞t乙
D．无法确定
4．如图所示，演员正在进行杂技表演。由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于
A．0.3J
B．3J
C．30J
D．300J
5．如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。匀强磁
场与导轨平面垂直。阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与
导轨接触。t=0时，将开关S由1掷到2。q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度。下列图象正确的是
二、多项选择：本题共4小题，每小题4分，共计16分。每小题有多个选项符合题意。全部选对得4分，选对不全得2分，错选或不答的得0分。
6．美国科学家Willard S．Boyle与George E．Snith 因电荷耦合器件（CCD）的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有
A．发光二极管 B．热敏电阻 C．霍尔元件 D．干电池
7．一行星绕恒星作圆周运动。由天文观测可得，其运动周期为T，速度为v，引力常量为G，则
A．恒星的质量为 B．行星的质量为
C．行星运动的轨道半径为 D．行星运动的加速度为
8．一粒子从A点射入电场，从B点射出，电场的等势面和粒子的运动轨迹如图所示，图中左侧前三个等势面彼此平行，不计粒子的重力。下列说法正确的有
A．粒子带负电荷
B．粒子的加速度先不变，后变小
C．粒子的速度不断增大
D．粒子的电势能先减小，后增大
9．如图所示，倾角为α的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧，绸带与斜面间无摩擦。现将质量分别为M、m（M>m）的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上。两物块与绸带间的动摩擦因数相等，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。在α角取不同值的情况下，下列说法正确的有
A．两物块所受摩擦力的大小总是相等
B．两物块不可能同时相对绸带静止
C．M不可能相对绸带发生滑动
D．m不可能相对斜面向上滑动
三、简答题：本题分必做题（第10、11题）和选做题（第12题）两部分，共计42分。请将解答填写在答题卡相应的位置。
10．（8分）某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。
（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为______N。
（2）下列不必要的实验要求是____。（请填写选项前对应的字母）
（A）应测量重物M所受的重力
（B）弹簧测力计应在使用前校零
（C）拉线方向应与木板平面平行
（D）改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。
11．（10分） 某同学利用如图所示的实验电路来测量电阻的阻值。
（1）将电阻箱接入a、b之间，闭合开关。适当调节滑动变阻
器R′后保持其阻值不变。改变电阻箱的阻值R，得到
一组电压表的示数U与R的数据如下表：
请根据实验数据作出U-R关系图象。
（2）用待测电阻RX替换电阻箱，读得电压表示数为2.00V。
利用（1）中测绘的U-R图象可得RX=_______Ω。
（3）使用较长时间后，电池的电动势可认为不变，但内阻增大。
若仍用本实验装置和（1）中测绘的U-R图象测定某一电阻，
则测定结果将_________（选填“偏大”或“偏小”）。现将
一已知阻值为10Ω的电阻换接在a、b之间，你应如何调节
滑动变阻器，便仍可利用本实验装置和（1）中测绘的U-R
图象实现对待测电阻的准确测定？
12．【选做题】本题包括A、B、C三小题，请选定其中两题，并在相应的答题区域内作答。若三题都做，则按AB两题评分。
A．（选修模块3－3）（12分）
（1）如题12A-1图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展面“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
（2）如题12A-2图所示，内壁光滑的气缸水平放置。一定质量的
理想气体被密封在气缸内，外界大气压强为P0。现对气缸缓
慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2。则在
此过程中，气体分子平均动能_____（选增“增大”、“不变”或“减小”），气体内能变化了_____________。
（3）某同学在进行“用油膜法估测分子的大小”的实验前，查阅数据手册得知：油酸的摩尔质量M=0.283kg·mol-1，密度ρ=0.895×103kg·m-3．若100滴油酸的体积为1ml，则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少？（取NA=6.02×1023mol-1．球的体积V与直径D的关系为，结果保留一位有效数字）
B．（选修模块3－4）（12分）
（1）如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C。假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测得A、C两铁塔被照亮的顺序是
（A）同时被照亮
（B）A先被照亮
（C）C先被照亮
（D）无法判断
（2）一束光从空气射向折射率为的某种介质，若反向光线与折射光线垂直，则入射角为__________。真空中的光速为c ，则光在该介质中的传播速度为________________ ．
（3）将一劲度系数为K的轻质弹簧竖直悬挂，下湍系上质量为m的物块，将物块向下拉离平衡位置后松开，物块上下做简谐运动，其振动周期恰好等于以物块平衡时弹簧的伸长量为摆长的单摆周期。请由单摆周期公式推算出物块做简谐运动的周期T。
C．（选修模块3－5）（12分）
（1）下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是
（2）按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量__________（选填“越大”或“越小”）。已知氢原子的基态能量为E1（E1<0），电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为γ的光子被电离后，电子速度大小为___________（普朗克常量为h ）．
（3）有些核反应过程是吸收能量的。例如在中，核反应吸收的能量，在该核反应中，X表示什么粒子？X粒子以动能EK轰击静止的，若EK=Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由。
四、计算题：本题共3小题，共计47分。解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
13．（15分）题13-1图为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如题13-2图所示。若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻，或只在de间接一只Rde=225 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W。
（1）请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；
（2）求只在ce间接400Ω的电阻时，原线圈中的电流I1；
（3）求ce和de 间线圈的匝数比。
14．（16分）如图所示，长为L、内壁光滑的直管与水平地面成30°角固定放置。将一质量为m的小球固定在管底，用一轻质光滑细线将小球与质量为M=km的小物块相连，小物块悬挂于管口。现将小球释放，一段时间后，小物块落地静止不动，小球继续向上运动，通过管口的转向装置后做平抛运动，小球在转向过程中速率不变。（重力加速度为g）
（1）求小物块下落过程中的加速度大小；
（2）求小球从管口抛出时的速度大小；
（3）试证明小球平抛运动的水平位移总小于
15．（16分）某种加速器的理想模型如题15-1图所示：两块相距很近的平行小极板中间各开有一小孔a、b，两极板间电压uab的变化图象如图15-2图所示，电压的最大值为U0、周期为T0，在两极板外有垂直纸面向里的匀强磁场。若将一质量为m0、电荷量为q的带正电的粒子从板内a孔处静止释放，经电场加速后进入磁场，在磁场中运动时间T0后恰能再次从a 孔进入电场加速。现该粒子的质量增加了。（粒子在两极板间的运动时间不计，两极板外无电场，不考虑粒子所受的重力）
（1）若在t=0时刻将该粒子从板内a孔处静止释放，求其第二次加速后从b孔射出时的动能；
（2）现在利用一根长为L的磁屏蔽管（磁屏蔽管置于磁场中时管内无磁场，忽略其对管外磁场的影响），使题15-1图中实线轨迹（圆心为O）上运动的粒子从a孔正下方相距L处的c孔水平射出，请在答题卡图上的相应位置处画出磁屏蔽管；
（3）若将电压uab的频率提高为原来的2倍，该粒子应何时由板内a孔处静止开始加速，才能经多次加速后获得最大动能？最大动能是多少？
参考答案
一、单项选择题
1—5 ABCAD
二、多项选择题
6．BC 7．ACD 8．AB 9．AC
三、简答题
10．（1）3.6 （2）D
（3）①改变弹簧测力计B拉力的大小；
②减小重物M的质量；
（或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等）。
11．（1）（见右图）
（2）20（19~21都算对）
（3）偏小；改变滑动变阻器阻值，使电压表示数为1.50V.
12．A（1）D
（2）增大；
（3）一个油酸分子的体积
由球的体积与直径的关系得分子直径
最大面积
12．B（1）C （2）60°；
（3）单摆周期公式
解得
12．C（1）A （2）越大；
（3）；不能实现，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求。
四、计算题
13．（1）由题13 – 2图知
电压瞬时值 （V）
（2）电压有效值
理想变压器 P1=P2
原线圈中的电流
解得
（3）设ab间匝数为n1
解得
代入数据得
14．（1）设细线中的张力为T，根据牛顿第二定律
且
解得
（2）设M落地时的速度大小为v，m射出管口时速度大小为，M落地后m的加速度为
根据牛顿第二定律
匀变速直线运动，
解得
（3）平抛运动
解得
则，得证
15．（1）质量为的粒子在磁场中作匀速圆周运动
则
当粒子的质量增加了
则根据题15 – 2图可知，粒子第一次的加速电压
粒子第二次的加速电压
射出时的动能
解得
（2）磁屏蔽管的位置如右图所示。
（3）在时，粒子被加速，则最多连续被加速的次数
得N=25
分析可得，粒子在连续被加速的次数最多，且时也被加速的情况时，最终获得的动能最大。
粒子由静止开始时加速的时刻
最大动能
解得
解析：本套试题在以前高考试题的基础上保持了稳定。从基本概念到知识的理解、物理模型应用和迁移、处理问题方法的拓展和拔高等各个层次进行立体考查。重点知识点共点力平衡、电磁感应、运动合成与分解、平抛运动、圆周运动、交变电流、静电场、天体运动、带电粒子在电场磁场中的运动、动能定理、功能关系等知识点都进行了有效的考查；在方法上考查了整体法与隔离法、正交分解发、图像法、等效替代等。力学实验和电学实验考查比较灵活，将多种方法和知识点进行整合，有效考查学生的思维拓展能力。选修题目的考查，通过多个小题的形式，涵盖选修内容的重点知识，加大了考查知识点的覆盖面。试题难度适中、梯度合理，遵循渐进原则，学生容易进入状态，能很好的考查学生对知识的掌握及运用能力。
1.A【解析】本题考查受力分析、共点力平衡。对楔形石块受力分析如图，石块处于平衡状态，则有，解得，A项正确。
2.B【解析】本题考查通电导体周围的磁场分布、电磁感应、楞次定律及功能关系。通电导线周围存在磁场，电流恒定，导线周围磁场恒定，可根据右手定则判断磁场环绕情况，导线下方磁感线向里，且离导线越近磁感应强度越大，故线框下落过程中通过线框磁通量减小，感应电流由楞次定律判断沿顺时针方向保持不变、安培力的合力向上，安培力做负功线框机械能减少，综上B项正确。
3.C【解析】本题考查运动的合成与分解。设两同学在静水中的游速为，水流速度为，则甲来回所用的时间为，乙的实际速度为，其过河时间为， 因为，故，C项正确。
4.A【解析】本题考查功能关系及对估算问题的处理。一只鸡蛋的质量大约为0.06kg,由图结合人的身高与身体各部分的比例可知鸡蛋上升的最大高度约为0.5m，鸡蛋从速度为零开始到最高点的过程中，人对鸡蛋做功转化为鸡蛋的重力势能，故有J=0.3 J，A项正确（估算题只要数量级对应即可）。
【思维点拨】本题估算题，不能过分追求数据得准确性，只要能保证数量级吻合就可以，还要能够将题目转换为物理模型，并能通过物理方法进行处理。处理好本题就需要对一些生活中的物理量有清楚的认识（例如鸡蛋的质量），另外要有较好的观察能力（鸡蛋上升的最大高度）。
5.D【解析】本题考查含电容器电路及电磁感应。开关打到1时，电容器充电，打到2位置，通过右侧回路放电，随着电容器放电，电容器极板电荷量减少，两极间电压减小，电路电流减小，安培力减小，加速度减小，最终电流减为零，此时导体棒做匀速运动，导体棒两端因切割磁感线产生电动势，电容器两极板间电压不为零，极板上仍有电荷，综上，Ｄ项正确。
6.BC【解析】本题考查传感器的工作原理。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，故B项、C项正确。
7.ACD【解析】本题考查天体运动。万有引力提供行星绕恒星做圆周运动的向心力，，又有即，以上两式联立知A项、Ｃ项、Ｄ项正确。
【规律总结】处理天体运动的思路就是万有引力提供向心力，列出等式，结合题目中的已知量表示出结果即可。
　8.AB【解析】本题考查带电粒子在电场中的运动。沿电场线方向电势逐渐降低，电场线垂直与等势面，如图所示，画出轨迹上某一点的电场的方向，结合粒子的偏转情况可判断粒子的受力方向与电场线方向相反，故粒子带负电，A项正确；左侧等势面平行等间距，对应电场为匀强电场，右侧等势面间距增大，对应电场强度减小，由左到右的过程电场力先不变后变小，即加速度先不变后变小，B项正确；此过程电场力做负功，粒子电势能不断增大，动能（速度）不断减小。
9.AC【解析】丝绸与斜面之间光滑，又因为M>m，所以M与丝绸保持相对静止，且一起下滑，B项错误、C项正确；若最大静摩擦力大于mgsinα时，m能后与丝绸保持相对静止且沿斜面向上运动，若最大静摩擦力小于mgsinα时，m沿斜面下滑，与丝绸之间为滑动摩擦力，D项错误；无论m与丝绸之间为静摩擦力还是滑动摩擦力，摩擦力的大小等于丝绸中的张力，也等于丝绸对M的摩擦力，根据牛顿第三定律可知，两物块所受摩擦力总是大小相等，A项正确。
10.
【解析】本题考查验证“力的平行四边形定则”(1)弹簧测力计的刻度不是10分度的，其最小分度为0.2 N，故不需要估读。（2）实验过程应验证两弹簧拉力的合力与物体的重力等大反向。故需要两力的大小方向，及物体的重力，实验过程中Ｏ点的位置对实验没有影响。（3）可以通过减小合力（重物质量）的大小或改变拉力的方向，以减小弹簧测力计A的拉力大小，也可以换用大量程的弹簧测力计。
11.
【解析】本题考查替代法测电阻（1）根据题目提供的数据在坐标纸上描点，然后用一条平滑的曲线将各点连接起来。（2）根据U-R图线，读出电压对应的电阻值，即为待测电阻的阻值。(3)由闭合电路欧姆定律，在待测电阻不变的情况下，内阻增大，内电压增大，外电压减小，再用原来的U-R图线读数，结果偏小；图中10Ω，对应电阻为1.5V，可以通过调节滑动变阻器的大小，使电压表的示数达到1.5V，此时可以根据原来作出的U-I图线准确测定待测电阻的阻值，此过程实际相当与“校表”。
【方法提炼】本题有机的将等效替代方法与电阻的测量、通过图像进行数据处理、实验误差的处理等结合起来。处理此类题目，应首先确定实验的原理和步骤，从原理和步骤找出测量电阻通过等效替代的方法，在根据实验条件的变更，分析误差来源，再对实验仪器进行调整减小误差。
12.A（1）D （2）增大； （3）1×101 m2
【解析】（1）本题考查热力学第二定律。根据热力学第二定律，A项、B项错误。叶片吸收热水中的热量一部分转化为叶片转动的机械能，一部分散失在空气中，C项错误、D项正确。
（2）本题考查理想气体实验定律及热力学第一定律。加热过程为等压变化，体积增大，则温度升高，温度是分子平均动能的标志，即分子平均动能增大，吸收热量同时对外做功，根据热力学第一定律，气体内能增加量为。
（3）本题考查单分子油膜法测分子直径的逆向应用。求得一个分子的直径，体积与直径即油膜厚度的比值为油膜的面积。
12.
【解析】（1）本题考查相对论知识。由于速度接近光速，根据相对论运动方向上的C先被照亮。C项正确。
（2）本题考查光的折射定律。光由真空射向某种介质中，折射率，i为入射角，r为折射角，c为光在真空中的速度，v为光在该介质中的速度，带入数据得，入射角为60°，在介质中的传播速度为
（3）本题考查简谐运动的周期公式。单摆的周期公式为，结合平衡时满足，两式联立得。
12.
【解析】（1）本体考查黑体辐射。随温度的升高辐射强度的最大值波长变短频率变小，A 项正确。
（2）玻尔原子理论。氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大越不稳定，原来具有能量为E1，吸收管子的能量为hv，故满足电离后的动能为，解得速度。
（3）本题考查核反应方程及动量与能量。核反应方程满足质量数和电荷数守恒，故释放的例子为，吸收的能量若全部转化为动能，则不能同时满足能量和动量守恒，故不可能。
13.（1）V；（2）0.28 A（或A）；（3）
【解析】本题考查交变电流及变压器。（1）由图像知交流电的最大值为400 V，周期为0.01 s，即 rad/s,电压的瞬时值为为正弦函数，写出瞬时值表达式V
（2）线圈中电流为有效值，电压的有效值为V，变压器输出功率等于输入功率，则有：
（3）变压器线圈匝数与电压成正比，
14.（1）；（2）；（3）。
【解析】本题考查受力分析、牛顿第二定律、平抛。
（1）物块落地前，物块和小球的加速度大小、速度大小时刻相等，对两物体受力分析，
（2）物块落地后，绳子松弛无张力，小球继续向上运动，
物块落地前小球做匀加速直线运动：
物块落地之后小球做匀减速直线运动到最高点：
（3）
【思维拓展】连接体问题在处理时如无摩擦力用机械能守恒比较简单，第二问中对两个过程可以分别对系统和对小球使用两次机械能守恒求得结论。开始过程系统动能的增加量等于势能的减少量，则有，物块落地后小球运动到最高点过程中有，两方程联立可得平抛的速度。
15.
【解析】本题考查带电粒子在电场中的加速和在磁场中的圆周运动。
（2）若使得粒子从C点水平射出，则轨迹和磁屏蔽管的放置应如图所示。
【技巧点拨】处理本题有两个关键点，一是确定质量增加与周期变化的定量关系是处理本题得关键。洛伦兹力提供向心力，用质量表示出周期公式，找出定量关系；二是根据图像函数关系确定第二次加速度时对应的电压；弄清两个关键点后很容易确定频率变化后最多连续被加速度次数，根据功能关系求出最大动能。