江苏省扬州中学2020年高考物理模拟试卷(4月份)
一、单项选择题:本题共5小题,每小题3分,共15分.每小题只有-个选项符合题意.
1.(2020·扬州模拟)在物理学发展过程中,许多物理学家做出了贡献,他们的科学发现和所采用的科学方法推动人类社会的进步。以下说法正确的是( )
A.牛顿利用轻重不同的物体捆绑在一起后下落与单个物体分别下落时快慢的比较推理,推翻了亚里士多德重的物体下落快、轻的物体下落慢的结论
B.元电荷e的数值为1.6×10﹣16C,最早由法国物理学家汤姆逊通过实验测量得出
C.卡文迪许用扭秤实验,测出了万有引力常量,这使用了微小作用放大法
D.开普勒利用行星运动的规律,并通过“月一地检验”,得出了万有引力定律
2.(2020·扬州模拟)霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应,人们利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器.这类磁传感器测出的是磁感应强度沿轴线方向的分量.如图(1)所示,陈同学将磁传感器调零后探究条形磁铁附近的磁场,计算机显示磁感应强度为正,他接下来用探头同样的取向研究长直螺线管(电流方向如图(2)所示)轴向的磁场,以螺线管中心点为坐标原点,沿轴线向右为X轴正方向,建立坐标系.下列图象可能正确的是( )
A. B.
C. D.
3.(2020·扬州模拟)如图所示,静止在水平地面上倾角为θ斜面光滑的斜面体上,有一斜劈A,A的上表面水平且放有一斜劈B,B的上表面上有一物块C,A、B、C一起沿斜面匀加速下滑。已知A、B、C的质量均为m,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.A 的上表面可以是光滑的 B.C可能只受两个力作用
C.A加速度大小为gcos θ D.斜面体受到地面的摩擦力为零
4.(2020·扬州模拟)如图所示,半径为R的金属环竖直放置,环上套有一质量为m的小球,小球开始时静止于最低点,现使小球以初速度v0= 沿环上滑,小环运动到环的最高点时与环恰无作用力,则小球从最低点运动到最高点的过程中( )
A.小球机械能守恒
B.小球在最低点时对金属环的压力是6mg
C.小球在最高点时,重力的功率是mg
D.小球机械能不守恒,且克服摩擦力所做的功是0.5mgR
5.(2020·扬州模拟)如图所示,匀强电场中有一个以O为圆心、半径为R的圆,电场方向与圆所在平面平行,圆上有三点A、B、C,其中A与C的连线为直径,∠A=30°.有两个完全相同的带正电粒子,带电量均为q(q>0),以相同的初动能Ek从A点先后沿不同方向抛出,它们分别运动到B、C两点。若粒子运动到B、C两点时的动能分别为EkB=2Ek、EkC=3Ek,不计粒子的重力和粒子间的相互作用,则匀强电场的场强大小为( )
A. B. C. D.
二、多项选择题.
6.(2020·扬州模拟)2015年12月10日,我国成功将中星1C卫星发射升空,卫星顺利进入预定转移轨道.如图所示是某卫星沿椭圆轨道也能地球运动的示意图,已知地球半径为R,地球表面重力加速度g,卫星远地点P距地心O的距离为3R,则( )
A.卫星在远地点的速度小于
B.卫星经过远地点时的速度最小
C.卫星经过远地点时的加速度小于
D.卫星经过远地点时加速,卫星有可能再次经过远地点
7.(2020·扬州模拟)两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向如图甲所示,左线圈连着正方形线框abcd,线框所在区域存在变化的磁场,取垂直纸面向里为正方向,磁感应强度随时间变化的关系如图乙所示,不计线框以外的感应电场,右侧线圈连接一定值电阻R.则下列说法中正确的是( )
A.t1时刻ab边中电流方向由a→b,e点电势低于f点电势
B.设t1、t3时刻ab边中电流大小分别为i1、i3,则有i1<i3,e点与f点电势相等
C.t2~t4时间内通过ab边的电荷量为0,通过定值电阻R的电流方向竖直向下
D.t5时刻ab边中电流方向由a→b,通过定值电阻R的电流方向竖直向下
8.(2020·扬州模拟)如图(a),物块和木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平。t=0时,木板开始受到水平外力F的作用,在t=4s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示,木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取10m/s2.由题给数据可以得出( )
A.木板的质量为1kg
B.2s~4s内,力F的大小为0.4N
C.0~2s内,力F的大小保持不变
D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2
9.(2019高三上·柳州月考)如图所示,带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后,射入水平放置,电势差为U2的两导体板间的匀强电场中,带电粒子沿平行于两板水平方向从两板正中间射入,穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场中,设粒子射入磁场的位置为M、射出磁场的位置为N,MN两点间的距离为d,(不计重力,不考虑边缘效应)( )
A.比荷不同的粒子射入磁场的位置M不同
B.MN两点间的距离
C.粒子在磁场中运动轨迹与U1和粒子的比荷有关,与U2无关
D.粒子在电场中运动的时间与粒子的比荷及加速电压U1和偏转电压U2有关
三、简答题
10.(2020·扬州模拟)为了验证机械能守恒定律,同学们设计了如图甲所示的实验装置:
(1)实验时,一组同学进行了如下操作:
①用天平分别测出重物A、B的质量M1和M2(A的质量含挡光片、B的质量含挂钩,且M2>M1)。用螺旋测微器测出挡光片的宽度d,测量结果如图丙所示,则d= mm。
②将重物A、B用绳连接后,跨放在定滑轮上。一个同学用手托住重物B,另一个同学测量出 (填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h,之后释放重物B使其由静止开始下落。
③记录挡光片经过光电门的时间△t。
(2)如果系统(重物A、B)的机械能守恒,应满足的关系式为 (用质量M1、M2,重力加速度为g,经过光电门的时间为△t,挡光片的宽度d和距离h表示结果)。
(3)实验进行过程中,有同学对实验作了改进,如图乙所示。在B的下面挂上质量为m的钩码,让M1=M2=m,经过光电门的速度用v表示,距离用h表示。仍释放重物B使其由静止开始下落,若系统的机械能守恒,则有 = 。(已知重力加速度为g)
(4)为提高实验结果的准确程度,以下建议中确实对提高准确程度有作用的是
A.绳的质量要轻且尽可能光滑
B.在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好
C.尽量保证重物只沿竖直方向运动,不要摇晃
D.挡光片的宽度越小越好
11.(2020·扬州模拟)热敏阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC),正温度系数电阻器的电阻随温度的升高而增大,负温度系数电阻器的电阻随温度的升高而减小。某实验小组选用下列器材探究某一热敏电阻Rx的导电特性。
A.电流表A1量程10mA,内阻r1=1Ω)
B.电流表A2量程0.6A,内阻r2约为0.5Ω)
C.滑动变阻器R1(最大阻值200Ω)
D.滑动变阻器R2(最大阻值20Ω)
E.定值电阻R3(阻值1499Ω)
F.定值电阻R4(阻值149Ω)
G.电器E(电动势15V,内阻忽略)
H.开关与导线若于
(1)实验采用的电路图如图甲所示,则滑动变阻器选 ,定值电阻R选 (填仪器前的字母序号)。
(2)用笔画线代替导线将图乙中实物按图甲的电路补充完整。
(3)该小组根据测量数据作出热敏电阻的U﹣I图象如图丙所示,则该曲线对应的是 (选填“PTC”或“NTC”)热敏电阻。
(4)若将此热敏电阻直接接到一电动势为9V,内阻为10Ω的电源两端,则此时该热敏电阻的阻值为 Ω(结果保留三位有效数字)。
四、[选修3-5](12分)
12.(2020·定远模拟)如图所示为氢原子能级的示意图,下列有关说法正确的是( )
A.处于基态的氢原子吸收10.5eV的光子后能跃迁至,n=2能级
B.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可辐射出3种不同频率的光
C.若用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光,照射该金属时一定能发生光电效应
D.用n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光,照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV
13.(2020·扬州模拟)已知光速为c,普朗克常数为h,则频率为ν的光子的动量为 。用N个该频率的光子垂直照射平面镜,光被镜面全部垂直反射回去,则在光照射的过程中,平面镜受到的冲量大小为 。
14.(2020·扬州模拟)一个静止的铀核( U)要放出一个α粒子变成钍核( Th),已知α粒子动能为Ek1,且在核反应中释放的能量全部转化为两个粒子的动能.(已知真空中的光速为c),求:
①钍核的动能
②该核反应中的质量亏损.
五、选修3-3(12分)
15.(2020·扬州模拟)把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图1所示的装置.在玻璃管内引入一小段油柱,将一定质量的空气密封在容器内,被封空气的压强跟大气压强相等.如果不计大气压强的变化,利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系.
(1)关于瓶内气体,下列说法正确的有
A.温度升高时,瓶内气体体积增大,压强不变
B.温度升高时,瓶内气体分子的动能都增大
C.温度升高,瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数增多
D.温度不太低,压强不太大时,可视为理想气体
(2)改变烧瓶内气体的温度,测出几组体积V与对应温度T的值,作出V﹣T图象如图2所示.已知大气压强p0=1×105Pa,则由状态a到状态b的过程中,气体对外做的功为 J.若此过程中气体吸收热量60J,则气体的内能增加了 J.
(3)已知1mol任何气体在压强p0=1×105Pa,温度t0=0℃时,体积约为V0=22.4L.瓶内空气的平均摩尔质量M=29g/mol,体积V1=2.24L,温度为T1=25℃.试估算瓶内空气的质量.
六、(选修模块3-4)
16.(2020·扬州模拟)红外线热像仪通过红外线遥感,可检测出经过它时的发热病入,从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪,下列说法中正确的是( )
A.选择红外线进行检测,主要是因为红外线光子能量小,可以节约能量
B.红外线热像仪通过发射红外线照射入体来检测
C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D.根据物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同的原理来检测体温
17.(2020·扬州模拟)我们想像这样一幅图景:一列火车以接近光速从观察者身边飞驰而过,火车里的观察者看到沿铁路电线杆距离 (填“变大”、“变小”、“不变”),而地面上的观察者看到火车车窗的高度 (填“变大”、“变小”、“不变”).
18.(2016·济宁模拟)一列简谐横波在x轴上传播,a、b是x轴上相距Sab=6m的两个质点,t=0时,b点正好到达最高点,且b点到x轴的距离为4cm,而此时a点恰好经过平衡位置向上运动,已知这列波的频率为25Hz.
(1)求0﹣1s内a质点运动的路程;
(2)若a、b在x轴上的距离大于一个波长,求该波的波速.
七、计算题:本题共3小题,满分45分.
19.(2020·扬州模拟)有一质量m=2kg的物体在水平面上沿直线运动,0时刻起受到与运动方向在一条直线上的力F作用,其F﹣t图象如图(a)所示,物体在第2s末至第4s末的速度﹣时间关系图象v﹣t图如图(b)所示.
(1)根据图象计算第2s末到第4s末物体运动过程中的加速度大小;
(2)计算第2s末到第4s末的时间内物体克服摩擦力所做的功;
(3)已知两图象所取正方向一致,通过定量计算在图(b)中完成0~6s内的全部v﹣t图.
20.(2020·扬州模拟)如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨,它们之间连接一个阻值R=10Ω的电阻;导轨间距为L=1m,导轨电阻不计,长约1m,质量m=0.1kg的均匀金属杆水平放置在导轨上(金属杆电阻不计),它与导轨的滑动摩擦因数μ= ,导轨平面的倾角为θ=30°,在直导轨平面方向有匀强磁场,磁感应强度为B=0.5T,今让金属杆AB由静止开始下滑,从杆静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量q=1C,求:
(1)当AB下滑速度为4m/s时加速度的大小
(2)AB下滑的最大速度
(3)B由静止开始下滑到恰好匀速运动通过的距离
(4)从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量
21.(2020·扬州模拟)如图所示,质量为m电荷量为q的带负电的粒子从O点以大小为V0的速率沿与水平线ON夹角为θ(90°≥θ>0°)的方向射入I圆形磁场,经偏转能平行于ON进入Ⅳ区真空区域,已知粒子的比荷 =1×104C/kg,I区圆形磁场半径R=0.5m,磁感应强度大小B1=1T.(不计带电粒子的重力和带电粒子之间的相互作用)
(1)求粒子的初速度v0的大小;
(2)控制Ⅱ区磁场B2的大小,使得粒子第一次射出该磁场时,速度方向与ON夹角都为45°,求B2与θ的关系;
(3)在第2小题的条件下,仅分析θ=90°的粒子射入圆形磁场,当该粒子进入Ⅱ区磁场时,立即在Ⅳ区加上竖直向上,场强大小E=5×103N/C的电场,粒子能打在水平线ON上的D点,D点与N点距离L=2m,若粒子在Ⅲ,Ⅳ区运动过程中不再回到Ⅱ区磁场。求Ⅲ区磁场磁感应强度大小B3。
答案解析部分
1.【答案】C
【知识点】物理学史
【解析】【解答】解:A、伽利略利用轻重不同的物体捆绑在一起后下落与单个物体分别下落时快慢的比较推理,推翻了亚里士多德重的物体下落快、轻的物体下落慢的结论,A不符合题意;
B、元电荷e的数值为1.6×10﹣19C,最早由美国物理学家密立根通过实验测量得出,B不符合题意;
C、卡文迪许用扭秤实验,测出了万有引力常量,这使用了微小作用放大法,C符合题意;
D、开普勒利用行星运动的规律,牛顿通过“月一地检验”,得出了万有引力定律,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】该题目考查的是物理学中,著名物理学家的成就,平时注意积累、记忆即可。
2.【答案】B
【知识点】右手定则
【解析】【解答】解:在“用磁传感器研究通电螺线管的磁感应强度”的实验中,用磁传感器测量螺线管的轴线上各点的磁感应强度。
螺线管内部的磁场近似为匀强磁场,螺线管管口向外,磁场减弱。根据该性质可知,B随x的变化是先增大,后不变,再减小。而探头取向不变,磁场方向与图一反向,故最后做出B﹣x图象可能是图中的B图,B符合题意,ACD不符合题意。
故答案为:B
【分析】结合电流的方向,利用右手螺旋定则确定通电螺线管的磁场的方向。
3.【答案】B
【知识点】对单物体(质点)的应用
【解析】【解答】解:A、对B、C整体受力分析,受重力、支持力,B、C沿斜面匀加速下滑,加速度沿斜面方向,则A、B间摩擦力不为零,A不符合题意;
B、如果B的上表面是光滑的,倾角也为θ,C可能只受两个力作用,B符合题意;
C、选A、B、C整体为研究对象,根据牛顿第二定律可知,A加速度大小为gsin θ,C不符合题意;
D、对斜面体分析,斜面体受重力、地面的支持力,ABC整体对斜面的压力,由于斜面体处于静止,则斜面体受地面的摩擦力水平向左,D不符合题意。
故答案为:B
【分析】三个物体具有相同的加速度,分别对三个物体进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程,结合选项分析求解即可。
4.【答案】D
【知识点】动能定理的综合应用;竖直平面的圆周运动;功率及其计算
【解析】【解答】 解:A、小球在最高点与环作用力恰为0时,设速度为v,
则 mg=m
解得:v=
从最低点到最高点,由动能定理得:﹣mg2R﹣W克=
解得:W克= ,所以机械能不守恒,且克服摩擦力所做的功是0.5mgR,A不符合题意,D符合题意。
B、在最低点,根据向心力公式得:
解得:N=7mg,B不符合题意;
C、小球小球在最高点时,重力方向与速度方向垂直,重力的功率为零,C不符合题意。
故答案为:D。
【分析】利用动能定理求解物体不同位置的速度,对物体进行受力分析,结合物体的速度,利用向心力公式求解压力,利用动能定理求出物体的末速度,再利用功率计算公式P=Fvcosθ求解功率,其中θ是力与速度的夹角。
5.【答案】D
【知识点】电势差与电场强度的关系
【解析】【解答】解:粒子从A运动到B的过程,根据动能定理得 qUAB=EkB﹣Ek=2Ek﹣Ek=Ek
粒子从A运动到C的过程,根据动能定理得 qUAC=EkC﹣Ek=3Ek﹣Ek=2Ek
则AO间的电势差为 UAO= UAC=Ek
则UAB=UAO,B、O两点电势相等,BO连线为一条等势线,过C点的垂线是一条电场线。
BC间电势差为 UBC=UAC﹣UAB=
BC两点沿电场方向的距离为 d=Rsin60°
故电场强度的大小为 E= = .ABC不符合题意,D符合题意。
故答案为:D。
【分析】结合粒子动能的变化,利用动能定理求解粒子电势能的变化,再利用电势能除以电荷量和距离即为电场强度。
6.【答案】A,B,D
【知识点】万有引力定律的应用;卫星问题
【解析】【解答】解:A、若卫星以半径为3R做匀速圆周运动,则 ,在根据GM=R2g,整理可以得到 ,由于卫星到达远地点P后做近心椭圆运动,故在P点速度小于 ,选项A符合题意;
B、根据半径与速度的关系可以知道,半径越大则速度越小,故远地点速度最小,选项B符合题意;
C、根据 , ,则在远地点, ,选项C不符合题意;
D、卫星经过远地点时加速,则可以以半径为3R做匀速圆周运动,则可以再次经过远地点,选项D符合题意。
故答案为:ABD
【分析】卫星做圆周运动,万有引力提供向心力,当卫星有远地点向近地点运动时,速度增加,万有引力做正功,当卫星有近地点向远地点运动时,速度减小,万有引力做负功。
7.【答案】B,D
【知识点】楞次定律;法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】解:A、由图乙可知,t1时刻磁场方向向里且均匀增加,根据楞次定律,线框中感应电流沿逆时针方向,ab边中电流方向由a→b,根据法拉第电磁感应定律知,正方形线框中的感应电动势是恒定值,原线圈中电流值恒定,根据理想变压器的工作原理可知,副线圈中不产生感应电动势,e点电势等于f点电势,A不符合题意;
B、根据法拉第电磁感应定律得感应电动势为:e= =nS ,t1时刻磁感应强度的变化率小于t3时刻的磁感应强度变化率,则e1<e3,根据欧姆定律i= ,知i1<i3;副线圈磁通量不变,定值电阻R中无电流,e点与f点电势相等,B符合题意;
C、t2~t4时间内,磁感应强度均匀变化,磁通量均匀变化,感应电动势恒定,有恒定感应电流通过ab,通过ab的电量为q=It,不等于0,恒定电流通过铁芯产生恒定磁场,故副线圈磁通量不变,副线圈无感应电流产生,则定值电阻R中无电流,C不符合题意;
D、t5时刻磁场方向垂直纸面向外,磁场变小,磁通量减小,根据楞次定律得感应电流为逆时针,ab边中电流方向a→b,磁感应强度的变化率增大,感应电流大小变大,穿过原、副线圈的磁通量增大,根据楞次定律,副线圈e端为感应电动势正极,因此通过定值电阻R的电流方向竖直向下,D符合题意。
故答案为:BD
【分析】闭合电路中的磁通量发生改变,回路中就会产生感应电流,利用楞次定律判断电流的流向,利用法拉第电磁感应定律求解电压的大小,再利用欧姆定律求解回路中电流的大小。
8.【答案】A,B
【知识点】对单物体(质点)的应用;运动学 v-t 图象
【解析】【解答】解:A、根据图象可知木块与木板之间的滑动摩擦力为f=0.2N,在4s后撤去外力,此时木板在水平方向上只受到滑动摩擦力的作用,此时木板的加速度大小为a2= =0.2m/s2,根据牛顿第二定律可得f=ma2,解得木板的质量m=1kg,A符合题意;
B、2s~4s内,木板的加速度a1= m/s2=0.2m/s2,根据牛顿第二定律可得F﹣f=ma1,解得力F=0.4N,B符合题意;
C、0~2s内,整体受力平衡,拉力F的大小始终等于绳子的拉力,绳子的拉力增大,则力F增大,C不符合题意;
D、由于物块的质量无法求出,物块与木板之间的动摩擦因数无法求解,D不符合题意。
故答案为:AB
【分析】v-t图像中,横坐标为时间,纵坐标为速度,图像与时间轴所围成的面积是位移,图像的斜率是加速度,结合物体的受力情况和加速度,利用牛顿第二定律求解质量和动摩擦因数。
9.【答案】B,C
【知识点】带电粒子在电场中的加速;带电粒子在电场中的偏转;带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】A.粒子在加速电场中:
解得:
设偏转电场中的极板长度为 ,平行板电容器间距为 ,粒子在偏转电场中的运动时的偏转位移为 ,则:
由此可见粒子射出电场的偏转位移与比荷无关,比荷不同的粒子射入磁场的位置 相同,A不符合题意;
B.带电粒子在电场中做类平抛运动,可将射出电场的粒子速度 分解成初速度方向与加速度方向,设出射速度与水平夹角为 ,则有:
而在磁场中做匀速圆周运动,设运动轨迹对应的半径为 ,由几何关系可得,半径与直线 夹角正好等于 ,根据几何关系:
解得:
带电粒子在匀强磁场中运动的半径:
解得: ,B符合题意;
C.根据上述计算结果:
可知粒子在磁场中运动轨迹与U1和粒子的比荷有关,与U2无关,C符合题意;
D.粒子在加速电场中运动的时间:
为加速电场的场强,电场力提供加速度:
粒子在偏转电场中的运动的时间:
所以粒子在电场中运动的时间与粒子的比荷及加速电压 有关,和偏转电压U2无关,D不符合题意。
故答案为:BC
【分析】根据动能定理求解粒子进入偏转电场的速度大小,再根据类平抛运动求解偏转位移分析运动情况;进入磁场后,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,已知偏向角则由几何关系可确定圆弧所对应的圆心角,则可求得圆的半径,由洛仑兹力充当向心力可求得 表达式,再进行分析。
10.【答案】(1)5.315;挡光片中心
(2)(M2﹣M1)gh= (M1+M2)( )2
(3)
(4)A;C
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解:(1)①螺旋测微器的读数为:d=5mm+31.5×0.01mm=5.315mm;②需要测量系统重力势能的变化量,则应该测量出挡光片中心到光电门中心的距离,(2)系统的末速度为:v= ,则系统重力势能的减小量△Ep=(M2﹣M1)gh,系统动能的增加量为:△EK= (M1+M2)v2= (M1+M2)( )2。若系统机械能守恒,则有:(M2﹣M1)gh= (M1+M2)( )2,(3)若机械能守恒,则(2m﹣m)gh= ×3mv2,解得: = (4)A、绳的质量越小,对系统的加速度的影响越小,A符合题意;
B、绳子的长度要适合,也不能太长,B不符合题意;
C、钩码只沿竖直方向运动,不要摇晃时,滑块的运动也更加稳定,C符合题意;
D、挡光片所引起的时间越小越好,并不是宽度越小越好的,D不符合题意。
故答案为:(1)5.315;(2)挡光片中心;(2)(M2﹣M1)gh= (M1+M2)( )2 ;(3) ;(4)AC。
【分析】(1)明确螺旋测微器每一个小格代表的数值,并且在最后的读数时注意估读即可;
(2)重物下落时应遵循机械能守恒定律,即动能的增加量等于重力势能的减小量,利用运动学公式表示出速度v,再化简即可;
(3)同理,应用机械能守恒定律列方程,通过变形求解即可;
(4)结合第二问给出的机械能守恒的表达式,结合选项分析求解即可。
11.【答案】(1)D;E
(2)
(3)NTC
(4)80.0
【知识点】伏安特性曲线
【解析】【解答】解:(1)采用滑动变阻器分压接法,故滑动变阻器应选择总阻值较小的D;由图可知,定值电阻R与电流计串联充当电压表使用,故应采用阻值较大的E;(2)按照电路图,实物连线如图所示:
;(3)由图丙可知,图象上各点与原点连线的斜率减小,故说明电阻随电压的增大而减小,因此应为负温度系数的热敏电阻,即NTC热敏电阻;(3)在热敏电阻的伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线,如图所示:
两图的交点表示电阻的工作电压和电流,由图可知,电压U=8.0V,电流I=0.1A,故电阻R= = =80.0Ω;
故答案为:(1)DE;(2) (3)NTC;(4)80.0。
【分析】(1)定值电阻和滑动变阻器的选择根据电源内阻选择即可;
(2)为了能得到比较多的数据,采用分压法,电流表内阻比较大,对电压影响比较大,故采用电流表外接法;
(3)对于U-I曲线,图像的横坐标为电流,纵坐标为电压,图像斜率为电阻的阻值;
(4)结合热敏电阻的伏安特性曲线求解即可。
12.【答案】D
【知识点】氢原子光谱
【解析】【解答】A.处于基态的氢原子吸收10.2eV的光子后能跃迁至n=2能级,不能吸收10.2eV的能量.A不符合题意;
B.大量处于n=4能级的氢原子,最多可以辐射出 ,B不符合题意;
C.从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的能量值大于从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光的能量值,用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光,照射该金属时不一定能发生光电效应,C不符合题意;
D.处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级辐射出的光的能量为: ,根据光电效应方程,照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为: ,D符合题意;
故答案为:D
【分析】当电子由低能级跃迁到高能级时,电子需要吸收能量,当电子由高能级跃迁到低能级时,电子需要释放能量,结合公式求解产生或吸收光子的频率。
13.【答案】;2N
【知识点】动量定理
【解析】【解答】解:根据德布罗意波长公式,则光子的动量为p= = 。
取入射方向为正方向,则N个光子动量的变化量为△p=p末﹣p初=﹣Np﹣Np=﹣2Nh
因此当光被镜面全部垂直反射回去,N个光子的速度方向与开始时相反,
所以N个光子在反射前后动量改变量的大小为2Nh ;
故答案为: ;2N 。
【分析】结合题目中给出的波长,结合普朗克常数和光速,利用德布罗意关系求解光子的能量和动量;利用动量定理求解冲量大小。
14.【答案】解:①衰变过程系统动量守恒,以α粒子的速度方向为正方向, 根据动量守恒定律得:PHe﹣PTh=0, α粒子的质量数为4,钍核的质量数为234,则:mv= mv′, 解得钍核的速度大小:v′= v; 又: = = 所以:EkT= ②根据动能表达式,则释放的总能量:E=Ek1+ , 解得:E= 由质能方程知释放总能量为:E=△mc2, 解得:△m= 答:①钍核的动能为 ; ②该核反应中的质量亏损为
【知识点】原子核的人工转变;质量亏损与质能方程
【解析】【分析】(1)粒子发生衰变时,动量守恒,列方程求解衰变后粒子的速度,进而求解动能;
(2)原子核发生核裂变或核聚变,前后发生质量亏损,亏损的质量转变成了能量释放出来,利用E=mc2求解即可。
15.【答案】(1)A;D
(2)50;10
(3)解:瓶内空气体积V1=2.24L,温度为T1=25+273=298K,转化为标准状态,有: 解得: = L=2.05L 物质量为:n= =0.092moL 故质量:m=nM=0.092moL×29g/mol=2.67g
【知识点】热力学第一定律(能量守恒定律);理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】解:(1)A、温度升高时,由于气压等于外界大气压,不变,故瓶内气体体积增大,A符合题意;
B、温度升高时,瓶内气体分子的热运动的平均动能增大,但不是每个分子的动能均增加,B不符合题意;
C、气体压强是分子对容器壁的频繁碰撞产生的;温度升高,分子热运动的平均动能增加,气压不变,故瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数减少,C不符合题意;
D、温度不太低,压强不太大时,实际气体均可视为理想气体,D符合题意;
故答案为:AD(2)由状态a到状态b的过程中,气体对外做的功为:
W=P △V=1.0×105×(2.5×10﹣3﹣2×10﹣3)J=50J
若此过程中气体吸收热量60J,则气体的内能增加:△U=60﹣50=10J
故答案为:(1)AD;(2)50,10;(3)瓶内空气的质量约为2.67g.
【分析】(1)对于V-T图像,从图中得到气体处在某种状态的体积和温度,根据理想气体物态方程求解压强的变化即可;
(2)利用热力学第一定律 U=Q-W求解气体内能的变化即可,其中Q气体的吸热,W是气体对外界做的功;
(3)气体做等压变化,结合气体初状态和末状态的体积和温度,利用盖—吕萨克定律列方程求解末状态的温度即可。
16.【答案】D
【知识点】电磁波谱
【解析】【解答】解:A、因此一切物体均能发出红外线,因此使用红外线进行检测,这里与红外线光子能量小没有关系;A不符合题意。
B、红外线热像仪通过接收到入体发出的红外线照射从而来检测。B不符合题意。
C、紫外线热像仪具有杀菌作用。红外线能量小的多,没有杀菌作用;C不符合题意。
D、一切物体都能发射红外线,且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同,根据物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同的原理可用来检测体温。D符合题意。
故答案为:D
【分析】对于黑体辐射,温度越高,辐射强度也会增加,同时辐射的频率会增加,对应的波长会减小。
17.【答案】变小;不变
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】解:一列火车以接近光速从观察者身边飞驰而过,根据相对论尺缩效应可知:火车里的观察者看到沿铁路电线杆距离变小;
同时,根据相对论尺缩效应可知地面上的观察者看到火车车窗长度变短,而车窗高度不变.
故答案为:变小,不变
【分析】当物体的速度达到光速时,会出现很多效应,比如时间减缓效应、尺度收缩效应。
18.【答案】(1)解:质点a一个周期运动的路程s0=4A=0.16m
1s内的周期数是
1Is内运动的路程s=ns0=4m
(2)解:波由a传向b, v=λf
所以
波由b传向a, v=λf
所以
【知识点】横波的图象
【解析】【分析】(1)简谐运动在一个周期内传播的路程等于振幅的四倍;(2)b在最高点时,a在平衡位置且向上运动,故ab间距离为1.75、2.75、3.75、…倍波长,求解出波长后根据v=λf求解波速
19.【答案】(1)解:物体在第2s末至第4s加速度a2= = = =4m/s2 答:根据图象计算第2s末到第4s末物体运动过程中的加速度大小为4m/s2
(2)解:由图(a)可得,0﹣4s内拉力F1=10N; 根据牛顿第二定律F1﹣f=ma2 得f=2N 由图(b)可得,s2= ×2×8=8m; 第2s末到第4s末的时间内物体克服摩擦力所做的功Wf=fs2=2×8=16J 答:第2s末到第4s末的时间内物体克服摩擦力所做的功为16J
(3)解:物体在0﹣2s时间内,由F1+f=ma1,得a1=6m/s2; 所以t=0时v0=﹣a1t1=﹣6×2m/s=﹣12m/s. 在4﹣6s时间内,由F2﹣f=ma3, 得a3=﹣4m/s2; 所以物体经t3= = =2s时间速度减为0. 0~6s内的全部v﹣t图如右图所示:
【知识点】位移与路程;加速度;运动学 v-t 图象
【解析】【分析】(1)v-t图像中,横坐标为时间,纵坐标为速度,图像与时间轴所围成的面积是位移,图像的斜率是加速度;
(2)空气阻力做功与物体的运动轨迹有关,利用公式W=Fs cosα求解空气阻力做功即可,其中α是力与位移的夹角;
(3)利用牛顿第二定律求解物体的加速度,分析物体速度的变化,绘制物体运动的图像即可。
20.【答案】(1)解:取AB杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系mgsinθ﹣FA﹣f=ma ① N﹣mgcosθ=0 ② 摩擦力f=μN ③ 安培力 FA=BIL ④ I= ⑤ E=BLv ⑥ 联立上面①②③④⑤⑥ 解得a=1m/s2; 答:当AB下滑速度为4m/s时加速度的大小为1m/s2
(2)解:导体棒的加速度减小到零时速度最大。 根据平衡条件可得:mgsinθ=μmgcosθ+ 解得:vm=8m/s 答:AB下滑的最大速度为8m/s;
(3)解:从静止开始到匀速运动过程中:q= t= = 解得:S=20m 答:AB由静止开始下滑到恰好匀速运动通过的距离为为20m
(4)解:根据能量守恒定律可得:mgh= mvm2+Qf+QR 代入数据解得:QR=0.8J 答:从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量为0.8J。
【知识点】对单物体(质点)的应用;安培力;法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】(1)对物体进行受力分析,在沿斜面方向和垂直于斜面两个方向上分解,在沿斜面方向利用牛顿第二定律求解物体的加速度;
(2)当导体棒受到的安培力等于重力沿斜面方向的分力的时候,导体棒速度达到最大,列方程求解此时的速度;
(3)结合导体棒中通过的电荷量,利用法拉第电磁感应定律和电流表达式求解即可;
(4)结合导线框初末状态的速度,对导线框的运动过程应用动能定理,其中导线框克服安培力做的功即为电路产生的热量。
21.【答案】(1)解:r1=R= 所以v0= 代入数据解得:v0=5×103m/s 答:粒子的初速度v0的大小为5×103m/s;
(2)解:PN=r2﹣(R﹣Rcosθ)= r2= 解得:B2= = 答:控制Ⅱ区磁场B2的大小,使得粒子第一次射出该磁场时,速度方向与ON夹角都为45°,B2与θ的关系为B2= ;
(3)解:根据几何知识有:r2﹣R= r2 r2= 在II区转过在磁场中偏转距离为:xNC= = , 在电场中做类抛体运动水平距离为:xE= =0.5m a= =5×107m/s2 在III区磁场中偏转的距离xB= r3 r3= 之后在电场磁场中做周期性运动每经过一个周期往左移动的距离,前提条件:△x≥xNC 得B3≤ 第一种情况:在磁场中到打到D点:n△x+ r3=L+xNC 得B3= = n≤2 (n取1,2) 第二种情况:在电场中打到D点:n△x=L+xNC 得:B3= ,n≤2 +1+ (n取1,2,3,4) 答:在磁场中到打到D点,B3= n≤2 (n取1,2);在电场中打到D点,B3= ,n≤2 +1+ (n取1,2,3,4)。
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】(1)带电粒子在磁场中受到洛伦兹力,在洛伦兹力的作用下粒子做圆周运动,结合粒子的轨道半径,利用向心力公式求解粒子的速度即可;
(2)同理,利用几何关系求解轨道半径,再结合向心力公式求解磁感应强度即可;
(3)带电粒子在磁场中受到洛伦兹力,在洛伦兹力的作用下粒子做圆周运动,根据磁场方向、电性和运动方向确定粒子的运动轨迹,求解粒子的轨道半径,结合向心力公式求解磁感应强度。
江苏省扬州中学2020年高考物理模拟试卷(4月份)
一、单项选择题:本题共5小题,每小题3分,共15分.每小题只有-个选项符合题意.
1.(2020·扬州模拟)在物理学发展过程中,许多物理学家做出了贡献,他们的科学发现和所采用的科学方法推动人类社会的进步。以下说法正确的是( )
A.牛顿利用轻重不同的物体捆绑在一起后下落与单个物体分别下落时快慢的比较推理,推翻了亚里士多德重的物体下落快、轻的物体下落慢的结论
B.元电荷e的数值为1.6×10﹣16C,最早由法国物理学家汤姆逊通过实验测量得出
C.卡文迪许用扭秤实验,测出了万有引力常量,这使用了微小作用放大法
D.开普勒利用行星运动的规律,并通过“月一地检验”,得出了万有引力定律
【答案】C
【知识点】物理学史
【解析】【解答】解:A、伽利略利用轻重不同的物体捆绑在一起后下落与单个物体分别下落时快慢的比较推理,推翻了亚里士多德重的物体下落快、轻的物体下落慢的结论,A不符合题意;
B、元电荷e的数值为1.6×10﹣19C,最早由美国物理学家密立根通过实验测量得出,B不符合题意;
C、卡文迪许用扭秤实验,测出了万有引力常量,这使用了微小作用放大法,C符合题意;
D、开普勒利用行星运动的规律,牛顿通过“月一地检验”,得出了万有引力定律,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】该题目考查的是物理学中,著名物理学家的成就,平时注意积累、记忆即可。
2.(2020·扬州模拟)霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应,人们利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器.这类磁传感器测出的是磁感应强度沿轴线方向的分量.如图(1)所示,陈同学将磁传感器调零后探究条形磁铁附近的磁场,计算机显示磁感应强度为正,他接下来用探头同样的取向研究长直螺线管(电流方向如图(2)所示)轴向的磁场,以螺线管中心点为坐标原点,沿轴线向右为X轴正方向,建立坐标系.下列图象可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【知识点】右手定则
【解析】【解答】解:在“用磁传感器研究通电螺线管的磁感应强度”的实验中,用磁传感器测量螺线管的轴线上各点的磁感应强度。
螺线管内部的磁场近似为匀强磁场,螺线管管口向外,磁场减弱。根据该性质可知,B随x的变化是先增大,后不变,再减小。而探头取向不变,磁场方向与图一反向,故最后做出B﹣x图象可能是图中的B图,B符合题意,ACD不符合题意。
故答案为:B
【分析】结合电流的方向,利用右手螺旋定则确定通电螺线管的磁场的方向。
3.(2020·扬州模拟)如图所示,静止在水平地面上倾角为θ斜面光滑的斜面体上,有一斜劈A,A的上表面水平且放有一斜劈B,B的上表面上有一物块C,A、B、C一起沿斜面匀加速下滑。已知A、B、C的质量均为m,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.A 的上表面可以是光滑的 B.C可能只受两个力作用
C.A加速度大小为gcos θ D.斜面体受到地面的摩擦力为零
【答案】B
【知识点】对单物体(质点)的应用
【解析】【解答】解:A、对B、C整体受力分析,受重力、支持力,B、C沿斜面匀加速下滑,加速度沿斜面方向,则A、B间摩擦力不为零,A不符合题意;
B、如果B的上表面是光滑的,倾角也为θ,C可能只受两个力作用,B符合题意;
C、选A、B、C整体为研究对象,根据牛顿第二定律可知,A加速度大小为gsin θ,C不符合题意;
D、对斜面体分析,斜面体受重力、地面的支持力,ABC整体对斜面的压力,由于斜面体处于静止,则斜面体受地面的摩擦力水平向左,D不符合题意。
故答案为:B
【分析】三个物体具有相同的加速度,分别对三个物体进行受力分析,利用牛顿第二定律列方程,结合选项分析求解即可。
4.(2020·扬州模拟)如图所示,半径为R的金属环竖直放置,环上套有一质量为m的小球,小球开始时静止于最低点,现使小球以初速度v0= 沿环上滑,小环运动到环的最高点时与环恰无作用力,则小球从最低点运动到最高点的过程中( )
A.小球机械能守恒
B.小球在最低点时对金属环的压力是6mg
C.小球在最高点时,重力的功率是mg
D.小球机械能不守恒,且克服摩擦力所做的功是0.5mgR
【答案】D
【知识点】动能定理的综合应用;竖直平面的圆周运动;功率及其计算
【解析】【解答】 解:A、小球在最高点与环作用力恰为0时,设速度为v,
则 mg=m
解得:v=
从最低点到最高点,由动能定理得:﹣mg2R﹣W克=
解得:W克= ,所以机械能不守恒,且克服摩擦力所做的功是0.5mgR,A不符合题意,D符合题意。
B、在最低点,根据向心力公式得:
解得:N=7mg,B不符合题意;
C、小球小球在最高点时,重力方向与速度方向垂直,重力的功率为零,C不符合题意。
故答案为:D。
【分析】利用动能定理求解物体不同位置的速度,对物体进行受力分析,结合物体的速度,利用向心力公式求解压力,利用动能定理求出物体的末速度,再利用功率计算公式P=Fvcosθ求解功率,其中θ是力与速度的夹角。
5.(2020·扬州模拟)如图所示,匀强电场中有一个以O为圆心、半径为R的圆,电场方向与圆所在平面平行,圆上有三点A、B、C,其中A与C的连线为直径,∠A=30°.有两个完全相同的带正电粒子,带电量均为q(q>0),以相同的初动能Ek从A点先后沿不同方向抛出,它们分别运动到B、C两点。若粒子运动到B、C两点时的动能分别为EkB=2Ek、EkC=3Ek,不计粒子的重力和粒子间的相互作用,则匀强电场的场强大小为( )
A. B. C. D.
【答案】D
【知识点】电势差与电场强度的关系
【解析】【解答】解:粒子从A运动到B的过程,根据动能定理得 qUAB=EkB﹣Ek=2Ek﹣Ek=Ek
粒子从A运动到C的过程,根据动能定理得 qUAC=EkC﹣Ek=3Ek﹣Ek=2Ek
则AO间的电势差为 UAO= UAC=Ek
则UAB=UAO,B、O两点电势相等,BO连线为一条等势线,过C点的垂线是一条电场线。
BC间电势差为 UBC=UAC﹣UAB=
BC两点沿电场方向的距离为 d=Rsin60°
故电场强度的大小为 E= = .ABC不符合题意,D符合题意。
故答案为:D。
【分析】结合粒子动能的变化,利用动能定理求解粒子电势能的变化,再利用电势能除以电荷量和距离即为电场强度。
二、多项选择题.
6.(2020·扬州模拟)2015年12月10日,我国成功将中星1C卫星发射升空,卫星顺利进入预定转移轨道.如图所示是某卫星沿椭圆轨道也能地球运动的示意图,已知地球半径为R,地球表面重力加速度g,卫星远地点P距地心O的距离为3R,则( )
A.卫星在远地点的速度小于
B.卫星经过远地点时的速度最小
C.卫星经过远地点时的加速度小于
D.卫星经过远地点时加速,卫星有可能再次经过远地点
【答案】A,B,D
【知识点】万有引力定律的应用;卫星问题
【解析】【解答】解:A、若卫星以半径为3R做匀速圆周运动,则 ,在根据GM=R2g,整理可以得到 ,由于卫星到达远地点P后做近心椭圆运动,故在P点速度小于 ,选项A符合题意;
B、根据半径与速度的关系可以知道,半径越大则速度越小,故远地点速度最小,选项B符合题意;
C、根据 , ,则在远地点, ,选项C不符合题意;
D、卫星经过远地点时加速,则可以以半径为3R做匀速圆周运动,则可以再次经过远地点,选项D符合题意。
故答案为:ABD
【分析】卫星做圆周运动,万有引力提供向心力,当卫星有远地点向近地点运动时,速度增加,万有引力做正功,当卫星有近地点向远地点运动时,速度减小,万有引力做负功。
7.(2020·扬州模拟)两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向如图甲所示,左线圈连着正方形线框abcd,线框所在区域存在变化的磁场,取垂直纸面向里为正方向,磁感应强度随时间变化的关系如图乙所示,不计线框以外的感应电场,右侧线圈连接一定值电阻R.则下列说法中正确的是( )
A.t1时刻ab边中电流方向由a→b,e点电势低于f点电势
B.设t1、t3时刻ab边中电流大小分别为i1、i3,则有i1<i3,e点与f点电势相等
C.t2~t4时间内通过ab边的电荷量为0,通过定值电阻R的电流方向竖直向下
D.t5时刻ab边中电流方向由a→b,通过定值电阻R的电流方向竖直向下
【答案】B,D
【知识点】楞次定律;法拉第电磁感应定律
【解析】【解答】解:A、由图乙可知,t1时刻磁场方向向里且均匀增加,根据楞次定律,线框中感应电流沿逆时针方向,ab边中电流方向由a→b,根据法拉第电磁感应定律知,正方形线框中的感应电动势是恒定值,原线圈中电流值恒定,根据理想变压器的工作原理可知,副线圈中不产生感应电动势,e点电势等于f点电势,A不符合题意;
B、根据法拉第电磁感应定律得感应电动势为:e= =nS ,t1时刻磁感应强度的变化率小于t3时刻的磁感应强度变化率,则e1<e3,根据欧姆定律i= ,知i1<i3;副线圈磁通量不变,定值电阻R中无电流,e点与f点电势相等,B符合题意;
C、t2~t4时间内,磁感应强度均匀变化,磁通量均匀变化,感应电动势恒定,有恒定感应电流通过ab,通过ab的电量为q=It,不等于0,恒定电流通过铁芯产生恒定磁场,故副线圈磁通量不变,副线圈无感应电流产生,则定值电阻R中无电流,C不符合题意;
D、t5时刻磁场方向垂直纸面向外,磁场变小,磁通量减小,根据楞次定律得感应电流为逆时针,ab边中电流方向a→b,磁感应强度的变化率增大,感应电流大小变大,穿过原、副线圈的磁通量增大,根据楞次定律,副线圈e端为感应电动势正极,因此通过定值电阻R的电流方向竖直向下,D符合题意。
故答案为:BD
【分析】闭合电路中的磁通量发生改变,回路中就会产生感应电流,利用楞次定律判断电流的流向,利用法拉第电磁感应定律求解电压的大小,再利用欧姆定律求解回路中电流的大小。
8.(2020·扬州模拟)如图(a),物块和木板叠放在实验台上,物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连,细绳水平。t=0时,木板开始受到水平外力F的作用,在t=4s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示,木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取10m/s2.由题给数据可以得出( )
A.木板的质量为1kg
B.2s~4s内,力F的大小为0.4N
C.0~2s内,力F的大小保持不变
D.物块与木板之间的动摩擦因数为0.2
【答案】A,B
【知识点】对单物体(质点)的应用;运动学 v-t 图象
【解析】【解答】解:A、根据图象可知木块与木板之间的滑动摩擦力为f=0.2N,在4s后撤去外力,此时木板在水平方向上只受到滑动摩擦力的作用,此时木板的加速度大小为a2= =0.2m/s2,根据牛顿第二定律可得f=ma2,解得木板的质量m=1kg,A符合题意;
B、2s~4s内,木板的加速度a1= m/s2=0.2m/s2,根据牛顿第二定律可得F﹣f=ma1,解得力F=0.4N,B符合题意;
C、0~2s内,整体受力平衡,拉力F的大小始终等于绳子的拉力,绳子的拉力增大,则力F增大,C不符合题意;
D、由于物块的质量无法求出,物块与木板之间的动摩擦因数无法求解,D不符合题意。
故答案为:AB
【分析】v-t图像中,横坐标为时间,纵坐标为速度,图像与时间轴所围成的面积是位移,图像的斜率是加速度,结合物体的受力情况和加速度,利用牛顿第二定律求解质量和动摩擦因数。
9.(2019高三上·柳州月考)如图所示,带电粒子由静止开始经电压为U1的电场加速后,射入水平放置,电势差为U2的两导体板间的匀强电场中,带电粒子沿平行于两板水平方向从两板正中间射入,穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场中,设粒子射入磁场的位置为M、射出磁场的位置为N,MN两点间的距离为d,(不计重力,不考虑边缘效应)( )
A.比荷不同的粒子射入磁场的位置M不同
B.MN两点间的距离
C.粒子在磁场中运动轨迹与U1和粒子的比荷有关,与U2无关
D.粒子在电场中运动的时间与粒子的比荷及加速电压U1和偏转电压U2有关
【答案】B,C
【知识点】带电粒子在电场中的加速;带电粒子在电场中的偏转;带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【解答】A.粒子在加速电场中:
解得:
设偏转电场中的极板长度为 ,平行板电容器间距为 ,粒子在偏转电场中的运动时的偏转位移为 ,则:
由此可见粒子射出电场的偏转位移与比荷无关,比荷不同的粒子射入磁场的位置 相同,A不符合题意;
B.带电粒子在电场中做类平抛运动,可将射出电场的粒子速度 分解成初速度方向与加速度方向,设出射速度与水平夹角为 ,则有:
而在磁场中做匀速圆周运动,设运动轨迹对应的半径为 ,由几何关系可得,半径与直线 夹角正好等于 ,根据几何关系:
解得:
带电粒子在匀强磁场中运动的半径:
解得: ,B符合题意;
C.根据上述计算结果:
可知粒子在磁场中运动轨迹与U1和粒子的比荷有关,与U2无关,C符合题意;
D.粒子在加速电场中运动的时间:
为加速电场的场强,电场力提供加速度:
粒子在偏转电场中的运动的时间:
所以粒子在电场中运动的时间与粒子的比荷及加速电压 有关,和偏转电压U2无关,D不符合题意。
故答案为:BC
【分析】根据动能定理求解粒子进入偏转电场的速度大小,再根据类平抛运动求解偏转位移分析运动情况;进入磁场后,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,已知偏向角则由几何关系可确定圆弧所对应的圆心角,则可求得圆的半径,由洛仑兹力充当向心力可求得 表达式,再进行分析。
三、简答题
10.(2020·扬州模拟)为了验证机械能守恒定律,同学们设计了如图甲所示的实验装置:
(1)实验时,一组同学进行了如下操作:
①用天平分别测出重物A、B的质量M1和M2(A的质量含挡光片、B的质量含挂钩,且M2>M1)。用螺旋测微器测出挡光片的宽度d,测量结果如图丙所示,则d= mm。
②将重物A、B用绳连接后,跨放在定滑轮上。一个同学用手托住重物B,另一个同学测量出 (填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h,之后释放重物B使其由静止开始下落。
③记录挡光片经过光电门的时间△t。
(2)如果系统(重物A、B)的机械能守恒,应满足的关系式为 (用质量M1、M2,重力加速度为g,经过光电门的时间为△t,挡光片的宽度d和距离h表示结果)。
(3)实验进行过程中,有同学对实验作了改进,如图乙所示。在B的下面挂上质量为m的钩码,让M1=M2=m,经过光电门的速度用v表示,距离用h表示。仍释放重物B使其由静止开始下落,若系统的机械能守恒,则有 = 。(已知重力加速度为g)
(4)为提高实验结果的准确程度,以下建议中确实对提高准确程度有作用的是
A.绳的质量要轻且尽可能光滑
B.在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好
C.尽量保证重物只沿竖直方向运动,不要摇晃
D.挡光片的宽度越小越好
【答案】(1)5.315;挡光片中心
(2)(M2﹣M1)gh= (M1+M2)( )2
(3)
(4)A;C
【知识点】验证机械能守恒定律
【解析】【解答】解:(1)①螺旋测微器的读数为:d=5mm+31.5×0.01mm=5.315mm;②需要测量系统重力势能的变化量,则应该测量出挡光片中心到光电门中心的距离,(2)系统的末速度为:v= ,则系统重力势能的减小量△Ep=(M2﹣M1)gh,系统动能的增加量为:△EK= (M1+M2)v2= (M1+M2)( )2。若系统机械能守恒,则有:(M2﹣M1)gh= (M1+M2)( )2,(3)若机械能守恒,则(2m﹣m)gh= ×3mv2,解得: = (4)A、绳的质量越小,对系统的加速度的影响越小,A符合题意;
B、绳子的长度要适合,也不能太长,B不符合题意;
C、钩码只沿竖直方向运动,不要摇晃时,滑块的运动也更加稳定,C符合题意;
D、挡光片所引起的时间越小越好,并不是宽度越小越好的,D不符合题意。
故答案为:(1)5.315;(2)挡光片中心;(2)(M2﹣M1)gh= (M1+M2)( )2 ;(3) ;(4)AC。
【分析】(1)明确螺旋测微器每一个小格代表的数值,并且在最后的读数时注意估读即可;
(2)重物下落时应遵循机械能守恒定律,即动能的增加量等于重力势能的减小量,利用运动学公式表示出速度v,再化简即可;
(3)同理,应用机械能守恒定律列方程,通过变形求解即可;
(4)结合第二问给出的机械能守恒的表达式,结合选项分析求解即可。
11.(2020·扬州模拟)热敏阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC),正温度系数电阻器的电阻随温度的升高而增大,负温度系数电阻器的电阻随温度的升高而减小。某实验小组选用下列器材探究某一热敏电阻Rx的导电特性。
A.电流表A1量程10mA,内阻r1=1Ω)
B.电流表A2量程0.6A,内阻r2约为0.5Ω)
C.滑动变阻器R1(最大阻值200Ω)
D.滑动变阻器R2(最大阻值20Ω)
E.定值电阻R3(阻值1499Ω)
F.定值电阻R4(阻值149Ω)
G.电器E(电动势15V,内阻忽略)
H.开关与导线若于
(1)实验采用的电路图如图甲所示,则滑动变阻器选 ,定值电阻R选 (填仪器前的字母序号)。
(2)用笔画线代替导线将图乙中实物按图甲的电路补充完整。
(3)该小组根据测量数据作出热敏电阻的U﹣I图象如图丙所示,则该曲线对应的是 (选填“PTC”或“NTC”)热敏电阻。
(4)若将此热敏电阻直接接到一电动势为9V,内阻为10Ω的电源两端,则此时该热敏电阻的阻值为 Ω(结果保留三位有效数字)。
【答案】(1)D;E
(2)
(3)NTC
(4)80.0
【知识点】伏安特性曲线
【解析】【解答】解:(1)采用滑动变阻器分压接法,故滑动变阻器应选择总阻值较小的D;由图可知,定值电阻R与电流计串联充当电压表使用,故应采用阻值较大的E;(2)按照电路图,实物连线如图所示:
;(3)由图丙可知,图象上各点与原点连线的斜率减小,故说明电阻随电压的增大而减小,因此应为负温度系数的热敏电阻,即NTC热敏电阻;(3)在热敏电阻的伏安特性曲线中作出电源的伏安特性曲线,如图所示:
两图的交点表示电阻的工作电压和电流,由图可知,电压U=8.0V,电流I=0.1A,故电阻R= = =80.0Ω;
故答案为:(1)DE;(2) (3)NTC;(4)80.0。
【分析】(1)定值电阻和滑动变阻器的选择根据电源内阻选择即可;
(2)为了能得到比较多的数据,采用分压法,电流表内阻比较大,对电压影响比较大,故采用电流表外接法;
(3)对于U-I曲线,图像的横坐标为电流,纵坐标为电压,图像斜率为电阻的阻值;
(4)结合热敏电阻的伏安特性曲线求解即可。
四、[选修3-5](12分)
12.(2020·定远模拟)如图所示为氢原子能级的示意图,下列有关说法正确的是( )
A.处于基态的氢原子吸收10.5eV的光子后能跃迁至,n=2能级
B.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可辐射出3种不同频率的光
C.若用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光,照射该金属时一定能发生光电效应
D.用n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光,照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV
【答案】D
【知识点】氢原子光谱
【解析】【解答】A.处于基态的氢原子吸收10.2eV的光子后能跃迁至n=2能级,不能吸收10.2eV的能量.A不符合题意;
B.大量处于n=4能级的氢原子,最多可以辐射出 ,B不符合题意;
C.从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的能量值大于从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光的能量值,用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光,照射该金属时不一定能发生光电效应,C不符合题意;
D.处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级辐射出的光的能量为: ,根据光电效应方程,照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为: ,D符合题意;
故答案为:D
【分析】当电子由低能级跃迁到高能级时,电子需要吸收能量,当电子由高能级跃迁到低能级时,电子需要释放能量,结合公式求解产生或吸收光子的频率。
13.(2020·扬州模拟)已知光速为c,普朗克常数为h,则频率为ν的光子的动量为 。用N个该频率的光子垂直照射平面镜,光被镜面全部垂直反射回去,则在光照射的过程中,平面镜受到的冲量大小为 。
【答案】;2N
【知识点】动量定理
【解析】【解答】解:根据德布罗意波长公式,则光子的动量为p= = 。
取入射方向为正方向,则N个光子动量的变化量为△p=p末﹣p初=﹣Np﹣Np=﹣2Nh
因此当光被镜面全部垂直反射回去,N个光子的速度方向与开始时相反,
所以N个光子在反射前后动量改变量的大小为2Nh ;
故答案为: ;2N 。
【分析】结合题目中给出的波长,结合普朗克常数和光速,利用德布罗意关系求解光子的能量和动量;利用动量定理求解冲量大小。
14.(2020·扬州模拟)一个静止的铀核( U)要放出一个α粒子变成钍核( Th),已知α粒子动能为Ek1,且在核反应中释放的能量全部转化为两个粒子的动能.(已知真空中的光速为c),求:
①钍核的动能
②该核反应中的质量亏损.
【答案】解:①衰变过程系统动量守恒,以α粒子的速度方向为正方向, 根据动量守恒定律得:PHe﹣PTh=0, α粒子的质量数为4,钍核的质量数为234,则:mv= mv′, 解得钍核的速度大小:v′= v; 又: = = 所以:EkT= ②根据动能表达式,则释放的总能量:E=Ek1+ , 解得:E= 由质能方程知释放总能量为:E=△mc2, 解得:△m= 答:①钍核的动能为 ; ②该核反应中的质量亏损为
【知识点】原子核的人工转变;质量亏损与质能方程
【解析】【分析】(1)粒子发生衰变时,动量守恒,列方程求解衰变后粒子的速度,进而求解动能;
(2)原子核发生核裂变或核聚变,前后发生质量亏损,亏损的质量转变成了能量释放出来,利用E=mc2求解即可。
五、选修3-3(12分)
15.(2020·扬州模拟)把一个小烧瓶和一根弯成直角的均匀玻璃管用橡皮塞连成如图1所示的装置.在玻璃管内引入一小段油柱,将一定质量的空气密封在容器内,被封空气的压强跟大气压强相等.如果不计大气压强的变化,利用此装置可以研究烧瓶内空气的体积随温度变化的关系.
(1)关于瓶内气体,下列说法正确的有
A.温度升高时,瓶内气体体积增大,压强不变
B.温度升高时,瓶内气体分子的动能都增大
C.温度升高,瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数增多
D.温度不太低,压强不太大时,可视为理想气体
(2)改变烧瓶内气体的温度,测出几组体积V与对应温度T的值,作出V﹣T图象如图2所示.已知大气压强p0=1×105Pa,则由状态a到状态b的过程中,气体对外做的功为 J.若此过程中气体吸收热量60J,则气体的内能增加了 J.
(3)已知1mol任何气体在压强p0=1×105Pa,温度t0=0℃时,体积约为V0=22.4L.瓶内空气的平均摩尔质量M=29g/mol,体积V1=2.24L,温度为T1=25℃.试估算瓶内空气的质量.
【答案】(1)A;D
(2)50;10
(3)解:瓶内空气体积V1=2.24L,温度为T1=25+273=298K,转化为标准状态,有: 解得: = L=2.05L 物质量为:n= =0.092moL 故质量:m=nM=0.092moL×29g/mol=2.67g
【知识点】热力学第一定律(能量守恒定律);理想气体与理想气体的状态方程
【解析】【解答】解:(1)A、温度升高时,由于气压等于外界大气压,不变,故瓶内气体体积增大,A符合题意;
B、温度升高时,瓶内气体分子的热运动的平均动能增大,但不是每个分子的动能均增加,B不符合题意;
C、气体压强是分子对容器壁的频繁碰撞产生的;温度升高,分子热运动的平均动能增加,气压不变,故瓶内气体分子单位时间碰撞到容器壁单位面积的次数减少,C不符合题意;
D、温度不太低,压强不太大时,实际气体均可视为理想气体,D符合题意;
故答案为:AD(2)由状态a到状态b的过程中,气体对外做的功为:
W=P △V=1.0×105×(2.5×10﹣3﹣2×10﹣3)J=50J
若此过程中气体吸收热量60J,则气体的内能增加:△U=60﹣50=10J
故答案为:(1)AD;(2)50,10;(3)瓶内空气的质量约为2.67g.
【分析】(1)对于V-T图像,从图中得到气体处在某种状态的体积和温度,根据理想气体物态方程求解压强的变化即可;
(2)利用热力学第一定律 U=Q-W求解气体内能的变化即可,其中Q气体的吸热,W是气体对外界做的功;
(3)气体做等压变化,结合气体初状态和末状态的体积和温度,利用盖—吕萨克定律列方程求解末状态的温度即可。
六、(选修模块3-4)
16.(2020·扬州模拟)红外线热像仪通过红外线遥感,可检测出经过它时的发热病入,从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪,下列说法中正确的是( )
A.选择红外线进行检测,主要是因为红外线光子能量小,可以节约能量
B.红外线热像仪通过发射红外线照射入体来检测
C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D.根据物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同的原理来检测体温
【答案】D
【知识点】电磁波谱
【解析】【解答】解:A、因此一切物体均能发出红外线,因此使用红外线进行检测,这里与红外线光子能量小没有关系;A不符合题意。
B、红外线热像仪通过接收到入体发出的红外线照射从而来检测。B不符合题意。
C、紫外线热像仪具有杀菌作用。红外线能量小的多,没有杀菌作用;C不符合题意。
D、一切物体都能发射红外线,且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同,根据物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同的原理可用来检测体温。D符合题意。
故答案为:D
【分析】对于黑体辐射,温度越高,辐射强度也会增加,同时辐射的频率会增加,对应的波长会减小。
17.(2020·扬州模拟)我们想像这样一幅图景:一列火车以接近光速从观察者身边飞驰而过,火车里的观察者看到沿铁路电线杆距离 (填“变大”、“变小”、“不变”),而地面上的观察者看到火车车窗的高度 (填“变大”、“变小”、“不变”).
【答案】变小;不变
【知识点】相对论时空观与牛顿力学的局限性
【解析】【解答】解:一列火车以接近光速从观察者身边飞驰而过,根据相对论尺缩效应可知:火车里的观察者看到沿铁路电线杆距离变小;
同时,根据相对论尺缩效应可知地面上的观察者看到火车车窗长度变短,而车窗高度不变.
故答案为:变小,不变
【分析】当物体的速度达到光速时,会出现很多效应,比如时间减缓效应、尺度收缩效应。
18.(2016·济宁模拟)一列简谐横波在x轴上传播,a、b是x轴上相距Sab=6m的两个质点,t=0时,b点正好到达最高点,且b点到x轴的距离为4cm,而此时a点恰好经过平衡位置向上运动,已知这列波的频率为25Hz.
(1)求0﹣1s内a质点运动的路程;
(2)若a、b在x轴上的距离大于一个波长,求该波的波速.
【答案】(1)解:质点a一个周期运动的路程s0=4A=0.16m
1s内的周期数是
1Is内运动的路程s=ns0=4m
(2)解:波由a传向b, v=λf
所以
波由b传向a, v=λf
所以
【知识点】横波的图象
【解析】【分析】(1)简谐运动在一个周期内传播的路程等于振幅的四倍;(2)b在最高点时,a在平衡位置且向上运动,故ab间距离为1.75、2.75、3.75、…倍波长,求解出波长后根据v=λf求解波速
七、计算题:本题共3小题,满分45分.
19.(2020·扬州模拟)有一质量m=2kg的物体在水平面上沿直线运动,0时刻起受到与运动方向在一条直线上的力F作用,其F﹣t图象如图(a)所示,物体在第2s末至第4s末的速度﹣时间关系图象v﹣t图如图(b)所示.
(1)根据图象计算第2s末到第4s末物体运动过程中的加速度大小;
(2)计算第2s末到第4s末的时间内物体克服摩擦力所做的功;
(3)已知两图象所取正方向一致,通过定量计算在图(b)中完成0~6s内的全部v﹣t图.
【答案】(1)解:物体在第2s末至第4s加速度a2= = = =4m/s2 答:根据图象计算第2s末到第4s末物体运动过程中的加速度大小为4m/s2
(2)解:由图(a)可得,0﹣4s内拉力F1=10N; 根据牛顿第二定律F1﹣f=ma2 得f=2N 由图(b)可得,s2= ×2×8=8m; 第2s末到第4s末的时间内物体克服摩擦力所做的功Wf=fs2=2×8=16J 答:第2s末到第4s末的时间内物体克服摩擦力所做的功为16J
(3)解:物体在0﹣2s时间内,由F1+f=ma1,得a1=6m/s2; 所以t=0时v0=﹣a1t1=﹣6×2m/s=﹣12m/s. 在4﹣6s时间内,由F2﹣f=ma3, 得a3=﹣4m/s2; 所以物体经t3= = =2s时间速度减为0. 0~6s内的全部v﹣t图如右图所示:
【知识点】位移与路程;加速度;运动学 v-t 图象
【解析】【分析】(1)v-t图像中,横坐标为时间,纵坐标为速度,图像与时间轴所围成的面积是位移,图像的斜率是加速度;
(2)空气阻力做功与物体的运动轨迹有关,利用公式W=Fs cosα求解空气阻力做功即可,其中α是力与位移的夹角;
(3)利用牛顿第二定律求解物体的加速度,分析物体速度的变化,绘制物体运动的图像即可。
20.(2020·扬州模拟)如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨,它们之间连接一个阻值R=10Ω的电阻;导轨间距为L=1m,导轨电阻不计,长约1m,质量m=0.1kg的均匀金属杆水平放置在导轨上(金属杆电阻不计),它与导轨的滑动摩擦因数μ= ,导轨平面的倾角为θ=30°,在直导轨平面方向有匀强磁场,磁感应强度为B=0.5T,今让金属杆AB由静止开始下滑,从杆静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量q=1C,求:
(1)当AB下滑速度为4m/s时加速度的大小
(2)AB下滑的最大速度
(3)B由静止开始下滑到恰好匀速运动通过的距离
(4)从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量
【答案】(1)解:取AB杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系mgsinθ﹣FA﹣f=ma ① N﹣mgcosθ=0 ② 摩擦力f=μN ③ 安培力 FA=BIL ④ I= ⑤ E=BLv ⑥ 联立上面①②③④⑤⑥ 解得a=1m/s2; 答:当AB下滑速度为4m/s时加速度的大小为1m/s2
(2)解:导体棒的加速度减小到零时速度最大。 根据平衡条件可得:mgsinθ=μmgcosθ+ 解得:vm=8m/s 答:AB下滑的最大速度为8m/s;
(3)解:从静止开始到匀速运动过程中:q= t= = 解得:S=20m 答:AB由静止开始下滑到恰好匀速运动通过的距离为为20m
(4)解:根据能量守恒定律可得:mgh= mvm2+Qf+QR 代入数据解得:QR=0.8J 答:从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量为0.8J。
【知识点】对单物体(质点)的应用;安培力;法拉第电磁感应定律
【解析】【分析】(1)对物体进行受力分析,在沿斜面方向和垂直于斜面两个方向上分解,在沿斜面方向利用牛顿第二定律求解物体的加速度;
(2)当导体棒受到的安培力等于重力沿斜面方向的分力的时候,导体棒速度达到最大,列方程求解此时的速度;
(3)结合导体棒中通过的电荷量,利用法拉第电磁感应定律和电流表达式求解即可;
(4)结合导线框初末状态的速度,对导线框的运动过程应用动能定理,其中导线框克服安培力做的功即为电路产生的热量。
21.(2020·扬州模拟)如图所示,质量为m电荷量为q的带负电的粒子从O点以大小为V0的速率沿与水平线ON夹角为θ(90°≥θ>0°)的方向射入I圆形磁场,经偏转能平行于ON进入Ⅳ区真空区域,已知粒子的比荷 =1×104C/kg,I区圆形磁场半径R=0.5m,磁感应强度大小B1=1T.(不计带电粒子的重力和带电粒子之间的相互作用)
(1)求粒子的初速度v0的大小;
(2)控制Ⅱ区磁场B2的大小,使得粒子第一次射出该磁场时,速度方向与ON夹角都为45°,求B2与θ的关系;
(3)在第2小题的条件下,仅分析θ=90°的粒子射入圆形磁场,当该粒子进入Ⅱ区磁场时,立即在Ⅳ区加上竖直向上,场强大小E=5×103N/C的电场,粒子能打在水平线ON上的D点,D点与N点距离L=2m,若粒子在Ⅲ,Ⅳ区运动过程中不再回到Ⅱ区磁场。求Ⅲ区磁场磁感应强度大小B3。
【答案】(1)解:r1=R= 所以v0= 代入数据解得:v0=5×103m/s 答:粒子的初速度v0的大小为5×103m/s;
(2)解:PN=r2﹣(R﹣Rcosθ)= r2= 解得:B2= = 答:控制Ⅱ区磁场B2的大小,使得粒子第一次射出该磁场时,速度方向与ON夹角都为45°,B2与θ的关系为B2= ;
(3)解:根据几何知识有:r2﹣R= r2 r2= 在II区转过在磁场中偏转距离为:xNC= = , 在电场中做类抛体运动水平距离为:xE= =0.5m a= =5×107m/s2 在III区磁场中偏转的距离xB= r3 r3= 之后在电场磁场中做周期性运动每经过一个周期往左移动的距离,前提条件:△x≥xNC 得B3≤ 第一种情况:在磁场中到打到D点:n△x+ r3=L+xNC 得B3= = n≤2 (n取1,2) 第二种情况:在电场中打到D点:n△x=L+xNC 得:B3= ,n≤2 +1+ (n取1,2,3,4) 答:在磁场中到打到D点,B3= n≤2 (n取1,2);在电场中打到D点,B3= ,n≤2 +1+ (n取1,2,3,4)。
【知识点】带电粒子在匀强磁场中的运动
【解析】【分析】(1)带电粒子在磁场中受到洛伦兹力,在洛伦兹力的作用下粒子做圆周运动,结合粒子的轨道半径,利用向心力公式求解粒子的速度即可;
(2)同理,利用几何关系求解轨道半径,再结合向心力公式求解磁感应强度即可;
(3)带电粒子在磁场中受到洛伦兹力,在洛伦兹力的作用下粒子做圆周运动,根据磁场方向、电性和运动方向确定粒子的运动轨迹,求解粒子的轨道半径,结合向心力公式求解磁感应强度。