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    2020高考物理真题汇编-答案

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    这是一份2020高考物理真题汇编-答案,共39页。

    专题一 运动的描述 匀变速直线运动的研究

    解析:(1)物块匀加速下滑经过参考点开始计时由运动学公式有Lv0tat2变形得2v0at所以题图乙中图线的纵截距表示通过参考点时速度的2v0 m/s0.32 m/s;图线的斜率表示物块的加速度则加速度a m/s23.1 m/s2.

    (2)物块沿斜面下滑过程中由牛顿第二定律有mgsin θμmgcos θmaθ153°a15.6 m/s2θ237°a23.1 m/s2 分别代入解得g9.4 m/s2.

    答案:(1)0.32(0.33也可) 3.1 (2)9.4

    专题二 相互作用

    1解析:B.设甲、乙两物体的质量均为mO点进行受力分析右侧细绳上的拉力大小为mg左侧细绳上的拉力大小为FO点下方的细线上的拉力大小为mg系统平衡时对力进行水平和竖直方向的正交分解可得Fsin βmgsin αFcos βmgcos αmg解得β55°B正确

    2解析:C.根据题述物块AB刚要滑动可知AB之间的摩擦力fABμmgcos 45°B与木板之间的摩擦力fμ·3mgcos 45° .隔离A分析受力由平衡条件可得轻绳中拉力FfABmgsin 45°.AB整体由平衡条件:2F3mgsin 45°f联立解得:μ选项C正确

    3解析:A.由题给信息可知升力F2与速度方向垂直BD项错;空气阻力Ff与速度方向相反C项错A项正确

    4解析:D.工作人员受到的重力大小仍为mgA错误因工作人员在球面上缓慢移动且有在月球上行走的感觉故其受力平衡工作人员所受合力为零B错误;对工作人员受力分析可知其对球面的作用力大小为mgC错误D正确

    专题三 牛顿运动定律

    1解析:D.根据位移-时间图像的斜率表示速度可知0t1时间内图像斜率增大速度v增大加速度方向向下由牛顿运动定律可知乘客处于失重状态所受的支持力FN<mg选项A错误;t1t2时间内图像斜率不变速度v不变加速度为零乘客所受的支持力FNmg选项B错误;t2t3时间内图像斜率减小速度v减小加速度方向向上由牛顿运动定律可知乘客处于超重状态所受的支持力FN>mg选项C错误D正确

    2解析:C.设列车做匀加速直线运动的加速度为a可将后面的38节车厢作为一个整体进行分析设每节车厢的质量均为m每节车厢所受的摩擦力和空气阻力的合力大小均为f则有F38f38ma再将最后面的2节车厢作为一个整体进行分析设倒数第3节车厢对倒数第2节车厢的牵引力为F则有F2f2ma联立解得FFC项正确ABD项均错误

    3解析:B.缓慢起动的公交车具有向前的加速度但加速度较小若箱子所受的静摩擦力足以提供该加速度则箱子可以相对公交车静止A项错;急刹车时公交车的加速度较大箱子轮子受到公交车的摩擦力较小行李箱a一定相对车子向前运动B项正确;缓慢转弯时车子具有指向轨迹内侧的较小的加速度当行李箱所受的静摩擦力足以提供其加速度时行李箱相对车子静止C项错;急转弯时汽车的加速度较大若行李箱b所受的静摩擦力不足以提供所需的向心力则其做离心运动即相对车子向外侧运动若行李箱b所受的静摩擦力足以提供所需的向心力则其相对车子静止D项错专题四 曲线运动 万有引力与航天

    1解析:B.由万有引力定律可得质量为m的物体在地球表面上时受到的万有引力大小为FG质量为m的物体在火星表面上时受到的万有引力大小为FG二者的比值0.4B正确ACD错误

    2解析:B.该同学身高相对于秋千的绳长可忽略不计可以把该同学看成质点当该同学荡到秋千支架的正下方时由牛顿第二定律有2Fmg代入数据解得F410 N选项B正确

    3解析:A.根据万有引力定律有GmMρ·解得T BCD项错误A项正确

    4解析:D.由题意可知嫦娥四号绕月球做匀速圆周运动的轨道半径为r设月球的质量为M嫦娥四号绕月球做匀速圆周运动的速率为v嫦娥四号的质量为m则地球的质量为QM一质量为m的物体在地球表面满足Gmg嫦娥四号绕月球做匀速圆周运动满足Gm解得vD正确

    5解析:B.Gmg解得火星表面的重力加速度与地球表面重力加速度的比值0.1×220.4即火星表面的重力加速度g0.4g.着陆器着陆过程可视为竖直向下的匀减速直线运动v0at00可得a.由牛顿第二定律有Fmgma解得Fm(0.4g)选项B正确

    6解析:A.近地轨道卫星的轨道半径稍大于地球半径由万有引力提供向心力可得Gm解得线速度v 由于地球静止轨道卫星的轨道半径大于近地轨道卫星的轨道半径所以地球静止轨道卫星的线速度较小选项B错误;由万有引力提供向心力可得Gmr解得周期T2π所以地球静止轨道卫星的周期较大选项A正确;由ω可知地球静止轨道卫星的角速度较小选项C错误;由万有引力提供向心力可得Gma解得加速度aG所以地球静止轨道卫星的加速度较小选项D错误

    7解析:CD.两卫星均绕地球做圆周运动甲的轨道半径是乙的2可得v则乙的速度是甲的选项A错误;由ma可得a则乙的向心加速度是甲的4选项B错误;由F结合两人造卫星质量相等可知甲的向心力是乙的选项C正确;两卫星均绕地球做圆周运动且甲的轨道半径是乙的2结合开普勒第三定律可知甲的周期是乙的2选项D正确

    8解析:AD.由题意可知落地后小球A的位移的大小为sAl小球B的位移的大小为sBl显然小球AB的位移大小相等A正确;小球A的运动时间为tA小球B的运动时间为tBtAtB1B错误;小球A的初速度为vxA小球B的初速度为vxBvAvB12C错误;落地瞬间小球A竖直方向的速度为vyA小球B竖直方向的速度为vyB则落地瞬间小球A的速度为vA小球B的速度为vB显然vA>vBD正确

    9解析:C.火星与地球轨道周长之比等于公转轨道半径之A项错;火星和地球绕太阳做匀速圆周运动万有引力提供向心力Gmam2r解得avω所以火星与地球线速度大小之比为B项错;角速度大小之比为23C项对;向心加速度大小之比为49D项错

    专题五 机械能及其守恒定律

    1解析:AB.由重力势能和动能随下滑距离s变化的图像可知重力势能和动能之和随下滑距离s的增大而减小可知物块下滑过程中机械能不守恒A项正确;在斜面顶端重力势能mgh30 J解得物块质量m1 kg由重力势能随下滑距离s变化图像可知重力势能可以表示为Ep(306s)J由动能随下滑距离s变化图像可知动能可以表示Ek2s J设斜面倾角为θ则有sin θcos θ由功能关系有-μmgcos θ·sEpEk30 J(306s2s30)J=-4s J可得μ0.5B项正确;由Ek2s JEk可得v24s m2/s2对比匀变速直线运动公式v2 2as可得a2 m/s2即物块下滑时加速度的大小为2.0 m/s2C项错误;由重力势能和动能随下滑距离s变化图像可知当物块下滑2.0 m时机械能为E18 J4 J 22 J机械能损失了ΔE30 J 22 J8 JD项错误

    2解析:B.摩托车落到c点时根据平抛运动规律有hv01t1hgt解得v;同理摩托车落到b点时有v9gh.又动能E1mvE2mv所以18ACD项错误B项正确

    3解析:ACD.钩码B释放后做简谐运动根据简谐运动的对称性物块B在最高点加速度大小为g所以在最低点加速度大小也为g.在最低点对B由牛顿第二定律有FmgmaF2mgB在最低点时物块A对水平桌面的压力刚好为零可知A左侧轻绳上拉力的竖直分力等于MgM<2mA项正确B项错误;B从释放位置到最低点的过程中速度先增大后减小由动能定理可知合力对B先做正功后做负功C项正确;由功能关系可知B从释放到速度最大过程中B克服弹簧弹力做的功等于B机械能的减少量D项正确

    4解析:BC.由于动车以恒定功率启动则由PF牵引力v可知动车的速度增大则牵引力减小由牛顿第二定律F牵引力 Fma得动车的加速度逐渐减小A错误B正确;当动车的加速度为零时即牵引力等于阻力时动车的速度最大PFvmC正确;设动车在时间t内的位移为x由动能定理得WFxmvmv则牵引力所做的功为WFxmvmvD错误

    5解析:C.根据汽车做匀速直线运动可得此时汽车的牵引力等于阻力Ff 1.8×103 N此时汽车发动机的实际输出功率即瞬时功率根据P Fv代入数据解得此时汽车发动机的实际输出功率为36 kWABD项均错误C项正确

    6解析:A.在斜面上物块受竖直向下的重力、沿斜面向上的滑动摩擦力以及垂直斜面向上的支持设物块的质量为m斜面的倾角为θ物块沿斜面下滑的距离对应的水平位移为x由动能定理有mgsin θ·μ1mgcos θ·Ek0解得Ek(mgtan θμ1mg)x即在斜面上时物块的动能与水平位移成正比BD项均错误;在水平面上物块受竖直向下的重力、竖直向上的支持力以及水平向左的滑动摩擦力由动能定理有-μ2mg(xx0)EkEk0解得EkEk0μ2mg(xx0)其中Ek0为物块滑到斜面底端时的动能x0为物块沿斜面下滑到底端时的距离对应的水平位移即在水平面上物块的动能与水平位移为一次函数关系且为减函数A项正确C项错误

    专题六 碰撞与动量守恒

    1解析:D.行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞车内安全气囊被弹出并瞬间充满气体增大了司机的受力面积减少了司机单位面积的受力大小可以延长司机的受力时间从而减小了司机受到的作用力A项错误D项正确;碰撞前司机动量等于其质量与速度的乘积碰撞后司机动量为零所以安全气囊不能减少碰撞前后司机动量的变化量B项错误;碰撞过程中通过安全气囊将司机的动能转化为司机对安全气囊做的功C项错误

    2解析:BC.选运动员退行速度方向为正方向设运动员的质量为M物块的质量为m物块被推出时的速度大小为v0运动员第一次推出物块后的退行速度大小为v1.根据动量守恒定律运动员第一次推出物块时有0Mv1mv0物块与挡板发生弹性碰撞以等大的速率反弹;第二次推出物块时有Mv1mv0=-mv0Mv2依此类推Mv2mv0=- mv0Mv3Mv7mv0=-mv0 Mv8又运动员的退行速度v8>v0v7<v0解得13m<M<15m 52 kg<M<60 kgBC项正确AD项错误

    3解析:A.设乙物块的质量为m由动量守恒定律有mvmvmvmv代入图中数据解得m 6 kg进而可求得碰撞过程中两物块损失的机械能为Emvmvmvmv代入图中数据解得E3 JA正确

    专题七 静电场

    1解析:A.由图(b)可知01 s时间内电容器两极板之间电压为零说明电容器没有充放电电路中没有电流根据欧姆定律可知电阻R两端电压为零;在12 s 时间内电容器两极板之间电压均匀增大根据IC可知电路中有恒定电流对电容器充电则电阻R两端电压恒定;在23 s时间内电容器两极板之间电压恒定且不为零说明电容器带电荷量不变电路中没有电流电阻R两端电压为零;在35 s时间内电容器两极板之间电压均匀减小说明电容器均匀放电则电路中有反方向恒定电流且电流小于充电电流电阻R两端电压恒定且电压小于充电时两端电压所以电阻R两端电压UR随时间t变化的图像正确的是A.

    2解析:ABC.沿竖直方向将圆环分割成无穷个小段关于水平直径对称的两小段构成等量异种点电荷模型在等量异种点电荷的垂直平分线上各点场强方向由正点电荷指向负点电荷根据对称性可知ab两点的场强相等A项正确;取无穷远处电势为零在等量异种点电荷的垂直平分线上各点电势均为零ab两点的电势相等B项正确;沿水平方向将圆环分割成无穷个小段关于竖直直径对称的两小段构成等量同种点电荷模型在等量同种点电荷的垂直平分线上各点场强方向垂直于连线根据对称性可知cd两点的场强相等C项正确;在等量异种点电荷模型中距离正点电荷近的点电势高φc>φdD项错误

    3解析:

    BC.如图所示找出Q使Q点与P点的距离等于M点与P点的距离L点为MN上到P点距离最短的点根据三角形边角关系、点电荷的电场强度公式Ek和正点电荷形成电场中的电势特点可知沿着MNM点到NP点的距离r先减小后增大电场强度先增大后减小电势也先增大后减小B正确A错误;根据电势能与电势的关系Ep可知正电荷在M点的电势能比在N点的电势能大故将正电荷从M点移动到N电场力所做的总功为正C正确D错误

    4解析:BD.由题意可知O点场强为零所以aO两点间场强方向是由a指向O所以φa>φOA项错误;同理φc>φOO点与b点间的电场强度有竖直向上的分量所以φO>φbφc>φbB项正确;同理φa>φbφc>φd又带负电的试探电荷在电势高处电势能较小所以C项错误D项正确

    5解析:AB.沿电场线方向电势降低B点的电势比A点的电势高A正确;由对称性可知两小球所处位置的电势的绝对值始终相等则由Ep可知两小球的电势能始终相等B正确;该过程中带正电荷的小球所受的电场力方向向右带负电荷的小球所受的电场力方向向左则电场力对两小球均做正功C错误;电场力做正功电势能减少所以该过程中两小球的总电势能减少D错误

    6解析:C.粒子从P点垂直电场方向出发到达MN连线上某点时沿水平方向和竖直方向的位移大小相等v0tat2a解得tA项错误;在该点粒子沿电场方向的速度vat2v0所以合速度大小为vv0B项错误;该点到P点的距离sxv0tC项正确;由平行四边形定则可知在该点速度方向与竖直方向夹角的正切值tan θθ30°D项错误

    7解析:D.由等势线分布图可以确定该图为两等量异种点电荷电场的等势线分布图两点电荷连线垂直平分线上处处电势为零A项错;电场线与等势线垂直ab两点的电场强度方向不同B项错;Q点处为正电荷故垂直平分线左侧电势均大于零右侧电势均小于零所以b点电势高于d点电势C项错;又负电荷在电势高处电势能小所以负电荷从a点移到c点时电势能增加D项对

    专题八 恒定电流

    1解析:ABD.开关S闭合电机工作外电路的总电阻减小由闭合电路欧姆定律可知总电流增大电源的内阻分压增大路端电压减小则车灯两端的电压减小流过车灯的电流减小AB正确C错误;由PEI可知由于电路的总电流增大则电源的总功率增大D正确

    专题九 磁场

    解析:C.

    带电粒子在匀强磁场中运动运动轨迹如图所示由洛伦兹力提供向心力有qvBm解得r运动时间tθ为带电粒子在磁场中运动轨迹所对的圆心角粒子在磁场中运动时间由轨迹所对圆心角决定采用放缩法粒子垂直ac射入磁场则轨迹圆圆心必在直线ac将粒子的轨迹半径从零开始逐渐放大r0.5R(R的半径)r1.5R粒子从acbd区域射出磁场运动时间等于半个周期 0.5R<r<1.5R子从弧ab上射出轨迹半径从0.5R逐渐增大粒子射出位置从a点沿弧向右移动轨迹所对圆心角从π逐渐增大当半径为R轨迹所对圆心角最大再增大轨迹半径轨迹所对圆心角减小因此轨迹半径等于R所对圆心角最大θmπ粒子最长运动时间为.

    2解析:D.电子在电场中加速运动电场力的方向和运动方向相同而电子所受电场力的方向与电场的方向相反所以M处的电势低于N处的电势A项错误;增大MN之间的电压根据动能定理可知电子进入磁场时的初速度变大根据r知其在磁场中的轨迹半径增大偏转程度减小P点将右移B项错误;根据左手定则可知磁场的方向应该垂直于纸面向里C项错误;结合B项分析可知增大磁场的磁感应强度轨迹半径将减小偏转程度增大P点将左移D项正确

     

     

     

     

     

    3解析:

    C.为使电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内电子进入匀强磁场中做匀速圆周运动的半径最大时轨迹如图所示设其轨迹半径为r轨迹圆圆心为M磁场的磁感应强度最小为B由几何关系有r3a解得ra电子在匀强磁场中做匀速圆周运动有evBm解得BC正确

    4.

    解析:AD.由左手定则可知带电粒子带负电荷A正确;作出粒子的轨迹示意图如图所示假设轨迹的圆心为O则由几何关系得粒子的轨道半径为Ra则由qvBmvBC错误;由以上分析可知ONRa(1)aD正确

    5解析:C.由于I1I2不相等而两长直导线到bd的距离相等所以两长直导线各自在这两点产生的磁场的磁感应强度大小不等虽方向相反但矢量和不为零AB错误;根据安培定则可知两电流在a点产生的磁场的磁感应强度的方向均竖直向下c点产生的磁场的磁感应强度的方向均竖直向上C正确D错误

    专题十 电磁感应

    1解析:BC.用水平恒力F向右拉动金属框bc边切割磁感线产生感应电动势回路中有感应电流ibc边受到水平向左的安培力作用设金属框的质量为M加速度为a1由牛顿第二定律有FBiLMa1;导体棒MN受到向右的安培力向右做加速运动设导体棒的质量为m加速度为a2由牛顿第二定律有BiLma2.设金属框bc边的速度为v导体棒的速度为v则回路中产生的感应电动势为EBL(vv)由闭合电路欧姆定律iFBiL可得金属bc边所受安培力和导体棒MN所受的安培力均为F二者加速度之差Δaa1a2F随着所受安培力的增大二者加速度之差Δa减小Δa减小到零时·之后金属框和导体棒的速度之差Δvvv保持不变由此可知金属框的速度逐渐增大金属框所受安培力趋于恒定值金属框的加速度大小趋于恒定值导体棒所受的安培力F趋于恒定值选项A错误BC正确;导体棒到金属框bc边的距离x(vv)dt随时间的增大而增大选项D错误

    2解析:D.高频焊接利用的电磁学规律是电磁感应现象发现者是法拉第ABC项错误D项正确

    3解析:B. 将开关S由断开状态拨至M端或N都会使线圈中的电流突然增大穿过右边圆环的磁通量突然增大由楞次定律可知圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大B正确ACD错误

    4解析:BC.1 sae边切割磁感线EBLv可知感应电动势不变导体框总电阻一定故感应电流一定由安培力FBIL可知ab边所受安培力与ab边进入磁场的长度成正比;第2 s导体框切割磁感线的有效长度均匀增大感应电动势均匀增大感应电流均匀增大;第34 s导体框在第二象限内切割磁感线的有效长度保持不变在第一象限内切割磁感线的有效长度不断增大但两象限磁场方向相反导体框的两部分感应电动势方向相反所以第2 s末感应电动势达到最大之后便不断减小3 s末与第1 s导体框切割磁感线的有效长度相同可知第3 s末与第1 s末线框中产生的感应电流大小相等A项错误B项正确;但第3 sab边进入磁场的长度是第1 s末的3ab边所受安培力在第3 s末的大小等于第1 s末所受安培力大小的3C项正确D项错误

    5解析:AC.由题意可知送电线圈中通入了正弦式交变电流可知电流产生的磁场也呈周期性变化A正确;由变压器的工作原理可知受电线圈中输出的电流按余弦规律变化因此受电线圈中感应电流产生的磁场随电流的变化而变化B错误;送电线圈和受电线圈的能量传递是通过互感现象实现的C正确;由于送电线圈产生的磁场并没有全部穿过受电线圈即有磁通量的损失因此该充电过程存在能量的损失D错误

    6解析:B.当同时增大B1减小B2通过金属圆环的总磁通量增加且方向垂直纸面向里根据楞次定律知感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外根据右手螺旋定则知此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流A项错误;同理当同时减小B1增大B2金属圆环中产生顺时针方向的感应电流B项正确;当同时以相同的变化率增大或减小B1B2金属圆环中的总磁通量没有变化仍然为0金属圆环中无感应电流产生CD项均错误

    7解析:B.棒产生的电动势为EBr·ωrBr2ω选项A错误金属棒电阻不计故电容器两极板间的电压等于棒产生的电动势微粒的重力与其受到的电场力大小相等qmg可得选项B正确电阻消耗的电功率P选项C错误电容器所带的电荷量QCECBr2ω选项D错误

    专题十一 交变电流

    1解析:AD.若采用550 kV的超高压输电输电线上的功率损耗ΔP·r输电线路损失的电压ΔU·r若改用1 100 kV的特高压输电同理有ΔP·rΔU·r可得ΔPΔUBC项错误AD项正确

    2解析:AD.由变压器不会使交流电的周期改变和图(b)可知所用交流电的周期为2×102 s可求得所用交流电的频率为50 HzA正确;由图(b)可知通过R2的电流的有效值为1 A由串并联特点可知通过R3的电流(即通过电流表的电流)0.5 A故副线圈的电流为I21.5 A由欧姆定律可得副线圈两端的电压U2 1×10 V10 V由变压器原、副线圈两端电压比与原、副线圈匝数比的关系可得原线圈两端的电压U1n1100 V再根据原线圈电路的串联关系可得R1两端的电压为UV220 V100 V120 VBC错误;根据变压器原理可得变压器传输的电功率为PU2I210×1.5 W15.0 WD正确

    3解析:A.由图乙可知理想变压器输入电压U1220 V应用理想变压器变压公式可得副线圈输出电压U230 V灯泡正常工作时灯泡两端电压为UL24 V电流IL1.6 AR1两端电压为UU2 ULU可得U6 VIL解得R1 Ω选项A正确

    4解析:D.变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置不能改变交变电流的频率BC项均错误;根据变压器匝数与电压的关系可得副线圈的电压U2U1由于原线圈匝数少而副线圈的匝数多n1<n2因此有U2>U1电流互感器是一种升压变压器A项错误;根据变压器匝数与电流的关系可得副线圈的电流I2I1由于n1n2因此有I2I1D项正确

    5解析:C.发电机输出的电流I1 A400 A选项A错误输电线上的电流I线 A25 A选项B错误升压变压器的副线圈输出电压U2 V4×103 V输电线损耗电压ΔUI线R25×8 V200 V降压变压器的原线圈电压U3U2ΔU3 800 V故降压变压器的匝数比选项C正确降压变压器的副线圈的输出功率P4P3PP线95 kW故用户得到的电流I4431.8 A选项D错误


    专题十二 近代物理

    1解析:BD.根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知选项A中的X1质量数是3电荷数是2A项错误;根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知选项B中的X2质量数是4电荷数是2代表α粒子B项正确;选项C中的X3质量数是1电荷数是0代表中子C项错误;选项D中的X4质量数是4电荷数是2代表α粒子D项正确

    2解析:C.结合核反应方程知1 kg海水中的氘核全部发生聚变反应放出的能量E×43.15×1.6×1013 J1.15×1010 J根据题意得MM0×1 kg400 kgABD项错误C项正确

    3解析:AC.根据电荷数守恒和质量数守恒可知HeAlXn方程中X的质量数为30电荷数为15再根据XYe方程可知Y的质量数为30电荷数为14X的质量数与Y的质量数相等X的电荷数比Y的电荷数多1X的电荷数比Al的电荷数多2X的质量数比Al的质量数多3AC 正确BD错误

    4解析:B.qItneq联立解得n1.0×1016选项B正确

    5解析:D.发现原子具有核式结构的是卢瑟福的α粒子轰击金箔发生散射的实验选项D正确

    6解析:D.由德布罗意波长λ可知质子的波长与动量成反比而动量与动能关系为p所以A项错误;天然放射的三种射线穿透能力最强的是γ射线B项错误;光电效应实验中的截止频率是指使金属恰好发生光电效应时入射光的频率W只与金属的逸出功W有关C项错误;衍射是波的特性所以电子束穿过铝箔的衍射图样说明电子具有波动性D项正确

    7解析:BC.由题中信息知核反应方程为HHHenX粒子为中子A项错误;由质量守恒定律可知X粒子的质量m(1 876.12 809.53 728.417.6)MeV/c2939.6 MeV/c2B项正确;由质能方程可知太阳每秒因辐射损失的质量Δm4.4×109 kgC项正确D项错误

    专题十三  

    1解析:(1)若一分子固定于原点O另一分子从距O点很远处向O点运动在两分子间距减小到r2的过程中分子力做正功势能减小;由r2减小到r1的过程中分子力仍做正功势能减小;在间距为r1势能小于零

    (2)(i)假设乙罐中的气体被压缩到压强为p其体积变为V1由玻意耳定律有

    p(2V)pV1

    现两罐气体压强均为p总体积为(VV1)设调配后两罐中气体的压强为p由玻意耳定律有

    p(VV1)p(V2V)

    联立①②式可得pp.

    (ii)若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p体积为V2由玻意耳定律有

    pVpV2

    设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k由密度的定义有

    k

    联立③④⑤式可得k.

    答案:(1)减小 减小 小于 (2)见解析

    2解析:(1)汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律;冷水倒入保温杯后冷水和杯子的温度都变得更低违背了热力学第一定律;热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功而不产生其他影响显然C选项遵循热力学第一定律但违背了热力学第二定律;冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律综上所述第一个空选B第二个空选C.

    (2)(i)设潜水钟在水面上方时和放入水下后筒内气体的体积分别为V0V1放入水下后筒内气体的压强为p1由玻意耳定律和题给条件有

    p1V1p0V0

    V0hS

    V1(hl)S

    p1p0 ρg(Hl)

    联立以上各式并考虑到Hh>l解得

    l h

    (ii)设水全部排出后筒内气体的压强为p2此时筒内气体的体积为V0这些气体在其压强为p0时的体积为V3由玻意耳定律有

    p2 V0 p0V3

    其中p2 p0 ρgH

    设需压入筒内的气体体积为V依题意

    V V3V0

    联立②⑥⑦⑧式得

    V.

    答案:(1)B C (2)(i) h (ii)

    3解析:(1)外力使活塞缓慢下降的过程中由于温度保持不变则气体的内能保持不变气体的体积逐渐减小外界对气体做功由热力学第一定律可知气体向外界放出热量又由玻意耳定律可知气体体积减小气体的压强增大由以上分析可知BCD正确AE错误

    (2)(i)设密封气体初始体积为V1压强为p1左、右管的截面积均为S密封气体先经等温压缩过程体积变为V2压强变为p2.由玻意耳定律有

    p1V1p2V2

    设注入水银后水银柱高度为h水银的密度为ρ按题设条件有

    p1 p0 ρgh0

    p2p0 ρgh

    V1(2Hlh0)SV2HS

    联立①②③④式并代入题给数据得

    h12.9 cm.

    (ii)密封气体再经等压膨胀过程体积变为V3温度变为T2由盖-吕萨克定律有

    按题设条件有

    V3(2Hh)S

    联立④⑤⑥⑦式并代入题给数据得

    T2363 K.

    答案:(1)BCD (2)见解析

    4解析:C.气体在ab过程中体积增大气体对外做功bc过程中体积增大气体对外做功根据pV图像与横轴所围的面积表示做的功可知在这两个过程中气体对外做的功相等选项A错误;气体在ab过程中体积增大气体对外做功由理想气体状态方程可知ab两个状态温度相等内能不变由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功;气体在bc过程中体积增大气体对外做功由理想气体状态方程可知c状态的温度高于b状态的温度内能增加由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和即气体在ab过程中吸收的热量小于气体在bc过程中吸收的热量选项B错误;气体在ca的过程中体积减小温度降低外界对气体做功内能减小根据热力学第一定律外界对气体做的功小于气体放出的热量选项C正确;由理想气体状态方程可知ab两个状态温度相等内能相等所以气体在ca的过程中内能的减少量等于气体在bc过程中内能的增加量选项D错误

    5解析:设火罐内气体初始状态参量分别为p1T1V1温度降低后状态参量分别为p2T2V2罐的容积为V0由题意知

    p1p0T1450 KV1V0T2300 KV2

    由理想气体状态方程得

    代入数据得p20.7p0

    对于抽气罐设初态气体状态参量分别为p3V3末态气体状态参量分别为p4V4罐的容积为V0由题意知

    p3p0V3V0p4p2

    由玻意耳定律得

    p0V0p2V4

    联立③⑤代入数据得

    V4V0

    设抽出的气体的体积为ΔV由题意知

    ΔVV4V0

    故应抽出气体的质量与抽气前罐内气体质量的比值为

    联立⑥⑦⑧代入数据得

    .

    答案:

    6解析:B.在水向外不断喷出的过程中罐内气体体积增大则气体对外做功根据玻意耳定律可知罐内气体的压强减小选项A错误B正确;由于罐内气体温度不变不对外放热选项C错误;根据温度是分子平均动能的标志可知温度不变分子平均动能不变选项D错误

    专题十四 机械振动与机械波 

    1解析:(1)雷雨天看到闪电后稍过一会儿才能听到雷声这是光的速度比声波的速度大引起的选项A错误;超声波被血管中血流反射后探测器接收到的超声波频率发生变化是多普勒效应选项B正确;观察者听到远去的列车发出的汽笛声音调会变低是多普勒效应选项C正确;同一声源发出的声波在空气和水中的传播速度不同声速与介质有关不是多普勒效应选项D错误;天文学上观察到双星光谱随时间的周期性变化是多普勒效应选项E正确

    (2)(i)如图设距c点最近的振幅极大的点为dad的距离为r1bd的距离为r2dc的距离为s波长为λ.

    r2r1 λ

    由几何关系有

    r1ls

    r(r1sin 60°)2(lr1cos 60°)2

    联立①②③式并代入题给数据得

    λl.

    (ii)波的频率为f设波的传播速度为v

    v

    联立④⑤式得

    v.

    答案:(1)BCE (2)见解析

    2解析:(1)由弧长公式可知lθR又结合题意所求的距离近似等于弧长d×2π×80.0 cm 6.98 cm合题中保留1位小数和摆动最大角度小于5°可知不能填7.0应填6.9;由单摆的周期公式T2π可知单摆的周期与摆长的平方根成正比T又由题意可知旧单摆周期与新单摆周期的比为1011解得l96.8 cm.

      (2)(i)如图设光线在D点的入射角为i折射角为r.折射光线射到BC边上的E设光线在E点的入射角为θ由几何关θ90°(30°r)60°

    根据题给数据得

    sin θ>sin 60°>

    θ大于全反射临界角因此光线在E点发生全反射

    (ii)设光线在AC边上的F点射出棱镜光线的入射角为i折射角为r由几何关系、反射定律及折射定律

    i 30°

    i90°θ

    sin insin r

    nsin isin r

    联立①③④⑤⑥式并代入题给数据

    sin r

    由几何关系rAC边射出的光线与最初的入射光线的夹角

    答案:(1)6.9 96.8 (2)见解析

    3解析:(1)由题意x6 m处的质点在00.1 s时间内的运动方向不变知该质点在该时间内振动的时间小于半个周期结合波形图可知该时间应为个周期显然该时间内x6 m处的质点沿y轴负方向运动则由波的传播方向以及质点振动方向的关系可判断该简谐横波沿x轴负方向传播;又由T0.1 sT0.4 s由波速与波长、周期的关系得v m/s10 m/s.

    (2)如图(a)所示设从D点入射的光线经折射后恰好射向C光在AB边上的入射角为θ1折射角为θ2由折射定律有

    sin θ1nsin θ2

    设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ由几何关系有

    θ30°θ2

    ①②式并代入题给数据得

     θ230°

    nsin θ>1 

    所以DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射反射光线垂直射到ACAC边上全部有光射出

    设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ如图(b)所示由几何关系有

    θ90°θ2 

    ③⑤式和已知条件可知

    nsin θ>1

    即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射反射光线垂直射到BC边上BC边上有光线射出的部分为CF由几何关系得

    CFAC·sin 30°

    AC边与BC边有光出射区域的长度的比值为

    2.

     答案:(1)0.4 10 负方向 (2)2

    4解析:A.波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v通过10λ的距离光传播的时间差Δt选项A正确

    5解析:D.根据题述x处质点的振动方程yAcos(t)t时刻x处质点的位移yAcos(×)Acos()0再经微小时间Δt位移y为正值可知质点向上运动根据题述波沿x轴负方向传播可知t时刻的波形图正确的是D.

    6解析:AC.由全反射临界角与折射率的关系sin C可知临界角为45°即光线垂直BC方向射出在AC面恰好发生全反射由几何知识可知光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的所以A项正确B项错误;若DE发出的单光色频率减小则折射率n随之减小sin C可知其临界角增大所以AACC面有光出射的区域面积将增大C项正确D项错误

    7解析:B.根据电磁波谱可知红外线的频率小于紫外线的频率真空中红外线的波长大于紫外线的波长由光子能量公式可知红外线光子能量小于紫外线光子能量选项A错误B正确;真空中任何光的传播速度都相等所以真空中红外线的传播速度等于紫外线的传播速度选项C错误;由于光是横波都能够发生偏振现象所以红外线和紫外线都能够发生偏振现象选项D错误

    8解析:C.t质点a沿y轴正方向运动到平衡位置其速度方向沿y轴正方向选项A错误;根据简谐横波的传播特点可知质点只在平衡位置附近上下振动不沿传播方向迁移选项B错误;t质点c运动到平衡位置所受合外力为零加速度为零选项C正确;t质点d运动到正的最大位移处位移为5 cm选项D错误

    9解析:(1)紫外线和X光从本质上说是电磁波AB项正确;治疗咽喉炎的超声波雾化器和检查血流情况的彩超机用的都是超声波超声波属于机械波CD项错误

    (2)当电磁波传播到光纤内芯与外套界面时发生全反射所以内芯的折射率比外套的折射率大;由临界角与折射率的关系可知内芯的折射率n1.5.

    (3)电磁波的传播速度v

    根据题意2dvΔt

    解得d.

    答案:(1)AB (2) 1.5 (3)见解析

    10解析:D.一切物体都在辐射红外线温度越高其辐射红外线的强度越大ABC项错误D项正确

    11解析:C.P点到O点的距离为x光线从P垂直入射在圆形界面发生全反射可知sin C;当入射角为60°光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行说明光线从圆形表面中点射出设光线从P点射入发生折射后的折射角为α由几何知识可知sin α由折射定律有n解得xRnAB项错误;临界角Carcsin30°D项错误;又由nvcC项正确

    12解析:CD.由题可知波速v1 m/s6.0 s两波沿传播方向传播6 mM点离左、右两波源距离均为7 m所以此时P点未振动A项错;8.0 s两波均经过MM点到两波源距离相等是振动加强点即振幅为2 cm仍做简谐运动B项错;10.0 s两波均经过PP点到两波源的路程差为6 mλ10.0 sP点位移始终为0C正确;10.5 s仅有S1Q点位于平衡位置且将要向下振动仅有S2Q质点位于波峰处且将要向下振动10.5 sQ的振动方向竖直向下D正确

    专题十五 力学实验

    1解析:(1)当气垫导轨水平时滑块在导轨上做匀速运动所以滑块上的遮光片通过两个光电门的遮光时间相等

    (5)根据冲量的定义可得Im1gt12;根据动量改变量的定义可得Δpm2m2m2.

    (6)代入数据得Im1gt121.50×102×9. 80×1.50 N·s0.221 N·sΔpm20.400×1.000×102×kg·m/s0.212 kg·m/s.

    (7)根据定义可得δ×100%4%.

    答案:(1)大约相等 (5)m1gt12 m2

    (6)0.221 0.212 (7)4

    2解析:小球B做初速度为零的匀加速直线运动h0haT2解得a1.84 m/s2.B由牛顿第二定律有mBgFmBaA由牛顿第二定律有FmAgmAaFF解得a1.96 m/s2.aa有明显差异原因可能是滑轮的轴不光滑或滑轮有质量

    答案:1.84 1.96 滑轮的轴不光滑或滑轮有质量

    3解析:打下B点的时刻为打下与B点相邻左、右两点的中间时刻则打下B点时小车的速度应为这两点间小车的平均速度vB×102m/s0.36 m/s;同理打下P点时小车的速度为vP×102 m/s1.80 m/s.在验证动能定理时如果选取BP的过程则由mgxBP(Mm)v(Mm)v可知要验证动能定理还需要求得BP两点间的距离

    答案:0.36 1.80 BP之间的距离

    4解析:为了使钢球离开桌面做平抛运动实验时应保持桌面水平A项正确;为了使钢球做平抛运动的初速度相同每次应使钢球从同一位置由静止释放B项正确;实验与斜面是否光滑无关D项错误;若ab边与桌边重合则钢球在空中做的不是平抛运动C项错误钢球在水平方向做匀速直线运动每次向右移动0.2 m钢球做平抛运动的时间均匀增大;竖直方向上钢球做自由落体运动ΔygT2T0.1 s所以钢球平抛的初速度v2 m/s.木板上悬挂铅垂线是为了调整木板使其处于竖直状态

    答案:AB 2 方便将木板调整到竖直平面

    5解析:(1)根据题中提供的小球和测量要求可得出要使用小钢球进行实验与乒乓球、小塑料球相比小钢球下落相同高度获得的速度更大可以减小实验误差

    (2)根据实验要求可以得出先固定刻度尺然后固定手机调好手机镜头位置打开手机摄像功能进行摄像最后捏住小球使小球由静止下落即步骤为①③④②.

    (3)112左侧图片中小球上边缘的读数为2.00 cm中间图片中小球上边缘的读数为26.00 cm右侧图片中小球上边缘的读数为76.70 cm由逐差法可得当地的重力加速度大小为g×102 m/s29.6 m/s2.

    (4)由于释放小球时手稍有晃动小球偏离竖直方向则小球做平抛运动但竖直方向仍做自由落体运动故能用(3)问中的方法测量重力加速度

    答案:(1)小钢球 (2)①③④② (3)9.6(9.59.7都算对) (4)仍能

    6解析:(1)相邻两个计数点之间的时间间隔T5×0.02 s0.10 s根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得打d点时小车的速度大小vd×102 m/s0.19 m/s.

    在图甲中把托盘和砝码的重力视为小车受到的拉力需要满足条件Mm;在图乙中挂上托盘和砝码使小车匀速向下运动受力平衡去掉托盘和砝码小车所受的合外力F等于托盘和砝码的重力mg.所以需要满足条件Mm的方案是甲在作aF图象时mg作为F值的是甲和乙

    (2)单摆只有在最大摆角小于10°其振动才可以视为简谐运动所以选项A错误;摆球的质量大些、体积小些可以减小振动时空气阻力的影响可以减小测量误差选项B正确;摆线尽量细些可减小摆线质量的影响摆线尽量长些可保证最大摆角小于10°伸缩性小些可使摆动过程中摆长保持不变选项C正确;由于摆球在通过最低位置时速度最大计时的起、止位置选在摆球达到的最低位置有利于减小计时误差选项D错误

    设摆线长为L摆球半径为r则单摆的周期公式为T2π变化为T2.对照图3所示的图象图象斜率k.实验所得结果与当地重力加速度值相等说明实验测量符合要求图象延长线没有过原点说明测量摆长时直接将摆线长度作为摆长其原因可能是C.

    答案:(1)0.180.19  甲和乙

    (2)BC C

    专题十六 电学实验

    1解析:(1)当用电流表内接法时测量值为Rx1RxRA>Rx当用电流表外接法时测量值为Rx2<Rx(b)中图线的斜率较小所以应为使用电流表外接法测量的结果即电压表跨接在OP间测量得到的

    (2)由图线可得Rx约为50.0 Ω可知Rx>所以用电流表内接法测量的结果误差较小即由图线得到的结果更接近待测电阻的真实值测量结果Rx150.5 Ω.

    (3)因为Rx1RxRA所以RxRx1RA50.0 Ω.

    答案:(1)OP (2) 50.5 (3)50.0

    2解析:

    (2)根据串并联知识可得小灯泡两端的电压UI1(Rg1R0)流过小灯泡的电流II2I1小灯泡的额定电压为U3.6 VUI1(Rg1R0)可得I1180 mA即为了保证小灯泡的安全I1不能超过180 mA.

    (3)灯丝的电阻RI1 173 mAI2 470 mA解得R11.6 Ω.

    (4)小灯泡的额定电压为U3.6 VIg1(Rg1R)U可得R8.0 Ω.

    答案:(1)如图所示 (2)I1(Rg1R0) I2I1 180 (3)11.6 (4)8.0

    3解析:(1)由于滑动变阻器的最大阻值比待测电阻的阻值小得多因此滑动变阻器应用分压式接法由于电压表可视为理想电表则电流表应用外接法电路图如答案图所示

    (2)由欧姆定律得R Ω1.8×103 Ω(1.8 kΩ)

    (3)由题图(a)可直接读出热敏电阻的阻值为2.2 kΩ室温为25.5 .

    (4)由题意可知随温度的升高R2两端的输出电压应增大又由串联电路的特点可知R1的阻值应减小或R2的阻值应增大而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小因此R1应为热敏电阻;当环境温度为50 热敏电阻的阻值为0.8 kΩ则由串联电路的特点有解得R21.2 kΩ.

    答案:(1)如图所示 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2

    4解析:(1)路端电压U·R若电源内阻远小于外电路总电阻则电压表示数总是接近电源的电动势变化范围小B项正确(2)由画出的UI 图线知等效电源内阻r Ω2.58 Ω因此选的定值电阻为R1.连接实物图时从电源正极出发依次连接各器材电压表并联在滑动变阻器和电流表两端注意电流从正接线柱流入负接线柱流出

    答案:(1)B (2)如图1所示 R1 如图2所示

    5解析:应用伏安法测电源电动势和内阻电压表应测量电源两端的电压故导线5接滑动变阻器的一端应改接到电源的正极;

    滑动变阻器起保护电路的作用因此闭合开关应将其接入电路的电阻调为最大值故滑片P应置于a端;

    在电池组负极和开关间串联一个阻值为5 Ω的电阻由闭合电路欧姆定律有UEI(rR)所以UI图线的纵截距表示电源电动势E2.9 V图线斜率的绝对值表示电源内阻与定值电阻串联的总电阻所以电源内阻为rΩ0.80 Ω.

    答案:5 a 2.9 0.80

    6解析:(1)根据电路原理图按着电流的方向进行实物电路图的连线如图1所示

    (2)由表格中的数据在题图上按着标度描出对应的各点然后用平滑的曲线连接使尽可能多的点位于曲线上如图2所示

    (3)根据作出的IU图线可知待测元件为非线性元件

    (4)根据电路的原理图可知若用导线代替电路中的定值电阻R0在调节滑动变阻器滑片时所允许的调节范围会变小此时若调节滑动变阻器滑片稍有不慎就会使通过待测元件的电流过大烧坏待测元件或电流表BC正确;电压测量值与待测元件两端电压一致即测量值误差不变A错误;去掉R0导线不分电压待测元件两端电压可调节范围变大D错误

    答案:(1)如图1所示 (2)如图2所示 (3)非线性 (4)BC

    7解析:(1)按照图1乙电路画出电路图;

    (2)由题图可知电压表量程选择3 V电流表量程选择0.6 A根据电流表和电压表读数规则电流I0.40 A电压U1.30 V

    (3)1甲的电路将电流表与干电池串联测量出来的干电池内阻实际为干电池内阻与电流表内阻之和对应图线的斜率绝对值较大所以图3中直线对应电路为图1甲电路直线对应电路为图1乙电路;

    (4)根据实验图象与纵轴交点的纵坐标为电池电动势可知该电池的电动势E1.52 V由图3中直线的斜率绝对值可得电池内阻r0.53 Ω.

    答案:(1)电路图如图所示

    (2)0.390.41 1.291.31

    (3)

    (4)1.511.54 0.520.54

    专题十七 力学计算题

    1解析:(1)设飞机装载货物前质量为m1起飞离地速度为v1;装载货物后质量为m2起飞离地速度为v2重力加速度大小为g.飞机起飞离地应满足条件

    m1gkv

    m2gkv

    ①②式及题给条件得v278 m/s.

    (2)设飞机滑行距离为s滑行过程中加速度大小为a所用时间为t.由匀变速直线运动公式有v2as

    v2at

    联立③④⑤式及题给条件得a2.0 m/s2

    t39 s

    答案:(1)78 m/s (2)2.0 m/s2 39 s

    2解析:(1)管第一次落地弹起的瞬间小球仍然向下运动设此时管的加速度大小为a1方向向下;球的加速度大小为a2方向向上;球与管之间的摩擦力大小为f由牛顿运动定律有Ma1Mgf

    ma2fmg

    联立①②式并代入题给数据a12ga23g.

    (2)管第一次碰地前与球的速度大小相同由运动学公式碰地前瞬间它们的速度大小均为v0

    方向均向下管弹起的瞬间管的速度反向球的速度方向依然向下

    设自弹起时经过时间t1管与小球的速度刚好相同取向上为正方向由运动学公式

    v0a1t1=-v0a2t1

    联立③④⑤式得t1

    设此时管下端的高度为h1速度为v.由运动学公式可得

    h1v0t1a1t

    vv0a1t1

    ③④⑥⑧式可判断此时v>0.此后管与小球将以加速度g减速上升h2到达最高点由运动学公式有

    h2

    设管第一次落地弹起后上升的最大高度为H1

    H1 h1 h2

    联立③④⑥⑦⑧⑨⑩式可得

    H1H.

    (3)设第一次弹起过程中球相对管的位移为x1.在管开始下落到上升H1这一过程中由动能定理有

    Mg(HH1)mg(HH1x1)4mgx1 0

    联立⑪⑫式并代入题给数据得

    x1H

    同理可推得管与球从再次下落到第二次弹起至最高点的过程中球与管的相对位移x2

    x2H1

    设圆管长度为L.管第二次落地弹起后的上升过程中球不会滑出管外的条件是

    x1x2L

    联立⑪⑬⑭⑮L应满足条件为

    LH.

    答案:(1)2g 3g (2)H (3)LH

    3解析:(1)传送带的速度为v4.0 m/s载物箱在传送带上先做匀减速运动设其加速度大小为a由牛顿第二定律有

    μmgma

    设载物箱滑上传送带后匀减速运动的距离为s1由运动学公式有

    v2v=-2as1

    联立①②代入题给数据得

    s14.5 m

    因此载物箱在到达右侧平台前速度先减小至v然后开始做匀速运设载物箱从滑上传送带到离开传送带所用的时间为t1做匀减速运动所用的时间为t1由运动学公式有

    vv0at1

    t1t1

    联立①③④⑤式并代入题给数据得

    t12.75 s

    (2)当载物箱滑上传送带后一直做匀减速运动时到达右侧平台时的速度最小设为v1;当载物箱滑上传送带后一直做匀加速运动时到达右侧平台时的速度最大设为v2.由动能定理有

    μmgLmvmv

    μmgLmvmv

    ⑦⑧式并代入题给条件得

    v1 m/sv24 m/s.

    (3)传送带的速度为v6.0 m/s由于v0 <v<v2载物箱先做匀加速运动加速度大小仍为a.设载物箱做匀加速运动通过的距离为s2所用时间为t2

    由运动学公式有

    vv0at2

    v2v2as2

    联立①⑩式并代入题给数据得

    t2 1.0 s

    s2 5.5 m

    因此载物箱加速运动1.0 s、向右运动5.5 m达到与传送带相同的速度此后载物箱与传送带共同匀速运动(Δtt2)的时间后传送带突然停止设载物箱匀速运动通过的距离为s3

    s3(Δtt2)v

    ⑫⑬⑭式可知mv2>μmg(Ls2s3)即载物箱运动到右侧平台时速度大于零设为v3.由运动学公式有

    vv2=-2a(Ls2 s3)

    设载物箱通过传送带的过程中传送带对它的冲量为I由动量定理有

    Im(v3v0)

    联立⑫⑬⑭⑮⑯式并代入题给数据得

    I0.

    答案(1)2.75 s (2)4 m/s  m/s (3)0

    4解析:(1)M设运动员在ABCD面内垂直AD方向的分速度为v1由运动的合成与分解规律得

    v1vMsin 72.8°

    设运动员在ABCD面内垂直AD方向的分加速度为a1由牛顿第二定律得mgcos 17.2° ma1

    由运动学公式得d

    联立①②③代入数据得

    d4.8 m

    (2)M设运动员在ABCD面内平行AD方向的分速度为v2由运动的合成与分解规律得

    v2 vMcos 72.8°

    设运动员在ABCD面内平行AD方向的分加速度为a2由牛顿第二定律得

    mgsin 17.2°ma2

    设腾空时间为t由运动学公式得

    t

    Lv2ta2t2

    联立①②⑤⑥⑦⑧入数据得

    L12 m

    答案:(1)4.8 m (2)12 m

    5解析:(1)PQ的第一次碰撞P的初速度方向为正方向由动量守恒定律得

    mv0mvP14mvQ1

    由机械能守恒定律得

    mvmv·4mv

    联立①②

    vP1=-v0

    vQ1v0

    故第一次碰撞后P的速度大小为v0Q的速度大小为v0.

    (2)PQ第一次碰撞后Q上升的高度为h1Q由运动学公式得

    0v(2gsin θ)·

    联立①②⑤式得

    h1

    P运动至与Q刚要发生第二次碰撞前的位置时速度为v02第一次碰后至第二次碰前P由动能定理得

    mvmv=-mgh1

    联立①②⑤⑦式得

    v02v0

    PQ的第二次碰撞设碰后PQ的速度分别为vP2vQ2由动量守恒定律得

    mv02mvP24mvQ2

    由机械能守恒定律得

    mvmv·4mv

    联立①②⑤⑦⑨⑩式得

    vP2=-×v0

    vQ2×v0

    设第二次碰撞后Q上升的高度为h2Q由运动学公式得

    0v(2gsin θ)·

    联立①②⑤⑦⑨⑩式得

    h2·

    P运动至与Q刚要发生第三次碰撞前的位置时速度为v03第二次碰后至第三次碰前P由动能定理得

    mvmv=-mgh2

    联立①②⑤⑦⑨⑩⑬⑮式得

    v03v0

    PQ的第三次碰撞设碰后PQ的速度分别为vP3vQ3由动量守恒定律得

    mv03mvP34mvQ3

    由机械能守恒定律得

    mvmv·4mv

    联立①②⑤⑦⑨⑩⑬⑮⑰⑱式得

    vP3=-×v0

    vQ3×v0

    设第三次碰撞后Q上升的高度为h3由运动学公式得

    0v(2gsin θ)·

    联立①②⑤⑦⑨⑩⑬⑮⑰⑱式得

    h3·

    ……

    总结可知n次碰撞后物块Q上升的高度为

    hn·(n123……)

    (3)PQ达到H两物块到此处的速度可视为零对两物块运动全过程由动能定理得

    0mv=-(m4m)gHtan θ·4mgcos θ·

    解得H.

    (4)Q第一次碰撞至速度减为零需要的时间为t1由运动学公式得

    vQ12gt1sin θ

    P运动到斜面底端时的速度为vP1需要的时间为t2由运动学公式得

    vP1vP1gt2sin θ

    vP12v2sgsin θ

    PA点到Q第一次碰后速度减为零处匀减速运动的时间为t3

    v02(vP1)gt3sin θ

    A点与挡板之间的距离最小时t12t2t3

    联立代入数据得s.

    答案:见解析

    6解析:(1)A恰好能通过圆周轨迹的最高点此时轻绳的拉力刚好为零A在最高点时的速度大小为v由牛顿第二定律

    m1gm1

    A从最低点到最高点的过程中机械能守恒取轨迹最低点处重力势能为零A在最低点的速度大小为vA

    m1vm1v22m1gl

    由动量定理Im1vA

    联立①②③Im1.

    (2)设两球粘在一起时的速度大小为vAB粘在一起后恰能通过圆周轨迹的最高点需满足vvA

    要达到上述条件碰后两球速度方向必须与碰前B的速度方向相同以此方向为正方向B碰前瞬间的速度大小为vB由动量守恒定律

    m2vBm1vA(m1m2)v

    Ekm2v

    联立①②⑤⑥⑦得碰撞前瞬间B的动能Ek至少为

    Ek.

    答案:(1)m1 (2)

    7解析:(1)线速度vωr

    v2ωR.

    (2)向心力F22R

    F水平方向的夹角为αFcos αFFsin αmg

    解得F.

    (3)落地时重物的速度vωR由机械能守恒得Mv24×mv2Mgh

    解得h(ωR)2

    答案:(1)2ωR (2)

    (3)(ωR)2

    8解析:(1)牛顿第二定律mgFTma

    ag0.125 m/s2

    竖直向下

    (2)运动学公式vat21 m/s.

    (3)匀速上升的位移h1vt126 m

    匀减速上升的位移h2t24 m

    总位移h40 m.

    答案:(1)0.125 m/s2 竖直向下 (2)1 m/s (3)40 m

    9解析:(1)机械能守恒定律mgHmgRmv

    牛顿第二定律FN8 N

    牛顿第三定律FNFN8 N方向水平向左

    (2)能在斜轨道上到达的最高点为C功能关系

    mgHμmgLABμmgLBCcos θmgLBCsin θ

    LBC m<1.0 m故不会冲出

    (3)滑块运动到距Ax处的速度为v动能定理

    mgHμmgxmv2

    碰撞后的速度为v动量守恒定律mv3mv

    设碰撞后滑块滑到斜轨道的高度为h动能定理

    3μmg(LABx)3μmg3mgh0(3m)v2

    hx m( m<x1 m)

    h0(0x m)

    答案:见解析

    专题十八 电学计算题

    1解析:(1)初速度为零的粒子C点射出电场故电场方向与AC平行A指向C.由几何关系和电场强度的定义知

    ACR

    FqE

    由动能定理有F·ACmv

    联立①②③式得E.

    (2)如图由几何关系知ACBC故电场中的等势线与BC平行作与BC平行的直线与圆相切于DAC的延长线交于P则自D点从圆周上穿出的粒子的动能增量最大由几何关系知

    PAD30°APRDPR

    设粒子以速度v1进入电场时动能增量最大在电场中运动的时间为t1.粒子在AC方向做加速度为a的匀加速运动运动的距离等于AP;在垂直于AC的方向上做匀速运动运动的距离等于DP.由牛顿第二定律和运动学公式有

    Fma

    APat

    DPv1t1

    联立②④⑤⑥⑦⑧式得v1v0.

    (3)设粒子以速度v进入电场时在电场中运动的时间为t.A为原点粒子进入电场的方向为x轴正方向电场方向为y轴正方向建立直角坐标系由运动学公式有

    yat2

    xvt

    粒子离开电场的位置在圆周上

    R2

    粒子在电场中运动时x方向的动量不变y方向的初始动量为零设穿过电场前后动量变化量的大小为mv0的粒子离开电场时其y方向的速度分量为v2由题给条件及运动学公式有

    mv2mv0mat

    联立②④⑥⑩⑪⑫⑬式得

    v0

    vv0

    另解:由题意知初速度为0动量增量的大小为mv0此即问题的一个解A点以不同的速率垂直于电场方向射入电场的粒子沿y方向位移相等时所用时间都相同因此不同粒子运动到线段CB上时动量变化都相同B点射出电场的粒子其动量变化也为mv0由几何关系及运动学规律可得此时入射速率vv0.

    答案:(1) (2)v0 (3)0v0

    2解析:(1)由题意粒子刚进入磁场时应受到方向向上的洛伦兹力因此磁场方向垂直于纸面向里设粒子进入磁场中做圆周运动的半径为R根据洛伦兹力公式和圆周运动规律

    qv0Bm

    由此可得

    R

    粒子穿过y轴正半轴离开磁场其在磁场中做圆周运动的圆心在y轴正半轴上半径应满足

    Rh

    由题意当磁感应强度大小为Bm粒子的运动半径最大由此得

    Bm.

    (2)若磁感应强度大小为粒子做圆周运动的圆心仍在y轴正半轴上②④式可得此时圆弧半径为

    R2h

    粒子会穿过图中P点离开磁场运动轨迹如图所示设粒子在P点的运动方向与x轴正方向的夹角为α由几何关系

    sin α

    α

    由几何关系可得P点与x轴的距离为

    y2h(1cos α)

    联立⑦⑧式得

    y(2)h.

    答案:(1) (2)(2)h

    3解析:当导体棒与金属框接触的两点间棒的长度为l由法拉第电磁感应定律知导体棒上感应电动势的大小为

    EBlv

    由欧姆定律流过导体棒的感应电流为

    I

    式中R为这一段导体棒的电阻按题意有

    Rrl

    此时导体棒所受安培力大小为

    fBlI

    由题设和几何关系有

    l

    联立①②③④⑤式得

    f .

    答案:见解

    4解析:(1)设粒子经加速电场到b孔的速度大小为v粒子在区域做匀速圆周运动对应圆心角为αMN两金属板间由动能定理得

    qUmv2

    在区域粒子做匀速圆周运动磁场力提供向心力由牛顿第二定律得

    qvBm

    联立①②式得

    R

    由几何关系得

    d2(RL)2R2

    cos α

    sin α

    联立①②④式得

    L .

    (2)设区域中粒子沿z轴方向的分速度为vz、沿x轴正方向加速度大小为a位移大小为x运动时间为t由牛顿第二定律得

    qEma

    粒子在z轴方向做匀速直线运动由运动合成与分解的规律得

    vzvcos α

    dvzt

    粒子在x方向做初速度为零的匀加速直线运动由运动学公式得

    xat2 

    联立①②⑤⑧⑨⑩式得

    x.

    (3)设粒子沿y方向偏离z轴的距离为y其中在区域中沿y方向偏离的距离为y由运动学公式得

    yvtsin α

    由题意得

    yLy 

    联立①④⑥⑨⑩⑬⑭式得

    yR .

    (4)s1s2s3分别对应氚核H、氦核He、质子H的位置

    答案:见解析

    5解析:(1)t0t0.1 s的时间Δt磁感应强度的变化量ΔB0.2 T设穿过金属框的磁通量变化量为ΔΦ

    ΔΦΔBl2

    于磁场均匀变化金属框中产生的电动势是恒定的E

    联立①②代入数据解得E0.08 V

    (2)设金属框中的电流为I由闭合电路欧姆定律

    I

    由图可知t0.05 s磁感应强度为B10.1 T金属框ab边受到的安培力

    FIlB1

    联立①②④⑤代入数据解得F0.016 N

    方向垂直于ab向左

    (3)t0t0.1 s时间内金属框中电流的电功率

    PI2R

    联立①②④⑧代入数据解得

    P0.064 W

    答案:(1)0.08 V (2)0.016 N 垂直于ab向左 

    (3)0.064 W

    6解析:(1)设离子经加速电场加速后的速度大小为vqUmv2

    离子在漂移管中做匀速直线运动T1

    联立①②T1.

    (2)根据动能定理qUqEx0

    x.

    (3)离子在加速电场中运动和反射区电场中每次单向运动均为匀变速直线运动平均速度大小均相等设其为vv

    通过式可知离子在反射区的电场中运动路程是与离子本身无关的所以不同离子在电场区运动的总路程相等设为L1在无场区的总路程设为L2根据题目条件可知离子在无场区速度大小恒为v设离子的总飞行时间为t

    t

    联立①⑥⑦t(2L1L2)

    可见离子从AB的总飞行时间与成正比依题意可得

    可得m1m0.

    答案:(1)  (2) (3)m0 

    7解析:(1)感应电动势EBlv

    代入数据得E0.8 V.

    (2)感应电流I

    拉力的大小等于安培力FBIl

    解得F代入数据得F0.8 N.

    (3)运动时间t

    焦耳定律QI2Rt

    解得Q代入数据得Q0.32 J.

    答案:(1)0.8 V (2)0.8 N (3)0.32 J

    8解析:(1)甲粒子先后在两磁场中做匀速圆周运动设半径分别为r1r2

    由半径rr1r2

    d2r12r2

    解得d.

    (2)甲粒子先后在两磁场中做匀速圆周运动设运动时间分别为t1t2

    Tt1t2

    Δt2t13t2

    解得Δt.

    (3)乙粒子周期性地先后在两磁场中做匀速圆周运动

    若经过两磁场的次数均为n(n123)

    相遇时ndnt1t2

    解得n

    根据题意n1舍去n2有最小值

    若先后经过右侧、左侧磁场的次数分别为(n1)n(n0123)经分析不可能相遇

    综上分析比荷的最小值为.

    答案:(1) (2) (3)

    9解析:(1)t00B00.25 T

    回路电流I

    安培力FAv

    外力FFA0.062 5 N.

    (2)匀速出磁场电流为0磁通量不变Φ1Φ

    t11.0 sB10.5 T磁通量Φ1B1L2

    t时刻磁通量ΦBL[Lv(tt1)]

    B.

    (3)0t0.5 s电荷量q10.25 C

    05 st1.0 s电荷量q20.25 C

    总电荷量qq1q20.5 C.

    答案:(1)0.062 5 N (2)B (3)0.5 C

    10解析:(1)qvBv

    几何关系OO0.6R

    s0.8R.

    (2)ac束中的离子从同一点Q射出αβ

    tan α

    LmaxR.

    (3)ac束中每个离子动量的竖直分量

    pzpcos α0.8qBR

    0<LR

    F1Np2Npz2.6NqBR

    R<L0.4R

    F2NpNpz1.8NqBR

    L>0.4R

    F3NpNqBR.

    答案:见解析

     

     

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