一、單選題(每題5分,共65分)
1. 如圖所示,甲是回旋加速器,乙是磁流體發(fā)電機,丙是速度選擇器,丁是霍爾元件,其中丙的磁感應強度大小為B、電場強度大小為E,下列說法正確的是( )
A. 甲圖要增大粒子的最大動能,可減小磁感應強度
B. 乙圖可判斷出A極板是發(fā)電機的正極
C. 丙圖中粒子沿直線通過速度選擇器的條件是
D. 丁圖中若導體為金屬,穩(wěn)定時C板電勢高
【答案】C
【解析】
【詳解】A.設回旋加速度D形盒的半徑為R,粒子獲得的最大速度為vm,根據(jù)牛頓第二定律有
解得
粒子的最大動能為
由上式可知要增大粒子的最大動能,可增大磁感應強度,故A錯誤;
B.根據(jù)左手定則可知等離子體中正電荷向B板偏轉(zhuǎn),負電荷向A板偏轉(zhuǎn),所以A極板是發(fā)電機的負極,B極板是發(fā)電機的正極,故B錯誤;
C.粒子沿直線通過速度選擇器時,洛倫茲力與電場力平衡,即
解得
故C正確;
D.若導體為金屬,則產(chǎn)生電流的粒子是自由電子,其定向移動方向與電流方向相反,根據(jù)左手定則可知穩(wěn)定時C板聚集了電子,所以D板電勢高,故D錯誤;
故選C。
2. 如圖所示為電流天平,可以用來測量勻強磁場的磁感應強度。它的右臂掛著矩形線圈,匝數(shù)為n,線圈的水平邊長為L,處于勻強磁場內(nèi),磁感應強度B的方向與線圈平面垂直。當線圈中通過電流I時,調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡。然后使電流反向,大小不變。這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼,才能使兩臂再達到新的平衡。則磁感應強度B的表達式正確的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
【詳解】根據(jù)題意,設左盤中砝碼的質(zhì)量為,右盤中砝碼的質(zhì)量為,線框的質(zhì)量為,根據(jù)平衡條件有
電流反向,大小不變,根據(jù)平衡條件有
聯(lián)立解得
故BCD錯誤,A正確。
故選A。
3. 如圖所示,一傾角為的斜面和半圓豎直軌道分別與水平面平滑連接于、兩點,的距離為,半圓軌道的圓心為,半徑為,為其最高點。一小球從斜面上點由靜止下滑,通過點后垂直打在斜面上點,與等高。不計一切阻力,則點到地面的高度為( )
A. RB. C. D.
【答案】C
【解析】
【詳解】小球從到做平拋運動,豎直方向做自由落體運動,則有
由于小球垂直打在斜面上點,則有
聯(lián)立解得
小球從到的過程,根據(jù)動能定理可得
解得點到地面的高度為
C正確,ABD錯誤;
故選C。
4. 空間有一沿軸對稱分布的電場,其電場強度隨變化的圖像如圖所示,下列說法中正確的是( )
A. O點的電勢最低B. 點的電勢最高
C. 和兩點的電勢相等D. 和兩點間的電勢差為零
【答案】D
【解析】
【詳解】ABC.由圖像可知,電場方向由O點分別指向正軸方向和指向負軸方向,根據(jù)沿電場方向電勢降低,可知O點的電勢最高,點的電勢大于點的電勢,故ABC錯誤;
D.電場方向由O點分別指向正軸方向和指向負軸方向,可知O點的電勢最高,根據(jù)對稱性可知和兩點的電勢相等,則和兩點間的電勢差為零,故D正確。
故選D。
5. 一列簡諧波沿x軸傳播,t=0.20s時的波形圖如圖甲所示,P、Q為介質(zhì)中的兩個質(zhì)點,平衡位置坐標分別為:xp=2.5cm、xQ=5.0cm。圖乙為質(zhì)點Q的振動圖像,則( )
A. 波沿著x軸負方向傳播
B. 波的傳播速度為50m/s
C. 從t=0.10s到t=0.15s,質(zhì)點P的加速度不斷變大
D. 從t=0.10s到t=0.15s,質(zhì)點Q的速度逐漸減小
【答案】D
【解析】
【詳解】A.由圖乙可知,從時,Q質(zhì)點向上運動,故波沿x軸正方向傳播,A錯誤;
B.波的傳播速度為
B錯誤;
C.從t=0.10s到t=0.15s,質(zhì)點P由位移最大位置向平衡位置運動,加速度逐漸減小,C錯誤;
D.從t=0.10s到t=0.15s,質(zhì)點Q由平衡位置向位移最大位置運動,速度逐漸減小,D正確。
6. 如圖,豎直向上的勻強電場中,有一質(zhì)量為m的帶正電小球,施加拉力F使小球向上加速運動一段距離,在此過程中拉力、重力和電場力所做功的絕對值分別為、和,不計空氣阻力,則小球( )
A. 電勢能增加了B. 重力勢能減小了
C. 動能增加了D. 機械能增加了
【答案】D
【解析】
【詳解】A.電場力對小球做的功等于電勢能的減小量,電場力做正功為,所以小球電勢能增加量為-,即減少了,A錯誤;
B.重力做負功,為-,小球重力勢能增加,B錯誤;
C.由動能定理知
-+=ΔEk
C錯誤;
D.小球機械能增加量等于除重力以外其他力做功之和,知機械能增加量為,D正確。
故選D。
7. “復興號”動車組用多節(jié)車廂提供動力,從而達到提速的目的??傎|(zhì)量為的動車組在平直的軌道上行駛。該動車組有四節(jié)動力車廂,每節(jié)車廂發(fā)動機的額定功率均為,若動車組所受的阻力與其速率成正比(,為常量),動車組能達到的最大速度為。下列說法正確的是( )
A. 動車組在勻加速啟動過程中,牽引力恒定不變
B. 若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值,則動車組從靜止開始做勻加速運動
C. 若四節(jié)動力車廂輸出的總功率為,則動車組勻速行駛的速度為
D. 若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值,動車組從靜止啟動,經(jīng)過時間達到最大速度,則這一過程中該動車組克服阻力做的功為
【答案】C
【解析】
【分析】
【詳解】A.對動車由牛頓第二定律有
若動車組在勻加速啟動,即加速度恒定,但隨速度增大而增大,則牽引力也隨阻力增大而變大,故A錯誤;
B.若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值,則總功率為4P,由牛頓第二定律有
故可知加速啟動的過程,牽引力減小,阻力增大,則加速度逐漸減小,故B錯誤;
C.若四節(jié)動力車廂輸出的總功率為,則動車組勻速行駛時加速度為零,有
而以額定功率勻速時,有
聯(lián)立解得
故C正確;
D.若四節(jié)動力車廂輸出功率均為額定值,動車組從靜止啟動,經(jīng)過時間達到最大速度,由動能定理可知
可得動車組克服阻力做的功為
故D錯誤;
故選C
8. 某同學對著墻壁練習打乒乓球的示意圖如圖所示,某次球與墻壁碰撞后以v0的水平速度彈離墻面,恰好垂直落在球拍上,已知球拍與水平方向夾角θ=60°,忽略空氣阻力,重力加速度為g,則球從離開墻面至碰到球拍的時間為( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【詳解】設球從離開墻面至碰到球拍的時間為t,根據(jù)的速度的合成與分解可知,乒乓球碰到球拍前瞬間,有
解得
故選D。
9. 2022年北京冬奧會接力決賽中,中國隊奪得冠軍。比賽中“接棒”運動員在前面滑行,“交棒”運動員從后面用力推前方“接棒”運動員完成接力過程,如圖所示。假設交接棒過程中兩運動員的速度方向共線,忽略運動員所受摩擦力,則交接棒過程中兩運動員( )
A. 組成的系統(tǒng)動量和機械能都守恒
B. 加速度大小一定相同
C. 動量的變化量等大反向
D. 相互作用力做功之和一定等于零
【答案】C
【解析】
【詳解】AD.兩運動員組成的系統(tǒng)合外力等于零,故系統(tǒng)動量守恒;兩運動員之間的相互作用等大、反向、共線,但兩運動員的位移不一樣,故相互作用力做功的代數(shù)和不等于零,同時也說明系統(tǒng)的機械能不守恒,系統(tǒng)的機械能增加了,AD錯誤;
B.兩運動員的相互作用力是等大的,但是兩運動員的質(zhì)量不一定相等,根據(jù)牛頓第二定律可知,兩運動員的加速度大小不一定相等,B錯誤;
C.兩運動員的相互作用等大反向,作用時間相同,故根據(jù)動量定理可知,兩運動員動量的變化量也等大反向,C正確。
故選C。
10. 一串塑料小球(個數(shù))懸掛在空中,每個小球完全相同且質(zhì)量都為。它們在恒定的水平風力作用下(風向左吹)發(fā)生傾斜,繩子的質(zhì)量不計,小球們在空中平衡時,下列關于小球與繩子的位置關系正確的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
【詳解】以從下往上個小球為整體研究對象,根據(jù)小球的受力可知
設繩子的拉力方向與豎直方向夾角為,則
故所有小球所受拉力的方向相同
故選C。
11. 當前有部分人對手機有依賴性,連躺著的時候也看手機。導致出現(xiàn)手機砸傷眼睛的情況。若手機質(zhì)量為,從離人眼約的高度無初速掉落,砸到眼睛后手機未反彈,眼睛受到手機的沖擊時間約為,取重力加速度,則手機對眼睛的沖擊力約為( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
【詳解】根據(jù)自由落體的規(guī)律可知
當手機到達眼睛位置時的速度為
設豎直向下為正方向,對手機根據(jù)動量定理可知
故手機對眼睛的沖擊力
故選B。
12. 在如圖所示的電路中,電源的內(nèi)阻不能忽略,C為一平行板電容器,閉合開關S,給電容器充電,當電路中電流穩(wěn)定之后,下列說法正確的是( )
A. 保持開關S閉合,把滑動變阻器的滑片向上滑動,電流表的示數(shù)變大,電壓表的示數(shù)變小
B. 開關S閉合后,若剛好有一帶電油滴Р靜止電容器兩平行板之間,則開關斷開后,油滴將向下運動
C. 保持開關S閉合,將電容器上極板與下極板距離稍微拉開一些的過程中,中有由a到b的電流
D. 斷開開關S,將滑動變阻器的劃片向下滑動,比值將變大
【答案】C
【解析】
【詳解】A.S閉合,滑動變阻器的滑片向上滑動,減小,則電路中電流增大,電流表的示數(shù)變大,電阻的電壓增大,電壓表的示數(shù)變大,故A錯誤;
B.斷開開關S,電容和電量都不變,根據(jù)
得兩板間電場強度不變,帶電油滴所受電場力不變,油滴不動,故B錯誤;
C.保持開關S閉合,將電容器上極板與下極板距離稍微拉開一些的過程中,根
可知,電容減小,電容將放電,由于電容下極板帶正電,所以中有由a到b的電流,故C正確;
D.斷開開關S,移動滑動變阻器,比值為,是定值,故D錯誤。
故選C。
13. 2021年12月9日,“太空教師”王亞平在我國天宮空間站進行了太空授課,神舟十三號乘組航天員翟志剛、葉光富參與,讓廣大青少年領悟到了太空探索的趣味。已知空間站繞地球做勻速圓周運動的周期為T,地球半徑為R,地球表面重力加速度為g,下列說法正確的是( )
A. 空間站的速度大于第一宇宙速度
B. 翟志剛在空間站內(nèi)不能用拉力器鍛煉肌肉力量
C. 根據(jù)題中已知物理量可求得地球質(zhì)量
D. 空間站距離地球表面的距離為
【答案】D
【解析】
【詳解】A.因為第一宇宙速度是最小地面發(fā)射速度也是最大環(huán)繞速度,也是近地衛(wèi)星的環(huán)繞速度,所以空間站的速度小于第一宇宙速度,故A錯誤;
B.拉力器原理是彈簧發(fā)生形變而產(chǎn)生拉力,所以可以在太空中使用拉力器鍛煉,故B錯誤;
C.設地球質(zhì)量為,對于地球上的質(zhì)量為m物體,滿足

但是未知,所以不能求出地球質(zhì)量。設空間站離地面高度為h,根據(jù)空間站做勻速圓周運動,萬有引力提供向心力

但是和未知,所以不能求出地球質(zhì)量,兩種方法都不能求出地球質(zhì)量,所以根據(jù)題中已知物理量不可求得地球質(zhì)量,故C錯誤;
D.地球質(zhì)量為對于地球上的質(zhì)量為m物體
根據(jù)空間站做勻速圓周運動,萬有引力提供向心力
兩式聯(lián)立得
故D正確。
故選D。
二、實驗題(共18分)
14. 下面甲圖中游標卡尺的讀數(shù)為___________;乙圖中螺旋測微器的讀數(shù)為___________;丙圖中電流表接量程時讀數(shù)為___________A。
【答案】 ①. 11.4 ②. 0.960 ③. 0.42
【解析】
【詳解】[1]10分度的游標卡尺精確度為0.1mm,其讀數(shù)等于主尺讀數(shù)與游標尺讀數(shù)之和,所以甲圖的讀數(shù)為
[2]螺旋測微器的精確度為0.01mm,螺旋測微器的讀數(shù)等于固定刻度讀數(shù)與可動刻度讀數(shù)之和,所以乙圖的讀數(shù)為
[3]0~0.6A量程的分度值為0.02A,讀數(shù)需要精確到0.01A,所以丙圖的讀數(shù)為
15. 用圖(a)所示的電路測量電池A的電動勢E (1.5~1.6V) 與內(nèi)阻r (0.4~0.7Ω)。已知電池B的電動勢E0=1.50V,內(nèi)阻r0=1.0Ω;電流表的量程為0.6A,內(nèi)阻RA=0.5Ω;R為電阻(有阻值分別為1.5Ω、3.5Ω、5.5Ω和7.5Ω 的幾個電阻可以選用),S1為單刀單擲開關,S2為單刀雙擲開關。
(1)若要求當S1接通且S2向a閉合時,在保證電路安全的條件下,電流表的指針偏轉(zhuǎn)越大越好,則應選用阻值為___________Ω的電阻。
(2)完成以下實驗步驟:
①按圖(a)連接電路。閉合S1,將S2向a閉合,記下此時電流表的示數(shù)I1。
②將S2____________,記下此時電流表的示數(shù)I2。
③用E0、r0、R、RA、I1和I2寫出電池A內(nèi)阻的表達式r=_____________。
(3)若測得I1=0.56A,電流表的示數(shù)I2如圖(b)所示,則
①由圖可得I2=_________A (保留2位有效數(shù)字)。
②經(jīng)計算得r=________Ω(保留1位有效數(shù)字),E=__________V(保留2位小數(shù))。
【答案】 ①. 3.5 ②. 向b閉合 ③. ④. 0.35 ⑤. 0.5 ⑥. 1.57
【解析】
【詳解】(1)[1]當S1接通且S2向a閉合時,保證電路安全,根據(jù)閉合回路歐姆定律有
解得
電流表的指針偏轉(zhuǎn)越大越好,則應選用阻值為。
(2)②[2]根據(jù)題意可知,將向閉合。
③[3]根據(jù)電路圖(a),由閉合回路的歐姆定律得
,
聯(lián)立整理得
(3)①[4]由圖(b)可知,電流表最小刻度為,由圖可得
②[5][6]把、代入,經(jīng)計算得
三、解答題(共67分)
16. 如圖所示,質(zhì)量為的托盤放在豎直放置的輕質(zhì)彈簧上方,質(zhì)量為的物塊放在托盤里處于靜止狀態(tài),已知彈簧勁度系數(shù)?,F(xiàn)對物塊施加一向上的力F作用,使它向上做勻加速直線運動,已知F的最大值為,求:
(1)F的最小值是多大?
(2)從開始運動,物塊和托盤經(jīng)多長時間分離?(g取10m/s2)
【答案】(1)72N;(2)0.2s
【解析】
【詳解】(1)物塊和托盤分離后,F(xiàn)最大,對物塊分析,根據(jù)牛頓第二定律有
解得
施加F前,對物塊和托盤整體分析,根據(jù)平衡條件可知彈簧彈力大小為
施加F瞬間,F(xiàn)最小,根據(jù)牛頓第二定律有
解得
(2)開始時彈簧壓縮量為
物塊和彈簧分離時,設彈簧的壓縮量為x2,對托盤分析,根據(jù)牛頓第二定律
解得
設從開始運動,物塊和托盤經(jīng)時間t分離,根據(jù)運動學規(guī)律有
解得
17. 如圖所示,水平放置的平行板電容器與某一電源相連,它的極板長L=0.4 m,兩板間距離d=4×10-3 m,有一束由相同帶電微粒組成的粒子流,以相同的速度v0從兩板中央平行極板射入,開關S閉合前,兩板不帶電,由于重力作用微粒能落到下極板的正中央,已知微粒質(zhì)量為m=4×10-5 kg,電荷量q=+1×10-8 C,g=10 m/s2.求:
(1)微粒入射速度v0為多少?
(2)為使微粒能從平行板電容器的右邊射出電場,所加的電壓U應取什么范圍?
【答案】(1)10 m/s (2)120 V ≤U≤200 V
【解析】
【詳解】(1)粒子剛進入平行板時,兩極板不帶電,粒子做的是平拋運動,則有:
水平方向有:

豎直方向有:

解得:
v0=10m/s
(2)由于帶電粒子水平位移增加,在板間的運動時間變大,而豎直方向位移不變,所以在豎直方向的加速度減小,所以電場力方向向上,又因為是正電荷,所以上極板與電源的負極相連,當所加電壓為U1時,微粒恰好從下板的右邊緣射出,則有:

根據(jù)牛頓第二定律得:

解得:
U1=120V
當所加電壓為U2時,微粒恰好從上板的右邊緣射出,則有:

根據(jù)牛頓第二定律得:

解得:
U2=200V
所以所加電壓的范圍為:
120V≤U≤200V
18. 如圖所示,在xOy平面內(nèi),有一個圓形區(qū)域的直徑AB與x軸重合,圓心的坐標為(2a,0),其半徑為a,該區(qū)域內(nèi)無磁場。 在y軸和直線之間的其他區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強磁場,磁感應強度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸上某點射入磁場。不計粒子重力。
(1)若粒子的初速度方向與軸負向夾角為60°,且粒子不經(jīng)過圓形區(qū)域就能到達B點,求粒子的初速度大小v1;
(2)若粒子的初速度方向與y軸正向夾角為60°,在磁場中運動的時間為,且粒子也能到達B點,求粒子的初速度大小v2。
【答案】(1) ;(2)
【解析】
【詳解】(1)粒子不經(jīng)過圓形區(qū)域就能到達B點,故粒子到達B點時速度豎直向下,圓心必在x軸正半軸上,如下左圖所示
設粒子做圓周運動的半徑為r1,由幾何關系得
粒子在磁場中做勻速圓周運動,由牛頓第二定律得
解得
(2)粒子在磁場中的運動周期為
粒子在磁場中的運動軌跡的圓心角為為
如上右圖所示,粒子到達B點的速度與x軸夾角
設粒子做圓周運動的半徑為r2,由幾何關系得
由牛頓第二定律得
解得
19. 如圖甲所示。光滑曲面PO和一條水平軌道ON平滑連接,水平軌道右側(cè)固定一輕質(zhì)彈簧,彈簧左端恰好位于M點。一質(zhì)量為的物塊A從距離地面高為h=1.8m處由靜止開始下滑,下滑后與靜止于O點的物塊B發(fā)生碰撞?,F(xiàn)以O點為坐標原點,水平向右為正方向建立x軸,得到物塊B開始運動的部分圖像如圖乙所示。已知水平軌道OM長度為L=1.0m,兩物塊與OM段之間的動摩擦因數(shù)相同,其余部分光滑,物塊A、B均可視為質(zhì)點,碰撞均為彈性碰撞,重力加速度g取。求:
(1)物塊B的質(zhì)量;
(2)彈簧最大的彈性勢能;
(3)ⅰ物塊B最終停止位置的坐標;
ⅱ在圖乙中把物塊B運動全過程的圖像補充完整(僅作圖,不要求寫出計算過程)。
?
【答案】(1)5kg;(2) ;(3) ⅰ,ⅱ見詳解
【解析】
【詳解】(1)物塊從P點到O點,由動能定理得
解得物塊A到O點的速度為
物塊A、B在O點碰撞后物塊B的速度由圖乙可得
解得
由動量守恒定律,機械能守恒定律可得

解得
,
(2)物塊B與物塊A碰撞后做勻減速運動,則
解得
由牛頓第二定律得
解得
物塊B到M點由動能定理可得
解得
說明物塊B運動到M點剛好速度為0。
物塊A運動到M點,由動能定理得
解得
物塊A、B再次發(fā)生彈性碰撞,由動量守恒和機械能守恒定律得
,
解得
彈簧壓縮最短時彈性勢能最大
(3) ⅰ物塊B被彈簧彈開后向左勻減速運動,由動能定理得
解得
物塊B最終停止位置的坐標
ⅱ物塊B運動全過程的圖像

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