
1.秋千
蕩秋千是非常普遍的娛樂(lè)運(yùn)動(dòng)。
(1)如圖2,蕩秋千的人連同座椅可看作質(zhì)點(diǎn),僅在豎直面內(nèi)運(yùn)動(dòng),不計(jì)阻力,A、C為左右兩側(cè)的最高點(diǎn)。
①(多選題)人在A處______。
A.合力不為零
B.向心力為零
C.合力沿切線b的方向
D.向心力沿d的方向
②從A蕩到C點(diǎn)的過(guò)程中,其動(dòng)能隨時(shí)間的變化關(guān)系圖像為_(kāi)_____。
(2)小明同學(xué)蕩秋千時(shí),發(fā)現(xiàn)秋千在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有周期性,于是他在實(shí)驗(yàn)室找到一些器材進(jìn)行探究。
①(多選題)為了能夠滿足“單擺”的模型要求,應(yīng)______。
A.選用1米左右的輕質(zhì)細(xì)線
B.選用質(zhì)量較小的塑料球
C.將線緊密纏繞在水平橫桿上
D.擺角盡可能的小
②測(cè)量擺長(zhǎng)時(shí),先用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球直徑,方法正確的是______圖。
(3)小明用拉力傳感器替代光電門(mén)傳感器,按圖(5)所示安裝好。擺球在小角度擺動(dòng)的過(guò)程中,啟動(dòng)計(jì)算機(jī)軟件,得到圖(6)所示的圖像。則t=1.5s時(shí)擺球在______位置,擺球的振動(dòng)周期T=______ s。
二、簡(jiǎn)答題:本大題共5小題,共15分。
2.雷電
雷電是大氣中的放電現(xiàn)象,多形成在積雨云中。通常下部的雷云因摩擦而帶負(fù)電,上部的雷云帶正電。當(dāng)某處積聚的電荷密度很大,周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng),就可擊穿空氣分子,形成雷電,釋放巨大能量。
(1)由于靜電感應(yīng),會(huì)使雷云下方附近的地面積聚______電荷,在云層和地面之間產(chǎn)生電場(chǎng)的大致方向:______。
(2)為避免雷電造成損害,高大的建筑物會(huì)裝有避雷針。如圖2,雷雨天,在避雷針附近產(chǎn)生電場(chǎng),其等勢(shì)面的分布如虛線所示。
①A、B、C三點(diǎn)中,場(chǎng)強(qiáng)最大的位置是______。一帶電量為?2.0×10?7C的電荷q,由B運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),則其電勢(shì)能的變化量ΔEp=______ J。
②沿水平方向在某區(qū)域建立坐標(biāo)軸Ox,軸上各點(diǎn)電勢(shì)分布如圖3所示,b為圖線最高點(diǎn),則______。
A.b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為零
B.b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)豎直向上
C.a、c兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)相同
D.沿水平方向b點(diǎn)距離避雷針比c點(diǎn)更遠(yuǎn)
(3)1752年6月的一天,富蘭克林在空曠地帶高舉裝有金屬桿的風(fēng)箏,剛好一道閃電從風(fēng)箏上掠過(guò),他將風(fēng)箏線上的電引入萊顧瓶中,回家進(jìn)行了各種電學(xué)實(shí)驗(yàn),證明雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電具有相同的性質(zhì)。已知萊頓瓶的電容C=1000pF,測(cè)出其兩端的電壓U=120V,則富蘭克林收集到雷電的電量Q=______ C。(1pF=10?12F)
3.跳跳球
跳跳球的彈性很好,內(nèi)封一定質(zhì)量的氣體,是有趣的兒童玩具。為方便討論,均不計(jì)空氣阻力,重力加速度g取9.8m/s2。
(1)接觸地面后,跳跳球在被擠壓的過(guò)程中,不計(jì)內(nèi)能的變化。
①關(guān)于能量的變化,下列說(shuō)法正確的是______。
A.動(dòng)能一直減小
B.動(dòng)能一直增大
C.彈性勢(shì)能一直增大
D.人的機(jī)械能總量保持不變
②為了能彈起更高,接觸地面后,人應(yīng)______。
(2)如圖3,跳跳球還可用來(lái)跳繩比賽。某同學(xué)1分鐘跳繩120次,離開(kāi)地面后重心均升高h(yuǎn)=10cm。若將人看作質(zhì)點(diǎn),則一次跳躍過(guò)程中,球與地面接觸的時(shí)間t=______s(保留2位有效數(shù)字)。
(3)夏天27℃時(shí)給跳跳球充氣,球內(nèi)氣體壓強(qiáng)為1.5atm。不計(jì)球的容積變化,在不漏氣的情況下,冬天?13℃時(shí),球內(nèi)氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能______(填寫(xiě)其變化情況),球內(nèi)氣體的壓強(qiáng)p′=______ atm。
(4)某同學(xué)購(gòu)買(mǎi)的是無(wú)法充氣的質(zhì)地稍硬的跳跳球,玩耍時(shí)不慎撞成圖4示的凹陷,檢查發(fā)現(xiàn)也沒(méi)漏氣。請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)一個(gè)易于操作的方法把球恢復(fù)原狀,并簡(jiǎn)要說(shuō)明其物理原理。
4.“隔空取物”的光學(xué)鑷子
光具有能量,也有動(dòng)量,光照射到物體表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力,稱為光壓。光鑷技術(shù)就是用一束高度會(huì)聚的激光形成輻射壓力,在基本不影響周?chē)h(huán)境的情況下對(duì)捕獲物進(jìn)行亞接觸、無(wú)損活體的操作,如同“隔空取物”的光學(xué)鑷子。
(1)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),光子的動(dòng)量與光的傳播方向一致,其大小p=hλ,h為普朗克常量,λ為光的波長(zhǎng)。該公式表明:光具有的特性是______。頻率為ν的光子垂直照射到平面鏡,在反射的過(guò)程中,動(dòng)量改變量的大小Δp=______,從而對(duì)平面鏡產(chǎn)生一定的壓力(光速取真空中的速度c)。
(2)光射達(dá)物質(zhì)界面時(shí)會(huì)發(fā)生折射,遵循折射定律,傳播方向發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致其動(dòng)量改變,從而產(chǎn)生光壓。如圖2,一束光線從真空中入射到均勻分布的微球的A點(diǎn),兩次折射后從B點(diǎn)射出。
①實(shí)驗(yàn)中測(cè)出折射角β小于入射角α,則光線在微球內(nèi)的傳播速度______真空中的光速 c。從B點(diǎn)射出后的折射角θ=______(用α、β表示)。
②光束經(jīng)過(guò)微球的過(guò)程中,其動(dòng)量變化量______。
A.由A指向B,對(duì)微球產(chǎn)生的光壓指向B
B.由A指向B,對(duì)微球產(chǎn)生的光壓指向A
C.與AB垂直,對(duì)微球產(chǎn)生的光壓垂直AB向上
D.與AB垂直,對(duì)微球產(chǎn)生的光壓垂直AB向下
(3)運(yùn)用時(shí),可以將兩束相同的光同時(shí)對(duì)稱的射入微球,相當(dāng)于鑷子的兩個(gè)臂,產(chǎn)生對(duì)稱的壓力,從而穩(wěn)定捕捉微球。
①如圖3,對(duì)稱的入射光a、b射入微球甲,c、d射入微球乙,入射方向關(guān)于中心線對(duì)稱,則兩球所受合力的方向______。
A.兩球所受合力均向上
B.兩球所受合力均向下
C.甲球受合力向下,乙球受合力向上
D.甲球受合力向上,乙球受合力向下
②已知微球偏離平衡位置微小位移x時(shí),光線對(duì)微球總的作用力近似滿足F=?kx,則微球從平衡位置開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的位移x隨時(shí)間t變化的圖像為_(kāi)_____。
5.微觀粒子的碰撞
通過(guò)對(duì)微觀粒子碰撞的研究,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子和中微子等基本粒子,對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)不斷深入。
(1)下列粒子中,質(zhì)量最小的是______。
A.電子
B.質(zhì)子
C.中子
D.α粒子
(2)圖2為盧瑟福所做微觀粒子撞擊的實(shí)驗(yàn)裝置圖。該裝置中,放射源R放出的粒子是______。轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡,在熒光屏 S上觀察到有個(gè)別粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn),據(jù)此提出了原子的______模型。
(3)查德威克用釙放出的α射線轟擊鈹,從而發(fā)現(xiàn)了中子。裝置圖3中的粒子B為_(kāi)_____,發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為: 49Be+24He→______+01n。
(4)在核反應(yīng)堆中常用石墨做減速劑。已知碳核質(zhì)量是中子質(zhì)量的12倍,碰撞前中子的動(dòng)能為Ek0,碳核均處于靜止?fàn)顟B(tài),中子與碳核相遇即發(fā)生彈性正碰。
①與碳核發(fā)生一次碰撞,中子損失的動(dòng)能ΔEk為多少?
②一個(gè)中子至少與碳核發(fā)生幾次碰撞,其動(dòng)能才可減小為原來(lái)的萬(wàn)分之一?
6.發(fā)電機(jī)
從發(fā)電廠、變電站引出的輸電線,將電能輸送到鄉(xiāng)村、工廠和千家萬(wàn)戶,為我們的美好生活做出了巨大貢獻(xiàn),而發(fā)電機(jī)則是功不可沒(méi)。
(1)圖1示為交流發(fā)電的裝置簡(jiǎn)圖,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、匝數(shù)為N的正方形線框abcd,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度ω繞OO′軸沿圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
①?gòu)膱D1示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),e、f兩點(diǎn)間電勢(shì)差Uef隨時(shí)間t的變化關(guān)系圖像為_(kāi)_____。
②已知線框邊長(zhǎng)L=0.1m,匝數(shù)N=200,線框總電阻r=4Ω,負(fù)載電阻R=16Ω。穿過(guò)線框的磁通量按圖2示規(guī)律變化,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B=______ T;輸出電壓UR=______ V。
(2)圖3示為某直流發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)化原理圖。以O(shè)點(diǎn)為圓心、半徑為l的圓弧形金屬導(dǎo)軌MN固定在紙面內(nèi),長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒OA可繞O點(diǎn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里。請(qǐng)運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律,證明導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=12Bωl2。
(3)某大型燃煤發(fā)電機(jī)組輸出的是正弦交流電,各種功率分配如圖5所示。遠(yuǎn)距離輸電過(guò)程中的損耗均為輸電線熱損耗,變壓器視為理想變壓器,1MW=106W。
①渦輪機(jī)損耗的功率P損=______ MW,整個(gè)系統(tǒng)的效率η=______%。
②若遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻r線=25Ω,發(fā)電機(jī)的輸出電壓U=2000V,則升壓變壓器的匝數(shù)比為_(kāi)_____。
答案和解析
1.【答案】ABC A AD 4 平衡 2
【解析】解:(1)①蕩秋千的人連同座椅看作質(zhì)點(diǎn),因質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)時(shí)速度為零,故向心加速度與向心力均為零。而在A點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)受到豎直向下的重力和沿繩子方向的拉力,這兩個(gè)力合力不為零,在此處加速度沿垂直繩的方向(圓周運(yùn)動(dòng)的切向),故合力沿切線b的方向,故ABC正確,D錯(cuò)誤。
故選:ABC。
②從A點(diǎn)蕩到C點(diǎn)的過(guò)程中,動(dòng)能先增大后減小,當(dāng)?shù)竭_(dá)C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大。圖像的斜率表示動(dòng)能變化的快慢,根據(jù)動(dòng)能定理可知,動(dòng)能變化的快慢等于重力做功的快慢,即等于重力的瞬時(shí)功率,從A到最低點(diǎn),重力的瞬時(shí)功率先變大后變小,從最低點(diǎn)到C,重力的瞬時(shí)功率先變大后變小,則圖像的傾斜程度先變大,后變小,再變大,再變小,故A正確,BCD錯(cuò)誤。
故選:A。
(2)①為了能夠滿足“單擺”的模型要求,應(yīng)選用1米左右的輕質(zhì)細(xì)線;選用質(zhì)量較大體積較小的金屬球;細(xì)線不能纏繞在橫桿上,否則擺動(dòng)過(guò)程中擺長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化;同時(shí)要保證擺角盡量的小,故AD正確,BC錯(cuò)誤。
故選:AD。
②用游標(biāo)卡尺測(cè)量小球直徑時(shí),方法正確的是圖4。
(3)t=1.5s時(shí)拉力傳感器示數(shù)最大,擺線的拉力最大,擺球所需向心力最大,擺球速度最大,可知此時(shí)擺球在最低點(diǎn),即平衡位置。
根據(jù)圖像可知,0~1s時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)擺球由最高點(diǎn)經(jīng)最低點(diǎn)到達(dá)另一側(cè)最高點(diǎn),此為全振動(dòng)的一半,故振動(dòng)周期T=2s。
故答案為:(1)①ABC;②A;(2)①AD;②4;(3)平衡;2。
(1)①對(duì)研究對(duì)象受力分析,根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)解答;
②根據(jù)圖像斜率的物理意義,結(jié)合重力的瞬時(shí)功率的變化解答;
(2)①根據(jù)單擺的運(yùn)動(dòng)能近似為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件解答;
②根據(jù)游標(biāo)卡尺的使用方法解答;
(3)根據(jù)拉力傳感器的示數(shù)變化,結(jié)合向心力的變化,得出擺球的位置和對(duì)應(yīng)的振動(dòng)周期。
本題主要考查了圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)與單擺的相關(guān)知識(shí),理解單擺運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理掌握正確的實(shí)驗(yàn)操作,并結(jié)合圖像的物理意義即可完成分析。
2.【答案】正 向上 A點(diǎn) ?8.0×10?4 B1.2×10?7
【解析】解:(1)因下部的雷云帶負(fù)電,故由于靜電感應(yīng)會(huì)使雷云下方附近的地面積聚正電荷,電場(chǎng)方向由正電荷指向負(fù)電荷,則在云層和地面之間產(chǎn)生電場(chǎng)的大致方向是向上。
(2)①等勢(shì)面越密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng),A、B、C三點(diǎn)中A處等勢(shì)面最密集,故場(chǎng)強(qiáng)最大的位置是A點(diǎn)。
根據(jù):Ep=qφ,可得此過(guò)程其電勢(shì)能的變化量為:
ΔEp=qφC?qφB=q(φC?φB)=?2.0×10?7C×[?3V?(?7V)×103]J=?8.0×10?4J。
②AB.根據(jù)φ?x圖像的斜率絕對(duì)值等于電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,由圖3可知b點(diǎn)沿水平方向場(chǎng)強(qiáng)分量為零,而豎直方向的場(chǎng)強(qiáng)分量不為零,且場(chǎng)強(qiáng)方向豎直向上。故A錯(cuò)誤,B正確;
C.根據(jù)沿電場(chǎng)方向電勢(shì)降低,由圖3可知沿x軸正方向a點(diǎn)附近電勢(shì)升高,c點(diǎn)附近電勢(shì)降低,故a、c兩點(diǎn)水平方向的場(chǎng)強(qiáng)分量方向相反,而它們的豎直方向的場(chǎng)強(qiáng)分量均向上,故a、c兩點(diǎn)的合場(chǎng)強(qiáng)方向一定不相同,則a、c兩點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)不相同,故C錯(cuò)誤;
D.由圖2可知,在避雷針正上方的等勢(shì)面的位置的切線方向?yàn)樗椒较?,此處電?chǎng)線豎直向上,則B點(diǎn)有可能處于避雷針正上方,故沿水平方向b點(diǎn)距離避雷針的距離有可能為零,故沿水平方向b點(diǎn)距離避雷針可能比c點(diǎn)更進(jìn),故D錯(cuò)誤。
(3)根據(jù)電容C=QU,可得收集到雷電的電量Q=CU=1000×10?12×120C=1.2×10?7C。
故答案為:(1)正;向上;(2)①A點(diǎn);?8.0×10?4;②B;(3)1.2×10?7
(1)根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象,電場(chǎng)方向的規(guī)定分析解答。
(2)①根據(jù)等勢(shì)面越密集的地方電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng),電勢(shì)能與電勢(shì)的關(guān)系解答。
②根據(jù)φ?x圖像斜率的物理意義解答AB選項(xiàng);根據(jù)沿電場(chǎng)方向電勢(shì)降低,結(jié)合圖3可知判斷a、c兩點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向是否相同;根據(jù)圖2判斷B點(diǎn)可能所處的位置。
(3)根據(jù)電容定義式解答。
本題考查了電場(chǎng)的基本性質(zhì),電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是電場(chǎng)基本性質(zhì)的核心問(wèn)題。掌握沿電場(chǎng)線電勢(shì)降低;等勢(shì)面與電場(chǎng)線處處垂直;電場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)的地方沿電場(chǎng)線電勢(shì)降落地越快。掌握φ?x圖像斜率的物理意義。
3.【答案】C 下蹲并用力向下蹬地面 0.21變小 1.3
【解析】解:(1)接觸地面后,跳跳球在被擠壓的過(guò)程中,跳跳球?qū)θ说膹椓χ饾u增大,先小于人的重力,后大于人的重力,可知人先加速運(yùn)動(dòng)后減速運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn),故人和跳跳球的系統(tǒng)動(dòng)能先增大后減小。跳跳球的形變量一直增大,故彈性勢(shì)能一直增大。跳跳球的機(jī)械能一直增大,根據(jù)機(jī)械能守恒,可知人的機(jī)械能減小,故C正確,ABD錯(cuò)誤;
②為了能彈起更高,接觸地面后,人應(yīng)下蹲并用力向下蹬地面,增大跳跳球的彈性勢(shì)能。
(2)離開(kāi)地面后人做豎直上拋運(yùn)動(dòng)。由h=12gt2,可得每一次上升或下降的時(shí)間為:
t0= 2hg
跳繩120次在空中的總時(shí)間為:t1=120×2t0
則一次跳躍過(guò)程中,球與地面接觸的時(shí)間t=60?t1120
其中:h=10cm=0.1m,g=9.8m/s2
解得:t≈0.21s。
(3)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,球內(nèi)氣體溫度降低,其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能變小。
根據(jù)查理定律可得:p1T1=p′T2
其中:p1=1.5atm,T1=(273+27)K=300K,T2=(273?13)K=260K
解得:p′=1.3atm。
(4)方法:取一個(gè)大容器,向其中倒入足夠多的熱水,再把變形的跳跳球浸沒(méi)在熱水中,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,球就能自動(dòng)恢復(fù)原貌。
其物理原理為:球浸入熱水后,內(nèi)部封閉氣體溫度升高,最初氣體體積幾乎不變,根據(jù)查理定律,氣體壓強(qiáng)增大,達(dá)到一定數(shù)值,就可以推動(dòng)外殼恢復(fù)原狀。
故答案為:(1)①C;②下蹲并用力向下蹬地面。(2)0.21;(3)變??;1.3;(4)見(jiàn)解答。
解:(1)根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系或功與能的關(guān)系分析系統(tǒng)動(dòng)能與人的機(jī)械能變化,根據(jù)跳跳球的形變量變化分析其彈性勢(shì)能的變化;
②從增大跳跳球的彈性勢(shì)能的角度解答。
(2)離開(kāi)地面后人做豎直上拋運(yùn)動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解每一次上升或下降的時(shí)間,求出跳繩120次在空中的總時(shí)間,根據(jù)時(shí)間關(guān)系求解一次跳躍過(guò)程中,球與地面接觸的時(shí)間。
(3)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志,物體溫度越高,其分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大。根據(jù)查理定律求解末態(tài)壓強(qiáng)。
(4)利用熱脹冷縮的原理把球恢復(fù)原狀。從氣體實(shí)驗(yàn)定律的物理原理解釋。
本題考查了氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用,直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律,機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。題目較簡(jiǎn)單,根據(jù)相應(yīng)的物理規(guī)律及原理解答即可。
4.【答案】波粒二象性 2hνc 小于 αCDB
【解析】解:(1)該公式表明光子既有波動(dòng)性又有粒子性,即光具有的特性是波粒二象性。
頻率為ν的光子其波長(zhǎng)為λ=cν,其動(dòng)量為p=hλ=hνc,垂直照射到平面鏡,在反射的過(guò)程中,動(dòng)量改變量的大小Δp=2p=2hνc。
(2)①由折射定律n=sinαsinβ,可知n>1,由v=cn
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