特別提示：
1.本考試分設(shè)試卷和答題紙。答題前，務(wù)必在答題紙上填寫學(xué)校、班級、姓名、考號，并將核對后的條形碼貼在指定位置上。
2.本試卷標(biāo)注“多選”的試題，每小題有2~3個正確選項，漏選給一半分，錯選不給分；未特別標(biāo)注的選擇類試題，每小題只有1個正確選項。
3.在列式計算、邏輯推理以及回答問題過程中，須給出必要的圖示、文字說明、公式、演算等。
4.除特殊說明外，本卷所用重力加速度g大小均取9.8m/s2。
1. 微風(fēng)動柳生水波
微風(fēng)吹動岸邊的垂柳，浸入湖面的柳枝上下振動，在湖面產(chǎn)生水波。
（1）柳枝附近有一露出湖面木樁。開始時，水波未明顯繞過該木樁。某時刻起，水波明顯繞過木樁，這可能是因為與之前相比，現(xiàn)在柳枝振動______。
A. 周期大
B. 周期小
C. 頻率大
D. 頻率小
E. 振幅小
（2）以柳枝浸入點為坐標(biāo)原點，沿波在湖面?zhèn)鞑サ哪骋环较蚪軸。從某一時刻開始計時，時x軸上部分波動圖像如圖（a）所示。在x軸上離坐標(biāo)原點不遠(yuǎn)處有一片柳葉，圖（b）為該柳葉振動圖像的一部分。則

①柳葉平衡位置可能位于______。
A.M點 B.N點 C.P點 D.Q點
②波從波源傳到Q點需要的時間為______s。
（3）若觀察到柳枝振動產(chǎn)生的水波圖樣如圖所示，這可能是因為柳枝______。
A. 向左移動了B. 振動頻率增大了
C. 向右移動了D. 振動頻率減小了
【答案】（1）AD （2） ①.B ②. 0.3 （3）A
【解析】【小問1詳解】
發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是障礙物或孔的尺寸與波長相差不大，或者比波長小，根據(jù)
波速有介質(zhì)決定，水波明顯繞過木樁，木樁尺寸不變，表明波長增大了，可知，這可能是因為與之前相比，現(xiàn)在柳枝振動頻率減小了，即周期變大了。
故選AD。
【小問2詳解】
[1]根據(jù)圖（b）可知，0.4s時刻，柳葉處于平衡位置向下振動，結(jié)合圖（a），根據(jù)同側(cè)法可知，柳葉平衡位置可能位于N點。
故選B。
[2]波速為
則波從波源傳到Q點需要的時間為
【小問3詳解】
水波圖樣左側(cè)密集，右側(cè)稀疏，這屬于多普勒效應(yīng)，當(dāng)觀察者與波源相對靠近時，觀察到的頻率增大，當(dāng)相互遠(yuǎn)離時，觀察到的頻率減小，可知，這可能是因為柳枝向左移動了。
故選A。
2. 艦載機
受航母甲板空間限制，艦載機“起飛難，著艦險”。
（1）在甲板上安裝彈射器可解決“起飛難”的問題。目前我國航母安裝了最先進(jìn)的電磁彈射器。艦載機在彈射器和自身發(fā)動機的共同推動下能在短距離內(nèi)達(dá)到起飛速度。某次訓(xùn)練中，航母靜止在海面上。一架質(zhì)量的艦載機，經(jīng)距離加速到起飛速度。將艦載機由靜止開始加速起飛的運動視為沿水平方向的勻變速直線運動，艦載機發(fā)動機的平均推力大小，不計空氣及甲板阻力，求加速階段電磁彈射器對艦載機的平均推力大小。
（2）在甲板上安裝阻攔索可解決“著艦險”的問題。如圖，阻攔索兩端通過定滑輪P、Q連接到液壓系統(tǒng)并處于拉直狀態(tài)。艦載機著艦時鉤住阻攔索中點O，在液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，阻攔索保持大小恒定的張力。從艦載機鉤住阻攔索之后某一時刻開始到艦載機停止運動的過程中（甲板水平，P、Q連線垂直于跑道，阻攔索張力遠(yuǎn)大于空氣阻力）
①阻攔索對艦載機的作用力________。
A.逐漸減小 B.逐漸增大 C.先減小再增大 D.先增大再減小
②艦載機克服阻攔索作用力的功率可能________。
A.逐漸減小
B.不變
C.逐漸增大
D.先減小再增大
E.先增大再減小
F.先不變再減小
【答案】（1）
（2） ①. B ②. AE
【解析】【小問1詳解】
艦載機的加速度
根據(jù)牛頓第二定律
解得
【小問2詳解】
①阻攔索保持大小恒定的張力，可知從艦載機鉤住阻攔索之后某一時刻開始到艦載機停止運動的過程中，兩邊阻攔索之間的夾角逐漸減小，合力逐漸變大，即阻攔索對艦載機的作用力逐漸變大，故選B；
②根據(jù)P=Fv開始時阻攔索對飛機的作用力F為零，可知艦載機克服阻攔索作用力的功率為零；最后飛機停止時v=0，可知艦載機克服阻攔索作用力的功率又變?yōu)榱?，可知整個過程中艦載機克服阻攔索作用力的功率先增加后減小。若從某一時刻開始計時，則艦載機克服阻攔索作用力的功率可能逐漸減小。
故選AE。
3. 變壓器
變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計而成的能夠改變交流電電壓的電氣設(shè)備。
（1）以下四種電流i隨時間t周期性變化的圖像中，描述交流電的有________。
A. B.
C. D.
（2）在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系”實驗中，用到的器材除了導(dǎo)線和可拆變壓器外，還需________。
A. 干電池組
B. 直流電流表
C. 低壓交流電源
D. 多用電表
E. 直流電壓表
（3）如圖，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為、，當(dāng)輸入正弦交流電的電壓為時，穿過該變壓器副線圈的磁通量變化率的最大值為________。若原線圈中電流為，則副線圈中電流為________。
（4）通過變壓器為一電動機供電，該電動機的原理如圖所示。磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場以角速度繞軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動（俯視），邊長為L的單匝正方形閉合導(dǎo)線框abcd位于該磁場中，在旋轉(zhuǎn)磁場作用下繞軸轉(zhuǎn)動，穩(wěn)定轉(zhuǎn)動時的角速度為。當(dāng)磁場轉(zhuǎn)至與線框abcd所在平面平行時，穿過線框abcd的磁通量為________，ab邊中的電流方向為________，線框abcd內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為________。
【答案】（1）ABD （2）CD
（3）
（4）0
【解析】【小問1詳解】
電流的大小和方向都隨時間成周期性變化的電流為交流電，所以ABD是交流電，而C選項電流的大小變化，方向始終為正，不發(fā)生變化，所以是直流電。
故選ABD。
【小問2詳解】
在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗中，需使用的是低壓交流電源，所以不需要干電池；測量線圈兩端的電壓需要使用多用電表的交流電壓擋，不需要直流電壓表和直流電流表。
故選CD。
【小問3詳解】
[1]根據(jù)理想變壓器的電壓規(guī)律可知
解得副線圈的電壓為
則，副線圈電壓的最大值為
當(dāng)副線圈的電壓最大時，副線圈的磁通量變化率最大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知
解得
[2]根據(jù)理想變壓器電流規(guī)律可知
解得
【小問4詳解】
[1]當(dāng)磁場轉(zhuǎn)至與線框abcd所在平面平行時，穿過線框abcd的磁感線的凈條數(shù)為零，磁通量為0。
[2]此時ab邊所受安培力為垂直紙面向外，根據(jù)左手定則可知，ab邊中的電流方向為。
[3]由題意可知，ab邊和cd邊切割磁感線產(chǎn)生電動勢，兩邊處的磁場轉(zhuǎn)動的線速度大小為
兩邊轉(zhuǎn)動的線速度大小為
則，兩邊相對于磁場轉(zhuǎn)動的速度大小為
則產(chǎn)生的電動勢為
4. 太空地面共研習(xí)
經(jīng)過幾代人的努力，中國載人航天事業(yè)不僅在前沿科技領(lǐng)域取得了非凡成就，也為普及科學(xué)知識發(fā)揮了重要作用。
（1）如圖，質(zhì)量為m的小球通過長為l的輕質(zhì)細(xì)線連接光滑輕質(zhì)小環(huán)，小環(huán)套在固定橫桿P上，將擺拉開某一小角度。用相同裝置分別在地面教室和繞地運行的天宮一號中作對比實驗，不計空氣阻力。
①在地面教室實驗中，由靜止釋放小球后，小球的________。
A.機械能守恒 B.動量隨時間呈周期性變化
C.加速度總等于向心加速度 D.回復(fù)力始終由線的拉力與重力的合力提供
②在天宮一號實驗中，由靜止釋放小球后，小球不擺動，這是由于小球________。
A.慣性消失
B.不受地球引力
C.所受地球引力全部用于提供其繞地球運行的向心力
③在天宮一號實驗中，拉直細(xì)線后，給小球一個方向與細(xì)線垂直、大小為I的瞬時沖量，使小球繞橫桿P運動，則小球運動周期為________，開始運動后經(jīng)周期時的向心力大小為________。
④如果將天宮一號實驗中的細(xì)線換作等長的輕質(zhì)細(xì)桿，在外力作用下開始繞橫桿P轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度ω隨時間t變化的關(guān)系如圖所示，已知圖線斜率為β，則由靜止開始轉(zhuǎn)過一周時小球的速度大小為________。
（2）質(zhì)量為m的空間站到地球表面的高度為h，地球半徑為R，地球表面的重力加速度為g，則地球?qū)臻g站的引力大小為________。
（3）如圖，航天員在空間站里的方格背景前用鋼球做碰撞實驗。一次實驗中，使質(zhì)量為m的B球以速率v向左運動，并與質(zhì)量為3m的靜止A球發(fā)生彈性正碰。求碰后B球的速度。
【答案】（1） ①. ABD##ADB##BAD##BDA##DBA##DAB ②. C ③. ④.
（2）
（3），方向向右
【解析】【小問1詳解】
[1] CD．在地面教室實驗中，由靜止釋放小球后，小球做簡諧運動，是變速圓周運動，加速度不總等于向心加速度，回復(fù)力始終由線的拉力與重力的合力提供，故C錯誤，D正確；
A．運動過程只有重力做功，機械能守恒，故A正確；
B．速度隨時間周期性變化，故動量mv隨時間呈周期性變化，故B正確。
故選ABD。
[2]在天宮一號實驗中，由靜止釋放小球后，小球不擺動，這是由于所受地球引力全部用于提供其繞地球運行的向心力，處于完全失重狀態(tài)。
故選C
[3]天宮一號實驗中，拉直細(xì)線后，給小球一個方向與細(xì)線垂直、大小為I的瞬時沖量，根據(jù)動量定理
解得
小球做勻速圓周運動，故周期
[4]開始運動后經(jīng)周期時的向心力大小為
[5]將天宮一號實驗中的細(xì)線換作等長的輕質(zhì)細(xì)桿，在外力作用下開始繞橫桿P轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度ω隨時間t變化的關(guān)系如圖所示，已知圖線斜率為β，則
由靜止開始轉(zhuǎn)過一周時
又
解得
故靜止開始轉(zhuǎn)過一周時小球的速度大小為
【小問2詳解】
[1]根據(jù)牛頓第二定律
故根據(jù)萬有引力定律，地球?qū)臻g站的引力大小為
【小問3詳解】
[1]根據(jù)動量守恒和能量守恒
解得
速度大小為，方向向右。
5. 體外自動除顫儀
圖（a）所示的體外自動除顫儀（簡稱AED）是一種使心臟恢復(fù)正常心律的醫(yī)療急救儀器。其除顫部分的簡化原理如圖（b）所示。通過兩個單刀雙擲開關(guān)和控制電容器充電與放電除顫之間的轉(zhuǎn)換。電路中R的阻值遠(yuǎn)大于人體電阻。

（1）除顫治療時，電極貼于人體。在充電完成后，若已不需對患者除顫，須通過電阻R進(jìn)行內(nèi)部放電，此時______。
A. 撥到1，撥到4
B. 撥到2，撥到3
C. 與1、2均斷開，與3、4均斷開
（2）某同學(xué)受除顫儀簡化原理啟發(fā)，連接了一個如圖（a）所示的電路，先將開關(guān)S置于1，為電容器充電；然后將開關(guān)S置于2，電容器放電電流變化規(guī)律如圖（b）所示，則______。

A. 時刻，電容器極板上電荷量最大
B. 時刻，電感器內(nèi)儲存的磁場能最大
C. 時間內(nèi)，電容器先充電后放電
D. 時間內(nèi)，電感器內(nèi)的磁場方向不變
（3）若啟動除顫程序即開始為電容器充電，當(dāng)電荷量達(dá)到滿電狀態(tài)的80%即自動執(zhí)行對人體的放電電擊程序。某型號除顫儀中電容器的充電過程電流I隨時間t變化的圖象如圖所示，則啟動后至少需要等待______s才會發(fā)生第一次對人電擊。（保留1位有效數(shù)字）
（4）除顫儀的重要部件之一是電容器。某面積足夠大的平行板電容器兩極板水平且間距為d，兩極板與輸出電壓為U的恒壓電源相連，如圖所示，其中圖（a）為正視圖，圖（b）為立體圖。與正極板相距h的P點有一放射源，向過P點的水平面上方及水平方向發(fā)射大量速度方向不同、大小均為的電子，落到極板即被吸收。已知電子質(zhì)量為m，元電荷為e。建立Oxyz坐標(biāo)系，y軸正向豎直向上。

①電子到達(dá)正極板前瞬間動能=______；
②求電子的最大水平位移的大小______；
③若兩板間另加一個勻強磁場，使初速度沿x軸正方向的電子恰做直線運動。求該磁場的磁感應(yīng)強度B______。
【答案】（1）C （2）BC
（3）6 （4） ①. ②. ③.
【解析】【小問1詳解】
充電完成后，若已不需對患者除顫，須通過電阻R進(jìn)行內(nèi)部放電，此時電容器與電阻R單獨構(gòu)成回路，即與1、2均斷開，與3、4均斷開。
故選C。
【小問2詳解】
A．時刻電流最大，自感線圈L中的磁場能最大，則電場能最小，即時刻，電容器極板上電荷量最小，故A錯誤；
B．結(jié)合上述可知，時刻，自感線圈L中儲存的磁場能最大，故B正確；
C．時間內(nèi)，電流先減小后增大，即磁場能先減小后增大，可知，電場能先增大后減小，即時間內(nèi)，電容器先充電后放電，故C正確；
D．時間內(nèi)，通過電感器內(nèi)的電流方向發(fā)生變化，根據(jù)安培定則可知，磁場方向也發(fā)生變化，故D錯誤。
故選BC。
【小問3詳解】
根據(jù)
可知，圖像與時間軸所圍幾何圖形的面積表示電荷量，利用“數(shù)格子”的辦法，對應(yīng)圖像與時間軸所圍幾何圖形的格數(shù)約為13，令每一格對應(yīng)的電荷量為，則有
根據(jù)圖像可知，啟動后至少需要等待6s才會發(fā)生第一次對人電擊。
【小問4詳解】
[1]極板間的電場強度
根據(jù)動能定理有
解得
[2]電子水平方向射出時，水平方向位移最大，則有，
結(jié)合上述解得
[3]電子恰做直線運動，該運動為勻速直線運動，根據(jù)平衡條件有
結(jié)合上述解得
6. 光伏電池
隨著國家“碳達(dá)峰，碳中和”政策的出臺，光伏領(lǐng)域成為最熱門的領(lǐng)域之一。
（1）一輛用光伏電池驅(qū)動的小車，其電路總電阻為。小車受到的阻力大小與其速率之比為。某次運動中電池接收到的光照功率恒為時，小車以速率勻速行駛，通過電池的電流大小為，則電池的光電轉(zhuǎn)化效率為_________。
（2）光照進(jìn)半導(dǎo)體材料內(nèi)激發(fā)出自由電荷，在材料內(nèi)部電場作用下，正、負(fù)電荷分別往兩端積累。若材料內(nèi)部電場的電場強度E與位置x的關(guān)系如圖所示。
①正電荷僅在內(nèi)部電場力作用下沿x軸從N點運動到P點，其加速度________
A.先沿x軸負(fù)方向減小，后沿x軸正方向增大
B.先沿x軸負(fù)方向增大，后沿x軸正方向減小
C.先沿x軸正方向減小，后沿x軸正方向增大
D.先沿x軸正方向增大，后沿x軸正方向減小
②取O點的電勢為零，N點到P點的電勢隨位置x變化的圖象可能為________
A. B.
C. D.
（3）一光伏電池在特定光照下的關(guān)系如圖所示。在這種光照條件下，將總長度為100m、截面積為的金屬絲繞制的電阻接在該電池兩端時，電阻兩端電壓為2.10V，則該金屬絲的電阻率為________Ω·m。（保留3位有效數(shù)字）
（4）在某一電壓區(qū)間內(nèi)，光伏電池可視為一個恒流源（輸出電流恒定）。某同學(xué)連接了如圖所示的兩個電路：電路a由干電池、阻值為的定值電阻、阻值為的熱敏電阻（隨溫度升高而減?。┖托暨B接而成；電路b由恒流源、三個阻值分別為、、（）的定值電阻和阻值為的光敏電阻（隨光照強度增大而減小，且其阻值變化范圍足夠大）連接而成。受到燈L照射。當(dāng)所處環(huán)境溫度降低時：
①設(shè)電流表示數(shù)變化量為，兩端電壓變化量為，兩端電壓變化量為，則________
A.， B.，
C.， D.，
②設(shè)電壓表的示數(shù)變化量為，電流表的示數(shù)變化量為，則為________
③分析說明當(dāng)為多大時，和的總功率P最大______。
【答案】（1）
（2） ①. D ②. C
（3）
（4） ①. B ②. ③.
【解析】【小問1詳解】
根據(jù)題意，可知電池的光轉(zhuǎn)化成電之后有兩個功率產(chǎn)生，一個是車的機械功率，一個是電阻的熱功率，所以總的電功率為
所以光電的轉(zhuǎn)化效率為
【小問2詳解】
[1]ABCD．因為正電荷受到的電場力方向即為電場強度的方向，由圖可知電場強度為軸的正方向，所以正電荷受到的電場力方向為軸的正方向，電場力的大小是先增大后減小，所以正電荷的加速度都為軸的正方向，且大小是先增大后減小，故D正確，ABC錯誤。
故選D。
[2] ABCD．在圖像中，斜率表示的是電場強度,所以中的斜率是先增大后減小，故C正確，ABD錯誤。故選C。
【小問3詳解】
根據(jù)圖，當(dāng)電阻兩端電壓為2.10V時，電流，所以根據(jù)部分電路歐姆定律有
再由電阻定律，有
【小問4詳解】
[1] ABCD．根據(jù)圖a可知，當(dāng)溫度降低時電阻增大，由閉合電路歐姆定律可知
所以燈泡變暗，光照強度減低，增大。
再對電路圖b進(jìn)行分析，因為是恒流源，干路電流保持不變，但是并聯(lián)電路的電阻增大，導(dǎo)致并聯(lián)電路的電壓增大，由
可知增大，又由于總電流不變，所以流過的電流會減少，即。
因為，而的電阻在發(fā)生變化，所以可以把之外的電阻等效為電源的內(nèi)阻，因為，所以此內(nèi)阻，有
則有，故B正確，ACD錯誤。
故選B。
[2]由電路圖我們可以得出和的關(guān)系式
可以得出
所以我們把以外的電源和電阻看成一個電動勢為，內(nèi)阻為的等效電源，則
[3]由[2]的分析把以外的電源和電阻看出一個電動勢為，內(nèi)阻為的等效電源，那么要讓的總功率最大，就是讓這個電源的輸出功率最大，那么當(dāng)
所以當(dāng)
的總功率最大

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