
1.國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃俗稱“人造太陽”,即為人工可控?zé)岷朔磻?yīng)堆,該裝置中發(fā)生的核聚變反應(yīng)是 12H和 13H聚變生成 24He并釋放能量。下列說法正確的是( )
A. 該聚變的核反應(yīng)方程是 12H+13H→He+11H
B. 13H的質(zhì)量等于組成它的核子的質(zhì)量之和
C. 13H的比結(jié)合能大于 24He的比結(jié)合能
D. 為了實現(xiàn)可控核聚變,科學(xué)家設(shè)想的解決方案是磁約束和慣性約束
2.如圖甲所示是上個世紀(jì)八九十年代盛行的兒童游戲“抓子兒”,能很好培養(yǎng)兒童反應(yīng)和肢體協(xié)調(diào)能力。某次游戲中,兒童將小石子以初速度v0=1m/s從Q點正上方離地高h(yuǎn)=40cm處的O點豎直向上拋出,然后迅速用同一只手沿如圖乙箭頭所示軌跡運動,將水平地面上相隔一定距離的P、Q處的小石子撿起,并將拋出的石子在落地前接住,P、Q相距30cm,不計抓石子的時間,不計空氣阻力,重力加速度g=10m/s2,則手移動的平均速率至少為( )
A. 0.5m/sB. 1m/sC. 2m/sD. 3m/s
3.2024年4月26日3時32分,我國神舟十八號載人飛船采用自主快速交會對接模式,成功對接于中國空間站天和核心艙徑向端口(如圖所示),隨后3名航天員從神舟十八號載人飛船進(jìn)入中國空間站開展為期六個月的太空工作與生活,這次太空遠(yuǎn)航,航天員們攜帶了一個叫做“小受控型生態(tài)生命模塊”的裝置及相關(guān)物品進(jìn)入太空,其中的主要水生生命體就是斑馬魚和金魚藻,實現(xiàn)我國在外太空培養(yǎng)脊椎動物的首次突破。已知空間站繞地球運行的軌道半徑為r,地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g。則以下判斷中正確的是( )
A. 空間站繞地球穩(wěn)定飛行時,斑馬魚受到萬有引力和浮力作用
B. 空間站繞地球飛行速度大于第一宇宙速度
C. 空間站運行的速度大小為r gR
D. 質(zhì)量為m的金魚藻在空間站所受萬有引力的大小為(Rr)2mg
4.如圖所示,光滑斜面固定于箱子底部,輕彈簧上端固定,下端與物體連接,當(dāng)箱子處于靜止?fàn)顟B(tài)時,物體恰好靜止不動,彈簧的伸長量為x,當(dāng)整體處于以下哪種狀態(tài),可以使彈簧伸長且伸長量小于x的是( )
A. 使箱子水平向右做勻減速直線運動B. 使箱子做自由落體運動
C. 使箱子豎直向上做勻加速直線運動D. 給物體m施加豎直向下的外力
5.光導(dǎo)纖維可簡化為長玻璃絲,直徑只有幾微米到一百微米,圖甲所示為一段長直光纖,由內(nèi)芯和外套構(gòu)成,一束激光由光纖內(nèi)芯左端的O點以α=45°的入射角射入置于真空中的直線光纖內(nèi)芯,恰好在內(nèi)芯的側(cè)面(側(cè)面與過O的法線平行)A點發(fā)生全反射,如圖乙所示。已知內(nèi)芯的長度為L,光在真空中的傳播速度為c,下列說法正確的是( )
A. 光纖的外套的折射率大于內(nèi)芯的折射率
B. 內(nèi)芯對這種激光的折射率為 2
C. 圖乙中光在內(nèi)芯中傳播的時間為3L2c
D. 圖乙中若內(nèi)芯對某種光的折射率n=2,則該光不能在內(nèi)芯中正常傳播
6.如圖甲所示,波源S1、S2相距5m,且AS1=3m,AS2=4m,t=0時刻兩波源同時開始振動,振動圖像均如圖乙所示,形成的兩列簡諧橫波在均勻介質(zhì)中傳播,波速均為v=0.25m/s,下列說法正確的是( )
A. 甲、乙兩列波的波長為1m
B. 在t=13.5s時,A處質(zhì)點處于波谷
C. A點為振動加強(qiáng)點,且始終處于波峰位置
D. 在0~18s內(nèi),A處質(zhì)點運動的路程為32cm
7.如圖甲所示,在水平面內(nèi)有圓心為O、半徑為r的圓形磁場區(qū)域,規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示,一個由同種材料、相同粗細(xì)金屬制成的邊長為r的等邊三角形線框OAB置于磁場中,線框OAB單位長度的電阻為R0,則( )
A. 0~t0時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流方向為順時針方向
B. t0~2t0時間內(nèi),線框AB邊所受安培力大小不變
C. 0~2t0時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流大小為 3B0r12t0R0
D. 0~2t0時間內(nèi),線框中產(chǎn)生的熱量為B02r28t0R0
8.如圖甲所示,長為L、傾角為θ的斜面放在水平地面上,一質(zhì)量為m的物塊從斜面頂端由靜止釋放并沿斜面向下滑動,斜面一直保持靜止,物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ與下滑距離x的變化圖像如圖乙所示。下列說法正確的是( )
A. 若k=1,物塊下滑的加速度先減小后增加
B. 若k=1,物塊下滑的加速度逐漸減小
C. 若k=2,水平地面對斜面的摩擦力先減小后增大
D. 若k=2,水平地面對斜面的摩擦力逐漸增大
二、多選題:本大題共2小題,共8分。
9.如圖所示,M、N端連接一個穩(wěn)壓交流電源,理想變壓器的原線圈上接有定值電阻R0,副線圈上接有滑動變阻器R,原、副線圈匝數(shù)之比n1n2=12,電流表、電壓表均為理想電表。初始時,滑動變阻器R的滑片處于正中間位置。下列說法正確的是( )
A. 若滑片下移,電流表示數(shù)減小B. 若滑片下移,電流表示數(shù)增大
C. 若滑片上移,電源輸出功率增大D. 若滑片上移,電源輸出功率減小
10.光滑絕緣水平面內(nèi)有三個完全相同的帶正電的絕緣小球A、B、C(均可視為點電荷),質(zhì)量均為m,電荷量均為+q,A、B之間與B、C之間各用一根長為L的輕桿連接,A、C用絕緣裝置固定,A、B、C恰構(gòu)成正三角形并鎖定,如圖甲所示。現(xiàn)解除絕緣裝置對A、C的鎖定,當(dāng)三個小球運動到同一條直線上時,速度大小分別為v1、v2、v3,如圖乙所示。已知以無限遠(yuǎn)處為零電勢點,距離電荷量為Q的點電荷r處的電勢為kQr,其中k為靜電力常量,多個點電荷產(chǎn)生的電場中某點的電勢,等于每個點電荷單獨存在時該點電勢的代數(shù)和。下列說法正確的是( )
A. 初始時刻,A、B、C系統(tǒng)所具有的電勢能為3kq2L
B. 解除A、C的鎖定后,A、B、C系統(tǒng)的動量不守恒
C. 圖乙狀態(tài)與圖甲狀態(tài)相比,A、B、C系統(tǒng)的機(jī)械能增加了kq22L
D. 圖乙狀態(tài)時,B球的速度大小為 2kq23mL
三、實驗題:本大題共2小題,共18分。
11.某同學(xué)做“探究彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系”的實驗。
(1)實驗裝置如圖甲,下列說法正確的是______(填序號)。
A.彈簧被拉伸時,不能超出它的彈性限度
B.用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量
C.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)
D.用幾個不同的彈簧,各測出一組拉力與伸長量,可得出拉力與伸長量成正比
(2)某彈簧所受拉力F與伸長量x的關(guān)系圖像如圖乙,由圖可知彈簧的勁度系數(shù)k=______N/m。(保留三位有效數(shù)字)
(3)改進(jìn)后的實驗裝置如圖丙,多次改變掛盤中砝碼的質(zhì)量m,測得多組m及對應(yīng)的距離傳感器到掛盤的距離h,作出m?h圖像,圖像的斜率絕對值為k′,已知重力加速度為g,則彈簧的勁度系數(shù)為______(用題中字母表示),未考慮掛盤的質(zhì)量,對實驗的結(jié)果______(填“有”或“沒有”)影響。
12.小明同學(xué)想同時測量某電流表A1的內(nèi)阻和某電阻Rx的阻值,實驗室提供如下器材:
A.待測電流表A1(量程0.6A,內(nèi)阻未知)
B.待測電阻Rx
C.電源(電動勢為3V)
D.滑動變阻器R1(允許通過的最大電流為2A,最大阻值為10Ω)
E.滑動變阻器R2(允許通過的最大電流為1A,最大阻值為1000Ω)
F.電流表A2(量程3A,內(nèi)阻未知)
G.電阻箱R
H.開關(guān)S
I.導(dǎo)線若干
(1)設(shè)計的部分電路如圖所示,則滑動變阻器應(yīng)選擇______(填“D”或“E”)。
(2)圖中虛線框中的電路結(jié)構(gòu),應(yīng)選用下列甲、乙、丙、丁中的______(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。
(3)實驗時,先將電阻箱R調(diào)為0,然后閉合開關(guān)S,改變滑動變阻器滑片位置使電流表A2的示數(shù)接近滿量程,逐漸增加電阻箱R的阻值,同時記錄電流表A1的示數(shù)I1、電流表A2的示數(shù)I2及電阻箱R的數(shù)值,并作出______(填“I1I2?R”“I2I1?R”或“(I2?I1)?R”)圖像,若已知圖線的斜率為k,截距為b,則求得待測電阻Rx阻值為______(用含k的式子表示),電流表A1的內(nèi)阻為______(用含k、b的式子表示)。
四、計算題:本大題共3小題,共30分。
13.如圖所示,一根一端封閉、粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管AB開口向上,豎直放置,管內(nèi)用高h(yuǎn)=44cm的水銀柱封閉了一段長L=71cm的空氣柱(可視為理想氣體)。已知外界大氣壓強(qiáng)為p0=76cmHg,封閉氣體的溫度為t1=27°C,重力加速度g取10m/s2。
(1)溫度不變,玻璃管以0.5g的加速度豎直向上加速運動,求穩(wěn)定后玻璃管中封閉空氣柱的長度;
(2)若將玻璃管緩慢倒置且溫度緩慢降到t3=?33°C,無水銀溢出,則玻璃管至少多長。
14.如圖甲所示,半徑為R=0.8m的光滑14圓弧軌道AB固定在光滑水平地面上,A點與圓心O等高,圓弧軌道與放在地面上質(zhì)量為M=1.0kg的長木板上表面相切于B點,距木板右側(cè)距離為x的一處固定彈性擋板?,F(xiàn)將質(zhì)量m=3.0kg的小物塊從A點由靜止釋放,小物塊從B點離開圓弧后滑上長木板,一段時間后長木板與右側(cè)彈性擋板發(fā)生第一次彈性碰撞(碰撞時間忽略不計),第一次碰撞完瞬間開始的38s內(nèi)物塊的v?t圖像如圖乙所示,小物塊始終沒有滑離長木板。重力加速度g=10m/s2,求:
(1)小物塊滑至圓弧末端B點時對圓弧的壓力大?。?br>(2)x的大小應(yīng)滿足什么條件;
(3)長木板的最小長度。
15.如圖所示,在真空中的坐標(biāo)系中,第二象限內(nèi)有邊界互相平行且寬度均為d的六個區(qū)域,交替分布著方向豎直向下的勻強(qiáng)電場和方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,調(diào)節(jié)電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小,可以控制飛出的帶電粒子的速度大小及方向。現(xiàn)將質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子在邊界P處由靜止釋放,粒子恰好以速度大小為v且與y軸負(fù)方向的夾角為θ=53°從坐標(biāo)原點進(jìn)入x>0區(qū)域,在x>0的區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為mvqd、方向沿x軸正方向的勻強(qiáng)磁場B,不計粒子重力。已知:sin53°=0.8,cs53°=0.6,求:
(1)第二象限中電場強(qiáng)度大小E0和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0;
(2)粒子在x>0的區(qū)域運動過程中,距離x軸的最大距離;
(3)粒子在x>0的區(qū)域運動過程中,粒子每次經(jīng)過x軸時的橫坐標(biāo)。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】解:A.該聚變的核反應(yīng)方程是 12H+13H→24He+01n,故A錯誤;
B.核子結(jié)合成原子核的時候會發(fā)生質(zhì)量虧損,原子核質(zhì)量小于組成它的核子質(zhì)量之和,故B錯誤;
C. 13H的比結(jié)合能小于 24He的比結(jié)合能,故C錯誤;
D.核聚變反應(yīng)是較輕的核子聚合成較重的核子,要使得核子的強(qiáng)相互作用發(fā)揮作用,必須使核子間接近到發(fā)生相互作用的距離,約為10?15m,要達(dá)到這個目的必須加熱原子核,使得原子核的溫度達(dá)到幾百萬攝氏度,這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)聚變,所以實現(xiàn)核聚變的難點是地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受熱核反應(yīng)所需的溫度,為了實現(xiàn)可控核聚變,科學(xué)家設(shè)想的解決方是磁約束和慣性約束,故D正確。
故選:D。
根據(jù)核反應(yīng)書寫規(guī)則,質(zhì)量虧損和比結(jié)合能,輕核聚變的發(fā)生和控制等知識進(jìn)行分析解答。
考查核反應(yīng)書寫規(guī)則,質(zhì)量虧損和比結(jié)合能,輕核聚變的發(fā)生和控制等知識,會根據(jù)題意進(jìn)行準(zhǔn)確分析解答。
2.【答案】C
【解析】解:設(shè)手移動的平均速率至少v,由題可得,手的移動的時間
t=OP+PQv=0.3+0.5v=0.8v
取豎直向上為正方向,根據(jù)豎直上拋的規(guī)律可知
?h=v0t?12gt2
又
h=40cm=0.4m
v0=1m/s
聯(lián)立解得
v=2m/s
故ABD錯誤,C正確。
故選:C。
先求出手沿如圖乙所示軌跡運動的時間,小石子做豎直向上拋出運動,再根據(jù)時間相等的關(guān)系,應(yīng)用運動學(xué)公式求解。
本題考查的是豎直上拋運動和勻速直線運動的綜合應(yīng)用。關(guān)鍵在于抓住時間相等的關(guān)系,結(jié)合運動學(xué)公式進(jìn)行求解。
3.【答案】D
【解析】解:A、空間站繞地球穩(wěn)定飛行時,由萬有引力提供向心力,處于完全失重狀態(tài),所以斑馬魚只受萬有引力作用,不受浮力作用,故A錯誤;
B、地球第一宇宙速度是衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的最大線速度,可知空間站繞地飛行速度小于第一宇宙速度,故B錯誤;
C、在地球表面上,根據(jù)萬有引力等于重力,有
GMmR2=mg
即有GM=gR2
空間站繞地球做勻速圓周運動,根據(jù)萬有引力提供向心力有
GMmr2=mv2r
聯(lián)立解得空間站的速度大小為v=R gr,故C錯誤;
D、質(zhì)量為m的金魚藻在空間站所受萬有引力的大小為
F=GMmr2
結(jié)合GM=gR2,解得金魚藻在空間站所受萬有引力的大小為F=(Rr)2mg,故D正確。
故選:D。
空間站繞地球穩(wěn)定飛行時,處于完全失重狀態(tài),斑馬魚只受萬有引力。根據(jù)第一宇宙速度的意義分析空間站繞地球飛行速度與第一宇宙速度的關(guān)系。根據(jù)萬有引力提供向心力結(jié)合萬有引力等于重力,來求解空間站運行的速度大小。根據(jù)萬有引力定律求求金魚藻在空間站所受萬有引力的大小。
本題是衛(wèi)星類型問題,常用的思路是萬有引力大小等于重力大小,以及萬有引力提供向心力。
4.【答案】A
【解析】解:A、設(shè)物體重力為mg,當(dāng)箱子處于靜止?fàn)顟B(tài)時,物體恰好靜止不動,彈簧的伸長量為x,由胡克定律和平衡條件得
kx=mgsinα
使箱子水平向右做勻減速直線運動,加速度水平向左,設(shè)加速度為a,在沿斜面方向根據(jù)牛頓第二定律可得
mgsinα?kx′=macsα
可知
x′x
故C錯誤;
B、使箱子做自由落體運動,箱子處于完全失重狀態(tài),則彈簧處于原長,故B錯誤;
D、給物體m施加豎直向下的外力,彈簧伸長量變大,故D錯誤。
故選:A。
當(dāng)箱子處于靜止?fàn)顟B(tài)時,受力平衡,根據(jù)胡克定律和平衡條件列式可得x的表達(dá)式,箱子水平向右做勻減速直線運動,根據(jù)牛頓第二定律可得x′的表達(dá)式,對比即可;使箱子做自由落體運動,箱子處于完全失重狀態(tài),彈力為零;箱子豎直向上做勻加速直線運動,根據(jù)牛頓第二定律可得x′的表達(dá)式,對比即可;給物體m施加豎直向下的外力,彈簧伸長量變大。
本題考查了牛頓第二定律,關(guān)鍵要分析物體恰好靜止不動,彈簧的伸長量x表達(dá)式,再根據(jù)牛頓第二定律列式比較,題型新穎。
5.【答案】C
【解析】解:A、光纖通信應(yīng)用了光的全反射,所以外套的折射率小于內(nèi)芯的折射率,故A錯誤;
B、若α=45° 時,單色光剛好不從內(nèi)芯射出,則光路圖如圖甲所示:
根據(jù)折射定律可得:n=sinαsinr=sin45°sinr,臨界角為:sinC=1n,根據(jù)幾何關(guān)系有:C+r=90°,則光導(dǎo)纖維的折射率為n= 62,故B錯誤;
C、光在內(nèi)芯傳播的路程為:x=Lsinθ=nL,光的傳播速度大小為:v=cn,則光在內(nèi)芯中的傳播時間為:t=xv=n2Lc=3L2c,故C正確;
D、如圖乙所示,光能在內(nèi)芯中正常傳播的臨界條件是沿著90°方向從端面射入后,剛好在界面上能發(fā)生全反射,此時折射率為:n=sin90°sin45°=1 22= 20的區(qū)域運動過程中,距離x軸的最大距離為65d;
粒子在x>0的區(qū)域運動過程中,粒子每次經(jīng)過x軸時的橫坐標(biāo)為x=85πnd(n=1,2,3?)。
【解析】解:(1)粒子從P點到O點的過程中,只有電場力做功,洛倫茲力不做功,則由動能定理可知:3qE0d=12mv2
解得第二象限中電場強(qiáng)度大?。篍0=mv26qd
粒子在經(jīng)過磁場時,以+x方向為正方向,水平方向由動量定理:∑qB0vyt=∑mΔvx
整理求和得到:qB0×3d=mvsin53°
解得磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為:B0=4mv15qd
(2)粒子經(jīng)過O點時,沿y軸負(fù)方向的分速度大小為:vy=vcsθ
沿x軸正方向的分速度大小為:vx=vsinθ
沿y軸負(fù)方向的分速度vy使粒子在垂直紙面的平面內(nèi)左勻速圓周運動,由洛倫茲力提供向心力可知:qvyB=mvy2r
代入解得:r=35d
粒子做圓周運動距x軸的最大距離為:L=2r=65d
(3)粒子在x>0的區(qū)域內(nèi)做圓周運動的周期為:T=2πmqB=2πdv
粒子在x>0的區(qū)域內(nèi)沿x軸方向做勻速直線運動,粒子在一個周期內(nèi)沿x軸正方向運動的距離為:Δx=vxT
粒子在x>0的區(qū)域內(nèi)每次經(jīng)過x軸時的橫坐標(biāo)為:x=n?Δx(n=1,2,3…)
解得粒子在x>0的區(qū)域運動過程中,粒子每次經(jīng)過x軸時的橫坐標(biāo)為:x=85πnd(n=1,2,3?)
答:(1)第二象限中電場強(qiáng)度大小E0為mv26qd,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0為4mv15qd;
(2)粒子在x>0的區(qū)域運動過程中,距離x軸的最大距離為65d;
(3)粒子在x>0的區(qū)域運動過程中,粒子每次經(jīng)過x軸時的橫坐標(biāo)為x=85πnd(n=1,2,3?)。
(1)粒子從P到Q,電場力做正功,洛倫茲力不做功,由動能定理和動量定理求解電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?br>(2)對O點的速度進(jìn)行分解,用配速法做,由洛倫茲力提供向心力進(jìn)行求最大距離;
(3)由運動的分解,在x軸正方向做勻速直線運動,由位移公式求與x軸的交點坐標(biāo)。
對于帶電粒子在磁場中的運動情況分析,一般是確定圓心位置,根據(jù)幾何關(guān)系求半徑,結(jié)合洛倫茲力提供向心力求解未知量。
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