一、單項(本題共5小題,每小題3分,共計15分.每小題只有一個選項符合題意)
1.物理學(xué)中有許多物理量的定義,可用公式來表示,不同的概念定義的方法不一樣,下列四個物理量中,定義法與其他物理量不同的一組是( ).
A.導(dǎo)體的電阻R=ρlS B.電場強度E=Fq
C.電場中某點的電勢φ=Epq D.磁感應(yīng)強度B=FIL
解析 R=ρlS是導(dǎo)體電阻的決定式,R與長度l成正比,與橫截面積S成反比;電場強度、電勢、磁感應(yīng)強度都是比值法定義的物理量,只決定于電場或磁場本身的性質(zhì),與試探電荷、電流元及受力等無關(guān),故選A項.
答案 A
2. (原創(chuàng)題)如圖1所示,物體A靠在豎直墻面上,在力F作用下,A、B保持靜止,則物體A的受力個數(shù)為( ).
A.2 B.3
C.4 D.5
圖1
解析 先以A、B整體為研究對象,因為A、B保持靜止,所以豎直墻壁對A有豎直向上的靜摩擦力F″和水平向右的彈力F′.再以B為研究對象,其受力情況如圖乙所示,即要保持物體B平衡,B應(yīng)受到重力、壓力F、A對B的靜摩擦力的作用,同時,B還應(yīng)受到A對B的彈力作用.以A為研究對象,還受重力、B的彈力和靜摩擦力作用,A的受力圖如圖甲所示,所以選項D正確.
答案 D
3.如圖2所示,邊長相等的正方形導(dǎo)體框與正方形勻強磁場區(qū)的對角線在同一水平線上,導(dǎo)體框沿水平方向勻速通過垂直于紙面向外的磁場區(qū),導(dǎo)體框中的電流隨時間變化關(guān)系正確的是(順時針方向電流為正)( ).
圖2
答案 A
4.(2014?浙江卷,16) 如圖3所示,鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n1=800匝和n2=200匝的兩個線圈,上線圈兩端與u=51sin 314t V的交流電源相連,將下線圈兩端接交流電壓表,則交流電壓表的讀數(shù)可能是( ).
A.2.0 V B.9.0 V
C.12.7 V D.144.0 V
圖3
解析 由U1n1=U2n2得U2=n2U1n1,其中U1=512 V,得U2=5142 V≈9.0 V,因此題中兩線圈并非處于理想狀態(tài),會出現(xiàn)漏磁,所以交流電壓表的讀數(shù)小于9.0 V,故選項A正確.
答案 A
5.(2014?福建卷,13)“嫦娥二號”是我國月球探測第二期工程的先導(dǎo)星.若測得“嫦娥二號”在月球(可視為密度均勻的球體)表面附近圓形軌道運行的周期為T,已知引力常量為G,半徑為R的球體體積公式V=43πR3,則可估算月球的( ).
A.密度 B.質(zhì)量 C.半徑 D.自轉(zhuǎn)周期
解析 對“嫦娥二號”由萬有引力提供向心力可得:GMmR2=m4π2T2R,故月球的質(zhì)量M=4π2R3GT2,因“嫦娥二號”為近月衛(wèi)星,故其軌道半徑為月球的半徑R,但由于月球半徑未知,故月球質(zhì)量無法求出,月球質(zhì)量未知,則月球的半徑R也無法求出,故B、C項均錯;月球的密度ρ=MV=4π2R3GT243πR3=3πGT2,故A正確.
答案 A
二、多項(本題共4小題,每小題4分,共計16分.每小題有多個選項符合題意.全部選對得4分,選對但不全的得2分,錯選或不答的得0分)
圖4
6.M,N兩金屬板豎直放置,使其帶電,懸掛其中的帶電小球P如圖4偏離豎直方向.下列哪一項措施會使OP懸線與豎直方向的夾角增大?(P球不與金屬極板接觸)( ).
A.增大MN兩極板間的電勢差
B.增大MN兩極板的帶電量
C.保持板間間距不變,將M,N板一起向右平移
D.保持板間間距不變,將M,N板一起向左平移
解析 小球受向右的電場力處于平衡狀態(tài).增大兩板間的電勢差則電場強度增大,電場力增大,小球向右偏角增大,A對;增大電容器的帶電量則兩板間電勢差增大,場強增大,電場力增大,偏角增大,B錯;C、D中場強不會變化,偏角不變,故C、D錯.
答案 AB
7.(2014?蘇錫常鎮(zhèn)二調(diào),9)如圖5所示,水平地面的上空有一架飛機在進行投彈訓(xùn)練,飛機沿水平方向做勻加速直線運動.當飛機飛經(jīng)觀察點B點正上方A點時投放一顆炸彈,經(jīng)時間T炸彈落在觀察點B正前方L1處的C點,與此同時飛機投放出第二顆炸彈,最終落在距觀察點B正前方L2處的D點,且L2=3L1,空氣阻力不計.以下說法正確的有( ).
圖5
A.飛機第一次投彈時的速度為L1T
B.飛機第二次投彈時的速度為2L1T
C.飛機水平飛行的加速度為L1T2
D.兩次投彈時間間隔T內(nèi)飛機飛行距離為4L13
解析 由運動學(xué)規(guī)律可知第一次投彈時的速度v1=L1T,故A正確.設(shè)飛機加速度為a,第二次投彈時的速度為v2,由勻變速運動規(guī)律可知:v1T+12aT2=L2-(v1+aT)T,而L2=3L1,得a=2L13T2,故C錯誤.v2=v1+aT=5L13T,故B錯誤.兩次投彈間隔T內(nèi)飛機飛行距離s=v1?T+12aT2=4L13,故D正確.
答案 AD
8.(2014?北京西城區(qū))如圖6所示平面直角坐標系的第Ⅰ象限內(nèi)有一勻強磁場垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以速度v從O點沿著與y軸夾角為30°的方向進入磁場,運動到A點時速度方向與x軸的正方向相同,不計粒子的重力,則( ).
圖6
A.該粒子帶正電
B.A點與x軸的距離為mv2qB
C.粒子由O到A經(jīng)歷時間t=πm3qB
D.運動過程中粒子的速度不變
解析 根據(jù)粒子的運動方向,由左手定則判斷可知粒子帶負電,A項錯;運動過程中粒子做勻速圓周運動,速度大小不變,方向變化,D項錯;粒子做圓周運動的半徑R=mvqB,周期T=2πmqB,從O點到A點速度的偏向角為60°,即運動了16T,所以由幾何知識求得點A與x軸的距離為mv2qB,粒子由O到A經(jīng)歷時間t=πm3qB,B、C兩項正確.
答案 BC
9.(2014?江蘇連云港)水平傳送帶被廣泛地應(yīng)用于機場和火車站,用于對旅客的行李進行安全檢查.如圖7為一水平傳送帶裝置示意圖,緊繃的傳送帶AB始終保持v= 1 m/s的恒定速率運行.旅客把行李無初速度地放在A處,設(shè)行李與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ=0.1,A、B間的距離為2 m,g取10 m/s2.若乘客把行李放到傳送帶的同時也以v=1 m/s的恒定速度平行于傳送帶運動去取行李,則( ).
圖7
A.乘客與行李同時到達B
B.乘客提前0.5 s到達B
C.行李提前0.5 s到達B
D.若傳送帶速度足夠大,行李最快也要2 s才能到達B
解析 行李放在傳送帶上,傳送帶對行李的滑動摩擦力使行李開始做勻加速直線運動,隨后行李又以與傳送帶相等的速率做勻速直線運動.加速度a=μg=1 m/s2,歷時t1=va=1 s達到共同速度,位移x1=v2t1=0.5 m,此后勻速運動t2=2m-x1v=1.5 s到達B,共用2.5 s.乘客到達B,歷時t=2 mv=2 s,故B正確.若傳送帶速度足夠大,行李一直加速運動時間最短,最短時間tmin= 2×2 ma=2 s.
答案 BD
三、簡答題(本題分必做題(第10、11題)和選做題(第12題)兩部分,共計42分)
10.(6分)如圖8所示,為測量作勻加速直線運動小車的加速度,將寬度均為b的擋光片A、B固定在小車上,測得二者間距為d.
(1)當小車勻加速經(jīng)過光電門時,測得兩擋光片先后經(jīng)過的時間Δt1和Δt2,則小車加速度a=________.
(2)(多選題)為減小實驗誤差,可采取的方法是( ).
A.增大兩擋光片寬度b
B.減小兩擋光片寬度b
C.增大兩擋光片間距d
D.減小兩擋光片間距d
圖8
解析 (1)將擋光片通過光電門時的平均速度作為該時刻小車的瞬時速度有:vA=bΔt1,vB=bΔt2.再由v2B-v2A=2ad可得結(jié)果.
(2)擋光片的寬b越窄,擋光片通過光電門時的時間越短,測得的平均速度越接近該時刻的瞬時速度,A錯誤,B正確.兩擋光片之間的距離越大,測量d時相對誤差就越小,故C正確,D錯誤.
答案 (1)b22d1?Δt2?2-1?Δt1?2 (2)BC
11.(12分)(2014?上海單科,29)實際電流表有內(nèi)阻,可等效為理想電流表與電阻的串聯(lián).測量實際電流表G1內(nèi)阻r1的電路如圖9所示.供選擇的儀器如下:①待測電流表G1(0~5 mA,內(nèi)阻約300 Ω),②電流表G2(0~10 mA,內(nèi)阻約100 Ω),③定值電阻R1(300 Ω),④定值電阻R2(10 Ω),⑤滑動變阻器R3(0~1 000 Ω),⑥滑動變阻器R4(0~20 Ω),⑦干電池(1.5 V),⑧開關(guān)S及導(dǎo)線若干.
圖9
(1)定值電阻應(yīng)選________,滑動變阻器應(yīng)選________.(在空格內(nèi)填寫序號)
(2)用連線連接實物圖.
(3)補全實驗步驟:
①按電路圖連接電路,________;
②閉合開關(guān)S,移動滑動觸頭至某一位置,記錄G1、G2的讀數(shù)I1、I2;
③________________________________________________________________________;
圖10
④以I2為縱坐標,I1為橫坐標,作出相應(yīng)圖線,如圖10所示.
(4)根據(jù)I2I1圖線的斜率k及定值電阻,寫出待測電流表內(nèi)阻的表達式________.
解析 (1)根據(jù)電路的原理圖,定值電阻應(yīng)適當大一些,滑動變阻器采用分壓接法時,應(yīng)選用阻值適當小一些的變阻器
(2)連線時要注意電表的正負接線柱不能接反
(3)略
(4)根據(jù)串、并聯(lián)電路規(guī)律可知:I2=I1+I1r1R1=R1+r1R1I1,所以k=R1+r1R1,所以r1=(k-1)R1.
答案 (1)③、
(2)如圖
(3)①將滑動觸頭移至最左端、鄱啻我苿踊瑒佑|頭,記錄相應(yīng)的G1、G2讀數(shù)I1、I2
(4)r1=(k-1)R1
12.A(選修模塊33)(12分)
(1)物質(zhì)是由大量分子組成的,分子直徑的數(shù)量級一般是________ m.能說明分子都在永不停息地做無規(guī)則運動的實驗事實有________(舉一例即可).在兩分子間的距離由v0(此時分子間的引力和斥力相互平衡,分子作用力為零 )逐漸增大的過程中,分子力的變化情況是________(填“逐漸增大”“逐漸減小”“先增大后減小”或“先減小后增大”).
(2)一定質(zhì)量的理想氣體,在保持溫度不變的情況下,如果增大氣體體積,氣體壓強將如何變化?請你從分子動理論的觀點加以解釋.如果在此過程中氣體對外界做了900 J的功,則此過程中氣體是放出熱量還是吸收熱量?放出或吸收多少熱量?(簡要說明理由)
解析 (1)略.
(2)一定質(zhì)量的氣體,溫度不變時,分子的平均動能一定,氣體體積增大,分子的密集程度減小,所以氣體壓強減小.
一定質(zhì)量的理想氣體,溫度不變時,內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,當氣體對外做功時氣體一定吸收熱量,吸收的熱量等于氣體對外做的功,即900 J.
答案 (1)10-10 布朗運動(或擴散現(xiàn)象) 先增大后減小 (2)見解析
B(選修模塊34)(12分)
(1)一列簡諧橫波在t=0時的波形圖如圖11所示.介質(zhì)中x=2 m處的質(zhì)點P沿y軸方向做簡諧運動的表達式為y=10sin(5πt)cm.關(guān)于這列簡諧波,下列說法正確的是________(填入正確選項前的字母)
圖11
A.周期為4.0 s B.振幅為20 cm
C.傳播方向沿x軸正向 D.傳播速度為10 m/s
圖12
(2)某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率.開始玻璃磚的位置如圖12中實線所示,使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上,該直線垂直于玻璃磚的直徑邊,然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動,同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像,且P2的像擋住P1的像.如此觀察,當玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時,上述現(xiàn)象恰好消失.此時只須測量出________,即可計算玻璃磚的折射率.請用你的測量量表示出折射率n=________.
解析 (1)由波形圖可知振幅A=10 cm,波長λ=4 m;由y=10sin(5πt)cm可知,ω=5π,根據(jù)ω=2πT得簡諧運動的周期T=2πω=2π5π s=0.4 s;根據(jù)v=λT,得波速v=λT=40.4 m/s=10 m/s,根據(jù)y=10sin(5πt)cm知,t=T4=0.1 s時,y=10 cm,即質(zhì)點P位于波峰處,所以t=0時刻時P點向上振動,根據(jù)振動方向和波傳播方向的關(guān)系知該波沿x軸正向傳播,綜上所述C、D正確.
(2)光線指向圓心入射時不改變傳播方向,恰好觀察不到P1、P2的像時發(fā)生全反射,測出玻璃磚直徑繞O點轉(zhuǎn)過的角度θ,此時入射角θ即為全反射臨界角,由sin θ=1n得n=1sin θ.
答案 (1)CD (2)玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度θ 1sin θ
C(選修模塊3-5)(12分)
(1)太陽能是由太陽內(nèi)部熱核反應(yīng)所釋放出的光能、熱能及輻射能量所組成.它每年輻射到地球上的能量達1 813億噸標準煤,相當于全世界年需要能量總和的5 000倍,是地球上最大的能源.太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)方程為21H+31H→42He+10n,若已知21H的質(zhì)量為m1,31H的質(zhì)量為m2,42He的質(zhì)量為m3,中子質(zhì)量為m4,下列說法正確的是( ).
A.21H和31H是兩種不同元素的原子核
B.21H和31H在常溫下就能夠發(fā)生反應(yīng)
C.這個反應(yīng)釋放核能為ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2
D.這個反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為Δm=m1+m2-m3
(2)兩磁鐵各固定放在一輛小車上,小車能在水平面上無摩擦地沿同一直線運動.已知甲車和磁鐵的總質(zhì)量為0.5 kg,乙車和磁鐵的總質(zhì)量為1.0 kg.兩磁鐵的N極相對,推動一下,使兩車相向運動.某時刻甲的速率為2 m/s,乙的速率為3 m/s,方向與甲相反.兩車運動過程中始終未相碰,則兩車最近時,乙的速度為多大?
解析 (2)兩車相距最近時,兩車的速度相同,設(shè)該速度為v,取乙車的速度方向為正方向.由動量守恒定律得
m乙v乙-m甲v甲=(m甲+m乙)v
所以兩車最近時,乙車的速度為
v=m乙v乙-m甲v甲m甲+m乙=43 m/s.
答案 (1)C (2)43 m/s
四、(本題共3小題,共計47分.解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟.只寫出最后答案的不能得分.有數(shù)值計算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位.)
13.(15分)(2014?江蘇揚州一模)一光滑金屬導(dǎo)軌如圖13所示,水平平行導(dǎo)軌MN、ST相距l(xiāng)=0.5 m,豎直半圓軌道NP、TQ直徑均為D=0.8 m.軌道左端用阻值R=0.4 Ω的電阻相連.水平導(dǎo)軌的某處有一豎直向上、磁感應(yīng)強度B=0.06 T的勻強磁場.光滑金屬桿ab質(zhì)量m=0.2 kg、電阻r=0.1 Ω,當它以5 m/s的初速度沿水平導(dǎo)軌從左端沖入磁場后恰好能到達豎直半圓軌道的最高點P、Q.設(shè)金屬桿ab與軌道接觸良好,并始終與導(dǎo)軌垂直,導(dǎo)軌電阻忽略不計.取g=10 m/s2,求金屬桿:
(1)剛進入磁場時,通過金屬桿的電流大小和方向;
(2)到達P、Q時的速度大。
(3)沖入磁場至到達P、Q點的過程中,電路中產(chǎn)生的焦耳熱.
圖13
解析 (1)因為E=Blv
I=ER+r
所以I=BlvR+r=0.06×0.5×50.4+0.1A=0.3 A方向a→b.
(2)恰能到達豎直軌道最高點,金屬桿所受的重力提供向心力mg=mv2D2
所以v=gD2=10×0.4 m/s=2 m/s.
(3)根據(jù)能量守恒定律,電路中產(chǎn)生的焦耳熱
Q=12mv 20-12mv 2-mgh
所以Q=12×0.2×52-12×0.2×22-0.2×10×0.8J=0.5 J.
答案 (1)0.3 A 方向a→b
(2) 2 m/s (3)0.5 J
14.(16分)如圖14所示,斜面體固定在水平面上,斜面光滑,傾角為θ,斜面底端固定有與斜面垂直的擋板,木板下端離地面高H,上端放著一個小物塊.木板和物塊的質(zhì)量均為m,相互間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力kmgsin θ(k>1),斷開輕繩,木板和物塊沿斜面下滑.假設(shè)木板足夠長,與擋板發(fā)生碰撞時,時間極短,無動能損失,空氣阻力不計.求:
圖14
(1)木板第一次與擋板碰撞彈起上升過程中,物塊的加速度;
(2)從斷開輕繩到木板與擋板第二次碰撞的瞬間,木板運動的路程s;
(3)從斷開輕繩到木板和物塊都靜止,摩擦力對木板及物塊做的總功W.
解析 (1)設(shè)木板第一次上升過程中,物塊的加速度為a物塊
由牛頓第二定律kmgsin θ-mgsin θ=ma物塊
解得a物塊=(k-1)gsin θ,方向沿斜面向上.
(2)設(shè)以地面為零勢能面,木板第一次與擋板碰撞時的速度大小為v1
由機械能守恒得:12×2mv21=2mgH
解得v1=2gH
設(shè)木板彈起后的加速度為a板,由牛頓第二定律得:
a板=-(k+1)gsin θ
木板第一次彈起的最大路程s1=-v212a板=H?k+1?sin θ
木板運動的路程s=Hsin θ+2s1=?k+3?H?k+1?sin θ.
(3)設(shè)物塊相對木板滑動距離為L
根據(jù)能量守恒mgH+mg(H+Lsin θ)=kmgsin θL
摩擦力對木板及物塊做的總功W=-kmgsin θL
解得W=-2kmgHk-1.
答案 (1)(k-1)gsin θ 沿斜面向上 (2)?k+3?H?k+1?sin θ (3)-2kmgHk-1
15.(16分)如圖15所示,兩平行金屬板M、N長度為L,兩金屬板間距為33L.直流電源的電動勢為E,內(nèi)阻不計.位于金屬板左側(cè)中央的粒子源O可以沿水平方向向右連續(xù)發(fā)射電荷量為+q、質(zhì)量為m的帶電粒子,帶電粒子的質(zhì)量不計,射入板間的粒子速度均為v0= 3qEm.在金屬板右側(cè)有一個垂直紙面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B.
圖15
(1)將變阻器滑動頭置于a端,試求帶電粒子在磁場中運動的時間.
(2)將變阻器滑動頭置于b端,試求帶電粒子射出電場的位置.
(3)將變阻器滑動頭置于b端,試求帶電粒子在磁場中運動的時間.
解析 (1)將變阻器滑動頭置于a端,兩極板M、N間的電勢差為零,帶電粒子不會發(fā)生偏轉(zhuǎn).帶電粒子在磁場中轉(zhuǎn)動半周離開磁場,運動時間為t1=12×2πmqB=πmqB.
(2)將滑動變阻器滑動頭置于b端,帶電粒子向上偏轉(zhuǎn).帶電粒子在電場中做類平拋運動,L=v0t,y=12qEm33Lt2,將v0= 3qEm代入得,y=36L.帶電粒子射出電場的位置為M板的上邊緣.
(3)帶電粒子射出電場時速度與水平方向夾角的正切tan θ=36L12L=33,所以θ=30°.帶電粒子的運動時間為t2=23×2πmqB=4πm3qB.
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