2024届北京市西城区高三下学期统一测试(一模)物理试卷

2024届北京市西城区高三下学期统一测试(一模)物理试卷
1.(2024高三下·西城模拟)用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝,在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于光的(  )
A.衍射现象 B.干涉现象 C.偏振现象 D.全反射现象
【答案】B
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】光的干涉现象的发现:光的干涉现象是波动独有的特征,如果光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象。1801年,英国物理学家托马斯 杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉。用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝,在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于双缝干涉现象,即属于光的干涉。
故选B。
【分析】 频率相同的两列光波叠加时,某些区域的光相互加强,某些区域相互削弱,得到明暗相间的条纹,这就是光的干涉现象。
2.(2024高三下·西城模拟)100年前,卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X,后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想,该核反应方程为:,则(  )
A.,,X是中子 B.,,X是电子
C.,,X是中子 D.,,X是电子
【答案】A
【知识点】原子核的人工转变
【解析】【解答】本题考查了判断粒子类型问题,知道核反应过程质量数与核电荷数守恒是解题的前提与关键。根据电荷数和质量数守恒,则有

解得
m=1,n=0
故X是中子
故选A。
【分析】核反应过程质量数与核电荷数守恒,根据核反应方程式求出m、n的大小,然后判断粒子的类型。
3.(2024高三下·西城模拟)将一只压瘪的乒乓球放到热水中,发现乒乓球会恢复原状。在这个过程中,关于乒乓球内被封闭的气体,下列说法正确的是(  )
A.气体分子的平均动能不变
B.所有分子的运动速度都变大
C.气体吸收的热量大于其对外做的功
D.气体吸收的热量等于其增加的内能
【答案】C
【知识点】热力学第一定律及其应用;温度和温标
【解析】【解答】A.当压瘪的乒乓球放到热水中时,乒乓球内被封闭的气体会受热膨胀,温度升高。温度是分子平均动能的标志,温度升高意味着分子平均动能增大。因此,选项A“气体分子的平均动能不变”是错误的,选项A错误;
B.根据气体分子速率分布的特点可知,温度升高时,气体分子的平均速率将增大,并不是所有分子的运动速率都变大,选项B错误;
CD.乒乓球恢复原状的过程中,气体温度升高,内能增加,同时对外做功,根据热力学第一定律
可知,气体吸收热量,且气体吸收的热量大于其对外做的功,大于其增加的内能,选项C正确,D错误。
故选C。
【分析】温度是分子平均动能的标志结合热力学第一定律分析判断。
4.(2024高三下·西城模拟)一列简谐横波沿x轴传播,在时的波形如图所示。已知处的质点P的位移y随时间t变化的关系式为。下列说法正确的是(  )
A.这列波的波长 B.质点P此刻速度为零
C.这列波沿x轴负方向传播 D.这列波的波速为10m/s
【答案】D
【知识点】横波的图象;波长、波速与频率的关系
【解析】【解答】A.图所示为一横波的图象。纵坐标表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移,横坐标表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置。它反映了在波传播的过程中,某一时刻介质中各质点的位移在空间的分布。简谐波的图象为正弦(或余弦)曲线。由图可知这列波的波长
故A错误;
B.由图可知,质点P此刻处于平衡位置,速度不为零,故B错误;
C.根据质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为
可知下一时刻,P质点将向y轴正方向振动,根据同侧法,可知该波沿x轴正方向传播,故C错误;
D.机械振动问题中,一般根据振动图或质点振动方程得到周期、质点振动方向;再根据波形图得到波长和波的传播方向,从而得到波速。这列波的波速为

联立解得
故D正确。
故选D。
【分析】根据质点P的振动方程得到周期和质点振动方向,从而由图得到波的传播方向;根据波形图得到波长,即可求得波速。
5.(2024高三下·西城模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,原线圈接220V的正弦交流电源,副线圈接的负载电阻,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(  )
A.电流表的示数为4.0A
B.电压表的示数为31.1V
C.若负载电阻的阻值减小,电压表的示数减小
D.若负载电阻的阻值减小,变压器的输入功率增大
【答案】D
【知识点】电功率和电功;变压器原理
【解析】【解答】AB.根据
分析电压表示数,根据欧姆定律分析电流表示数;原线圈接220V的正弦交流电源,根据理想变压器原、副线圈电压表等于匝数比
可得副线圈的输出电压为
则电压表的示数为22V,根据欧姆定律可得
故AB错误;
C.根据电源电压不变和
分析电压表示数,根据
分析输入功率。电压表的示数由原线圈电压和线圈匝数之比决定,则若负载电阻的阻值减小,电压表的示数不变,故C错误;
D.若负载电阻减小,根据
可知副线圈的输出功率变大,原线圈的输入功率也变大,故D正确。
故选D。
【分析】本题考查了变压器的原理,解题的关键是知道电源电压不变,线圈匝数不变,则副线圈电压不变。
6.(2024高三下·西城模拟)2023年,我国首颗超低轨道实验卫星“乾坤一号”发射成功。“乾坤一号”是一颗绕地球做圆周运动的近地卫星。关于它的运动,下列说法正确的是(  )
A.角速度大于地球自转的角速度
B.线速度大于地球的第一宇宙速度
C.线速度小于地球表面物体随地球自转的线速度
D.向心加速度小于地球表面的物体随地球自转的向心加速度
【答案】A
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】ACD.根据万有引力提供向心力,向心力公式分别用角速度、线速度等参数表示,再结合线速度与角速度之间关系以及向心加速度与角速度之间关系即可分析各个选项。卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力可得
可得
,,
可知“乾坤一号”的角速度、线速度和向心加速度均大于同步卫星的角速度、线速度和向心加速度;同步卫星的角速度等于地球自转角速度,根据

则同步卫星的线速度大于地球表面物体随地球自转的线速度,同步卫星的向心加速度大于地球表面的物体随地球自转的向心加速度;则“乾坤一号”的角速度大于地球自转的角速度,线速度大于地球表面物体随地球自转的线速度,向心加速度大于地球表面的物体随地球自转的向心加速度,故A正确,CD错误;
B.“乾坤一号”是一颗绕地球做圆周运动的近地卫星,则线速度等于地球的第一宇宙速度,第一宇宙速度为卫星环绕地球表面运行的速度,也是绕地球做匀速圆周运动的最大速度.第一宇宙速度为使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度.故B错误。
故选A。
【分析】根据万有引力提供向心力以及向心力公式分别用不同的参数表示等知识点灵活应用,解题过程需要正确选择公式。
7.(2024高三下·西城模拟)如图是采用动力学方法测量空间站质量的原理图。已知飞船的质量为m,其推进器工作时飞船受到的平均推力为F。在飞船与空间站对接后,推进器工作时间为,测出飞船和空间站的速度变化为。下列说法正确的是(  )
A.空间站的质量为
B.空间站的质量为
C.飞船对空间站的作用力大小为F
D.飞船对空间站的作用力大小一定为
【答案】B
【知识点】牛顿运动定律的应用—连接体
【解析】【解答】
AB.设空间站质量为M,将飞船和空间站视为整体,对整体而言在F的作用下速度发生变化。 注意整体法和隔离法的应用,利用整体法减少内力的分析过程。 由题知,在飞船与空间站对接后,推进器工作 t时间内,飞船和空间站速度变化为 v,则飞船与空间站的加速度

联立解得
故A错误,B正确;
CD.设飞船与空间站间的作用力大小为,对飞船由牛顿第二定律有
解得
故CD错误。
故选B。
【分析】利用整体法,结合加速度定义式可求出空间站的质量;通过牛顿第二定律得分析,结合题干信息判断作用力是否可以直接求出。
8.(2024高三下·西城模拟)如图所示,点电荷Q周围的三个等势面是同心圆,等势面上的点A、B、C在同一条电场线上,且。现将一电荷量为的试探电荷从A点由静止释放,试探电荷只受静电力作用,则(  )
A.该电荷沿着电场线做匀加速直线运动
B.该电荷在AB段动能的增量小于BC段动能的增量
C.该电荷在AB段电势能的减少量大于BC段电势能的减少量
D.该电荷在AB段运动的时间小于BC段运动的时间
【答案】C
【知识点】电势能;带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【解答】A.本题考查带电粒子在电场中的运动,解题关键掌握点电荷电场强度的变化,注意电场力做功与电势能变化的关系。靠近正电荷电场强度越大,所以该电荷沿着电场线做变加速直线运动,故A错误;
B.根据动能定理可知
该电荷在AB段受电场力做功较大,所以在AB段动能的增量大于BC段动能的增量,故B错误;
C.静电力做功与路径无关,或者说:电荷在电场中沿一闭合路径移动,静电力做功为零。静电力做正功,电势能减小;静电力做负功,电势能增加。电场力做功等于电势能的变化,结合B选项可知,电荷在AB段电势能的减少量大于BC段电势能的减少量,故C正确;
D.该电荷运动的速度时间关系如图
由图像与坐标轴围成的面积代表位移可知,该电荷在AB段运动的时间大于BC段运动的时间,故D错误;
故选C。
【分析】根据电场力的变化分析加速度变化,根据电场强度变化分析电势差关系,从而分析电势能和动能的变化关系,根据运动学规律分析运动时间。
9.(2024高三下·西城模拟)如图所示,水平绝缘桌面上放着一个闭合铝环。绝缘材料制成的轻弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁,磁铁位于铝环中心上方。将磁铁下端N极向下拉,在其下降一定高度时由静止释放。此后,磁铁开始运动,铝环保持静止,弹簧始终在弹性限度内,不计空气阻力。则在磁铁向下的运动过程中(  )
A.俯视看铝环中的电流沿顺时针方向
B.铝环对桌面的压力大于它的重力
C.磁铁运动过程中只受到两个力的作用
D.磁铁和弹簧组成的系统机械能守恒
【答案】B
【知识点】机械能守恒定律;楞次定律
【解析】【解答】根据楞次定律分,对磁铁受力分析即可,铝环对磁铁做负功。楞次定律是能量守恒的体现,感应电流的方向是能量守恒定律的必然结果。在磁铁向下的运动过程中,穿过铝环的磁通量向下增大,根据楞次定律可知,俯视看铝环中的电流沿逆时针方向;根据“来拒去留”可知磁铁受到向上的磁场力,则铝环受到向下的磁场力铝环对桌面的压力大于它的重力;磁铁运动过程中受到重力、弹簧弹力和磁场力三个力作用;由于铝环产生感应电流,铝环中有焦耳热产生,根据能量守恒可知,磁铁和弹簧组成的系统机械能减少。
故选B。
【分析】楞次定律的内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
10.(2024高三下·西城模拟)研究光电效应现象的装置如图所示。图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K极受到光照时能够发射电子。当用光子能量为2.82eV的光照射K极时,电流表的读数为30μA,移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数等于1V时,电流表读数为零,保持滑片位置不变。下列说法中正确的是(  )
A.光电子的最大初动能为1.82eV
B.K极材料的逸出功为1eV
C.电流表的读数为30μA时,电压表的示数大于1V
D.仅将电源正负极对调,电流表示数一定大于30μA
【答案】D
【知识点】光电效应
【解析】【解答】A.明确光电效应原理,AK间若为加速度电压,则电压增大电流增大,但有饱合值;对于光电效应,要从极限频率和最大初动能两个角度结合爱因斯坦光电效应方程去分析解决问题。电压表示数为1V时,电流表示数为零,即遏止电压为1V,则光电子最大初动能为
A错误;
B.K极材料的逸出功为
B错误;
C.电流表有示数,说明两极电压小于遏止电压1V,C错误;
D.仅将电源正负极对调,则两极间电场对光电子的运动有促进作用,电流表示数增大,一定大于30μA,D正确。
故选D。
【分析】根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理,分析出光电子的最大初动能和阴极的逸出功;明确光电流为零的条件;知道正向电压和反向电压对电路的影响。
11.(2024高三下·西城模拟)如图1所示,长为R且不可伸长的轻绳一端固定在O点,另一端系一小球,使小球在竖直面内做圆周运动。由于阻力的影响,小球每次通过最高点时速度大小不同。测量小球经过最高点时速度的大小v、绳子拉力的大小F,作出F与的关系图线如图2所示。下列说法中正确的是(  )
A.根据图线可以得出小球的质量
B.根据图线可以得出重力加速度
C.绳长不变,用质量更小的球做实验,得到的图线斜率更大
D.用更长的绳做实验,得到的图线与横轴交点的位置不变
【答案】A
【知识点】生活中的圆周运动
【解析】【解答】AB.此题中小球在最高点时只受到绳子拉力和自身重力,利用向心力公式,根据牛顿第二定律,可以得到F-v2的图像的解析式,图像中的特殊点也可以代入计算,利用数学解决物理问题。小球沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动,小球在细绳的作用下在竖直平面内做圆周运动,都是轻绳模型。 根据牛顿第二定律可知
解得
由图像可知
可得小球的质量

可得重力加速度
选项A正确,B错误;
C. 图像的斜率为
则绳长不变,用质量更小的球做实验,得到的图线斜率更小,选项C错误;
D. 图线与横轴交点的位置
可得
则用更长的绳做实验,得到的图线与横轴交点的位置距离原点的的距离变大,选项D错误。
故选A。
【分析】根据牛顿第二定律和向心力的计算公式得到图像的表达式,利用图像的斜率与截距解答。
12.(2024高三下·西城模拟)2023年7月,由中国科学院研制的电磁弹射实验装置启动试运行,该装置在地面构建微重力实验环境,把“太空”搬到地面。实验装置像一个“大电梯”,原理如图所示,在电磁弹射阶段,电磁弹射系统推动实验舱竖直向上加速运动至A位置,撤除电磁作用。此后,实验舱做竖直上抛运动,到达最高点后返回A位置,再经历一段减速运动后静止。某同学查阅资料了解到:在上述过程中的某个阶段,忽略阻力,实验舱处于完全失重状态,这一阶段持续的时间为4s,实验舱的质量为500kg。他根据上述信息,取重力加速度,做出以下判断,其中正确的是(  )
A.实验舱向上运动的过程始终处于超重状态
B.实验舱运动过程中的最大速度为40m/s
C.向上弹射阶段,电磁弹射系统对实验舱做功大于
D.向上弹射阶段,电磁弹射系统对实验舱的冲量等于
【答案】C
【知识点】动量定理;竖直上抛运动;超重与失重;动能定理的综合应用
【解析】【解答】A.根据实验舱的加速度方向判断其超失重状态,实验舱在电磁弹射阶段处于超重状态,在竖直上抛阶段处于失重状态,选项A错误;
B.实验舱竖直向上加速运动至A位置时速度最大,根据运动学公式求解。实验舱在电磁弹射结束后开始竖直上抛时的速度最大,根据竖直上抛运动的对称性可知该速度为
选项B错误;
C.在向上弹射过程中,根据动能定理有
所以
选项C正确;
D.在向上弹射过程中,根据动量定理有
所以
选项D错误。
故C正确。
【分析】求出实验舱在A位置时的动能,根据功能关系判断;求出实验舱的动量增加量,根据动量定理判断。在应用动量定理解答问题时要注意矢量性,先规定正方向,在确定动量与冲量的正负。
13.(2024高三下·西城模拟)如图所示,匀强电场和匀强磁场的方向均水平向右。一个正离子在某时刻速度的大小为v,方向与电场磁场方向夹角为θ。当速度方向与磁场不垂直时,可以将速度分解为平行于磁场方向的分量和垂直于磁场方向的分量来进行研究。不计离子重力,此后一段时间内,下列说法正确的是(  )
A.离子受到的洛伦兹力变大 B.离子加速度的大小不变
C.电场力的瞬时功率不变 D.速度与电场方向的夹角θ变大
【答案】B
【知识点】运动的合成与分解;功率及其计算;带电粒子在电场与磁场混合场中的运动
【解析】【解答】AB.根据洛伦兹力的公式以及力的合成和牛顿第二定律进行分析,判断根据运动的分解可知离子水平方向的分速度变大,垂直于磁场方向的分量不变,则洛伦兹力
不变,电场力
也不变,离子受合力不变,根据牛顿第二定律可知加速度大小不变,故A错误,B正确;
C.根据电场力的瞬时功率的公式进行解答,根据功率的计算公式
可知,电场力的瞬时功率变大,故C错误;
D.根据分速度和合速度的图解关系进行解答,由于变大,根据速度的合成可知速度与电场方向的夹角θ变小,故D错误;
故选B。
【分析】叠加场是指一个区域可能同时含有重力场、电场和磁场中的两个或三个,带电粒子在叠加场中做直线运动有两种情况,不计粒子重力,则必有洛伦兹力等于电场力,Bqv=qE。考虑粒子重力,则必有电场力与重力的合力等于洛伦兹力。
14.(2024高三下·西城模拟)2023年诺贝尔物理学奖授予了“产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒(as)是一个极短的时间单位,。阿秒光脉冲是一种发光持续时间在as量级的光脉冲,它相当于一个足够快的“快门”,帮助人们“拍摄”高速运动的电子,从而“打开电子世界的大门”。产生阿秒光脉冲的模型是:用强激光照射某些气体,由于激光的电场是交变电场,该电场的电场强度和原子内部的库仑场的强度相当时,电子就可能“电离”成为自由电子;电离后的自由电子在激光电场作用下“加速”;当激光的电场反向后,一些电子就有可能飞到被电离的原子附近并与其“复合”回到基态,同时释放出一个高能光子,其频率为入射强激光频率的整数倍,称为高次谐波光子。在适当的条件下,大量原子辐射出高次谐波叠加形成脉冲宽度为阿秒量级的光脉冲。根据上述信息并结合已有的知识,判断下列说法正确的是(  )
A.在1阿秒的时间内,光前进的距离约为0.3mm
B.电子复合时释放的光子能量等于电子在激光场中加速时获得的能量
C.电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生,时间间隔与激光电场的周期有关
D.强激光光子能量是高次谐波光子能量的整数倍
【答案】C
【知识点】激光的特性及应用;能量子与量子化现象
【解析】【解答】A.在1as时间内,光传播距离为
故A项错误;
B.在发生跃迁时,如果核外电子由低能级向高能级跃迁,需要吸收能量,如果由高能级向低能级跃迁,需要释放能量(以光子的形式)。结合题意可知,由于激光是往复振荡,电子在激光电场的作用下会回到原子核附近,在回到原子核的过程中,电子被激光电场加速获得很高的能量,当电子回到原子核,电子的能量以产生高次谐波形式释放这部分能量,辐射高能量光子。释放的光子能量为电子在回到原子核过程获得的动能和电子电离能的总和。所以电子复合时释放的光子能量不等于电子在激光场中加速时获得的能量,本题为知识给予题,重在理解题意,找到和学过的物理知识的关联,结合题目所给知识解答问题。故B项错误;
C.激光频率单一,相干性非常好;平行度高;激光的强度大,亮度高。由题意可知,电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生,时间间隔与激光电场的周期有关,故C项正确;
D.由题意可知,高次谐波光子频率是强激光光子频率的整数倍,由能量子公式
所以因该是高次谐波光子能量是强激光光子能量的整数倍,故D项错误。
故选C。
【分析】光在空气中的速度约为3×108m/s,根据光速与时间的乘积求解光前进的距离;电子复合时释放的光子能量至少等于原子由最高能级跃迁到基态释放的能量。
15.(2024高三下·西城模拟)如图所示,在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环静止时,由两个测力计的示数得到拉力和的大小,此外还必须( )
A.记录小圆环的位置 B.记录两细线的方向
C.测量两细线的夹角 D.测量橡皮条的伸长量
【答案】A,B
【知识点】验证力的平行四边形定则
【解析】【解答】熟记实验器材的选取和正确的实验操作,由两个测力计的示数得到拉力和的大小,此外还必须记录小圆环的位置和记录两细线的方向。
故选AB。
【分析】根据实验原理及操作可知还必须记录小圆环的位置和记录两细线的方向。
16.(2024高三下·西城模拟)“用单摆测量重力加速度的大小”的实验装置如图所示。
(1)用游标卡尺测量摆球直径如图所示,摆球直径   mm。若测出摆线长l及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度的大小,   (用l、n、t、d表示)。
(2)改变摆长L,用多组实验数据作出图像也可以求出重力加速度。如图所示,测得的数据点拟合后,在一条过原点的直线上,直线的斜率为k。由此可得重力加速度的大小.   (用k表示)。
【答案】(1)18.5;
(2)
【知识点】刻度尺、游标卡尺及螺旋测微器的使用;用单摆测定重力加速度
【解析】【解答】(1)由题图可知,游标卡尺的精确度为0.1mm,所以其读数等于主尺读数加上游标读数为
单摆的摆长为
单摆的周期的公式为
单摆的周期为
整理有
(2)一个小球和一根细线就可以组成一个单摆.单摆在摆角很小的情况下做简谐运动.单摆的周期与振幅、摆球的质量无关.与摆长的二次方根成正比.与重力加速度的二次方根成反比。
单摆的周期公式为
整理有
结合题图可知
解得
【分析】(1)根据游标卡尺精确度读数,根据单摆周期公式解答;
(2) 根据单摆周期公式结合图像斜率分析解答。
(1)[1]由题图可知,游标卡尺的精确度为0.1mm,所以其读数为
[2]单摆的摆长为
单摆的周期的公式为
单摆的周期为
整理有
(2)单摆的周期公式为
整理有
结合题图可知
解得
17.(2024高三下·西城模拟)根据闭合电路的欧姆定律,电源电动势E和内阻r、路端电压U、电流I的关系为。依据这一原理,甲同学用图1所示的电路测量电源的电动势和内阻。
(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最   端(选填“左”或“右”)。
(2)调节滑动变阻器的滑片,记录多组电压表和电流表的示数,在坐标纸上标出相应的数据点,作出U—I图线如图2所示。根据图线测得该电源的电动势   V,内电阻   。(结果均保留2位有效数字)
(3)由于电表并非理想电表,导致   (选填“电压”或“电流”)的测量存在系统误差。在图2上定性画出没有电表内阻影响的理想情况的U—I图线,画出图线与横纵坐标轴的交点。   
(4)乙同学拆除电流表和滑动变阻器,直接读取电压表示数为。若电源的电动势为E,内阻为r。电流表、电压表的内电阻分别为。根据图像和电路关系,仅从系统误差的角度来看,   ,   (均选填“<”“=”或“>”)。可知   (用电源和电表内阻表示)。
【答案】(1)左
(2)4.4;4.1
(3)电流;
(4)=;=;
【知识点】电池电动势和内阻的测量
【解析】【解答】(1)滑动变阻器串联在电路里,闭合开关时为保护电路,其接入电路的阻值要最大,则闭合开关前应将滑动变阻器的滑片置于最左端。
(2)本题考查了测量电源的电动势和内阻的实验,实验原理是闭合电路欧姆定律,利用U-I图像处理数据得到所测物理量。根据闭合电路欧姆定律有
结合图像有

(3)本题重点在误差分析部分,根据题目的解答,掌握误差分析的方法,可用图像法或解析法分析误差。图1中电压表测量的是路端电压,电流表测量的是通过滑动变阻器的电流,系统误差在于电压表的分流,即由于电压表并非理想电表,导致电流的测量存在系统误差;
根据上述,系统误差在于电压表的分流,电压表分的电流为
当路端电压为0时,即发生短路时,电压表分流为0,此时电流的测量值与真实值相等,即实验图像与理论图像在横坐标上交于同一点,而在相同的电压之下,理论的干路电流大于实验的干路电流,作出理论图像如图所示
(4)根据题意,应用闭合电路欧姆定律,推导两次测量值与真实值的关系式,进行比较作答。图1中将电源与电压表等效为一个新电源,则此时的测量值为等效电源的电动势与内阻,则有

若拆除电流表和滑动变阻器,直接读取电压表示数为,则有
可知
结合上述有
【分析】(1)滑动变阻器串联在电路里,闭合开关时为保护电路,其接入电路的阻值要最大。
(2)根据闭合电路欧姆定律,结合U-I图线的纵截距和斜率解答。
(3)由于电压表的分流作用,所以导致电流的测量存在系统误差。考虑电压表的分流,分析实际流过电源的电流与测量得到的电流的关系。
(4)根据题意,应用闭合电路欧姆定律,推导两次测量值与真实值的关系式,进行比较作答。
(1)滑动变阻器电路中采用限流接法,为了确保安全,闭合开关前,应使其接入电阻最大,即闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最左端。
(2)[1][2]根据闭合电路欧姆定律有
结合图像有

(3)[1]图1中电压表测量的是路端电压,电流表测量的是通过滑动变阻器的电流,系统误差在于电压表的分流,即由于电压表并非理想电表,导致电流的测量存在系统误差;
[2]根据上述,系统误差在于电压表的分流,电压表分的电流为
当路端电压为0时,即发生短路时,电压表分流为0,此时电流的测量值与真实值相等,即实验图像与理论图像在横坐标上交于同一点,而在相同的电压之下,理论的干路电流大于实验的干路电流,作出理论图像如图所示
(4)[1][2][3]图1中将电源与电压表等效为一个新电源,则此时的测量值为等效电源的电动势与内阻,则有

若拆除电流表和滑动变阻器,直接读取电压表示数为,则有
可知
结合上述有
18.(2024高三下·西城模拟)儿童滑梯可简化为如图所示的模型。滑梯下滑区AB的长,倾角。一个质量的儿童从滑梯顶部A点由静止滑下,最后停在水平缓冲区BC上。若儿童与AB、BC部分的动摩擦因数均为0.5,儿童经过两段连接处速度的大小不变。,取重力加速度。求:
(1)儿童运动到B点时速度的大小v;
(2)缓冲区BC部分的最小长度x;
(3)整个过程中摩擦阻力对儿童做的功。
【答案】解:(1)由点运动到点的过程中,根据动能定理有

(2)由点运动到点的过程中,根据动能定理有

(3)儿童从点运动到点的过程,根据动能定理有

【知识点】动能定理的综合应用
【解析】【分析】(1)由点运动到点的过程中,摩擦力与重力做功,根据动能定理列式求解;
(2)由点运动到点的过程中,只有摩擦力做功,根据动能定理列式求解;
(3)儿童从点运动到点的过程,有重力做做正功,摩擦力做负功,根据动能定理列式求解。
19.(2024高三下·西城模拟)磁力刹车是为了保证过山车在最后进站时的安全而设计的一种刹车形式。在轨道之间设置较强的磁场,刹车金属片安装在过山车底部,该装置(俯视)可简化为如图所示的模型:水平导轨间距为L,刹车金属片等效为一根金属杆ab,整个回路的等效电阻为R。磁场区域为方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,过山车的总质量为m。过山车以速度v进入磁场区域,通过磁场区域后速度变为0.5v。磁力刹车阶段不计摩擦力和空气阻力。
(1)求杆ab刚进入磁场区域时,受到的安培力F的大小和方向。
(2)求过山车通过磁场区域的过程中,电路中产生的焦耳热Q。
(3)求磁力刹车阶段过山车加速度大小a的变化范围。为使过山车加速度的大小不超过a0,磁感应强度的大小应满足什么条件?
【答案】解:(1)杆通过磁场的过程,产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律,回路的感应电流的大小
杆受到的安培力大小
杆受到的安培力方向与速度方向相反。
(2)杆通过磁场的过程中,根据能量守恒定律有
(3)设杆刚进入磁场时加速度的大小为,根据牛顿第二定律有

同理,杆即将离开磁场时的加速度大小
磁力刹车阶段过山车的加速度大小的变化范围为
为使加速度的大小不超过,则

【知识点】电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】(1)根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律结合安培力的计算公式进行解答;
(2)杆ab通过磁场的过程中,根据能量守恒定律进行解答;
(3)根据牛顿第二定律得加速度大小;为使加速度的大小不超过a0,根据加速度表达式求解磁感应强度的大小应满足的条件。
20.(2024高三下·西城模拟)我国的东方超环(EAST)是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。该装置需要将高速运动的离子变成中性粒子,没有被中性化的离子对实验装置有很大的破坏作用,因此需要利用“偏转系统”将其从粒子束中剥离出来。“偏转系统”的原理简图如图1所示,包含中性粒子和带电离子的混合粒子进入由一对平行带电极板构成的匀强电场区域,混合粒子进入电场时速度方向与极板平行,极板右侧存在匀强磁场区域。离子在电场磁场区域发生偏转,中性粒子继续沿原方向运动,到达接收器。已知离子带正电、电荷量为q,质量为m,速度为v,两极板间距为d。离子和中性粒子的重力可忽略不计,不考虑粒子间的相互作用。
(1)两极板间不加电压,只利用磁场使离子发生偏转,若恰好所有离子均被图1中的吞噬板吞噬,求磁场的磁感应强度的大小B。
(2)以下极板左端点为坐标原点建立坐标系,沿板建立x轴,垂直板建立y轴,如图1所示。假设离子在混合粒子束中是均匀分布的,单位时间内通过y轴单位长度进入电场的离子数为n。在两极板间加电压U,恰好所有离子均被吸附在下极板。
a.求极板的长度L,并分析落在x轴上坐标为范围内的离子,进入电场时通过y轴的坐标范围。
b.离子落在极板上的数量分布呈现一定的规律,若单位时间内落在下极板x位置附近单位长度上的离子数量为,求随x变化的规律,在图2中作出图像,说明图线与横轴所围面积的物理意义。(若远小于x,则)
【答案】解:(1)离子恰好被全部吞噬时,离子的运动半径
由洛伦兹力提供向心力

(2)a.离子恰好全部落在下极板,则从上极板边缘进入电场中的离子沿板方向做匀速直线运动有
离子受到电场力
根据牛顿第二定律有
垂直板方向做匀变速直线运动有

落在下极板位置的离子,在电场中的运动时间
进入电场时的纵坐标
同理,落在下极板位置的离子,进入电场时纵坐标
离子从
区间进入电场。
b.单位时间从范围内进入电场的离子,落在区间,由离子数量相等有

图像如图所示
图线下的面积代表单位时间内落在下极板的离子数。
【知识点】带电粒子在电场中的偏转;带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】(1)离子恰好被全部吞噬时,从上极板右端射入磁场的离子恰好打在吞噬板上端,由几何关系求得离子的运动半径,根据洛伦兹力提供向心力求解。
(2)a.离子在极板间做类平抛运动,恰好全部落在下极板,则从上极板边缘进入电场中的离子恰好落在了下极板的右端。对此粒子,根据牛顿第二定律和运动学公式求解极板长度。同理求解进入电场时通过y轴的坐标范围。
b.根据离子在y轴上是均匀分布的,找到离子数量相等的关系,结合上一问的结论求解。依据表达式画出图像,图线下的面积代表单位时间内落在下极板的离子数。
21.(2024高三下·西城模拟)小行星撞击地球虽然发生概率较低,却会使地球生命面临重大威胁。我国已经提出了近地小行星防御的发展蓝图,计划在2030年实现一次对小行星的动能撞击,2030至2035年间实现推离偏转。已知地球质量为M,可视为质量分布均匀的球体,引力常量为G。若一颗质量为m的小行星距离地心为r时,速度的大小,m远小于M。不考虑地球运动及其它天体的影响。
(1)若小行星的速度方向垂直于它与地心的连线,通过分析判断该小行星能否围绕地球做圆周运动。
(2)若小行星的速度方向沿着它与地心的连线指向地心。已知取无穷远处的引力势能为零,则小行星在距地心为r处的引力势能。
a.设想提前发射质量为0.1m的无人飞行器,在距离地心为r处与小行星发生迎面撞击,小行星撞后未解体。将撞击过程简化为完全非弹性的对心碰撞。为彻底解除小行星对地球的威胁,使其不与地球碰撞。求飞行器撞击小行星时的最小速度。
b.设想对小行星施加适当的“推力”后,使其在距离地心为r处的速度方向与它和地心连线的夹角变为,速度大小不变,也能解除对地球的威胁。已知小行星仅在地球引力所用下的运动过程,它与地心的连线在任意相等时间内扫过相等的面积。求小行星在此后的运动过程中,距地心的最近距离。
【答案】解:(1)若小行星在该位置做匀速圆周运动,设速度大小为,由万有引力提供向心力,可得
解得
由于
可知,小行星不能围绕地球做圆周运动。
(2)a.设碰撞后小行星的速度大小为,为彻底解除小行星的威胁,应使小行星被撞后能运动至无穷远处。根据能量守恒定律有
解得
以飞行器速度方向为正方向,飞行器撞击小行星的过程根据动量守恒定律有
解得
b.设小行星离地心最近时,速度的大小为,小行星与地心的连线在相等时间扫过相等面积有
根据能量守恒定律有
解得
【知识点】卫星问题;碰撞模型
【解析】【分析】(1)根据万有引力提供向心力计算圆周运动对应的速率和题中给定的速率比较判断;
(2)a.行星被撞后能运动至无穷远处,利用根据引力势能和动能表达式根据能量守恒定律列出等式,碰撞过程动量守恒,根据动量守恒定律列式进行分析判断;
b.根据开普勒第二定律,小行星与地心的连线在相等时间扫过相等面积,根据题意结合能量守恒定律列式解答。
2024届北京市西城区高三下学期统一测试(一模)物理试卷
1.(2024高三下·西城模拟)用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝,在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于光的(  )
A.衍射现象 B.干涉现象 C.偏振现象 D.全反射现象
2.(2024高三下·西城模拟)100年前,卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X,后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想,该核反应方程为:,则(  )
A.,,X是中子 B.,,X是电子
C.,,X是中子 D.,,X是电子
3.(2024高三下·西城模拟)将一只压瘪的乒乓球放到热水中,发现乒乓球会恢复原状。在这个过程中,关于乒乓球内被封闭的气体,下列说法正确的是(  )
A.气体分子的平均动能不变
B.所有分子的运动速度都变大
C.气体吸收的热量大于其对外做的功
D.气体吸收的热量等于其增加的内能
4.(2024高三下·西城模拟)一列简谐横波沿x轴传播,在时的波形如图所示。已知处的质点P的位移y随时间t变化的关系式为。下列说法正确的是(  )
A.这列波的波长 B.质点P此刻速度为零
C.这列波沿x轴负方向传播 D.这列波的波速为10m/s
5.(2024高三下·西城模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,原线圈接220V的正弦交流电源,副线圈接的负载电阻,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(  )
A.电流表的示数为4.0A
B.电压表的示数为31.1V
C.若负载电阻的阻值减小,电压表的示数减小
D.若负载电阻的阻值减小,变压器的输入功率增大
6.(2024高三下·西城模拟)2023年,我国首颗超低轨道实验卫星“乾坤一号”发射成功。“乾坤一号”是一颗绕地球做圆周运动的近地卫星。关于它的运动,下列说法正确的是(  )
A.角速度大于地球自转的角速度
B.线速度大于地球的第一宇宙速度
C.线速度小于地球表面物体随地球自转的线速度
D.向心加速度小于地球表面的物体随地球自转的向心加速度
7.(2024高三下·西城模拟)如图是采用动力学方法测量空间站质量的原理图。已知飞船的质量为m,其推进器工作时飞船受到的平均推力为F。在飞船与空间站对接后,推进器工作时间为,测出飞船和空间站的速度变化为。下列说法正确的是(  )
A.空间站的质量为
B.空间站的质量为
C.飞船对空间站的作用力大小为F
D.飞船对空间站的作用力大小一定为
8.(2024高三下·西城模拟)如图所示,点电荷Q周围的三个等势面是同心圆,等势面上的点A、B、C在同一条电场线上,且。现将一电荷量为的试探电荷从A点由静止释放,试探电荷只受静电力作用,则(  )
A.该电荷沿着电场线做匀加速直线运动
B.该电荷在AB段动能的增量小于BC段动能的增量
C.该电荷在AB段电势能的减少量大于BC段电势能的减少量
D.该电荷在AB段运动的时间小于BC段运动的时间
9.(2024高三下·西城模拟)如图所示,水平绝缘桌面上放着一个闭合铝环。绝缘材料制成的轻弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁,磁铁位于铝环中心上方。将磁铁下端N极向下拉,在其下降一定高度时由静止释放。此后,磁铁开始运动,铝环保持静止,弹簧始终在弹性限度内,不计空气阻力。则在磁铁向下的运动过程中(  )
A.俯视看铝环中的电流沿顺时针方向
B.铝环对桌面的压力大于它的重力
C.磁铁运动过程中只受到两个力的作用
D.磁铁和弹簧组成的系统机械能守恒
10.(2024高三下·西城模拟)研究光电效应现象的装置如图所示。图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K极受到光照时能够发射电子。当用光子能量为2.82eV的光照射K极时,电流表的读数为30μA,移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数等于1V时,电流表读数为零,保持滑片位置不变。下列说法中正确的是(  )
A.光电子的最大初动能为1.82eV
B.K极材料的逸出功为1eV
C.电流表的读数为30μA时,电压表的示数大于1V
D.仅将电源正负极对调,电流表示数一定大于30μA
11.(2024高三下·西城模拟)如图1所示,长为R且不可伸长的轻绳一端固定在O点,另一端系一小球,使小球在竖直面内做圆周运动。由于阻力的影响,小球每次通过最高点时速度大小不同。测量小球经过最高点时速度的大小v、绳子拉力的大小F,作出F与的关系图线如图2所示。下列说法中正确的是(  )
A.根据图线可以得出小球的质量
B.根据图线可以得出重力加速度
C.绳长不变,用质量更小的球做实验,得到的图线斜率更大
D.用更长的绳做实验,得到的图线与横轴交点的位置不变
12.(2024高三下·西城模拟)2023年7月,由中国科学院研制的电磁弹射实验装置启动试运行,该装置在地面构建微重力实验环境,把“太空”搬到地面。实验装置像一个“大电梯”,原理如图所示,在电磁弹射阶段,电磁弹射系统推动实验舱竖直向上加速运动至A位置,撤除电磁作用。此后,实验舱做竖直上抛运动,到达最高点后返回A位置,再经历一段减速运动后静止。某同学查阅资料了解到:在上述过程中的某个阶段,忽略阻力,实验舱处于完全失重状态,这一阶段持续的时间为4s,实验舱的质量为500kg。他根据上述信息,取重力加速度,做出以下判断,其中正确的是(  )
A.实验舱向上运动的过程始终处于超重状态
B.实验舱运动过程中的最大速度为40m/s
C.向上弹射阶段,电磁弹射系统对实验舱做功大于
D.向上弹射阶段,电磁弹射系统对实验舱的冲量等于
13.(2024高三下·西城模拟)如图所示,匀强电场和匀强磁场的方向均水平向右。一个正离子在某时刻速度的大小为v,方向与电场磁场方向夹角为θ。当速度方向与磁场不垂直时,可以将速度分解为平行于磁场方向的分量和垂直于磁场方向的分量来进行研究。不计离子重力,此后一段时间内,下列说法正确的是(  )
A.离子受到的洛伦兹力变大 B.离子加速度的大小不变
C.电场力的瞬时功率不变 D.速度与电场方向的夹角θ变大
14.(2024高三下·西城模拟)2023年诺贝尔物理学奖授予了“产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒(as)是一个极短的时间单位,。阿秒光脉冲是一种发光持续时间在as量级的光脉冲,它相当于一个足够快的“快门”,帮助人们“拍摄”高速运动的电子,从而“打开电子世界的大门”。产生阿秒光脉冲的模型是:用强激光照射某些气体,由于激光的电场是交变电场,该电场的电场强度和原子内部的库仑场的强度相当时,电子就可能“电离”成为自由电子;电离后的自由电子在激光电场作用下“加速”;当激光的电场反向后,一些电子就有可能飞到被电离的原子附近并与其“复合”回到基态,同时释放出一个高能光子,其频率为入射强激光频率的整数倍,称为高次谐波光子。在适当的条件下,大量原子辐射出高次谐波叠加形成脉冲宽度为阿秒量级的光脉冲。根据上述信息并结合已有的知识,判断下列说法正确的是(  )
A.在1阿秒的时间内,光前进的距离约为0.3mm
B.电子复合时释放的光子能量等于电子在激光场中加速时获得的能量
C.电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生,时间间隔与激光电场的周期有关
D.强激光光子能量是高次谐波光子能量的整数倍
15.(2024高三下·西城模拟)如图所示,在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中,用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环静止时,由两个测力计的示数得到拉力和的大小,此外还必须( )
A.记录小圆环的位置 B.记录两细线的方向
C.测量两细线的夹角 D.测量橡皮条的伸长量
16.(2024高三下·西城模拟)“用单摆测量重力加速度的大小”的实验装置如图所示。
(1)用游标卡尺测量摆球直径如图所示,摆球直径   mm。若测出摆线长l及单摆完成n次全振动所用的时间t,则重力加速度的大小,   (用l、n、t、d表示)。
(2)改变摆长L,用多组实验数据作出图像也可以求出重力加速度。如图所示,测得的数据点拟合后,在一条过原点的直线上,直线的斜率为k。由此可得重力加速度的大小.   (用k表示)。
17.(2024高三下·西城模拟)根据闭合电路的欧姆定律,电源电动势E和内阻r、路端电压U、电流I的关系为。依据这一原理,甲同学用图1所示的电路测量电源的电动势和内阻。
(1)闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最   端(选填“左”或“右”)。
(2)调节滑动变阻器的滑片,记录多组电压表和电流表的示数,在坐标纸上标出相应的数据点,作出U—I图线如图2所示。根据图线测得该电源的电动势   V,内电阻   。(结果均保留2位有效数字)
(3)由于电表并非理想电表,导致   (选填“电压”或“电流”)的测量存在系统误差。在图2上定性画出没有电表内阻影响的理想情况的U—I图线,画出图线与横纵坐标轴的交点。   
(4)乙同学拆除电流表和滑动变阻器,直接读取电压表示数为。若电源的电动势为E,内阻为r。电流表、电压表的内电阻分别为。根据图像和电路关系,仅从系统误差的角度来看,   ,   (均选填“<”“=”或“>”)。可知   (用电源和电表内阻表示)。
18.(2024高三下·西城模拟)儿童滑梯可简化为如图所示的模型。滑梯下滑区AB的长,倾角。一个质量的儿童从滑梯顶部A点由静止滑下,最后停在水平缓冲区BC上。若儿童与AB、BC部分的动摩擦因数均为0.5,儿童经过两段连接处速度的大小不变。,取重力加速度。求:
(1)儿童运动到B点时速度的大小v;
(2)缓冲区BC部分的最小长度x;
(3)整个过程中摩擦阻力对儿童做的功。
19.(2024高三下·西城模拟)磁力刹车是为了保证过山车在最后进站时的安全而设计的一种刹车形式。在轨道之间设置较强的磁场,刹车金属片安装在过山车底部,该装置(俯视)可简化为如图所示的模型:水平导轨间距为L,刹车金属片等效为一根金属杆ab,整个回路的等效电阻为R。磁场区域为方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,过山车的总质量为m。过山车以速度v进入磁场区域,通过磁场区域后速度变为0.5v。磁力刹车阶段不计摩擦力和空气阻力。
(1)求杆ab刚进入磁场区域时,受到的安培力F的大小和方向。
(2)求过山车通过磁场区域的过程中,电路中产生的焦耳热Q。
(3)求磁力刹车阶段过山车加速度大小a的变化范围。为使过山车加速度的大小不超过a0,磁感应强度的大小应满足什么条件?
20.(2024高三下·西城模拟)我国的东方超环(EAST)是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。该装置需要将高速运动的离子变成中性粒子,没有被中性化的离子对实验装置有很大的破坏作用,因此需要利用“偏转系统”将其从粒子束中剥离出来。“偏转系统”的原理简图如图1所示,包含中性粒子和带电离子的混合粒子进入由一对平行带电极板构成的匀强电场区域,混合粒子进入电场时速度方向与极板平行,极板右侧存在匀强磁场区域。离子在电场磁场区域发生偏转,中性粒子继续沿原方向运动,到达接收器。已知离子带正电、电荷量为q,质量为m,速度为v,两极板间距为d。离子和中性粒子的重力可忽略不计,不考虑粒子间的相互作用。
(1)两极板间不加电压,只利用磁场使离子发生偏转,若恰好所有离子均被图1中的吞噬板吞噬,求磁场的磁感应强度的大小B。
(2)以下极板左端点为坐标原点建立坐标系,沿板建立x轴,垂直板建立y轴,如图1所示。假设离子在混合粒子束中是均匀分布的,单位时间内通过y轴单位长度进入电场的离子数为n。在两极板间加电压U,恰好所有离子均被吸附在下极板。
a.求极板的长度L,并分析落在x轴上坐标为范围内的离子,进入电场时通过y轴的坐标范围。
b.离子落在极板上的数量分布呈现一定的规律,若单位时间内落在下极板x位置附近单位长度上的离子数量为,求随x变化的规律,在图2中作出图像,说明图线与横轴所围面积的物理意义。(若远小于x,则)
21.(2024高三下·西城模拟)小行星撞击地球虽然发生概率较低,却会使地球生命面临重大威胁。我国已经提出了近地小行星防御的发展蓝图,计划在2030年实现一次对小行星的动能撞击,2030至2035年间实现推离偏转。已知地球质量为M,可视为质量分布均匀的球体,引力常量为G。若一颗质量为m的小行星距离地心为r时,速度的大小,m远小于M。不考虑地球运动及其它天体的影响。
(1)若小行星的速度方向垂直于它与地心的连线,通过分析判断该小行星能否围绕地球做圆周运动。
(2)若小行星的速度方向沿着它与地心的连线指向地心。已知取无穷远处的引力势能为零,则小行星在距地心为r处的引力势能。
a.设想提前发射质量为0.1m的无人飞行器,在距离地心为r处与小行星发生迎面撞击,小行星撞后未解体。将撞击过程简化为完全非弹性的对心碰撞。为彻底解除小行星对地球的威胁,使其不与地球碰撞。求飞行器撞击小行星时的最小速度。
b.设想对小行星施加适当的“推力”后,使其在距离地心为r处的速度方向与它和地心连线的夹角变为,速度大小不变,也能解除对地球的威胁。已知小行星仅在地球引力所用下的运动过程,它与地心的连线在任意相等时间内扫过相等的面积。求小行星在此后的运动过程中,距地心的最近距离。
答案解析部分
1.【答案】B
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】光的干涉现象的发现:光的干涉现象是波动独有的特征,如果光真的是一种波,就必然会观察到光的干涉现象。1801年,英国物理学家托马斯 杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉。用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝,在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于双缝干涉现象,即属于光的干涉。
故选B。
【分析】 频率相同的两列光波叠加时,某些区域的光相互加强,某些区域相互削弱,得到明暗相间的条纹,这就是光的干涉现象。
2.【答案】A
【知识点】原子核的人工转变
【解析】【解答】本题考查了判断粒子类型问题,知道核反应过程质量数与核电荷数守恒是解题的前提与关键。根据电荷数和质量数守恒,则有

解得
m=1,n=0
故X是中子
故选A。
【分析】核反应过程质量数与核电荷数守恒,根据核反应方程式求出m、n的大小,然后判断粒子的类型。
3.【答案】C
【知识点】热力学第一定律及其应用;温度和温标
【解析】【解答】A.当压瘪的乒乓球放到热水中时,乒乓球内被封闭的气体会受热膨胀,温度升高。温度是分子平均动能的标志,温度升高意味着分子平均动能增大。因此,选项A“气体分子的平均动能不变”是错误的,选项A错误;
B.根据气体分子速率分布的特点可知,温度升高时,气体分子的平均速率将增大,并不是所有分子的运动速率都变大,选项B错误;
CD.乒乓球恢复原状的过程中,气体温度升高,内能增加,同时对外做功,根据热力学第一定律
可知,气体吸收热量,且气体吸收的热量大于其对外做的功,大于其增加的内能,选项C正确,D错误。
故选C。
【分析】温度是分子平均动能的标志结合热力学第一定律分析判断。
4.【答案】D
【知识点】横波的图象;波长、波速与频率的关系
【解析】【解答】A.图所示为一横波的图象。纵坐标表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的位移,横坐标表示在波的传播方向上各个质点的平衡位置。它反映了在波传播的过程中,某一时刻介质中各质点的位移在空间的分布。简谐波的图象为正弦(或余弦)曲线。由图可知这列波的波长
故A错误;
B.由图可知,质点P此刻处于平衡位置,速度不为零,故B错误;
C.根据质点P沿y轴方向做简谐运动的表达式为
可知下一时刻,P质点将向y轴正方向振动,根据同侧法,可知该波沿x轴正方向传播,故C错误;
D.机械振动问题中,一般根据振动图或质点振动方程得到周期、质点振动方向;再根据波形图得到波长和波的传播方向,从而得到波速。这列波的波速为

联立解得
故D正确。
故选D。
【分析】根据质点P的振动方程得到周期和质点振动方向,从而由图得到波的传播方向;根据波形图得到波长,即可求得波速。
5.【答案】D
【知识点】电功率和电功;变压器原理
【解析】【解答】AB.根据
分析电压表示数,根据欧姆定律分析电流表示数;原线圈接220V的正弦交流电源,根据理想变压器原、副线圈电压表等于匝数比
可得副线圈的输出电压为
则电压表的示数为22V,根据欧姆定律可得
故AB错误;
C.根据电源电压不变和
分析电压表示数,根据
分析输入功率。电压表的示数由原线圈电压和线圈匝数之比决定,则若负载电阻的阻值减小,电压表的示数不变,故C错误;
D.若负载电阻减小,根据
可知副线圈的输出功率变大,原线圈的输入功率也变大,故D正确。
故选D。
【分析】本题考查了变压器的原理,解题的关键是知道电源电压不变,线圈匝数不变,则副线圈电压不变。
6.【答案】A
【知识点】卫星问题
【解析】【解答】ACD.根据万有引力提供向心力,向心力公式分别用角速度、线速度等参数表示,再结合线速度与角速度之间关系以及向心加速度与角速度之间关系即可分析各个选项。卫星绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力可得
可得
,,
可知“乾坤一号”的角速度、线速度和向心加速度均大于同步卫星的角速度、线速度和向心加速度;同步卫星的角速度等于地球自转角速度,根据

则同步卫星的线速度大于地球表面物体随地球自转的线速度,同步卫星的向心加速度大于地球表面的物体随地球自转的向心加速度;则“乾坤一号”的角速度大于地球自转的角速度,线速度大于地球表面物体随地球自转的线速度,向心加速度大于地球表面的物体随地球自转的向心加速度,故A正确,CD错误;
B.“乾坤一号”是一颗绕地球做圆周运动的近地卫星,则线速度等于地球的第一宇宙速度,第一宇宙速度为卫星环绕地球表面运行的速度,也是绕地球做匀速圆周运动的最大速度.第一宇宙速度为使卫星绕地球做匀速圆周运动的最小地面发射速度.故B错误。
故选A。
【分析】根据万有引力提供向心力以及向心力公式分别用不同的参数表示等知识点灵活应用,解题过程需要正确选择公式。
7.【答案】B
【知识点】牛顿运动定律的应用—连接体
【解析】【解答】
AB.设空间站质量为M,将飞船和空间站视为整体,对整体而言在F的作用下速度发生变化。 注意整体法和隔离法的应用,利用整体法减少内力的分析过程。 由题知,在飞船与空间站对接后,推进器工作 t时间内,飞船和空间站速度变化为 v,则飞船与空间站的加速度

联立解得
故A错误,B正确;
CD.设飞船与空间站间的作用力大小为,对飞船由牛顿第二定律有
解得
故CD错误。
故选B。
【分析】利用整体法,结合加速度定义式可求出空间站的质量;通过牛顿第二定律得分析,结合题干信息判断作用力是否可以直接求出。
8.【答案】C
【知识点】电势能;带电粒子在电场中的运动综合
【解析】【解答】A.本题考查带电粒子在电场中的运动,解题关键掌握点电荷电场强度的变化,注意电场力做功与电势能变化的关系。靠近正电荷电场强度越大,所以该电荷沿着电场线做变加速直线运动,故A错误;
B.根据动能定理可知
该电荷在AB段受电场力做功较大,所以在AB段动能的增量大于BC段动能的增量,故B错误;
C.静电力做功与路径无关,或者说:电荷在电场中沿一闭合路径移动,静电力做功为零。静电力做正功,电势能减小;静电力做负功,电势能增加。电场力做功等于电势能的变化,结合B选项可知,电荷在AB段电势能的减少量大于BC段电势能的减少量,故C正确;
D.该电荷运动的速度时间关系如图
由图像与坐标轴围成的面积代表位移可知,该电荷在AB段运动的时间大于BC段运动的时间,故D错误;
故选C。
【分析】根据电场力的变化分析加速度变化,根据电场强度变化分析电势差关系,从而分析电势能和动能的变化关系,根据运动学规律分析运动时间。
9.【答案】B
【知识点】机械能守恒定律;楞次定律
【解析】【解答】根据楞次定律分,对磁铁受力分析即可,铝环对磁铁做负功。楞次定律是能量守恒的体现,感应电流的方向是能量守恒定律的必然结果。在磁铁向下的运动过程中,穿过铝环的磁通量向下增大,根据楞次定律可知,俯视看铝环中的电流沿逆时针方向;根据“来拒去留”可知磁铁受到向上的磁场力,则铝环受到向下的磁场力铝环对桌面的压力大于它的重力;磁铁运动过程中受到重力、弹簧弹力和磁场力三个力作用;由于铝环产生感应电流,铝环中有焦耳热产生,根据能量守恒可知,磁铁和弹簧组成的系统机械能减少。
故选B。
【分析】楞次定律的内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
10.【答案】D
【知识点】光电效应
【解析】【解答】A.明确光电效应原理,AK间若为加速度电压,则电压增大电流增大,但有饱合值;对于光电效应,要从极限频率和最大初动能两个角度结合爱因斯坦光电效应方程去分析解决问题。电压表示数为1V时,电流表示数为零,即遏止电压为1V,则光电子最大初动能为
A错误;
B.K极材料的逸出功为
B错误;
C.电流表有示数,说明两极电压小于遏止电压1V,C错误;
D.仅将电源正负极对调,则两极间电场对光电子的运动有促进作用,电流表示数增大,一定大于30μA,D正确。
故选D。
【分析】根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理,分析出光电子的最大初动能和阴极的逸出功;明确光电流为零的条件;知道正向电压和反向电压对电路的影响。
11.【答案】A
【知识点】生活中的圆周运动
【解析】【解答】AB.此题中小球在最高点时只受到绳子拉力和自身重力,利用向心力公式,根据牛顿第二定律,可以得到F-v2的图像的解析式,图像中的特殊点也可以代入计算,利用数学解决物理问题。小球沿竖直光滑轨道内侧做圆周运动,小球在细绳的作用下在竖直平面内做圆周运动,都是轻绳模型。 根据牛顿第二定律可知
解得
由图像可知
可得小球的质量

可得重力加速度
选项A正确,B错误;
C. 图像的斜率为
则绳长不变,用质量更小的球做实验,得到的图线斜率更小,选项C错误;
D. 图线与横轴交点的位置
可得
则用更长的绳做实验,得到的图线与横轴交点的位置距离原点的的距离变大,选项D错误。
故选A。
【分析】根据牛顿第二定律和向心力的计算公式得到图像的表达式,利用图像的斜率与截距解答。
12.【答案】C
【知识点】动量定理;竖直上抛运动;超重与失重;动能定理的综合应用
【解析】【解答】A.根据实验舱的加速度方向判断其超失重状态,实验舱在电磁弹射阶段处于超重状态,在竖直上抛阶段处于失重状态,选项A错误;
B.实验舱竖直向上加速运动至A位置时速度最大,根据运动学公式求解。实验舱在电磁弹射结束后开始竖直上抛时的速度最大,根据竖直上抛运动的对称性可知该速度为
选项B错误;
C.在向上弹射过程中,根据动能定理有
所以
选项C正确;
D.在向上弹射过程中,根据动量定理有
所以
选项D错误。
故C正确。
【分析】求出实验舱在A位置时的动能,根据功能关系判断;求出实验舱的动量增加量,根据动量定理判断。在应用动量定理解答问题时要注意矢量性,先规定正方向,在确定动量与冲量的正负。
13.【答案】B
【知识点】运动的合成与分解;功率及其计算;带电粒子在电场与磁场混合场中的运动
【解析】【解答】AB.根据洛伦兹力的公式以及力的合成和牛顿第二定律进行分析,判断根据运动的分解可知离子水平方向的分速度变大,垂直于磁场方向的分量不变,则洛伦兹力
不变,电场力
也不变,离子受合力不变,根据牛顿第二定律可知加速度大小不变,故A错误,B正确;
C.根据电场力的瞬时功率的公式进行解答,根据功率的计算公式
可知,电场力的瞬时功率变大,故C错误;
D.根据分速度和合速度的图解关系进行解答,由于变大,根据速度的合成可知速度与电场方向的夹角θ变小,故D错误;
故选B。
【分析】叠加场是指一个区域可能同时含有重力场、电场和磁场中的两个或三个,带电粒子在叠加场中做直线运动有两种情况,不计粒子重力,则必有洛伦兹力等于电场力,Bqv=qE。考虑粒子重力,则必有电场力与重力的合力等于洛伦兹力。
14.【答案】C
【知识点】激光的特性及应用;能量子与量子化现象
【解析】【解答】A.在1as时间内,光传播距离为
故A项错误;
B.在发生跃迁时,如果核外电子由低能级向高能级跃迁,需要吸收能量,如果由高能级向低能级跃迁,需要释放能量(以光子的形式)。结合题意可知,由于激光是往复振荡,电子在激光电场的作用下会回到原子核附近,在回到原子核的过程中,电子被激光电场加速获得很高的能量,当电子回到原子核,电子的能量以产生高次谐波形式释放这部分能量,辐射高能量光子。释放的光子能量为电子在回到原子核过程获得的动能和电子电离能的总和。所以电子复合时释放的光子能量不等于电子在激光场中加速时获得的能量,本题为知识给予题,重在理解题意,找到和学过的物理知识的关联,结合题目所给知识解答问题。故B项错误;
C.激光频率单一,相干性非常好;平行度高;激光的强度大,亮度高。由题意可知,电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生,时间间隔与激光电场的周期有关,故C项正确;
D.由题意可知,高次谐波光子频率是强激光光子频率的整数倍,由能量子公式
所以因该是高次谐波光子能量是强激光光子能量的整数倍,故D项错误。
故选C。
【分析】光在空气中的速度约为3×108m/s,根据光速与时间的乘积求解光前进的距离;电子复合时释放的光子能量至少等于原子由最高能级跃迁到基态释放的能量。
15.【答案】A,B
【知识点】验证力的平行四边形定则
【解析】【解答】熟记实验器材的选取和正确的实验操作,由两个测力计的示数得到拉力和的大小,此外还必须记录小圆环的位置和记录两细线的方向。
故选AB。
【分析】根据实验原理及操作可知还必须记录小圆环的位置和记录两细线的方向。
16.【答案】(1)18.5;
(2)
【知识点】刻度尺、游标卡尺及螺旋测微器的使用;用单摆测定重力加速度
【解析】【解答】(1)由题图可知,游标卡尺的精确度为0.1mm,所以其读数等于主尺读数加上游标读数为
单摆的摆长为
单摆的周期的公式为
单摆的周期为
整理有
(2)一个小球和一根细线就可以组成一个单摆.单摆在摆角很小的情况下做简谐运动.单摆的周期与振幅、摆球的质量无关.与摆长的二次方根成正比.与重力加速度的二次方根成反比。
单摆的周期公式为
整理有
结合题图可知
解得
【分析】(1)根据游标卡尺精确度读数,根据单摆周期公式解答;
(2) 根据单摆周期公式结合图像斜率分析解答。
(1)[1]由题图可知,游标卡尺的精确度为0.1mm,所以其读数为
[2]单摆的摆长为
单摆的周期的公式为
单摆的周期为
整理有
(2)单摆的周期公式为
整理有
结合题图可知
解得
17.【答案】(1)左
(2)4.4;4.1
(3)电流;
(4)=;=;
【知识点】电池电动势和内阻的测量
【解析】【解答】(1)滑动变阻器串联在电路里,闭合开关时为保护电路,其接入电路的阻值要最大,则闭合开关前应将滑动变阻器的滑片置于最左端。
(2)本题考查了测量电源的电动势和内阻的实验,实验原理是闭合电路欧姆定律,利用U-I图像处理数据得到所测物理量。根据闭合电路欧姆定律有
结合图像有

(3)本题重点在误差分析部分,根据题目的解答,掌握误差分析的方法,可用图像法或解析法分析误差。图1中电压表测量的是路端电压,电流表测量的是通过滑动变阻器的电流,系统误差在于电压表的分流,即由于电压表并非理想电表,导致电流的测量存在系统误差;
根据上述,系统误差在于电压表的分流,电压表分的电流为
当路端电压为0时,即发生短路时,电压表分流为0,此时电流的测量值与真实值相等,即实验图像与理论图像在横坐标上交于同一点,而在相同的电压之下,理论的干路电流大于实验的干路电流,作出理论图像如图所示
(4)根据题意,应用闭合电路欧姆定律,推导两次测量值与真实值的关系式,进行比较作答。图1中将电源与电压表等效为一个新电源,则此时的测量值为等效电源的电动势与内阻,则有

若拆除电流表和滑动变阻器,直接读取电压表示数为,则有
可知
结合上述有
【分析】(1)滑动变阻器串联在电路里,闭合开关时为保护电路,其接入电路的阻值要最大。
(2)根据闭合电路欧姆定律,结合U-I图线的纵截距和斜率解答。
(3)由于电压表的分流作用,所以导致电流的测量存在系统误差。考虑电压表的分流,分析实际流过电源的电流与测量得到的电流的关系。
(4)根据题意,应用闭合电路欧姆定律,推导两次测量值与真实值的关系式,进行比较作答。
(1)滑动变阻器电路中采用限流接法,为了确保安全,闭合开关前,应使其接入电阻最大,即闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片置于最左端。
(2)[1][2]根据闭合电路欧姆定律有
结合图像有

(3)[1]图1中电压表测量的是路端电压,电流表测量的是通过滑动变阻器的电流,系统误差在于电压表的分流,即由于电压表并非理想电表,导致电流的测量存在系统误差;
[2]根据上述,系统误差在于电压表的分流,电压表分的电流为
当路端电压为0时,即发生短路时,电压表分流为0,此时电流的测量值与真实值相等,即实验图像与理论图像在横坐标上交于同一点,而在相同的电压之下,理论的干路电流大于实验的干路电流,作出理论图像如图所示
(4)[1][2][3]图1中将电源与电压表等效为一个新电源,则此时的测量值为等效电源的电动势与内阻,则有

若拆除电流表和滑动变阻器,直接读取电压表示数为,则有
可知
结合上述有
18.【答案】解:(1)由点运动到点的过程中,根据动能定理有

(2)由点运动到点的过程中,根据动能定理有

(3)儿童从点运动到点的过程,根据动能定理有

【知识点】动能定理的综合应用
【解析】【分析】(1)由点运动到点的过程中,摩擦力与重力做功,根据动能定理列式求解;
(2)由点运动到点的过程中,只有摩擦力做功,根据动能定理列式求解;
(3)儿童从点运动到点的过程,有重力做做正功,摩擦力做负功,根据动能定理列式求解。
19.【答案】解:(1)杆通过磁场的过程,产生的感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律,回路的感应电流的大小
杆受到的安培力大小
杆受到的安培力方向与速度方向相反。
(2)杆通过磁场的过程中,根据能量守恒定律有
(3)设杆刚进入磁场时加速度的大小为,根据牛顿第二定律有

同理,杆即将离开磁场时的加速度大小
磁力刹车阶段过山车的加速度大小的变化范围为
为使加速度的大小不超过,则

【知识点】电磁感应中的能量类问题
【解析】【分析】(1)根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律结合安培力的计算公式进行解答;
(2)杆ab通过磁场的过程中,根据能量守恒定律进行解答;
(3)根据牛顿第二定律得加速度大小;为使加速度的大小不超过a0,根据加速度表达式求解磁感应强度的大小应满足的条件。
20.【答案】解:(1)离子恰好被全部吞噬时,离子的运动半径
由洛伦兹力提供向心力

(2)a.离子恰好全部落在下极板,则从上极板边缘进入电场中的离子沿板方向做匀速直线运动有
离子受到电场力
根据牛顿第二定律有
垂直板方向做匀变速直线运动有

落在下极板位置的离子,在电场中的运动时间
进入电场时的纵坐标
同理,落在下极板位置的离子,进入电场时纵坐标
离子从
区间进入电场。
b.单位时间从范围内进入电场的离子,落在区间,由离子数量相等有

图像如图所示
图线下的面积代表单位时间内落在下极板的离子数。
【知识点】带电粒子在电场中的偏转;带电粒子在有界磁场中的运动
【解析】【分析】(1)离子恰好被全部吞噬时,从上极板右端射入磁场的离子恰好打在吞噬板上端,由几何关系求得离子的运动半径,根据洛伦兹力提供向心力求解。
(2)a.离子在极板间做类平抛运动,恰好全部落在下极板,则从上极板边缘进入电场中的离子恰好落在了下极板的右端。对此粒子,根据牛顿第二定律和运动学公式求解极板长度。同理求解进入电场时通过y轴的坐标范围。
b.根据离子在y轴上是均匀分布的,找到离子数量相等的关系,结合上一问的结论求解。依据表达式画出图像,图线下的面积代表单位时间内落在下极板的离子数。
21.【答案】解:(1)若小行星在该位置做匀速圆周运动,设速度大小为,由万有引力提供向心力,可得
解得
由于
可知,小行星不能围绕地球做圆周运动。
(2)a.设碰撞后小行星的速度大小为,为彻底解除小行星的威胁,应使小行星被撞后能运动至无穷远处。根据能量守恒定律有
解得
以飞行器速度方向为正方向,飞行器撞击小行星的过程根据动量守恒定律有
解得
b.设小行星离地心最近时,速度的大小为,小行星与地心的连线在相等时间扫过相等面积有
根据能量守恒定律有
解得
【知识点】卫星问题;碰撞模型
【解析】【分析】(1)根据万有引力提供向心力计算圆周运动对应的速率和题中给定的速率比较判断;
(2)a.行星被撞后能运动至无穷远处,利用根据引力势能和动能表达式根据能量守恒定律列出等式,碰撞过程动量守恒,根据动量守恒定律列式进行分析判断;
b.根据开普勒第二定律,小行星与地心的连线在相等时间扫过相等面积,根据题意结合能量守恒定律列式解答。

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