2022年第十五届中学生数理化生综合实践活动应用知识展示高二物理应用知识展示试题（A卷）

第十五届中学生数理化生综合实践活动 高二物理应用知识展示(A卷)】 地区 学校 姓名】 信息卡号 测试说明： 1.必须在答题纸上答卷，否则成绩无效；选择题的答案涂到答题纸对应题目的标号上，非 选择题的答案书写在答题纸指定区拔内. 2.请在答题纸和试卷上填写有效信息.考试时间为90分钟，满分100分 3.成绩查询：2023年1月5日起，可通过指定网站(www.isuyang.cn)查询成绩. 一、选择题（本大题共8小题，每小题4分，共32分.每小题只有1个选项是正确的） 1.2022年诺贝尔物理学奖获得者是阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·塞林格，以表彩他 们在“纠缠光子实验，确立对贝尔不等式的违反和开创性的量子信息科学”方面的成就，以下关 于量子物理及量子纠缠的说法，不正确的是(). A.量子物理是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，是主要研究原子，分子、凝 聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构，性质的基础理论 B.1918年诺贝尔物理学奖得主马克斯·普朗克在1900年提出了普朗克辐射定律，量子 论由此诞生 C.量子纠缠是一种物理资源，如同时间、能量、动量等，能够萃取与转换 D.量子纠缠不仅发生于量子系统，也能在经典力学里找到类似的现象 2.在2022年11月9日举办的珠海航展上，我国战机歼20上演了“空中穿云术”，显示了我国 战斗机性能的进一步提升.已知地磁场的水平分量为B:,竖直分量为B2,战机首尾长L1,机翼 水平翼展为L,竖直尾翼上下高为L,运动速 度为，机身沿东西方向保持水平某时刻飞机 左右侧机翼最远点电势差大小为B2Lv,则下 列关于飞机飞行方式和电势高低的说法正确的 是(). A.水平向东飞行，左侧机翼电势高于右侧 B.水平向西飞行，右侧机翼电势高于左侧 C.垂直起降，左侧机翼电势高于右侧 D.垂直起降，右侧机翼电势高于左侧 高二物理(A卷)共6页第1页 3.目前许多手机都有指纹解锁功能，这是利用电容式传感器对指纹 信息进行识别的，如右图所示指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫 “峪”传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这 些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，传感器给所 有的这些电容器充电后再放电，其中电容值小的电容器放电较快，根 据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹的信 息数据，根据以上信息可知，下列说法正确的是(). A,在峪处形成电容器的电容较大 B.在峪处形成的电容器放电较慢 C.潮湿的手指头对指纹识别有影响 D.充电后在嵴处形成的电容器所带电荷量较少 4,某种气体一电子放大器的局部结构是由两块夹有绝 缘介质的平行金属薄膜构成，其上存在等间距小孔，其中 相邻两孔截面上的电场线和等势线的分布如右图所示. 下列说法正确的是(). A.a点所在的线是等势线 B.b点的电场强度比c点大 C.b、c两点间的电势差的值比a,c两点间的大 D.将电荷沿图中的线从d→e→f·g移动时电场 力做功为零 5.具有巨磁阻效应(GMR)的电阻R,在外加特定方向的磁场 时，阻值随磁场的增强而诚小现将R:接在右图所示电路中， 并置于磁场中，已知R,为定值电阻，此时R<R,电表均为理 想电表保持磁场方向不变，调整磁场强弱，发现电压表V,的 示数增加了△U,V2示数变化量的绝对值为△U,则(). A.电流表A的示数减小B.外加磁场逐渐减弱 C.△U1一定小于△U2 D.R2消耗的电功率先增大后减小 6.国内某研究团队应对雷击灾害做了如右图所示的模拟避雷针作用 的实验装置，金属板M、V间有两个等高的金属体A、B,A为尖头、 B为圆头.将金属板M、V接在高压电源上，逐渐升高电源电压，将 首先观察到(). A.A放电B.B放电 C.A、B一起放电D.A、B之间放电 高二物理(A卷)共6页第2页 7.三个质量相同的物体，与水平桌面的动摩擦因数相同，在不同的水平外力作用下，A做匀速 运动，B做加速运动，C做诚速运动，那么它们受到的摩擦力大小关系应是(). A.f>f>fc B.fa<f<fc C.f=f=fc D.无法比较大小 8.嫦娥四号月球探测器平稳降落在月球背面南极 UNA 艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内.震惊了全世界.嫦 3.00 蛾四号展开的太阳能电池帆板在有光照时，可以将光 能转化为电能，太阳能电池板作为电源，其路端电压与 2.00 干路电流的关系如右图所示，则下列说法正确的是 1.00 (). A.该电池板的电动势为2.80V 1.00 2.00 3.001mA B.随着外电路电阻增大，其内阻逐渐增大 C.外电路阻值为1k2时电源输出功率约为3.2W D.外电路阻值为1kΩ时电源效率约为36% 二、填空及实验探究题（本大题共4小题，共28分） 9.(6分)如右图所示，一个均匀导电金属圆环接入电路中，初始 接入点a、b是圆环直径上的两个端点，金属圆环处在磁感应强度 为B的匀强磁场中，磁场方向与圆环所在平面垂直，此时整个金 属圆环受到的安培力大小为F,若接人点α保持不动，电路中总 电流1保持不变，接人点6沿圆环转过了，则金属圆环受到的安培力方向转过角度为 ,安培力的大小变为 10.(6分)某同学为测定电源的电动势E和内阻r,从实验室找来开关、定值电阻R。、电流表 (内阻不计)、一根均匀电阻丝（配有可在电阻丝上移动的金属夹）和导线若干，因缺少刻度尺， 无法测量电阻丝长度，他找到了一个绝缘的圆形时钟表盘他将电阻丝绕在表盘上，用改变圆 心角0（以rd为单位）的方法改变接人电路中的电阻丝长度.实验方案如下：先将器材连成如 图甲，后将金属夹从b端开始不断改变位置，闭合开关后记录每次从到金属夹位置所对应 的圆心角0和电流表示数I,最后将数据描在坐标纸上，绘得如图乙所示图线，已知4、b间单 位角度对应电阻丝的阻值为。，则图乙对应的日的函数关系为 (用R。、ra,E、r,0 表示)；若已知ro=32·rad1,R。=2n,则由图乙可求得电源内阻r= n. 高二物理(A卷)共6页第3页 1.5 1.0 0 1.0 0/rad 11.(8分)图甲中的M,N为处在匀强磁场中的两条位于同一水平面内的平行足够长导轨，一 端串接电阻R,磁场沿竖直方向.αb为金属杆，可在导轨上无摩擦滑动，滑动时保持与导轨垂 直杆和导轨的电阻都不计.现于导轨平面内沿垂直于ab方向对杆施一恒力F,使杆从静止出 发向右运动在以后的过程中，杆速度的大小v、加速度的大小Q、力F冲量的大小I,以及R上 消耗的总能量E随时间t变化的图线，分别对应于图乙中的 图线. 甲 12.(8分)实验室中有如下器材：多用电表，电压表(3V,3kn),两节1.5V干电池（内阻未 知)，滑动变阻器（最大阻值2k),开关一个，导线若干， ①用多用电表测其中一节干电池的电动势，将选择开关置于合适的位置，下列符合要求 的是 20 00 000 A B 0 ②欧姆表的内部可以等效为一节电池、一个理想电流表和一个电阻串联而成的电路，如 图甲所示利用图乙所示的电路测量多用电表欧姆挡内部电池的电动势和内阻，记电池的电动 高二物理(A卷)共6页第4页 势为E,欧姆表“×100”挡内部电路的总电阻为r,调节滑动变阻器，测得欧姆表的读数R和电 压表的读数U,某次测量电压表的示数如图丙所示，读数为 V,根据实验数据画出的 R图线如图丁所示，求得电动势E= V,内部电路的总电阻r= kn(所有 结果保留两位小数) 1.60 1.40 多用电表 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0 123456R(×1k2) 丙 三、解答题（本大题共3小题，共40分，解答应写出必要的文字说明，方程式和重要的演算步 骤.只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13.(12分)2022年11月3日，中国“天官”载人空间站梦天实验舱顺利完成转位，空间站“T” 字基本构型在轨组装完成.已知空间站在距地面高400km左右的轨道上做匀速圆周运动，在 此高度上有非常稀薄的大气，受气体阻力的影响，轨道高度1个月大概下降2km,“天宫”安装 有发动机，可对轨道进行周期性修正.假设“天宫”正常运行轨道高度为h,经过一段时间t,轨 道高度下降了△h(△h<h),已知引力常量为G,地球质量为M,地球半径为R,“天宫”质量为 m,“天宫”垂直速度方向的有效横截面积为S.假设“天宫”附近空气分子是静止的，与“天宫” 相遇后和“天宫”共速.若规定距地球无限远处为地球引力零势能点，则地球附近物体的引力势 能可表示为E。=-GMm,其中M为地球质量，m为物体质量，r为物体到地心距离，求： (1)“天宫”正常在轨道上做圆周运动时的线速度大小； (2)以无限远处为零势能点，“天宫”正常在轨道上做圆周运动时的机械能E: (3)若“天宫”轨道高度下降△h(△h《h)时损失的机械能为△E,忽略下降过程中阻力大 小变化，请估算“天宫”附近的空气密度ρ. 高二物理(A卷)共6页第5页 14.(14分)如右图所示，两个固定的均匀带电球面，所带电荷量分别为 十Q和一Q(Q>0),半径分别为R和。R,小球面与大球面内切于C点. 两球面球心O和O的连线MN沿竖直方向，在MN与两球面的交点B、 O和C处各开有足够小的孔，因小孔损失的电荷量忽略不计，有一质量 为m,电荷量为g(g>0)的质点自MN线上离B点距离为R的A点竖 直上抛.已知点电荷q在场源电荷为Q产生的电场中，具有的电势能为 Q4(,表示g到Q的距离)，设静电力常量为k,重力加速度为g (1)求抛出点A的电场强度和球心O的电场强度； (2②)当满足女是=mg时，要使质点从A点上抛后能够到达B点，所需的最小初动能为 多少？ 15.(14分)利用电场与磁场控制带电粒子的运动，在现 代科学实验和技术设备中有着广泛的应用.如右图所示， 粒子源 一粒子源不断释放质量为m,带电量为十g的带电粒子， 其初速度为，经过可调的加速电压U(0≤U≤3m) 加速后，以一定速度垂直平面MNN:M,射人边长为 2L的正方体区域MNPQ一M:N,P,Q1.可调整粒子源及加速电场位置，使带电粒子在长方形 MH区城MH-号M-L)内人射，不计粒子重力及其相互作用.，（说明：本题中为了计 算方便，取cos36°=0.8，sin36°=0.6) (1)若仅在正方体区域中加上沿x轴正方向的匀强电场，要让所有粒子都到达平面 NPP,N,,求所加匀强电场电场强度的最小值E。: (2)若仅在正方体区域中加上沿x轴正方向的匀强磁场，要让所有粒子都到达平面 M:N:P:Q,(含边界)，求所加匀强磁场的磁感应强度的大小满足的条件： (3)同时加上沿x轴正方向的电场和磁场，且加速电压为零时，从M点射入的粒子恰好 打在底面MN1P,Q,的中心，求所加的B、E的大小. 高二物理(A卷)共6页第6页 第十五届中学生数理化生综合实践活动 高二物理应用知识展示(A卷) 参考答案及评分标准 1.D 2.A 解析：AB．战机水平飞行时，左右机翼切割地磁场竖直向下分量，由右手定则可知，不管是水平向东飞行，还是水平向西飞行，都是机翼左侧电势较高，左右侧机翼最远点电势差大小为 B2L2v，故A正确，B错误；CD．战机垂直起降时，左右机翼切割地磁场由南向北平行地面水平分量，左右侧机翼最远点电势差大小为B1L2v，CD错误。故选A。 3. C 4. C 解析：电场线是发散的，等势线是封闭的，所以a所在的线是电场线，故A错误；根据电场线的密集程度代表电场强度大小可知b点场强小于c点场强；故B错误；C、根据等势线分布可知Ubc＝Uba+Uac，所以b、c两点间的电势差的值比a、c两点间的大，故C正确；由图可知d点电势与g点电势不同，则将电荷沿图中的线从d→e→f→g移动时电场力做功不为0，故D错误；故选：C。 5.C 解析:依题意，若电压表V1的示数增加，根据闭合电路欧姆定律则电阻R2阻值减小，电流表测量干路电流，电流表示数增大，外加磁场逐渐增强，故AB错误； 结合题图根据闭合电路欧姆定律有,由题可知增大，增大，减小，可得,所以ΔU1一定小于ΔU2，故C正确；把等效看成电源内阻的一部分，由于开始时,根据电源输出功率与外电阻的关系，可知随着电阻R2阻值的减小，电源的输出功率逐渐减小，故D错误。故选C。 6.A 解析：在导体外表面，越尖锐的位置，电荷的密度越大，其附近的电场强度越大，越容易使空气电离，从而产生放电现象。A为尖头，当逐渐增大电压时，A先放电，选项A正确，B、C、D错误。 7. C 8.A 解析：A．电源的路端电压与干路电流的关系图像中，图线与纵轴的交点表示电动势，所以由图可知该电池板的电动势为2. 80V， A正确。 B．随着外电路电阻增大，干路电流不断减小，由闭合电路欧姆定律可知内阻 ,如图所示. 外电路电阻，电阻的伏安特性曲线与原路端电压与干路电流的图线分别交于P1、P2， 则，指的是E与P1两点连线的斜率，，指的是E与P2两点连线的斜率，可知，B错误。在原图中作出阻值为1kΩ的电阻的伏安特性曲线，如下图所示 与原图交于(1.8mA，1. 8V)，此交点即表示电阻的实际状态，所以电源输出功率约为 ,故C错误。此时电源的效率,故D错误。故选A。 9 （每空3分） 解析:若接入点 a 保持不动，接入点 b 沿圆环转过 ，电流的方向转过，金属圆环受到的安培力方向转过角度为；根据题意，电路中总电流I 保持不变，设金属环的半径为r，b点移动前后金属环受到的安培力分别为解得 10. 4 （每空3分） 解析:依题意，根据闭合电路欧姆定律可得,变换可得 由图知图线的斜率,纵截距, 代入r0=3/rad，R0=2，可求得电源内阻 11.③ , ⑥ , ① , ④（每空2分） 12.   B               （每空2分） 解析：①用多用电表测量电动势时，应采用直流电，并且量程选择10V时误差过大，故应选择2.5V量程，故ACD错误，B正确。故选B。 ②由图3可知，由于电压表的量程为3V，则最小刻度为，读数时要估读到最小刻度的下一位，则读数为。 由图乙，根据闭合回路欧姆定律整理可得 结合图像4可得 解得， 3、 解答题 13.解：（1）“天宫”正常在轨道上做圆周运动时，根据牛顿第二定律有    ①.............................................2分 解得    ②...........................................2分 （2）“天宫”正常在轨道上做圆周运动时的动能为    ③ ...........................................1分 由题意可知，以无限远为零势能点，“天宫”正常在轨道上做圆周运动时的引力势能为    ④...........................................1分 所以“天宫”正常在轨道上做圆周运动时的机械能为    ⑤...........................................2分 （3）因为，所以“天宫”仍可认为是做圆周运动，在t时间内“天宫”运动的路程为    ⑥ 设空气对“天宫”的作用力大小为f，根据功能关系有    ⑦ “天宫”与空气作用的时间内，根据动量定理有    ⑧...........................................2分 联立②⑥⑦⑧解得    ⑨...........................................2分 14.解：（1）均匀带电球面对球外电场可等效成电荷量集中在球心的点电荷产生的场强，则 ................................3分 均匀带电球面对球内任意位置场强均为0，则 ................................3分 （2）质点在A→B应做减速运动．设质点在A点的最小初动能为Ek0，则根据能量守恒得，可得质点刚好能达到B点的条件为 ①................................3分 ................................3分 由此可得使质点从A点上抛后能够到达B点，所需的最小动能为 ②................................2分 15.解：（1）粒子经过加速电场加速有 ......................................1分 当加速电压最大时v=2v0 仅加电场时粒子在正方体区域中做类平抛运动，当以最大的加速电压加速粒子，且从M点射入的粒子恰好到达P点，则所有粒子均能达到平面NPP1N1，由类平抛规律可得 qE0＝ma......................................1分 ......................................1分 2L＝vt......................................1分 联立解得：；......................................1分 （2）仅加磁场时粒子在正方体区域中做匀速圆周运动，当以最大的加速电压加速粒子，且从M点射入的粒子恰好到达Q1点时所加的磁场为最小值，由圆周运动规律可得 r1＝2L......................................1分 ......................................1分 联立解得：；......................................1分 当加速电压为0时，从M点射入的粒子恰好到达M1点时所加的磁场为最大值，有 r2＝L. 联立解得：. 综上可知；......................................1分 （3）X方向的运动：......................................1分 Yz平面的运动：（2L﹣r）2+L2＝r2......................................1分 得，. 又 ......................................1分 解得：，......................................1分 ；......................................1分 学科网（北京）股份有限公司 $$