2023年第十六届中学生数理化生综合实践活动高二物理应用知识展示试题（A卷）

第十六届中学生数理化生合实践活动 高二年级物理参考答案及评分标准 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.B 解析：普朗克常数h的单位是，光速c的单位是，距离a的单位是m，可知单位的是其意义为单位面积的能量。故选B。 2.A 解析甲图中前后面的同性磁极间距较小，同性磁极相互斥力大，容易脱落；乙图中前后面的同性磁极间距较大，同性磁极相互斥力小，不容易脱落，故选A. 3.C 解析：AB．质子在B管中做匀速直线运动，漂移管B的长度LB=vBt，得LB=04m AB错误；CD．由图可知，从B到E经过3次加速，设加速电压为U，根据动能定理可得，质子的比荷,联立代入数据得U=6.0×104V C正确，D错误。故选C。 4.A 解析：导体棒没有通电时测力计的示数即为磁铁的重量为，通向外的电流后，由左手定则可知导体棒受向上的安培力，根据牛顿第三定律可知导体棒对磁铁的磁力向下，对磁铁由平衡条件+F安=G1，三种情况下，根据，导体棒所受安培力相同，所以，故选A。 5.D 解析：A．根据，可得出水口钢管横截面积为，选项A错误；C．每秒内水流机械能增加选项C错误； B．水泵的输入功率为，选项B错误； D．电机发热功率为P热=330W-290W=40W，选项D正确。 6. A 解析：AB. 设箭的水平初速度为v，入壶时与水平方向的夹角为， 则有，。 由于 tan 53°> tan 37°， 所以 若两人站在距壶相同水平距离处投壶，即x甲=x乙时，则h甲 > h乙，根据 可知t甲>t乙，即甲所投的箭在空中运动时间比乙的长；根据x=vt 可知v甲 < v乙，即甲所投箭的初速度比乙的小，故A正确、B错误。 CD.若箭在竖直方向下落的高度相等，即h甲=h乙时，则x甲 < x乙，即甲投壶位置距壶的水平距离比乙小；根据，可知t甲=t乙，根据x=vt 可知v甲 < v乙，则射箭落入壶口时的速度 即甲所射箭落入壶口时速度比乙小，故CD错误。故选A。 7. C 解析：A．根据可知图像与对应时间轴所围成的面积表示的物理意义是电容器的电荷量，故A错误；S1表示电容器充电后所带电荷量，S2表示电容器放电的电荷量，所以S1=S2，故B错误；C．由题图乙可知电容器充电瞬间电流比电容器放电瞬间电流大，且电容器充电瞬间电源电压和放电瞬间电容器两端电压相等，则有，所以 ，故D错误；D．该电容器的电容为，故C正确。 8.C 解析：AB．由图乙可知，当时，P点位于下图中的E点处，此时可得 当时，P点位于下图中的F点处，由几何知识可知E、F、O三点共线，此时可得 则圆心O点的电势为。过A点作OE的垂线交于M点，由几何知识易得，M点为EO中点，则下图中M点的电势为。故直线AM为等势线，由于电场线与等势面垂直，则可知电场线沿FOE方向，过B点作电场线FOE的垂线，交于N点，如图所示，则有。电场强度的大小为，故AB错误。 根据上面的方法可知，B点的电势比C点的电势低，则电子在B点的电势能大于在C点的电势能，故C正确；电子从C点沿圆弧逆时针移动到D点，电势先升高再降低，电势能先降低后升高，则电场力先做正功后做负功，故D错误。故选C。 二、填空及实验探究题(本大题共４小题,共２８分) 9. 不变 不变 向上运动（每空2分） 解析：根据电路分析可知电压表1和电压表2分别测路端电压和热敏电阻两端的电压，静电计测量定值电阻两端的电压，由，得，所以不变。根据，得，所以和一定不变，电路电阻减小，电流增大，电容器两端电压增大，电场力大于重力，粒子向上运动。 10. 低于；正一价钠离子仅在电场力的作用下，从细胞膜外A点运动到细胞膜内B点，则电场线由A到B，根据沿电场线方向电势逐渐降低，故B点电势低于A点电势。（从做功角度分析亦可）（每空3分） 11. ，．（每空3分） 解析：物块的上升过程分为两个阶段，第一阶段为在物块释放后，在绳子拉力的作用下加速上升，与此同时物块加速下降，速率与物块相同，第二个阶段为物块落地后，物块在自身重力的作用下减速上升直至最高点。则第一阶段对整体由动能定理有。第二阶段对物块由动能定理有，联立以上两式可得，结合图像可得，可知。要将物块拉起，则有，对物块，则有，可得，因此有，即。 12.（1）a（2分） （2）1（2分） （3）（2分） （4）向下（2分） （5）4000（2分） 解析：（1）电流从红表笔流进，黑表笔流出，欧姆表红表笔与内部电源负极相连，故图中红色表笔应该连接在a处。 （2）当开关S拨向1时，回路中满偏电流小，欧姆表内阻大，中值电阻大，能够接入待测电阻的阻值也更大，倍率较大，即挡位为“”。 （3）当开关S拨向1时，回路中满偏电流;当开关K拨向2时，回路中满偏电流;当开关S拨向3时，回路中满偏电流;依题意，当开关S拨向1时，回路中满偏电流，解得定值电阻、、的阻值之比为。 （4）从“”挡位换成“”挡位，即开关S从2拨向3，满偏时干路电流增大，再进行欧姆调零时，a、b接时回路总电阻减小，调零电阻接入电路的阻值减小，因此滑片向下滑动。 （5）在“”挡位进行欧姆调零，则，在ab两表笔间接入阻值为的定值电阻，稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的，则;在ab两表笔间接入待测电阻，稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的，则;联立解得，则。 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.（13分） 解：（1）设离开加速电场时的速度为则................................2分 解得...............................2分 （2）离开偏转电场时沿电场方向的速度满足...............................1分 结合矢量关系，以上两个速度和满足 ...............................1分 ...............................1分 根据电子出偏转电场时速度的反向延长线经过位移的中点有 ...............................1分 ...............................1分 由以上式子联立得...............................2分 电子离开偏转电场时的动能为...............................2分 14.（13分） 解：（1）小车受到重力、木板的支持力与沿木板向上的摩擦力，小车的受力示意图如图所示。 重力沿木板向下的分力为 ..............................1分 则小车受到的摩擦力为 ..............................1分 小车匀速运动，由平衡条件可得 ..............................1分 解得..............................1分 当小车的质量由M变成M+∆m时，若使小车匀速运动，仍有 ..............................1分 仍然满足..............................1分 即若增大小车的质量，角度θ无须改变。..............................1分 （2）①a.对小车由牛顿第二定律可得..............................1分 对砝码和砝码盘由牛顿第二定律可得..............................1分 解得..............................1分 则有..............................1分 b.利用a中得到结论解得.......................................1分 可得.......................................1分 15.（14分） 解：（1）①时间t内，作用在太阳帆的光子的总能量为..............................1分 时间t内作用在太阳帆的光子个数为..............................2分 ②根据动量定理得..............................1分 故太阳光对飞船的推力为..............................1分 根据牛顿第二定律可知，在太阳光压下宇宙飞船的加速度为..............................2分 （2）正离子飘入匀强电场，电场力做功功率为..............................1分 正离子在电场中做匀加速直线运动，则有 ..............................1分 ..............................1分 联立，可得..............................1分 根据牛顿第三定律，可知引擎获得的推力F的大小为..............................1分 分析，可知..............................1分 为提高能量的转换效率，可以用质量大的粒子、用带电量少的离子、减小加速电压。..............................1分 学科网（北京）股份有限公司 $$第十六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 姓名 学校 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域内. 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.2024年1月8日起,可通过指定网站(www.isuvang.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. 卡西米尔能量是两导体平板之间由于涨落而产生的与相互作用有关的 能量,如果表示普朗克常数,c表示光速,a表示两导体板之间的距离,请 你根据单位制知识,判断下列单位面积的卡西米尔能量E的表达式可能正 确的是( ) A.E=c B.E--xhc C.E_-xhc D.E--xhc 340□t 1440a3 240a 720a2 2. 磁力玻璃擦是目前很时尚的玻璃清洁器,其原理是利用异名磁极的吸引作用可使玻璃外面 的一片跟着里面的一片运动,下图分别为某玻璃擦改进前和改进后的原理图,关于两种磁力玻 璃擦是否容易脱落的主要原因,下列说法正确的是( ). 向左移动 向左移动 N 后面 N后面 N:前面 “前面 改装前N、S磁极分布 改装后N、s磁极分布 甲 乙 A. 甲图中前、后面的同名磁极间距较小,同名磁极相互斥力大,容易脱落 B. 甲图中前、后面的异名磁极间距较小,异名磁极相互引力大,不容易脱落 C. 乙图中前、后面的同名磁极间距较大,同名磁极相互斥力小,容易脱落 D. 乙图中前、后面的异名磁极间距较大,异名磁极相互引力小,不容易脱落 高二物理(A卷)共6页 第1页 3. 如图所示,某直线加速器由沿轴线分布的一系列金属圆管(漂移管)组成,相邻漂移管分别 接在高频脉冲电源的两极,质子从P点沿轴线进入加速器并依次向右穿过各漂移管,在漂移 管内做匀速直线运动,在漂移管间被电场加速,加速电压视为不变,设质子进入漂移管B时速 度为8×10{}m·s-1,进入漂移管E时速度为1×10m·s-1,电源频率为1×10{Hz,漂移管间 缝隙很小,质子在每个管内运动时间视为电源周期的 漂移管 的比荷取1×10*C·kg1.下列说法正确的是( ). A. 漂移管B的长度为0.6m B.漂移管B的长度为0.8m 加速缝隙 C. 相邻漂移管间的加速电压为6.0×10V 脉冲电源 D. 相邻漂移管间的加速电压为8.0×10V 4.一种可“称量”安培力大小的实验装置如图甲.U形磁铁置于水平电子测力计上,两磁极之间 的磁场可视为水平匀强磁场,不计两极间以外区域磁场,一水平导体棒垂直磁场方向放入U 形磁铁两极之间(未与磁铁接触),导体棒由绝缘杆固定于铁架台上.导体棒没有通电时,测力 计示数为G。;导体棒通以图示方向电流时,测力计示数为G.;将导体棒在水平面内转过9角 时(如图乙),测力计示数为G。;将导体棒在竖直面内转过?角时(如图丙),测力计示数为G。 整个过程保持电流大小不变,磁铁始终静止,不考虑导体棒电流对磁铁磁场的影响.下列说法 正确的是( □t _ 视图 1叔 侧视图 (俯视) (侧视) 甲 丙 A. G=GB. GG: C.G.>G D.G._G 5.位于钱塘江南岸的杭州奥体中心主体育场俗称“大莲花” 为这朵“大莲花”调节温度的,不仅有中央空调,还有江水源 空调,江水源空调就是用多组江水源热裂抽取钱塘江的水 再利用江水与体育场室内空气的温差,实现制冷和制热,从 而让场馆达到冬暖夏凉的效果,已知每组江水源热聚由电动 机、水菜、输水钢管组成,钱塘江抽水处水源距离地表6n 深,安装抽水系时将一根输水钢管竖直打入地底下与钱塘江地下水源连通,水系出水口离地表 高二物理(A卷)共6页 第2页 高度为0.45m,水流由出水口水平喷出时的速度为4m·s二1,每秒出水量为3kg.水由功率 为330W的电动机带动,已知电动机额定电压为220V,水聚的抽水效率为75%(抽水效率是 指水的输出功率与输入功率的比值),水的密度为1.0×10{}kg·m,则( ). A. 出水口钢管横截面积为2.5×10m{} B.水的输入功率为217.5W C. 每秒内水流机械能增加241 D. 电机发热功率为40W 6. 投壶是从先秦延续至清末的中国传统 礼仪和宴饮游戏,《礼记传》中提到:“投 壶,射之细也.宴饮有射以乐宾,以习容而 讲艺也”如图所示,甲、乙两人沿水平方 甲 乙 向各投出一支箭,箭尖插入壶中时与水 平面的夹角分别为53{}和37*},已知两支箭质量相同,忽略空气阻力、箭长、壶大小等因素的影 响,sin37*-0.6,cos37*-0.8.下列说法正确的是( ). A. 若两人站在距壶相同水平距离处投壶,甲所投箭的初速度比乙的小 B. 若两人站在距壶相同水平距离外投,乙所投的箭在空中运动时间比甲的长 C.若箭在竖直方向下落的高度相等,则甲所射箭落入壶口时速度比乙大 D. 若箭在竖直方向下落的高度相等,则甲投壶位置距壶的水平距离比乙大 7. 电容器是一种重要的电学 i/mA 元件,在电工、电子技术中应 600 用广泛.使用图甲所示电路观 01 900 300 察电容器的充、放电过程,电路 中的电流传感器与计算机相 甲 连,可以显示电路中电流随时间的变化,图甲中直流电源电动势E三8V,实验前电容器不带 电.先使S与“1”端相连给电容器充电,充电结束后,使S与“2”端相连,直至放电完毕,计算机 记录的电流随时间变化的i-t曲线如图乙所示,下列说法正确的是( ). A. 图像阴影为i-z图像与对应时间轴所围成的面积表示电容器的能量 B. 阴影部分的面积S;和S,肯定不相等 C. 计算机测得S.-1203mA·s,则该电容器的电容约为0.15F D. 阻值R:大于R2 8.在平行于纸面的匀强电场中,有一个圆形区域 _# ABCD,如图甲所示,圆心为O,半径为R一0.1m P为圆狐上的一个点,从A点出发沿逆时针运动, 为PO连线旋转的角度,即POA一0,P点电势随 _用 / ). 9角度的变化如图乙所示,则 乙 高二物理(A卷)共6页 第3页 A.A<B# B. 匀强电场场强大小为10V·m二1 C. 电子在B点的电势能大于在C点的电势能 D. 电子从C点沿圆孤逆时针移动到D点,电场力先做负功后做正功 二、填空及实验探究题(本大题共4小题,共28分) 9.(6分)如图所示,电源电动势为E,内电阻恒为r,R是定值 电阻,热敏电阻R-的阻值随温度升高而减小,C是平行板电容 器,静电计上金属球与平行板电容器上板相连,外壳接地,闭合开 关S.带电液滴刚好静止在C内,在温度升高的过程中,分别用 I、U. 和U。表示电流表、电压表1和电压表2示数变化量的绝对值,则 △I 大”“变小”或“不变”),。 △U 一定。 (填“变大”“变小”或“不变”),带电油滴一定 (填“向下运动”“向上运动”或“不运动”) A.细胞膜外 10.(6分)人体的细胞膜由磷脂双分子层组成,双分子 过8888 层之间存在电压(医学上称为膜电位),使得只有带特定 V 电荷的粒子才能通过细胞膜进人细胞内,如图初速度为 细胞核 细胞膜 B细胞膜内 零的正一价纳离子仅在电场力的作用下,从细胞膜外 A点运动到细胞膜内B点,则B点电势 A点电势(填“高于”“低于”或“等于”),原因 是 11.(6分)某同学利用如图甲所示的装置,探究物块。上升 的最大高度H与物块距地面高度h的关系,忽略一切阻力 H 及滑轮和细绳的质量,初始时物块a静止在地面上,物块 距地面的高度为,细绳恰好绸直,现将物块由静止释放,1 碰到地面后不再反弹,测出物块a上升的最大高度为H,此 C 后每次释放物块时,物块a均静止在地面上,物块着地 后均不再反弹,改变细绳长度及物块距地面的高度h,测量多组(H,h)的数值,然后作出H h图像(如图乙所示),图像的斜率为,已知物块a、的质量分别为n、n。,则物块a、b的质 量之比_ _;H-h图像的斜率k的取值范围是 高二物理(A卷)共6页 第4页 12.(10分)某物理爱好者设计了一个三挡位(“×1”“×10” “×100”)的欧姆表,其内部结构如图所示,S为单刀三掷开 关,R为调零电阻,R.、R。、R。为定值电阻,表头G的满偏电流 为I.,内阻为R。,干电池的电动势为E,内阻为,.用此欧姆表测 量一待测电阻的阻值,回答下列问题 (1)欧姆表的表笔分为红、黑两种颜色,红色表笔应该连 接在图中 处(填“a”或“b”). ## (2)当欧姆表的挡位为“×100”时,应将单刀三掷开关s 与_ 接通(填“1”“2”或“3”). (3)定值电阻R,、R。、R;的阻值之比为R:R:R。=_. (4)若从“×10”挡位换成“×1”挡位,再进行欧姆调零时,调零电阻R的滑片应该 调节(填“向上”或“向下”) (5)在“×100”挡位进行欧姆调零后,在a、6两表笔间接入阻值为6000Q的定值电阻 R。,稳定后表头G的指针偏转到满偏刻度的 0. 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.(13分)CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称,CT扫描机可用于对多种病情的探 测.图甲是某种CT机主要部分的剖面图,其中X射线产生部分的示意图如图乙所示,图乙中 M、N之间有一电子束的加速电场,加速电压恒定为U;高度足够高,宽度为d的虚线框内有 竖直方向的匀强电场,电子束从静止开始在M、N之间加速后以一定的速度水平射出并进人 偏转电场,速度方向改变53{角后打到靴环上的P点产生X射线,探测器能够探测到竖直向上 射出的X射线.黜环是以P点为圆心的圆面,P点距偏转电场中心的水平距离为1一3d.已知 电子质量为n,电量为e,电子重力不计、始终在真空中运动. 偏转线圈 探器 电子枪 电子束 ,__X射线束 X射线 把环p 甲 目标翘环 乙 高二物理(A卷)共6页 第5页 (1)电子离开加速电场时的速度大小u; (2)求偏转电场的电场强度E和打在靴上的电子动能 14.(13分)如图甲所示,一小车放于平直木板上(木板一端固定一个定滑轮),木板被垫高一定 角度θ,该角度下,小车恰能做匀速直线运动(假设小车所受摩擦力与小车对木板的正压力成 正比,比例系数为),小车总质量为M (1)请推导9与1应满足的定量关系,并分析说明若增大小车质量,仍使小车做匀速直线 运动,角度?是否需要重新调整 小车 (2)如图乙所示,将小车上铨一根质量不计 小车 _ 且不可伸长的细绳,细绳通过滑轮(滑轮与细绳 之间摩擦不计)下挂一个磕码盘(内放法码),在 础码 木板上某位置静止释放小车后,小车做匀加速直 码盘 甲 线运动,已知祛码盘及磕码的总质量为”,求; 乙 a. 如果一M,小车所受细绳拉力与祛码盘及法码总重力的比值; b. 用F表示小车所受细绳的拉力,如果要求 2 15.(14分)为寻找可靠的航天动力装置,科学家们正持续进行太阳帆推进器和离子推进器的 研究,太阳帆推进器是利用太阳光作用在太阳帆的压力提供动力,离子推进器则是利用电场加 速后的离子气体的反冲作用加速航天器 (1)由量子理论可知每个光子的动量为p一 的能量为;一h(为光子的频率),调整太阳帆使太阳光垂直照射,已知真空中光速为c,光子 的频率v,普朗克常量h,太阳帆面积为S,时间t内太阳光垂直照射到太阳帆单位面积上的太 阳光能为E,宇宙飞船的质量为M,所有光子照射到太阳帆上后全部被等速率反射,求; ①时间;内作用在太阳帆的光子个数N ②在太阳光压下宇宙飞船的加速度a的大小 (2)离子推进器的原理如图所示:进人电离室的气体被电 离,其中正离子飘入电极A、B之间的匀强电场(离子初速度忽 略不计),A、B间电压为U,使正离子加速形成离子束,在加速 正离子束的过程中所消耗的功率为P,推进器获得的恒定推力 电离室A m,电荷量为q. 高二物理(A卷) 共6页 第6页