上海市嘉定区第一中学2024-2025学年高三上学期期中物理试卷（A卷）

2024-2025学年上海市嘉定一中高三（上）期中物理试卷（A卷） 一、单选题（1-7题2分一题，8-13题3分一题，共32分） 1．（2分）在人类探索微观世界的过程中，许多科学家做出了巨大的贡献，下列说法符合历史事实的是（　　） A．汤姆孙通过阴极射线在电、磁场中的偏转，发现阴极射线由带负电的粒子组成 B．贝克勒尔通过石墨对X射线的散射实验，说明光子不仅具有能量还具有动量 C．玻尔最早引入能量子的观点，破除了“能量连续变化”的传统观点 D．康普顿发现了天然放射现象，说明原子核内部具有复杂结构 2．（2分）下列说法正确的是（　　） A．Ra→RnHe是β衰变 B．HH→Hen是聚变 C．Un→XeSrn是衰变 D．Na→Mge是裂变 3．（2分）太阳辐射能量主要来自太阳内部的（　　） A．化学反应 B．放射性衰变 C．裂变反应 D．热核反应 4．（2分）下列四幅图中，α、β、γ和质子（）四种粒子，标注正确的是（　　） A． B． C． D． 5．（2分）强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子极短时间内能吸收到多个光子而从金属表面逸出，如图为实验室进行光电效应实验装置。用频率为ν的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大反向电压，当电压为U时，光电流恰好减小到零。（其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）下列说法正确的是（　　） A．用频率为ν的普通光源照射阴极k，只要时间足够长也有光电子从k表面逸出 B．阴极k的截止频率小于ν C．电子的最大初动能可能为2hν﹣W0 D．遏止电压U可能为 6．（2分）关于粒子的说法，正确的是（　　） A．发生β衰变时放出的β射线是电子流，射线来自原子核，说明原子核里有电子 B．德布罗意通过实验验证了实物粒子具有波动性 C．发生光电效应时，从金属表面逸出的光电子是一次性吸收光子的全部能量，不需要积累的时间 D．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子，叫作“基本粒子” 7．（2分）C衰变为N的半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内C与N比例不变；生命活动结束后，C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，下列说法正确的是（　　） A．该古木在距今约为5700年前生命活动结束 B．10个C原子核，经过一个半衰期，一定有5个原子核发生衰变 C．C衰变为N过程中一定放出三种射线 D．增加样品测量环境的压强将加速C的衰变 8．（3分）氢原子中的电子以不同的半径绕原子核做匀速圆周运动，第一条轨道半径r1，第二条轨道半径r2（r1＜r2） 则在两条轨道上运动相比较，下列说法不正确的是（　　） A．第二条轨道的动能大 B．第二条轨道的电势能大 C．第二条轨道的动能、电势能之和大 D．第二条轨道的运动周期长 9．（3分）一块太阳能电池板面积S＝1m2，中午正对太阳光时发电功率P＝270W。电池板光电转换效率为η＝20%，日地距离为r＝1.5亿千米。可估算出太阳内部由于核聚变每秒亏损的质量最接近的是（　　） A．4×105kg B．4×107kg C．4×109kg D．4×1011kg 10．（3分）金属铝熔化成液体后通入氢气，在液态铝内产生大量气泡，冷凝后得到带有微孔的泡沫铝，如图所示．下列说法中正确的是（　　） A．泡沫铝是晶体，某些物理性质具有各向异性 B．在冷凝过程中，气泡收缩，外界对气体做功，气体内能增加 C．液态铝与氢气泡的接触面存在表面张力，将会阻碍气泡的膨胀 D．由于充入了气体，泡沫铝分子间距离增大，分子间只存在分子引力 11．（3分）如图甲所示，在光滑水平面上有一个质量为m、内外壁均光滑的汽缸，汽缸内活塞的质量也为m，活塞的横截面积为S，汽缸内密封一定质量的理想气体，理想气体的温度为T0，体积为V，整体静止在水平面上，大气压强为p0；如图乙所示，对活塞施加一方向水平向左、大小为mg的推力，整体向左做匀加速直线运动，若此时气体的体积仍然为V，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．此时气体的温度为 B．此时气体的温度为 C．此种情况下，气体的压强为 D．此种情况下，气体的压强为 12．（3分）K介子衰变方程为K﹣→π﹣+π0，其中K﹣介子和π﹣介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电。一个K﹣介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π﹣介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径RK与Rπ之比为2：1，如图所示，π0介子的轨迹未画出，由此可知π﹣介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为（　　） A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6 13．（3分）“通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性。弗兰克﹣赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，GA间加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸汽后，发现KG间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。下列说法错误的是（　　） A．汞原子基态和第一激发态的能级之差可能是4.9eV B．KG间电压低于4.9V时，电流随电压增大而上升，是因为电子能量越高，越容易克服反向电压到达A极 C．KG间电压在5～10V之间时，出现电流随电压增大而上升的一段图线，是因为单位时间使汞原子发生跃迁的电子个数增加 D．即使KG间电压高于4.9V，电子也存在始终不与汞原子发生碰撞的可能性 二、多选题（4分一题，共20分多选错选不得分，少选得2分） （多选）14．（4分）下列说法中正确的是（　　） A．分子距离增大，分子力可能先增大后减少，而分子势能一直增大 B．天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶是非晶体 C．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力 D．“油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积 E．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 F．浸润液体在毛细管里上升，不浸润液体在毛细管里下降 （多选）15．（4分）下列说法正确的是（　　） A．质子、中子属于强子，电子属于轻子 B．高速行进的火车上向前射出的光，其速度大于光速c C．量子力学是统一描述微观世界物理规律的普遍性理论 D．爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论都和普朗克常量紧密相关 （多选）16．（4分）如图甲所示为氢原子的能级图，用同一光电管研究氢原子发出的a、b、c三种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图乙。则这三种光（　　） A．光子动量pa＜pb＜pc B．照射该光电管时c光使其逸出的光电子初动能最大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大 D．若这三种光是原子从能级n＝3跃迁到较低能级时发出的光，则c光的波长可以表示为λc＝λa+λb （多选）17．（4分）如图所示，甲图是铀核裂变，铀核在被中子轰击后分裂成钡和氪，同时释放中子，产生的中子能使核裂变反应连续的进行，称为链式反应，乙图是反应堆中放射性元素氡的质量和初始时质量比值与时间之间的关系图像，丙图是原子核的比结合能与质量数之间的关系图像，丁图为α粒子散射图景，下列判断正确的是（　　） A．甲图，铀核裂变反应方程为 B．乙图，每过3.8天反应堆的质量就减少一半 C．丙图，原子核结合能低于 D．丁图，其中有少数α粒子发生大角度偏转，是因为α粒子受到原子核的库仑斥力 （多选）18．（4分）托里拆利实验装置如图所示，导热良好的玻璃管上端封闭，下端插入水银槽中，实验过程中，玻璃管内不小心混入少量气体．下列判断正确的是（　　） A．外界压强恒定，玻璃管内外水银面的高度差与温度成线性关系 B．外界温度恒定，测得的大气压强小于实际值 C．外界温度恒定，大气压强增大时，玻璃管内水银面上升 D．若缓慢向下按玻璃管，玻璃管内水银面下降，封闭气体压强减小 三、填空题（2分一空，共16分） 19．（4分）如图甲所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，通过 　 　（选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能。如图乙为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是核能→内能→　 　→电能。 20．（4分）氢原子的能级如图所示，当氢原子从n＝4向n＝2的能级跃迁时，辐射的光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则该金属的逸出功为 　 　eV．现有一群处于n＝4的能级的氢原子向低能级跃迁，在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有 　 　种． 21．（4分）如图，甲分子固定于坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力F与两分子间距离x的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为x轴上的四个特定位置．现把乙分子沿x轴负方向从a处移动到d处，则在　 　位置分子间作用力最小，在　 　位置分子势能最小． （两空均选填“a”、“b”、“c”或“d”） 22．（4分）房间内室温为300K，大气压强为p0。在此房间内给一玻璃瓶充入压缩气体，用圆柱形轻质软木塞塞住横截面为圆、面积为S的瓶颈使瓶口密封，瓶内压缩气体的温度与室温相同，压强p＝2p0，软木塞相对于瓶颈保持静止，如图所示。再将该玻璃瓶放入温度为77K的液氮中充分冷却，随后迅速放回房间，此时瓶颈与软木塞之间的静摩擦力大小为 　 　，若软木塞与瓶颈之间的弹力大小始终为N，则二者之间的静摩擦因数μ满足条件 　 　（用题给物理量表示）时，才能使瓶颈内的软木塞一直保持不动。假设瓶子和软木塞的热胀冷缩可忽略，瓶内气体可视为理想气体。 四、综合题（多选2分一题，填空4分一空共8分） 23．（8分）一位质量为60kg的同学为了表演“轻功”，他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气（可视为理想气体），然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上，并在气球的上方放置一轻质塑料板，如图1所示。 （1）（多选）关于气球内气体的压强，下列说法正确的是 　 　。 A.大于大气压强 B.是由于气体重力而产生的 C.是由于气体分子之间的斥力而产生的 D.是由于大量气体分子的碰撞而产生的 （2）（多选）在这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，球内气体温度可视为不变。下列说法正确的是 　 　。 A.球内气体体积变大 B.球内气体体积变小 C.球内气体内能变大 D.球内气体内能不变 （3）为了估算气球内气体的压强，这位同学在气球的外表面涂上颜料，在轻质塑料板面向气球一侧表面贴上格子边长为2.0cm的方格纸。表演结束后，留下气球与方格纸接触部分的“印迹”如图2所示。若表演时大气压强为1.013×105Pa，g取10m/s2，则气球内气体的压强为 　 　Pa（结果保留4位有效数字）。 24．（24分）在实际情况中，空气阻力的影响总是不可避免的。水滴从树梢上滴落的过程能被近似为自由落体运动；而雨滴从云层上下落的过程就不能忽略空气阻力的影响。（已知球体体积公式：） （1）质量为m的雨滴由静止开始，下落高度h时速度为v，求这一过程中克服空气阻力所做的功W＝ 　 　；（重力加速度用g表示） （2）雨滴在下降过程中，由于水汽的凝聚，雨滴质量将逐渐增大，同时由于速度逐渐增大，空气阻力也将越来越大，最后雨滴将以某一收尾速度匀速下降，在此过程中 　 　； A.雨滴所受到的重力逐渐增大，重力产生的加速度也逐渐增大 B.雨滴所受到的重力逐渐增大，但重力产生的加速度逐渐减小 C.由于雨滴质量逐渐增大，下落的加速度逐渐减小 D.由于空气阻力增大，雨滴下落的加速度逐渐减小 （3）雨滴由静止开始下落（不计空气阻力），遇到水平方向吹来的风，设风对雨滴持续作用，下列说法中正确的是 　 　； A.雨滴质量越大，下落时间将越短 B.雨滴质量越小，下落时间将越短 C.同一雨滴风速越大，着地时动能越小 D.同一雨滴风速越大，着地时动能越大 （4）高空云层中水气遇冷后凝聚成雨滴下落，设有大小不同的两个雨滴a、b（a雨滴较大）。它们在下落的过程中受到的阻力f＝kSv2，其中S是雨滴的横截面积，v是雨滴下落的速度，k为一常数。取雨落下落时为t＝0，设雨滴为球形，则a、b两雨滴下落过程中的速度随时间变化的v﹣t图像为图1的 　 　。 （5）“水往低处流”是自然现象，但下雨天落在快速行驶的小车的前挡风玻璃上的雨滴，相对于车却是向上流动的，对这一现象的正确解释是 　 　。 A.车速快使雨滴落在挡风玻璃上的初速度方向向上，雨滴由于惯性向上运动 B.车速快使空气对雨滴产生较大的作用力，空气的作用力使雨滴向上运动 C.车速快使挡风玻璃对雨滴产生较大的吸引力，吸引力吸引雨滴向上运动 D.车速快使挡风玻璃对雨滴产生较大的支持力，支持力使雨滴向上运动 （6）雨滴下落时由于空气阻力的作用，经过一段加速后会趋近匀速下落。为解释雨滴下落过程中的各种现象，某同学查阅资料发现，若将雨滴视作半径为r的球体，则在竖直下落过程中雨滴所受的阻力满足公式f＝kr2v2，其中k为常数，v为雨滴下落的速度大小。已知雨滴的密度为ρ，重力加速度为g。 ①取雨滴由静止开始下落的时刻作为计时起点，请在图2的v﹣t图中定性画出雨滴从高空开始下落后直至落地前的过程中，其速度随时间的变化图像（取竖直向下为正方向，且不考虑与其它雨滴的碰撞）； ②若某一雨滴的半径为rc，某时刻在竖直方向加速下落的速度大小为vc，求该时刻雨滴加速度的大小a； ③高空中的雨滴竖直下落后打在沙滩上会留下深浅不一的小坑，该同学查阅资料后认为坑的深浅取决于雨滴撞击地面时的平均压强。为简化问题，雨滴撞击地面时可视为圆柱体形状，且撞击时间极短，撞击后的速度为零。请你帮助该同学推导此雨滴撞击地面时平均压强p的表达式（结果用ρ、g、k和r表示）。 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$ 参考答案与试题解析 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 A B D C C C A A C C A 题号 12 13 答案 C C 一、单选题（1-7题2分一题，8-13题3分一题，共32分） 1．（2分）在人类探索微观世界的过程中，许多科学家做出了巨大的贡献，下列说法符合历史事实的是（　　） A．汤姆孙通过阴极射线在电、磁场中的偏转，发现阴极射线由带负电的粒子组成 B．贝克勒尔通过石墨对X射线的散射实验，说明光子不仅具有能量还具有动量 C．玻尔最早引入能量子的观点，破除了“能量连续变化”的传统观点 D．康普顿发现了天然放射现象，说明原子核内部具有复杂结构 【答案】A 【分析】根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可． 【解答】解：A．汤姆孙通过阴极射线在电、磁场中的偏转，发现阴极射线由带负电的粒子组成，故A正确； B．康普顿效应说明光子不仅具有能量还具有动量，故B错误； C．普朗克最早引入能量子的观点，破除了“能量连续变化”的传统观点，故C错误； D．贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核内部具有复杂结构，故D错误； 故选：A。 2．（2分）下列说法正确的是（　　） A．Ra→RnHe是β衰变 B．HH→Hen是聚变 C．Un→XeSrn是衰变 D．Na→Mge是裂变 【答案】B 【分析】根据α衰变和β衰变的概念能判断衰变的类型； 根据聚变和裂变的概念能判断反应是否是聚变和裂变反应； 【解答】解：A、Ra→RnHe是α衰变，故A错误； B、HH→Hen是聚变，故B正确； C、Un→XeSrn是裂变，故C错误； D、Na→Mge是β衰变，故D错误； 故选：B。 3．（2分）太阳辐射能量主要来自太阳内部的（　　） A．化学反应 B．放射性衰变 C．裂变反应 D．热核反应 【答案】D 【分析】太阳辐射能量主要来自太阳内部的热核反应． 【解答】解：太阳的能量来自于内部的核聚变，产生很高的能量，又称为热核反应。故D正确，A、B、C错误。 故选：D。 4．（2分）下列四幅图中，α、β、γ和质子（）四种粒子，标注正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【分析】应为中子轰击重核，发生重核裂变；放射线中β射线速度大，偏转大，判定是α还是β射线；α粒子轰击氮核，卢瑟福发现质子的装置；α射线的穿透能力弱，γ射线穿透能力强，在偏转电场中不会偏转。 【解答】解：A、图为中子轰击重核，发生重核裂变的链式反应示意图，图中标注的粒子为中子，不是γ，故A错误； B、β粒子速度较大，比荷大于α粒子，根据牛顿第二定律得：a，可知β粒子在电场中的加速度较大，偏转角度较大，所以图示标注的粒子为α粒子，故B错误； C、图为卢瑟福用α粒子轰击获得反冲核，发现了质子示意图，标注的粒子为，故C正确； D、α射线穿透能力较弱，不能穿透铝箔，γ射线穿透能力强，但不带电，在偏转电场中不会偏转，所以图中标注的粒子为β粒子，故D错误。 故选：C。 5．（2分）强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子极短时间内能吸收到多个光子而从金属表面逸出，如图为实验室进行光电效应实验装置。用频率为ν的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大反向电压，当电压为U时，光电流恰好减小到零。（其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）下列说法正确的是（　　） A．用频率为ν的普通光源照射阴极k，只要时间足够长也有光电子从k表面逸出 B．阴极k的截止频率小于ν C．电子的最大初动能可能为2hν﹣W0 D．遏止电压U可能为 【答案】C 【分析】AB.根据光电效应方程极限频率的含义分析作答； C.根据爱因斯坦光电效应方程求解最大初动能； D.根据爱因斯坦光电效应方程、动能定理得到遏止电压的关系式，然后分析作答。 【解答】解：AB．用频率为ν的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，说明入射光的频率过低，阴极k的截止频率大于v，即使照射时间足够长也不会有光电子从k表面逸出，故AB错误； C．若阴极吸收2个光子发生光电效应，根据光电效应方程，则电子的最大初动能为Ekm＝2hν﹣W0，故C正确； D．若阴极吸收n个光子发生光电效应，根据光电效应方程和动能定理Ekm＝eUC＝nhν﹣W0 遏止电压 因为n取整数，则遏止电压UC不可能为，故D错误。 故选：C。 6．（2分）关于粒子的说法，正确的是（　　） A．发生β衰变时放出的β射线是电子流，射线来自原子核，说明原子核里有电子 B．德布罗意通过实验验证了实物粒子具有波动性 C．发生光电效应时，从金属表面逸出的光电子是一次性吸收光子的全部能量，不需要积累的时间 D．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子，叫作“基本粒子” 【答案】C 【分析】根据β衰变的本质判断；电子的衍射实验说明物质具有波动性；根据光电效应的基本现象判断；光子不属于基本粒子。 【解答】解：A．发生β衰变时放出的电子流是原子核内部中子转变成质子，同时释放出一个电子，不是原子核里有电子，故A错误； B．德布罗意通过理论提出实物粒子具有波动性，1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，说明实物粒子具有波动性，称为德布罗意波或物质波，故B错误； C．光子能量不可再分，发生光电效应时，从金属表面逸出的光电子是一次性吸收光子的全部能量，不需要积累的时间，故C正确； D．光子不是组成物质的不可再分的最基本粒子，故D错误。 故选：C。 7．（2分）C衰变为N的半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内C与N比例不变；生命活动结束后，C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，下列说法正确的是（　　） A．该古木在距今约为5700年前生命活动结束 B．10个C原子核，经过一个半衰期，一定有5个原子核发生衰变 C．C衰变为N过程中一定放出三种射线 D．增加样品测量环境的压强将加速C的衰变 【答案】A 【分析】根据半衰期的概念及放射元素的半衰期与物理环境以及化学环境无关的特点分析AD；半衰期是放射性元素的大量原子衰变的统计规律，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒分析C。 【解答】解：A．古木样品中C的比例是现代植物所制样品的二之一，说明该古木生命活动结束至今刚好经过一个半衰期，故A正确； B．半衰期是放射性元素的大量原子衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，故B错误； C.C衰变为N的过程中质量数没有变化而核电荷数增加1，所以是其中的一个中子变成了一个质子和一个电子，所以放出β射线，故C错误； D.放射元素的半衰期由原子核内部因素决定与物理环境以及化学环境无关，故D错误。 故选：A。 8．（3分）氢原子中的电子以不同的半径绕原子核做匀速圆周运动，第一条轨道半径r1，第二条轨道半径r2（r1＜r2） 则在两条轨道上运动相比较，下列说法不正确的是（　　） A．第二条轨道的动能大 B．第二条轨道的电势能大 C．第二条轨道的动能、电势能之和大 D．第二条轨道的运动周期长 【答案】A 【分析】氢原子中的电子绕原子核做匀速圆周运动有固定的轨道，不是任意轨道，电子绕核运动时，半径增大，电场力做负功，电势能增大，动能减小；根据库仑力提供向心力可分析周期的变化和卫星绕地球运动类似．根据万有引力提供向心力公式即可求解； 【解答】解：根据库仑力提供向心力得：km，解得：v， 根据Gm 解得：v，所以轨道半径越大，线速度都越减小，故A错误； BC、氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，库仑力对电子做负功，所以动能变小，电势能变大（动能转为电势能），因为吸收了光子，总能量变大，故BC正确； D、根据库仑力提供向心力得：km，和Gm，可知轨道半径越大，周期都越大，故D正确。 本题选择错误的，故选：A。 9．（3分）一块太阳能电池板面积S＝1m2，中午正对太阳光时发电功率P＝270W。电池板光电转换效率为η＝20%，日地距离为r＝1.5亿千米。可估算出太阳内部由于核聚变每秒亏损的质量最接近的是（　　） A．4×105kg B．4×107kg C．4×109kg D．4×1011kg 【答案】C 【分析】根据一个太阳能电池板每平方米发电的电功率，其转化效率η是20%，求出1s内照射到太阳能电池板上的阳光的功率，再结合几何关系求出太阳发光的功率，最后根据质能方程求出太阳内部由于核聚变每秒亏损的质量。 【解答】解：太阳释放的能量以光的形式向四面八方均匀辐射。太阳能电池板接收到太阳辐射功率为 太阳能电池板发电功率P＝ηP′ 由爱因斯坦质能方程，可知太阳内部由于核聚变，每秒释放的能量ΔE＝Δmc2 可得太阳内部由于核聚变每秒亏损的质量为 故ABD错误，C正确。 故选：C。 10．（3分）金属铝熔化成液体后通入氢气，在液态铝内产生大量气泡，冷凝后得到带有微孔的泡沫铝，如图所示．下列说法中正确的是（　　） A．泡沫铝是晶体，某些物理性质具有各向异性 B．在冷凝过程中，气泡收缩，外界对气体做功，气体内能增加 C．液态铝与氢气泡的接触面存在表面张力，将会阻碍气泡的膨胀 D．由于充入了气体，泡沫铝分子间距离增大，分子间只存在分子引力 【答案】C 【分析】根据单晶体与多晶体的物理性质判断；依据气体做功与内能的关系判断；根据液体表面张力的定义判断；分子引力与分子斥力同时存在。 【解答】解：A、泡沫铝是多晶体，所以某些物理性质具有各向同性，故A错误； B、在金属液体冷凝过程中，气泡收缩变小，外界对气体做功，同时温度降低，放出热量，气体内能降低，故B错误； C、液态铝与氢气泡的接触面存在表面张，液态铝表面张力将会阻碍气泡的膨胀，故C正确； D、分子之间同时存在引力和斥力，当r＞r0时，分子力表现为引力，不是只存在引力，故D错误。 故选：C。 11．（3分）如图甲所示，在光滑水平面上有一个质量为m、内外壁均光滑的汽缸，汽缸内活塞的质量也为m，活塞的横截面积为S，汽缸内密封一定质量的理想气体，理想气体的温度为T0，体积为V，整体静止在水平面上，大气压强为p0；如图乙所示，对活塞施加一方向水平向左、大小为mg的推力，整体向左做匀加速直线运动，若此时气体的体积仍然为V，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．此时气体的温度为 B．此时气体的温度为 C．此种情况下，气体的压强为 D．此种情况下，气体的压强为 【答案】A 【分析】对整体根据牛顿第二定律求得加速度，然后对气缸受力分析，根据牛顿第二定律求得气体的压强，对封闭气体，找出初末状态参量，根据查理定律求得温度。 【解答】解：施加推力后，对整体根据牛顿第二定律可得：mg＝2ma，解得a，对气缸受力分析，根据牛顿第二定律可得：p2S﹣p0S＝ma，解得 封闭气体做等容变化，初态：p1＝p0，T1＝T0 末态：p2，T2＝？ 根据查理定律可得：，解得，故A正确，BCD错误； 故选：A。 12．（3分）K介子衰变方程为K﹣→π﹣+π0，其中K﹣介子和π﹣介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电。一个K﹣介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π﹣介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径RK与Rπ之比为2：1，如图所示，π0介子的轨迹未画出，由此可知π﹣介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为（　　） A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．1：6 【答案】C 【分析】曲线运动中，粒子的速度方向沿着轨迹上该点的切线方向，又由于K﹣介子衰变过程中，系统内力远大于外力，系统动量守恒，故可知衰变后，π﹣介子反向飞出，π0介子沿原方向飞出，再根据介子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，可以列式求出K﹣介子与π﹣介子的动量之比，再结合动量守恒定律列式分析。 【解答】解：K﹣介子与π﹣介子均做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力可得：eBv＝m 粒子动量为：p＝mv＝eBR K﹣介子与π﹣介子的半径之比为2：1，所以有：pK：pπ＝2：1 以K﹣的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：pK﹣3 解得：3 则π﹣的动量大小与π0的动量大小之比为1：3，故C正确、ABD错误。 故选：C。 13．（3分）“通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性。弗兰克﹣赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，GA间加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸汽后，发现KG间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。下列说法错误的是（　　） A．汞原子基态和第一激发态的能级之差可能是4.9eV B．KG间电压低于4.9V时，电流随电压增大而上升，是因为电子能量越高，越容易克服反向电压到达A极 C．KG间电压在5～10V之间时，出现电流随电压增大而上升的一段图线，是因为单位时间使汞原子发生跃迁的电子个数增加 D．即使KG间电压高于4.9V，电子也存在始终不与汞原子发生碰撞的可能性 【答案】C 【分析】通过电流随KG之间电压的变化，得出电子速度的变化，得知能量的增加还是减小，从而知道原子是吸收能量还是释放能量。通过电流、电压的起伏变化确定汞原子吸收电子能量是跃迁的，可证明汞原子基态和第一激发态的能级之差可能是4.9eV，单位时间使汞原子发生跃迁的电子个数增加会使到达A的电子减少。 【解答】解：A、由题意知，KG间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，这说明电子经过加速后获得的动能正好达到汞原子跃迁的最低能量，也就是从基态跃迁到第一激发态所吸收的能量，故A正确； B、当KG间的电压低于4.9 V时，电子在KG间被加速而获得的能量低于4.9 eV．电子与汞原子碰撞时，不能使汞原子跃迁到激发态，则电子不会因为碰撞而损失能量，电子能量越高越容易克服GA间的反向电压抵达A极，因此电流随着KG间电压的升高也越来越大，故B正确； C、当KG间电压在5～10V之间时，电流随电压增大而上升，是因为电子在KG空间与汞原子碰撞而转移掉4.9 eV的能量后，还留有足够的能量，又能克服反向电压从G极到达A极，电流又上升了，故C错误； D、因为原子不是实心体，所以当电子进入汞原子内部时，即使KG间电压高于4.9V，电子也存在着始终不与汞原子发生碰撞的可能性，故D正确。 本题选择不正确的 故选：C。 二、多选题（4分一题，共20分多选错选不得分，少选得2分） （多选）14．（4分）下列说法中正确的是（　　） A．分子距离增大，分子力可能先增大后减少，而分子势能一直增大 B．天然水晶是晶体，而熔化以后再凝固的水晶是非晶体 C．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力 D．“油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积 E．液晶分子的空间排列是稳定的，具有各向异性 F．浸润液体在毛细管里上升，不浸润液体在毛细管里下降 【答案】ABEF 【分析】A.根据分子力做功正负来判定电势能增减与否； B.同一物质可以是晶体，也可是非晶体； C.液体表面层分子较稀疏，分子间斥力小于引力； D.油酸分子直径用的是油酸的体积除以油膜的面积； E.晶体各向异性； F.浸润液体在毛细管里上升，不浸润液体在毛细管里下降。 【解答】解：A.分子距离若从r0开始增大，分子力会先增大后减少，分子力表现为引力，由于分子引力做负功，则分子势能一直增大，故A正确； B.石英也叫天然水晶，但天然水晶在熔化再凝固后叫人造水晶，人造水晶不是晶体，故B正确； C.液体表面张力产生的原因是液体表面层分子较稀疏，分子间斥力小于引力，故C错误； D.估算油酸分子直径用的是油酸的体积除以油膜的面积，故D错误； E.液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质和某些晶体相似，具有各向异性，故E正确； F.润液体在毛细管附着层内液体的分子密度较大，液体分子间距较小（小于r0）分子相互作用表现为斥力，液面呈现扩散的趋势，即在毛细管内上升，不浸润液体在毛细管内附着层液体的分子密度较小，液体分子间距较大（大于r0）此时附着层内的分子相互作用表现为引力，液面呈现收缩的趋势，即液面下降，故F正确。 故选：ABEF。 （多选）15．（4分）下列说法正确的是（　　） A．质子、中子属于强子，电子属于轻子 B．高速行进的火车上向前射出的光，其速度大于光速c C．量子力学是统一描述微观世界物理规律的普遍性理论 D．爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论都和普朗克常量紧密相关 【答案】ACD 【分析】由强子和轻子的概念和狭义相对论的基本假定以及量子力学知识求解。 【解答】解：A.强子是一种由夸克和胶子组成的亚原子粒子，所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子，质子、中子属于强子；轻子质量极小，其本质特点是不直接参与强相互作用，电子属于轻子，故A正确； B.由于光速不变原理可知，行进火车上向前射出的光，其速度仍等于光速c，故B错误； C.量子力学是统一描述微观世界物理规律的普遍性理论，故C正确； D.爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论都和普朗克常量紧密相关，故D正确。 故选：ACD。 （多选）16．（4分）如图甲所示为氢原子的能级图，用同一光电管研究氢原子发出的a、b、c三种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图乙。则这三种光（　　） A．光子动量pa＜pb＜pc B．照射该光电管时c光使其逸出的光电子初动能最大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大 D．若这三种光是原子从能级n＝3跃迁到较低能级时发出的光，则c光的波长可以表示为λc＝λa+λb 【答案】AC 【分析】根据遏止电压的大小比较光电子的最大初动能，从而结合光电效应方程比较入射光的频率；结合光子的波长的公式以及光子的动量公式判断；根据双缝干涉的条纹公式判断；结合E＝hν判断。 【解答】解：A．根据光电效应方程Ek＝hν﹣W 再根据动能定理eUc＝Ek 联立可得eUc＝hν﹣W 由图像可知，c光的遏止电压最大，a光最小，可知νa＜νb＜νc 而光子动量和能量之间的关系 因此光子动量之间的关系为pa＜pb＜pc，故A正确； B．由A的分析可知，c光使其逸出的光电子的最大初动能最大，但出射的各种电子初动能不一定都最大，故B错误； C．根据，可知λa＞λb＞λc 根据双缝干涉相邻亮（暗）纹间距公式 可知通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大，故C正确； D．若这三种光是原子从能级n＝3跃迁到较低能级时发出的光，利用光电效应方程可知，整理得，故D错误。 故选：AC。 （多选）17．（4分）如图所示，甲图是铀核裂变，铀核在被中子轰击后分裂成钡和氪，同时释放中子，产生的中子能使核裂变反应连续的进行，称为链式反应，乙图是反应堆中放射性元素氡的质量和初始时质量比值与时间之间的关系图像，丙图是原子核的比结合能与质量数之间的关系图像，丁图为α粒子散射图景，下列判断正确的是（　　） A．甲图，铀核裂变反应方程为 B．乙图，每过3.8天反应堆的质量就减少一半 C．丙图，原子核结合能低于 D．丁图，其中有少数α粒子发生大角度偏转，是因为α粒子受到原子核的库仑斥力 【答案】CD 【分析】根据核裂变反应中子轰击铀核，同时释放中子分析；根据半衰期的物理意义分析；原子序数越大，结合能越大；根据少数α粒子受到原子核的库仑斥力分析。 【解答】解：A．甲图，根据铀核在被中子轰击后分裂成钡和氪，同时释放中子，可知铀核裂变反应方程为：，故A错误； B．乙图，根据半衰期的定义，可知每过3.8天反应堆中氡的质量减少一半，不是反应堆的质量减少一半，故B错误； C．丙图，原子核比结合能高于，原子核结合能低于，故C正确； D．丁图，结合曲线运动的条件，可知其中有少数α粒子发生大角度偏转，是因为α粒子受到原子核的库仑斥力，故D正确。 故选：CD。 （多选）18．（4分）托里拆利实验装置如图所示，导热良好的玻璃管上端封闭，下端插入水银槽中，实验过程中，玻璃管内不小心混入少量气体．下列判断正确的是（　　） A．外界压强恒定，玻璃管内外水银面的高度差与温度成线性关系 B．外界温度恒定，测得的大气压强小于实际值 C．外界温度恒定，大气压强增大时，玻璃管内水银面上升 D．若缓慢向下按玻璃管，玻璃管内水银面下降，封闭气体压强减小 【答案】BC 【分析】求出玻璃管内被封闭气体的压强，根据题意应用理想气体状态方程分析答题。 【解答】解：设大气压强为p0，玻璃管内外水银面的高度差是h，水银的密度为ρ，玻璃管内被封闭气体的压强是p＝p0﹣ρgh， A、外界压强p0恒定，气体温度变化时，如果气体压强与温度成正比，由理想气体状态方程得：C可知，气体体积应不变，实际上气体温度变化时气体体积变化，因此压强与温度不成正比，玻璃管内外水银面的高度差与温度不成线性关系，故A错误； B、如果玻璃管内没有混入气体，则测得的大气压等于管内水银比管外水银高出的水银柱产生的压强，由于混入少量气体，大气压p0＝p+ρgh，则h偏小，测出的大气压压强小于实际值，故B正确； C、外界温度恒定，大气压强增大时，假设管内外水银面的高度差h不变，则被封闭气体的压强p＝p0﹣ρgh增大，气体温度不变，由玻意耳定律可知，气体体积减小，管内水银面上升，玻璃管内水银面上升，故C正确； D、若缓慢向下按玻璃管，玻璃管内气体体积减小，气体温度不变，由玻意耳定律可知，气体压强p＝p0﹣ρgh增大，则h减小，玻璃管内水银面下降，故D错误。 故选：BC。 三、填空题（2分一空，共16分） 19．（4分）如图甲所示，中国“人造太阳”——大型核实验装置“东方超环”（EAST）取得重大突破，在上亿度的高温状态下，物质呈现等离子态，通过 　核聚变　（选填“核裂变”或“核聚变”）释放巨大的核能。如图乙为核电站发电流程图，在核电站的发电过程中，核电站能量转化是核能→内能→　机械能　→电能。 【答案】核聚变；机械能 【分析】（1）核能分为裂变和聚变两种，裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应，前者主要应用在核反应堆中，后者应用在原子弹中；聚变主要应用在氢弹上； （2）核电站的核心是核反应堆，它以铀为燃粒，在裂变过程中释放出核能，再通过热交换器变为高温高压的蒸汽，然后利用蒸汽去驱动蒸汽轮机，蒸汽轮机的旋转带动发电机发电。 【解答】解：东方超环的热核反应与太阳类似，属于核聚变。 根据核电站的发电过程可知，核能发电的能量传递和转化过程是：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。 故答案为：核聚变；机械能 20．（4分）氢原子的能级如图所示，当氢原子从n＝4向n＝2的能级跃迁时，辐射的光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则该金属的逸出功为 　2.55　eV．现有一群处于n＝4的能级的氢原子向低能级跃迁，在辐射出的各种频率的光子中，能使该金属发生光电效应的频率共有 　4　种． 【答案】见试题解答内容 【分析】原子从高能级向低能级跃迁时，向外辐射光子；能级间发生跃迁时吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能发生光电效应的条件是入射光子的能量大于逸出功；根据数学组合公式求出处于激发态的氢原子可能发射出不同波长光的种数． 【解答】解：原子从高能级向低能级跃迁时，向外辐射光子． 这种光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则：W＝E4﹣E2＝﹣0.85﹣（﹣3.4）eV＝2.55eV． 氢原子跃迁的最高能级为n＝4能级， 根据知，处于n＝4的能级的氢原子向低能级跃迁，氢原子发射出六种不同波长的光． 根据Em﹣En＝hv得：从n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量最小，小于2.55eV，其次从n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量：E3﹣E2＝﹣1.51﹣（﹣3.4）eV＝1.89eV＜2.55eV 所以能使该金属发生光电效应的频率共有4种． 故答案为：2.55；4 21．（4分）如图，甲分子固定于坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力F与两分子间距离x的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为x轴上的四个特定位置．现把乙分子沿x轴负方向从a处移动到d处，则在　c　位置分子间作用力最小，在　c　位置分子势能最小． （两空均选填“a”、“b”、“c”或“d”） 【答案】见试题解答内容 【分析】根据图象可以看出分子力的大小变化，在横轴下方的为引力，上方的为斥力，分子力做正功分子势能减小，分子力做负功分子势能增大． 【解答】解：根据图象可以看出分子力的大小变化，在横轴下方的为引力，上方的为斥力，把乙分子沿x轴负方向从a处移动到d处过程中，在C位置分子间作用力最小．乙分子由a到c一直受引力，随距离减小，分子力做正功，分子势能减小；从c到d分子力是斥力且不断增大，随距离减小分子力做负功，分子势能增大，故在C位置分子势能最小． 故答案为：c；c 22．（4分）房间内室温为300K，大气压强为p0。在此房间内给一玻璃瓶充入压缩气体，用圆柱形轻质软木塞塞住横截面为圆、面积为S的瓶颈使瓶口密封，瓶内压缩气体的温度与室温相同，压强p＝2p0，软木塞相对于瓶颈保持静止，如图所示。再将该玻璃瓶放入温度为77K的液氮中充分冷却，随后迅速放回房间，此时瓶颈与软木塞之间的静摩擦力大小为 　　，若软木塞与瓶颈之间的弹力大小始终为N，则二者之间的静摩擦因数μ满足条件 　　（用题给物理量表示）时，才能使瓶颈内的软木塞一直保持不动。假设瓶子和软木塞的热胀冷缩可忽略，瓶内气体可视为理想气体。 【答案】；。 【分析】根据查理定律求解温度为77K时瓶中气体的压强，再根据平衡条件列式求解瓶颈与软木塞之间的静摩擦力大小；摩擦力最大时根据平衡条件求解静摩擦因数的最小值。 【解答】解：瓶内气体发生等容变化，根据查理定律有 可得 根据平衡条件可知瓶颈与软木塞之间的静摩擦力大小 随着温度降低，瓶内压强逐渐减小，可知初始状态，瓶塞所受摩擦力最大，且最大值为 fm＝pS﹣p0S＝p0S 因此静摩擦因数μ满足条件 。 故答案为：；。 四、综合题（多选2分一题，填空4分一空共8分） 23．（8分）一位质量为60kg的同学为了表演“轻功”，他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气（可视为理想气体），然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上，并在气球的上方放置一轻质塑料板，如图1所示。 （1）（多选）关于气球内气体的压强，下列说法正确的是 　AD　。 A.大于大气压强 B.是由于气体重力而产生的 C.是由于气体分子之间的斥力而产生的 D.是由于大量气体分子的碰撞而产生的 （2）（多选）在这位同学慢慢站上轻质塑料板中间位置的过程中，球内气体温度可视为不变。下列说法正确的是 　BD　。 A.球内气体体积变大 B.球内气体体积变小 C.球内气体内能变大 D.球内气体内能不变 （3）为了估算气球内气体的压强，这位同学在气球的外表面涂上颜料，在轻质塑料板面向气球一侧表面贴上格子边长为2.0cm的方格纸。表演结束后，留下气球与方格纸接触部分的“印迹”如图2所示。若表演时大气压强为1.013×105Pa，g取10m/s2，则气球内气体的压强为 　1.053×105　Pa（结果保留4位有效数字）。 【答案】（1）AD；（2）BD；（3）1.053×105 【分析】（1）气球内气体的压强等于大气压与气球弹力产生的压强之和，根据被封闭气体压强产生的原理，判断压强产生原因； （2）气压变大，等温过程，根据玻意耳定律判断体积的变化情况；根据热力学第一定律判断内能的变化； （3）由于平衡条件可以求出气体的压强。 【解答】解：（1）A、气球内气体的压强等于大气压与气球弹力产生的压强之和，所以大于大气压强，故A正确； BCD、气球内气体的压强不是由于气体的重力产生的，而是由于大量分子都在不停地做无规则热运动，与器壁频繁碰撞，使器壁受到一个平均持续的冲力，致使气体对器壁产生一定的压强，故BC错误，D正确。 故选：AD。 （2）A、气球被压后，气压变大，根据玻意耳定律公式PV＝C，故体积缩小，故A错误，B正确； C、气体被压缩，外界对气体做功，但温度不变，故内能不变，气体对外放热，故C错误，D正确； 故选：BD； （3）人处于平衡状态，由平衡条件得：mg＝（p﹣p0）•4NS， 提供数方格可知，每一个气球的压痕的方格数是89个，则 PaPa＝1.053×105Pa 故答案为：（1）AD；（2）BD；（3）1.053×105 24．（24分）在实际情况中，空气阻力的影响总是不可避免的。水滴从树梢上滴落的过程能被近似为自由落体运动；而雨滴从云层上下落的过程就不能忽略空气阻力的影响。（已知球体体积公式：） （1）质量为m的雨滴由静止开始，下落高度h时速度为v，求这一过程中克服空气阻力所做的功W＝ 　mgh　；（重力加速度用g表示） （2）雨滴在下降过程中，由于水汽的凝聚，雨滴质量将逐渐增大，同时由于速度逐渐增大，空气阻力也将越来越大，最后雨滴将以某一收尾速度匀速下降，在此过程中 　D　； A.雨滴所受到的重力逐渐增大，重力产生的加速度也逐渐增大 B.雨滴所受到的重力逐渐增大，但重力产生的加速度逐渐减小 C.由于雨滴质量逐渐增大，下落的加速度逐渐减小 D.由于空气阻力增大，雨滴下落的加速度逐渐减小 （3）雨滴由静止开始下落（不计空气阻力），遇到水平方向吹来的风，设风对雨滴持续作用，下列说法中正确的是 　C　； A.雨滴质量越大，下落时间将越短 B.雨滴质量越小，下落时间将越短 C.同一雨滴风速越大，着地时动能越小 D.同一雨滴风速越大，着地时动能越大 （4）高空云层中水气遇冷后凝聚成雨滴下落，设有大小不同的两个雨滴a、b（a雨滴较大）。它们在下落的过程中受到的阻力f＝kSv2，其中S是雨滴的横截面积，v是雨滴下落的速度，k为一常数。取雨落下落时为t＝0，设雨滴为球形，则a、b两雨滴下落过程中的速度随时间变化的v﹣t图像为图1的 　C　。 （5）“水往低处流”是自然现象，但下雨天落在快速行驶的小车的前挡风玻璃上的雨滴，相对于车却是向上流动的，对这一现象的正确解释是 　B　。 A.车速快使雨滴落在挡风玻璃上的初速度方向向上，雨滴由于惯性向上运动 B.车速快使空气对雨滴产生较大的作用力，空气的作用力使雨滴向上运动 C.车速快使挡风玻璃对雨滴产生较大的吸引力，吸引力吸引雨滴向上运动 D.车速快使挡风玻璃对雨滴产生较大的支持力，支持力使雨滴向上运动 （6）雨滴下落时由于空气阻力的作用，经过一段加速后会趋近匀速下落。为解释雨滴下落过程中的各种现象，某同学查阅资料发现，若将雨滴视作半径为r的球体，则在竖直下落过程中雨滴所受的阻力满足公式f＝kr2v2，其中k为常数，v为雨滴下落的速度大小。已知雨滴的密度为ρ，重力加速度为g。 ①取雨滴由静止开始下落的时刻作为计时起点，请在图2的v﹣t图中定性画出雨滴从高空开始下落后直至落地前的过程中，其速度随时间的变化图像（取竖直向下为正方向，且不考虑与其它雨滴的碰撞）； ②若某一雨滴的半径为rc，某时刻在竖直方向加速下落的速度大小为vc，求该时刻雨滴加速度的大小a； ③高空中的雨滴竖直下落后打在沙滩上会留下深浅不一的小坑，该同学查阅资料后认为坑的深浅取决于雨滴撞击地面时的平均压强。为简化问题，雨滴撞击地面时可视为圆柱体形状，且撞击时间极短，撞击后的速度为零。请你帮助该同学推导此雨滴撞击地面时平均压强p的表达式（结果用ρ、g、k和r表示）。 【答案】（1）；（2）D；（3）C；（4）C；（5）B；（6）①见解析；②若某一雨滴的半径为rc，某时刻在竖直方向加速下落的速度大小为vc，该时刻雨滴加速度的大小为；③此雨滴撞击地面时平均压强p的表达式为。 【分析】（1）根据动能定理求解； （2）AB、由牛顿第二定律可得重力产生的加速度为g，则可得判断正误； CD、由牛顿第二定律可得雨滴加速度表达式，雨滴最后做匀速直线运动，加速度为零，可知阻力比质量增加的快，则加速度减小； （3）AB、雨滴竖直方向只受重力，加速度为g，则下落时间不变，与水平方向风速无关；CD、风速大，则风力大，水平方向位移大，风力做功大，由动能定理可判断正误； （4）由牛顿第二定律可得加速度表达式，可知加速度变化特点，则可知图像切线斜率的变化特点，最终雨滴匀速运动，重力和阻力相等，则可得最终速度的表达式，则可得判断正误； （5）车速快使空气对雨滴产生较大的作用力； （6）①分析雨滴从高空开始下落直至落地的运动情况，画出v﹣t图象； ②雨滴下落过程中，受竖直向下的重力G、竖直向上的空气阻力F阻作用，根据牛顿第二定律求解加速度； ③雨滴撞击地面时，取极短时间Δt内与地面作用的质量为Δm的一小部分为研究对象，根据动量定理求解地面对雨滴的作用力，进一步求解压强。 【解答】解：（1）雨滴由静止下落h的过程中，由动能定理有：0 可得克服空气阻力所做的功； （2）AB、重力产生的加速度，可知雨滴所受到的重力逐渐增大，重力产生的加速度不变，故AB错误； CD、雨滴下落过程中由牛顿第二定律有：mg﹣f＝ma，可得加速度，空气阻力f和雨滴的质量m都增大，雨滴最后匀速下降，所以雨滴的加速度为零，可知空气阻力比雨滴质量增加的更快，导致加速度a减小，故C错误，D正确； （3）AB、由于不计空气阻力，雨滴竖直方向的加速度，可知雨滴下落时间与雨滴的质量无关，与风速无关，下落时间不变，故AB错误； CD、同一雨滴风速越大，水平方向受到的风力越大，则水平方向的位移越大，则风力做功越多，由于重力做功一定，由动能定理可知雨滴着地时动能越大，故C错误，D正确； （4）由牛顿第二定律可得雨滴加速度，雨滴下落过程中速度增大，雨滴的加速度减小，则v﹣t图像切线的斜率逐渐减小，当加速度减小为零时，雨滴做匀速直线运动，此时有：mg＝kSv2，则速度，可知雨滴越大，半径r越大，则速度越大，故C正确，ABD错误； （5）下雨天落在快速行驶的小车的前挡风玻璃上的雨滴，由于车速快使空气对雨滴产生较大的作用力，空气的作用力使雨滴向上运动，故B正确，ACD错误； （6）①速度随时间的变化图象如图所示。 ②该雨滴的质量为： 速度为vc时，雨滴所受的阻力为：f＝k 由牛顿第二定律有：mg﹣f＝ma 可得： ③雨滴撞击地面时，取极短时间Δt内与地面作用的质量为Δm的一小部分为研究对象，由于时间极短，可不计重力影响。 取竖直向下为正方向，由动量定理有：﹣FΔt＝0﹣Δmv 其中Δm＝ρSvΔt 根据牛顿第三定律可得雨滴对地面的压力大小也为F，由压强公式有： 联立以上各式可得：p＝ρv2① 依据题意有：mg＝f＝kr2v2② 其中③ 联立①②③式可得：。 故答案为：（1）；（2）D；（3）C；（4）C；（5）B；（6）①见解析；②若某一雨滴的半径为rc，某时刻在竖直方向加速下落的速度大小为vc，该时刻雨滴加速度的大小为；③此雨滴撞击地面时平均压强p的表达式为。 声明：试题解析著作权属所有，未经书面同意，不得复制发布日期：2024/12/11 22:10:01；用户：菁优校本；邮箱：241113@xyh.com；学号：59832322 第1页（共1页） 学科网（北京）股份有限公司 $$