内容正文:
2026届广东省广州市越秀区广州高山文化培训学校模拟预测
物理试题
本试卷分为Ⅰ、Ⅱ卷两部分,共8页,满分为100分。使用时间75分钟。
注意事项:
1、答卷前,考生务必用黑色字迹的签字笔或钢笔将自己的姓名、学校、班级和考生号填写在答题卡上,用2B铅笔将考生号填涂在答题卡填涂区。
2、选择题每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑;如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案;不能答在试题卷上。
3、非选择题必须用黑色字迹的签字笔或钢笔作答,答案必须写在答题卡各题目指定区域内的相应位置上;如需改动,先划掉原来的答案,然后再写上新的答案;不准使用铅笔和涂改液。不按以上要求作答的答案无效。
4、考生必须保持答题卡的整洁,考试结束后,将答题卡交回。
第Ⅰ卷(选择题 共46分)
一、单项选择题:本题包括7个小题,每题4分,共28分;每小题给出的四个选项中,只有一个选项最符合题意的要求,错选、不选均不得分。
1. 238铀()的半衰期达年,已知238铀()的衰变方程,关于该核反应,下列说法正确的是( )
A. 是粒子 B. 粒子形成的射线穿透力很强
C. 可以通过化学反应使得半衰期变短 D. 的比结合能比的比结合能大
【答案】D
【解析】
【详解】A.根据电荷守恒、质量数守恒可知是,即粒子,A错误;
B.射线电离能力最强,穿透力最弱,B错误;
C.半衰期是放射性原子核的固有属性,由原子核内部结构决定,因此无法通过化学反应改变铀的半衰期,C错误;
D.α衰变过程中会释放核能,衰变后的产物原子核比衰变前的母核更稳定,而原子核的比结合能越大则原子核越稳定,因此的比结合能比的比结合能大,D正确。
故选D。
2. 两名机器人手握一根轻绳的两端,以相同的频率,周期性上下抖动,振幅均为A=20cm,在绳子上形成了相向运动的简谐横波a和b,时刻,波形图如图所示,O、S两点为波源,已知,下列说法正确的是( )
A. 两列波的起振方向相同
B. 两列波相遇后,波速变为
C. 绳上P点的振幅始终保持为零
D. 当b波传播到Q点时,Q点已经运动了2m
【答案】C
【解析】
【详解】A.根据机械波传播特点是波形图在介质中沿传播方向向前平移(质点受迫振动导致的),即任何质点的起振方向与波源的起振方向相同,根据同侧法(上下坡法、微平移法)可知,a波的起振方向竖直向下,b波的起振方向竖直向上,A错误;
B.由波形图可知波的波长为2m,根据
波速只与介质有关,且波的传播具有独立性,因此两波叠加不会改变传播速度,B错误;
C.两列波的振动频率相同,因此当两波相遇后会发生干涉现象,根据速度时间关系可知,两波是同时到达P点,且振动方向恰好相反,即在P点发生干涉减弱现象,由两波振幅大小一样,因此P点振幅为零,一直处于平衡位置,C正确;
D.根据速度时间关系,a波比b波先传播到Q点,且时间差恰好为0.4s(一个周期),故Q点是先以a波的振动规律振动一个周期,运动了,D错误;
故选C。
3. 现代电路中,电容器、自感器、互感器扮演着非常重要的角色。如图所示,甲图是家用漏电保护装置图,其中“零序电流互感器”可视为闭合铁芯,正常用电时,火线和零线的电流等大反向;出现漏电时,零线与火线电流不相等,断路器吸起触头自动切断电源。图乙是测量储罐内绝缘液体的高度,工作时将开关S从a拨向b,电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流,根据振荡电流频率判断液体深度。关于两个电路,下列说法正确的是( )
A. 图甲中正常用电时,互感器中磁通量随火线中电流变化而变化
B. 图甲中增加互感器上的线圈匝数,可增加装置灵敏度
C. 图乙中储罐内绝缘液体液面越高,电容器电容就越小
D. 图乙中振荡电流的周期越小说明储罐内绝缘液体越多
【答案】B
【解析】
【详解】A.正常用电时,火线与零线中的电流等大反向,二者在零序电流互感器铁芯中产生的磁场相互抵消,铁芯中的磁通量不随火线电流变化,故A错误;
B.由法拉第电磁感应定律,感应电动势大小
其他条件不变时,增加互感器检测线圈的匝数可增强检测信号,使断路器更容易动作,故B正确;
C.绝缘液体的介电常数大于空气,液面越高,极板间被绝缘液体填充的面积越大,电容器的电容越大,故C错误;
D.振荡电流的周期
在不变时,周期越小说明电容越小,对应绝缘液体液面越低,故D错误。
故选B。
4. 由单色光a和b组成的复合光垂直入射半径为R、半球形透明介质,在球面形成了中间为复合光外层为单色光a的亮纹,其过球心O的截面图如图所示,整个亮纹弧长为L、复合光亮纹弧长为S。已知单色光a、b关于该介质的折射率分别为、,关于单色光a和b,下列可能正确的是( )
A.
B. 单色光a的频率大于b光的频率
C. 在该介质中,单色光a的光速大于b光的光速
D. 遇到同一障碍物时,单色光b的衍射现象更明显
【答案】C
【解析】
【详解】A.设、光对应的临界角分别为、,由几何关系有
由关系式
由全反射临界条件
整理得
该比值一般不等于,故A错误;
B.由亮纹分布可知光先发生全反射,故
同一介质中,光的频率越大,折射率越大,因此,故B错误;
C.由亮纹分布可知,介质中的光速
所以,故C正确;
D.由,可知,则真空中波长。遇到同一障碍物时,波长越长,衍射现象越明显,故光的衍射现象更明显,故D错误。
故选C。
5. 如图所示,一光滑圆弧固定在水平面上,其弧长远小于半径,现有两个相同的小球分别从图中A、B位置由静止释放,小球均可视为质点,不计空气阻力,关于A、B两小球下滑到最低点的过程中,运动的时间、重力的冲量大小、机械能改变量大小,重力对小球做的功,下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【详解】A.由于圆弧的弧长远小于半径,小球沿圆弧的运动可视为单摆的小角度振动。小球从释放点运动到最低点的时间均为四分之一周期,因此,故A错误;
B.重力的冲量大小为
两小球质量相同且,因此,故B错误;
C.圆弧光滑,支持力不做功,小球运动过程中机械能守恒,因此,故C正确;
D.点高于点,小球由释放点下滑到最低点时,重力做功等于重力势能的减少量,因此,故D错误。
故选C。
6. “朱雀三号”发射成功,标志我国火箭回收技术发展进入一个新的阶段。如图所示,其整个过程简化如下:火箭携带卫星经地面发射进入Ⅰ轨道,运动至P点实现“星箭分离”,分离后的卫星在P点直接进入Ⅱ轨道,运动至最远点Q,再次点火将卫星送入预定轨道Ⅲ(圆形轨道);而分离后的火箭返回发射地实现回收。已知轨道Ⅱ上的虚线代表卫星未经过,P、Q两点到地心距离分别为和,关于整个火箭、卫星的运动,下列说法正确的是( )
A. 星箭分离前后,卫星在P点速度保持不变
B. 卫星从P点运动至Q点过程中速度增大
C. 卫星轨道Ⅰ上P点速度大小与轨道Ⅲ上运动速度大小之比为
D. 卫星在轨道Ⅱ上运动的时间与在轨道Ⅲ的周期之比为
【答案】D
【解析】
【详解】A.星箭分离的极短时间内,可忽略外力冲量,沿切线方向卫星与火箭组成的系统动量守恒。火箭为返回发射地而反向,其沿原运动方向的动量减小,卫星沿原运动方向的动量必增大,卫星在点的速度发生变化,故A错误;
B.卫星沿轨道Ⅱ从点运动到点时,到地心的距离增大,万有引力做负功,卫星动能减小、速度减小,故B错误;
C.设地球质量为,为引力常量,只有卫星做圆周运动时,才能由万有引力提供向心力得到
轨道Ⅰ不是圆轨道,不能用该式求卫星在点的速度,故C错误;
D.设轨道Ⅱ的周期为、轨道Ⅲ的周期为,轨道Ⅱ的半长轴
卫星从点运动到点的时间
由开普勒第三定律可得,故D正确。
故选D。
7. 如图所示,竖直平面内存在一矩形区域MNPQ的“风洞”,小球在该区域内运动时会受到恒定大小、水平向左的风力。若小球以大小、水平方向的速度从M点射入,恰好从Q点以竖直向下的速度射出,现仅改变小球射入的速度大小v,经时间射出风洞,下列关于时间与速度大小v的图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
【详解】设小球以入射时在风洞内运动的时间为,风力产生的加速度大小为,矩形的水平长度为。由小球从点以竖直向下的速度射出可知,水平方向末速度为零,故,且
竖直方向的运动不随变化,小球到达边的时间始终为,当时,小球返回边的时间早于到达边的时间,故从边飞出,有
图像为过原点的倾斜直线。当时,水平方向最远位移
且返回边的时间
故小球从边飞出,。当时,小球从边飞出,由
解得
又有
将分子有理化得,分母随增大而增大,故随增大而非线性减小。综上,图像先线性增大、再保持不变、最后沿曲线减小。
故选B。
二、多项选择题:本题包括3个小题,每题6分,共18分。每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,选对得6分,选对但不全得3分,多选、错选、不选均不得分。
8. 塑料静电分选机能实现混合塑料的分离。大致流程如下:摩擦带电系统使PA(尼龙)微粒带正电、PE(聚乙烯)微粒带负电之后,通过漏斗进入高压电极系统实现分离,其中高压电极系统由高压电源、平行板组成,平行板之间电场可视为匀强电场。混合物经高压电极系统分离过程如图所示,关于微粒分离过程,下列说法正确的有( )
A. 高压电源a端为正极
B. PA、PE微粒所受电场力大小相等,方向相反
C. PE微粒靠近平板过程中电势能增大
D. PE微粒经过的A、B两点的电势
【答案】AD
【解析】
【详解】A.由题意PA微粒带正电、PE微粒带负电,图中PA微粒向左极板运动,电场力向左,即电场强度方向也向左,故左极板带负电,故b端为负极、a端为正极,A正确;
D.电场强度方向向左,沿着电场线方向电势降低,故,D正确;
B.根据电场力公式
电场力大小除了与电场强度有关,还与电荷量有关,但PA、PE所带电荷量大小未知,故无法判断电场力大小,B错误;
C.电场力对PA、PE均做正功,电势能减少,故C错误。
故选AD。
9. 科技爱好小组设计了一个“小仓鼠发电”装置如图甲所示,该装置简化如图乙所示:长为L、半径为r的圆柱形绝缘圆筒水平放置,长度也为L、质量为m、电阻为的金属棒紧贴在圆筒边缘,金属棒两端通过导线与阻值为的定值电阻相连。整个装置处于磁感应强度大小为B、竖直向下的匀强磁场(图乙未画出)中。若金属棒随圆筒匀速转动,速度大小为v,从右向左看的截面图如图丙所示,已知重力加速度大小为g,金属棒始终与圆筒无相对滑动,圆心接触位置无摩擦,导线对金属棒的力以及空气阻力均忽略不计,关于整个运动,下列说法正确的有( )
A. 金属棒处于最高点时,电路中的电流方向由
B. 金属棒运动至最低点时,圆筒对金属棒作用力最大
C. 转动一周,圆筒对金属棒做功等于
D. 金属棒从最高点运动到最低点的过程中,流过电阻的电荷量
【答案】BC
【解析】
【详解】A.金属棒位于最高点时,速度方向水平向右,磁场方向竖直向下,根据右手定则可知,电阻中的感应电流由流向,故A错误;
B.设电路总电阻为,金属棒做匀速圆周运动的角速度和周期分别为,
金属棒产生的感应电动势随时间按正弦规律变化,其最大值为
金属棒位于最低点时,感应电动势和感应电流均达到最大值,根据闭合电路欧姆定律有
此时金属棒受到的安培力大小为
最低点处金属棒的加速度竖直向上,设圆筒作用力的竖直分量为,根据牛顿第二定律有
解得
圆筒作用力的水平分量用于平衡安培力,因此圆筒对金属棒的作用力大小为
在最低点,圆筒作用力的竖直分量最大,同时安培力达到最大值,因此圆筒对金属棒的作用力最大,故B正确;
C.金属棒转动一周后速度大小和高度均恢复到初始状态,因此金属棒的机械能不变,圆筒对金属棒所做的功全部转化为电路产生的焦耳热,感应电动势的有效值为
一周内电路产生的焦耳热为
代入和,解得,故C正确;
D.金属棒从最高点运动到最低点的过程中,回路磁通量先沿一个方向变化,经过与圆心等高的位置后又沿相反方向变化,最高点与最低点对应的磁通量相等,根据电磁感应定律和闭合电路欧姆定律有
由于整个过程中磁通量的代数变化量为,解得流过电阻的代数电荷量为
因此,故D错误。
故选BC。
10. 如图所示,劲度系数为k的轻弹簧下端悬挂一质量为M的托盘,处于静止状态。现将一质量为m的粘性小球自距盘面高度为h处无初速释放,与盘发生碰撞后未反弹,碰撞时间极短。不计空气阻力,重力加速度为g,运动过程中弹簧始终处于弹性限度内。下列说法中正确的是( )
A. 小球与盘运动的最大速度为
B. 小球与盘碰后向下运动距离 时,盘的速度达到最大
C. 小球与盘向上运动过程中,弹簧的弹性势能一直减小
D. 当小球与盘的加速度向上且大小为 时,其速度大小为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.对小球下落h的过程应用动能定理
解得与盘碰撞前小球速度为
小球与盘碰撞过程动量守恒
解得碰后瞬间二者速度为
碰后小球与盘的重力大于弹簧弹力,二者将继续向下做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度为零,弹力与二者重力相等时,速度达到最大,故最大速度大于,A错误;
B.设初始时刻弹簧形变量为,速度最大时弹簧形变量为,则有
下落距离为
联立可得
B正确;
C.碰后小球与盘做简谐运动,由题中信息无法判断简谐运动最高点时弹簧的形变状态,弹簧可能处于伸长状态,也可能处于压缩状态,故小球与盘向上运动过程中,弹簧的弹性势能不一定一直减小,C错误;
D.碰后瞬间,对小球与盘整体应用牛顿第二定律,有
解得
方向向下。由简谐运动对称性可知,当小球与盘的加速度向上且大小为 时,小球速度大小为,D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷(非选择题 共54分)
三、实验题:本题包括2个小题,共16分
11. 某实验小组利用光电门探究均匀细杆绕一端转动时,其动能与角速度的关系,装置如图甲所示,均匀细杆一端固定在光滑转轴O处,当杆竖直在平面绕O点转动时,另一端A经过光电门时可测得经过该位置的角速度。
(1)先用20分度的游标卡尺测量细杆的宽度d,示数如图乙所示,读数d=_______mm;已知细杆的长度L、 细杆的质量m以及当地重力加速度g;
(2)让细杆从水平位置由静止释放,A端经过光电门的时间测得为,则A端经过该位置时,细杆的角速度大小___________(物理量用字母符号表示);并记录该位置距离O点的高度h,改变光电门的位置重复实验;
(3)建立坐标系,并将实验数据在坐标系中描出、连线,得出的图像是一条过原点的直线,且斜率大小为k。则当该细杆以大小的角速度绕一端旋转时,它的动能___________(用m、、g、k表示)。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
【小问1详解】
细杆的宽度
【小问2详解】
细杆A端经过光电门的线速度
根据圆周运动线速度与角速度的关系
可得
【小问3详解】
细杆从水平静止释放,只有重力做功,机械能守恒。细杆的重心在处,当A端下落的竖直高度为时,重心下落高度为,因此重力势能的减少量等于转动动能的增加量
根据图像可知
整理得
所以动能
12. 某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律,并用该电阻设计一保温控制系统。
(1)使用多用电表估测热敏电阻的大致阻值,测量前多用电表需要的操作顺序是__________(填序号)
①红黑笔短接 ②机械调零 ③选择合适倍数 ④进行欧姆调零
实验选用的器材有:热敏电阻(大致几百欧);电流表G(量程为10mA); 电阻箱(阻值);电源E(电动势12V);滑动变阻器(最大阻值为20Ω)、开关、;导线若干。请完成下列步骤并回答相关问题:
(2)该小组设计了如图(甲)所示的电路图。根据图(甲),完成图(乙)中的实物图连线。
(3)①闭合开关、之前,将滑动变阻器滑片移至_____(填“a”或“b”)端,将电阻箱调至最大;
②闭合开关、,调节滑动变阻器以及电阻箱,当电流表G的示数适当时停止调节,记录电阻箱的示数为,G表示数为;
③断开开关,保持滑动变阻器滑片不动,继续调节电阻箱,当电流表G的示数仍为时,电阻箱的示数为,则热敏电阻的阻值为_________,并记录此时温控室内温度;
④改变温控室内温度,重复步骤③,得到一系列数据,并绘制成热敏电阻阻值随温度t变化的曲线如图(丙)所示。
(4)电流表G的内阻不可忽略,热敏电阻阻值的测量值相对真实值________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”);
(5)实验小组用该热敏电阻设计了如图丁所示的保温箱温度控制电路,控制系统可视为的电阻,电源的电动势(内阻不计)。当通过控制系统的电流小于6mA时,加热系统将开启为保温箱加热;当通过控制系统的电流达到6mA时,加热系统将关闭。若要使得保温箱内温度低于50°C,加热系统就开启,应将调为________Ω;
【答案】(1)②③①④
(2) (3) ①. a ②.
(4)无影响 (5)640Ω
【解析】
【小问1详解】
使用多用电表前,应先进行机械调零,再选择合适的欧姆挡;将红、黑表笔分别插入相应插孔后,短接两表笔进行欧姆调零,故操作顺序为②③①④。
【小问2详解】
按照图甲,电源、电流表、电阻箱、热敏电阻、滑动变阻器、开关依次串联,开关并联在热敏电阻两端;滑动变阻器采用滑片与端接入电路。
【小问3详解】
[1]该电路为分压式接法,测量电路并联在滑动变阻器的滑片与a端之间。闭合开关前,为使测量电路电压为零以保护电表,滑片应移至 a 端。
[2]闭合开关时,热敏电阻被短路,设电路中除电阻箱外其余串联电阻之和为,根据闭合电路欧姆定律有
断开开关后,热敏电阻接入电路,滑动变阻器接入阻值不变,调节电阻箱使电流仍为,则有
联立解得
【小问4详解】
设电流表的内阻为,闭合和断开开关时分别有,
联立仍可解得
电流表内阻在两次测量中保持不变,利用等效替代法计算时被抵消,因此对热敏电阻阻值的测量结果无影响。
【小问5详解】
由图丙可知,温度为时,热敏电阻的阻值约为;温度低于时,增大,控制电路中的电流减小,因此应使温度为时电流恰好达到关闭加热系统的临界值。
控制系统等效电阻为,根据闭合电路欧姆定律有
解得
代入数据解得
四、计算题:本题包括3个小题,共38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给分,有数值计算的题,必须明确写出数值和单位。
13. 某个热等静压设备的炉腔内的气体压强与时间的关系如图所示,在0到时间内,将温度为27℃、压强为的氩气通过压缩机压入炉腔内,整个过程温度保持不变。时刻开始,使用热功率为的加热装置给炉腔内的氩气加热,直至氩气压强达到才停止加热。已知炉腔的容积,时,炉腔内处于真空状态,加热过程中热量全部被氩气吸收,,氩气视为理想气体。
(1)求氩气压入炉腔之前体积V0为多大;
(2)已知整个过程中,炉内氩气内能增加了ΔU=,求炉腔内氩气最终温度以及加热装置的工作时间。
【答案】(1);
(2),
【解析】
【小问1详解】
压入前氩气的压强为,体积为
由图可知时刻炉内压强为,炉腔容积为。压入过程温度保持不变,对同一批理想气体根据玻意耳定律有
推导得
代入数据解得
【小问2详解】
开始加热时氩气温度为,初始压强为,停止加热时压强为。加热过程中氩气的物质的量和体积均保持不变,根据理想气体状态方程有
推导得
代入数据解得
对同一批氩气而言,压入过程温度保持不变,理想气体的内能只由温度决定,因此压入阶段内能变化为零,题给总内能增量即为加热阶段的内能增量。加热阶段炉腔体积不变,氩气不对外做功,根据热力学第一定律有
加热装置提供的热量为
联立解得
代入数据解得
14. 某户外大型闯关游戏“渡河”环节中,选手从高台俯冲而下,为了解决速度过快带来的风险,设计师设计了如图所示的减速装置。浮于河面的B板紧靠缓冲装置A板,B的左侧放置一物体C。选手通过高台光滑曲面下滑,经过A后滑上B。已知A、B的质量均为,C的质量为。A、B的长度均为L=3m,人与A、B间的动摩擦因数均为,A与地面间的动摩擦因数。B在水中运动时受到的阻力是其所受浮力的0.1倍,B碰到河岸后立即被锁定。不计水流速度,选手和物体C均可看作质点,,则:
(1)为了防止A滑动而出现意外,选手及装备的质量最大不超过多少?
(2)若选手及装备的质量为60kg,从的高台由静止开始滑下,经过A后与C发生碰撞后一起运动,碰撞时间极短可忽略,求在此碰撞过程中系统损失的机械能?
(3)在第(2)问前提下,人与C碰撞后经0.5s恰好与平板B速度相同,要使选手能够到达河岸,河岸的最大宽度d为多少?
【答案】(1)102kg;(2)180J;(3)6.75m
【解析】
【详解】(1)B、C整体受到的浮力等于整体的重力,故B若运动受到的阻力为:
为了防止A滑动,需满足:
解得
(2)滑上A时速度
与C碰前速度
经过A后与C发生碰撞后一起运动
损失机械能
解得
(3)人与C碰撞后经0.5s恰好与平板B速度相同,根据系统动量定理
,
解得
B运动距离
之后一起减速,加速度
减速位移
所以最大宽度
15. 电子倍增技术常用于信号放大,从而使得信号达到可识别、抗噪的程度。某工程师设计了一款电子倍增装置,其大致示意图(截面图)如图所示:空间中从左往右分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,Ⅰ和Ⅲ三区域分布着磁感应强度相同、垂直纸面向里的匀强磁场,Ⅱ区域中长为3L电子倍增器MN和PQ相距4L平行放置,中轴线上放置电极板,在空间中分别形成向下、向上的匀强电场。带电粒子在装置里的运动轨迹如图所示,粒子在分界线上的a、b、c、d四点以恒定大小的速度水平穿进、穿出电场和磁场,且穿进电场或磁场时,电场强度或磁感应强度恰好发生变化,使得运动轨迹保持不变。现初速度为零,质量为m,带电量为ne的负电粒子经电压为U的加速电场加速后,从a点进入下方电场。已知a和c与倍增器的距离均为L,电子倍增器类似弹性挡板,当带电粒子与倍增器发生接触时,电荷量变为原来的k()倍,水平方向速度保持不变,垂直方向速度大小不变,方向反向,接触时间忽略不计,重力忽略不计,忽略电磁场变化时产生的电磁感应效应。
(1)若,求:
①带电粒子开始进入电场时,电场强度E的大小;
②带电粒子第一次进入磁场时,磁感应强度B大小;
(2)从开始进入电场,到第一次回到a点的过程中运动的时间。
【答案】(1),
(2)
【解析】
【小问1详解】
设粒子经加速电场后的速度大小为,由动能定理得
解得
粒子在下方电场中运动时,碰撞前、后的电荷量大小分别为,。设相应的竖直加速度大小分别为,,由牛顿第二定律得,
设粒子从点运动到下方倍增器的时间为,碰撞后运动到点的时间为。碰撞时竖直速度大小为,粒子到达点时竖直速度减为零,故
解得
粒子的水平速度始终为,由水平方向的位移关系得
解得
由竖直方向的位移关系得
结合前述结果得
由牛顿第二定律得
代入前述,解得
设粒子碰撞后上升到点的高度为,由匀变速直线运动速度与位移的关系得,
点距上方倍增器为,两倍增器相距,而点距下方倍增器为,因此点与点的竖直距离为
粒子在右侧磁场中的轨迹为半圆,其半径为,粒子第一次进入磁场时的电荷量大小为,由洛伦兹力提供向心力得
由上述向心力方程整理得
代入前述和,解得
【小问2详解】
设粒子在任意一段电场运动中,碰撞前的竖直加速度大小为,到达倍增器前的竖直速度大小为,由匀变速直线运动速度与位移的关系得
碰撞后电荷量变为原来的倍,同一段电场内的竖直加速度大小变为,由匀变速直线运动速度与位移的关系得
因此点距下方倍增器、点距上方倍增器均为。这一结论只使用碰撞前、后加速度的倍数关系,不需要假设上、下两段电场轨迹关于中轴线对称。一般下各关键点到倍增器的距离及两段磁场轨迹的半径关系如图所示。
粒子在每段电场区域内的水平位移均为,水平速度大小始终为,故两段电场运动的总时间为
由两倍增器相距,点和点距相应倍增器均为,可知右侧磁场中点与点的竖直距离为
左侧磁场中点与点的竖直距离为
两段磁场轨迹均为半圆,半径分别为
粒子在磁场中的速度大小保持为,故两段磁场运动的总时间为
因此粒子第一次回到点所用的时间为
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物理试题
本试卷分为Ⅰ、Ⅱ卷两部分,共8页,满分为100分。使用时间75分钟。
注意事项:
1、答卷前,考生务必用黑色字迹的签字笔或钢笔将自己的姓名、学校、班级和考生号填写在答题卡上,用2B铅笔将考生号填涂在答题卡填涂区。
2、选择题每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑;如需改动,用橡皮擦干净后,再选涂其他答案;不能答在试题卷上。
3、非选择题必须用黑色字迹的签字笔或钢笔作答,答案必须写在答题卡各题目指定区域内的相应位置上;如需改动,先划掉原来的答案,然后再写上新的答案;不准使用铅笔和涂改液。不按以上要求作答的答案无效。
4、考生必须保持答题卡的整洁,考试结束后,将答题卡交回。
第Ⅰ卷(选择题 共46分)
一、单项选择题:本题包括7个小题,每题4分,共28分;每小题给出的四个选项中,只有一个选项最符合题意的要求,错选、不选均不得分。
1. 238铀()的半衰期达年,已知238铀()的衰变方程,关于该核反应,下列说法正确的是( )
A. 是粒子 B. 粒子形成的射线穿透力很强
C. 可以通过化学反应使得半衰期变短 D. 的比结合能比的比结合能大
2. 两名机器人手握一根轻绳的两端,以相同的频率,周期性上下抖动,振幅均为A=20cm,在绳子上形成了相向运动的简谐横波a和b,时刻,波形图如图所示,O、S两点为波源,已知,下列说法正确的是( )
A. 两列波的起振方向相同
B. 两列波相遇后,波速变为
C. 绳上P点的振幅始终保持为零
D. 当b波传播到Q点时,Q点已经运动了2m
3. 现代电路中,电容器、自感器、互感器扮演着非常重要的角色。如图所示,甲图是家用漏电保护装置图,其中“零序电流互感器”可视为闭合铁芯,正常用电时,火线和零线的电流等大反向;出现漏电时,零线与火线电流不相等,断路器吸起触头自动切断电源。图乙是测量储罐内绝缘液体的高度,工作时将开关S从a拨向b,电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流,根据振荡电流频率判断液体深度。关于两个电路,下列说法正确的是( )
A. 图甲中正常用电时,互感器中磁通量随火线中电流变化而变化
B. 图甲中增加互感器上的线圈匝数,可增加装置灵敏度
C. 图乙中储罐内绝缘液体液面越高,电容器电容就越小
D. 图乙中振荡电流的周期越小说明储罐内绝缘液体越多
4. 由单色光a和b组成的复合光垂直入射半径为R、半球形透明介质,在球面形成了中间为复合光外层为单色光a的亮纹,其过球心O的截面图如图所示,整个亮纹弧长为L、复合光亮纹弧长为S。已知单色光a、b关于该介质的折射率分别为、,关于单色光a和b,下列可能正确的是( )
A.
B. 单色光a的频率大于b光的频率
C. 在该介质中,单色光a的光速大于b光的光速
D. 遇到同一障碍物时,单色光b的衍射现象更明显
5. 如图所示,一光滑圆弧固定在水平面上,其弧长远小于半径,现有两个相同的小球分别从图中A、B位置由静止释放,小球均可视为质点,不计空气阻力,关于A、B两小球下滑到最低点的过程中,运动的时间、重力的冲量大小、机械能改变量大小,重力对小球做的功,下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
6. “朱雀三号”发射成功,标志我国火箭回收技术发展进入一个新的阶段。如图所示,其整个过程简化如下:火箭携带卫星经地面发射进入Ⅰ轨道,运动至P点实现“星箭分离”,分离后的卫星在P点直接进入Ⅱ轨道,运动至最远点Q,再次点火将卫星送入预定轨道Ⅲ(圆形轨道);而分离后的火箭返回发射地实现回收。已知轨道Ⅱ上的虚线代表卫星未经过,P、Q两点到地心距离分别为和,关于整个火箭、卫星的运动,下列说法正确的是( )
A. 星箭分离前后,卫星在P点速度保持不变
B. 卫星从P点运动至Q点过程中速度增大
C. 卫星轨道Ⅰ上P点速度大小与轨道Ⅲ上运动速度大小之比为
D. 卫星在轨道Ⅱ上运动的时间与在轨道Ⅲ的周期之比为
7. 如图所示,竖直平面内存在一矩形区域MNPQ的“风洞”,小球在该区域内运动时会受到恒定大小、水平向左的风力。若小球以大小、水平方向的速度从M点射入,恰好从Q点以竖直向下的速度射出,现仅改变小球射入的速度大小v,经时间射出风洞,下列关于时间与速度大小v的图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
二、多项选择题:本题包括3个小题,每题6分,共18分。每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求,选对得6分,选对但不全得3分,多选、错选、不选均不得分。
8. 塑料静电分选机能实现混合塑料的分离。大致流程如下:摩擦带电系统使PA(尼龙)微粒带正电、PE(聚乙烯)微粒带负电之后,通过漏斗进入高压电极系统实现分离,其中高压电极系统由高压电源、平行板组成,平行板之间电场可视为匀强电场。混合物经高压电极系统分离过程如图所示,关于微粒分离过程,下列说法正确的有( )
A. 高压电源a端为正极
B. PA、PE微粒所受电场力大小相等,方向相反
C. PE微粒靠近平板过程中电势能增大
D. PE微粒经过的A、B两点的电势
9. 科技爱好小组设计了一个“小仓鼠发电”装置如图甲所示,该装置简化如图乙所示:长为L、半径为r的圆柱形绝缘圆筒水平放置,长度也为L、质量为m、电阻为的金属棒紧贴在圆筒边缘,金属棒两端通过导线与阻值为的定值电阻相连。整个装置处于磁感应强度大小为B、竖直向下的匀强磁场(图乙未画出)中。若金属棒随圆筒匀速转动,速度大小为v,从右向左看的截面图如图丙所示,已知重力加速度大小为g,金属棒始终与圆筒无相对滑动,圆心接触位置无摩擦,导线对金属棒的力以及空气阻力均忽略不计,关于整个运动,下列说法正确的有( )
A. 金属棒处于最高点时,电路中的电流方向由
B. 金属棒运动至最低点时,圆筒对金属棒作用力最大
C. 转动一周,圆筒对金属棒做功等于
D. 金属棒从最高点运动到最低点的过程中,流过电阻的电荷量
10. 如图所示,劲度系数为k的轻弹簧下端悬挂一质量为M的托盘,处于静止状态。现将一质量为m的粘性小球自距盘面高度为h处无初速释放,与盘发生碰撞后未反弹,碰撞时间极短。不计空气阻力,重力加速度为g,运动过程中弹簧始终处于弹性限度内。下列说法中正确的是( )
A. 小球与盘运动的最大速度为
B. 小球与盘碰后向下运动距离 时,盘的速度达到最大
C. 小球与盘向上运动过程中,弹簧的弹性势能一直减小
D. 当小球与盘的加速度向上且大小为 时,其速度大小为
第Ⅱ卷(非选择题 共54分)
三、实验题:本题包括2个小题,共16分
11. 某实验小组利用光电门探究均匀细杆绕一端转动时,其动能与角速度的关系,装置如图甲所示,均匀细杆一端固定在光滑转轴O处,当杆竖直在平面绕O点转动时,另一端A经过光电门时可测得经过该位置的角速度。
(1)先用20分度的游标卡尺测量细杆的宽度d,示数如图乙所示,读数d=_______mm;已知细杆的长度L、 细杆的质量m以及当地重力加速度g;
(2)让细杆从水平位置由静止释放,A端经过光电门的时间测得为,则A端经过该位置时,细杆的角速度大小___________(物理量用字母符号表示);并记录该位置距离O点的高度h,改变光电门的位置重复实验;
(3)建立坐标系,并将实验数据在坐标系中描出、连线,得出的图像是一条过原点的直线,且斜率大小为k。则当该细杆以大小的角速度绕一端旋转时,它的动能___________(用m、、g、k表示)。
12. 某实验小组根据热敏电阻的阻值随温度变化的规律,并用该电阻设计一保温控制系统。
(1)使用多用电表估测热敏电阻的大致阻值,测量前多用电表需要的操作顺序是__________(填序号)
①红黑笔短接 ②机械调零 ③选择合适倍数 ④进行欧姆调零
实验选用的器材有:热敏电阻(大致几百欧);电流表G(量程为10mA); 电阻箱(阻值);电源E(电动势12V);滑动变阻器(最大阻值为20Ω)、开关、;导线若干。请完成下列步骤并回答相关问题:
(2)该小组设计了如图(甲)所示的电路图。根据图(甲),完成图(乙)中的实物图连线。
(3)①闭合开关、之前,将滑动变阻器滑片移至_____(填“a”或“b”)端,将电阻箱调至最大;
②闭合开关、,调节滑动变阻器以及电阻箱,当电流表G的示数适当时停止调节,记录电阻箱的示数为,G表示数为;
③断开开关,保持滑动变阻器滑片不动,继续调节电阻箱,当电流表G的示数仍为时,电阻箱的示数为,则热敏电阻的阻值为_________,并记录此时温控室内温度;
④改变温控室内温度,重复步骤③,得到一系列数据,并绘制成热敏电阻阻值随温度t变化的曲线如图(丙)所示。
(4)电流表G的内阻不可忽略,热敏电阻阻值的测量值相对真实值________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”);
(5)实验小组用该热敏电阻设计了如图丁所示的保温箱温度控制电路,控制系统可视为的电阻,电源的电动势(内阻不计)。当通过控制系统的电流小于6mA时,加热系统将开启为保温箱加热;当通过控制系统的电流达到6mA时,加热系统将关闭。若要使得保温箱内温度低于50°C,加热系统就开启,应将调为________Ω;
四、计算题:本题包括3个小题,共38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给分,有数值计算的题,必须明确写出数值和单位。
13. 某个热等静压设备的炉腔内的气体压强与时间的关系如图所示,在0到时间内,将温度为27℃、压强为的氩气通过压缩机压入炉腔内,整个过程温度保持不变。时刻开始,使用热功率为的加热装置给炉腔内的氩气加热,直至氩气压强达到才停止加热。已知炉腔的容积,时,炉腔内处于真空状态,加热过程中热量全部被氩气吸收,,氩气视为理想气体。
(1)求氩气压入炉腔之前体积V0为多大;
(2)已知整个过程中,炉内氩气内能增加了ΔU=,求炉腔内氩气最终温度以及加热装置的工作时间。
14. 某户外大型闯关游戏“渡河”环节中,选手从高台俯冲而下,为了解决速度过快带来的风险,设计师设计了如图所示的减速装置。浮于河面的B板紧靠缓冲装置A板,B的左侧放置一物体C。选手通过高台光滑曲面下滑,经过A后滑上B。已知A、B的质量均为,C的质量为。A、B的长度均为L=3m,人与A、B间的动摩擦因数均为,A与地面间的动摩擦因数。B在水中运动时受到的阻力是其所受浮力的0.1倍,B碰到河岸后立即被锁定。不计水流速度,选手和物体C均可看作质点,,则:
(1)为了防止A滑动而出现意外,选手及装备的质量最大不超过多少?
(2)若选手及装备的质量为60kg,从的高台由静止开始滑下,经过A后与C发生碰撞后一起运动,碰撞时间极短可忽略,求在此碰撞过程中系统损失的机械能?
(3)在第(2)问前提下,人与C碰撞后经0.5s恰好与平板B速度相同,要使选手能够到达河岸,河岸的最大宽度d为多少?
15. 电子倍增技术常用于信号放大,从而使得信号达到可识别、抗噪的程度。某工程师设计了一款电子倍增装置,其大致示意图(截面图)如图所示:空间中从左往右分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,Ⅰ和Ⅲ三区域分布着磁感应强度相同、垂直纸面向里的匀强磁场,Ⅱ区域中长为3L电子倍增器MN和PQ相距4L平行放置,中轴线上放置电极板,在空间中分别形成向下、向上的匀强电场。带电粒子在装置里的运动轨迹如图所示,粒子在分界线上的a、b、c、d四点以恒定大小的速度水平穿进、穿出电场和磁场,且穿进电场或磁场时,电场强度或磁感应强度恰好发生变化,使得运动轨迹保持不变。现初速度为零,质量为m,带电量为ne的负电粒子经电压为U的加速电场加速后,从a点进入下方电场。已知a和c与倍增器的距离均为L,电子倍增器类似弹性挡板,当带电粒子与倍增器发生接触时,电荷量变为原来的k()倍,水平方向速度保持不变,垂直方向速度大小不变,方向反向,接触时间忽略不计,重力忽略不计,忽略电磁场变化时产生的电磁感应效应。
(1)若,求:
①带电粒子开始进入电场时,电场强度E的大小;
②带电粒子第一次进入磁场时,磁感应强度B大小;
(2)从开始进入电场,到第一次回到a点的过程中运动的时间。
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