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一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。

1.右图是可用来制作豆腐的石磨。木柄AB静止时,连接AB的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点,F、F₁和F₂分别表示三根绳的拉力大小,F₁=F₂且∠AOB=60°。下列关系式正确的是 (　　)

A.F=F₁　　　　　　B.F=2F₁

C.F=3F₁ D.F=F₁

2.祝融号火星车需要“休眠”以度过火星寒冷的冬季。假设火星和地球的冬季是各自公转周期的四分之一,且火星的冬季时长约为地球的1.88倍。火星和地球绕太阳的公转均可视为匀速圆周运动。下列关于火星、地球公转的说法正确的是 (　　)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A.火星公转的线速度比地球的大

B.火星公转的角速度比地球的大

C.火星公转的半径比地球的小

D.火星公转的加速度比地球的小

3.右图是滑雪道的示意图。可视为质点的运动员从斜坡上的M点由静止自由滑下,经过水平NP段后飞入空中,在Q点落地。不计运动员经过N点的机械能损失,不计摩擦力和空气阻力。下列能表示该过程运动员速度大小v或加速度大小a随时间t变化的图像是 (　　)

4.右图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈,n₁>n₂,二者轴线在同一平面内且相互垂直,两线圈到其轴线交点O的距离相等,且均连接阻值为R的电阻,转子是中心在O点的条形磁体,绕O点在该平面内匀速转动时,两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响,下列说法正确的是 (　　)

A.两线圈产生的电动势的有效值相等

B.两线圈产生的交变电流频率相等

C.两线圈产生的电动势同时达到最大值

D.两电阻消耗的电功率相等

5.目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为E_n=,其中E₁=-13.6 eV。下图是按能量排列的电磁波谱,要使n=20的氢原子吸收一个光子后,恰好失去一个电子变成氢离子,被吸收的光子是 (　　)

A.红外线波段的光子 B.可见光波段的光子

C.紫外线波段的光子 D.X射线波段的光子

6.如图所示,在竖直平面内,截面为三角形的小积木悬挂在离地足够高处,一玩具枪的枪口与小积木上P点等高且相距为l。当玩具子弹以水平速度v从枪口向P点射出时,小积木恰好由静止释放,子弹从射出至击中积木所用时间为t。不计空气阻力。下列关于子弹的说法正确的是 (　　)

A.将击中P点,t大于

B.将击中P点,t等于

C.将击中P点上方,t大于

D.将击中P点下方,t等于

7.如图所示,一个立方体空间被对角平面MNPQ划分成两个区域,两区域分布有磁感应强度大小相等、方向相反且与z轴平行的匀强磁场。一质子以某一速度从立方体左侧垂直yOz平面进入磁场,并穿过两个磁场区域。下列关于质子运动轨迹在不同坐标平面的投影,可能正确的是 (　　)

二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.如图所示,磁控管内局部区域分布有水平向右的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。电子从M点由静止释放,沿图中所示轨迹依次经过N、P两点。已知M、P在同一等势面上,下列说法正确的有 (　　)

A.电子从N到P,电场力做正功

B.N点的电势高于P点的电势

C.电子从M到N,洛伦兹力不做功

D.电子在M点所受的合力大于在P点所受的合力

9.如图所示,载有防疫物资的无人驾驶小车,在水平MN段以恒定功率200 W、速度5 m/s匀速行驶,在斜坡PQ段以恒定功率570 W、速度2 m/s匀速行驶。已知小车总质量为50 kg,l_MN=l_PQ=20 m,PQ段的倾角为30°,重力加速度g取10 m/s²,不计空气阻力。下列说法正确的有 (　　)

A.从M到N,小车牵引力大小为40 N

B.从M到N,小车克服摩擦力做功800 J

C.从P到Q,小车重力势能增加1×10⁴ J

D.从P到Q,小车克服摩擦力做功700 J

10.如图所示,水平地面(xOy平面)下有一根平行于y轴且通有恒定电流I的长直导线。P、M和N为地面上的三点,P点位于导线正上方,MN平行于y轴,PN平行于x轴。一闭合的圆形金属线圈,圆心在P点,可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动,运动过程中线圈平面始终与地面平行。下列说法正确的有 (　　)

A.N点与M点的磁感应强度大小相等,方向相同

B.线圈沿PN方向运动时,穿过线圈的磁通量不变

C.线圈从P点开始竖直向上运动时,线圈中无感应电流

D.线圈从P点运动到M点产生的感应电动势与从P点运动到N点产生的感应电动势相等

三、非选择题:共54分。第11~14题为必考题,考生都必须作答。第15~16题为选考题,考生根据要求作答。

(一)必考题:共42分。

11.(7分)某实验小组为测量小球从某一高度释放,与某种橡胶材料碰撞导致的机械能损失,设计了如图甲所示的装置,实验过程如下:

甲

乙

(1)让小球从某一高度由静止释放,与水平放置的橡胶材料碰撞后竖直反弹。调节光电门位置,使小球从光电门正上方释放后,在下落和反弹过程中均可通过光电门。

(2)用螺旋测微器测量小球的直径,示数如图乙所示,小球直径d=　　　　 mm。 

(3)测量时,应　　　　(选填“A”或“B”,其中A为“先释放小球,后接通数字计时器”,B为“先接通数字计时器,后释放小球”)。记录小球第一次和第二次通过光电门的遮光时间t₁和t₂。 

(4)计算小球通过光电门的速度,已知小球的质量为m,可得小球与橡胶材料碰撞导致的机械能损失ΔE=　　　　(用字母m、d、t₁和t₂表示)。 

(5)若适当调高光电门的高度,将会　　　　(选填“增大”或“减小”)因空气阻力引起的测量误差。 

12.(9分)弹性导电绳逐步成为智能控制系统中部分传感器的敏感元件。某同学测量弹性导电绳的电阻与拉伸后绳长之间的关系,实验过程如下:

(1)装置安装和电路连接:

如图甲所示,导电绳的一端固定,另一端作为拉伸端,两端分别用带有金属夹A、B的导线接入如图乙所示的电路中。

甲

乙

丙

(2)导电绳拉伸后的长度l及其电阻R_x的测量:

①将导电绳拉伸后,用刻度尺测量并记录A、B间的距离,即为导电绳拉伸后的长度l。

②将滑动变阻器R的滑片滑到最右端。断开开关S₂,闭合开关S₁,调节R,使电压表和电流表的指针偏转到合适位置。记录两表的示数U和I₁。

③闭合S₂,电压表的示数　　　　(选填“变大”或“变小”)。调节R使电压表的示数仍为U,记录电流表的示数I₂,则此时导电绳的电阻R_x =　　　　(用I₁、I₂和U表示)。 

④断开S₁,增大导电绳拉伸量,测量并记录A、B间的距离,重复步骤②和③。

(3)该电压表内阻对导电绳电阻的测量值　　　(选填“有”或“无”)影响。 

(4)图丙是根据部分实验数据描绘的R_x–l图线。将该导电绳两端固定在某种机械臂上,当机械臂弯曲后,测得导电绳的电阻R_x为1.33 kΩ,则由图线可读出导电绳拉伸后的长度为　　　　 cm,即为机械臂弯曲后的长度。 

13.(11分)某同学受自动雨伞开伞过程的启发,设计了如图所示的物理模型。竖直放置在水平桌面上的滑杆上套有一个滑块,初始时它们处于静止状态。当滑块从A处以初速度v₀=10 m/s向上滑动时,受到滑杆的摩擦力F_f为1 N,滑块滑到B处与滑杆发生完全非弹性碰撞,带动滑杆离开桌面一起竖直向上运动。已知滑块的质量m=0.2 kg,滑杆的质量m_杆=0.6 kg,A、B间的距离l=1.2 m,重力加速度g取10 m/s²,不计空气阻力。求:

(1)滑块在静止时和向上滑动的过程中,桌面对滑杆支持力的大小F_N1和F_N2;

(2)滑块碰撞前瞬间的速度大小v;

(3)滑杆向上运动的最大高度h。

14.(15分)密立根通过观测油滴的运动规律证明了电荷的量子性,因此获得了1923年的诺贝尔奖。右图是密立根油滴实验的原理示意图,两个水平放置、相距为d的足够大金属极板,上极板中央有一小孔。通过小孔喷入一些小油滴,由于碰撞或摩擦,部分油滴带上了电荷。有两个质量均为m₀、位于同一竖直线上的球形小油滴A和B,在时间t内都匀速下落了距离h₁。此时给两极板加上电压U(上极板接正极),A继续以原速度下落,B经过一段时间后向上匀速运动。B在匀速运动时间t内上升了距离h₂(h₂≠h₁),随后与A合并,形成一个球形新油滴,继续在两极板间运动直至匀速。已知球形油滴受到的空气阻力大小为F_f=kv,其中k为比例系数,m为油滴质量,v为油滴运动速率。不计空气浮力,重力加速度为g。求:

(1)比例系数k;

(2)油滴A、B的电荷量和电性,B上升距离h₂电势能的变化量;

(3)新油滴匀速运动速度的大小和方向。

(二)选考题:共12分。请考生从2道题中任选一题作答。如果多做, 则按所做的第一题计分。

15.(12分)[物理——选修3–3]

(1)(6分)利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境,这个过程　　　(选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能,空调排放到室外环境的热量　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。 

(2)(6分)玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图所示,潜水员在水面上将80 mL水装入容积为380 mL的玻璃瓶中,拧紧瓶盖后带入水底,倒置瓶身,打开瓶盖,让水进入瓶中,稳定后测得瓶内水的体积为230 mL。将瓶内气体视为理想气体,全程气体不泄漏且温度不变。大气压强p₀取1.0×10⁵ Pa,重力加速度g取10 m/s²,水的密度ρ取1.0×10³ kg/m³。求水底的压强p和水的深度h。

16.(12分)[物理——选修3–4]

(1)(6分)如图所示,某同学握住软绳的一端周期性上下抖动,在绳上激发了一列简谐波。从图示时刻开始计时,经过半个周期,绳上M处的质点将运动至　　　(选填“N”“P”或“Q”)处。加快抖动,波的频率增大,波速　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。 

(2)(6分)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。

●52022年物理(广东卷)

1.D　

对O点进行受力分析,如图所示,由几何关系可知θ=30°。根据平衡条件得F₁cos 30°+F₂cos 30°=F,又F₁=F₂,解得F=F₁,选项D正确,A、B、C错误。

2.D　因为火星的公转周期大于地球的公转周期,由ω=知火星的角速度小,选项B错误。由G=mω²r得r=,因火星的角速度小,则火星公转的半径大,选项C错误。由G=m得v=,则火星公转的线速度小,选项A错误。由a=可知火星公转的加速度小,选项D正确。

3.C　设MN段斜坡倾角为θ,运动员在斜坡MN段做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得mgsin θ=ma₁,可得a₁=gsin θ;运动员在水平NP段做匀速直线运动,加速度a₂=0;运动员从P点飞出后做平抛运动,加速度为重力加速度,a₃=g,选项C正确, D错误。设在P点的速度为v₀,则从P点飞出后速度大小的表达式为v=,可知从P点飞出后速度大小与时间的关系图像不可能为直线, 选项A、B错误。

4.B　根据E=nBωS,因n₁>n₂,故两线圈内电动势的最大值不相等,电动势的有效值不相等,两电阻消耗的电功率不相等,选项A、D错误。条形磁体转动的周期即为线圈内交变电流的周期,故两线圈内交变电流的频率相等,选项B正确。题图所示位置,匝数为n₁的线圈磁通量最大,感应电动势最小;匝数为n₂的线圈磁通量最小,感应电动势最大,选项C错误。

5.A　要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子,则需要吸收光子的能量为E=0– eV=0.034 eV,则被吸收的光子是红外线波段的光子,选项A正确。

6.B　不计空气阻力,子弹射出做平抛运动,因为枪口与P点等高,子弹和小积木在竖直方向上做自由落体运动,当子弹击中积木时子弹和积木运动时间相同,根据h=gt²可知下落高度相同,所以子弹将击中P点。又由于初始状态子弹到P点的水平距离为l,子弹在水平方向上做匀速直线运动,故有t=,选项B正确。

7.A　质子射出后,先在对角平面MNPQ左侧运动,根据左手定则可知,刚射出时受到沿y轴正方向的洛伦兹力,做匀速圆周运动,沿z轴负方向看为逆时针方向,即在对角平面MNPQ左侧会向y轴正方向偏移,y轴坐标增大;在对角平面MNPQ右侧根据左手定则可知洛伦兹力反向,做与左侧半径相同的匀速圆周运动,沿z轴负方向看为顺时针方向,选项A正确,B错误。质子在整个运动过程中只受到平行于xOy平面的洛伦兹力作用,在z轴方向上没有运动,z轴坐标不变,选项C、D错误。

8.BC　电子所受电场力水平向左,电子从N到P的过程中电场力做负功,选项A错误。匀强电场方向水平向右,N点的电势高于P点的电势,选项B正确。由于洛伦兹力一直与速度方向垂直,故电子从M到N,洛伦兹力不做功,选项C正确。由于M点和P点在同一等势面上,故从M到P电场力做功为0,而洛伦兹力不做功,M点速度为0,根据动能定理可知电子在P点速度也为0,则电子在M点和P点都只受电场力作用,在匀强电场中电子在这两点电场力相等,即合力相等,选项D错误。

9.ABD　小车从M到N,根据P₁=F₁v₁,解得F₁=40 N,选项A正确。从M到N,小车克服摩擦力做功W_f=W₁=F₁l_MN=800 J,选项B正确。从P到Q,小车重力势能增加ΔE_p=mgxsin θ=5 000 J,选项C错误。从P到Q,牵引力所做功为W₂=P₂=5 700 J,重力势能增加量为5 000 J,动能不变,根据功能关系,小车克服摩擦力做功为700 J,选项D正确。

10.AC　因为M、N两点连线与长直导线平行,两点与长直导线的距离相同,根据右手螺旋定则可知,通电长直导线在M、N两点产生的磁感应强度大小相等,方向相同,选项A正确。根据右手螺旋定则,线圈在P点时,穿进与穿出线圈的磁感线对称,磁通量为零;在向N点平移的过程中,穿进与穿出线圈的磁感线不再对称,线圈的磁通量会发生变化,选项B错误。根据右手螺旋定则,线圈从P点竖直向上运动的过程中,穿进与穿出线圈的磁感线对称,线圈的磁通量始终为零,没有发生变化,线圈中无感应电流,选项C正确。从P点运动到M点与从P点运动到N点,线圈的磁通量变化量相同,依题意从P点运动到M点所用时间较长,根据法拉第电磁感应定律可知,两次产生的感应电动势不相等,选项D错误。

11.答案 (2)7.884(或7.883)　(3)B

(4)m²–m²　(5)增大

解析 本题考查机械能损失的测量,意在考查实验能力。

(2)根据螺旋测微器的读数规则得小球的直径为

d=7.5 mm+38.4×0.01 mm=7.884 mm

考虑到偶然误差,7.883 mm也可以。

(3)在测量时,因小球下落时间很短,如果先释放小球,可能会出现时间记录不完整的情况,所以应先接通数字计时器,再释放小球,故选B。

(4)设小球向下、向上先后通过光电门时的速度分别为v₁、v₂,则有v₁=,v₂=,则小球与硅胶材料碰撞过程中机械能的损失量为

ΔE=m–m=m²–m²。

(5)适当调高光电门的高度,小球两次经过光电门的距离增大,空气阻力做功增大,将会增大因空气阻力引起的测量误差。

12.答案 (2)变小　　(3)无　(4)51.80

解析 本题考查传感器电阻的测量,意在考查实验能力。

(2)因为闭合S₂,并联部分阻值减小,根据串联分压可知电压表的示数变小。设定值电阻的阻值为R₀,则有R₀=;闭合S₂,调节R使电压表的示数仍为U,记录电流表的示数I₂,则有+=,解得R_x=。

(3)在闭合S₂之前,电流表I₁的示数包括定值电阻的电流和电压表的电流,闭合S₂之后,加在电压表两端的电压保持不变,因此流过电压表和定值电阻的总电流仍为I₁,故流过导电绳的电流(I₂-I₁)与电压表内阻无关,电压表内阻对电阻的测量值没有影响。

(4)根据题图丙可得导电绳的电阻R_x为1.33 kΩ时,导电绳拉伸后的长度为51.80 cm。

【科学探究】解答创新类电学实验的基本方法

以上几题,有的是根据电路原理图在实物图上连线;有的是设计电路图,并涉及选择器材和电路,该类试题基本上是在规定实验的基础上,在基本实验方法的基础上进行拓展迁移。

基本的实验方法包括:实验原理的设计方法、实验误差的控制方法和实验数据的处理方法,而考题往往将基本的实验方法和物理原理合理迁移,设计出测量不同的物理量、可探究不同问题的实验方案。

教材中所学过的物理规律、物理公式中只要含有某一物理量,则该规律、公式就可作为研究或测定该物理量的原理基础而进行相应的实验方法设计。如用伏安法测电阻,R=,也可迁移到测电压表内阻和电流表内阻上去测定电源的电动势和内阻。

13.答案 (1)8 N　5 N　(2)8 m/s　(3)0.2 m

解析 本题考查物体平衡、动能定理、完全非弹性碰撞,意在考查综合分析能力。

(1)当滑块处于静止时桌面对滑杆的支持力等于滑块和滑杆的总重力,即

F_N1=(m+m_杆)g=8 N

滑块向上滑动过程中受到滑杆的摩擦力为1 N,根据牛顿第三定律可知滑块对滑杆的摩擦力也为1 N,方向竖直向上,则此时桌面对滑杆的支持力为

F_N2=m_杆g-F_f=5 N。

(2)滑块向上运动到碰前瞬间,根据动能定理有

-mgl-F_fl=mv²–m

代入数据解得v=8 m/s。

(3)由于滑块和滑杆发生完全非弹性碰撞,即碰后两者共速,碰撞过程根据动量守恒有mv=(m+m_杆)v_共

碰后滑块和滑杆以速度v_共整体向上做竖直上抛运动,根据动能定理有

–(m+m_杆)gh=0–(m+m_杆)

代入数据联立解得h=0.2 m。

14.答案 (1)　(2)油滴A不带电,油滴B带负电,电荷量为　-　(3),方向竖直向上或,方向竖直向下

解析 本题考查带电粒子在电场中的直线运动,意在考查综合分析能力。

(1)小油滴A和B在时间t内都匀速下落了距离h₁,可得油滴的速度v₀=

此时有m₀g=F_f

F_f=kv₀

联立解得k=。

(2)两极板加上电压U后,A继续以原速度下落,因此A不带电。

B要向下减速,因此所受电场力竖直向上,B带负电。

B在匀速运动时间t内上升了距离h₂(h₂≠h₁),有v_B=

B所受阻力F_fB=kv_B

B受力平衡,有q=F_fB+m₀g

联立解得q=

B上升距离h₂电势能减少,变化量为

–qh₂=-。

(3)合并后对新油滴受力分析,受到竖直向上的电场力,为F_电=q=·=m₀g1+

受到竖直向下的重力为2m₀g

设新油滴最终匀速运动的速度为v

当h₂>h₁时,F_电>2m₀g,最终新油滴竖直向上匀速运动,有

2m₀g+k(2m₀v=F_电

解得v=

当h₂<h₁时,F_电<2m₀g,最终新油滴竖直向下匀速运动,有

2m₀g=F_电+k(2m₀v

解得v=。

15.答案 (1)不是　大于　(2)2.0×10⁵ Pa　10 m

解析 (1)根据热力学第二定律,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,故空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境不是自发过程;根据热力学第一定律,空调排放到室外环境的热量等于从室内吸收的热量与消耗的电能之和。

(2)本题考查玻意耳定律,意在考查推理能力。

对瓶中所封的气体,由玻意耳定律可知p₀V₀=pV

解得p=p₀=1.0×10⁵ Pa×=2.0×10⁵ Pa

根据p=p₀+ρgh

解得h=10 m。

16.答案 (1)P　不变　(2)　c

解析 (1)机械波上的质点并不随波迁移,经过半个周期,绳上M处的质点将运动至P处。机械波的波速由介质决定,加快抖动,波的频率增大,波速不变。

(2)由题意知,发生全反射的临界角C=45°,根据sin C=

可得液体的折射率n===

由于n=

可知激光在液体中的传播速度v==c。