高考真题（天津卷）物理试题详尽解析（Word版） 6页

绝密★启用前 2015 年普通高等学校招生全国统一考试（天津卷） 理科综合 物理部分 物理试卷分为第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷两部分，第Ⅰ卷 1 至 3 页，第Ⅱ卷 4 至 7 页，共 120 分。 答卷前，考生务必将自己的姓名、准考号填写在答题卡上，并在规定位置粘贴考试用条形码。答卷时， 考生务必将答案涂写在答题卡上，答在试卷上的无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 祝各位考生考试顺利！ 第Ⅰ卷 注意事项： 1．每题选出答案后，用铅笔将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 选涂其他答案标号。 2．本卷共 8 题，每题 6 分，共 48 分。 一、单项选择题（每小题 6 分，共 30 分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的） 1．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上，下列说法正确的是 A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B．电子的发现使人认识到原子具有核式结构 C． 粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的 D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 【答案】A 2．中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子•涛之灵》中写道： “雨色映日而为虹”。从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和 一次反射形成的，右图是彩虹成因的简化示意图，其中 a、b 是两种不同频率 的单色光，则两光 A．在同种玻璃种传播，a 光的传播速度一定大于 b 光 B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b 光侧移量大 C．分别照射同一光电管，若 b 光能引起光电效应，a 光一定也能 D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气张只能看到一种光时，一定是 a 光 【答案】C 3．图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，a、b 两质点的横坐标分别为 2ax m 和 6bx m ，图乙为 质点 b 从该时刻开始计时的振动图象，下列说法正确的是 x/m y/m O 0.5 –0.5 2 4 6 8 10 图甲 t/s y/m O 0.5 –0.5 2 4 6 8 10 图乙 A．该波沿+x 方向传播，波速为 1m/s B．质点 a 经过 4s 振动的路程为 4m C．此时刻质点 a 的速度沿+y 方向 D．质点 a 在 t=2s 时速度为零 【答案】D 4．未来的星际航行中，宇航员长期处于零重力状态，为缓解这种状态带来 的不适，有人设想在未来的航天器上加装一段圆柱形“旋转舱”，如图 所示。当旋转舱绕其轴线匀速旋转时，宇航员站在旋转舱内圆柱形侧 壁上，可以受到与他站在地球表面时相同大小的支持力，为达到目的， 下列说法正确的是 A．旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越大 B．旋转舱的半径越大，转动的角速度就应越小 C．宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越大 D．宇航员质量越大，旋转舱的角速度就应越小 【答案】B 5、如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为 m 的小圆环，圆环与水平状态的轻质 旋转舱 a b m L 弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，并且处于原长状态，现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧 原长为 L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为 2L（未超过弹性限度），则在圆环下滑到最大距离 的过程中 A．圆环的机械能守恒 B．弹簧弹性势能变化了 3mgL C．圆环下滑到最大距离时，所受合力为零 D．圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变 【答案】B 二、不定项选择题（每小题 6 分，共 18 分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的，全部选 对得 6 分，选对但选不全的得 3 分，选错或者不答的得 0 分） 6．如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头 Q 来调节， 在副线圈两端连接了定值电阻 0R 和滑动变阻器 R，P 为滑动变阻器的滑动触头，在原线圈上加一电压 为 U 的正弦交流电，则 A．保持 Q 的位置不动，将 P 向上滑动时，电流表读数变大 B．保持 Q 的位置不动，将 P 向上滑动时，电流表读数变小 C．保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动时，电流表读数变大 D．保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动时，电流表读数变小 【答案】BC 7．如图所示，氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场 1E ，之后 进入电场线竖直向下的匀强电场 2E 发生偏转，最后打在屏上。整个装置处于真空中，不计粒子重力 及其相互作用，那么 A．偏转电场 2E 对三种粒子做功一样多 B．三种粒子打到屏上时速度一样大 C．三种粒子运动到屏上所用时间相同 D．三种粒子一定打到屏上的同一位置， 【答案】AD 8． 1P 、 2P 为相距遥远的两颗行星，距各自表面相同高度处各有一颗卫星 1s 、 2s 做匀速圆周运动，图中纵 坐标表示行星对周围空间各处物体的引力产生的加速度 a，横坐标表示物体到行星中心的距离 r 的平 方，两条曲线分别表示 1P 、 2P 周围的 a 与 2r 的反比关系，它们左端点横 坐标相同。则 A． 1P 的平均密度比 2P 的大 B． 1P 的“第一宇宙速度”比 2P 的小 C． 1s 的向心加速度比 2s 的大 D． 1s 的公转周期比 2s 的大 【答案】AC 第 II 卷 注意事项： 1．用黑色黑水的钢笔或者签字笔将答案写在答题卡上。 2．本卷共 4 题，共 72 分。 9．（18 分） （1）如图所示，在光滑水平面的左侧固定一竖直挡板，A 球在水平面上静止放置，B 球向左运动与 A 球发生正碰，B 球碰撞前、后的速率之比为 3:1，A 球垂直撞向挡板，碰后原 速率返回。两球刚好不发生碰撞，A、B 两球的质量之比为__________，A、B 碰撞前、后两球总动能之比为__________。 【答案】4:1 9:5 （2）某同学利用单摆测量重力加速度。 ①为了使测量误差尽量小，下列说法正确的是_________。 A．组装单摆须选用密度和直径都较小的摆球 B．组装单摆须选用轻且不易伸长的细线 R R0 P Q A + + – – 屏 A B r2 a O P1 P2 C．实验时须使摆球在同一竖直面内摆动 D．摆长一定的情况下，摆的振幅尽量大 ②如图所示，在物理支架的竖直立柱上固定有摆长约为 1m 的单摆，实验时，由于 仅有量程为 20cm、精度为 1mm 的钢板刻度尺，于是他先使摆球自然下垂，在竖直立柱 上与摆球最下端处于同一水平面的位置做一标记点，测出单摆的周期 1T ；然后保持悬 点位置不变，设法将摆长缩短一些，再次使摆球自然下垂，用同样方法在竖直立柱上做 另一标记点，并测出单摆周期 2T ；最后用钢板刻度尺量出竖直立柱上两标记点之间的 距离 L ．用上述测量结果，写出重力加速度的表达式 g=____________ 【答案】①BC ② 2 2 2 1 2 4 L T T    （3）用电流表和电压表测定由三节干电池串联组成的电池组（电动势约为 4.5V，内电阻约为 1Ω）的 电动势和内电阻，除了待测电池组，电键，导线外，还有下列器材供选用； A．电流表：量程 0.6A，内电阻约为 1Ω B．电流表：量程 3A，内电阻约为 0.2Ω C．电压表：量程 3V，内电阻约为 30kΩ D．电压表：量程 6V，内电阻约为 60kΩ E．滑动变阻器：0~1000Ω，额定电流 0.5A F．滑动变阻器：0~20Ω，额定电流 2A ①为了使测量结果尽量准确，电流表应选用_____，电压表选用_____，滑动变阻器选用_____（均填 仪器的字母代号） ②如图为正确选择仪器后，连好的部分电路，为了使测量误差尽量小，还需要在电路中用导线将 _______和_______相连、_______和_______相连、_______和_______相连（均填仪器上接线柱的字母代号） + – + +– – a b b c c d de ff g h ③实验时发现电流表坏了，于是不再使用电流表，剩余仪器中仅用电阻箱替换掉滑动变阻器，重新连 接电路，仍能完成实验，实验中读出几组电阻箱的阻值 R 和对应电压表的示数 U；用图像法处理采集到数 据，为在直角坐标系中得到的函数图像是一条直线，则可以______为纵坐标，以______为横坐标 【答案】① A D F ②ad cg fh ③ 1 U 1 U RUR R U 或 或 R（横纵坐标互换亦可） 10．（16 分） 某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意图如图，皮带在电动机的带动下保持 1 /v m s 的恒定速度 向右运动，现将一质量为 2m kg 的邮件轻放在皮带上，邮件和皮带间的动摩擦力因数 0.5  ．设皮带 足够长，取 210m/sg  ，在邮件与皮带发生相对滑动的过程中，求 （1）邮件滑动的时间 t （2）邮件对地的位移大小 x （3）邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功 W 【答案】(1)0.2s (2) 0.2m (3)–2J 【解析】（1）设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为 F，则 Fm=μmg ① 取向右为正方向，对邮件应用动量定理，有 Ft=mv–0 ② vm 由①②式并代入数据得 t=0.2s ③ （2）邮件与皮带发生相对滑动的过程中，对邮件应用动能定理，有 Fx=mv2/2–0 ④ 由①④式并代入数据得 x=0.1m ⑤ （3）邮件与皮带发生相对滑动的过程中，设皮带相对地面的位移为 s，则 s=vt ⑥ 摩擦力对皮带做的功 W=–Fs ⑦ 由①③⑥⑦式并代入数据得 W=–2J ⑧ 11．（18 分） 如图所示，“凸”字形硬质金属线框质量为 m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab 边长 为 l，cd 边长为 2l，ab 与 cd 平行，间距为 2l．匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所 在平面。开始时，cd 边到磁场上边界的距离为 2l，线框由静止释放，从 cd 边进入磁场直到 ef、pq 边进入 磁场前，线框做匀速运动，在 ef、pq 边离开磁场后，ab 边离开磁场之前，线框又做匀速运动。线框完全 穿过磁场过程中产生的热量为 Q．线框在下落过程中始终处于原竖直平面内，且 ab、cd 边保持水平，重 力加速度为 g；求 （1）线框 ab 边将离开磁场时做匀速运动的速度大小是 cd 边刚进入磁场时的几倍； （2）磁场上下边界间的距离 H． 【答案】(1) 4 倍 (2) 28Q lmg  【解析】（1）设磁场的磁感应强度大小为 B，cd 边刚进磁场时，线框做匀速运动的 速度为 v1 E1=2Blv1 ① 设线框总电阻为 R，此时线框中电流为 I1，闭合电路欧姆定律，有 1 1 EI R  ② 设此时线框所受安培力为 F1，有 1 12F I lB ③ 由于线框做匀速运动，其受力平衡，有 mg=F1 ④ 由①②③④式得 1 2 24 mgRv B l  ⑤ 设 ab 边离开磁场之前，线框做匀速运动的速度为 v2，同理可得 2 2 2 mgRv B l  ⑥ 由⑤⑥式得 v2=4v1 ⑦ （2）线框自释放直到 cd 边进入磁场前，有机械能守恒定律，有 2mgl=m 2 1v /2 ⑧ 线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有 2 2 2 1 1 12 2 2mg l H mv mv Q   （ ） ⑨ 由⑦⑧⑨式得 28QH lmg   ⑩ 12、（20 分） 现代科学仪器常利用电场、磁场控制带电粒子的运动。在真空中存在着如图所示的多层紧密相邻的匀 强电场和匀强磁场，电场和磁场的宽度均为 d．电场强度为 E，方向水平向右；磁感应强度为 B，方向垂 直纸面向里。电场、磁场的边界互相平行且与电场方向垂直，一个质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子在 a b c d e f p q 2l 磁场区 第 1 层电场左侧边界某处由静止释放，粒子始终在电场、磁场中运动，不计粒子重力及运动时的电磁辐射 …… …… 第 2 层第 1 层 第 n 层 q （1）求粒子在第 2 层磁场中运动时速度 2v 的大小与轨迹半径 2r ； （2）粒子从第 n 层磁场右侧边界穿出时，速度的方向与水平方向的夹角为 n ，试求 sin n ； （3）若粒子恰好不能从第 n 层磁场右侧边界穿出，试问在其他条件不变的情况下，也进入第 n 层磁 场，但比荷较该粒子大的粒子能否穿出该层磁场右侧边界，请简要推理说明之。 【答案】(1) 2 qEd m 2 mEd B q (2) 2 nqdB mE (3)见解析 （1）粒子在进入第 2 层磁场时，经过两次电场加速，中间穿过磁场时洛伦兹力不做功。 由动能定理，有 2 2 12 2qEd mv ① 由式①解得 2 2 qEdv m  ② 粒子在第二层磁场中受到的洛伦兹力充当向心力，有 2 2 2 2 vqv B m r  ③ 由②③式解得 2 2 mEdr B q  ④ （2）设粒子在第 n 层磁场中运动的速度为 nv ，轨迹半径为 nr （各量的下标均代表粒子所在层数，下同）。 21 2 nnqEd mv ⑤ 2 n n n vqv B m r  ⑥ 粒子进入第 n 层磁场时，速度的方向与水平方向的夹角为 n ，从第 n 层磁场右侧边界穿出时速度方 向与水平方向的夹角为 n ，粒子在电场中运动时，垂直于电场线方向的速度分量不变，有 1 1sin sinn n n nv v    ⑦ 由图 1 看 sin sinn n n nr r d   ⑧ 由⑥⑦⑧式得 1 1sin sinn n nr r d    ⑨ 由⑨式看出 1 1 2 2sin , sin , , sinn nr r r  …… 为一等差数列，公差为 d，可得 1 1sin sin ( 1)n nr r n d    ⑩ 当 n=1 时，由图 2 看出 1 1sinr d  ⑪ 由⑤⑥⑩⑪式得 d rn rn αn θn 图 1 d r1 θ1 图 2 θ1 sin 2n nqdB mE   ⑫ （ 3 ）若粒子恰好不能从第 n 层磁场右侧边界穿出，则 2 sin 1 n n     在其他条件不变的情况下，换用比荷更大的粒子，设其比荷为 q m   ，假设能穿出第 n 层磁场右侧边 界，粒子穿出时速度方向与水平方向的夹角为 n ，由于 q m   > q m 则导致 sin 1n  说明 n 不存在，即原假设不成立。所以比荷较该粒子大的粒子不能穿出该层磁场右侧边界。