高考试题(解析版)物理(天津卷) 10页

‎2011年普通高等学校招生全国统一考试（天津卷）‎ 理科综合测试物理试题解析 ‎ 第Ⅰ卷 一、单项选择题（每小题6分，共30分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的。）‎ ‎1．下列能揭示原子具有核式结构的实验是 A．光电效应实验 B．伦琴射线的发现 C．α粒子散射实验 D．氢原子光谱的发现 ‎【解析】：物理学史、常识考查题，简单题，其中光电效应实验说明光具有粒子性，A选项错误；X射线（伦琴射线）的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现（X射线1896年、放射线1896年、电子1897年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生，B选项错误；氢原子光谱的发现解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征，D选项错误；所以选择C。‎ ‎【答案】：C ‎2．如图所示，A、B两物块叠放在一起，在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动，运动过程中B受到的摩擦力 A．方向向左，大小不变 B．方向向左，逐渐减小 C．方向向右，大小不变 D．方向向右，逐渐减小 ‎【解析】：考查牛顿运动定律处理连接体问题的基本方法，简单题。对于多个物体组成的物体系统，若系统内各个物体具有相同的运动状态，应优先选取整体法分析，再采用隔离法求解。取A、B系统整体分析有，a=μg，B与A具有共同的运动状态，取B为研究对象，由牛顿第二定律有：，物体B做速度方向向右的匀减速运动，故而加速度方向向左。‎ ‎【答案】：A ‎3．质点做直线运动的位移x与时间t的关系为x = 5t + t2 （各物理量均采用国际单位制单位），则该质点 A．第1s内的位移是5m B．前2s内的平均速度是6m/s C．任意相邻1s内的位移差都是1m D．任意1s内的速度增量都是2m/s ‎【解析】：匀变速直线运动的考查，简单题。第1s内的位移只需将t=1代入即可求出x=6m，A错误；前2s内的平均速度为，B错；由题给解析式可以求得加速度为a=2m/s2，C错；由加速的定义可知D选项正确 ‎【答案】：D ‎4．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示，产生的交变电动势的图象如图2所示，则 ‎ A．t =0.005s时线框的磁通量变化率为零 B．t =0.01s时线框平面与中性面重合 C．线框产生的交变电动势有效值为311V D．线框产生的交变电动势的频率为100Hz ‎【解析】：交变电流知识的考查。由图2可知，该交变电动势瞬时值的表达式为。当t=0.005s时，瞬时值e=311V，此时磁通量变化率最大，A错；同理当t=0.01s时，e=0V，此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零，B正确；对于正弦交变电流其有效值为Emax/ ‎，题给电动势的有效值为220V，C错；交变电流的频率为f=1/T=ω/2π=50Hz，D错。‎ ‎【答案】：B ‎5．板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时，两极板间的电势差为U1，板间场强为E1。现将电容器所带电荷量变为2Q，板间距变为，其他条件不变，这时两极板间电势差为U2，板间场强为E2，下列说法正确的是 A．U2 = U1，E2 = E1 B．U2 = 2U1，E2 = 4E1‎ C．U2 = U1，E2 = 2E1 D．U2 = 2U1，E2 = 2E1‎ ‎【解析】：考查平行板电容器的相关知识。，，当电荷量变为2Q时，，，C选项正确。‎ ‎【答案】：C 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。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分。）‎ ‎6． 甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为，若，则下列说法正确的是 A．甲光能发生偏振现象，则乙光不能 B．真空中甲光的波长一定大于乙光的波长 C．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量 D．在同一种均匀介质中甲光的传播速度大于乙光 ‎【解析】：考查光的综合应用。偏振现象是横波特有的现象，甲乙都可以有偏振现象发生，A错；由，可知甲光的波长大于乙光，B正确；光子能量取决于光子的频率，而光子频率与波长成反比，C错；波速与波长之间同步变化，D正确。‎ ‎【答案】：BD ‎7．位于坐标原点处的波源A沿y轴做简谐运动，A刚好完成一次全振动时，在介质中形成的简谐横波的波形如图所示，B是沿波传播方向上介质的一个质点，则 A．波源A开始振动时的运动方向沿y轴负方向 B．此后周期内回复力对波源A一直做负功 C．经半个周期时间质点B将向右迁移半个波长 D．在一个周期时间内A所受回复力的冲量为零 ‎【解析】：由A刚好完成一次全振动时的图线可知波源A的起振方向沿y轴负方向，A选项正确；经过周期之后质点A将向负向最大位移运动，回复力做负功，B正确；质点不随波迁移，C选项错误；由简谐运动的对称性可知回复力在一个周期内的冲量为零，D选项正确。‎ ‎【答案】：ABD ‎8． 质量为m的探月航天器在接近月球表面的轨道上飞行，其运动视为匀速圆周运动。已知月球质量为M，月球半径为R，月球表面重力加速度为g，引力常量为G，不考虑月球自转的影响，则航天器的 A．线速度 B．角速度 C．运行周期 D．向心加速度 ‎【解析】：万有引力提供卫星做圆周运动的向心力，代入相关公式即可 ‎【答案】：AC ‎2011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 第Ⅱ卷 ‎9．（18分）‎ ‎（1）某同学用测力计研究在竖直方向运行的电梯运动状态。他在地面上用测力计测量砝码的重力，示数为G。他在电梯中用测力计仍测量同一砝码的重力，发现测力计的示数小于G，由此判断此时电梯的运动状态可能是减速上升或加速下降。‎ ‎【解析】：物体处于失重状态，加速度方向向下，故而可能是减速上升或加速下降。‎ ‎（2）用螺旋测微器测量某金属丝直径的结果如图所示。‎ 该金属丝的直径是1.706mm ‎【解析】：注意副尺一定要有估读。读数为1.5+20.6×0.01mm=1.706mm。因为个人情况不同，估读不一定一致，本题读数1.704-1.708都算正确。‎ ‎（3）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需测量出玻璃砖直径边绕O点转过的角度，即可计算出玻璃砖的折射率。请用你的测量量表示出折射率。‎ ‎【解析】：由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，做出如图所示的光路图可知，当转过角度θ时有。‎ ‎（4）某同学测量阻值约为25kΩ的电阻Rx，现备有下列器材：‎ θ θ P1‎ P2‎ O θ A．电流表（量程100 μA，内阻约为 2 kΩ）；‎ B．电流表（量程500 μA，内阻约为300 Ω）；‎ C．电压表（量程15 V，内阻约为100 kΩ）；‎ D．电流表（量程50 V，内阻约为500 kΩ）；‎ E．直流电源（20 V，允许最大电流1 A）；‎ F．滑动变阻器（最大阻值1 kΩ，额定功率1 W）；‎ G．电键和导线若干。‎ 电流表应选 B ，电压表应选 C 。（填字母代号）‎ 该同学正确选择仪器后连接了以下电路，为保证实验顺利进行，并使测量误差尽量减小，实验前请你检查该电路，指出电路在接线上存在的问题：‎ ① 电流表应采用内接的方法； ‎ ② 滑动变阻器应采用分压器方式的接法 。‎ ‎ 【解析】：电学实验选择仪器的一般步骤如下：① 根据量程选择电流表和电压表，不能超过表的量程，不能量程太大导致表的读数偏小；② 根据题中关键语句，如精确测量，从零开始连续可调等等选择分压电路亦或是限流电路；分压电路滑动变阻器选择小阻值，限流电路滑动变阻器选择大阻值；③ 选择电流表的内外接法，一般的原则是“大内偏大，小外偏小”；也可以根据与之间的关系来判断，当>时，采用电流表的外接法，反之选择电流表内接法。‎ ‎（1）本题中，待测电阻Rx的阻值约为25kΩ，直流电源电动势为20V，经粗略计算电路中最大的电流约为，所以电流表选择B；虽然电压表C的量程不足，但是相比起来电压表D的量程超过太多，读数偏小，所以电压表选择C表。‎ ‎（2）根据本题解析的第②、③两条原则可知电路图的问题为：①电流表应采用内接的方法；②滑动变阻器应采用分压器方式的接法 。‎ ‎10．（16分）如图所示，圆管构成的半圆形竖直轨道固定在水平地面上，轨道半径为R，MN为直径且与水平面垂直，直径略小于圆管内径的小球A以某一初速度冲进轨道，到达半圆轨道最高点M时与静止于该处的质量与A相同的小球B发生碰撞，碰后两球粘在一起飞出轨道，落地点距N为2R。重力加速度为g，忽略圆管内径，空气阻力及各处摩擦均不计，求：‎ ‎（1）粘合后的两球从飞出轨道到落地的时间t；‎ ‎（2）小球A冲进轨道时速度v的大小。‎ ‎10．（16分）‎ ‎（1）粘合后的两球飞出轨道后做平抛运动，竖直方向分运动为自由落体运动，有 ‎ ①‎ 解得 ②‎ ‎（2）设球A的质量为m，碰撞前速度大小为v1，把球A冲进轨道最低点时的重力势能定为0，由机械能守恒定律知 ③‎ 设碰撞后粘合在一起的两球速度大小为v2，由动量守恒定律知 ④‎ 飞出轨道后做平抛运动，水平方向分运动为匀速直线运动，有 ⑤‎ 综合②③④⑤式得 ‎ ‎11．（18分）如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角。完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为0.02kg，电阻均为R=0.1Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=0.2T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能保持静止。取g=10m/s2，问：‎ ‎（1）通过cd棒的电流I是多少，方向如何？‎ ‎（2）棒ab受到的力F多大？‎ ‎（3）棒cd每产生Q=0.1J的热量，力F做的功W是多少？‎ ‎11．（18分）‎ ‎（1）棒cd受到的安培力 ①‎ 棒cd在共点力作用下平衡，则 ②‎ 由①②式代入数据解得 I=1A，方向由右手定则可知由d到c。‎ ‎（2）棒ab与棒cd受到的安培力大小相等 Fab=Fcd 对棒ab由共点力平衡有 ③‎ 代入数据解得 F=0.2N ④‎ ‎（3）设在时间t内棒cd产生Q=0.1J热量，由焦耳定律可知 ⑤‎ 设ab棒匀速运动的速度大小为v，则产生的感应电动势 E=Blv ⑥‎ 由闭合电路欧姆定律知 ⑦‎ 由运动学公式知，在时间t内，棒ab沿导轨的位移 x=vt ⑧‎ 力F做的功 W=Fx ⑨‎ 综合上述各式，代入数据解得 W=0.4J ‎12．（20分）回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。‎ ‎（1）当今医学成像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射电子的同位素碳11为示踪原子，碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。若碳11的半衰期τ为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）‎ ‎（2）回旋加速器的原理如图，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为f的交流电源上，位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B 的匀强磁场中。若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P，求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、f的关系式（忽略质子在电场中运动的时间，其最大速度远小于光速）‎ ‎（3）试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差是增大、减小还是不变？‎ ‎12．（20分）‎ ‎（1）核反应方程为 ①‎ 设碳11原有质量为m0，经过t=2.0h剩余的质量为mt，根据半衰期定义，有：‎ ‎ ②‎ ‎（2）设质子质量为m，电荷量为q，质子离开加速器时速度大小为v，由牛顿第二定律知：‎ ‎ ③‎ 质子运动的回旋周期为： ④‎ 由回旋加速器工作原理可知，交变电源的频率与质子回旋频率相同，由周期T与频率f的关系可得：‎ ‎ ⑤‎ 设在t时间内离开加速器的质子数为N，则质子束从回旋加速器输出时的平均功率 ‎ ⑥‎ 输出时质子束的等效电流为： ⑦‎ 由上述各式得 若以单个质子为研究对象解答过程正确的同样给分 ‎（3）方法一：‎ 设k（k∈N*）为同一盒子中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为rk，rk+1（rk>rk+1），‎ ‎，在相应轨道上质子对应的速度大小分别为vk，vk+1，D1、D2之间的电压为U，由动能定理知 ⑧‎ 由洛伦兹力充当质子做圆周运动的向心力，知，则 ⑨‎ 整理得 ⑩‎ 因U、q、m、B均为定值，令，由上式得 ⑾‎ 相邻轨道半径rk+1，rk+2之差 同理 ‎ 因为rk+2> rk，比较，得 说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差减小 ‎ 方法二：‎ 设k（k∈N*）为同一盒子中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为rk，rk+1（rk>rk+1），‎ ‎，在相应轨道上质子对应的速度大小分别为vk，vk+1，D1、D2之间的电压为U 由洛伦兹力充当质子做圆周运动的向心力，知，故 ⑿‎ 由动能定理知，质子每加速一次，其动能增量 ⒀‎ 以质子在D2盒中运动为例，第k次进入D2时，被电场加速（2k﹣1）次 速度大小为 ⒁‎ 同理，质子第（k+1）次进入D2时，速度大小为 综合上述各式可得 整理得，‎ 同理，对于相邻轨道半径rk+1，rk+2，，整理后有 由于rk+2> rk，比较，得 说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差减小，用同样的方法也可得到质子在D1盒中运动时具有相同的结论。‎ 物理部分参考答案 Ⅰ卷共8题，每题6分，共48分。‎ ‎1．C 2．A 3．D 4．B 5．C 6．BD 7．ABD 8．AC Ⅱ卷共4题，共72分。‎ ‎9．（18分）‎ ‎（1）减速上升或加速下降 ‎（2）1.706（1.704~1.708均可）‎ ‎（3）玻璃砖直径边绕O点转过的角度；‎ ‎（4）B； C；‎ ‎①电流表应采用内接的方法；②滑动变阻器应采用分压器方式的接法 ‎10．（16分）‎ ‎（1）粘合后的两球飞出轨道后做平抛运动，竖直方向分运动为自由落体运动，有 ‎ ①‎ 解得 ②‎ ‎（2）设球A的质量为m，碰撞前速度大小为v1，把球A冲进轨道最低点时的重力势能定为0，由机械能守恒定律知 ③‎ 设碰撞后粘合在一起的两球速度大小为v2，由动量守恒定律知 ④‎ 飞出轨道后做平抛运动，水平方向分运动为匀速直线运动，有 ⑤‎ 综合②③④⑤式得 ‎ ‎11．（18分）‎ ‎（1）棒cd受到的安培力 ①‎ 棒cd在共点力作用下平衡，则 ②‎ 由①②式代入数据解得 I=1A ‎（2）棒ab与棒cd受到的安培力大小相等 Fab=Fcd 对棒ab由共点力平衡有 ③‎ 代入数据解得 F=0.2N ④‎ ‎（3）设在时间t内棒cd产生Q=0.1J热量，由焦耳定律可知 ⑤‎ 设ab棒匀速运动的速度大小为v，则产生的感应电动势 E=Blv ⑥‎ 由闭合电路欧姆定律知 ⑦‎ 由运动学公式知，在时间t内，棒ab沿导轨的位移 x=vt ⑧‎ 力F做的功 W=Fx ⑨‎ 综合上述各式，代入数据解得 W=0.4J ‎12．（20分）‎ ‎（1）核反应方程为 ①‎ 设碳11原有质量为m0，经过t=2.0h剩余的质量为mt，根据半衰期定义，有 ‎ ②‎ ‎（2）设质子质量为m，电荷量为q，质子离开加速器时速度大小为v，由牛顿第二定律知 ‎ ③‎ 质子运动的回旋周期为 ④‎ 由回旋加速器工作原理可知，交变电源的频率与质子回旋频率相同，由周期T与频 率f的关系可得 ⑤‎ 设在t时间内离开加速器的质子数为N，则质子束从回旋加速器输出时的平均功率 ‎ ⑥‎ 输出时质子束的等效电流为 ⑦‎ 由上述各式得 若以单个质子为研究对象解答过程正确的同样给分 ‎（3）方法一：‎ 设k（k∈N*）为同一盒子中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为rk，rk+1（rk>rk+1），‎ ‎，在相应轨道上质子对应的速度大小分别为vk，vk+1，D1、D2之间的电压为U，由动能定理知 由洛伦兹力充当质子做圆周运动的向心力，知，则 整理得 ⑩‎ 因U、q、m、B均为定值，令，由上式得 相邻轨道半径rk+1，rk+2之差 同理 ‎ 因为rk+2> rk，比较，得 说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差减小 方法二：‎ 设k（k∈N*）为同一盒子中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为rk，rk+1（rk>rk+1），‎ ‎，在相应轨道上质子对应的速度大小分别为vk，vk+1，D1、D2之间的电压为U 由洛伦兹力充当质子做圆周运动的向心力，知，故 由动能定理知，质子每加速一次，其动能增量 以质子在D2盒中运动为例，第k次进入D2时，被电场加速（2k﹣1）次 速度大小为 同理，质子第（k+1）次进入D2时，速度大小为 综合上述各式可得 整理得，‎ 同理，对于相邻轨道半径rk+1，rk+2，，整理后有 ‎ 由于rk+2> rk，比较，得 说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差减小，用同样的方法也可得到质子在D1盒中运动时具有相同的结论。‎