新课标高考物理试题创新设计 7页

‎2009届新课标高考物理试题创新设计（2008年8月份共2期）‎ ‎01‎ ‎1．（16分）如图所示，有一个质量m=‎0.05kg的小滑块静止在一高度h=‎1.25 m的水平桌面上，小滑块到桌子右边缘的距离s=‎1.0 m，小滑块与桌面的动摩擦因数μ=0.35，重力加速度g = ‎10 m/s2。现给小滑块一个瞬间作用力，使其获得初速度v0=‎4.0 m/s沿水平桌面向右滑动，不计空气阻力，求：‎ ‎ （1）小滑块落地时的动能。‎ ‎ （2）小滑块经多少时间落地?‎ ‎2．（18分）1957年第一颗人造卫星送上天，开辟了人类宇航的新时代．近五十年来，人类不仅发射了人造地球卫星，还向宇宙空间发射了多个空间探测器．空间探测器要飞向火星等其他行星，甚至飞出太阳系，首先要克服地球对它的引力的作用．‎ 理论研究表明，物体在地球附近都受到地球对它的万有引力的作用，具有引力势能，设物体在距地球无限远处的引力势能为零，则引力势能可以表示为，其中G是万有引力常量，M是地球的质量，m是物体的质量，r是物体距地心的距离．‎ 现有一个空间探测器随空间站一起绕地球做圆周运动，运行周期为T，已知探测器的质量为m，地球半径为R，地面附近的重力加速度为g．要使这个空间探测器从空间站出发，脱离地球的引力作用，至少要对它做多少功?‎ ‎3．（20分）如图所示，M、N为两块带等量异种电荷的平行金属板，S1、S2为板上正对的小孔，N板右侧有两个宽度均为d的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于纸面向里和向外，磁场区域右侧有一个荧光屏，取屏上与S1、S2共线的O点为原点，向下为正方向建立x轴．M板左侧电子枪发射出的热电子经小孔S1进入两板间，电子的质量为m，电荷量为e，初速度可以忽略．‎ ‎（1）当两板间电势差为U0时，求从小孔S2射出的电子的速度v0。‎ ‎（2）求两金属板间电势差U在什么范围内，电子不能穿过磁场区域而打到荧光屏上．‎ ‎（3）求电子打到荧光屏上的位置坐标x和金属板间电势差U的函数关系．‎ ‎4．（16分）在一次“飞车过黄河”的表演中，摩托车在空中飞经最高点后在对岸着地．已知最高点到着地点的距离m，两点间的水平距离为‎30 m．忽略空气阻力，求摩托车在最高点的速度为多少?（g取‎10 m/s2）‎ ‎5．（19分）如图所示，坐标空间中有场强为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场，y轴为两种场的分界线，图中虚线为磁场区域的右边界，现有一质量为m、电荷量为－q的带电粒子从电场中坐标位置（－l，0）处，以初速度v0沿x轴正方向开始运动，且已知（重力不计）。试求：‎ ‎（1）带电粒子进入磁场时速度的大小?‎ ‎（2）若要使带电粒子能穿越磁场区域而不再返回电场中，磁场的宽度d应满足的条件?‎ ‎6．（20分）两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一平面内，此平面与水平面间夹角为=30°，两导轨间的距离为l，导轨上面横放着两根导体棒ab和cd（两棒的长度与两导轨间的距离相等），构成矩形回路，如图所示．两根导体棒的质量均为m，电阻均为R，回路其余部分的电阻均不计，两导体棒与金属导轨间的动摩擦因数均为，且假设两根导体棒与导轨间的最大静摩擦力与滑动摩擦力相等．在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度为B．开始时，棒cd静止，棒ab有平行于导轨平面且沿导轨向下的速度v0，若两导体棒在运动中不接触，求：‎ θ θ a c b d v0‎ ‎ （1）当棒ab的速度变为初速度的时，棒cd切割磁感 ‎ 线产生的感应电动势是多少．‎ ‎ （2）在两棒运动过程中产生的焦耳热量是多少?‎ 参考答案 ‎1．（16分）解：（1）小滑块滑到桌面右边缘时 ‎20080813‎ 的速度为v1，由动能定理得 ‎ （3分）‎ 小滑块离开桌面后做平抛运动，设落到地面时的动能为Ek，由机械能守恒得 （3分）‎ 由以上两式得Ek=0.85J （2分）‎ ‎（2）设小滑块在桌面上滑动的时间为t1，加速度大小为a，‎ 则 （2分）‎ 设小滑块离开桌面做平抛运动的时间为t2 （2分）‎ 小滑块由初速v0开始运动直至落到地面所用的时间t=t1＋t2 （2分）‎ 由以上各式及代入数据得t=0.79s （2分）‎ ‎2．（18分）解：空间探测器绕地球做圆周运动，有， （3分）‎ 可得空间站的轨道半径． （1分）‎ 由， （3分）‎ 可得空间探测器随空间站一起运动时的动能为． （1分）‎ 空间探测器随空间站一起运动时的机械能为 （3分）‎ 空间站要脱离地球的引力，机械能最小为E∞=0，因此，至少对探测器做功为 W= E∞－E1= （3分）‎ 由地面附近的重力加速度 （2分）‎ 得 （2分）‎ ‎3．（20分）（1）根据动能定理，得（3分）‎ 由此可解得． （1分）‎ ‎（2）欲使电子不能穿过磁场区域而打在荧光屏上，‎ 应有 （3分）‎ 而由此即可解得 （3分）‎ ‎（3）若电子在磁场区域做圆周运动的轨道半径为r，穿过磁场区域打在荧光屏上的位置坐标为x，则由轨迹图可得 （5分）‎ 注意到和． （2分）‎ 所以，电子打到荧光屏上的位置坐标x和金属板间电势差U的函数关系为 ‎ （3分）‎ ‎4．解析：车从最高点到着地点的运动可看成是平抛运动，此过程中，车的水平位移x=‎30m，竖直分位移．则此过程所用时间 ‎．‎ ‎5．解：（1）带电粒子在电场中做类平抛运动，设运动的加速度为a，由牛顿运动定律得：qE=ma 设粒子出电场、入磁场时速度的大小为v，此时在y轴方向的分速度为vy，粒子在电场中运动的时间t，则有vy=at l=v0t 解得：‎ ‎（2）设v的方向与y轴的夹角为，则有得：=45°‎ 粒子进入磁场后在洛伦兹力作用下做圆周运动，如图所示，则有：‎ 由图中的几何关系可知，要使粒子穿越磁场区域，磁场的宽度应满足的条件为：‎ d≤R(1＋cos)‎ 结合已知条件，解以上各式可得d≤．‎ ‎6．（1）导体棒ab受重力沿斜面的分力摩擦力．所以从初始状态至两导体棒达共同速度的过程中，两棒沿导轨方向合外力为零．‎ 设棒ab的速度变为初速度的时，棒cd的速度为v′，则由动量守恒定律 ‎ ①‎ 此时cd棒产生的感应电动势 E=BLv′ ②‎ 由①②得 ．‎ ‎（2）稳定后两棒向下运动过程中重力与摩擦力做功相等，所以产生焦耳热 ‎20080813‎ ‎ ④‎ 由③④得．‎ ‎02‎ ‎1．（14分）小明家刚买车的第一天，小明的爸爸驾车拐弯时，发现前面是一个上坡。一个小孩追逐一个皮球突然跑到车前。小明的爸爸急刹车，车轮与地面在马路上划出一道长‎12m的黑带后停住。幸好没有撞着小孩！小孩若无其事地跑开了。路边一个交通警察目睹了全过程，递过来一张超速罚款单，并指出最高限速是‎60km/h。‎ ‎ 小明对当时的情况进行了调查：估计路面与水平面的夹角为15°；查课本可知轮胎与路面的动摩擦因数；从汽车说明书上查出该汽车的质量是‎1570kg，小明的爸爸体重是‎60kg；目击者告诉小明小孩重‎30kg，并用3.0s的时间跑过了‎4.6m宽的马路。又知cos15°=0.9659，sin15°=0.2588。‎ ‎ 根据以上信息，你能否用学过的知识到法庭为小明的爸爸做无过失辩护？（取g=‎9.8m/s2）‎ ‎2．（17分）如图甲所示为电视机中显象管的原理示意图，电子枪中的灯丝加热阴极而逸出电子，这些电子再经加速电场加速后，从O点进入由磁偏转线圈产生的偏转磁场中，经过偏转磁场后打到荧光屏MN上，使荧光屏发出荧光形成图象，不计逸出电子的初速度和重力.已知电子的质量为m，电量为e，加速电场的电压为U。偏转线圈产生的磁场分布在边长为L的长方形ABCD区域内，磁场方向垂直纸面，且磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。在每个周期内磁感应强度都是从－B0均匀变化到B0。磁场区域的左边界的中点与O点重合，AB边与OO/平行，右边界BC与荧光屏之间的距离为s。由于磁场区域较小，且电子运动的速度很大，所以在每个电子通过磁场区域的过程中，可认为磁感应强度不变，即为匀强磁场，不计电子之间的相互作用。‎ ‎ （1）求电子射出电场时速度的大小；‎ ‎ （2）为使所有的电子都能从磁场的BC边射出，求偏转线圈产生磁场的磁感应强度的最大值；‎ ‎ （3）荧光屏上亮线的最大长度是多少？‎ ‎3．（选修3-3）（8分）我们生活在大气的海洋中，那么包围地球大气层的空气分子数有多少呢？请设计一个估测方案，并指出需要的实验器材和需要测定或查找的物理量，推导出分子数的表达式( 由于大气高度远小于地球半径R，可以认为大气层各处的重力加速度相等)。‎ ‎___________________________________________________________________________‎ ‎4．（选修3-4）（8分）如图所示，一等腰直角棱镜，放在真空中，AB=AC=d.在棱镜侧面AB左方有一单色光源S，从S发出的光线SD以60°入射角从AB侧面中点射入，当它从侧面AC射出时，出射光线偏离入射光线的偏向角为30°，若测得此光线传播的光从光源到棱镜面AB的时间跟在棱镜中传播的时间相等，那么点光源S到棱镜AB侧面的垂直距离是多少？‎ ‎5．（选修3-5）（8分）如图所示，有A、B两质量为M= ‎100kg的小车，在光滑水平面以相同的速率v0=‎2m/s在同一直线上相对运动，A车上有一质量为m = ‎50kg的人至少要以多大的速度(对地)从A车跳到B车上，才能避免两车相撞？‎ 参考答案 ‎1．解析：能进行无过失辩护。‎ ‎ 对汽车整体分析由牛顿第二定律得，‎ ‎20080827‎ ‎ ‎ ‎ 又 所以 ‎ 代入数据得a=‎8.22m/s2‎ ‎ 刹车可以认为做匀减速过程，末速度为零 ‎ 根据 ‎ 所以，故不超速。‎ ‎2．解析：（1）设电子射出电场的速度为v，则根据动能定理，对电子的加速过程有 ‎ 解得 ‎ （2）当磁感应强度为B0或－B0时 ‎ （垂直于纸面向外为正方向），电子 ‎ 刚好从b点或c点射出 ‎ 设此时圆周的半径为R，如图所示，根据几何关系有：‎ ‎ ，‎ ‎ 解得 ‎ 电子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，因此有：‎ ‎ 解得 ‎ （3）根据几何关系可知，‎ ‎ 设电子打在荧光屏上离O/点的最大距离为d，则 ‎ 由于偏转磁场的方向随时间变化，根据对称性可知，荧光屏上的亮线最大长度为 ‎ ‎ ‎3．解析：需要的实验器材是气压计.需要测量和查找的物理量是大气压p0、空气的平均摩尔质量M、‎ 地球半径R和重力加速度g。‎ ‎ 分子数的推导如下：‎ ‎ （1）设大气层的空气质量为m，由于大气高度远小于地球半径R，可以认为大气层各处的重力加速度相等，由，得 。‎ ‎ （2）大气层中空气的摩尔数为 。‎ ‎ （3）由阿伏加得罗常数得空气分子数为 ‎。‎ ‎4．解析：如图所示，由折射定律，光线在AB面上 折射时有sin60°=nsinα ‎ 在BC面上出射时，nsinβ=nsinγ 由几何关系，α+β=90°‎ ‎ δ=(60°－α)+(γ－β)=30°‎ ‎ 联立解得，α=β=45° γ=60°‎ ‎ 所以n=sin60°/sin45°=/2‎ ‎ 单色光在棱镜中通过的几何路程 ‎ 单色光在棱镜中光速 ‎ 设点光源到棱镜AB侧面的垂直距离为L，‎ ‎ 依题意，‎ ‎ 所以 ‎5．解：人跳出后，两车速度恰相同时，既避免相撞，人的速度又最小，由动量守恒定律得 ‎20080827‎ ‎（3分），‎ ‎（3分）‎ ‎ 解得，v人=‎5.2m/s（2分）‎