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- 2021-05-26 发布
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2020年上学期2月月考试题卷
物理科目
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。其中1~8小题为单选,9~12小题为多选)
1.如图所示,倾角为 θ=37°的传送带以速度 v=2 m/s 沿图示方向匀速运动。现将一 质量为 2 kg 的小木块,从传送带的底端以 v0=4 m/s 的初速度,沿传送带运动方 向滑上传送带。已知小木块与传送带间的动摩擦因数为 μ=0.5,传送带足够长, sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,取 g=10 m/s2。小物块从滑上传送带至到达最高点的过程中,下列说法正确的是( )
A. 运动时间为 0.4 s B. 发生的位移为 1.2 m
C. 产生的热量为 9.6 J D. 摩擦力对小木块所做功为 12.8 J
【答案】C
【解析】A.初始时,,小木块相对于传送带向上运动,摩擦力向下,有:
解得,沿斜面向下,减速到2m/s,用时:
之后摩擦力向上,最大静摩擦力:
小木块继续减速向上运动,直到最高点时速度为零:
解得,沿斜面向下,用时:
所以小物块从滑上传送带至到达最高点的过程中,一共用时:
A错误;
B.4m/s减速到2m/s过程中:
解得,
2m/s减速到0过程中:
解得,则总位移:
B错误;
C.4m/s减速到2m/s 过程中,相对路程:
2m/s减速到0过程中,相对路程:
总相对路程:
产生的热量为:
C正确;
D.由动能定理:
解得,D错误。故选C。
2.如图所示,小球A置于固定在水平面上的光滑半圆柱体上,小球B用水平轻弹簧拉着系于竖直板上,两小球A、B通过光滑滑轮O用轻质细线相连,两球均处于静止状态,已知B球质量为m,O点在半圆柱体圆心O1的正上方,OA与竖直方向成30°角,OA长度与半圆柱体半径相等,OB与竖直方向成45°角,则下列叙述正确的是
A. 小球A、B受到的拉力TOA与TOB相等,且TOA=TOB=
B. 弹簧弹力大小
C. A球质量
D. 光滑半圆柱体对A球支持力的大小为mg
【答案】C
【解析】A、B、隔离对B分析,根据共点力平衡得:
水平方向有:TOBsin45°=F
竖直方向有:TOBcos45°=mg,
则,弹簧弹力 F=mg,
根据定滑轮的特性知:TOA与TOB相等;故A,B错误.
C、D、对A分析,如图所示:
由几何关系可知拉力TOA和支持力N与水平方向的夹角相等,夹角为60°,则N和T相等,有:2TOAsin60°=mAg,
解得:,由对称性可得:,故C正确,D错误.故选C.
3.两质量均为m的物块A、B用轻弹簧连接起来用细线悬挂在升降机内,如图所示.当升降机正以大小为a=2 m/s2的加速度加速上升时,细线突然断裂,则在细线断裂瞬间,A、B的加速度分别为(取竖直向上为正方向,重力加速度大小g取10 m/s2)( )
A. -2 m/s2,2 m/s2 B. -12 m/s2,2 m/s2
C. -24 m/s2,0 D. -22 m/s2,2 m/s2
【答案】D
【解析】在细线断裂前,根据牛顿第二定律,
对AB整体有:
对B有:
解得:
细线拉力
弹簧弹力
在细线断裂瞬间,F1突然消失而F2和A、B的重力不变,则
A受到的合力大小
产生的加速度
在此瞬间B的受力不变,加速度不变,为2 m/s2。
选项D正确,ABC错误。故选D。
4.如图是德国物理学家史特恩设计的最早测定气体分子速率的示意图.M、N是两个共轴圆筒的横截面,外筒N的半径为R,内筒的半径比R小得多,可忽略不计.筒的两端封闭,两筒之间抽成真空,两筒以相同角速度ω绕其中心轴线匀速转动.M筒开有与转轴平行的狭缝S,且不断沿半径方向向外射出速率分别为v1和v2的分子,分子到达N筒后被吸附,如果R、v1、v2保持不变,ω取某合适值,则以下结论中正确的是( )
A. 当时(n为正整数),分子落在不同的狭条上
B. 当时(n为正整数),分子落在同一个狭条上
C. 只要时间足够长,N筒上到处都落有分子
D. 分子不可能落在N筒上某两处且与S平行的狭条上
【答案】A
【解析】
微粒从M到N运动时间 ,对应N筒转过角度 ,即如果以v1
射出时,转过角度: ,如果以v2射出时,转过角度: ,只要θ1、θ2不是相差2π的整数倍,即当 时(n为正整数),分子落在不同的两处与S平行的狭条上,故A正确,D错误;若相差2π的整数倍,则落在一处,即当 时(n为正整数),分子落在同一个狭条上.故B错误;若微粒运动时间为N筒转动周期的整数倍,微粒只能到达N筒上固定的位置,因此,故C错误.故选A
5.如图,某空间站在轨道半径为R的近地圆轨道I上围绕地球运行,一宇宙飞船与空间站对接后,在轨道I上围绕地球运行多圈后又与空间站分离,进入椭圆轨道II运行.已知椭圆轨道的远地点到地球球心的距离为3.5R,地球质量为M,万有引力常量为G,则
A. 空间站在圆轨道I上运行的周期为
B. 空间站与飞船对接后在圆轨道I上运行的周期变小
C. 飞船在椭圆轨道远地点的速率是近地点的3.5倍
D. 飞船与空间站分离后在远离地球过程中其机械能不断增大
【答案】A
【解析】A.根据公式
可得
,
因为,所以
,
A正确;
B.从可知半径越大,周期越大,空间站与飞船对接后仍在轨道I上运行,半径不变,所以周期不变,B错误;
C.根据公式可得
,
飞船在近地点的速度为,在远地点的速度为,所以飞船在椭圆轨道远地点的速率是近地点的,C错误;
D.在这个过程中只有万有引力做功,机械能不变,D错误;故选A
6.质量为m的物体从高为h的斜面顶端静止下滑,最后停在平面上,若该物体以v0的初速度从顶端下滑,最后仍停在平面上,如图甲所示.图乙为物体两次在平面上运动的v—t图,则物体在斜面上运动过程中克服摩擦力的功为
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】若物体静止开始下滑,由动能定理得:
若该物体以v0的初速度从顶端下滑, 由动能定理得:
由乙图可知,物体两次滑到平面的速度关系为;
由以上三式解得:
A.物体在斜面上运动过程中克服摩擦力的功为,A选项错误.
B.物体在斜面上运动过程中克服摩擦力的功为,B选项错误.
C.物体在斜面上运动过程中克服摩擦力的功为,C选项错误.
D.物体在斜面上运动过程中克服摩擦力的功为,D选项正确.
7.如图所示,轻弹簧的一端固定在竖直墙上,一质量为m的光滑弧形槽静止放在足够长的光滑水平面上,弧形槽底端与水平面相切。一质量为2m的小物块从槽顶端距水平面高h处由静止开始下滑,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A. 物块第一次滑到槽底端时,槽的动能为mgh
B. 在下滑过程中物块和槽之间的相互作用力对物块始终不做功
C. 全过程中物块、槽和弹簧所组成的系统机械能守恒,且水平方向动量守恒
D. 物块第一次被弹簧反弹后能追上槽,且能回到槽上距水平面高h处
【答案】A
【解析】A.小物块下滑过程中,小物块与槽系统水平方向动量守恒,物块第一次滑到槽底端时,有:
槽光滑无摩擦,下滑过程中机械能守恒:
联立解得:,
槽的动能为:
A正确;
B.在下滑过程中,槽的机械能增加,由能量守恒可知,小物块机械能减少,则除了重力以外的其他力做负功,小物块除了受重力外,就受槽对小物块的作用力,所以槽对小物块的作用力做了负功,B错误;
C.全过程中,除了重力和弹簧弹力以外的其他力做功之和为零,所以物块、槽和弹簧所组成的系统机械能守恒,小物块压缩弹簧过程中,水平方向上受墙壁的支持力,动量不守恒,C错误;
D.物块第一次被弹簧反弹后速度大小为刚滑下来时的速度大小,即,小于槽的速度,不能追上槽,D错误。故选A
8.如图所示, A、B、 C、D是真空中一正四面体的四个顶点,每条棱长均为l.在正四面体的中心固定一电荷量为-Q的点电荷,静电力常量为k,下列说法正确的是
A. A、B两点场强相同 B. A点电场强度大小为
C. A点电势高于C点电势
D. 将一正电荷从A点沿直线移动到B点的过程中,电场力一直不做功
【答案】B
【解析】由于点电荷在正四面体的中心,由对称性可知,A、B两点的场强大小相等,但是方向不同,故A错误;由立体几何知识,可知正四面体的中心到顶点的距离为,由,故B正确;电势为标量,由对称性可知A点电势等于C点电势,故C错误;从A点沿直线移动到B点的过程中电势先降低再升高,对于正电荷而言,其电势能先变小再变大,所以电场力先做正功,再做负功,故D错误.
9.一平行板电容器的两块金属板A,B正对竖直放置,在金属板A的内侧表面系一绝缘细线,细线下端系一带电小球(可视为点电荷)。两块金属板接在如图所示的电路中,电路中的R1为光敏电阻(其阻值随所受光照强度的增大而减小),R2为滑动变阻器,R3为定值电阻。当R2的滑动触头P在中间时闭合开关S,此时电流表和电压表的示数分别为I和U,带电小球静止时绝缘细线与金属板A的夹角为θ。电源电动势E和内阻r一定,下列说法中正确的是( )
A. 若将R2的滑动触头P向a端移动,则θ变小
B. 若将R2的滑动触头P向b端移动,则I减小,U增大
C. 保持滑动触头P不动,用较强的光照射R1,则小球重新达到稳定后θ变大
D. 保持滑动触头P不动,用较强的光照射R1,则平行板电容器的电量变小
【答案】BD
【解析】A.平行板电容器与光敏电阻并联,而光敏电阻与滑动变阻器串联,当将R2的滑动触头P向a端移动,总电阻减小,总电流增大,那么光敏电阻两端电压增大,因此电容器两端的电压也增大,则θ变大,故A错误;
B.若将R2的滑动触头P向b端移动,总电阻增大,则I减小,因此内电压减小,则U增大,故B正确;
C.用更强的光线照射R1,R1的阻值变小,总电阻减小,电流增大,内电压增大,外电压减小,即U减小,但R2和R3两端电压都增大,故R1两端电压减小,所以电容器两端的电压减小,小球重新达到稳定后θ变小,故C错误;
D.由C选项分析可知,当电容器两端的电压减小时,依据Q=CU,平行板电容器的电量变小,故D正确。故选BD
10.如图所示,在直角坐标系xOy中x0空间内充满方向垂直纸面向里的匀强磁场(其他区域无磁场),磁感应强度为B,x0空间内充满方向水平向右的匀强电场(其他区域无电场),电场强度为E,在y轴上关于O点对称的C、D两点间距为L。带电粒子P(不计重力)从C点以速率v沿x轴正方向射入磁场,并能从D点射出磁场;与粒子P不相同的粒子Q从C点以不同的速度v′同时沿纸面平行x轴射入磁场,并恰好从D点第一次穿过y轴进入电场,且粒子P、Q同时过D点,则下列说法正确的是( )
A. 粒子P带正电
B. 在粒子Q从C点运动到D点的过程中,粒子P在磁场中运动的时间一定为
C. 在粒子Q从C点运动到D点的过程中,粒子P在磁场中运动的路程可能为
D. 粒子P与Q的比荷之比可能为2+
【答案】ABD
【解析】A.由题意分析可知,粒子P经磁场匀速圆周运动偏转后垂直y轴进入电场,经电场中匀变速直线运动后,又在磁场中偏转,如此往复。由左手定则易知粒子P带正电,故A正确;
BC.由粒子P在磁场中做周期性运动可知,若粒子P在磁场中偏转n次(n=2,3,4,),则2nR=L;在粒子Q从C点运动到D点的过程中,粒子P在磁场中运动的路程
s=n·πR=
粒子P在磁场中运动的时间t==
故B正确;C错误
D.若粒子P在磁场中偏转n次,所用时间tP=n+(n-1)
Q在磁场中运动半周的时间tQ=
而tP=tQ,当n=2时,P与Q的比荷之比为2+,故D正确。故选ABD。
11.由法拉第电磁感应定律可知,若穿过某截面的磁通量为Φ=Φmsinωt,则产生的感应电动势为e=ωΦmcosωt.如图所示,竖直面内有一个闭合导线框ACD(由细软弹性电阻丝制成),端点A、D固定.在以水平线段AD为直径的半圆形区域内,有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场.设导线框的电阻恒为r,圆的半径为R,用两种方式使导线框上产生感应电流.方式一:将导线与圆周的接触点C点以恒定角速度ω1(相对圆心O)从A点沿圆弧移动至D点;方式二:以AD为轴,保持∠ADC=45°,将导线框以恒定的角速度ω2转90°.则下列说法正确的是
A. 方式一中,在C沿圆弧移动到圆心O的正上方时,导线框中的感应电动势最大
B. 方式一中,在C从A点沿圆弧移动到图中∠ADC=30°位置的过程中,通过导线截面的电荷量为
C. 若两种方式电阻丝上产生的热量相等,则
D. 两种方式回路中电动势的有效值之比
【答案】BD
【解析】第一种方式穿过回路的磁通量,所产生的电动势为,在C沿圆弧移动到圆心O的正上方时 ,此时的感应电动势为零,故A错误;方式一中,在C从A点沿圆弧移动到图中∠ADC=30°位置的过程中,穿过回路磁通量的变化量为 则,故B正确;第二种方式穿回路的磁通量 ,所产生的电动势为,则两种方式所产生的正弦交流电动势的有效值之比为 故D正确;两个转动时间满足 ,且若两种方式电阻丝上产生的热量相等,则 ,故C错误;故选BD
12.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为10:1,电压表为理想电表,R为光敏电阻(其阻值随光的照射强度增大而减小),、、是三个额定电压均为10V的灯泡,其中、规格相同。原线圈接入如图乙所示的正弦交流电,三个灯泡均正常发光,设灯泡不会烧坏,下列说法正确的是( )
A. 电路中电流1s内改变50次方向
B. 灯泡L1、L2的电功率之比为1:5
C. 若将灯泡换为一个理想二极管,则电压表示数为11V
D. 若将灯泡换为一个理想电流表,把照射R的光减弱,、仍然可能正常发光
【答案】BD
【解析】A.由图乙可知交流电的周期为,所以频率为:
所以电路中电流1s内改变100次方向,故A错误;
B.理想变压器原、副线圈匝数比为10:1,故原副线圈电流之比为:
又因为、规格相同,所以的电流等于副线圈电流的一半,所以有流过、电流之比为:
因为三个灯泡均正常发光,电压相同,故由:
可知电功率之比等于电流之比,即:
故B正确;
C.若将灯泡换为一个理想二极管,则根据二极管单向导电性可知输入电压图像为:
根据有效值定义可得:
解得有效值;理想变压器原、副线圈匝数比为10:1,故副线圈电压为,即电压表示数为,故C错误;
D.若将灯泡换为一个理想电流表,则原线圈电压增加,副线圈电压增加;把照射R的光减弱,则阻值增加,根据:
可知副线圈电流可能不变,流过、的电流可能不变,即、仍然可能正常发光,故D正确。故选BD。
二、实验题(本题共2小题,每空3分,共24分)
13.如图所示为弹簧弹射装置,在内壁光滑、水平固定的金属管中放有轻弹簧,在其两端各放置一个金属小球1和2(两球直径略小于管内径且与弹簧不固连),压缩弹簧并锁定.现解除锁定,则两个小球同时沿同一直线向相反方向弹射.按下述步骤进行实验:
①用天平测出两球质量分别为m1、m2;
②用刻度尺测出两管口离地面的高度均为h;
③解除弹簧锁定弹出两球,记录两球在水平地面上的落点P、Q.
回答下列问题:
(1)要测定弹射装置在弹射时所具有的弹性势能,还需测量的物理量有______.(已知重力加速度g)
A.弹簧的压缩量Δx
B.两球落点P、Q到对应管口M、N的水平距离x1、x2
C.小球直径d
D.两球从管口弹出到落地的时间t1、t2
(2)根据测量结果,可得弹性势能的表达式为EP=_______________.
(3)由上述测得的物理量来表示,如果满足关系式_______________,那么说明弹射过程中两小球组成的系统动量守恒.
【答案】 (1). (1)B (2). (2) (3). (3)m1x1=m2x2
【解析】(1)由题意可知,弹簧的弹性势能转化为小球的动能,则由EP=mv2即可求得弹性势能;故应测量小球的质量m以及通过光电门的速度v,为了测量小球的速度,在做平抛动的水平位移,压缩量以及时间和小球的直径均不需要测量;故B正确,ACD错误.故选B;
(2)由(1)可知,EP=m1v12+m2v22
由h=gt2可得:平抛运动的时间t=;
根据水平方向上的匀速直线运动规律可知:
v1=;v2=
即EP=m1v12+m2v22=
(3)根据动量守恒定律可知,两球碰前动量为零,碰后方向向反,设向左为正,则有:
0=m1v1-m2v2
再根据水平方向x=vt可得:m1x1=m2x2;
14.要测绘一个标有“3 V 0.6 W”小灯泡的伏安特性曲线,要求灯泡两端的电压需要由零逐渐增加到3 V,并便于操作.已选用的器材有:
直流电源(电压为4 V);
电流表(量程为0~0.6 A,内阻约0.5 Ω);
电压表(量程为0~3 V,内阻约3 kΩ);
电键一个、导线若干.
(1)实验中所用的滑动变阻器应选下列中的_______(填字母代号).
A.滑动变阻器(最大阻值10 Ω,额定电流1 A)
B.滑动变阻器(最大阻值1 kΩ,额定电流0.3 A)
(2)如图为某同学在实验过程中完成的部分电路连接的情况,请你帮他完成其余部分的线路连接.
(用黑色水笔画线表示对应的导线)
(3)实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示.由曲线可知小灯泡的电阻随电压增大而____________(填“增大”、“不变”或“减小”)
(4)如果某次实验测得小灯泡两端所加电压如图所示,请结合图线算出此时小灯泡的电阻是_______Ω(保留两位有效数字).
(5)根据实验得到的小灯泡伏安特性曲线,下列分析正确的是______________.
A.测得的小灯泡正常发光的功率偏小,主要是由于电压表内阻引起
B.测得的小灯泡正常发光的功率偏小,主要是由于电流表内阻引起
C.测得的小灯泡正常发光的功率偏大,主要是由于电压表内阻引起
D.测得的小灯泡正常发光的功率偏大,主要是由于电流表内阻引起
【答案】(1). A (2). (3). 增大 (4). 12 (5). C
【解析】 (1) 由于采用分压式接法,为方便实验操作,滑动变阻器应选择A;
(2)描绘灯泡伏安特性曲线,电压与电流应从零开始变化,滑动变阻器应采用分压接法,灯泡正常发光时的电阻为:, 电流表内阻约为0.5Ω,电压表内阻约为3kΩ,电压表内阻远大于灯泡电阻,电流表应采用外接法,实物电路图如图所示:
(3)由图示图象可知,随电压增大通过灯泡的电流增大,电压与电流表的比值增大,灯泡电阻增大;
(4)电压表量程为3V,由图示电压表可知其分度值为0.1V,示数为2.3V,由图示图象可知,2.3V对应的电流为0.196A,此时灯泡电阻为:;
(5)电流表采用外接法,由于电压表的分流作用,所测电流I偏大,测得的小灯泡正常发光的功率P=UI偏大,故C正确,A、B、D错误;
故选C.
三、计算题(本题共2小题,共28分。计算题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
15.如图所示,质量M=2kg、高h=0.2m的长木板静止在粗糙的水平地面上,长木板与地面间的动摩擦因数。在长木板上放置一个质量m=lkg的铁块(可视为质点),开始时铁块离长木板左端B点的距离L=0.5m,铁块与木板间的动摩擦因数,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g =10m/s2。若在长木板上加一个水平向右的恒力F,求:
(1)要将长木板从铁块下抽出,水平向右的恒力F应满足什么条件。
(2)若水平向右的恒力为17N,铁块与长木板分离时两者的速度大小。
(3)在(2)中,在铁块落地前的整个过程中,铁块、长木板和地面组成的系统因摩擦所产生的热量。
【答案】(1) F>9N; (2) 3m/s lm/s; (3) 4.75J
【解析】(1)欲将长木板从铁块下抽出,这两者间必存在相对运动,两者刚好发生相对滑动时,对滑块,由牛顿第二定律有:
解得:
对长木板,由牛顿第二定律有:
解得:
即恒力F应满足的条件为
(2)当时,滑块相对于长木板将发生相对滑动,对长板,有:
解得:
a1=6m/s2
滑块的加速度:
a2=a=2m/s2
分离时长木板的位移:
铁块的位移:
两者分离时有:
解得:
设滑块离开长木板的瞬间,长木板与铁块的速度分别为v1,v2,则:
(3)在(2)问中,分离时长木板位移:
滑块离开长木板后做平抛运动,由平抛运动规律有:
滑块离开长木板后,对长木板,由牛顿第二定律可知:
解得:
a3=7.5m/s2
滑块离开长木板到落地时长木板的位移:
解得:
x3=0.75m
整个过程中,滑块与长板间因摩擦产生的热量:
长木板与水平面间因摩擦产生的热量:
铁块、长木板和水平地面组成的系统因摩擦产生的热量:
16.如图,在平面直角坐标系xOy中,直角三角形区域ABC内存在垂直纸面向里的匀强磁场,线段CO=OB=L,θ=30°;第三象限内存在垂直纸面的匀强磁场(图中未画出),过C点放置着一面与y轴平行的足够大荧光屏CD;第四象限正方形区域OBFE内存在沿x轴正方向的匀强电场。一电子以速度v0从x轴上P点沿y轴正方向射入磁场,恰以O点为圆心做圆周运动且刚好不从AC边射出磁场;电子经y轴进入第三象限时速度与y轴负方向成60°角,到达荧光屏时速度方向恰好与荧光屏平行。已知电子的质量为m,电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。求:
(1)P点距O点的距离;
(2)电子在电场中运动时间;
(3)区域ABC内的磁感应强度B1与第三象限内的磁感应强度B2的大小之比。
【答案】(1),(2),(3)或。
【解析】(1)电子在区域内以点为圆心做匀速圆周运动,在点与相切,其运动轨迹如图:
在中,根据几何知识有:;
(2)电子从点进入电场做类平抛运动,设电子从边离开且在电场中运动的时间为,在方向上有:
根据运动学规律有:
解得:
在方向上有:;
(3)电子穿出电场时有:
在区域内,洛伦兹力提供向心力:
可得:
在第三象限,电子做圆周运动有两种情况
①若磁场方向垂直于纸面向里,设其做匀速圆周运动的轨道半径为,圆心在,根据几何知识有:
洛伦兹力提供向心力:
解得:
则:;
②若磁场方向垂直于纸面向外,设其做匀速圆周运动的轨道半径为,圆心为,根据几何知识有:
根据牛顿第二定律有:
得:
解得:。