2020天津市高考压轴卷 物理 9页

KS5U2020 天津市高考压轴卷物理 Word 版含解析 第Ⅰ卷（选择题，共 40 分） 一、单项选择题（每小题 5 分，共 25 分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确 的） 1．一个静止的钚核 23994Pu 自发衰变成一个铀核 23592U 和另一个原子核 X.假设该反应没有γ射线 产生，则下列说法正确的是( ) A．X 是氦(He)原子，又叫α粒子 B．该反应质量增加 C．铀核与 X 的动量大小之比为 1∶2 D．X 与铀核的动能之比为 235∶4 2．下列有关热力学现象和规律的描述不正确的是( ) A．布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性 B．用打气筒给自行车充气，越打越费劲，说明气体分子间表现为斥力 C．一定质量的理想气体，在体积不变时，气体分子平均每秒与器壁碰撞次数随温度的 降低而减少 D．一定质量的理想气体经历等压膨胀过程，分子平均动能增大 3．2019 年 4 月 10 日，全球多地同步公布了人类历史上第一张黑洞照片．黑洞是一种密度 极大，引力极大的天体，以至于光都无法逃逸．黑洞的大小由史瓦西半径公式 R＝2GM c2 决定， 其中引力常量 G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，光速 c＝3.0×108 m/s，天体的质量为 M.已知太阳的 质量约为 2×1030 kg，假如它变成一个黑洞，则“太阳黑洞”的半径约为( ) A．1 cm B．1 m C．3 km D．300 km 4.一金属球，原来不带电，现沿球直径的延长线放置一均匀带电的细杆 MN，如图所示．金 属球上感应电荷产生的电场在球内直径上 a、b、c 三点的场强大小分别为 Ea、Eb、Ec，三者 相比，则( ) A．Ea 最大 B．Eb 最大 C．Ec 最大 D．Ea＝Eb＝Ec 5.质量为 M、内壁间距为 L 的箱子静止于光滑的水平面上，箱子中间有一质量为 m 的小物 块，小物块与箱子底板间的动摩擦因数为μ.初始时小物块停在箱子正中间，如图所示．现给 小物块一水平向右的初速度 v，小物块与箱壁碰撞 N 次后恰又回到箱子正中间，并与箱子保 持相对静止．设碰撞都是弹性的，则整个过程中，系统损失的动能为( ) A.1 2mv2 B. mM 2（m＋M）v2 C.1 2NμmgL D．2NμmgL 二、多项选择题（每小题 5 分，共 15 分。每小题给出的四个选项中均有多个符合题意，全 部选对的得 5 分，选对但不全的得 3 分，不选或选错的得 0 分） 6.质量为 0.3 kg 的物体在水平面上运动，图中的两条直线分别表示物体受水平拉力和不受水 平拉力的速度－时间图象，则下列说法中正确的是( ) A．物体不受水平拉力时的图象一定是 b B．物体受水平拉力时的图象一定是 a C．物体的摩擦力可能等于 0.2 N D．水平拉力一定等于 0.1 N 7．跳伞爱好者从高楼进行跳伞表演，他们从 345 m 的高处跳下，在距地面 150 m 高处打开 伞包．假设打开伞包前后两段时间都可看做匀变速直线运动，且始末速度均为零．一个质量 为 60 kg 的跳伞爱好者，若在 30 s 内完成此跳伞表演(当地重力加速度 g 取 10 m/s2)，则下列 关于跳伞爱好者在跳伞的整个过程中说法错误的是( ) A．机械能先不变后减小 B．机械能一直变小 C．克服阻力做功 207 kJ D．最大速度为 11.5 m/s 8．如图所示，水平桌面上放着一对平行的金属导轨，左端与一电源相连，中间还串有一开 关 K，导轨上放着一根金属棒 ab，空间存在着垂直于导轨平面向下的匀强磁场．已知两导 轨间距为 d，电源电动势为 E，导轨电阻及电源内阻均不计，ab 棒的电阻为 R，质量为 m， 棒与导轨间摩擦不计．闭合开关 K，ab 棒向右运动并从桌边水平飞出，已知桌面离地高度 为 h，金属棒落地点的水平位移为 s.下面的结论中正确的是( ) A．开始时 ab 棒离导轨右端的距离 L＝ mgRs2 4hB2d2E B．磁场力对 ab 棒所做的功 W＝mgs2 4h C．磁场力对 ab 棒的冲量大小 I＝ms g 2h D．ab 棒在导轨上运动时间 t＝ msR B2d2E g 2h 第Ⅱ卷（非选择题，共 60 分） 三、实验题（本题共 2 小题，共 16 分.） 9．(8 分)某实验小组用图甲所示的实验装置测量滑块与长木板之间的动摩擦因数．在一端装 有定滑轮的长木板上固定 A、B 两个光电门，与光电门相连的计时器能显示滑块上的遮光片 通过光电门时的遮光时间，滑块通过绕过定滑轮的轻质细绳与测力计挂钩相连，测力计另一 端吊着沙桶，测力计能显示滑块所受的拉力，滑块对长木板的压力与滑块的重力大小相等， 已知遮光片宽度为 d，当地的重力加速度为 g. (1)为了满足实验的要求，下列说法正确的是______． A．长木板应放在水平桌面上 B．长木板没有定滑轮的一端应适当垫高，以平衡摩擦力 C．沙桶及测力计的总质量应远小于滑块的质量 D．定滑轮与滑块之间的细绳应与长木板平行 (2)甲同学测出 A、B 两光电门之间的距离为 L，滑块通过 A、B 两光电门的时间分别为 t1、t2，滑块的加速度大小 a＝________________(用字母 L、d、t1、t2 表示)． (3)多次改变沙桶里沙的质量，重复步骤(2)，根据测得的多组 F 和 a，作出 a－F 图象如 图乙所示，由图象可知，滑块的质量为_______，滑块与长木板间的动摩擦因数为________． 10．(8 分)热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC)．正温度系数电 阻器(PTC)在温度升高时电阻值增大，负温度系数电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小， 热敏电阻的这种特性，常常应用在控制电路中．某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻 Rx(常温下阻值约为 10.0 Ω)的电流随其两端电压变化的特点． A．电流表 A1(量程 0～100 mA，内阻约 1 Ω) B．电流表 A2(量程 0～0.6 A，内阻约 0.3 Ω) C．电压表 V1(量程 0～3.0 V，内阻约 3 kΩ) D．电压表 V2(量程 0～15.0 V，内阻约 10 kΩ) E．滑动变阻器 R(最大阻值为 10 Ω) F．滑动变阻器 R′(最大阻值为 500 Ω) G．电源 E(电动势 15 V，内阻可忽略) H．开关、导线若干 (1)实验中改变滑动变阻器滑片的位置，使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大， 请在所提供的器材中选择必需的器材，应选择的器材为电流表_______；电压表_______；滑 动变阻器________(只需填写器材前面的字母即可)． (2)请在所提供的器材中选择必需的器材，在虚线框内画出该小组设计的电路图． (3)该小组测出热敏电阻 R1 的 U－I 图线如图甲中曲线 Ⅰ 所示．请分析说明该热敏电 阻是______(填“PTC”或“NTC”). (4)该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻 R2 的 U－I 图线如图甲中曲线 Ⅱ 所示．然 后又将热敏电阻 R1、R2 分别与某电池连成如图乙所示电路，测得通过 R1 和 R2 的电流分别为 0.30 A 和 0.60 A，则该电池组的电动势为________V，内阻为________Ω(结果均保留 3 位有 效数字)． 四、计算题（本题共 3 小题，共 44 分. 解答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能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位） 11．（12 分）如图所示，绝热汽缸倒扣放置，质量为 M 的绝热活塞在汽缸内封闭一定质量的 理想气体，活塞与汽缸间摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一 U 形细管(管内气体的体积忽略不计)．初始时，封闭气体温度为 T，活塞距离汽缸底部为 h0， 细管内两侧水银柱存在高度差．已知水银密度为ρ，大气压强为 p0，汽缸横截面积为 S，重 力加速度为 g. (1)求 U 形细管内两侧水银柱的高度差； (2)通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降Δh0，求此时的温度；此加热过程中，若 气体吸收的热量为 Q，求气体内能的变化． 12. (16 分)如图所示，地面和半圆轨道面均光滑．质量 M＝1 kg、长为 L＝4 m 的小车放在地 面上，其右端与墙壁的距离为 s＝3 m，小车上表面与半圆轨道最低点 P 的切线相平．现有 一质量 m＝2 kg 的滑块(视为质点)以 v0＝6 m/s 的初速度滑上小车左端，带动小车向右运 动．小车与墙壁碰撞时即被粘在墙壁上，已知滑块与小车表面的动摩擦因数μ＝0.2，g 取 10 m/s2. (1)求小车与滑块的相对位移； (2)求小车与墙壁碰撞时的速度； (3)要使滑块在半圆轨道上运动时不脱离，求半圆轨道的半径 R 的取值． 13. (16 分)如图所示，在平面直角坐标系 xOy 内，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，各边界均与 y 轴 平行，Ⅰ、Ⅱ区域存在匀强电场，方向分别沿＋x 和－y 方向，Ⅰ区域电场强度大小为 E， Ⅲ区域有垂直 xOy 平面向里的磁场．三个区域宽度均为 L，一个氕核 11H 和一个氘核 21H 先后 从坐标原点释放，已知 21H 与左边界成 60°进入磁场，最后恰好与右边界相切离开磁场，11H 的质量为 m，电荷量为 q，不计重力．求： (1)21H 第一次离开Ⅱ区的坐标； (2)Ⅲ区域匀强磁场的磁感应强度大小； (3)11H 第一次离开磁场位置的坐标． 1．【KS5U 答案】 D 【KS5U 解析】 由原子核衰变时电荷数和质量数守恒可知，X 是氦(He) 原子核，又叫α粒子，不是氦(He)原子，选项 A 错误；衰变过程有质量亏损，选项 B 错误； 钚核衰变过程动量守恒，铀核与 X 的动量大小相等、方向相反，选项 C 错误；根据动能与 动量的关系 Ek＝ p2 2m ，可以得到 X 与铀核的动能之比为 235∶4，选项 D 正确． 2．【KS5U 答案】 B 【KS5U 解析】悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动是因为液体 分子与悬浮颗粒的碰撞，所以布朗运动的无规则性间接表明了液体分子的运动的无规则性， 选项 A 正确；用打气筒给自行车打气，越打越费劲是因为自行车轮胎内气体的压强在逐渐 增大，而不是气体分子之间的斥力造成的，选项 B 错误；一定质量的理想气体，在体积不 变时，由查理定律可知，温度降低，压强减小，气体分子平均每秒与器壁碰撞的次数减少， 选项 C 正确；一定质量的理想气体经历等压膨胀时，气体的体积增大，由盖－吕萨克定律 可知，气体的温度升高，而温度是分子平均动能的标志，可知分子的平均动能增大，选项 D 正确． 3．【KS5U 答案】 C 【KS5U 解析】根据题意知，引力常量 G＝6.67×10－11 N·m2/kg2，光速 c＝3.0×108 m/s，天体质量为 M＝2×1030 kg，则由史瓦西半径公式 R＝2GM c2 可得，太阳变成 一个黑洞的半径 R＝2×6.67×10－11×2×1030 （3×108）2 m＝2.96×103 m，故 C 正确． 4. 【KS5U 答案】 C 【KS5U 解析】处于静电平衡的导体内部场强处处为零，故 a、b、c 三点的场强都为零．静电平衡在导体内部场强为零是感应电荷产生的电场与外电场叠加的结 果，所以感应电荷在球内某点产生的电场的场强与 MN 在这一点形成的电场的场强等大、反 向．比较 a、b、c 三点感应电场的场强，实质上是比较带电体 MN 在这三点的场强．由于 c 点离 MN 最近，故 MN 在 c 点的场强最大，感应电荷在 c 点场强也最大．故选 C. 5. 【KS5U 答案】 B 【KS5U 解析】设系统损失的动能为ΔE，根据题意可知，整个过程中 小物块和箱子构成的系统满足动量守恒和能量守恒，则有 mv＝(M＋m)vt(①式)、1 2mv2＝1 2(M ＋m)v2t ＋ΔE(②式)，由①②式联立解得ΔE＝ Mm 2（M＋m）v2，可知选项 A 错误，B 正确；又由 于小物块与箱壁碰撞为弹性碰撞，则损耗的能量全部用于摩擦生热，即ΔE＝NμmgL，选项 C、 D 错误． 6. 【KS5U 答案】 CD 【KS5U 解析】 两图线加速度大小不同，拉力方向与滑动摩擦力方 向可能相反，也可能相同，无法判断物体不受水平拉力是哪个图象，故选项 A、B 错误；设 拉力大小为 F，摩擦力大小为 f，由图读出加速度大小分别为 aa＝1 3 m/s2，ab＝2 3 m/s2，若物 体受水平拉力时的速度图象是 a 时，拉力与速度方向相同，根据牛顿第二定律得 f－F＝maa， f＝mab，解得 F＝0.1 N，f＝0.2 N；若物体受水平拉力时的速度图象是 b 时，拉力与速度方 向相反，根据牛顿第二定律得 f＋F＝mab，f＝maa，解得 F＝0.1 N，f＝0.1 N，故选项 C、D 正确． 7．【KS5U 答案】 AD 【KS5U 解析】跳伞过程中跳伞者始终受阻力作用，因而机械能始终 减小，选项 A 错误，B 正确；对整个过程运用动能定理有，mgH－W 阻＝0，解得 W 阻＝mgH ＝600×345 J＝207 kJ，选项 C 正确；设最大速度为 vmax，打开伞包前的下落过程用时间 t， 则有(345－150) m＝vmax 2 t，打开伞后的过程有 150 m＝vmax 2 (30－t)，解得 vmax＝23 m/s，选项 D 错误． 8．【KS5U 答案】 BC 【KS5U 解析】闭合开关瞬间，导体棒 ab 中的电流 I＝E R ，ab 棒受到 的安培力 F＝BId＝BEd R ，导体棒做加速运动，产生反电动势 E′＝Bdv.随着 v 变大，E′变大， 电路中电流变小，F 变小，F 为变力，所以 A、D 项无法求出．ab 棒离开桌面后做平抛运动， 水平方向 s＝vt，竖直方向：h＝1 2gt2，解得：v＝s g 2h ，由动能定理磁场力对 ab 棒所做的 功为：W＝1 2mv2＝ms2g 4h ，故 B 正确；由动量定理可知，冲量 I＝mv＝ms g 2h ，故 C 正确． 9．【KS5U 答案】(1)AD (2)d2 2L 1 t22 －1 t21 (3)F0 a0 a0 g 【KS5U 解析】(1)因滑块对长木板的压力 与滑块的重力大小相等，所以长木板应放在水面桌面上，为保证滑块做匀加速运动，绳子的 拉力必须恒定，应调整滑轮高度，使细线与木板平行，故 A、D 正确；本实验要测量动摩擦 因数，不需要平衡摩擦力，故 B 错误；由于本实验中有测力计，故不要求沙桶及测力计的 总质量远小于滑块的质量，故 C 错误． (2)滑块通过 A、B 两光电门的速度分别为：vA＝d t1 ，vB＝d t2 ，由匀变速直线运动的速度— 位移公式可知，2aL＝v2B－v2A，解得：a＝v2B－v2A 2L ＝ d2 t22 －d2 t21 2L ＝d2 2L 1 t22 －1 t21 . (3)滑块受到的摩擦力为：f＝μmg，由牛顿第二定律可得：F－μmg＝ma，解得力 F 与加 速度 a 的函数关系式为：a＝F m －μg，由图象所给信息可得图象斜率为：k＝a0 F0 ＝1 m ，所以 m ＝F0 a0 ，由图象所给信息可得图象截距为：b＝－μg＝－a0，所以μ＝a0 g . 10．【KS5U 答案】(1)B D E (2)如图所示 (3)PTC (4)10.0(9.6～10.4) 6．67(6.00～8.00) 【KS5U 解析】 (1)由于实验要求电压从零调，所以变阻器应采用分压式接法，变阻器应选 择阻值较小的 E 以方便调节；根据电源电动势为 15 V 可知电压表应选 D；常温下当 I＝0.6 A 时 U＝IR＝6 V<15 V，由此可见，为了得到多组数据，电流表应选 B. (2)由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，又变阻器采用分 压式接法，电路图如答案图所示． (3)根据 U＝RI，可知图象上的点与原点连线的斜率等于待测电阻的阻值大小，从图线 Ⅰ可知线上各点与原点连线的斜率逐渐增大，所以电阻随电压(温度)的增大而增大，即该电 阻是正温度系数电阻器，所以该热敏电阻是 PTC. (4)根据闭合电路欧姆定律，接 R1 时有 E＝U1＋I1r，接 R2 时有 E＝U2＋I2r，再根据 U－ I 图象可读出 I1＝0.3 A 时对应的电压 U1＝8.0 V，当 I2＝0.6 A 时对应的电压 U2＝6.0 V，联 立以上两式解得 E＝10.0 V，r＝6.67 Ω. 11．【KS5U 答案】(1)M Sρ (2)h0＋Δh0 h0 T0 Q－(p0S－Mg)Δh0 【KS5U 解析】(1)设封闭气体的 压强为 p，对活塞分析有：p0S＝pS＋Mg，用水银柱表达气体的压强 p＝p0－ρgΔh，解得： Δh＝M Sρ. (2)加热过程是等压变化h0S T0 ＝（h0＋Δh0）S T ，T＝h0＋Δh0 h0 T0，气体对外做功为 W＝pSΔh0 ＝(p0S－Mg)Δh0，根据热力学第一定律：ΔU＝Q－W，可得ΔU＝Q－(p0S－Mg)Δh0. 12. 【KS5U 答案】(1)3 m (2)4 m/s (3)R≤0.24 m 或 R≥0.6 m 【KS5U 解析】 (1)设滑块 与小车的共同速度为 v1，滑块与小车相对运动过程中动量守恒，有 mv0＝(m＋M)v1，代入数 据解得 v1＝4 m/s.设滑块与小车的相对位移为 L1，由系统能量守恒有μmgL1＝1 2mv20－1 2(m＋ M)v21，代入数据解得 L1＝3 m. (2)设与滑块相对静止时小车的位移为 s1，根据动能定理有μmgs1＝1 2Mv21－0，代入数据 解得 s1＝2 m.因 L1