高考全国Ⅰ理综试题及答案解析物理版.docx
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2016年普通高等学校招生全国统一考试(全国Ⅰ)
理科综合能力测试(物理)
第一部分(选择题共48分)
二、选择题:
本题共8小题,每小题6分,共48分。
在每小题给出的四个选项中,第14~18题只有一项符合题目要求,第18~21题有多项符合题目要求。
全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。
14.【2016年全国Ⅰ,14,6分】一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上,若将云母介
质移出,则电容器()
A.极板上的电荷量变大,极板间的电场强度变大B.极板上的电荷量变小,极板间的电场强度变大
C.极板上的电荷量变大,极板间的电场强度不变D.极板上的电荷量变小,极板间的电场强度不变
【答案】D
【解析】电容器接在恒压直流电源上时,电容器两端两端电压不变电容器两端电压不变;由平行板电容器电容的决定式可知,若将云母介质移出,变小,电容变小;由于不变,根据可知,当减小时,减小;,由于与都不变,故电场强度不变,故选D。
15.【2016年全国Ⅰ,15,6分】现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定。
质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。
若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍。
此离子和质子的质量比约为()
A.11B.12C.121D.144
【答案】D
【解析】对于任意带电粒子,在加速电场中,由动能定理有,可得;在磁场中满足,联立可得;设质子的质量和电荷量分别为、,一价正离子的质量和电荷量为、,依题意,两种粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径相同,加速电压相同,,故,解得,故一价正离子与质子的质量比约为144,故选D。
16.【2016年全国Ⅰ,16,6分】一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻、和的阻值分别为、 和 ,为理想交流电流表,为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。
当开关断开时,电流表的示数为;当闭合时,电流表的示数为。
该变压器原、副线圈匝数比为()
A.2B.3C.4D.5
【答案】B
【解析】设该理想变压器原副线圈匝数比为,当开关断开时,电流为,原线圈两端电压,副线圈电压,由欧姆定律得:
;当开关闭合时,电流为,原线圈两端电压,副线圈两端电压,由欧姆定律得,联立上面解得,故选B。
17.【2016年全国Ⅰ,17,6分】利用三颗位置适当的地球同步卫星,可使地球赤道上任意两点之间保持无线电
通讯。
目前,地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的6.6倍。
假设地球的自转周期变小,若仍仅用三颗同
步卫星来实现上述目的,则地球自转周期的最小值约为()
A.B.C.D.
【答案】B
【解析】地球自转周期变小,卫星要与地球保持同步,则卫星的公转周期也应随之变小,由可得,则卫星离地球的高度应变小,要实现三颗卫星覆盖全球的目的,则卫星周期最小时,由几何关系可得(见下图),由得,,解得,故选B。
18.【2016年全国Ⅰ,18,6分】一质点做匀速直线运动,现对其施加一恒力,且原来作用在质点上的力不发生
改变,则()
A.质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B.质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直
C.质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D.质点单位时间内速率的变化量总是不变
【答案】BC
【解析】原来质点做匀速直线运动,所受合外力为0,现施加一恒力,若该恒力方向与质点原运动方向不共线,则质点将做匀变速曲线运动,质点速度方向与恒力方向夹角越来越小,故A错误B正确;质点加速度方向时刻与其所受合外力方向相同,选项C正确;根据加速度的定义,相等时间内速度变化量相同,速率变化量不一定相同,选项D错误,故选BC。
19.【2016年全国Ⅰ,19,6分】如图,一光滑的轻滑轮用细绳悬挂于点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块。
外力F向右上方拉,整个系统处于静止状态。
若方向不变,大小在一定范围内变化,物块仍始终保持静止,则()
A.绳的张力也在一定范围内变化
B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化
C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化
D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化
【答案】BD
【解析】由题意可知,物体始终保持静止,则也始终保持静止,各绳角度保持不变;对受力分析,绳的拉力,所以物体受到绳的拉力保持不变,滑轮两侧绳的拉力相等,所以受到绳的拉力大小、方向均保持不变,选项C错误;、受到绳的拉力大小方向均不变,所以的张力不变,选项A错误;对进行受力分析,并将各力沿水平方向和竖直方向分解,由受力平衡得:
,。
和始终不变,当大小在一定范围内变化时;支持力在一定范围内变化,选项B正确;摩擦力也在一定范围内发生变化,选项D正确,故选BD。
20.【2016年全国Ⅰ,20,6分】如图,一带负电荷的油滴在匀强电场中运动,其轨迹在竖直面(纸
面)内,且相对于过轨迹最低点的竖直线对称。
忽略空气阻力。
由此可知()
A.点的电势比点高B.油滴在点的动能比它在点的大
C.油滴在点的电势能比它在点的大D.油滴在点的加速度大小比它在点的小
【答案】AB
【解析】做曲线运动的物体,合外力方向总是指向轨迹弯曲内侧,所以油滴所受合外力沿竖直方向,因重力方向竖直向下,所以电场力竖直向上,油滴带负电,所以匀强电场方向竖直向下,点电势高于点电势,A正确;当油滴得从点运动到时,电场力做正功,动能增加,电势能减小,B正确,C错误;电场力和重力都是恒力,所以合外力恒定,加速度保持不变,选项D错误,故选AB。
21.【2016年全国Ⅰ,21,6分】甲、乙两车在平直公路上同向行驶,其图像如图所示。
已
知两车在时并排行驶,则()
A.在时,甲车在乙车后B.在时,甲车在乙车前
C.两车另一次并排行驶的时刻是
D.甲、乙两车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为
【答案】BD
【解析】由题意可知时,甲、乙相遇,,,图像中图线与时间轴围成的面积表示位移的大小,内甲的位移,乙的位移,故时,甲乙相距,即甲在乙前方,选项B正确。
内,,,,说明甲、乙第一次相遇,选项AC错误。
甲、乙两次相遇地点之间的距离为,选项D正确,故选BD。
第二部分(非选择题共62分)
三、非选择题:
共62分。
第22~25题为必考题,每个试题考生都必须作答。
第33~35题为选考题,考生根据要求作答。
(一)必考题(本部分共4小题,共47分)
22.【2016年全国Ⅰ,22,5分】某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律,其中打点计时器的电源为交流电源,可以使用的频率有、和。
打出纸带的一部分如图(b)所示。
图(a)图(b)
该同学在实验中没有记录交流电的频率,需要用实验数据和其它题给条件进行推算。
(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落,利用和图(b)中给出的物理量可以写出:
在打点计时器打
出点时,重物下落的速度大小为_________,打出点时重物下落的速度大小为________,重物下落
的加速度大小为________。
(2)已测得,,;当重力加速度大小为,实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的。
由此推算出为________。
【答案】
(1),,;
(2)40
【解析】
(1)匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于整个过程的平均速度,所以点的速度等于段的平均速度,即,又,故,同理可得。
。
(2)重物下落的过程中,由牛顿第二定律可得,,故,
代入中,代入数据可得。
23.【2016年全国Ⅰ,23,10分】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时,系统报警。
提供的器材有:
热敏电阻,报警器(内阻很小,流过的电流超过时就会报警),电阻箱(最大阻值为),直流电源(输出电压为,内阻不计),滑动变阻器(最大阻值为),滑动变阻器(最大阻值为),单刀双掷开关一个,导线若干。
在室温下对系统进行调节,已知约为,约为;流过报警器的电流超过时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60℃时阻值为。
(1)在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)在电路中应选用滑动变阻器________(填“”或“”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为______;滑动变阻器的滑片应置于______(填“”或“”)端附近,不能置于另一端的原因是______。
②将开关向______(填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至____________。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
【答案】
(1)如下图;
(2);(3)①;;接通电源后,流过报警器的电流会
超过,报警器可能损坏;②;报警器开始报警
【解析】
(1)电路图如下图。
(2)①调节时用电阻箱代替热敏电阻进行调节,热敏电阻工作温度达到时,
报警器报警。
故需通过调节电阻箱使其电阻为时热敏电阻的阻值,即
调节到阻值;为防止通过报警器电流过大,造成报警器烧坏,应使
滑动变阻器的滑片置于端。
②将开关向端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至报警器开始报警。
24.【2016年全国Ⅰ,24,12分】如图,两固定的绝缘斜面倾角均为,上沿相连。
两细金属棒(仅标出端)和(仅标出端)长度均为,质量分别为和;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。
右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为,方向垂直于斜面向上。
已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为。
已知金属棒匀速下滑。
求:
(1)作用在金属棒上的安培力的大小;
(2)金属棒运动速度的大小。
解:
(1)设导线的张力的大小为,右斜面对棒的支持力的大小为,作用在棒上的安培力的大小为,左斜面对棒的支持力大小为。
对于棒,由力的平衡条件得①
②对于棒,同理有③ ④
联立①②③④式得 ⑤
(2)由安培力公式得:
⑥这里是回路中的感应电流。
棒上的感应电动势为:
⑦式中,是棒下滑速度的大小。
由欧姆定律得:
⑧
联立⑤⑥⑦⑧式得⑨
25.【2016年全国Ⅰ,25,20分】如图,一轻弹簧原长为,其一端固定在倾角为的固定直轨道的底端处,另一端位于直轨道上处,弹簧处于自然状态,直轨道与一半径为的光滑圆弧轨道相切于点,,、、、均在同一竖直平面内。
质量为的小物块自点由静止开始下滑,最低到达点(未画出),随后沿轨道被弹回,最高点到达点,。
已知与直轨道间的动摩擦因数,重力加速度大小为。
(取)
(1)求第一次运动到点时速度的大小;
(2)求运动到点时弹簧的弹性势能;
(3)改变物块的质量,将推至点,从静止开始释放。
已知自圆弧轨道的最高点处水平飞出后,恰好通过点。
点在点左下方,与点水平相距、竖直相距,求运动到点时速度的大小和改变后P的质量。
解:
(1)根据题意知,、之间的距离为为:
①设到达点时的速度为,由动能定理得:
②式中,联立①②式并由题给条件得:
③
(2)设。
到达点时速度为零,设此时弹簧的弹性势能为。
由点运动到点的过程中,
由动能定理有:
④E、F之间的距离l1为:
⑤
到达点后反弹,从点运动到点的过程中,由动能定理有:
⑥
联立③④⑤⑥式并由题给条件得⑦⑧
(3)设改变后的质量为。
点与点的水平距离和数值距离分别为⑨
⑩式中,已应用了过点的圆轨道半径与竖直方向夹角仍为的事实。
设在点的速度为,由点运动到点的时间为。
由平抛运动公式有:
⑪
⑫联立⑨⑩⑪⑪式得:
⑬设在点速度的大小为。
在由运动
到的过程中机械能守恒,有 ⑭
由点运动到点的过程中,同理,由动能定理有:
⑮联立⑦⑧⑬⑭⑮式得:
⑯
(二)选考题(共15分。
请考生从给出的3道物理题中任选一题做答,如果多做,则按所做的第一题计分)
33.【2016年全国Ⅰ,33,15分】【选修3-3】
(1)(5分)关于热力学定律,下列说法正确的是_______。
(填入正确答案标号。
选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分;有选错的得0分)
A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能
C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体
E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡
【答案】BDE
【解析】气体吸热的过程中同时对外做功,其内能不一定增大,温度不一定升高,A错误;做功和热传递都能改变物体的内能,B正确;由可知理想气体等压膨胀过程一定吸热,C错误;由热力学第二定律可知,热量不可能自发地从低温物体传到高温物体,D正确;如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡,E正确。
(2)(10分)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差与气泡半径之间的关系为,其中。
现让水下处一半径为的气泡缓慢上升。
已知大气压强,水的密度,重力加速度大小。
(i)求在水下处气泡内外的压强差;
(ii)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。
解:
(i)当气泡在水下处时,设其半径为,气泡内外压强差为,①
代入题给数据得②
(ii)设气泡在水下处时,气泡内空气的压强为,气泡体积为;气泡到达水面附近时,气泡内空气压
强为,内外压强差为,其体积为,半径为。
气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律:
③ ④⑤气泡体积V1和V2分别为⑥
⑦联立③④⑤⑥⑦式得:
⑧
由②式知,∆pi< 代入题给数据得⑨ 34.【2016年全国Ⅰ,34,15分】【选修3-4】 (1)(5分)某同学漂浮在海面上,虽然水面波正平稳地以的速率向着海滩传播,但他并不向海滩靠近。 该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为。 下列说法正确的是__________。 (填正确答案标号。 选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。 每选错1个扣3分,最低得分为0分) A.水面波是一种机械波B.该水面波的频率为 C.该水面波的波长为D.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时能量不会传递出去 E.水面波没有将该同学推向岸边,是因为波传播时振动的质点并不随波迁移 【答案】ACE 【解析】水面波是由质点振动形成和传播的,属于机械波,A对;从第一个波峰到第十个波峰中经历了九个波形,时间间隔为15秒,所以其振动周期为,频率为,B错;波长,C对;波中的质点都上下振动,不随波迁移,但是能传递能量,D错E对。 (2)(10分)如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源,它到池边的水平距离为。 从点光源射向池边的光线与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水折射率为。 (i)求池内的水深; (ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为。 当他看到正前下方的点光源时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为。 求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。 解: (i)如图,设达到池边的光线的入射角为。 依题意,水的折射率,光线的折射角。 由折射定 律有: ①由几何关系有: ②式中,,是池内水的深度。 联立①② 式并代入题给数据得③ (ii)设此时救生员的眼睛到池边的距离为。 依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为。 由折射定 律有④式中,是光线在水面的入射角。 设池底点光源到水面入射点水平距离为。 由几何关系⑤ ⑥式中。 联立③④⑤⑥式⑦ 35.【2016年全国Ⅰ,35,15分】【选修3-5】 (1)(5分)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。 下列说法正确的是__________。 (填正确答案标号。 选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。 每选错1个扣3分,最低得分为0分) A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大 B.入射光的频率变高,饱和光电流变大 C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生 E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关 【答案】ACE 【解析】由光电效应规律可知,饱和光电流与入射光的光强有关,与频率无关,保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大,A正确,B错误;根据光电效应方程可知,对于同一光电管,逸出功不变,当频率变高,最大初动能变大,C正确;当入射光的频率低于截止频率时无论光照强度多大,都不会有光电流,D错误;遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,E正确。 (2)(10分)某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量为的卡通玩具稳定地悬停在空中。 为计算方便起见,假设水柱从横截面积为的喷口持续以速度竖直向上喷出;玩具底部为平板(面积略大于);水柱冲击到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周均匀散开。 忽略空气阻力。 已知水的密度为,重力加速度大小为。 求: (i)喷泉单位时间内喷出的水的质量; (ii)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度。 解: (i)设时间内,从喷口喷出的水的体积为,质量为,则: ①② 由①②式得,单位时间内从喷口喷出的水的质量为: ③ (ii)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为,水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为。 对于时间内喷出的水,有能量守恒得: ④在高度处,时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为⑤设水对玩具的作用力的大小为F,根据动量定理有: ⑥由于玩具在空中悬停,由力的平衡条件得⑦联立③④⑤⑥⑦式得⑧ 7
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