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江苏卷物理
2010年普通高等学校招生全国统一考试物理(江苏卷)
试题部分
一、单项选择题:
本题共5小题,每小题3分,共计15分.每小题只有一个选项符合题意.
1.如图所示,一块橡皮用细线悬挂于O点,用铅笔靠着线的左侧水平向右匀速移动,运动中始终保持悬线竖直,则橡皮运动的速度( )
A.大小和方向均不变
B.大小不变,方向改变
C.大小改变,方向不变
D.大小和方向均改变
答案:
1.A 由于始终保持悬线竖直,所以橡皮水平方向上的运动与铅笔的速度相同,橡皮在竖直方向上运动的速度大小应等于水平速度大小,所以橡皮的合运动仍为匀速直线运动,A项正确.
2.一矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直.先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1s时间内均匀地增大到原来的两倍.接着保持增大后的磁感应强度不变,在1s时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半.先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为( )
A.
B.1
C.2D.4
答案:
2.B 在相同时间内,两个过程中磁通量的变化量相同,由法拉第电磁感应定律E=
可以判断感应电动势的大小也相同,即两次感应电动势的比值为1,B项正确.
3.如图所示,置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机.三脚架的三根轻质支架等长,与竖直方向均成30°角,则每根支架中承受的压力大小为( )
A.
mgB.
mg
C.
mgD.
mg
答案:
3.D 设每根支架对照相机的支持力大小均为FN,由受力平衡得3FNcos30°=mg,解得FN=
mg,由牛顿第三定律可知支架承受的压力大小也为
mg,D项正确.
4.如图所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,电感L的电阻不计,电阻R的阻值大于灯泡D的阻值.在t=0时刻闭合开关S,经过一段时间后,在t=t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中,正确的是( )
答案:
4.B 闭合开关S后,灯泡D直接发光,电感L的电流逐渐增大,电路中的总电流也将逐渐增大,电源内电压增大,则路端电压UAB逐渐减小;断开开关S后,灯泡D中原来的电流突然消失,电感L中的电流通过灯泡形成的闭合回路逐渐减小,所以灯泡D中电流将反向,并逐渐减小为零,即UAB反向逐渐减小为零,所以B项正确.
5.空间有一沿x轴对称分布的电场,其电场强度E随x变化的图象如图所示.下列说法中正确的是( )
A.O点的电势最低
B.x2点的电势最高
C.x1和-x1两点的电势相等
D.x1和x3两点的电势相等
答案:
5.C 由于电场线的正方向未知,所以无法比较电势的高低,A、B两项错误;由对称性可知,将同一电荷从-x1点移动到O点和从x1点移动到O点电场力做功相同,所以-x1点和x1点为等势点,C项正确;由对称性可知,将同一电荷从x1点移动到x2点和从x3点移动到x2点电场力做功数值相同,但一次做负功,一次做正功,x1点和x3点电势并不相同,D项错误.
二、多项选择题:
本题共4小题,每小题4分,共计16分.每小题有多个选项符合题意.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不答的得0分.
6.2009年5月,航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后,在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,B为轨道Ⅱ上的一点,如图所示.关于航天飞机的运动,下列说法中正确的有( )
A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B.在轨道Ⅱ上经过A的动能小于在轨道Ⅰ上经过A的动能
C.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
答案:
6.ABC 由于A点为远地点,B点为近地点,由开普勒定律可知,轨道Ⅱ上A点速度小于B点速度,A项正确;航天飞机在轨道Ⅱ上的A点要变轨到轨道Ⅰ,必须加速,即在轨道Ⅱ上经过A点的动能小于在轨道Ⅰ上经过A点的动能,B项正确;由于轨道Ⅱ的半径小于轨道Ⅰ的半径,由开普勒定律
=k可知,在轨道Ⅱ上的周期小于轨道Ⅰ上的周期,C项正确;由于在轨道Ⅱ上经过A点和在轨道Ⅰ上经过A点受到的万有引力相等,所以加速度应相同,D项错误.
7.在如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变.随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有( )
A.升压变压器的输出电压增大
B.降压变压器的输出电压增大
C.输电线上损耗的功率增大
D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
答案:
7.CD 由于升压变压器的匝数比不变,所以升压变压器的输出电压不变,A项错误;随着发电厂输出功率的增大,输电线电流增大,则降压变压器的输入电流也增大,即输电线上的损耗功率和损耗电压都将增大,则降压变压器的输入电压和输出电压都将减小,B项错误,C项正确;由于输送总功率P增大,输电线损耗功率为P损=(
)2R线,所以
=
R线,故D项正确.
8.如图所示,平直木板AB倾斜放置,板上的P点距A端较近,小物块与木板间的动摩擦因数由A到B逐渐减小.先让物块从A由静止开始滑到B.然后,将A着地,抬高B,使木板的倾角与前一过程相同,再让物块从B由静止开始滑到A.上述两过程相比较,下列说法中一定正确的有( )
A.物块经过P点的动能,前一过程较小
B.物块从顶端滑到P点的过程中因摩擦产生的热量,前一过程较少
C.物块滑到底端的速度,前一过程较大
D.物块从顶端滑到底端的时间,前一过程较长
答案:
8.AD 设物块从A到P的平均加速度为a1,从B到P的平均加速度为a2,由题意可知,a1<a2,又由于AP<BP,由运动学公式可以判断物块从A到P的速度较小,即动能较小,A项正确;由于摩擦生热Q=Ffs,其中前一过程的Ff较大,但s较小,所以无法判断Q的大小,B项错误;由于两个过程中重力做功和摩擦力做功情况相同,由动能定理可以判断物块滑到斜面底端的速度相同,C项错误;物块两种情况下的vt图象如图所示,前一过程对应图线Ⅰ,加速度越来越大,后一过程对应图线Ⅱ,加速度越来越小,由于两种情况下的末速度大小相同,位移相等,由图可以直接得到前一过程对应时间较长,D项正确.
9.如图所示,在匀强磁场中附加另一匀强磁场,附加磁场位于图中阴影区域,附加磁场区域的对称轴OO′与SS′垂直.a、b、c三个质子先后从S点沿垂直于磁场的方向射入磁场,它们的速度大小相等,b的速度方向与SS′垂直,a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为α、β,且α>β.三个质子经过附加磁场区域后能到达同一点S′,则下列说法中正确的有( )
A.三个质子从S运动到S′的时间相等
B.三个质子在附加磁场以外区域运动时,运动轨迹的圆心均在OO′轴上
C.若撤去附加磁场,a到达SS′连线上的位置距S点最近
D.附加磁场方向与原磁场方向相同
答案:
9.CD 三个质子运动的弧长不同,但速度大小相同,所以运动的时间一定不同,A项错误;假设三个质子在附加磁场以外区域运动轨迹的圆心均在OO′轴上,则必定三个质子运动轨迹的半径不同,这与R=
都相同相矛盾,所以B项错误;若撤去附加磁场,画出三个质子的运动轨迹(图略),a、b、c三个质子到达SS′连线的位置距离S的长度分别为sa=2Rcosα,sb=2R,sc=2Rcosβ,由于α>β,所以sa最小,C项正确;由于撤去附加磁场sb最大,加上附加磁场三者都经过S′,又由于质子b经过附加磁场区域最大,所以附加磁场应起到“加强偏转”的作用,即附加磁场方向与原磁场方向相同,D项正确.
三、简答题:
本题分必做题(第10、11题)和选做题(第12题)两部分,共计42分.
【必做题】
10.(8分)在测量电源的电动势和内阻的实验中,由于所用电压表(视为理想电压表)的量程较小,某同学设计了如图所示的实物电路.
(1)实验时,应先将电阻箱的电阻调到________.(选填“最大值”“最小值”或“任意值”)
(2)改变电阻箱的阻值R,分别测出阻值R0=10Ω的定值电阻两端的电压U.下列两组R的取值方案中,比较合理的方案是________.(选填“1”或“2”)
方案编号
电阻箱的阻值R/Ω
1
400.0
350.0
300.0
250.0
200.0
2
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
(3)根据实验数据描点,绘出的
R图象是一条直线.若直线的斜率为k,在
坐标轴上的截距为b,则该电源的电动势E=________,内阻r=________.(用k、b和R0表示)
答案:
10.答案:
(1)最大值
(2)2 (3)
-R0
解析:
(1)将电阻箱的电阻调到最大值是为了保护电压表.
(2)实验时,若电阻箱的阻值与定值电阻的阻值相差太大,电压表的示数变化不明显,实验误差太大,所以比较合理的是方案2.
(3)由闭合电路欧姆定律得E=U+
(r+R),整理得
=
+
R,所以
=b,
=k,解得E=
,r=
-R0.
11.(10分)为了探究受到空气阻力时,物体运动速度随时间的变化规律,某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置(如图所示).实验时,平衡小车与木板之间的摩擦力后,在小车上安装一薄板,以增大空气对小车运动的阻力.
(1)往砝码盘中加入一小砝码,在释放小车________(选填“之前”或“之后”)接通打点计时器的电源,在纸带上打出一系列的点.
(2)从纸带上选取若干计数点进行测量,得出各计数点的时间t与速度v的数据如下表:
时间t/s
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
速度v/(m·s-1)
0.12
0.19
0.23
0.26
0.28
0.29
请根据实验数据作出小车的v-t图象.
(3)通过对实验结果的分析,该同学认为:
随着运动速度的增加,小车所受的空气阻力将变大.你是否同意他的观点?
请根据v-t图象简要阐述理由.
答案:
11.答案:
(1)之前
(2)见下图
(3)同意.在v-t图象中,速度越大时,加速度越小,小车受到的合力越小,则小车受空气阻力越大.
解析:
(1)实验时,应先接通打点计时器,待打点计时器正常工作后再释放小车.
(2)见答案. (3)见答案.
【选做题】
12.本题包括A、B、C三小题,请选定其中两题,并在相应的答题区域内作答.若三题都做,则按A、B两题评分.
A.(12分)
(1)为了将空气装入气瓶内,现将一定质量的空气等温压缩,空气可视为理想气体.下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是________.
(2)在将空气压缩装入气瓶的过程中,温度保持不变,外界做了24kJ的功.现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底,若在此过程中,瓶中空气的质量保持不变,且放出了5kJ的热量.在上述两个过程中,空气的内能共减小______kJ,空气________(选填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ.
(3)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3kg/m3和2.1kg/m3,空气的摩尔质量为0.029kg/mol,阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1.若潜水员呼吸一次吸入2L空气,试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数.(结果保留一位有效数字)
答案:
12.A.答案:
(1)B
(2)5 放出 29 (3)3×1022
解析:
(1)由玻意耳定律pV=C可得p=C
,所以B项正确.
(2)将空气压缩装入气瓶的过程中,空气温度不变,所以内能不变,由热力学第一定律可知Q1=-W1=-24kJ.潜水员潜入水中的过程中,气体体积不变,所以W2=0,由热力学第一定律可知ΔU=Q2=-5kJ,即内能减小5kJ.两个过程中总热量为Q=Q1+Q2=-29kJ,即放出热量29kJ.
(3)设空气的摩尔质量为M,在海底和岸上的密度分别为ρ海和ρ岸,一次吸入空气的体积为V,则有Δn=
NA,代入数据得Δn=3×1022.
B.(12分)
(1)激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科学技术和日常生活中应用广泛.下面关于激光的叙述正确的是…( )
A.激光是纵波
B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C.两束频率不同的激光能产生干涉现象
D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
(2)如图甲所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为5.30×10-7m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10-7m,则在这里出现的应是________(选填“明条纹”或“暗条纹”),现改用波长为6.30×10-7m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”).
甲
(3)如图乙所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上表面的A点射出.已知入射角为i,A与O相距l,介质的折射率为n,试求介质的厚度d.
乙
答案:
B.答案:
(1)D
(2)暗条纹 变宽 (3)
l
解析:
(1)激光是横波,A项错误;激光在不同介质中的波速不同,由λ=
可以判断B项错误;发生干涉现象的条件是两束光必须为频率相同的相干光,C项错误;利用激光平行度好的特点,可以通过光的反射测量激光往返所用时间,达到测量月球到地球距离的目的,D项正确.
(2)由于光程差δ=7.95×10-7m=1.5λ,所以将出现暗条纹.由Δx=
·λ可知,由于波长变大,所以条纹间距变宽.
(3)设折射角为r,折射定律
=n;
几何关系l=2dtanr
解得d=
l.
C.(12分)
(1)研究光电效应的电路如图所示.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流.下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中,正确的是________.
(2)钠金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,这就是光电子.光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小________(选填“增大”“减小”或“不变”),原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.40eV和-1.51eV,金属钠的截止频率为5.53×1014Hz,普朗克常量h=6.63×10-34J·s.请通过计算判断,氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板,能否发生光电效应.
答案:
C.答案:
(1)C
(2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功) (3)不能.原因见解析
解析:
(1)由于光的频率相同,所以对应的反向截止电压相同,A、B两项错误;发生光电效应时,在同样的加速电压下,光强度越大,逸出的光电子数目越多,形成的光电流越大,所以C项正确,D项错误.
(2)光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),所以光电子的动量减小.
(3)氢原子放出的光子能量E=E3-E2,代入数据得E=1.89eV
金属钠的逸出功W0=hνc,代入数据得W0=2.3eV
因为E<W0,所以不能发生光电效应.
四、计算题:
本题共3小题,共计47分.解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,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.
13.(15分)如图所示,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放.导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,最终稳定为I.整个运动过程中,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻.求:
(1)磁感应强度的大小B;
(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;
(3)流经电流表电流的最大值Im.
答案:
13.答案:
(1)
(2)
(3)
解析:
(1)电流稳定后,导体棒做匀速运动,BIL=mg①
解得B=
.②
(2)感应电动势E=BLv③
感应电流I=
④
由②③④式解得v=
.
(3)由题意知,导体棒刚进入磁场时的速度最大,设为vm
机械能守恒,
m
=mgh
感应电动势的最大值Em=BLvm
感应电流的最大值Im=
解得Im=
14.(16分)在游乐节目中,选手需借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上,小明和小阳观看后对此进行了讨论.如图所示,他们将选手简化为质量m=60kg的质点,选手抓住绳由静止开始摆动,此时绳与竖直方向夹角α=53°,绳的悬挂点O距水面的高度为H=3m.不考虑空气阻力和绳的质量,浮台露出水面的高度不计,水足够深.取重力加速度g=10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6.
(1)求选手摆到最低点时对绳拉力的大小F;
(2)若绳长l=2m,选手摆到最高点时松手落入水中.设水对选手的平均浮力f1=800N,平均阻力f2=700N,求选手落入水中的深度d;
(3)若选手摆到最低点时松手,小明认为绳越长,在浮台上的落点距岸边越远;小阳却认为绳越短,落点距岸边越远.请通过推算说明你的观点.
答案:
14.答案:
(1)1080N
(2)1.2m (3)见解析
解析:
(1)机械能守恒,mgl(1-cosα)=
mv2①
圆周运动F′-mg=m
解得F′=(3-2cosα)mg
人对绳的拉力F=F′
则F=1080N.
(2)动能定理mg(H-lcosα+d)-(f1+f2)d=0
则d=
解得d=1.2m.
(3)选手从最低点开始做平抛运动x=vt
H-l=
gt2
且由①式
解得x=2
当l=
时,x有最大值.
解得l=1.5m
因此,两人的看法均不正确.当绳长越接近1.5m时,落点距岸边越远.
15.(16分)制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d的两平行极板,如图甲所示.加在极板A、B间的电压UAB作周期性变化,其正向电压为U0,反向电压为-kU0(k>1),电压变化的周期为2τ,如图乙所示.在t=0时,极板B附近的一个电子,质量为m、电荷量为e,受电场作用由静止开始运动.若整个运动过程中,电子未碰到极板A,且不考虑重力作用.
甲 乙
(1)若k=
,电子在0~2τ时间内不能到达极板A,求d应满足的条件;
(2)若电子在0~200τ时间内未碰到极板B,求此运动过程中电子速度v随时间t变化的关系;
(3)若电子在第N个周期内的位移为零,求k的值.
答案:
15.答案:
(1)d>
(2)见解析 (3)
解析:
(1)电子在0~τ时间内做匀加速运动,
加速度的大小a1=
①
位移x1=
a1τ2②
在τ~2τ时间内先做匀减速运动,后反向做匀加速运动,
加速度的大小a2=
③
初速度的大小v1=a1τ④
匀减速运动阶段的位移x2=
⑤
依据题意d>x1+x2,解得d>
⑥
(2)在2nτ~(2n+1)τ,(n=0,1,2,…,99)时间内
速度增量Δv1=a1τ⑦
在(2n+1)τ~2(n+1)τ,(n=0,1,2,…,99)时间内
加速度的大小a2′=
速度增量Δv2=-a2′τ⑧
(a)当0≤t-2nτ<τ时,
电子的运动速度v=nΔv1+nΔv2+a1(t-2nτ)⑨
解得v=
,(n=0,1,2,…,99)⑩
(b)当0≤t-(2n+1)τ<τ时,
电子的运动速度v=(n+1)Δv1+nΔv2-a2′⑪
解得v=
,(n=0,1,2,…,99)⑫
(3)电子在2(N-1)τ~(2N-1)τ时间内的位移x2N-1=v2N-2τ+
a1τ2
电子在(2N-1)τ~2Nτ时间内的位移x2N=v2N-1τ-
a2′τ2
由⑩式可知v2N-2=(N-1)(1-k)τ
由⑫式可知v2N-1=(N-Nk+k)τ
依据题意x2N-1+x2N=0
解得k=
.
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