北京市朝阳区届高三上学期期中考试物理试题解析版1Word格式文档下载.docx
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γ射线不带电,没有电离能力,但穿透能力最强。
C正确,D错误。
4.如图所示,1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级。
处在n=4能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能发出若干种频率不同的光子,在这些光子中,波长最长的是
A.n=4跃迁到n=1时辐射的光子
B.n=4跃迁到n=3时辐射的光子
C.n=2跃迁到n=1时辐射的光子
D.n=3跃迁到n=2时辐射的光子
根据
(c为光在真空中传播的速度,
是频率)以及
可知,跃迁时的能级差越小,辐射光子的频率越小,波长越长。
5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。
太阳每秒钟辐射出的能量约为4×
1026J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近
A.1036kgB.1018kgC.1013kgD.109kg
D
根据质能方程
有,
(可进行估算:
6.动力学的奠基人是一位英国科学家,他于1687年出版了名著《自然哲学的数学原理》,在这部著作中,他提出的三条运动定律是整个动力学的基础。
这位科学家是
A.伽利略B.牛顿C.爱因斯坦D.阿基米德
7.船在静水中的航速为v1,水流的速度为v2。
为使船行驶到河正对岸的码头,则v1相对v2的方向应为
ABCD
v2的方向是河岸的方向,要使船能行驶到对岸的码头,需要使船的实际速度,即v1和v2的合速度与河岸垂直,也就是与v2垂直,如图所示。
8.在物理学中,把加速度对时间的变化率定义为“加加速度(jerk)”。
加加速度在车辆、电梯等日常生活和工程问题中都有重要的实际意义。
加加速度的单位是
A.m/sB.m/s2C.m/s3D.m2/s3
由题意可知,加加速度
,所以加加速度的单位应为
9.如图所示,粗糙的水平地面上有一斜劈,斜劈上一物块正在沿斜面以速度v0匀速下滑,斜劈保持静止,则地面对斜劈的摩擦力
A.等于零
B.不为零,方向向右
C.不为零,方向向左
D.不为零,v0较大时方向向左,v0较小时方向向右
解法一:
采用隔离法分别对物块和斜劈进行受力分析。
图1图2图3图4
物块的受力情况如图1所示,其中G1是物块所受的重力,N1是斜劈对物块的支持力,f1是斜劈对物块的摩擦力,F合是N1和f的合力,与G1大小相等,方向相反,即F合的方向为竖直向上。
斜劈的受力情况如图2所示,其中G2是斜劈所受的重力,N是地面对斜劈的支持力,N1′和f1′分别是物块对斜劈的压力和摩擦力。
f地是我们假设的一个地面对斜劈的摩擦力。
需要注意的是N1和N1′、f1和f1′是两对作用力与反作用力,则可知f1′和N1′的合力F合′的方向是竖直向下的(与F合方向相反)。
如果用F合′等效替代f1′和N1′,则斜劈的受力情况可用图3表示。
从图3中我们可知,如果假设地面对斜劈有一个摩擦力f地,则在水平方向没有其他力与f地抵消,合力不为零,斜劈不可能保持静止,所以f地不存在。
解法二:
可将物块与斜劈视为一个整体,则这个整体的受力情况如图4所示。
可看出,系统在水平方向没有其他力的作用,所以地面不可能对系统有摩擦力的作用。
10.一人造卫星绕地球运动,由于受到稀薄气体阻力的作用,其轨道半径会缓慢发生变化。
若卫星绕地球运动一周的过程都可近似看做圆周运动,则经过足够长的时间后,卫星绕地球运行的
A.半径变大,角速度变大,速率变大
B.半径变小,角速度变大,速率变大
C.半径变大,角速度变小,速率变小
D.半径变小,角速度变小,速率变小
当卫星在某一半径为r的轨道上做圆周运动时,根据牛顿第二定律会有
其中G为引力常量,M为地球质量,m为卫星的质量,r为轨道半径,v为卫星在该轨道的线速度。
此时,
是由万有引力提供的向心力,而
是在轨道r上做圆周运动所需要的向心力,当两者相等,卫星能稳向在轨道上。
由于气体阻力的作用,若轨道半径不发生变化,卫星的速度会变小,这时就会有
,即提供的向心力>
需要的向心力,卫星将做向心运动,轨道半径r会变小。
当卫星经过一段时间后,在新的轨道上做圆周运动时,根据
可得
,由于轨道半径r变小,所以卫星的线速速度v也会变大,角速度变大(
)。
11.两个物体在同一高度同时由静止开始下落,经过一段时间分别与水平地面发生碰撞(碰撞过程时间极短)后反弹,速度大小不变。
一个物体所受空气阻力可忽略,另一个物体所受空气阻力大小与物体速率成正比。
下列用虚线和实线描述两物体运动的v-t图像可能正确的是
这道如果仅仅是选出答案,可以把握两点即可:
1.物体触地反弹后,速度方向要发生改变,所以图线在t轴的上下都有分布,A、B都不正确。
2.由于空气阻力的作用,受空气阻力作用的物体下落的加速度比不受阻力的物体小,落地的时间也就长,所以C不正确。
不受阻力作用力的物体只受重力,不管在下落过程还是在上升过程,都做加速度为匀变速直线运动,加速度恒为g,其v-t关系如选项D中虚线所示。
而受阻力作用的物体,受重力和阻力作用。
在下落过程中其加速度
,由此式可知,随着速度v逐渐变大,a会逐渐变小,图线在图中斜率会逐渐变小;
物体与地面碰撞反弹后,在上升的过程中,其加速度
,随着v逐渐变小,a会逐渐变小,图线在图中的斜率会逐渐变小,最后趋近于g(与虚线斜率相同)。
12.如图所示,一物体在水平力F的作用下,静止在倾角为α的斜面上。
设物体受到斜面的支持力与静摩擦力的合力为F1,F1与竖直方向的夹角为β,下列关于F1的说法中正确的是
A.F1指向右上方,且β一定大于α
B.F1指向右上方,且β可能大于α
C.F1指向左上方,且β一定大于α
D.F1指向左上方,且β可大于α
斜面对物体的摩擦力会随F的大小变化而变化。
图1图2图3
当
时,物体的受力情况如图1所示,此时重力mg、水平力F、支持力N的合力为零,斜面对物体的摩擦力f=0。
时,物体的受力情况如图2所示,此时f的方向为沿斜面向下,N、f的合力F1在N的左侧,此时β>
α。
时,物体的受力情况如图3所示,此时f的方向为沿斜面向上,N、f的合力F1在N的右侧(但没有超过竖直方向),此时β<
13.某同学在实验室中找到一根拉力弹簧,经测量发现其弹力F与弹簧伸长量x的关系如图1所示(图中F0、F1、x1已知)。
现将这根弹簧上端固定,下端接一质量为m的小球,待小球静止后,将小球向下拉一小段距离(在弹簧的弹性限度内),此时弹簧的伸长量为x2,然后由静止释放小球,小球在竖直方向振动。
弹簧质量可忽略不计,重力加速度为g。
当小球速度达到最大时弹簧的伸长量为
A.
B.
C.
D.
题中所述弹簧是一种特殊的弹簧,自然状态下,弹簧的各圈是紧密挨在一起的,并且相互是挤压的,如果用将弹簧的一端固定,另一端用一个从零逐渐增大的力拉弹簧,弹簧并不会马上就伸长,而是要大于某一值时才会发生形变,也就是题中的F0,这个力叫做这个弹簧的初始张力。
实际上F0是一个临界状态,当作用力为F0时,我们认为弹簧没有伸长,此时弹簧各圈间还接触,但已经没有挤压作用了。
对于这样的弹簧我们要注意,F=kx(k为劲度系数,x为形变量)已经不适用了,题中所述弹簧的弹力可表示为F=F0+kx(F0为初始张力,k为劲度系数,x为形变量),由题中的图1可知,
当小球在竖直方向振动的时候,当弹簧的弹力
时小球的速度最大,设此时弹簧的形变量为
,则有
,代入上面k的表达式,化简可得
二、本题共3小题,共20分。
把答案填在答题卡相应的位置。
14.某同学利用如图所示的装置做“研究平抛运动”的实验。
(1)他已经备有下列器材:
有孔的硬纸片、白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、刻度尺、铁架台。
还需要的器材有________。
A.秒表B.天平
C.重锤线D.弹簧测力计
这个实验中只需要描绘出小球做平抛运动的轨迹,然后根据轨迹进行计算,因此不需要测时间、质量以及力,而重锤线的作用是保证保证贴有坐标纸的板在竖直面内,同时确保y轴沿竖直方向。
(2)实验中,下列说法正确的是________。
A.应使小球每次从斜槽上相同的位置由静止释放
B.斜槽轨道必须光滑
C.斜槽轨道的末端可以不水平
D.要使描出的轨迹更好地反映真实运动,记录的点应适当多一点
AD
在实验中,为了能描绘出小球平抛的轨迹,我们需要利用其他装置(例如题中的“有孔的硬纸片”或其他方法),但小球每做一次平抛我们只能找到一个点。
要使找到的轨迹准确,就要使小球每次做的平抛运动尽量相同,也就是说小球每次从O点的初速度要相同,这就要求小球每次都要从斜槽上相同的位置由静止释放,但并不要求斜槽光滑,因为我们认为小球在下滑过程中所受阻力的情况相同。
所以A正确,B错误。
C显然不正确的,因为斜槽轨道的末端如果不水平,小球离开O点的速度就不水平,也就不是平抛运动了。
D是正确的,因为记录的点越多(关于轨道采集的信息多),描绘出的轨道越接近真实运动。
15.某同学做“研究匀变速直线运动”的实验。
(1)实验室提供了以下器材:
打点计时器、一端装有定滑轮的长木板、小车、纸带、细绳、钩码、刻度尺、交流电源、弹簧测力计。
其中在本实验中不需要的器材是__________________。
弹簧测力计
这个实验中要求我们用打点计时器记录小车运动的信息,并根据纸带进行计算,并不需要测量力的大小,所以不需要的器材是弹簧测力计。
(2)已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz。
如图所示为实验所打出的一段纸带,在顺次打出的点中,从O点开始每5个打点间隔取1个计数点,分别记为A、B、C、D。
相邻计数点间的距离已在图中标出,则打点计时器打下计数点C时,小车的瞬时速度v=________m/s;
小车的加速度a=________m/s2。
0.2300.40
(也可以是
16.某同学用如图1所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验。
他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,分别测出指针所指刻度尺的刻度,所得数据列表如下(重力加速度g取10m/s2):
代表符号
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
钩码质量m/g
100
200
300
400
500
600
700
刻度尺的刻度x/cm
11.70
13.40
15.10
18.6
20.30
22.10
24.05
(1)上表中有一个数值在记录时有误,它的代表符号是_____。
读数要注意哪些是需要估读的,哪些是不需要估读的。
不需要估读的有游标卡尺、秒表、欧姆表、交流电压表(多用电表中交流电压表的最低档)。
需要说明的是,其他测量仪器,只有当最小刻度是1、0.1、0.01、0.001……时,才需要估计到下一位。
(2)实验中,代表符号为L3的数值还没有测定,请你根据图2将这个测量值填入记录表中。
答案:
16.85(±
0.02)
(3)该同学认为可以通过绘制x-m图线来分析实验数据。
他根据实验数据在图3中标出了L0、L1、L2和L4、L5、L6、L7对应的坐标点,请你在该图中标出L3对应的坐标点,并画出x-m图线。
【解晰】答案:
略
1.描点要注意坐标纸的最小刻度是多少;
2.画直线时,最好选用一透时直尺来画,画出的直线,应让各数据点与直线的距离最近且均匀分布在直线的两侧;
如果有某一组数据点偏差较大会出现远离直线的点,画直线时这样的点应舍弃。
(4)根据x-m图线可计算出该弹簧的劲度系数为________N/m。
(结果保留三位有效数字)
56.5~58.5
根据你在第(3)题中画出的直线,在直线中找出容易读数的两个数据点(不一定是我们找的坐标点,尽量找坐标纸中的刻度的交叉点),若这两个数据的坐标分别为(x1,m1)、(x2,m2),则直线的斜率
,则弹簧的劲度系数
(单位:
N/m),式中×
10-3和×
10-2是进行单位换算。
三、本题共5小题,共41分。
解答应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。
17.(6分)质量为2.0kg的物体置于水平粗糙地面上,用20N的水平拉力使它从静止开始运动,第4.0s末物体的速度达到24m/s,此时撤去拉力。
求:
(1)物体在运动中受到摩擦力的大小;
(2)撤去拉力后物体能继续滑行的距离。
【解析】
(1)物体受重力、水平拉力、地面的支持力和摩擦力。
重力与支持力是一对平衡力。
物体做初速度为零的匀加速度直线运动。
根据运动学公式有
设物体受到的阻力为f。
根据牛顿第二定律有
所以
N………………………………………………………………(3分)
(2)撤去拉力后,物体在摩擦力的作用下做匀减速直线运动,末速度为零。
根据牛顿第二定律,物体加速度的大小
………………………………………………………(3分)
18.(6分)如图所示,一个质量为m的小球用一根长为l的细绳吊在天花板上,给小球一水平初速度,使它做匀速圆周运动,小球运动所在的平面是水平的。
已知细绳与竖直方向的夹角为θ,重力加速度为g。
(1)细绳对小球的拉力;
(2)小球做圆周运动的线速度。
【解析】小球做匀速圆周运动,绳的拉力和小球重力的合力提供向心力。
(1)物体的受力情况如图所示,根据几何关系可知,绳的拉力
……………………………………(3分)
(2)根据几何关系可知,
设小球的线速度为v。
19.(8分)一辆汽车在十字路口等候绿灯,当绿灯亮时汽车以3.0m/s2的加速度由静止开始做匀加速直线运动,恰在这时,某人骑一辆自行车以6.0m/s的速度匀速驶来,从后边超过汽车。
(1)汽车追上自行车之前,两者间的最大距离;
(2)汽车启动后追上自行车所需的时间。
【解析】我们可以用如图所示的v-t图来描述汽车和自行车的运动。
自行车做匀速直线运动(图中红线),汽车做初速度为零的匀加速直线运动(图中蓝线)。
在0~t1时间内,自行车的速度大于汽车的速度,所以自行车在汽车的前面运动,且它们的距离越来越大;
当t>
t1时,汽车的速度大于自行车的速度,汽车开始追赶自行车。
因此,当t=t1,即汽车的速度等于自行车的速度时,两者距离最大。
因为汽车和自行车是同时、同地出发,所以当两者运动的位移相等时,汽车追上自行车(设此时t=t2)。
(在图中v-t图线与t轴所围面积表示物体的位移,若要汽车与自行的位移相等,只要图中绿色三角形与黄色三角形面积相等即可,可知t1=t2。
)
(1)当
时,两者距离最大。
则从自行车超过汽车到两者距离最大的时间
s
这段时间内汽车和自行车运动的距离分别为
m
所以它们间的最大距离
m…………………………………………………(5分)
(2)设汽车追上自行车所需时间为
这段时间内汽车和自行车运动的距离分别为
又因为
所以
s…………………………………………………………………(3分)
20.(9分)假设地球可视为质量均匀分布的球体。
已知地球质量为M,半径为R,自转的周期为T,引力常量为G。
(1)地球同步卫星距离地面的高度H;
(2)地球表面在两极的重力加速度g;
(3)地球表面在赤道的重力加速度g0。
(1)假设一颗质量为m1的同步卫星绕地球做匀速圆周运动,其轨道半径为R+H。
根据牛顿第二定律有(万有引力提供向心力)
(2)因为在两极地球自转的半径为零,因此物体所受的重力与地球对物体的万有引力相等。
设在地球极点处一物体的质量为m2。
则有
…………………………………………………………………(3分)
(3)方法一:
假设一个质量为m3的物体放在赤道地面,由于物体随地球自转,需要一个向心力,这个向心力由万有引力与地面对物体支持力的合力提供,即有
而这个物体静止在地面上,我们可以认为
,所以有
方法二:
重力是万有引力的分力。
如图1,当某物体在地球表面时,由于物体要随地球一起自转(做匀速圆周运动,轨迹为所处的纬度线,圆心为O2),万有引力F万的分力提供物体做圆周运动所需的向心力F向;
万有引力F万的另一个分力就是我们所说的重力G。
图1图2
当物体所处的纬度不同时,物体随地球自转的轨道半径r不同,而地球自转的角速度ω是不变的,因为
,所以F向会随纬度不同而变化;
如果将地球视为均匀球体,则地球对该物体的万有引力F万不变,则万有引力F万的另一个分力——重力G会相应发生变化。
具体来说,物体离赤道越近,物体做圆周运动的轨道半径r越大,F向越大,物体的重力G就越小,此处的重力加速度g0就越小;
物体离极点越近,r越小,F向越小,G越小,g0越小。
(从赤道到两极,同一物体所受的重力越来越大,重力加速度越来越大。
注:
实际情况中,F向相对万有引力来说很小(在图中F向应该很短为了能看清楚,故意画长了),物体的重力G与万有引力F万是很接近的,所以很多情况下,我们可以认为
(方向也很接近)。
在题中,当物体在赤道上时,F万、F向和G是在同一直线上的,如图2。
则三者之间的数值可表示为
,也就是
,由此式可求得
21.(12分)如图所示,质量M=8.0kg、长L=2.0m的薄木板静置在水平地面上,质量m=0.50kg的小滑块(可视为质点)以速度v0=3.0m/s从木板的左端冲上木板。
已知滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.20,重力加速度g取10m/s2。
(1)若木板固定,滑块将从木板的右端滑出,求:
a.滑块在木板上滑行的时间t;
b.滑块从木板右端滑出时的速度v。
(2)若水平地面光滑,且木板不固定。
在小滑块冲上木板的同时,对木板施加一个水平向右的恒力F,如果要使滑块不从木板上掉下,力F应满足什么条件?
(假定滑块与木板之间最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)
(1)a.滑块在木板上做匀减速直线运动,初速度为v0=3.0m/s,位移为L=2.0m。
滑块在滑行的过程中受重力、支持力、和摩擦力,其中重力=支持力。
根据牛顿第二定律有,滑块加速度的大小
m/s2
设滑块在木板上滑行的时间为t,根据运动学公式有
s或
s(舍)……………………………………………(3分)
之所以要舍去
s,是因为如果木板足够长,当
s时,滑块就静止了。
b.
m/s……………………………………………………………(2分)
(2)①设当F=F1时,滑块恰好运动到木板的右端,然后与木板一起运动。
在滑块与木板有相对滑动的这段时间内,滑块做匀减速直线运动,木板做匀加速直线运动。
设这段时间为t1,滑块与木板共同运动的速度为v1,则有
s,
m/s
m/s2
根据牛顿第二定律有
N
所以,当
N时,滑块不会从木板的右端滑出………………………(4分)
②当滑块与木板共速后,只要不发生相对滑动,滑块就不会从木板的左端滑出,根据牛顿第二定律:
滑块与木板共同运动的加速度
,而滑块在静摩擦力的作用下,能达到的最大加速度
因此,滑块不从木板左端滑出需满足的条件是
,即
N。
………………………………………………(3分)
所以滑块不从木板掉下的条件是
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