普通高等学校招生全国统一考试江苏卷物理.docx
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普通高等学校招生全国统一考试江苏卷物理
2010年普通高等学校招生全国统一考试(江苏卷)
(物理)
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。
满分120分。
考试时间100分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共31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
解析:
本题考查运动的合成与分解,意在考查考生处理实际运动问题的能力;本题橡皮参与了两个分运动,一个是沿水平方向与铅笔速度一样的匀速直线运动,另一个是竖直方向上与铅笔移动速度大小相等的匀速直线运动,这两个直线运动的合运动是斜向上的匀速直线运动,故选项A正确.
答案:
A
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
解析:
本题考查法拉第电磁感应定律,意在考查考生对基本规律和基本概念的理解和应用能力.根据法拉第电磁感应定律E=
=
,设初始时刻磁感应强度为B0,线圈面积为S0,则第一种情况下的感应电动势为E1=
=
=B0S0;则第二种情况下的感应电动势为E2=
=
=B0S0,所以两种情况下线圈中的感应电动势相等,比值为1,故选项B正确.
答案:
B
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.
mg B.
mg
C.
mgD.
mg
解析:
本题考查力的平衡,意在考查考生受力分析的能力.题中每根支架对照相机的作用力F沿每根支架向上,这三个力的合力等于照相机的重力,所以有3Fcos30°=mg,得F=
=
mg,故选项D正确.
答案:
D
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( )
解析:
本题考查自感现象和闭合电路欧姆定律.开关S闭合的瞬间,由于L的阻碍作用,由R与L组成的支路相当于断路,后来由于L的阻碍作用不断减小,相当于外电路并联部分的电阻不断减小,根据闭合电路欧姆定律I=
,整个电路中的总电流增大,由U内=Ir得内电压增大,由UAB=E-Ir得路端电压UAB减小.电路稳定后,由于R的阻值大于灯泡D的阻值,所以流过L支路的电流小于流过灯泡D的电流.当开关断开时,由于电感L的自感作用,流过灯泡D的电流立即与L电流相等,与灯泡原来的电流方向相反且逐渐减小,即UAB反向减小,选项B正确.
答案:
B
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
解析:
本题考查电场强度、电势、电势差的概念和图象问题.电势差与电场强度的关系为U=Ed,此表达式适用于匀强电场,图中为非匀强电场的场强E与坐标x的关系图象,当取一段极短长度Δx时,可认为Δx长度内的电场为匀强电场,因此图象所包围的面积表示电势差.图中从O点沿+x轴方向,场强为正值,位移为正值,所以图线与x轴包围的面积表示的电势差为正,表示沿+x轴方向的电势逐渐降低,即O点电势依次大于x1点、x2点、x3点的电势,选项A、B、D错误.而图中沿-x轴方向,场强为负值、位移为负值,所以图线与x轴包围的面积表示的电势差也为正,即沿-x轴方向的电势也逐渐降低.因从-x1点移到x1点,E-x图线在O点两侧所包围的面积相等,表示这两点间的电势差为零,所以-x1和x1两点电势相等,选项C正确.此电场实际上是等量同种正电荷,从两电荷连线的中点沿中垂线向两侧外移动的电场模型.
答案:
C
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
解析:
本题考查万有引力定律的应用,意在考查考生分析天体运动的能力.航天飞机在轨道Ⅱ上从远地点A向近地点B运动的过程中万有引力做正功,所以A点的速度小于B点的速度,选项A正确;航天飞机在A点减速后才能做向心运动,从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ,所以轨道Ⅱ上经过A点的动能小于在轨道Ⅰ上经过A点的动能,选项B正确;根据开普勒第三定律
=k,因为轨道Ⅱ的长半轴小于轨道Ⅰ的半径,所以航天飞机在轨道Ⅱ的运动周期小于在轨道Ⅰ的运动周期,选项C正确;根据牛顿第二定律F=ma,因航天飞机在轨道Ⅱ和轨道Ⅰ上A点的万有引力相等,所以在轨道Ⅱ上经过A点的加速度等于在轨道Ⅰ上经过A点的加速度,选项D错误.
答案:
ABC
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
解析:
本题考查变压器、远距离输电,意在考查考生的推理能力.设升压变压器的原、副线圈匝数比为N1降压变压器的原、副线圈匝数比为N2,发电厂输出电压为U1,输出功率为P1,则升压变压器的输出电压为U1/N1,输电线中的电流为P1/(U1/N1),输电线损耗的功率为
,降压变压器输出电压为(
-
),输电线上损耗的功率占总功率的比例为
,可见,当输出功率P1增大时,选项C、D正确.
答案:
CD
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
解析:
本题考查功的计算、动能定律、能量守恒,意在考查考生综合运用所学知识分析问题的能力.设前一过程中合力做功为mgl1(sinα-μ1cosα),后一过程中合力做功为mgl2(sinα-μ2cosα),因l1<l2,前一过程中任一位置的动摩擦因数μ1大于后一过程中任一位置的动摩擦因数μ2,所以mgl1(sinα-μ1cosα)<mgl2(sinα-μ2cosα),因此根据动能定理知物块经过P点的动能前一过程较小,选项A正确;因两个过程中摩擦力做的功一样大,所以产生的热量一样大,选项B错误;又因为两个过程中合力做的功一样大,所以物块滑到底端的速度一样大,选项C错误;前一过程物块做加速度增大的加速运动(图线1),后一过程物块做加速度减小的加速运动(图线2),而物块到底端的速度又相等,v-t图象如图所示,可见后一过程运动时间短,选项D正确.
答案:
AD
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
解析:
本题考查带电粒子在磁场中的运动,意在考查考生综合运用数学知识和物理知识分析问题的能力.质子在磁场中运动时速度大小不变,由题图可知质子运动的轨迹长度不相等,所以三个质子运动的时间不等,选项A错误;由r=
知三个质子在附加磁场以外区域运动时轨道半径相等,又洛伦兹力的方向与速度方向垂直,所以从S点作出的圆心不均在OO′轴上,选项B错误;若撤去附加磁场,SS′距离为2rcosθ,θ为质子初速度方向与竖直方向的夹角,因为α>β,所以a到达SS′连线上的位置距S点最近,选项C正确;由题意知附加磁场与原磁场方向相同,选项D正确.
答案:
CD
第Ⅱ卷(非选择题 共89分)
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)
解析:
本题主要考查测量电源电动势和电阻的基础知识,意在考查考生实验方案设计和数据处理能力.
(1)实验中电阻箱起到改变电路的总电阻和分压作用,为了确保仪器的安全,一般将电阻箱的电阻先调到最大值.
(2)由于定值电阻R0=10Ω,若选用方案1,则电压表的示数较小,示数变化范围也很小,所以选用方案2.
(3)由题意可得E=
(R0+R+r),变形为
=
R+
,由题意得斜率k=
,截距b=
,解得E=
,r=
-R0.
答案:
(1)最大值
(2)2 (3)
-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.
解析:
本题主要考查基本仪器的使用和实验数据的处理,意在考查考生的探究能力和运用图象法处理数据的能力.
(1)打点计时器的使用是先接通电源,再松开纸带,所以应在释放小车之前接通打点计时器.
(2)根据t轴上的比例标度取每一大格为0.5s;根据速度v的数据,v轴上的比例标度取每一大格为0.05m/s;然后描点、光滑连线,得到一条斜率越来越小的曲线.
(3)因为斜率表示小车加速度的大小,斜率越来越小,说明小车的加速度越来越小,根据牛顿第二定律得出小车所受的阻力越来越大,因此同意该同学的观点.
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.
12.【选做题】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.(选修模块3-3)(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)
解析:
(1)本题主要考查理想气体状态变化方程,意在考查考生利用图象描述物理过程的能力.根据气体等温变化方程pV=C,所以p=
,因此p-
的图象是一条过原点的直线,选项B正确.
(2)本题主要考查理想气体的内能、热力学第一定律,意在考查考生对理想气体内能的概念和热力学第一定律的理解.因为理想气体的内能只跟温度有关,第一个过程是等温压缩,所以内能不变,第二个过程中,体积不变,说明只与外界发生热传递,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,所以ΔU=0-5=-5(kJ),故空气内能减小5kJ,空气放出29kJ的热量.
(3)本题主要考查分子动理论,意在考查考生的计算能力.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个.
答案:
(1)B
(2)5 放出 29
(3)3×1022个
B.(选修模块3-4)(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”).
(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.
解析:
(1)本题主要考查激光的性质,意在考查考生综合分析问题的能力.
光是横波,选项A错;激光在介质中的波长为λ=
,不同介质n不同,所以波长不同,选项B错;产生干涉的条件是频率相同,选项C错;利用激光平行度好的特点可以测量月球和地球之间的距离,选项D正确.
(2)本题主要考查双缝干涉现象,意在考查考生对双缝干涉现象的分析和理解.因为
=
,即半波长的奇数倍,所以出现暗条纹.根据条纹间距Δx=
λ,当单色光的波长变长时,条纹间距变宽.
(3)本题主要考查折射定律、全反射,意在考查考生对基本概念的理解.设折射角为r,折射定律
=n,由几何关系得l=2dtanr,解得d=
l.
答案:
(1)D
(2)暗条纹 变宽
(3)
l
C.(选修模块3-5)(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.
解析:
(1)本题主要考查光电效应现象,意在考查考生对光电效应的理解.频率相同的光照射同一金属时,发射出的光电子的最大初动能相同,所以遏止电压相同;饱和电流与光的强度有关,光的强度越大,饱和电流越大,故选项C正确.
(2)本题主要考查动量的概念,意在考查考生对基本概念的理解.动量p=mv,光电子从金属表面逸出的过程中要克服逸出功,速度减小,所以动量减小.
(3)本题主要考查光电效应的条件和玻尔模型,意在考查考生的推理能力.
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.
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)见解析
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.
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
由机械能守恒
mv
=mgh
感应电动势的最大值Em=BLvm
感应电流的最大值Im=
解得Im=
答案:
(1)
(2)
(3)
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.
解析:
(1)根据机械能守恒 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)由动能定理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
且有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.
答案:
(1)1080N
(2)1.2m (3)见解析
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.
(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.
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=[t-(k+1)nτ]
,(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′[t-(2n+1)τ]⑪
解得v=[(n+1)(k+1)τ-kt]
,(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
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