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北京卷
2016年普通高等学校招生全国统一考试(北京卷)
理综物理
第一部分(选择题 共48分)
本部分共8小题,每小题6分,共48分。
在每小题列出的四个选项中,选出最符合题目要求的一项。
13.处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有( )
A.1种B.2种C.3种D.4种
14.下列说法正确的是( )
A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波
C.声波只能在空气中传播D.光需要介质才能传播
15.如图所示,弹簧振子在M、N之间做简谐运动。
以平衡位置O为原点,建立Ox轴。
向右为x轴正方向。
若振子位于N点时开始计时,则其振动图像为( )
16.如图所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直。
磁感应强度B随时间均匀增大。
两圆环半径之比为2∶1,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb。
不考虑两圆环间的相互影响。
下列说法正确的是( )
A.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿逆时针方向B.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿顺时针方向
C.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿逆时针方向D.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿顺时针方向
17.中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:
“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也。
”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。
结合上述材料,下列说法不正确的是( )
A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B.地球内部也存在磁场,地磁南极在地理北极附近
C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
18.如图所示,一颗人造卫星原来在椭圆轨道1绕地球E运行,在P点变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。
下列说法正确的是( )
A.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的速度都相同
B.不论在轨道1还是轨道2运行,卫星在P点的加速度都相同
C.卫星在轨道1的任何位置都具有相同加速度
D.卫星在轨道2的任何位置都具有相同动量
19.某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻,他们提出的实验方案中有如下四种器材组合。
为使实验结果尽可能准确,最不可取的一组器材是( )
A.一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B.一个伏特表和多个定值电阻
C.一个安培表和一个电阻箱D.两个安培表和一个滑动变阻器
20.雾霾天气是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。
雾霾中,各种悬浮颗粒物形状不规则,但可视为密度相同、直径不同的球体,并用PM10、PM2.5分别表示球体直径小于或等于10μm、2.5μm的颗粒物(PM是颗粒物的英文缩写)。
某科研机构对北京地区的检测结果表明,在静稳的雾霾天气中,近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小,且两种浓度分布基本不随时间变化。
据此材料,以下叙述正确的是( )
A.PM10表示直径小于或等于1.0×10-6m的悬浮颗粒物
B.PM10受到的空气分子作用力的合力始终大于其所受到的重力
C.PM10和大悬浮颗粒物都在做布朗运动
D.PM2.5的浓度随高度的增加逐渐增大
第二部分(非选择题 共72分)
本部分共4小题,共72分。
21.(18分)
(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。
图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。
由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力 (选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更 (选填“敏感”或“不敏感”)。
图1
图2
(2)利用图2装置做“验证机械能守恒定律”实验。
①为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的 。
A.动能变化量与势能变化量
B.速度变化量与势能变化量
C.速度变化量与高度变化量
②除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是 。
A.交流电源 B.刻度尺 C.天平(含砝码)
③实验中,先接通电源,再释放重物,得到图3所示的一条纸带。
在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为hA、hB、hC。
已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。
设重物的质量为m。
从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔEp= ,动能变化量ΔEk= 。
图3
④大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是 。
A.利用公式v=gt计算重物速度B.利用公式v=
计算重物速度
C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.没有采用多次实验取平均值的方法
⑤某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:
在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2-h图像,并做如下判断:
若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒。
请你分析论证该同学的判断依据是否正确。
22.(16分)如图所示,质量为m、电荷量为q的带电粒子,以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场,在磁场中做匀速圆周运动。
不计带电粒子所受重力。
(1)求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T;
(2)为使该粒子做匀速直线运动,还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场,求电场强度E的大小。
23.(18分)如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于板面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出。
已知电子质量为m,电荷量为e,加速电场电压为U0。
偏转电场可看作匀强电场,极板间电压为U,极板长度为L,板间距为d。
(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离Δy。
(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法。
在解决
(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。
已知U=2.0×102V,d=4.0×10-2m,m=9.1×10-31kg,e=1.6×10-19C,g=10m/s2。
(3)极板间既有静电场也有重力场。
电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势φ的定义式。
类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”φG的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。
24.(20分)
(1)动量定理可以表示为Δp=FΔt,其中动量p和力F都是矢量。
在运用动量定理处理二维问题时,可以在相互垂直的x、y两个方向上分别研究。
例如,质量为m的小球斜射到木板上,入射的角度是θ,碰撞后弹出的角度也是θ,碰撞前后的速度大小都是v,如图1所示。
碰撞过程中忽略小球所受重力。
a.分别求出碰撞前后x、y方向小球的动量变化Δpx、Δpy;
b.分析说明小球对木板的作用力的方向。
(2)激光束可以看作是粒子流,其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动。
激光照射到物体上,在发生反射、折射和吸收现象的同时,也会对物体产生作用。
光镊效应就是一个实例,激光束可以像镊子一样抓住细胞等微小颗粒。
一束激光经S点后被分成若干细光束,若不考虑光的反射和吸收,其中光束①和②穿过介质小球的光路如图2所示。
图中O点是介质小球的球心,入射时光束①和②与SO的夹角均为θ,出射时光束均与SO平行。
请在下面两种情况下,分析说明两光束因折射对小球产生的合力的方向。
a.光束①和②强度相同;
b.光束①比②的强度大。
图1
图2
2016年普通高等学校招生全国统一考试(北京卷)
13.C 处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为
所以处于n=3能级的大量氢原子向低能级跃迁,辐射光的频率有
=3种,故C项正确。
规律总结 利用能级图,结合排列组合的知识,把氢原子从高能级向低能级跃迁释放光子种类的规律总结明白,并不断强化。
14.A 声波是机械波,是纵波,在气体、固体、液体中都能传播,故B、C两项均错误;电磁波的传播不需要介质,能在真空中以光速传播,A项正确,D项错误。
知识归纳 要把电磁波与机械波的共同点和不同点比较清楚。
15.A 振子在N点时开始计时,其位移为正向最大,并按正弦规律变化,故选项A正确。
疑难突破 简谐运动是以平衡位置O为位移的起点,确定正方向是突破点。
16.B 由题意可知
=k,导体圆环中产生的感应电动势E=
=
·S=
·πr2,因ra∶rb=2∶1,故Ea∶Eb=4∶1;由楞次定律知感应电流的方向均沿顺时针方向,选项B正确。
方法技巧 磁感应强度均匀增大,说明磁感应强度的变化率恒定,故感应电动势的大小与圆环的面积成正比;利用“增反减同”可以确定感应电流的方向。
17.C 由题意可知,地理南、北极与地磁场的南、北极不重合,存在磁偏角,A正确。
磁感线是闭合的,再由图可推知地球内部存在磁场,地磁南极在地理北极附近,故B正确。
只有赤道上方附近的磁感线与地面平行,故C错误。
射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的运动方向与地磁场方向不平行,故地磁场对其有力的作用,这是磁场的基本性质,故D正确。
选C。
审题指导 题图往往提供解题的关键信息,所以要仔细观察图,挖掘有用信息。
18.B 卫星在轨道1上运行到P点,经加速后才能在轨道2上运行,故A错误。
由G
=ma得:
a=
由此式可知B正确、C错。
卫星在轨道2上的任何位置具有的动量大小相等,但方向不同,故D错。
易错点拨 卫星做圆周运动的加速度要根据实际运动情况分析。
与
相等时,卫星才可以做稳定的匀速圆周运动;
>
时,卫星将做离心运动。
19.D 根据U=E-Ir,要测出E和r,就要同时测出U和I,A、B、C三个选项都能满足要求;D选项只能测出电流I,不能测出电压U,所以选D。
解题方法 测量电源的电动势和内阻有多种方法,最常用的方法有:
1.伏安法,电路如图1所示。
图1
2.伏阻法,电路如图2所示。
图2
3.安阻法,电路如图3所示。
图3
20.C PM10的直径小于或等于10×10-6m=1.0×10-5m,A错误;处于静稳态的颗粒受力平衡,B错误;布朗运动是悬浮颗粒物的无规则运动,C正确;根据题意不能判断PM2.5的浓度随高度的增加而增大,D错误。
失分警示 本题易错选D而失分,题目中明确提出“近地面高度百米的范围内,PM10的浓度随高度的增加略有减小,大于PM10的大悬浮颗粒物的浓度随高度的增加明显减小”,并没有明确PM2.5的浓度随高度的变化情况。
21.
答案
(1)增强 敏感
(2)①A ②AB ③-mghB
m
④C
⑤见解析
解析
(1)由R-t图知热敏电阻随t增大阻值R减小,所以导电能力增强;由题图中可看出,相对金属热电阻而言,随温度变化,热敏电阻的阻值变化更明显,即热敏电阻对温度变化的响应更敏感。
(2)①重物的机械能指它的动能和重力势能,所以机械能是否守恒要看动能和重力势能变化量是否相等,所以选A项。
②因为电磁打点计时器用6V以下交流电源,所以A项器材需要;实验中需要用刻度尺测纸带上点间距离,所以B项器材需要;因为动能变化、重力势能变化都是对同一重物而言的,所以不需要测它的质量,故C项不需要。
③从打O点到打B点的过程中重物的重力势能在减少,所以ΔEp=-mghB,再由
=
得打B点时重物的速度为vB=
故动能变化量为ΔEk=
m
-0=
m
。
④因为做实验时存在空气阻力和纸带与打点计时器间的摩擦阻力,故重物下落过程不是自由落体运动,所以|ΔEp|>ΔEk,所以C项正确。
⑤该同学的判断依据不正确。
在重物下落h的过程中,若阻力f恒定,根据mgh-fh=
mv2-0⇒v2=2(g-
)h可知,v2-h图像就是过原点的一条直线。
要想通过v2-h图像的方法验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近2g。
解题指导
(1)当做本题时,必须要会看R-t图像的特点和变化规律,才能明白两种材料的特点。
(2)用匀变速直线运动某段时间的中间时刻速度等于平均速度,即
=
求出瞬时速度,再求动能的变化量。
22.
答案
(1)
(2)vB
解析
(1)洛伦兹力提供向心力,有f=qvB=m
带电粒子做匀速圆周运动的半径R=
匀速圆周运动的周期T=
=
(2)粒子受电场力F=qE,洛伦兹力f=qvB。
粒子做匀速直线运动,则qE=qvB
场强E的大小E=vB
解题指导 粒子在磁场中做匀速圆周运动,应先确定向心力,用向心力公式去解决问题,用圆周运动的物理量间的关系求周期。
易错点拨 直接写出半径R和周期T的结果,缺乏依据和推理,造成失分,值得特别注意。
23.
答案
(1)
(2)(3)见解析
解析
(1)根据功和能的关系,有eU0=
m
电子射入偏转电场的初速度v0=
在偏转电场中,电子的运动时间Δt=
=L
偏转距离Δy=
a(Δt)2=
(2)考虑电子所受重力和电场力的数量级,有
重力G=mg~10-29N
电场力F=
~10-15N
由于F≫G,因此不需要考虑电子所受重力。
(3)电场中某点电势φ定义为电荷在该点的电势能Ep与其电荷量q的比值,即φ=
由于重力做功与路径无关,可以类比静电场电势的定义,将重力场中物体在某点的重力势能EG与其质量m的比值,叫做“重力势”,即φG=
。
电势φ和重力势φG都是反映场的能的性质的物理量,仅由场自身的因素决定。
解题指导 这是属于带电粒子在匀强电场中先加速再偏转的问题,带电粒子在加速电场中运用功能关系(动能定理)来列式,带电粒子在偏转电场中做类平抛运动时运用运动的合成和分解来解答。
审题指导 读题要抓住带电粒子在电场中运动的性质,在加速电场中做初速度为零的匀加速直线运动,在偏转电场中做类平抛运动。
24.
答案
(1)a.见解析 b.沿y轴负方向
(2)a.合力沿SO向左 b.指向左上方
解析
(1)a.x方向:
动量变化为
Δpx=mvsinθ-mvsinθ=0
y方向:
动量变化为
Δpy=mvcosθ-(-mvcosθ)=2mvcosθ
方向沿y轴正方向
b.根据动量定理可知,木板对小球作用力的方向沿y轴正方向;根据牛顿第三定律可知,小球对木板作用力的方向沿y轴负方向。
(2)a.仅考虑光的折射,设Δt时间内每束光穿过小球的粒子数为n,每个粒子动量的大小为p。
这些粒子进入小球前的总动量为p1=2npcosθ
从小球出射时的总动量为p2=2np
p1、p2的方向均沿SO向右
根据动量定理:
FΔt=p2-p1=2np(1-cosθ)>0
可知,小球对这些粒子的作用力F的方向沿SO向右;根据牛顿第三定律,两光束对小球的合力的方向沿SO向左。
b.建立如图所示的Oxy直角坐标系。
x方向:
根据
(2)a同理可知,两光束对小球的作用力沿x轴负方向。
y方向:
设Δt时间内,光束①穿过小球的粒子数为n1,光束②穿过小球的粒子数为n2,n1>n2。
这些粒子进入小球前的总动量为p1y=(n1-n2)psinθ
从小球出射时的总动量为p2y=0
根据动量定理:
FyΔt=p2y-p1y=-(n1-n2)psinθ
可知,小球对这些粒子的作用力Fy的方向沿y轴负方向,根据牛顿第三定律,两光束对小球的作用力沿y轴正方向。
所以两光束对小球的合力的方向指向左上方。
解题指导
(1)将速度沿x轴和y轴两个方向分解,然后求解Δpx与Δpy。
(2)运用动量定理确定两个轴向的作用力方向,再进行合成分析。
疑难突破 光强不同,体现单位时间内发射的光子个数不同。
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