湖南省常德市重點中學2022屆高三物理訓練四及參考答案

常德市重點中學2022屆高三物理訓練四(原子物理、動量、電磁感應、交流電時量：75分鐘）一、選擇題：本題共6小題，每小題4分，共24分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1．圖甲為研究光電效應的電路圖，當用頻率為ν的光照金屬陰極K時，通過調節(jié)光電管兩端的電壓U，測量對應的光電流強度I，繪制了如圖乙所示的I－U圖象.已知電子所帶電荷量為e，圖象中遏止電壓Uc、飽和光電流Im及入射光的頻率ν、普朗克常量h均為已知量.下列說法正確的是A．光電子的最大初動能為hν－eUcB．陰極金屬的逸出功為eUcC．若增大原入射光的強度，則Uc和Im均會變化D．陰極金屬的截止頻率為eq\f(hν－eUc,h)2．下列說法正確的是A．圖甲中，當弧光燈發(fā)出的光照射到鋅板上時，與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，發(fā)生光電效應，證明光具有粒子性B．如圖乙所示為某金屬在光的照射下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖象，當入射光的頻率為2ν0時，光電子逸出的初動能一定等于hν0C．圖丙中，用從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑，不能發(fā)生光電效應D．圖丁是放射性元素發(fā)出的射線在垂直于紙面的磁場中偏轉示意圖，射線c是β粒子流，它產生的機理是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的3．圖甲為一臺小型發(fā)電機構造示意圖，線圈逆時針轉動，產生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示。發(fā)電機線圈內阻為1.0Ω，外接燈泡的電阻為9.0Ω，則A．電壓表的示數(shù)為6VB．在t＝0.01s的時刻，穿過線圈磁通量為零C．若線圈轉速改為25r/s，則電動勢有效值為3VD．若線圈轉速改為25r/s，則通過燈泡的電流為1.2A4．如圖所示為清洗汽車用的高壓水槍．設水槍噴出水柱直徑為D，水流速度為v，水柱垂直汽車表面，水柱沖擊汽車后水的速度為零．手持高壓水槍操作，進入水槍的水流速度可忽略不計，已知水的密度為ρ.下列說法正確的是A．高壓水槍單位時間噴出的水的質量為ρπvD2B．高壓水槍單位時間噴出的水的質量為eq\f(1,4)ρvD2C．水柱對汽車的平均沖力為eq\f(1,4)ρD2v2D．當高壓水槍噴口的出水速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，噴出的水對汽車的壓強變?yōu)樵瓉淼?倍5．如圖所示，某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P＝100kW，發(fā)電機的電壓U1＝250V，經(jīng)變壓器升壓后向遠處輸電，輸電線總電阻R線＝8Ω，在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4＝220V.已知輸電線上損失的功率P線＝5kW，假設兩個變壓器均是理想變壓器，下列說法正確的是A．發(fā)電機輸出的電流I1＝40AB．輸電線上的電流I線＝625AC．降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4＝190∶11D．用戶得到的電流I4＝455A6．如圖所示為兩個有界勻強磁場，磁感應強度大小均為B，方向分別垂直紙面向里和向外，磁場寬度均為L，距磁場區(qū)域的左側L處，有一邊長為L的正方形導體線框，總電阻為R，且線框平面與磁場方向垂直，現(xiàn)用外力F使線框以速度v勻速穿過磁場區(qū)域，以初始位置為計時起點，規(guī)定電流沿逆時針方向時的電動勢E為正，磁感線垂直紙面向里時磁通量Φ的方向為正，外力F向右為正．則以下關于線框中的磁通量Φ、感應電動勢E、外力F和電功率P隨時間變化的圖象正確的是二、選擇題：本題共4小題，每小題5分，共20分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。7．如圖所示，“核反應堆”通過可控的鏈式反應實現(xiàn)核能的釋放，核燃料是鈾棒，在鈾棒周圍放“慢化劑”，快中子和慢化劑中的碳原子核碰撞后，中子速度減小變?yōu)槁凶?。下列說法正確的是A．“慢化劑”使快中子變慢中子，慢中子更難被鈾核俘獲B．裂變后的新核氪的比結合能大于鈾核的比結合能C．鏈式反應是指由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程D．一個eq\o\al(235,)92U裂變釋放的能量是200MeV，則該核反應中質量虧損約為3.6×10－28kg8．如圖所示，虛線框內有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，磁場區(qū)域上下寬度為l；質量為m、邊長為l的正方形線圈abcd平面保持豎直，ab邊始終保持水平，從距離磁場上邊緣一定高度處由靜止下落，以速度v進入磁場，經(jīng)過一段時間又以相同的速度v穿出磁場，不計空氣阻力，重力加速度為g.下列說法正確的是A．線圈的電阻R＝eq\f(B2l2v,mg)B．進入磁場前線圈下落的高度h＝eq\f(v2,2g)C．穿過磁場的過程中，線圈電阻產生的熱量Q＝2mglD．線圈穿過磁場所用時間t＝eq\f(l,v)9．豎直放置的輕彈簧下端固定在地上，上端與質量為m的鋼板連接，鋼板處于靜止狀態(tài)。一個質量也為m的物塊從鋼板正上方h處的P點自由落下，打在鋼板上并與鋼板一起向下運動x0后到達最低點Q。下列說法正確的是()A．物塊與鋼板碰后的速度為eq\r(2gh)B．物塊與鋼板碰后的速度為eq\f(\r(2gh),2)C．從P到Q的過程中，彈性勢能的增加量為mg(2x0＋eq\f(h,2))D．從P到Q的過程中，彈性勢能的增加量為mg(2x0＋h)10．如圖所示的U形金屬框架固定在絕緣水平面上，兩導軌之間的距離為L，左端連接一阻值為R的定值電阻，阻值為r、質量為m的金屬棒垂直地放在導軌上，整個裝置處在豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度大小為B，現(xiàn)給金屬棒以水平向右的初速度v0，金屬棒向右運動的距離為x后停止運動，已知該過程中定值電阻上產生的焦耳熱為Q，重力加速度為g，忽略導軌的電阻，整個過程金屬棒始終與導軌垂直并接觸良好．則該過程中()A．安培力對金屬棒做功為－eq\f(R＋r,R)QB．流過金屬棒的電荷量為eq\f(BLx,R＋r)C．整個過程因摩擦而產生的熱量為eq\f(1,2)mv02－QD．金屬棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為eq\f(v\o\al(02),2gx)－eq\f(R＋r,mgxR)Q三、非選擇題：共56分。11．（6分）小明同學在做“探究碰撞中的不變量”的實驗，裝置如圖甲所示。(1)關于本實驗，下列說法正確的是________。A．斜槽末端的切線必須水平，目的是使兩球碰撞時動能無損失B．入射小球和被碰小球的質量必須相等，且大小相同C．入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放D．入射小球在下滑過程中受摩擦力，但實驗結果不會因此產生系統(tǒng)誤差(2)實驗中得出的落點情況如圖乙，則入射小球質量m1和被碰小球質量m2(m1>m2)之比為________。(3)若只用其中一個小球進行實驗，則該裝置也可用于探究做功與物體速度變化的關系。實驗過程中，小球從斜槽不同高度處靜止釋放，釋放點離桌面的高度用H表示，落地點和拋出點之間的水平位移為x。斜槽對小球的摩擦力不可忽略。下列圖象中，關于H和x的關系正確的是________。12．（9分）現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1000Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2000Ω)，單刀雙擲開關一個，導線若干。在室溫下對系統(tǒng)進行調節(jié)，已知U約為18V，Ic約為10mA；流過報警器的電流超過20mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60℃時阻值為650.0Ω。(1)在圖中完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。(2)電路中應選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng)：①電路接通前，需將電阻箱調到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_________________________________________________。②將開關向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至_________________________________________________________。(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。13．如圖所示，在光滑水平面上有B、C兩個木板，B的上表面光滑，C的上表面粗糙，B上有一個可視為質點的物塊A，A、B、C的質量分別為3m、2m、m.A、B以相同的初速度v向右運動，C以速度v向左運動．B、C的上表面等高，二者發(fā)生完全非彈性碰撞但并不粘連，碰撞時間很短．A滑上C后恰好能到達C的中間位置，C的長度為L，不計空氣阻力．求：(1)木板C的最終速度大?。?2)木板C與物塊A之間的摩擦力的大小Ff；(3)物塊A滑上木板C之后，在木板C上做減速運動的時間t.14．如圖所示，兩水平放置的光滑平行金屬導軌MN、PQ固定在絕緣水平面上，導軌間距離為L＝1m。M、P間接有阻值為R＝10Ω的定值電阻，理想電壓表接在定值電阻兩端。導軌處在垂直于導軌平面向上的勻強磁場中，磁場的磁感應強度大小為B＝1T。一根質量m＝0.1kg的金屬棒放在導軌上，金屬棒接入電路的電阻也為R＝10Ω?，F(xiàn)對金屬棒施加一個水平向右的拉力，使金屬棒由靜止開始向右運動，金屬棒運動后電壓表的示數(shù)U隨時間t變化的規(guī)律如圖2所示，金屬棒運動過程中與導軌接觸良好且始終與導軌垂直，導軌電阻不計。求：(1)t＝5s時，拉力F的大??；(2)金屬棒在運動的前5s內，拉力F的沖量大小；(3)金屬棒運動10s時，撤去拉力F，則撤去拉力后金屬棒運動0.5m時速度的大小。15．如圖所示，光滑水平面上有一質量M＝1.98kg的小車，車的B點右側的上表面是粗糙水平軌道，車的B點的左側固定一半徑R＝0.7m的eq\f(1,4)光滑圓弧軌道，圓弧軌道與水平軌道在B點相切，車的最右端D點固定輕質彈簧，彈簧處于自然長度其左端正好對應小車的C點，B與C之間距離L＝0.9m，一個質量m＝2kg的小物塊，置于車的B點，車與小物塊均處于靜止狀態(tài)，突然有一質量m0＝20g的子彈，以速度v0＝500m/s擊中小車并停留在車中，設子彈擊中小車的過程時間極短，已知小物塊與水平軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，g取10m/s2，則：(1)通過計算判斷小物塊是否能達到圓弧軌道的最高點A，并求當小物塊再次回到B點時，小物塊的最大速度大小；(2)若已知彈簧被小物塊壓縮的最大壓縮量x＝10cm，求彈簧的最大彈性勢能。參考答案1．答案D解析光電子的最大初動能為Ekm＝eUc，選項A錯誤；根據(jù)光電效應方程有Ekm＝hν－W0＝eUc，則陰極金屬的逸出功為W0＝hν－eUc，選項B錯誤；若增大原入射光的強度，則最大初動能不變，則遏止電壓Uc不變，但是飽和光電流Im會變化，選項C錯誤；根據(jù)W0＝hνc＝hν－eUc可得，陰極金屬的截止頻率為νc＝eq\f(hν－eUc,h)，選項D正確.2．答案A解析與鋅板相連的驗電器的鋁箔有張角，說明光照射到鋅板上發(fā)生光電效應，從鋅板上有光電子逸出，光電效應說明光具有粒子性，故A正確；根據(jù)光電效應方程有Ek＝hν－W，則當入射光的頻率為2ν0時，光電子逸出的初動能不一定等于hν0，故B錯誤；圖丙中，用n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑，光子的能量為ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV，大于金屬鉑的逸出功，所以能發(fā)生光電效應，故C錯誤；圖丁是放射線在磁場中偏轉示意圖，根據(jù)左手定則可知，射線c是β粒子流，它是原子核發(fā)生β衰變的過程中，由中子轉化為一個質子與一個電子時形成的，故D錯誤。3．答案C解析電壓表的示數(shù)是外電路交流電壓有效值，U＝eq\f(E,R＋r)R＝eq\f(6,9＋1)×9V＝5.4V，A錯誤；t＝0.01s時感應電動勢為零，穿過線圈的磁通量最大，B錯誤；原來線圈的轉速為n＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(2π,2πT)＝50r/s，當線圈的轉速改為25r/s時，感應電動勢的最大值為eq\f(6\r(2),2)V＝3eq\r(2)V，有效值為3V，通過燈泡的電流為0.3A，C正確，D錯誤。4．答案D解析高壓水槍單位時間噴出水的質量等于單位時間內噴出的水柱的質量，即m0＝ρV＝ρπeq\f(D2,4)·v＝eq\f(1,4)πρvD2，故A、B錯誤；水柱對汽車的平均沖力為F，由動量定理得Ft＝mv，即Ft＝eq\f(1,4)ρπvD2·t·v，解得F＝eq\f(1,4)ρπv2D2，選項C錯誤；高壓水槍噴出的水對汽車產生的壓強p＝eq\f(F,S)＝eq\f(\f(1,4)ρπv2D2,\f(1,4)πD2)＝ρv2，則當高壓水槍噴口的出水速度變?yōu)樵瓉淼?倍時，壓強變?yōu)樵瓉淼?倍，選項D正確．5．答案C解析發(fā)電機輸出電流I1＝eq\f(P,U1)＝eq\f(100×103,250)A＝400A，故A錯誤；輸電線上損失的功率P線＝I線2R線＝5kW，所以I線＝eq\r(\f(P線,R線))＝25A，故B錯誤；用戶得到的功率P4＝P－P線＝(100－5)kW＝95kW，則I4＝eq\f(P4,U4)＝eq\f(95×103,220)A＝eq\f(4750,11)A≈432A，故eq\f(n3,n4)＝eq\f(I4,I線)＝eq\f(190,11)，故C正確，D錯誤.6．答案D解析當線框運動L時開始進入磁場，磁通量開始增加，當全部進入時達到最大；此后向外的磁通量增加，總磁通量減??；當運動到2.5L時，磁通量最小，故選項A錯誤；當線框進入第一個磁場時，由E＝BLv可知，E保持不變，而開始進入第二個磁場時，兩邊同時切割磁感線，電動勢應為2BLv，故選項B錯誤；因安培力總是與運動方向相反，故拉力應一直向右，故選項C錯誤；拉力的功率P＝Fv，因速度不變，而線框在第一個磁場時，電流為定值，拉力也為定值；兩邊分別在兩個磁場中時，由選項B的分析可知，電流加倍，回路中總電動勢加倍，功率變?yōu)樵瓉淼?倍；此后從第二個磁場中離開時，安培力應等于線框在第一個磁場中的安培力，所以功率應等于在第一個磁場中的功率，故選項D正確．7．答案BCD解析中子的速度不能太快，否則無法被鈾核捕獲，裂變反應不能進行下去，A錯誤；重核裂變，質量虧損，釋放核能，比結合能大的原子核穩(wěn)定，故新核氪的比結合能大于鈾核的比結合能，B正確；鏈式反應是指由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程，C正確；根據(jù)愛因斯坦質能方程可知，一個eq\o\al(235,)92U裂變釋放的能量是200MeV，此過程中的質量虧損為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝3.6×10－28kg，D正確。8．答案ABC解析由題意可知，線圈進入磁場和穿出磁場時速度相等，說明線圈在穿過磁場的過程中做勻速直線運動，則mg＝F安＝BIl＝eq\f(B2l2v,R)，R＝eq\f(B2l2v,mg)，所以A正確；線圈在進入磁場前做自由落體運動，由動能定理得mgh＝eq\f(1,2)mv2，進入磁場前線圈下落的高度為h＝eq\f(v2,2g)，所以B正確；線圈在穿過磁場的過程中克服安培力做功轉化為焦耳熱，又安培力與重力平衡，則穿過磁場的過程中線圈電阻產生的熱量為Q＝mg·2l＝2mgl，所以C正確；根據(jù)線圈在穿過磁場過程中做勻速運動，可得線圈穿過磁場的時間為t＝eq\f(2l,v)，所以D錯誤．9．答案BC解析物塊下落h，由機械能守恒：mgh＝eq\f(1,2)mv12；物體與鋼板碰撞，則動量守恒：mv1＝2mv2，解得v2＝eq\f(1,2)v1＝eq\f(\r(2gh),2)，選項A錯誤，B正確；從碰撞到Q點，由能量關系可知：eq\f(1,2)·2mv22＋2mgx0＝Ep，則彈性勢能的增加量為Ep＝mg(2x0＋eq\f(h,2))，選項C正確，D錯誤。10．答案ABD解析定值電阻與金屬棒串聯(lián)，金屬棒與定值電阻產生的焦耳熱之比eq\f(Qr,Q)＝eq\f(I2rt,I2Rt)＝eq\f(r,R)，金屬棒產生的焦耳熱Qr＝eq\f(rQ,R)，回路產生的總焦耳熱Q總＝Q＋Qr＝eq\f(R＋r,R)Q，金屬棒克服安培力做功轉化為焦耳熱，安培力對金屬棒做的功為W＝－Q總＝－eq\f(R＋r,R)Q，故A正確；由法拉第電磁感應定律得eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(BLx,Δt)，平均感應電流eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)，流過金屬棒的電荷量q＝eq\x\to(I)Δt，解得流過金屬棒的電荷量為q＝eq\f(BLx,R＋r)，故B正確；對整個過程，由能量守恒定律得eq\f(1,2)mv02＝eq\f(R＋r,R)Q＋Q摩擦，解得Q摩擦＝eq\f(1,2)mv02－eq\f(R＋r,R)Q，故C錯誤；因摩擦產生的熱量Q摩擦＝μmgx，解得μ＝eq\f(v\o\al(02),2gx)－eq\f(R＋rQ,mgxR)，故D正確．11．答案(1)CD(2)7∶2(3)D解析(1)為了保證每次小球都做平拋運動，則斜槽末端必須水平，而不是為了使兩球碰撞時動能無損失，故A錯誤；為了保證小球碰撞為對心碰撞，且碰后不反彈，兩小球應該等大，且入射小球的質量大于被碰小球的質量，故B錯誤；為了保證每次碰撞前入射小球的速度相同，所以入射小球每次都要從斜槽同一高度由靜止釋放，故C正確；入射小球在下滑過程中雖然受摩擦力的作用，但只要保證入射小球到達斜槽末端的速度相同即可，所以實驗結果不會因此產生系統(tǒng)誤差，故D正確。(2)小球做平拋運動拋出點的高度相等，它們在空中的運動時間相等，根據(jù)動量守恒定律有m1v0t＝m1v1t＋m2v2t，即m1OP＝m1OM＋m2ON，代入紙帶數(shù)據(jù)有eq\f(m1,m2)＝eq\f(ON,OP－OM)＝eq\f(35,22.50－12.50)＝eq\f(7,2)。(3)設小球與斜槽間的動摩擦因數(shù)為μ，斜槽與水平面夾角為θ，桌面到地面的高度為h，斜槽水平部分對小球的摩擦力做的功為W0，對小球根據(jù)功能關系可得mgH－μmgcosθ·eq\f(H,sinθ)－W0＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，又因為落地點和拋出點之間的水平位移為x，則有x＝v0t，h＝eq\f(1,2)gt2，聯(lián)立三式整理得H＝eq\f(1,4h\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ))))x2＋eq\f(W0,mg\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ))))，選項D正確。12．解析(1)電路圖如答案圖。(2)U＝18V，通過報警器的電流10mA≤Ic≤20mA，故電路中總電阻R＝eq\f(U,Ic)，即900Ω≤R≤1800Ω，故滑動變阻器選R2。(3)熱敏電阻為650.0Ω時，報警器開始報警，電阻箱的阻值也應為650.0Ω，實驗調試時，將開關置于c端，緩慢調節(jié)滑動變阻器，直到報警器開始報警。為防止通過報警器電流過大，造成報警器燒壞，應使滑動變阻器的滑片置于b端。答案(1)如圖所示(2)R2(3)①650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20mA，報警器可能損壞②c報警器開始報警13．答案(1)eq\f(5,6)v(2)eq\f(mv2,3L)(3)eq\f(3L,2v)解析(1)設水平向右為正方向，B、C碰撞過程中動量守恒，則有：2mv－mv＝(2m＋m)v1解得v1＝eq\f(v,3)A滑到C上，A、C組成的系統(tǒng)動量守恒，則有：3mv＋mv1＝(3m＋m)v2解得v2＝eq\f(5,6)v；(2)根據(jù)能量關系可知，在A、C相互作用過程中，木板C與物塊A之間因摩擦產生的熱量為Q＝eq\f(1,2)(3m)v2＋eq\f(1,2)mv12－eq\f(1,2)(3m＋m)v22Q＝Ff·eq\f(L,2)聯(lián)立解得Ff＝eq\f(mv2,3L)；(3)在A、C相互作用過程中，以C為研究對象，由動量定理得Fft＝mv2－mv1解得t＝eq\f(3L,2v).14．解析：(1)由于金屬棒兩端的電壓與時間成正比，根據(jù)歐姆定律知，電路中的電流也與時間成正比，電路中的電動勢與時間成正比，由E＝BLv可知，速度與時間成正比，即金屬棒做勻加速運動。根據(jù)速度時間關系可得：v＝at則電壓U＝eq\f(1,2)BLv＝eq\f(1,2)BLat結合圖象可知：t＝1s時，U＝eq\f(1,2)BLa＝1V解得a＝2m/s2t＝5s時，金屬棒的速度大小為v5＝at5＝10m/s根據(jù)牛頓第二