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近三年2020-2022高考物理真題按題型分類匯編一解答題(含
解析)
一、解答題
1.(2022?全國(guó)?高考真題)將一小球水平拋出,使用頻閃儀和照相機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行
拍攝,頻閃儀每隔。.05s發(fā)出一次閃光。某次拍攝時(shí),小球在拋出瞬間頻閃儀恰好閃光,
拍攝的照片編輯后如圖所示。圖中的第一個(gè)小球?yàn)閽伋鏊查g的影像,每相鄰兩個(gè)球之間
被刪去了3個(gè)影像,所標(biāo)出的兩個(gè)線段的長(zhǎng)度名和s?之比為3:7o重力加速度大小取
g=10m/s2,忽略空氣阻力。求在拋出瞬間小球速度的大小。
2.(2022?全國(guó)?高考真題)光點(diǎn)式檢流計(jì)是一種可以測(cè)量微小電流的儀器,其簡(jiǎn)化的工
作原理示意圖如圖所示。圖中A為輕質(zhì)絕緣彈簧,C為位于紙面上的線圈,虛線框內(nèi)有
與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng);M為置于平臺(tái)上的輕質(zhì)小平面反射鏡,輕質(zhì)剛性細(xì)桿。的一
端與M固連且與鏡面垂直、另一端與彈簧下端相連,P2為圓弧形的、帶有均勻刻度的
透明讀數(shù)條,PQ的圓心位于M的中心。使用前需調(diào)零:使線圈內(nèi)沒(méi)有電流通過(guò)時(shí),M豎
直且與紙面垂直;入射細(xì)光束沿水平方向經(jīng)P2上的。點(diǎn)射到M上后沿原路反射。線圈
通入電流后彈簧長(zhǎng)度改變,使"發(fā)生傾斜,入射光束在M上的入射點(diǎn)仍近似處于尸。的
圓心,通過(guò)讀取反射光射到P2上的位置,可以測(cè)得電流的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)
為k,磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為8,線圈C的匝數(shù)為N。沿水平方向的長(zhǎng)度為/,細(xì)桿。
的長(zhǎng)度為d,圓弧尸2的半徑為r,d遠(yuǎn)大于彈簧長(zhǎng)度改變量的絕對(duì)值。
(1)若在線圈中通入的微小電流為/,求平衡后彈簧長(zhǎng)度改變量的絕對(duì)值A(chǔ)x及PQ上反
射光點(diǎn)與。點(diǎn)間的弧長(zhǎng)s;
(2)某同學(xué)用此裝置測(cè)一微小電流,測(cè)量前未調(diào)零,將電流通入線圈后,尸。上反射光
點(diǎn)出現(xiàn)在。點(diǎn)上方,與。點(diǎn)間的弧長(zhǎng)為馬、保持其它條件不變,只將該電流反向接入,
則反射光點(diǎn)出現(xiàn)在。點(diǎn)下方,與。點(diǎn)間的弧長(zhǎng)為$2。求待測(cè)電流的大小。
3.(2022?全國(guó)?統(tǒng)考高考真題)如圖,容積均為%、缸壁可導(dǎo)熱的A、8兩汽缸放置在
壓強(qiáng)為P。、溫度為《的環(huán)境中;兩汽缸的底部通過(guò)細(xì)管連通,A汽缸的頂部通過(guò)開口C
與外界相通:汽缸內(nèi)的兩活塞將缸內(nèi)氣體分成I、II、III、W四部分,其中第H、III部
分的體積分別為1%和;匕、環(huán)境壓強(qiáng)保持不變,不計(jì)活塞的質(zhì)量和體積,忽略摩擦。
o4
(1)將環(huán)境溫度緩慢升高,求B汽缸中的活塞剛到達(dá)汽缸底部時(shí)的溫度;
(2)將環(huán)境溫度緩慢改變至27;,然后用氣泵從開口C向汽缸內(nèi)緩慢注入氣體,求A
汽缸中的活塞到達(dá)汽缸底部后,3汽缸內(nèi)第IV部分氣體的壓強(qiáng)。
4.(2022?全國(guó)?高考真題)如圖,邊長(zhǎng)為a的正方形48C。為一棱鏡的橫截面,M為AB
邊的中點(diǎn)。在截面所在的平面,一光線自M點(diǎn)射入棱鏡,入射角為60。,經(jīng)折射后在
8c邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,反射光線從C。邊的尸點(diǎn)射出棱鏡,求棱鏡的折射率以
及尸、C兩點(diǎn)之間的距離。
5.(2022?全國(guó)?統(tǒng)考高考真題)如圖,一不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩的上端固定,下端系在邊長(zhǎng)為
/=0.40m的正方形金屬框的一個(gè)頂點(diǎn)上。金屬框的一條對(duì)角線水平,其下方有方向垂
直于金屬框所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知構(gòu)成金屬框的導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的阻值為
試卷第2頁(yè),共10頁(yè)
2=5.0xl0~3Q/m;在f=0到/=3.0s時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間r的變化關(guān)系為
B(r)=0.3-0.k(SI)o求:
(1)f=2.0s時(shí)金屬框所受安培力的大?。?/p>
(2)在t=0到f=2.0s時(shí)間內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱。
6.(2022.全國(guó).統(tǒng)考高考真題)如圖(a),一質(zhì)量為機(jī)的物塊A與輕質(zhì)彈簧連接,靜止
在光滑水平面上:物塊8向A運(yùn)動(dòng),/=0時(shí)與彈簧接觸,至打=2辦時(shí)與彈簧分離,第一
次碰撞結(jié)束,A、B的VT圖像如圖(b)所示。已知從7=0至/=?()時(shí)間內(nèi),物塊A運(yùn)
動(dòng)的距離為0.36卬°。A、B分離后,A滑上粗糙斜面,然后滑下,與一直在水平面上運(yùn)
動(dòng)的B再次碰撞,之后A再次滑上斜面,達(dá)到的最高點(diǎn)與前一次相同。斜面傾角為
仇sin6=0.6),與水平面光滑連接。碰撞過(guò)程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。求
(1)第一次碰撞過(guò)程中,彈簧彈性勢(shì)能的最大值;
(2)第一次碰撞過(guò)程中,彈簧壓縮量的最大值;
(3)物塊A與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)。
7.(2022?全國(guó)?高考真題)如圖,一豎直放置的汽缸由兩個(gè)粗細(xì)不同的圓柱形筒組成,
汽缸中活塞I和活塞II之間封閉有一定量的理想氣體,兩活塞用一輕質(zhì)彈簧連接,汽缸
連接處有小卡銷,活塞H不能通過(guò)連接處?;钊鸌、II的質(zhì)量分別為2租、面積分
別為2S、S,彈簧原長(zhǎng)為初始時(shí)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為QU,活
塞I、II到汽缸連接處的距離相等,兩活塞間氣體的溫度為"。己知活塞外大氣壓強(qiáng)為
P。,忽略活塞與缸壁間的摩擦,汽缸無(wú)漏氣,不計(jì)彈簧的體積。(重力加速度常量g)
(1)求彈簧的勁度系數(shù);
(2)緩慢加熱兩活塞間的氣體,求當(dāng)活塞n剛運(yùn)動(dòng)到汽缸連接處時(shí),活塞間氣體的壓
強(qiáng)和溫度。
8.(2022?全國(guó)?圖考真題)一細(xì)束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面AC上以大角度由。點(diǎn)入
射(入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)),入射角為3經(jīng)折射后射至AB邊的E點(diǎn),如圖所示,
逐漸減小i,E點(diǎn)向8點(diǎn)移動(dòng),當(dāng)sini=3時(shí),恰好沒(méi)有光線從邊射出棱鏡,且
DE=DA,求棱鏡的折射率。
9.(2021.全國(guó)?高考真題)一籃球質(zhì)量為%=Q60kg,一運(yùn)動(dòng)員使其從距地面高度為
4=L8m處由靜止自由落下,反彈高度為%=1.2m。若使籃球從距地面%=1.5m的高
度由靜止下落,并在開始下落的同時(shí)向下拍球、球落地后反彈的高度也為L(zhǎng)5m。假設(shè)
運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)球的作用力為恒力,作用時(shí)間為"0.20s;該籃球每次與地面碰撞前后
的動(dòng)能的比值不變。重力加速度大小取g=10m/s2,不計(jì)空氣阻力。求:
(1)運(yùn)動(dòng)員拍球過(guò)程中對(duì)籃球所做的功;
(2)運(yùn)動(dòng)員拍球時(shí)對(duì)籃球的作用力的大小。
10.(2021?全國(guó)?高考真題)如圖,一傾角為a的光滑固定斜面的頂端放有質(zhì)量0.06kg
的U型導(dǎo)體框,導(dǎo)體框的電阻忽略不計(jì);一電阻R=3。的金屬棒CO的兩端置于導(dǎo)體框
上,與導(dǎo)體框構(gòu)成矩形回路CDE尸;E尸與斜面底邊平行,長(zhǎng)度Z=0.6m。初始時(shí)。與
3
E尸相距s°=0.4m,金屬棒與導(dǎo)體框同時(shí)由靜止開始下滑,金屬棒下滑距離瓦=;7m后
進(jìn)入一方向垂直于斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)邊界(圖中虛線)與斜面底邊平行;金屬
棒在磁場(chǎng)中做勻速運(yùn)動(dòng),直至離開磁場(chǎng)區(qū)域。當(dāng)金屬棒離開磁場(chǎng)的瞬間,導(dǎo)體框的防邊
正好進(jìn)入磁場(chǎng),并在勻速運(yùn)動(dòng)一段距離后開始加速。已知金屬棒與導(dǎo)體框之間始終接觸
試卷第4頁(yè),共10頁(yè)
良好,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小3=IT,重力加速度大小取g=lOm/s'sinc=0.6。求:
(1)金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受安培力的大小;
(2)金屬棒的質(zhì)量以及金屬棒與導(dǎo)體框之間的動(dòng)摩擦因數(shù);
(3)導(dǎo)體框勻速運(yùn)動(dòng)的距離。
11.(2021?全國(guó)?高考真題)如圖,一玻璃裝置放在水平桌面上,豎直玻璃管A、B、C
粗細(xì)均勻,A、B兩管的上端封閉,C管上端開口,三管的下端在同一水平面內(nèi)且相互
連通。A、B兩管的長(zhǎng)度分別為4=13.5cm,4=32cm。將水銀從C管緩慢注入,直至
B、C兩管內(nèi)水銀柱的高度差。=5cm。已知外界大氣壓為Po=75cmHg。求A、B兩管
12.(2021.全國(guó)?高考真題)用插針?lè)y(cè)量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實(shí)驗(yàn)中用
A、B兩個(gè)大頭針確定入射光路、C、D兩個(gè)大頭針確定出射光路,。和分別是入射
點(diǎn)和出射點(diǎn),如圖(a)所示。測(cè)得玻璃磚厚度為〃=15.0mm,A到過(guò)。點(diǎn)的法線ON的
WAM-10.0mm,A/到玻璃磚的距離MO=20.0mm,O'到。A/的距離為s=5.0mm。
(i)求玻璃磚的折射率;
(ii)用另一塊材料相同,但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實(shí)驗(yàn),玻璃磚的截面如圖
(6)所示。光從上表面入射,入射角從。逐漸增大,達(dá)到45。時(shí),玻璃放下表面的出射
光線恰好消失。求此玻璃磚上下表面的夾角。
一邊長(zhǎng)為/o的正方形金屬框abed固定在水平面內(nèi),
空間存在方向垂直于水平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為3的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一長(zhǎng)度大于J丸的均勻
導(dǎo)體棒以速率v自左向右在金屬框上勻速滑過(guò),滑動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)體棒始終與ac垂直且中
點(diǎn)位于ac上,導(dǎo)體棒與金屬框接觸良好。已知導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻為r,金屬框電阻
可忽略。將導(dǎo)體棒與a點(diǎn)之間的距離記為尤,求導(dǎo)體棒所受安培力的大小隨x(0<%<A)
變化的關(guān)系式。
14.(2020?全國(guó)■統(tǒng)考高考真題)如圖,相距L=11.5m的兩平臺(tái)位于同一水平面內(nèi),二者
之間用傳送帶相接。傳送帶向右勻速運(yùn)動(dòng),其速度的大小v可以由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)需要設(shè)
定。質(zhì)量相=10kg的載物箱(可視為質(zhì)點(diǎn)),以初速度"=5.0m/s自左側(cè)平臺(tái)滑上傳送
帶。載物箱與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)〃=0.10,重力加速度取g=10m/s2。
(1)若v=4.0m/s,求載物箱通過(guò)傳送帶所需的時(shí)間;
(2)求載物箱到達(dá)右側(cè)平臺(tái)時(shí)所能達(dá)到的最大速度和最小速度;
(3)若尸6.0m/s,載物箱滑上傳送帶加=,$后,傳送帶速度突然變?yōu)榱恪G筝d物箱從左
側(cè)平臺(tái)向右側(cè)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,傳送帶對(duì)它的沖量。
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15.(2020?全國(guó)?高考真題)如圖,兩側(cè)粗細(xì)均勻、橫截面積相等、高度均為”=18cm的
U型管,左管上端封閉,右管上端開口。右管中有高尸4cm的水銀柱,水銀柱上表面
離管口的距離/=12cm。管底水平段的體積可忽略。環(huán)境溫度為。=283K。大氣壓強(qiáng)p°
=76cmHg,,
(i)現(xiàn)從右側(cè)端口緩慢注入水銀(與原水銀柱之間無(wú)氣隙),恰好使水銀柱下端到達(dá)右
管底部。此時(shí)水銀柱的高度為多少?
(ii)再將左管中密封氣體緩慢加熱,使水銀柱上表面恰與右管口平齊,此時(shí)密封氣體
的溫度為多少?
16.(2020.全國(guó).統(tǒng)考高考真題)如圖,一折射率為百的材料制作的三棱鏡,其橫截面
為直角三角形ABC,ZA=90°,N3=30。。一束平行光平行于8c邊從AB邊射入棱鏡,
不計(jì)光線在棱鏡內(nèi)的多次反射,求AC邊與邊上有光出射區(qū)域的長(zhǎng)度的比值。
17.(2020?全國(guó)?高考真題)如圖,在09區(qū)兒區(qū)域中存在方向垂直于紙面的
勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小可調(diào),方向不變。一質(zhì)量為電荷量為q(q>0)的
粒子以速度W從磁場(chǎng)區(qū)域左側(cè)沿?zé)o軸進(jìn)入磁場(chǎng),不計(jì)重力。
(1)若粒子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后穿過(guò)y軸正半軸離開磁場(chǎng),分析說(shuō)明磁場(chǎng)的方向,并求在這
種情況下磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值Bm;
(2)如果磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為與,粒子將通過(guò)虛線所示邊界上的一點(diǎn)離開磁場(chǎng)。求粒子
在該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與X軸正方向的夾角及該點(diǎn)到X軸的距離。
B
Vo
?f
Ohx
18.(2020?全國(guó)?統(tǒng)考高考真題)如圖,一豎直圓管質(zhì)量為M,下端距水平地面的高度為
H,頂端塞有一質(zhì)量為機(jī)的小球。圓管由靜止自由下落,與地面發(fā)生多次彈性碰撞,且
每次碰撞時(shí)間均極短;在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,管始終保持豎直。已知M=4〃z,球和管之間的滑
動(dòng)摩擦力大小為4mg,g為重力加速度的大小,不計(jì)空氣阻力。
(1)求管第一次與地面碰撞后的瞬間,管和球各自的加速度大小;
(2)管第一次落地彈起后,在上升過(guò)程中球沒(méi)有從管中滑出,求管上升的最大高度;
(3)管第二次落地彈起的上升過(guò)程中,球仍沒(méi)有從管中滑出,求圓管長(zhǎng)度應(yīng)滿足的條
件。
19.(2020?全國(guó)?高考真題)潛水鐘是一種水下救生設(shè)備,它是一個(gè)底部開口、上部封閉
的容器,外形與鐘相似。潛水鐘在水下時(shí)其內(nèi)部上方空間里存有空氣,以滿足潛水員水
下避險(xiǎn)的需要。為計(jì)算方便,將潛水鐘簡(jiǎn)化為截面積為S、高度為仄開口向下的圓筒;
工作母船將潛水鐘由水面上方開口向下吊放至深度為“的水下,如圖所示。已知水的密
度為2,重力加速度大小為g,大氣壓強(qiáng)為po,反》/7,忽略溫度的變化和水密度隨深度
的變化。
(1)求進(jìn)入圓筒內(nèi)水的高度/;
(2)保持〃不變,壓入空氣使筒內(nèi)的水全部排出,求壓入的空氣在其壓強(qiáng)為po時(shí)的體
積。
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20.(2020?全國(guó)?高考真題)直角棱鏡的折射率“=1.5,其橫截面如圖所示,圖中/C=90。,
ZA=30%截面內(nèi)一細(xì)束與BC邊平行的光線,從棱鏡邊上的。點(diǎn)射入,經(jīng)折射后射
到8C邊上。
(1)光線在BC邊上是否會(huì)發(fā)生全反射?說(shuō)明理由;
求從AC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。
21.(2020?全國(guó)?高考真題)我國(guó)自主研制了運(yùn)-20重型運(yùn)輸機(jī)。飛機(jī)獲得的升力大小廠
可用歹=仙2描寫,左為系數(shù);V是飛機(jī)在平直跑道上的滑行速度,廠與飛機(jī)所受重力相
等時(shí)的v稱為飛機(jī)的起飛離地速度,已知飛機(jī)質(zhì)量為1.21x10,kg時(shí),起飛離地速度為66
m/s;裝載貨物后質(zhì)量為1.69x105kg,裝載貨物前后起飛離地時(shí)的左值可視為不變。
(1)求飛機(jī)裝載貨物后的起飛離地速度;
(2)若該飛機(jī)裝載貨物后,從靜止開始勻加速滑行1521m起飛離地,求飛機(jī)在滑行
過(guò)程中加速度的大小和所用的時(shí)間。
22.(2020?全國(guó).高考真題)在一柱形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)電場(chǎng),柱的橫截面積是以。為圓心,
半徑為R的圓,為圓的直徑,如圖所示。質(zhì)量為機(jī),電荷量為q(q>0)的帶電粒子
在紙面內(nèi)自A點(diǎn)先后以不同的速度進(jìn)入電場(chǎng),速度方向與電場(chǎng)的方向垂直。己知?jiǎng)傔M(jìn)入
電場(chǎng)時(shí)速度為零的粒子,自圓周上的C點(diǎn)以速率如穿出電場(chǎng),AC與A8的夾角6=60。。
運(yùn)動(dòng)中粒子僅受電場(chǎng)力作用。
(1)求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小;
(2)為使粒子穿過(guò)電場(chǎng)后的動(dòng)能增量最大,該粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度應(yīng)為多大?
(3)為使粒子穿過(guò)電場(chǎng)前后動(dòng)量變化量的大小為wwo,該粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度應(yīng)為
多大?
23.(2020?全國(guó)?高考真題)甲、乙兩個(gè)儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存有同種氣體(可視為理想氣體)。甲
罐的容積為匕罐中氣體的壓強(qiáng)為P;乙罐的容積為2匕罐中氣體的壓強(qiáng)為g?!,F(xiàn)通
過(guò)連接兩罐的細(xì)管把甲罐中的部分氣體調(diào)配到乙罐中去,兩罐中氣體溫度相同且在調(diào)配
過(guò)程中保持不變,調(diào)配后兩罐中氣體的壓強(qiáng)相等。求調(diào)配后:
(i)兩罐中氣體的壓強(qiáng);
(ii)甲罐中氣體的質(zhì)量與甲罐中原有氣體的質(zhì)量之比。
24.(2020.全國(guó).高考真題)一振動(dòng)片以頻率/做簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí),固定在振動(dòng)片上的兩根細(xì)
桿同步周期性地觸動(dòng)水面上以6兩點(diǎn),兩波源發(fā)出的波在水面上形成穩(wěn)定的干涉圖樣。
C是水面上的一點(diǎn),〃、b、C間的距離均為/,如圖所示。已知除C點(diǎn)外,在QC連線上還
3
有其他振幅極大的點(diǎn),其中距。最近的點(diǎn)到。的距離為三/。求:
(i)波的波長(zhǎng);
(ii)波的傳播速度。
a?一、b
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參考答案:
,2君
1?--------Hl/S
5
【詳解】頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光,每相鄰兩個(gè)球之間被刪去3個(gè)影像,故相鄰兩球
的時(shí)間間隔為
t=4T=0.05x4s=0.2s
設(shè)拋出瞬間小球的速度為%,每相鄰兩球間的水平方向上位移為工,豎直方向上的位移分別
為%、為,根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)位移公式有
X=VQt
1219
%=54=—xl0x0.22m=0.2m
2
%=/⑵)=;xl0x(0.42-0.22)m=0.6m
令x=y,則有
%=3M=3y
已標(biāo)注的線段耳、s?分別為
1=Jd+y2
S2=4+(3?=/尤2+9y2
則有
y/x2+y2:y]x2+9y2=3:7
整理得
2五
x=------y
5
故在拋出瞬間小球的速度大小為
%=廠亍葩
cNBIl2NBIlrdk(s,+s,}
2.(1)――,一-一;(2)—9一〃
kdk4NBlr
【詳解】(1)由題意當(dāng)線圈中通入微小電流/時(shí),線圈中的安培力為
F=NBII
根據(jù)胡克定律有
答案第1頁(yè),共23頁(yè)
F=NBll=k\/^x\
NBIl
k
設(shè)此時(shí)細(xì)桿轉(zhuǎn)過(guò)的弧度為仇則可知反射光線轉(zhuǎn)過(guò)的弧度為2仇又因?yàn)?/p>
d?Ax,r?d
則
sin。-9,sin29=29
所以有
Ax二d'6
s=r-29
聯(lián)立可得
2rINBIlr
As=——Ax=------
ddk
(2)因?yàn)闇y(cè)量前未調(diào)零,設(shè)沒(méi)有通電流時(shí)偏移的弧長(zhǎng)為■當(dāng)初始時(shí)反射光點(diǎn)在。點(diǎn)上方,
通電流/'后根據(jù)前面的結(jié)論可知有
INBVlr
s=-------1-s
1}dk
當(dāng)電流反向后有
INBVlr
--------s
dk
聯(lián)立可得
7:成(心+$2)
4NBlr
同理可得初始時(shí)反射光點(diǎn)在O點(diǎn)下方結(jié)果也相同,故待測(cè)電流的大小為
答案第2頁(yè),共23頁(yè)
/,/(、+$2)
—4NBIr
49
3.(1)T=-TQ-(2)P=~Po
【詳解】(1)因兩活塞的質(zhì)量不計(jì),則當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí),IV內(nèi)的氣體壓強(qiáng)總等于大氣壓強(qiáng),
則該氣體進(jìn)行等壓變化,則當(dāng)B中的活塞剛到達(dá)汽缸底部時(shí),由蓋呂薩克定律可得
:匕V
4___j_o_
T~T
解得
4
(2)設(shè)當(dāng)4中的活塞到達(dá)汽缸底部時(shí)III中氣體的壓強(qiáng)為°,則此時(shí)IV內(nèi)的氣體壓強(qiáng)也等于p,
設(shè)此時(shí)IV內(nèi)的氣體的體積為V,貝|JII、III兩部分氣體被壓縮的體積為%-V,則對(duì)氣體IV
3V0
p
°'^r_Pv
To.2T。
對(duì)n、iii兩部分氣體
+P(V0-V)
To27;
聯(lián)立解得
v=-K)
30
9
PR。
4A/7A/3-I
4.n=----,PC=---------a
22
【詳解】光線在M點(diǎn)發(fā)生折射有
sin60°=nsind
由題知,光線經(jīng)折射后在5C邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,則
sinC=—
n
C=90°-0
聯(lián)立有
tandM
2
答案第3頁(yè),共23頁(yè)
口
n=----
2
根據(jù)幾何關(guān)系有
八MBa
tanu——
BN2BN
解得
NC=a-BN=a--^=
V3
再由
CPC
tan0=-----
NC
解得
PC=--------a
2
5.(1)0.04V2N;(2)0.016J
【詳解】(1)金屬框的總電阻為
R=4/幾=4x0.4x5x10-3。=0.008。
金屬框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
A①3八二)1,
E=—=--:=0.1x—x0.42V=0.008V
XN2
金屬框中的電流為
f=2,0s時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為
B2=(0.3-0.1x2)T=0.1T
金屬框處于磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度為
L=g
此時(shí)金屬框所受安培力大小為
FA=BJL=0.1X1X?X0.4N=0.04V2N
(2)0:2.0s內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱為
22
Q=lRt=1x0.008x2J=0.016J
6.(1)0.6%說(shuō);(2)0.768%%;(3)0.45
答案第4頁(yè),共23頁(yè)
【詳解】(1)當(dāng)彈簧被壓縮最短時(shí),彈簧彈性勢(shì)能最大,此時(shí)A、5速度相等,即/=辦時(shí)
刻,根據(jù)動(dòng)量守恒定律
mB?1.2%=+m)Vo
根據(jù)能量守恒定律
112
耳max=mB(L2%)2--(%+”?)%
聯(lián)立解得
mB=5m
Epn1ax=。6成
(2)解法一:同一時(shí)刻彈簧對(duì)A、B的彈力大小相等,根據(jù)牛頓第二定律
F=ma
可知同一時(shí)刻
=5aB
則同一時(shí)刻A、B的的瞬時(shí)速度分別為
/=1-2%一百
根據(jù)位移等速度在時(shí)間上的累積可得
SA=(累積),SB=腺,(累積)
又
S4=0.36即。
解得
SB=1.1281Vo
第一次碰撞過(guò)程中,彈簧壓縮量的最大值
As=sB-sA=0.768%,o
解法二:B接觸彈簧后,壓縮彈簧的過(guò)程中,A、B動(dòng)量守恒,有
mBxl.2v0=6mv0=mBvB+mvA
對(duì)方程兩邊同時(shí)乘以時(shí)間Ar,有
答案第5頁(yè),共23頁(yè)
6mv0Az=5mvBAt+mvAAt
0大之間,根據(jù)位移等速度在時(shí)間上的累積,可得
6mv0^0=5msB+msA
將==0.36%,代入可得
SB=1」28%%
則第一次碰撞過(guò)程中,彈簧壓縮量的最大值
As=sB-sA=0.768%%
(3)物塊A第二次到達(dá)斜面的最高點(diǎn)與第一次相同,說(shuō)明物塊A第二次與8分離后速度大
小仍為2%,方向水平向右,設(shè)物塊A第一次滑下斜面的速度大小為七,設(shè)向左為正方向,
根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得
mvA-5m?0.8%=m-(-2v0)+5mvB
根據(jù)能量守恒定律可得
2
+-5m-(O.8vo)=:;"?(—2%)2+-5mVg
聯(lián)立解得
VA=V0
方法一:設(shè)在斜面上滑行的長(zhǎng)度為L(zhǎng),上滑過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理可得
12
-mgLsin0-jumgLcos0=0-—m(2v0)
下滑過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理可得
12
mgLsin0—jumgLcos^=—m%-0
聯(lián)立解得
〃=0.45
方法二:根據(jù)牛頓第二定律,可以分別計(jì)算出滑塊A上滑和下滑時(shí)的加速度,
mgsin0+jumgcos0=ma上,mgsin0-pimgcos0=ma下
上滑時(shí)末速度為0,下滑時(shí)初速度為0,由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移速度關(guān)系可得
22
2a上x=(2%了一0,2aTx=vA'=v0
答案第6頁(yè),共23頁(yè)
聯(lián)立可解得
【詳解】(1)設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為四,對(duì)兩活塞和彈簧的整體受力分析,由平衡條件有
mg+Po?2S+2mg+p1S=p0S+0?2S
解得
對(duì)活塞I由平衡條件有
2mg+A?2S+4?0.1/=Pi?2S
解得彈簧的勁度系數(shù)為
(2)緩慢加熱兩活塞間的氣體使得活塞n剛運(yùn)動(dòng)到汽缸連接處時(shí),對(duì)兩活塞和彈簧的整體
由平衡條件可知,氣體的壓強(qiáng)不變依然為
3me
Pi=Pi=Po+~^~
J
即封閉氣體發(fā)生等壓過(guò)程,初末狀態(tài)的體積分別為
,匕=4,2s
由氣體的壓強(qiáng)不變,則彈簧的彈力也不變,故有
有等壓方程可知
答案第7頁(yè),共23頁(yè)
A
因?yàn)楫?dāng)sini=,時(shí),恰好沒(méi)有光線從AB邊射出,可知光線在E點(diǎn)發(fā)生全反射,設(shè)臨界角為C,
6
則
sinC=—
n
由幾何關(guān)系可知,光線在。點(diǎn)的折射角為
r=90°-2C
則
sinZ
------=n
sinr
聯(lián)立可得
n=1.5
9.(1)W=4.5J;(2)F=9N
【詳解】(1)第一次籃球下落的過(guò)程中由動(dòng)能定理可得
E]=mg\
籃球反彈后向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程由動(dòng)能定理可得
0—E2=—mgb
第二次從1.5m的高度靜止下落,同時(shí)向下拍球,在籃球反彈上升的過(guò)程中,由動(dòng)能定理可
得
。-石4=°g%4
第二次從1.5m的高度靜止下落,同時(shí)向下拍球,籃球下落過(guò)程中,由動(dòng)能定理可得
W+mgh3=E3
因籃球每次和地面撞擊的前后動(dòng)能的比值不變,則有比例關(guān)系
E1石3
答案第8頁(yè),共23頁(yè)
代入數(shù)據(jù)可得
W=4.5J
(2)因作用力是恒力,在恒力作用下籃球向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),因此有牛頓第二定律可
得
F+mg=ma
在拍球時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移為
1二
x=-at
2
做得功為
W=Fx
聯(lián)立可得
尸=9N(尸=-15N舍去)
-35
10.(1)0.18N;(2)=0.02kg,//=—;(3)x=—m
8218
【詳解】(1)根據(jù)題意可得金屬棒和導(dǎo)體框在沒(méi)有進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)一起做勻加速直線運(yùn)動(dòng),由動(dòng)
能定理可得
(M+機(jī))幽sina=[+m)片
代入數(shù)據(jù)解得
%.m/s
金屬棒在磁場(chǎng)中切割磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由法拉第電磁感應(yīng)定律可得
E=BLVQ
由閉合回路的歐姆定律可得
則導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的安培力為
&=B〃,=0.18N
(2)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)以后因?yàn)樗查g受到安培力的作用,根據(jù)楞次定律可知金屬棒的安培力
沿斜面向上,之后金屬棒相對(duì)導(dǎo)體框向上運(yùn)動(dòng),因此金屬棒受到導(dǎo)體框給的沿斜面向下的滑
動(dòng)摩擦力,因勻速運(yùn)動(dòng),可有
mgsina+jumgcosa=F安
答案第9頁(yè),共23頁(yè)
此時(shí)導(dǎo)體框向下做勻加速運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律可得
Mgsina—pimgcosa=Ma
設(shè)磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為無(wú),則金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為
X
t=——
%
則此時(shí)導(dǎo)體框的速度為
匕=%+at
則導(dǎo)體框的位移
12
玉=y
因此導(dǎo)體框和金屬棒的相對(duì)位移為
A12
/\x=x,—x=—at
12
由題意當(dāng)金屬棒離開磁場(chǎng)時(shí)金屬框的上端跖剛好進(jìn)入磁場(chǎng),則有位移關(guān)系
50-Ax=X
金屬框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為
E,=BLvr,人=絲匕
R
導(dǎo)體框受到向上的安培力和滑動(dòng)摩擦力,因此可得
Mgsina=jumgcosa+BIXL
聯(lián)立以上可得
3
x=0.3m,a=5m/s2,m=0.02kg,4二三
8
(3)金屬棒出磁場(chǎng)以后,速度小于導(dǎo)體框的速度,因此受到向下的摩擦力,做加速運(yùn)動(dòng),
則有
mgsina+pimgcosa=mal
金屬棒向下加速,導(dǎo)體框勻速,當(dāng)共速時(shí)導(dǎo)體框不再勻速,則有
%+即1=匕
導(dǎo)體框勻速運(yùn)動(dòng)的距離為
%=卬1
代入數(shù)據(jù)解得
答案第10頁(yè),共23頁(yè)
11.A/z=1cm
【詳解】對(duì)8管中的氣體,水銀還未上升產(chǎn)生高度差時(shí),初態(tài)為壓強(qiáng)RB=P。,體積為
VlB=l2S,末態(tài)壓強(qiáng)為。2,設(shè)水銀柱離下端同一水平面的高度為外,體積為KB=(/2-/?2)S,
由水銀柱的平衡條件有
PZB=Po+pgh
8管氣體發(fā)生等溫壓縮,有
聯(lián)立解得
4=2cm
對(duì)A管中的氣體,初態(tài)為壓強(qiáng)RA=P。,體積為末態(tài)壓強(qiáng)為P24,設(shè)水銀柱離下端
同一水平面的高度為4,則氣體體積為&A=(4-4)s,由水銀柱的平衡條件有
P2A=Po+PgQl+h2-%)
A管氣體發(fā)生等溫壓縮,有
P1A%=P1^2A
聯(lián)立可得
2--191%+189=0
解得
1SQ
%=1cm或4=《-cm%(舍去)
則兩水銀柱的高度差為
Ah=hr,—hl=1cm
12.(i)V2(ii)15°
【詳解】(i)從O點(diǎn)射入時(shí),設(shè)入射角為a,折射角為£。根據(jù)題中所給數(shù)據(jù)可得:
10.0下
sina=i-——
A/10.02+20.025
答案第11頁(yè),共23頁(yè)
5.0A/10
sin/3—
V15.02+5.02lo-
再由折射定律可得玻璃磚的折射率:
sinar~
n=------=72
sin0
(ii)當(dāng)入射角為45。時(shí),設(shè)折射角為上由折射定律:
sin45°
n=--------
sin/
可求得:
7=30。
再設(shè)此玻璃磚上下表面的夾角為仇光路圖如下:
而此時(shí)出射光線恰好消失,則說(shuō)明發(fā)生全反射,有:
sinC=—
n
解得:
C=45°
由幾何關(guān)系可知:
6+30°=C
即玻璃磚上下表面的夾角:
6=15°
【詳解】當(dāng)導(dǎo)體棒與金屬框接觸的兩點(diǎn)間棒的長(zhǎng)度為/時(shí),由法第電磁感應(yīng)定律可知導(dǎo)體棒
上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為
E=Blv
答案第12頁(yè),共23頁(yè)
由歐姆定律可知流過(guò)導(dǎo)體棒的感應(yīng)電流為
式中R為這一段導(dǎo)體棒的電阻。按題意有
R=rl
此時(shí)導(dǎo)體棒所受安培力大小為
F=BIl
由題設(shè)和幾何關(guān)系有
°4用,(/()
2x,
k27
1=<
2(V2/0—x),|l0<x,,A/2Z0
聯(lián)立各式得
14.(l)2.75s;(2)v2=4V3m/s,匕=0m/s;(3)0Z=208.3N-s,方向豎直向上
【詳解】(1)傳送帶的速度為。=4.0m/s時(shí),載物箱在傳送帶上先做勻減速運(yùn)動(dòng),設(shè)其加速度
為。,由牛頓第二定律有:
"mg=ma①
設(shè)載物箱滑上傳送帶后勻減速運(yùn)動(dòng)的距離為應(yīng),由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有
V"—Vg=(2)
聯(lián)立①②式,代入題給數(shù)據(jù)得尤/=4.5m;③
因此,載物箱在到達(dá)右側(cè)平臺(tái)前,速度先減小至口然后開始做勻速運(yùn)動(dòng),設(shè)載物箱從滑上
傳送帶到離開傳送帶所用的時(shí)間為。,做勻減速運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間為⑶由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有
v=v0-at2④
-0⑤
V
聯(lián)立①③④⑤式并代入題給數(shù)據(jù)有力二2.75s;⑥
(2)當(dāng)載物箱滑上傳送帶后一直做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí),到達(dá)右側(cè)平臺(tái)時(shí)的速度最小,設(shè)為3,當(dāng)
答案第13頁(yè),共23頁(yè)
載物箱滑上傳送帶后一直做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),到達(dá)右側(cè)平臺(tái)時(shí)的速度最大,設(shè)為V2.由動(dòng)能定
理有
-jumgL=g根v;—;mVg⑦
jumgL=;mv\-gmVg⑧
由⑦⑧式并代入題給條件得
Vj
=0mzs,v2=46mzs⑨
⑶傳送帶的速度為v=6.0m/s時(shí),由于%<"%,載物箱先做勻加速運(yùn)動(dòng),加速度大小仍。。
設(shè)載物箱做勻加速運(yùn)動(dòng)通過(guò)的距離為松,所用時(shí)間為打,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有
v=v0+at3⑩
諾=
F-2CUC2?
聯(lián)立①⑩儂并代入題給數(shù)據(jù)得
f3=L0s?
X2=5.5m?
因此載物箱加速運(yùn)動(dòng)1.0s、向右運(yùn)動(dòng)5.5m時(shí),達(dá)到與傳送帶相同的速度。此后載物箱與傳
送帶共同勻速運(yùn)動(dòng)(A"幻的時(shí)間后,傳送帶突然停止,設(shè)載物箱勻速運(yùn)動(dòng)通過(guò)的距離為X3
有
x3=V(AR-Z3)?
由①???式可知
mv
~^~>"mg(L-x2-x3)
即載物箱運(yùn)動(dòng)到右側(cè)平臺(tái)時(shí)速度大于零,設(shè)為V3,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有,
/一v~=-2a(L—一馬)
則
v3=5m/s
減速運(yùn)動(dòng)時(shí)間
設(shè)載物箱通過(guò)傳送帶的過(guò)程中,傳送帶在水平方向上和豎直方向上對(duì)它的沖量分別為刀、出
答案第14頁(yè),共23頁(yè)
由動(dòng)量定理有
A=m(v3-vo)=O
I2=NA+-)=〃2g(加+%)=『N?s。208.3N?s,方向豎直向上
則在整個(gè)過(guò)程中,傳送帶給載物箱的沖量
Z=Z2=208.3N-S,方向豎直向上
15.(i)12.9cm;(ii)363K
【詳解】(i)設(shè)密封氣體初始體積為匕,壓強(qiáng)為0,左、右管的截面積均為S,密封氣體先
經(jīng)等溫壓縮過(guò)程體積變?yōu)長(zhǎng),壓強(qiáng)變?yōu)镻2。由玻意耳定律有
PM=
設(shè)注入水銀后水銀柱高度為//,水銀的密度為人按題設(shè)條件有
Pi=P0+Pgh0,P2=Po+pgh
X=S(2H-/一4),V2=SH
聯(lián)立以上式子并代入題中數(shù)據(jù)得
/z=l2.9cm
(五)密封氣體再經(jīng)等壓膨脹過(guò)程體積變?yōu)間,溫度變?yōu)椴?,由蓋一呂薩克定律有
%=匕
按題設(shè)條件有
V3=S(2H-h)
代入題中數(shù)據(jù)得
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