海淀区高三年级第二学期适应性练习—物理学科

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海淀区高三年级第二学期适应性练习—物理学科 ‎2019.3‎ ‎13．下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A．放射性元素的半衰期与外界压强有关 ‎ B．天然放射现象说明原子具有核式结构 ‎ C．原子核放出γ射线说明原子核内有光子 ‎ D．原子核内的一个中子转化为—个质子和一个电子的过程属于β衰变 ‎14．如图所示，一束红光从空气穿过平行玻璃砖，下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A．红光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化 ‎ B．红光进入玻璃砖前后的速度不会发生变化 ‎ C．若紫光与红光以相同入射角入射，则紫光不能穿过玻璃砖 ‎ D．若紫光与红光以相同入射角入射，在玻璃砖中紫光的折射角比红光的折射角小 ‎15．如图1所示，弹簧振子在竖直方向做简谐运动。以其平衡位置为坐标原点，竖直向上为正方向建立坐标轴，振子的位移x随时间t的变化如图2所示，下列说法正确的是（ ）‎ A．振子的振幅为4cm B．振子的振动周期为1s C．t=ls时，振子的速度为正的最大值 D．t=ls时，振子的加速度为正的最大值 ‎16．在做“用油膜法估测分子的大小”实验时，先配制好浓度（单位体积溶液中含有纯油酸的体积）为η的油酸酒精溶液，并得到1滴油酸酒精溶液的体积为V0用注射器在撒有均匀痱子粉的水面上滴l滴油酸酒精溶液，在水面上形成油酸薄膜，待薄膜形状稳定后测量出它的面积为S。关于本实验，下列说法正确的是（ ）‎ A．水面形成的油酸薄膜的体积为V B．撒痱子粉是为了便于确定出油酸薄膜的轮廓 ‎ C．根据可以估测油酸分子的直径 D．根据可以估测油酸分子的直径 ‎17．如图所示为研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置。接通电路后发现两根导线均发生形变，此时通过导线M和N的电流大小分别为I1和I2，已知I1> I2，方向均向上。若用F1和F2分别表示导线M与N受到的磁场力，则下列说法正确的是（ ）‎ ‎ A．两根导线相互排斥 ‎ B．为判断F1的方向，需要知道Il和I2的合磁场方向 ‎ C．两个力的大小关系为F1> F2‎ ‎ D．仅增大电流I2，F1、F2会同时都增大 ‎18．围绕地球运动的低轨退役卫星，会受到稀薄大气阻力的影响，虽然每一圈的运动情况都非常接近匀速圆周运动，但在较长时间运行后其轨道半径明显变小了。下面对卫星长时间运行后的一些参量变化的说法错误的是（ ）‎ ‎ 8 / 8‎ ‎ A．由于阻力做负功，可知卫星的速度减小了 ‎ B．根据万有引力提供向心力，可知卫星的速度增加了 ‎ C．由于阻力做负功，可知卫星的机械能减小了 ‎ D．由于重力做正功，可知卫星的重力势能减小了 ‎19．示波器是一种常见的电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间的变化情况。图1为示波器的原理结构图。当不加电压时，电子恰好打在荧光屏的正中心，在那里产生一个亮斑；当极板YY'间加高频偏转电压Uy、极板XX'间加高频偏转电压Ux，偏转电压随时间变化规律分别如图2所示时，荧光屏上所得的波形是图3中的（ ）‎ ‎ ‎ ‎20．托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行。已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是（ ）‎ A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的 B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体 C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变 D．为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T ‎ 8 / 8‎ ‎21.（18分）‎ ‎（1）甲乙两名同学准备对实验室新买的弹簧进行实验研究，以探究弹簧弹力与伸长量之间的关系。‎ ‎①以下是甲同学根据自己的设想拟定的实验步骤，请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上 A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来 ‎ B．记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度Lo ‎ C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺 ‎ D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，在钩码静止时，记下弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码 ‎ E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式 ‎ F．解释函数表达式中常数的物理意义 ‎②乙同学做该实验时，未进行实验步骤B的操作，而是把弹簧平放在水平桌面上，测量出弹簧的自然长度记为L0。在操作步骤E中，是采用弹簧挂钩码时的长度减去L0作为弹簧伸长量。其余步骤与甲同学相同。不考虑其他因素引起的误差，弹簧伸长始终在弹性限度内，乙同学做出的图象应是下图中的 。‎ ‎（2）用伏安法测盘某一小灯泡的伏安特性曲线，现有实验器材如下：‎ ‎ A．小灯泡（额定电压2.5V．额定电流0.3A）‎ ‎ B．电流表（量程0.6A，内阻约0.125Ω）‎ ‎ C．电流表（量程3A，内阻约0.025Ω）‎ ‎ D．电压表（量程3V．内阻约3kΩ）‎ ‎ E．滑动变阻器(0—10Ω)‎ ‎ F．滑动变阻器(0—2000)‎ ‎ G．电源（电动势3V．内阻不计）‎ ‎ H．开关和导线若干 ‎①为了方便测量且测量结果尽量准确，电流表应选 ；滑动变阻器应选 。选填器材前的字母）‎ ‎②为了获得更准确的伏安特性曲线，实验电路应选用图l中的 （填字母代号）。‎ ‎③闭合开关前电路图中的滑动变阻器的滑片应该置于最 端（选填“左”“右”）。‎ ‎ 8 / 8‎ ‎④闭合开关，移动滑动变阻器的滑片的位置，发现电压表的示数逐渐增大，但电流表指针却几乎不动，电路的故障可能为 ‎ ‎⑤读出图2中的电压表和电流表的示数，并将该组数据标注在图3的I-U坐标系中，然后画出小灯泡的I-U曲线。‎ ‎ ‎ ‎⑥将本实验中的小灯泡两端加2.5V的电压，则小灯泡的实际功率约为 W；若直接接在电动势为2.0V、内阻为2.0Ω的直流电源两端，则小灯泡的实际功率约为 W。（结果均保留两位有效数字）‎ ‎22．（16分）‎ 如图所示，在竖直平面内固定一个四分之一圆弧光滑轨道，圆弧轨道下端与足够长的水平粗糙地面相切。现将小滑块A由圆弧轨道的最高点无初速度释放，A将沿圆弧轨道下滑进入水平地面。已知圆弧轨道的半径R=0.8m，A的质量m=lkg。A与水平地面间的动摩擦因数μ=0.4，重力加速度g取l0m/s2。求：‎ ‎ （1）A经过圆弧轨道最低点时速度的大小v；‎ ‎ （2）A经过圆弧轨道最低点时受到支持力的大小F；‎ ‎ （3）A在水平粗糙地面上运动的过程中受到支持力的冲量的大小I。‎ ‎23.（18分）‎ 如图所示为回旋加速器的结构示意图，匀强磁场的方向垂直于半圆型且中空的金属盒D1和D2，磁感应强度为R，金属盒的半径为R，两盒之间有一狭缝，其间距为d，且Rd，两盒间电压为U。A处的粒子源可释放初速度不计的带电粒子，粒子在两盒之间被加速后进入D1盒中，经半个圆周之后再次到达两盒间的狭缝。通过电源正负极的交替变化，可使带电粒子经两盒间电场多次加速后获得足够高的能量。已知带电粒子的质量为m、电荷量为+q。‎ ‎（1）不考虑加速过程中的相对论效应和重力的影响。‎ ‎ ①求粒子可获得的最大速度vm；‎ ‎ ②若粒子第1次进入D1盒在其中的轨道半径为r1，粒子第1次进入D2盒在其中的轨道半径为r2，求 ‎ 8 / 8‎ r1与r2之比。‎ ‎（2）根据回旋加速器的工作原理，请通过计算对以下两个问题进行分析：‎ ‎ ①在上述不考虑相对论效应和重力影响的情况下，计算粒子在回旋加速器中运动的时间时，为何常常忽略粒子通过两盒间狭缝的时间，而只考虑粒子在磁场中做圆周运动的时间；‎ ‎②实验发现：通过该回旋加速器，加速的带电粒子能量达到25~30MeV后，就很难再加速了。这是由于速度足够大时，相对论效应开始显现，粒子的质量随着速度的增加而增大。结合这一现象，分析在粒子获得较高能量后，为何加速器不能继续使粒子加速了。‎ ‎24.（20分）‎ ‎ 光子不仅具有能量，而且具有动量。照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的压强，这就是“光压”。光压的产生机理与气体压强产生的机理类似：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力表现为气体的压强。‎ ‎ 在体积为V的正方体密闭容器中有大量的光子，如图所示。为简化问题，我们做如下假定：每个光子的频率均为V，光子与器壁各面碰撞的机会均等，光子与器壁的碰撞为弹性碰撞，且碰撞前后瞬间光子动量方向都与器壁垂直；不考虑器壁发出光子和对光子的吸收，光子的总数保持不变，且单位体积内光子个数为n；光子之间无相互作用。已知：单个光子的能量ε和动量p间存在关系ε=pc（其中c为光速），普朗克常量为h。‎ ‎ （1）①写出单个光子的动量p的表达式（结果用c、h和ν表示）；‎ ‎ ②求出光压I的表达式（结果用n、h和ν表示）；‎ ‎ （2）类比于理想气体，我们将题目中所述的大量光子的集合称为光子气体，把容器中所有光子的能量称为光子气体的内能。‎ ‎ ①求出容器内光子气体内能U的表达式（结果用V和光压I表示）；‎ ‎ ②若体积为V的容器中存在分子质量为m、单位体积内气体分子个数为n'的理想气体，分子速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，分子速度方向都与器壁垂直，且速率不变。求气体内能U'与体积V和压强p气的关系；并从能量和动量之间关系的角度说明光子气体内能表达式与气体内能表达式不同的原因。‎ ‎ 8 / 8‎ 海淀区高三年级第二学期适应性练习 ‎ 物理参考答案 2019.3‎ 第一部分（共48分，每小题6分）‎ ‎13. D 14.D 15.C 16.B 17.D 18.A 19.B 20.C I/A U/V 答图1‎ 第二部分（共72分）‎ ‎21.（18分）‎ ‎（1）①CBDAEF （2分）‎ ‎ ②B （2分）‎ ‎（2）①B，E （2分）‎ ②B （2分）‎ ③左 （2分）‎ ④灯泡断路 （2分）‎ ⑤见答图1 （2分）‎ ⑥0.75，0.38~0.41 （4分）‎ ‎22（16分）‎ ‎（1）滑块A沿圆弧轨道下滑到最低点的过程 由机械能守恒定律得 ‎ 解得 ‎ v=4m/s （5分）‎ ‎（2）滑块A经过圆弧轨道最低点时 由牛顿第二定律有 ‎ 解得 F=3mg ‎ F=30N （5分）‎ ‎（3）设滑块A在水平地面上运动的时间为t 由动量定理有 ‎ A在水平粗糙地面上运动的过程中在竖直方向所受合力为零，受到的支持力 N=mg ‎ 根据冲量的定义，支持力的冲量大小 I=Nt ‎ 解得 I=10N·s （6分）‎ ‎ 8 / 8‎ ‎23.（18分）（1）①由牛顿第二定律有 可知最大速度 （5分）‎ ‎②设带电粒子在两盒间加速的次数N，由和 可得r=‎ ‎ 所以 （5分）‎ ‎（2）①带电粒子在两盒间电场中加速过程中的加速度a=‎ 在电场中加速的总时间t1==‎ 带电粒子运动一圈加速2次，设粒子在磁场中的运动圈数为n 依据动能定理有2nqU=‎ 带电粒子运动一圈的时间T=‎ 则带电粒子在磁场中运动的总时间t2=‎ ‎ 由Rd，可知t1t2，所以t1可忽略。 （4分）‎ ‎ ②由和T=‎ 可得T= ‎ 从该周期公式发现，速度增加，粒子的质量会增加，其运动周期会变化，但加速电场周期不变，从而使得加速电场的变化周期与粒子的运动周期不匹配，导致无法持续加速。 （4分）‎ ‎24.（20分）‎ ‎（1）①光子的能量ε=hν，根据题意可得ε=pc ‎ 可得 （5分）‎ ‎ 8 / 8‎ ‎②在容器壁上取面积为S的部分，则在Δt时间内能够撞击在器壁上的光子总数为 ‎ 设器壁对这些光子的平均作用力为F，则根据动量定理 由牛顿第三定律，这些光子对器壁的作用力 ‎ 由压强定义，光压 （5分）‎ ‎（2）①设光子的总个数为N，则光子的内能U=Nε=Vnhν 将上问中的带入，可得U=3IV （4分）‎ ‎②一个分子每与器壁碰撞动量变化大小为2mv，以器壁上的面积S为底，以vΔt为高构成柱体，由题设可知，柱内的分子在Δt时间内有1/6与器壁S发生碰撞，碰壁分子总数：‎ 对这些分子用动量定理，有 ‎ 则 ，‎ 由牛顿第三定律，气体对容器壁的压力大小 由压强定义，气压 理想气体分子间除碰撞外无作用力，故无分子势能。所以容器内所有气体分子动能之和即为气体内能，即 （4分）‎ 由上述推导过程可见：光子内能表达式与理想气体内能表达式不同的原因在于光子和气体的能量动量关系不同。对于光子能量动量关系为，而对于气体则为。 （2分）‎ ‎ 8 / 8‎