湖南省长沙市湖南师范大学附属中学2022-2023学年高三上学期第6次月考物理试题含解析.docx

湖南师大附中2023届高三月考试卷(六)物理得分：_本试题卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分，共8页。时量75分钟，满分100分。第卷一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的)1. 下列说法正确的是()A. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定，一般而言，原子核中核子数越多，比结合能越小B. 核聚变与核裂变相比，相同质量的核燃料，核聚变反应中产生的能量更多，所以现在的核电站主要采用核聚变发电C. 液体的表面张力其方向总是指向液体内部，所以液面总是有收缩的趋势D. 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和叫作物体的内能，任何物体都具有内能2. 如图所示，某同学在某地玩耍，发现一个图示仓库，于是在某点P(P点位置可移动)想以最小的动能将一块小石子丢过仓库(恰好从A点和B点飞过，注意平时可不能这样，非常危险)，那么设小石子丢出时速度与水平向右的方向成角，以下说法正确的是()A. B. C. D. 无论角多大，P点与A点所在墙越近所需动能越小3. 一列简谐横波在时的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图像。则下列说法正确的是()A. 波沿x轴正方向传播B. 波速为C. P点平衡位置的x坐标为3 cmD. Q点平衡位置的x坐标为6 cm4. 如图是一理想变压器，其原线圈和可变电阻相连，副线圈接一阻值恒为RL的白炽灯。原、副线圈的匝数分别为、。保持交流电源电压的有效值不变，调节可变电阻的阻值，(设题中所涉及所有情形都没有超过灯泡的额定电压)则( )A. 当的值增大时，副线圈两端的电压不变B. 当时，灯的功率最大C. 若把灯和可变电阻位置互换，其余条件不变，则当时，可变电阻的功率最大D. 当的值增大时，灯将变暗5. 如图，半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直平面内。小球A、B质量分别为、(k为待定系数)。A球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑，与静止于轨道最低点的B球相撞，碰撞中无机械能损失，重力加速度为g。关于各种情况下k的取值。下列各项中正确的是()A. 若，则小球B第一次碰后将会某处脱离圆轨道B. 若，则小球B第一次碰后就能够运动到圆轨道的最高点C. 若，小球B可能脱轨D. 若，小球A和小球B将在圆轨道的最低点的左轨道发生第二次碰撞6. 如图所示，表面光滑的圆锥固定在水平面上，底面半径为，顶角为60°。有一个质量为的弹性圆环，弹性圆环的弹力与形变量之间满足胡克定律，且始终在弹性限度内。弹性圆环处于自然状态时半径为，现将弹性圆环套在圆锥上，稳定时弹性圆环处于水平状态，且到底面的距离为圆锥高线的，重力加速度为。则弹性圆环的劲度系数为( )A. B. C. D. 7. 一颗卫星绕地球做圆运动(称为“甲”)，另一颗相同质量的卫星绕地球做椭圆运动(称为“乙”)，若以无穷远为引力势能零点，机械能满足，r为轨道半径或半长轴，在正常的运行过程中，下列说法不正确的是()A. 对于甲，地球引力一直不做功，而对于乙，地球的引力可能做正功或负功B. 他们的机械能一定相等C. 对于甲和乙，他们的机械能都分别守恒D. 如果他们周期相等，那么他们的机械能一定相等二、多项选择题(本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8. 如图，表面粗糙的楔形物块A静置在水平地面上，斜面上有小物块B，用平行于斜面的力F拉B，使之沿斜面匀速上滑，斜面相对地面不动。现顺时针缓慢旋转该力至图中虚线位置，并保证在旋转该力过程中物块B一直处于匀速上滑状态，则在力F旋转的过程中，下列说法正确的是()A. F可能一直减小B. 物块B受到的摩擦力可能不变C. 物块对斜面作用力可能增大D. 斜面保持静止不动9. 如图，在折射率的液体表面上方有一单色激光发射器S，它能垂直液面射出细激光束，在液体内深h处水平放置一平面镜，双面反光，平面镜中心O在光源S正下方。现让平面镜绕过O点垂直于纸面的轴开始逆时针匀速转动，转动周期为T，液面上方的观察者跟踪观察液面，观察到液面上有一光斑掠过，进一步观察发现光斑在液面上P、Q两位置间移动。下列说法正确的是()A. 在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为B. 液面上P、Q两位置间距离为C. 光斑刚要到达P点时的瞬时速度为D. 光斑由Q点运动到P点所用的时间为10. 如图，空间有垂直于纸面的匀强磁场B1和B2，磁感应强度大小均为0.1T，B2分布在半径R = 2m的圆形区域内，MN为过其圆心O的竖直线，B1分布在MN左侧的半圆形区域外。磁场B1中有粒子源S，S与O的距离，且SOMN。某时刻粒子源S沿着纸面一次性向各个方向均匀射出一群相同的带正电粒子，每个粒子的质量、电量、速率，不计粒子之间的相互作用，则()A. 所有粒子都能进入B2区域B. 粒子在磁场中的轨迹半径均为2mC. 能够进入B2区域的粒子数与发射的粒子总数之比为 D. 离开B2区域时速度方向与连线SO平行的粒子在磁场中运动的时间为11. 如图，两条足够长的平行金属导轨间距，与水平面的夹角，处于磁感应强度、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。导轨上的a、b两根导体棒质量分别为、，电阻均为。现将a、b棒由静止释放，同时用大小为2N的恒力F沿平行导轨方向向上拉a棒。导轨光滑且电阻忽略不计，运动过程中两棒始终与导轨垂直且接触良好，取重力加速度。已知当a棒中产生的焦耳热时，其速度，a上方和b下方都足够长，下列说法正确的是()A. 此时b棒的速度大小为B. 此时a棒的加速度大小为C. a棒从静止释放到速度达到所用的时间为D. a、b两棒最后同时向上和向下做匀速直线运动第卷三、实验题(12题6分，13题10分)12. 如图1所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上，重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置P；步骤2：把小球2放在斜槽末端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞；重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置M、N；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。(1)上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有_。(写出物理量及相应符号)(2)若测得各落点痕迹到O点的距离：OM=2.68 cm，OP=8.62 cm，ON=11.50 cm，并知小球1、2的质量比为21，则系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量的百分误差=_%(结果保留一位有效数字)。(3)完成上述实验后，实验小组成员小红对上述装置进行了改造，小红改造后的装置如图2所示。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤1和2的操作，两球落在以斜槽末端为圆心的圆弧上，平均落点为M、P、N。测量轨道末端到M、P、N三点的连线与水平方向的夹角分别为1、2、3，则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为_(用所测物理量的符号表示)。13. 近年来，我国打响了碧水保卫战，检测组在某化工厂的排污管末端安装了如图1所示的流量计，用此装置测量污水(有大量的正、负离子)的电阻，进而用来测污水的电阻。测量管由绝缘材料制成，其直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下(未画出)，在前后两个内侧面A、C上固定有竖直正对的金属板作为电极(未画出，电阻不计)，金属板电极与开关S、电阻箱R和灵敏电流计连接，管道内始终充满污水，污水以恒定的速度v自左向右通过。(1)利用图2中的电路测量灵敏电流计G的内阻，实验过程包含以下步骤：A.调节，使G的指针偏转到满刻度，记下此时G1的示数；B.分别将和的阻值调至最大；C.合上开关；D合上开关；E.反复调节和，使G1的示数仍为，G的指针偏转到满刻度的一半，此时的读数为。正确的操作步骤是_；测出灵敏电流计内阻为_。(2)用游标卡尺测量测量管的直径D，如图3所示，则_cm。(3)图1中与A极相连的是灵敏电流计的_接线柱(填“正”或“负”)。(4)闭合图1中的开关S，调节电阻箱的阻值，记下电阻箱接入电路的阻值R与相应灵敏电流计G的读数I，绘制图像，如图4所示，则污水接入电路的电阻为_。(用题中的字母a、b、c、v、D、表示)四、解答题(14题10分，15题12分，16题14分)14. 如图甲为一种新型减振器氮气减振器，气缸中充入稀有气体后，减振器具有良好的韧性，操作时不容易弹跳，且可以防止减震器在高温高压损坏。它的结构简图如图乙所示。气缸活塞截面大小为50cm2，质量为1kg；气缸缸体外壁导热性良好，弹簧劲度系数为k=2000N/m。现在为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，冲入氮气达到5个大气压时活塞下端被两边的卡环卡住，此时氮气气柱长度为L=20cm且弹簧恰好处于原长，不计摩擦，大气压强取p0=1×105Pa，。(1)当氮气达到5个大气压的时候，求卡环受到的力F0；(2)现在用外力F缓慢向下压活塞，当活塞缓慢下降h=4cm时，求缸体内氮气的压强大小；(3)在(2)的过程中氮气向外界放出的总热量Q=111.6J，求外力F对活塞做的功W。15. 在平面内轴上方交替存在着宽度均为的匀强电场与匀强磁场区域，电场强度为，方向沿轴负方向，磁感应强度为，方向垂直于平面向里。现有一个质量为、电荷量为的带负电的粒子从点由静止释放，不计粒子的重力。求：(1)粒子在区域中运动的轨迹半径；(2)若粒子能穿过区域，穿过该区域前后，粒子沿轴方向的速度的变化量；(3)粒子能够经过哪些区域。16. 如图所示，在xOy坐标平面内，固定着足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距L=0.5m，在x=0处由绝缘件相连，导轨某处固定两个金属小立柱，立柱连线与导轨垂直，左侧有垂直纸面向外的匀强磁场，右侧有垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B=0.2T；导轨左端与电容C=5F的电容器连接，起初电容器不带电。现将两根质量均为m=0.1kg的导体棒a、b分别放置于导轨左侧某处和紧贴立柱的右侧(不粘连)，某时刻起对a棒作用一个向右的恒力F=0.3N，当a棒运动到x=0处时撤去力F，此后a棒在滑行到立柱的过程中通过棒的电量q=1C，与立柱碰撞时的速度v1=1m/s，之后原速率反弹。已知b棒电阻R=0.4，不计a棒和导轨电阻，求：(1)小立柱所在位置的坐标xb；(2)a棒初始位置的坐标xa；(3)假设b棒穿出磁场时的速度v2=0.3m/s，此前b棒中产生的总热量。湖南师大附中2023届高三月考试卷(六)物理得分：_本试题卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分，共8页。时量75分钟，满分100分。第卷一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的)1. 下列说法正确的是()A. 原子核的比结合能越大，原子核越稳定，一般而言，原子核中核子数越多，比结合能越小B. 核聚变与核裂变相比，相同质量的核燃料，核聚变反应中产生的能量更多，所以现在的核电站主要采用核聚变发电C. 液体的表面张力其方向总是指向液体内部，所以液面总是有收缩的趋势D. 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和叫作物体的内能，任何物体都具有内能【答案】D【解析】【详解】A原子核的比结合能越大，原子核越稳定，原子核的比结合能等于原子核的结合能与核子数之比，由于原子核中核子数越多，原子核的结合能越大，则比结合能不一定越小，故A错误；B核聚变与核裂变相比，相同质量的核燃料，核聚变反应中产生的能量更多，但目前核聚变不可控，则现在的核电站主要采用核裂变发电，故B错误；C液体表面张力的方向总是与液面相切，故C错误；D物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和叫作物体的内能，任何物体都具有内能，故D正确。故选D。2. 如图所示，某同学在某地玩耍，发现一个图示仓库，于是在某点P(P点位置可移动)想以最小的动能将一块小石子丢过仓库(恰好从A点和B点飞过，注意平时可不能这样，非常危险)，那么设小石子丢出时速度与水平向右的方向成角，以下说法正确的是()A. B. C. D. 无论角多大，P点与A点所在墙越近所需动能越小【答案】B【解析】【详解】ABC根据题意可知，石子从点抛出后做斜抛运动经过等高的、两点，设石子抛出时的速度为，经过点时的速度为，此时速度方向与水平方向的夹角为，则有石子由运动到的过程中，由动能定理有解得石子由到的运动也是斜抛运动，设此过程运动的时间为，、两点间的距离为，则有联立可得可见，当即时，石子经过点的速度最小，此时石子的抛出速度最小，抛出的动能最小，则有故AC错误，B正确；D当点位于点所在的墙上时有石子抛出后做竖直上抛运动，无论石子抛出时的动能多大，石子都不可能经过点，故D错误。故选B。3. 一列简谐横波在时的波形图如图(a)所示，P、Q是介质中的两个质点。图(b)是质点Q的振动图像。则下列说法正确的是()A. 波沿x轴正方向传播B. 波速为C. P点平衡位置的x坐标为3 cmD. Q点平衡位置的x坐标为6 cm【答案】C【解析】【详解】A由题图(b)知，当时，Q点向上运动，结合题图(a)可得，波沿x轴负方向传播，选项A错误；B由题图(a)可以看出，该波的波长为由题图(b)可以看出，周期为波速为选项B错误；C设质点P、Q平衡位置的x坐标分别为、，由题图(a)知，处因此选项C正确；D由题图(b)知在时Q点处于平衡位置，经，其振动状态向x轴负方向传播至P点处，由此有得质点Q的平衡位置的x坐标为选项D错误。故选C。4. 如图是一理想变压器，其原线圈和可变电阻相连，副线圈接一阻值恒为RL的白炽灯。原、副线圈的匝数分别为、。保持交流电源电压的有效值不变，调节可变电阻的阻值，(设题中所涉及所有情形都没有超过灯泡的额定电压)则( )A. 当的值增大时，副线圈两端的电压不变B. 当时，灯的功率最大C. 若把灯和可变电阻的位置互换，其余条件不变，则当时，可变电阻的功率最大D. 当的值增大时，灯将变暗【答案】D【解析】【详解】AD由题意可知，原、副线圈匝数一定，交流电源电压的有效值不变，对原线圈则有由原、副线圈的电压比等于匝数比，电流与匝数成反比，可得又有交流电源电压的有效值不变，当的值增大时，副线圈两端的电压U2减小，灯泡将变暗A错误，D正确；B由可得灯泡获得的功率为 当时，即当时，灯泡获得的功率最大，B错误；C同理可知，若把灯和可变电阻的位置互换，其余条件不变，则有当时，可变电阻的功率最大，C错误。故选D。5. 如图，半径为R的光滑圆形轨道固定在竖直平面内。小球A、B质量分别为、(k为待定系数)。A球从左边与圆心等高处由静止开始沿轨道下滑，与静止于轨道最低点的B球相撞，碰撞中无机械能损失，重力加速度为g。关于各种情况下k的取值。下列各项中正确的是()A. 若，则小球B第一次碰后将会在某处脱离圆轨道B. 若，则小球B第一次碰后就能够运动到圆轨道的最高点C. 若，小球B可能脱轨D. 若，小球A和小球B将在圆轨道的最低点的左轨道发生第二次碰撞【答案】B【解析】【详解】A小球A下滑到最低点的过程中，根据动能定理得解得A与B碰幢前的速度碰撞过程中动量守恒，规定向右为正方向，根据动量守恒定理得根据机械能守恒定律得联立解得B小球运动至轨道顶点，根据机械能守恒定律得小球B能恰好通过最高点，则有解得联立各式代入数据解得当时，B脱轨，而，不一定脱轨，故A错误；B由上分析可知，当时，B球可运动至轨道最高点，故B正确；C若，两球发生弹性碰撞，由于两球质量相等，速度交换，B球恰能运动到四分之一圆弧轨道，所以若，小球运动不到四分之一圆弧轨道处，速度减为零又返回，所以小球B不可能脱轨，故C错误；D若时两球速度大小相等，方向相反，经过相同的时间会同时回到最低点，所以两球会在最低点发生第二次碰撞，故D错误。故选B。6. 如图所示，表面光滑的圆锥固定在水平面上，底面半径为，顶角为60°。有一个质量为的弹性圆环，弹性圆环的弹力与形变量之间满足胡克定律，且始终在弹性限度内。弹性圆环处于自然状态时半径为，现将弹性圆环套在圆锥上，稳定时弹性圆环处于水平状态，且到底面的距离为圆锥高线的，重力加速度为。则弹性圆环的劲度系数为( )A. B. C. D. 【答案】C【解析】【分析】【详解】取圆环上很小一段分析，设对应圆心角为，分析微元受力有重力m0g、支持力N、两边圆环其余部分对微元的拉力T，由平衡条件有 = 60°由于微元很小，则对应圆心角很小，则sin = m0 = 其中r为圆环拉伸后的半径，代入数据有T = = 由题知，稳定时弹性圆环处于水平状态，且到底面的距离为圆锥高线的，则有h = Rtan60° = Rr = 根据胡克定律有T = kxx = 2(r - )计算有k = 故选C。7. 一颗卫星绕地球做圆运动(称为“甲”)，另一颗相同质量的卫星绕地球做椭圆运动(称为“乙”)，若以无穷远为引力势能零点，机械能满足，r为轨道半径或半长轴，在正常的运行过程中，下列说法不正确的是()A. 对于甲，地球引力一直不做功，而对于乙，地球的引力可能做正功或负功B. 他们的机械能一定相等C. 对于甲和乙，他们的机械能都分别守恒D. 如果他们的周期相等，那么他们的机械能一定相等【答案】B【解析】【详解】A做圆运动的卫星，地球引力始终垂直运动方向，所以引力一直不做功，对于做椭圆运动，那么离地球越来越近时，引力做正功，反之做负功，在椭圆两个端点时，不做功，所以选项A正确；BC不知道他们的轨道半径和长半轴，因此机械能不一定相等，无论做圆运动还是椭圆运动，正常运行的卫星，机械能一定守恒，因此选项B错误C正确；D而周期相等，那么圆运动的半径r一定等于椭圆运动的半长轴a，机械能分别为一定相等，选项D正确。此题选择不正确的选项，故选B。二、多项选择题(本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8. 如图，表面粗糙的楔形物块A静置在水平地面上，斜面上有小物块B，用平行于斜面的力F拉B，使之沿斜面匀速上滑，斜面相对地面不动。现顺时针缓慢旋转该力至图中虚线位置，并保证在旋转该力过程中物块B一直处于匀速上滑状态，则在力F旋转的过程中，下列说法正确的是()A. F可能一直减小B. 物块B受到的摩擦力可能不变C. 物块对斜面的作用力可能增大D. 斜面保持静止不动【答案】AD【解析】【详解】AB先对B分析，B受到斜面支持力N和滑动摩擦力f，用一个力替代，因两力大小成比例关系，可知该力方向不变，B转化为三力平衡问题，三力形成首尾相连的三角形，易知，F可能一直减小，也可能先减小后增大，但一直减小，故f一定减小，选项A正确B错误；C物块对斜面的作用力，即的反作用力一定减小，选项C错误；D斜面受到地面摩擦力一定减小，斜面保持静止不动，选项D正确。故选AD。9. 如图，在折射率的液体表面上方有一单色激光发射器S，它能垂直液面射出细激光束，在液体内深h处水平放置一平面镜，双面反光，平面镜中心O在光源S正下方。现让平面镜绕过O点垂直于纸面的轴开始逆时针匀速转动，转动周期为T，液面上方的观察者跟踪观察液面，观察到液面上有一光斑掠过，进一步观察发现光斑在液面上P、Q两位置间移动。下列说法正确的是()A. 在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为B. 液面上P、Q两位置间距离为C. 光斑刚要到达P点时的瞬时速度为D. 光斑由Q点运动到P点所用的时间为【答案】AC【解析】【详解】AD根据临界角公式得解得设反射光线转动的角速度为1，平面镜转动的角速度为2，在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间t为解得在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为，光斑由Q点运动到P点所用的时间也等于，A正确，D错误；B液面上P、Q两位置间距离为B错误；C光斑在P点的线速度为光斑刚要到达P点时的瞬时速度为解得C正确。故选AC。10. 如图，空间有垂直于纸面的匀强磁场B1和B2，磁感应强度大小均为0.1T，B2分布在半径R = 2m的圆形区域内，MN为过其圆心O的竖直线，B1分布在MN左侧的半圆形区域外。磁场B1中有粒子源S，S与O的距离，且SOMN。某时刻粒子源S沿着纸面一次性向各个方向均匀射出一群相同的带正电粒子，每个粒子的质量、电量、速率，不计粒子之间的相互作用，则()A. 所有粒子都能进入B2区域B. 粒子在磁场中的轨迹半径均为2mC. 能够进入B2区域的粒子数与发射的粒子总数之比为 D. 离开B2区域时速度方向与连线SO平行的粒子在磁场中运动的时间为【答案】BCD【解析】【详解】B根据洛伦兹力提供向心力解得故B正确；AC当粒子的运动轨迹恰好与圆相切时为粒子能够进入B2区域的临界情况，如图根据几何关系可知 故当粒子恰好向左或向右射出时，能够刚好进入B2区域，粒子初速度有沿上的分速度时不能进入B2区域，因此能够进入B2区域的粒子数与发射的粒子总数之比为，故A错误，C正确；D因为粒子在两磁场中的轨迹半径相同，离开B2区域时速度方向与连线SO平行的粒子必然是从E点射入，其在B2区域运动的圆心角为240°，则运动时间为故D正确。故选BCD。11. 如图，两条足够长的平行金属导轨间距，与水平面的夹角，处于磁感应强度、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。导轨上的a、b两根导体棒质量分别为、，电阻均为。现将a、b棒由静止释放，同时用大小为2N的恒力F沿平行导轨方向向上拉a棒。导轨光滑且电阻忽略不计，运动过程中两棒始终与导轨垂直且接触良好，取重力加速度。已知当a棒中产生的焦耳热时，其速度，a上方和b下方都足够长，下列说法正确的是()A. 此时b棒的速度大小为B. 此时a棒的加速度大小为C. a棒从静止释放到速度达到所用的时间为D. a、b两棒最后同时向上和向下做匀速直线运动【答案】ABD【解析】【详解】A根据题意，设a、b棒受到的安培力大小为，则对a、b棒由牛顿第二定律分别有代入数据解得a、b棒由静止释放，则有即解得故A正确；B设此电路产生的感应电动势为E，电流为I，则有联立式子解得故B正确；C根据题意，设此过程a，b棒位移分别，结合上述分析可得根据能量守恒有对a棒根据动量定理有其中安培力的冲量联立代入数据可解得故C错误；D根据题意可知，由于且a上方和b下方都足够长，则a、b两棒最后同时向上和向下做匀速直线运动，故D正确。故选ABD。第卷三、实验题(12题6分，13题10分)12. 如图1所示，用“碰撞实验器”可以验证动量守恒定律，即研究两个小球在轨道末端碰撞前后的动量关系：先安装好实验装置，在地上铺一张白纸，白纸上铺放复写纸，记下重垂线所指的位置O。接下来的实验步骤如下：步骤1：不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上，重复多次，用尽可能小的圆，把小球的所有落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置P；步骤2：把小球2放在斜槽末端边缘位置B，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞；重复多次，并使用与步骤1同样的方法分别标出碰撞后两小球落点的平均位置M、N；步骤3：用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置M、P、N离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度。(1)上述实验除需测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量有_。(写出物理量及相应符号)(2)若测得各落点痕迹到O点的距离：OM=2.68 cm，OP=8.62 cm，ON=11.50 cm，并知小球1、2的质量比为21，则系统碰撞前总动量p与碰撞后总动量的百分误差=_%(结果保留一位有效数字)。(3)完成上述实验后，实验小组成员小红对上述装置进行了改造，小红改造后的装置如图2所示。使小球1仍从斜槽上A点由静止滚下，重复实验步骤1和2的操作，两球落在以斜槽末端为圆心的圆弧上，平均落点为M、P、N。测量轨道末端到M、P、N三点的连线与水平方向的夹角分别为1、2、3，则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为_(用所测物理量的符号表示)。【答案】 . 小球1和小球2的质量m1和m2 . 2 . m1=m1m2【解析】【详解】(1)1因为平抛运动的时间相等，根据所以用水平射程可以代替速度；根据动量表达式知，除了测量线段OM、OP、ON的长度外，还需要测量的物理量是小球1和小球2的质量m1、m2。(2)2因m1>m2，则小球1碰后不会反弹，则M、N分别是碰后小球1、2的平均落点。系统碰撞前的总动量p=m1碰撞后的总动量p=m1m2知小球1、2的质量比为21，则可解得=2%(3)3设圆弧半径为R，则对于从轨道末端到M的运动，由平抛运动规律可知Rcos1=v1t1联立解得v1=对于从轨道末端到P、N点的运动，同理可得v0= v2= 而要验证的关系式为m1v0=m1v1m2v2将v0、v1、v2代入可得m1=m1m213. 近年来，我国打响了碧水保卫战，检测组在某化工厂的排污管末端安装了如图1所示的流量计，用此装置测量污水(有大量的正、负离子)的电阻，进而用来测污水的电阻。测量管由绝缘材料制成，其直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下(未画出)，在前后两个内侧面A、C上固定有竖直正对的金属板作为电极(未画出，电阻不计)，金属板电极与开关S、电阻箱R和灵敏电流计连接，管道内始终充满污水，污水以恒定的速度v自左向右通过。(1)利用图2中的电路测量灵敏电流计G的内阻，实验过程包含以下步骤：A.调节，使G的指针偏转到满刻度，记下此时G1的示数；B.分别将和的阻值调至最大；C.合上开关；D.合上开关；E.反复调节和，使G1的示数仍为，G的指针偏转到满刻度的一半，此时的读数为。正确的操作步骤是_；测出灵敏电流计内阻为_。(2)用游标卡尺测量测量管的直径D，如图3所示，则_cm。(3)图1中与A极相连是灵敏电流计的_接线柱(填“正”或“负”)。(4)闭合图1中的开关S，调节电阻箱的阻值，记下电阻箱接入电路的阻值R与相应灵敏电流计G的读数I，绘制图像，如图4所示，则污水接入电路的电阻为_。(用题中的字母a、b、c、v、D、表示)【答案】 . BCADE . . 3.035 . 正 . 【解析】【详解】(1)12本实验是用半偏法测电流表内阻。为保护电路，闭合开关前应将变阻器阻值调至最大，合上开关，调节，使待测灵敏电流计G满偏，记下此时G1的示数，就等于灵敏电流计G的满偏电流值；再合上开关，反复调节和，使G1的示数仍为，G的指针偏转到满刻度的一半，此时G、的电流之和等于，即等于G的满偏电流，也即G、的电流相等，故。因此正确的顺序为BCADE。(2)3由游标卡尺读数由主尺读数加游标尺读数，从主尺读出整毫米刻度，从游标尺读出对齐的刻度数再乘以游标卡尺的精度，由图读得直径为。(3)4由左手定则可得正离子往A处电极方向运动、负离子往C处电极方向运动，所以与A处电极相连的是灵敏电流计的正接线柱。(4)5由磁流体发电机的原理知，污水中正负粒子在洛伦兹力作用下向A、C两处电极偏转，在两极处形成电场，直到电场力与洛伦兹力达到动态平衡，有得电源电动势为由欧姆定律可得其中r为污水的电阻，所以由图像可得斜率纵截距所以故四、解答题(14题10分，15题12分，16题14分)14. 如图甲为一种新型减振器氮气减振器，气缸中充入稀有气体后，减振器具有良好的韧性，操作时不容易弹跳，且可以防止减震器在高温高压损坏。它的结构简图如图乙所示。气缸活塞截面大小为50cm2，质量为1kg；气缸缸体外壁导热性良好，弹簧劲度系数为k=2000N/m。现在为了测量减震器的性能参数，将减震器竖直放置，冲入氮气达到5个大气压时活塞下端被两边的卡环卡住，此时氮气气柱长度为L=20cm且弹簧恰好处于原长，不计摩擦，大气压强取p0=1×105Pa，。(1)当氮气达到5个大气压的时候，求卡环受到的力F0；(2)现在用外力F缓慢向下压活塞，当活塞缓慢下降h=4cm时，求缸体内氮气的压强大小；(3)在(2)的过程中氮气向外界放出的总热量Q=111.6J，求外力F对活塞做的功W。【答案】(1)1990N；(2)；(3)92.8J【解析】【详解】(1)当氮气达到5个大气压的时候，对活塞受力分析，由平衡条件得解得(2)由理想气体等温变化规律得(3)由功能关系知又联立得15. 在平面内轴上方交替存在着宽度均为的匀强电场与匀强磁场区域，电场强度为，方向沿轴负方向，磁感应强度为，方向垂直于平面向里。现有一个质量为、电荷量为的带负电的粒子从点由静止释放，不计粒子的重力。求：(1)粒子在区域中运动的轨迹半径；(2)若粒子能穿过区域，穿过该区域前后，粒子沿轴方向的速度的变化量；(3)粒子能够经过哪些区域。【答案】(1)；(2)；(3)，为不大于整数。【解析】【分析】【详解】(1)设粒子在区域中运动的速度为，经过电场加速，根据动能定理可知在磁场中有解得(2)设粒子在区域中运动的速度为，进入磁场中速度方向与磁场边界的夹角为，射出磁场中速度方向与磁场边界的夹角为，由于即有得(3)由第(2)可知，粒子经过每一个磁场区域，水平方向的速度变化分量都相同。设粒子能穿过的磁场区域，在该区域中粒子的运动速度为由以上分析可知根据动能定理可知解得：粒子能达到的区域为，为不大于整数。16. 如图所示，在xOy坐标平面内，固定着足够长的光滑平行金属导轨，导轨间距L=0.5m，在x=0处由绝缘件相连，导轨某处固定两个金属小立柱，立柱连线与导轨垂直，左侧有垂直纸面向外的匀强磁场，右侧有垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B=0.2T；导轨左端与电容C=5F的电容器连接，起初电容器不带电。现将两根质量均为m=0.1kg的导体棒a、b分别放置于导轨左侧某处和紧贴立柱的右侧(不粘连)，某时刻起对a棒作用一个向右的恒力F=0.3N，当a棒运动到x=0处时撤去力F，此后a棒在滑行到立柱的过程中通过棒的电量q=1C，与立柱碰撞时的速度v1=1m/s，之后原速率反弹。已知b棒电阻R=0.4，不计a棒和导轨电阻，求：(1)小立柱所在位置的坐标xb；(2)a棒初始位置的坐标xa；(3)假设b棒穿出磁场时的速度v2=0.3m/s，此前b棒中产生的总热量。【答案】(1)4m；(2)1m；(3)0.171J【解析】详解】(1)a棒减速向右运动过程中解得xb=4m(2)a棒在0xb区间，由动量定理得BLq=mv1mv0解得v0=2m/sa棒在恒力作用过程中，设某时刻的速度为v，加速度为a，棒中的电流为I，则有FBiL=ma解得即a棒做匀加速运动，根据解得xa=1m(3)a棒在0xb区间向右运动过程中，电路产生的热量反弹后，a棒向左，b棒向右运动，两棒的加速度大小相等，相等时间内速度点变化量大小也相等，所以a棒的速度v'=0.7m/s此过程中发热量所以Qb=Q1+Q2=0.171J