1．中国空间站

2021 年 6 月 17 日，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号 F 遥十二运载火箭成功发射。载人飞船与天和核心舱顺利自主快速交会对接。航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱，这标志着中国人首次进入自己的空间站。

 

1．（1）火箭竖直起飞时宇航员处于______状态（选涂：A．失重        B．平衡 C．超重）；

（2）宇航员对座椅的压力_______其受到的支持力（选涂：A．大于        B．等于 C．小于）。

 

2．宇航员在空间站里（    ）

A．完全失重，所以没有惯性

B．“飘浮起来”，说明没有受到重力

C．进入核心舱时需借助外力，说明力是改变物体运动状态的原因

 

3．假设空间站在距地面 h 高度处绕地球做匀速圆周运动。

（1）已知地球质量为 M，半径为 R，引力常量为 G。则空间站在轨运行线速度 v = _________；

（2）（简答）右图是飞船与核心舱交会对接时测量空间站质量的原理图。若已知飞船的质量 m 为 3.0×10³ kg，其推进器的平均推力 F = 1000 N，在飞船与空间站对接后，推进器工作 10 s 内，测得飞船和空间站组合体的速度变化量为 0.4 m/s，忽略飞船质量的变化，求空间站的质量 M。

 

4．（多选）航天员在空间站开展基础物理实验，为全国青少年进行太空授课。有同学设想在空间站利用下列装置进行高中物理实验，你认为可行的是（    ）

 

5．（多选）如图，天和核心舱处于半径为 r₃ 的圆轨道 Ⅲ；飞船处于半径为 r₁ 的圆轨道 Ⅰ 上的 Q 点，通过变轨操作后，沿椭圆轨道 Ⅱ 运动到 P 处与核心舱对接。则飞船（    ）

A．由轨道 Ⅰ 进入轨道 Ⅱ 要在 Q 点加速

B．由轨道 Ⅱ 进入轨道 Ⅲ 要在 P 点减速

C．沿轨道 Ⅱ 运动到对接点 P 过程中，速度不断增大

D．沿轨道 Ⅲ 运行的周期大于沿轨道 Ⅰ 运行的周期

【答案】

1．（1）C   （2）B

2．C

3．（1）\(\sqrt {\frac{{GM}}{{R + h}}} \)

（2）M = 2.2×10⁴ kg

4．ABD

5．AD

 

2．智能寻迹小车

智能寻迹小车上装有传感器，会自动识别并沿水平面内的黑色轨迹行驶，黑色轨迹上标有数值的短线为分值线。比赛时，小车从起点出发，以停止时车尾越过的最后一条分值线的分数作为得分。

 

1．如图，小车沿水平黑色轨迹匀速率运动，

（1）经过圆弧上 A、B 两位置时的向心力由____________________________提供，

（2）其大小分别为 F_A、F_B，则有（    ）

A．F_A > F_B             B．F_A = F_B             C．F_A < F_B

 

2．小车以恒定功率从起点由静止沿水平黑色直线轨迹做加速运动，在其车尾刚越过“60分”线时恰好达到最大速度 v，如图。

（1）设小车受到的阻力恒定，牵引力大小的变化情况_______（选涂：A．一直变大          B．不变          C．一直减小）；

（2）这个过程的平均速度______\(\frac{v}{2}\)（选涂：A．>         B．=       C．<）。

 

3．为能让小车及时停下来获得高分，需要测试小车的刹车性能，小闵同学在平直路面上做了刹车实验。右图是刹车过程中位移和时间的比值 \(\frac{x}{t}\) 与 t 之间的关系图像，

（1）刹车过程中加速度大小为______m/s²；

（2）从开始刹车时计时，经过 2 s，该车的位移大小为_________m。

【答案】

1．（1）静摩擦力  （2）C

2．（1）C       （2）A

3．（1）1        （2）0.5

 

3．荡秋千

荡秋千是中华传统游戏竞技项目，常在节日庆典举行比赛，如图甲，深受各族人民的喜爱。现在荡秋千已成为儿童的专项活动，常见于校园操场旁或公园中，如图乙。

1．一种荡秋千的方式如图丙，小朋友坐姿基本不变，大人用水平力 F 缓慢将秋千由最低点 O 点拉至图示 B 点再由静止释放。在 B 点时秋千绳与竖直方向的夹角为 θ，C 点为左端最高点，忽略秋千绳的质量和空气阻力，重力加速度为 g。

（1）大人缓慢拉秋千的过程中，秋千绳上的拉力大小如何变化____________。（选涂：A．变小       B．不变          C．变大）

（2）从 B 点至 C 点过程中，秋千绳子拉力的冲量的方向为____________。（选涂：A．冲量为零       B．竖直向上 C．竖直向下）

（3）从 B 点到 C 点的时间为 t₀，若 θ < 5°，试估算小朋友和座椅的重心到秋千悬点的距离为 L =____________。

 

2．有一种极限秋千运动，运动员通过蹲下和站起动作，可以越荡越高，直至实现 360° 翻转。

（1）运用所学物理知识分析，若秋千绳换为铁链或铁杆，___________（选涂：A．铁链秋千 B．铁杆秋千）更容易实现 360° 极限翻转。

（2）（简答）简要说明理由。

 

3．（简答）某科学 up 主用假人、小火箭（火箭箭体、燃料）和铁链秋千，完成极限 360° 翻转荡秋千实验。若不计铁链质量，假人、小火箭的总质量为 M，重心到悬点的距离始终为 L；火箭发射喷气时间极短，瞬间喷出气体的质量为 Δm；最后恰好实现了 360° 翻转，求：

（1）如图丁，火箭在 O 点发射瞬间假人和火箭箭体获得的初速度 v₀；

（2）火箭发射瞬间气体的喷射速度 u。

【答案】

1．（1）C       （2）B    （3）\(\frac{{gt_0^2}}{{{\pi ^2}}}\)

2．（1）B

（2）直杆秋千通过最高点的速度大于零即可，铁链秋千通过最高点的速度需要大于\(\sqrt {gL} \)，这意味着运动员要做更多的功，使更多的人的生物能转为为机械能。

3．（1）v₀ = \(\sqrt {5gL} \)

（2）u = \(\frac{{M - \Delta m}}{{\Delta m}}\sqrt {5gL} \)

 

4．波

可见光为我们呈现了色彩斑斓的世界和各种有趣的现象，其本质是一种电磁波，具有一些和机械波相同的波的特性，又有和机械波不同的特点。

 

1．下面关于光的现象和原理说法不正确的是（    ）

A．原本透明的肥皂泡在阳光的照射下变得五彩斑斓主要是因为光的折射

B．激光防伪标识上的彩色图案是因为光的衍射

C．用“偏振片”可以检验并得到：光是横波

 

2．如图所示，折射率为 1.41 的直角棱镜 ABC 置于空气中。

（1）一束光从 BC 面垂直射入后又会从棱镜___________（选涂：A．AB 面      B．BC 面      C．AC 面）射出。

（2）其射出方向与射入方向之间的夹角约为_______°。（结果保留两位有效数字）

 

3．区别于光波，机械振动的传播需要依赖介质，如图振源 A 从 0 时刻开始带动细绳上各点上下做简谐运动，0.5 s 时在绳上形成的波形如图所示。若规定向上为质点振动位移的正方向，振幅为 0.1 m，试画出 0 ~ 0.5 s 内 A 点的振动图像，标注好描述振动的物理量。

【答案】

1．A

2．（1）C       （2）45

3．如图

 

5．变阻器

变阻器作为一种常用的电路元器件，可用于调节电流和电压，达到控制电路的目的。

1．在测量金属丝的电阻率的实验中，电路如图（a）所示。

（1）若被测电阻丝的电阻在 30 Ω 左右，则实验中选用的滑动变阻器最合理的阻值范围为（    ）

A．0 ~ 1 Ω              B．0 ~ 50 Ω            C．0 ~ 500 Ω

（2）若有一根长为 L、直径为 d 的金属丝，测得其阻值为 R，则电阻率 ρ = ______________。

 

2．如图（b）所示电路，在滑动变阻器的滑片 P 向左端滑动过程中，电压表、电流表的示数变化情况为（    ）

A．两表示数均增大              B．电压表示数增大，电流表示数减小

C．两表示数均减小              D．电压表示数减小，电流表示数增大

 

3．变阻器可以改变电源的输出功率及用电器功率，在图（c）电路中电源电动势 E =12 V，内阻 r =2 Ω，两个滑动变阻器变化范围均为 0 ~ 10 Ω，则当 R₁ =_______Ω、R₂ =_______Ω 时可使 R₂ 有最大功率。

【答案】

1．（1）B    （2）\(\frac{{\pi {d^2}R}}{{4L}}\)

2．D

3．0，2

 

6．洛伦兹力演示仪

如图所示，洛伦兹力演示仪可通过改变出射电子速度或磁感应强度来观察电子做圆周运动的半径 r 的变化。

1．图（b）中通同方向稳恒电流 I 后，励磁线圈能够在两线圈之间产生与两线圈中心的连线平行的匀强磁场。电子沿如上图（c）中所示方向进入磁场，在磁场内沿顺时针做圆周运动。

（1）图（c）中磁场方向为向_______（选涂：A．垂直纸面向外        B．垂直纸面向里）。

（2）图（c）励磁线圈中电流 I 方向是_______（选涂：A．顺时针        B．逆时针）。

 

2．若增大电子枪的加速电压 U，其它条件不变，（1）则电子在磁场中做圆周运动的半径_________，（2）周期_______（均选涂：A．增大        B．减小 C．不变）。

 

3．用国际基本单位表示磁感应强度单位：1 T = 1 ________________。

 

4．（简答）已知玻璃泡内磁场的磁感应强度 B 大小与励磁线圈中的电流 I 成正比，试分析说明，可如何调节洛伦兹力演示仪，以减小电子做圆周运动的半径 r。

【答案】

1．（1）B       （2）A

2．（1）A       （2）C

3．kg·s⁻²·A⁻¹

4．在电子枪中加速，由动能定理可知：eU = \(\frac{1}{2}\)mv_t²

在粒子在磁场做匀速圆周运动所需向心力由洛伦兹力提供 f = evB = m \(\frac{{v_t^2}}{r}\)

设 B = kI（k 为比例系数）

则 r = \(\frac{{\sqrt {2emU} }}{{ekI}}\)

所以，减小电子枪的加速电压 U，或者增大励磁线圈中的电流 I 可以减小电子做圆周运动的半径 r。

 

7．电磁炉

电磁炉的原理是利用感应电动势在锅底内产生涡流，致使锅体本身快速发热，从而加热锅内食物。

 

1．适合做电磁炉锅具的材料是（     ）

A．铁              B．陶瓷          C．玻璃

 

2．电磁炉的在工作时会产生电磁波。下列关于电磁波的表述正确的有（    ）

A．法拉第预言了电磁波的存在

B．伦琴发现了 X 射线

C．医院里用红外线热效应来杀菌

 

3．某个同学制作了一个简易装置来研究电磁炉工作原理。如图所示，将一根电线缠绕在铁芯外部，接通交流电源，过了一会儿，放置在铁芯上方的多匝线圈开始发热。下述可以增大线圈热功率的办法是（    ）

A．增大交流电源的频率

B．减小上方线圈的匝数以减小电阻

C．将交流电源换成电动势更大的直流电源

 

4．（简答）间距 L = 0.5 m 光滑平行金属导轨，水平放置在竖直方向的磁感应强度 B = 1 T 的匀强磁场中，一端接阻值为 R = 5 Ω 的电阻。一电阻为 r = 1 Ω、质量为 m，长也为 L 的导体棒垂直放置在导轨上，在外力作用下可以让导体棒在匀强磁场中做简谐运动产生类似电磁炉所用的正弦交流电。导体棒从 t = 0 时刻开始运动，其感应电动势 e 与时间 t 的关系是如图所示的正弦函数。不计导轨电阻。求：

（1）这一感应电动势的有效值；

（2）写出导体棒速度大小随时间变化的关系式；

（3）算出 0 ~ 2 s 内外力所做的功。

【答案】

1．A

2．B

3．A

4．（1）12 V

（2）v = 34sin πt (m/s)

（3）W = 48 J