1．实验

实验是人类认识物质世界的宏观性质与微观结构的重要手段之一，也是物理学研究的重要方法。

 

1．伽利略斜面理想实验的直接结论是________。

A．一切物体都有惯性        B．力是维持物体运动的原因

C．力不是维持物体运动的原因        D．力是改变物体运动状态的原因

 

2．某同学用如图所示的装置探究弹簧弹力与形变量的关系，先用直尺测量未挂钩码时弹簧的长度 x₀，后续做法不合理的是_______。

A．记录每次所挂钩码的总质量 m

B．记录加挂钩码后，钩码静止时弹簧的长度 x₁

C．测量弹簧长度时，始终以同一参考点为起点

D．为减小实验误差，加挂的钩码数量越多越好

 

3．某同学测得长度为 L 的一段金属丝的阻值为 R，并根据所测直径算出该金属丝横截面的面积为 S，则该金属丝的电阻率为_______。

 

4．某同学用如图（a）所示的装置研究光的干涉和衍射现象。某次实验中，光强分布传感器上显示的图像和条纹图样如图（b）所示，该图样是_______。

A．光的衍射图样，中央明纹最亮

B．光的衍射图样，中央明纹最宽

C．光的干涉图样，相邻明纹间距相等

D．光的干涉图样，相邻暗纹间距不相等

【答案】

1．C

2．D

3．\(\frac{{RS}}{L}\)

4．C

 

2．低轨卫星

我国已用长征系列运载火箭成功发射多颗低轨卫星。其中，卫星 A 在轨运行可视为匀速圆周运动，其运行轨道距地面的高度约为 800 km。

 

1．在运载火箭竖直升空阶段的某一时刻，火箭加速度大小为 a，方向竖直向上，所搭载的卫星 A 质量为 m，重力加速度大小为 g，此时火箭对卫星A的作用力大小为_______。

 

2．中国空间站在轨运行也可视为匀速圆周运动，其运行轨道距地面的高度约为 400 km，地球半径约为 6 400 km。

（1）卫星 A 在运行轨道处所受地球的万有引力大小是其在地面所受地球的万有引力大小的_______倍。

A．\(\frac{8}{9}\)             B．\(\frac{9}{8}\)             C．\(\frac{64}{81}\)           D．\(\frac{81}{64}\)

（2）由于稀薄空气阻力的影响，卫星 A 轨道会逐渐变低，其引力势能将_______。

A．增大                 B．减小                 C．不变

（3）卫星A的周期 T_卫 与中国空间站的周期 T_站 的关系是_______。

A．T_卫 > T_站                 B．T_卫 = T_站                 C．T_卫 < T_站

 

3．（多选）低轨卫星为宇宙线的研究提供了重要的平台。宇宙线中的 μ 子平均寿命很短，科学家发现 μ 子以 0.99c 甚至更高的速度飞行。如果不考虑相对论效应，即使以光速运动也不可能穿越大气层，但实际上地面实验室能观察到 μ 子。合理的解释是：在考虑狭义相对论效应时，______。

A．在 μ 子看来，大气层厚度减小了

B．在 μ 子看来，大气层厚度增大了

C．在地面观察者看来，μ 子的寿命变长了

D．在地面观察者看来，μ 子的寿命变短了

【答案】

1．mg + ma

2．（1）C    （2）B    （3）A

3．AC

 

3．乒乓球的运动

乒乓球运动深受国人喜爱，其中蕴含着很多物理规律，除特殊说明外，重力加速度 g 大小均取 9.8 m/s²。

 

1．乒乓球运动员击出的上旋球在空中的运动轨迹如图所示。乒乓球落到球桌的瞬间，球桌对球的作用力 F 的示意图可能是______。

 

2．如图所示，乒乓球在距桌面高度为 35 cm 的 A 点被水平击出，落到正对面桌面上的 B 点。若 A、B 两点间水平距离为 2.7 m，不计空气阻力和乒乓球的大小，则球从 A 点运动至 B 点的时间为______s，该过程中球的速度变化量的大小为______m/s。（结果保留 2 位有效数字）

 

3．将乒乓球拍水平固定，质量为 m 的乒乓球在距球拍 h₁ 高处自由下落，球与球拍碰撞后竖直弹起，上升的最大高度为 h₂，球与球拍的接触时间为 t，重力加速度大小为 g，不计空气阻力和乒乓球的大小。

（1）（计算）球落到球拍前瞬间的速度大小 v₁。

（2）（计算）球拍对球的平均作用力大小 F。

 

4．用振动装置带动乒乓球在竖直方向振动，激起水波在水面传播，该水波可视为简谐波。以球与水面的接触点为坐标原点，在水平面上建立直角坐标系，某时刻已形成的水波图样如图（a）所示，记此时刻为 t = 0，其中实线表示波峰，虚线表示波谷。B 处质点的振动图像如图（b）所示，z 轴正方向为竖直向上方向。

（1）该水波的波长为______m。

（2）t = 0.5 s 时刻，B 处的质点处于______。

A．波峰                 B．平衡位置                 C．波谷                 D．平衡位置下方某位置

（3）D 处的质点开始振动的时刻为______。

A．t = 0.3 s                    B．t = 0.4 s                    C．t = 1.0 s

【答案】

1．C

2．0.27，2.6

3．（1）\(\sqrt {2g{h_1}} \)   （2）mg + \(\frac{{m(\sqrt {2g{h_1}}  + \sqrt {2g{h_2}} )}}{t}\)

4．（1）0.4    （2）B    （3）A

 

4．智能健康管理

目前，有越来越多智能化的健康管理系统应用于生活。

 

1．光纤内窥镜常用于健康检查，光纤由折射率为 n₁ 的内芯和折射率为 n₂ 的包层构成，如图所示。

（1）n₁ 与 n₂ 的关系是_______。

A．n₁ > n₂                                              B．n₁ = n₂                                               C．n₁ < n₂

（2）若 n₁ = \(\sqrt 2 \)，光从横截面中心射入内芯，入射角 i = 45°，则折射角为_______°。

 

2．医疗中心的一种无线门铃呼叫器“自发电”原理如图所示。按下门铃按钮，磁铁靠近螺线管，松开门铃按钮，磁铁回归原位，则_______。

A．按下按钮过程中，螺线管中感应电流由P流向Q

B．松开按钮过程中，螺线管中无感应电流产生

C．按下按钮后保持不动，螺线管中仍存在感应电流

D．按下和松开按钮过程中，螺线管中感应电流方向相同

 

3．智能手表的无线充电原理示意图如图所示。充电底座内的发射线圈接在 u = 220\(\sqrt 2 \)sin（100πt）V 的交流电源上，手表内的接收线圈获得的交流电电压为 5 V。若不考虑漏磁，发射线圈与接收线圈的匝数之比为_______，接收线圈获得的交流电的周期为_______s。

 

4．压敏电阻 R₁ 的阻值随压力减小而增大。热敏电阻 R_t 的阻值随温度变化的图像如图（a）所示。某研究小组利用 U = 10 V 的恒压电源、定值电阻 R₂、压敏电阻 R₁、热敏电阻 R_t 设计智能电路。

（1）用压敏电阻 R₁ 实现智慧养老床垫的压力监测。老人离开床之后，系统将因电压表示数过大而响起警报，满足此要求的电路可能是_______。

（2）用热敏电阻 R_t 设计的保温箱电路如图（b）所示，当通过控制系统（阻值不计）的电流小于 2 mA 时，加热系统将开启。由图（a）可知，温度为 40℃ 时，热敏电阻阻值为_______kΩ。若要使保温箱内温度不低于 40℃，应选取 R₂ 的阻值为_______kΩ。

【答案】

1．（1）A           （2）30

2．A

3．44∶1，0.02

4．（1）C           （2）3.0，2.0

 

5．电容器与粒子加速器

电容器除了能储存电荷，还是粒子加速器中加速腔的重要元件。

 

1．有一个电容器的电容为 14 μF，额定电压为 450 V。

（1）该电容器在额定电压下充电完成后所带的电荷量为_______C。（1 μF = 10⁻⁶ F）

（2）下列不同型号的电容器中，储存电荷的本领最强的是_______。

A．“14 μF  450 V”                  B．“0.104 μF  1 kV”

C．“470 μF  25 V”                  D．“50 F  2.7 V”

 

2．（多选）带有等量异种电荷的两金属板非平行放置，两板间电场的电场线如图所示。与下板距离相等的 a、b 两处的电场强度大小和电势分别为 E_a、E_b 和 φ_a、φ_b，则_______。

A．E_a > E_b                      B．E_a = E_b                      C．E_a < E_b

D．φ_a > φ_b                      E．φ_a = φ_b                       F．φ_a < φ_b

 

3．回旋加速器的核心部分 D₁ 和 D₂ 是两个中空的半圆形金属盒，处于与盒面垂直的匀强磁场中，如图所示。粒子源 G 产生的带电粒子在两盒之间被电场加速，两盒间所加交变电压的周期与粒子在磁场中运动的周期相等。已知回旋加速器的最大半径为 R，磁感应强度大小为 B。（不计粒子被电场加速的时间）

（1）比荷为 k 的粒子在加速器中能达到的最大速度为_______。（比荷即粒子的电荷量与质量的比值）

（2）（论证）该粒子在该回旋加速器的磁场中运动的总时间与该粒子的比荷无关。

【答案】

1．（1）6.3×10⁻³                （2）D

2．AD

3．（1）kBR

（2）t = \(\frac{{\pi B{R^2}}}{{2U}}\) 与比荷无关，得证

 

6．汽车的电磁缓冲装置

在城市街头，我们时常看到新能源汽车在路上行驶。某兴趣小组尝试设计新能源汽车的电磁缓冲装置——利用电磁阻尼对汽车碰撞进行保护的安全装置。

 

1．某新能源汽车质量为 M，额定功率为 P，运动时所受阻力大小与运动速度大小成正比，比例系数为 k。该汽车在平直道路上行驶的最大速度为_______。以最大速度行驶时，若该汽车突然关闭发动机，则其滑行距离为_______。

 

2．兴趣小组设计新能源汽车的电磁缓冲装置，简化结构俯视图如图所示。无动力装置的模型车上固定两条绝缘滑轨 PQ、MN，滑轨与车身总质量为 M₀，滑轨之间有竖直向下、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场（磁场始终与车保持相对静止）。嵌在滑轨上的轻质矩形线框abcd绕有n匝导线，可沿滑轨滑动，总电阻为 R，bc 边长度为 l。车与线框一起以速度 v₀ 沿水平地面运动时，撞到静止于地面上、质量为 m 的障碍物，线框与障碍物接触后始终与障碍物保持相对静止，当 b 点滑到 PQ 间某一点时，障碍物、线框与车恰好速度相同。（不计一切摩擦）

（1）（作图）在 bc 边上用箭头标出该边切割磁感线过程中感应电流的方向。

（2）（计算）求 bc 边开始切割磁感线的瞬间，线框所受安培力的大小。

（3）（计算）求线框相对滑轨滑动过程中所产生的焦耳热。

【答案】

1．\(\sqrt {\frac{P}{k}} \)，\(\frac{M}{k}\sqrt {\frac{P}{k}} \)

2．（1）图略，c→b

（2）F = \(\frac{{{n^2}{B^2}{l^2}{v_0}}}{R}\)

（3）Q = \(\frac{{m{M_0}v_0^2}}{{2({M_0} + m)}}\)