高中物理解答题

（1）一列简谐横波沿x轴正方向传播，在t=0和t=0.20 s时的波形分别如图中实线和虚线所示。己知该波的周期T>0.20 s。下列说法正确的是（ ）

A.波速为0.40 m/s

B.波长为0.08 m

C. x=0.08 m的质点在 t=0.70 s时位于波谷

D. x=0.08 m的质点在 t=0.12 s时位于波谷

E.若此波传入另一介质中其波速变为0.80 m/s，则它在该介质中的波长为0.32 m

（2）如图，某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记"·"(图中 O点)，然后用横截面为等边三角形 ABC的三棱镜压在这个标记上，小标记位于 AC边上。 D位于 AB边上，过 D点做 AC边的垂线交 AC于 F。该同学在 D点正上方向下顺着直线 DF的方向观察。恰好可以看到小标记的像；过 O点做 AB边的垂线交直线 DF于 E； DE=2 cm， EF=1 cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)

（1）在下列描述的核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．（填正确答案的标号）

A. ${}_6{}^{14}C\to {}_7{}^{14}N+{}_{-1}{}^{0}e$

B. ${}_{15}{}^{32}P$ → ${}_{16}{}^{32}S+{}_{16}{}^{32}e$

C. ${}_{92}{}^{238}U$ → ${}_{90}{}^{234}Th+{}_2{}^{4}He$

D. ${}_7{}^{14}N+{}_2{}^{4}He\to {}_8{}^{17}O+{}_1{}^{1}H$

E. ${}_{92}{}^{235}U+{}_0{}^{1}n\to {}_{54}{}^{140}Xe+{}_{38}{}^{94}Sr+2{}_0{}^{1}n$

F. ${}_1{}^{3}H+{}_1{}^{2}H\to {}_2{}^{4}He+{}_0{}^{1}n$ ．

（2）如图，光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体，斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上．某时刻小孩将冰块以相对冰面3m/s的速度向斜面体推出，冰块平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的最大高度为h=0.3m（h小于斜面体的高度）．已知小孩与滑板的总质量为m ₁=30kg，冰块的质量为m ₂=10kg，小孩与滑板始终无相对运动．取重力加速度的大小g=10m/s ²．

（i）求斜面体的质量；

（ii）通过计算判断，冰块与斜面体分离后能否追上小孩？

轻质弹簧原长为2l，将弹簧竖直放置在地面上，在其顶端将一质量为5m的物体由静止释放，当弹簧被压缩到最短时，弹簧长度为l．现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接．AB是长度为5l的水平轨道，B端与半径为l的光滑半圆轨道BCD相切，半圆的直径BD竖直，如图所示．物块P与AB间的动摩擦因数 $\mu =0.5$ ．用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度l，然后释放，P开始沿轨道运动，重力加速度大小为g．

①若P的质量为m，求P到达B点时速度的大小，以及它离开圆轨道后落回到AB上的位置与B点间的距离；

②若P能滑上圆轨道，且仍能沿圆轨道滑下，求P得质量的取值范围．

[物理一选修3-4）

（1）一简谐横波沿 $x$ 轴正方向传播，在 $t=\frac{T}{2}$ 时刻，该波的波形图如图（a）所示， $P、Q$ 是介质中的两个质点。图（b）表示介质中某质点的振动图像。下列说法正确的是    （填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．质点 $Q$ 的振动图像与图（b）相同

B．在 $t=0$ 时刻，质点 $P$ 的速率比质点 $Q$ 的大

C．在 $t=0$ 时刻，质点 $P$ 的加速度的大小比质点 $Q$ 的大

D．平衡位置在坐标原点的质点的振动图像如图（b）所示

E．在 $t=0$ 时刻，质点P与其平衡位置的距离比质点 $Q$ 的大

（2）如图，一般帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面 $3\mathit{m}$ 。距水面 $4\mathit{m}$ 的湖底 $P$ 点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为 $53°$ （取 $\mathit{sin}53°=0.8$ ）。已知水的折射率为 $\frac{4}{3}$ .

（i）求桅杆到 $P$ 点的水平距离；

（ii）船向左行驶一段距离后停止，调整由 $P$ 点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为 $45°$ 时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。

竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图（a）所示。 $\mathrm{t}=0$ 时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短）；当A返回到倾斜轨道上的P点（图中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块A运动的 $\mathrm{v}-\mathrm{t}$ 图像如图（b）所示，图中的 $v_1$ 和 $t_1$ 均为未知量。已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力。

（1）求物块B的质量；

（2）在图（b）所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功；

（3）已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等，在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上。求改变前面动摩擦因数的比值。

（1）用一个摆长为 $80.0\mathit{cm}$的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于 $5°$，则开始时摆球拉离平衡位置的距离应不超过　　 $\mathit{cm}$（保留1位小数）。（提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。 $)$某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为　　 $\mathit{cm}$。

（2）直角棱镜的折射率 $n=1.5$，其横截面如图所示，图中 $\angle C=90°$， $\angle A=30°$．截面内一细束与 $\mathit{BC}$边平行的光线，从棱镜 $\mathit{AB}$边上的 $D$点射入，经折射后射到 $\mathit{BC}$边上。

$\left(i\right)$光线在 $\mathit{BC}$边上是否会发生全反射？说明理由；

$\left(\mathit{ii}\right)$不考虑多次反射，求从 $\mathit{AC}$边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。

某游乐园入口旁有一喷泉, 喷出的水柱将一质量为 $\mathrm{M}$ 的卡通玩具稳定地悬停在 空中。为计算方便起见，假设水柱从横截面积为 $S$ 的喷口持续以速度 v0 竖直向上喷出; 玩具 底部为平板（面积略大于 $\mathrm{S}$ ); 水柱冲击到玩具底板后, 在竖直方向水的速度变为零, 在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为 $\rho$, 重力加速度大小为 $\mathrm{g}\mathrm{。}$ 求

(i) 喷泉单位时间内喷出的水的质量;

（ii）玩具在空中悬停时, 其底面相对于喷口的高度。

用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路， $O$ 和 $O\text{'}$ 分别是入射点和出射点。如图（a）所示。测得玻璃砖厚度为 $h＝15.0\mathit{mm}$ ；A到过 $O$ 点的法线 $\mathit{OM}$ 的距离 $\mathit{AM}＝10.0\mathit{mm}$ ， $M$ 到玻璃砖的距离 $\mathit{MO}＝20.0\mathit{mm}$ ， $O\text{'}$ 到 $\mathit{OM}$ 的距离为 $s＝5.0\mathit{mm}$ 。

（ⅰ）求玻璃砖的折射率；

（ⅱ）用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图（b）所示。光从上表面入射，入射角从 $0$ 逐渐增大，达到 $45°$ 时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。

（1）如图，单色光从折射率 n=1.5、厚度 d=10.0 cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×10 ⁸m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为_________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间 t的取值范围是__________s≤ t＜_________s（不考虑反射）。

（2）均匀介质中质点 A、 B的平衡位置位于 x轴上，坐标分别为0和 x _B=16 cm。某简谐横波沿 x轴正方向传播，波速为 v=20 cm/s，波长大于20 cm，振幅为 y=l cm，且传播时无衰减。 t=0时刻 A、 B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔Δ t=0.6 s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在 t ₁时刻（ t ₁>0），质点 A位于波峰。求：

（i）从 t ₁时刻开始，质点 B最少要经过多长时间位于波峰；

（ii） t ₁时刻质点 B偏离平衡位置的位移。

（1）如图，一定量的理想气体经历的两个不同过程，分别由体积-温度（V-t）图上的两条直线I和Ⅱ表示， V ₁和 V ₂分别为两直线与纵轴交点的纵坐标； t ₀为它们的延长线与横轴交点的横坐标， t ₀=-273.15°C； a为直线I上的一点。由图可知，气体在状态 a和 b的压强之比 p _a/ p _b=______;气体在状态 b和 c的压强之比 p _a/ p _c=_________。

（2）如图，一汽缸中由活塞封闭有一定量的理想气体，中间的隔板将气体分为 A、 B两部分；初始时， A、 B的体积均为 V，压强均等于大气压 p ₀。隔板上装有压力传感器和控制装置，当隔板两边压强差超过0.5 p ₀时隔板就会滑动，否则隔板停止运动。气体温度始终保持不变。向右缓慢推动活塞，使 B的体积减小为 V/2。

（i）求 A的体积和 B的压强；

（ⅱ）再使活塞向左缓慢回到初始位置，求此时 A的体积和 B的压强。

如图，长度均为 l的两块挡板竖直相对放置，间距也为 l，两挡板上边缘 P和 M处于同一水平线上，在该水平线的上方区域有方向竖直向下的匀强电场，电场强度大小为 E；两挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可调节的匀强磁场。一质量为 m，电荷量为 q（ q＞0）的粒子自电场中某处以大小为v ₀的速度水平向右发射，恰好从 P点处射入磁场，从两挡板下边缘 Q和 N之间射出磁场，运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与 PQ的夹角为60°，不计重力。

（1）求粒子发射位置到 P点的距离；

（2）求磁感应强度大小的取值范围；

（3）若粒子正好从 QN的中点射出磁场，求粒子在磁场中的轨迹与挡板 MN的最近距离。

空间存在两个垂直于 $\mathit{Oxy}$平面的匀强磁场， $y$轴为两磁场的边界，磁感应强度分别为 $2B_0$、 $3B_0$．甲、乙两种比荷不同的粒子同时从原点 $O$沿 $x$轴正向射入磁场，速度均为 $v$。甲第1次、第2次经过 $y$轴的位置分别为 $P$、 $Q$，其轨迹如图所示。甲经过 $Q$时，乙也恰好同时经过该点。已知甲的质量为 $m$，电荷量为 $q$。不考虑粒子间的相互作用和重力影响。求：

（1） $Q$到 $O$的距离 $d$；

（2）甲两次经过 $P$点的时间间隔△ $t$。

（3）乙的比荷 $\frac{q\text{'}}{m\text{'}}$可能的最小值。

同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用，其基本原理简化为如图所示的模型。、为两块中心开有小孔的平行金属板。质量为、电荷量为的粒子（不计重力）从板小孔飘入板间，初速度可视为零，每当进入板间，两板的电势差变为，粒子得到加速，当离开板时，两板的电荷量均立即变为零。两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场，在磁场作用下做半径为的圆周运动，远大于板间距离，经电场多次加速，动能不断增大，为使保持不变，磁场必须相应地变化。不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。求

（1）运动第1周时磁场的磁感应强度的大小；

（2）在运动第n周的时间内电场力做功的平均功率；

（3）若有一个质量也为、电荷量为（k为大于1的整数）的粒子（不计重力）与A同时从板小孔飘入板间，、B初速度均可视为零，不计两者间的相互作用，除此之外，其他条件均不变，下图中虚线、实线分别表示、的运动轨迹。在的轨迹半径远大于板间距离的前提下，请指出哪个图能定性地反映、的运动轨迹，并经推导说明理由。

如图，质量为M的足够长金属导轨放在光滑的绝缘水平面上。一电阻不计，质量为的导体棒放置在导轨上，始终与导轨接触良好，构成矩形。棒与导轨间动摩擦因数为，棒左侧有两个固定于水平面的立柱。导轨段长为，开始时左侧导轨的总电阻为，右侧导轨单位长度的电阻为。以为界，其左侧匀强磁场方向竖直向上，右侧匀强磁场水平向左，磁感应强度大小均为。在=0时，一水平向左的拉力F垂直作用在导轨的边上，使导轨由静止开始做匀加速直线运动，加速度为。

（1）求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式；
（2）经过多长时间拉力F达到最大值，拉力F的最大值为多少？
（3）某过程中回路产生的焦耳热为，导轨克服摩擦力做功为W，求导轨动能的增加量。

回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。

⑴当今医学影像诊断设备PET/CT堪称"现代医学高科技之冠"，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。若碳11的半衰期为，经剩余碳11的质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）

⑵回旋加速器的原理如图，和是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为的交流电源上，位于圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之间被电场加速，、置于与盒面垂直的磁感应强度为的匀强磁场中。若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为，求输出时质子束的等效电流I与、、、的关系式（忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速）。

⑶试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差是增大、减小还是不变？