高中物理解答题

如图所示，轻弹簧一端连于固定点，可在竖直平面内自由转动，另一端连接一带电小球,其质量,电荷量.将弹簧拉至水平后，以初速度竖直向下射出小球,小球到达点的正下方点时速度恰好水平，其大小.若、相距小球在点与另一由细绳悬挂的、不带电的、质量的静止绝缘小球相碰。碰后瞬间，小球脱离弹簧，小球N脱离细绳，同时在空间加上竖直向上的匀强电场E和垂直于纸面的磁感应强度的匀强磁场。此后，小球在竖直平面内做半径的圆周运动。小球、均可视为质点，小球的电荷量保持不变，不计空气阻力，取。那么，

（1）弹簧从水平摆至竖直位置的过程中，其弹力做功为多少？

（2）请通过计算并比较相关物理量，判断小球P、N碰撞后能否在某一时刻具有相同的速度。

(3)若题中各量为变量，在保证小球、碰撞后某一时刻具有相同速度的前提下，请推导出r的表达式(要求用、、、表示，其中为小球N的运动速度与水平方向的夹角)。

如图（a），一弹簧上端固定支架顶端，下端悬挂一托盘：一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。

现要测量图（a）中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图（b）所示，其读数为________cm。当地的重力加速度大小为9.80m’s² ， 此弹簧的劲度系数为________N/m（保留3位有效数字）。

某同学在学习了DIS实验后，设计了一个测量物体瞬时速度的实验，其装置如图所示．在小车上固定挡光片，使挡光片的前端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端．该同学将小车从该端同一位置由静止释放，获得了如下几组实验数据．
实验
次数   不同的
挡光片   通过光电门的时间
（s）   速度
（m/s）
第一次    I    0.23044    0.347
第二次   Ⅱ    0.17464    0.344
第三次   Ⅲ    0.11662    0.343
第四次   Ⅳ    0.05850    0.342
（1）则以下表述正确的是   
①四个挡光片中，挡光片I的宽度最小
②四个挡光片中，挡光片Ⅳ的宽度最小
③四次实验中，第一次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度
④四次实验中，第四次实验测得的速度最接近小车车头到达光电门时的瞬时速度
A.①③B.②③C.①④D.②④
（2）这种方法得到的测量值跟实际值相比    
A.偏大   B.偏小   C.相等
（3）若把挡光片装在小车的正中间，测量小车正中间到达光电门时的瞬时速度，测量值跟实际值相比    
A.偏大   B.偏小   C.相等．

分子间作用力 $F$与分子间距 $r$的关系如图所示， $r=r_1$时， $F=0$．分子间势能由 $r$决定，规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点 $O$，另一分子从距 $O$点很远处向 $O$点运动，在两分子间距减小到 $r_2$的过程中，势能　减小　（填“减小”“不变”或“增大” $)$；在间距由 $r_2$减小到 $r_1$的过程中，势能　　（填“减小”“不变”或“增大” $)$；在间距等于 $r_1$处，势能　　（填“大于”“等于”或“小于” $)$零。

2009年中国女子冰壶队首次获得了世界锦标赛冠军，这引起了人们对冰壶运动的关注。冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程：如图，运动员将静止于点的冰壶（视为质点）沿直线推到点放手，此后冰壶沿滑行，最后停于点。已知冰面与各冰壶间的动摩擦因数为，冰壶质量为，，,重力加速度为 ，
（1）求冰壶在 点的速率；

（2）求冰壶从点到点的运动过程中受到的冲量大小；

（3）若将段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为,原只能滑到点的冰壶能停于点，求点与点之间的距离。

黑体辐射的规律不能用经典电磁学理论来解释，1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子ε=hν．
1905年爱因斯坦从此得到启发，提出了光子说并成功解释了光电现象中有关极限频率、最大初动能等规律，并因此获得诺贝尔物理学奖．请写出爱因斯坦光电效应方程：      ；
1913年玻尔又受以上两位科学家的启发，把量子理论应用到原子结构中，假设了电子轨道及原子的能量是量子化的，并假定了能级跃迁时的频率条件，成功地解释了氢原子光谱的实验规律．请写出电子从高能定态（能量记为E_m）跃迁至低能态（能量记为E_n）时的频率条件方程：        ．

如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度大小为v ₁， 并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l。不计重力影响和离子间的相互作用。求：

（1）磁场的磁感应强度大小；    

（2）甲、乙两种离子的比荷之比。    

[物理-选修3-3]

（1）某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度__________（填"高于""低于"或"等于"）外界温度，容器中空气的密度__________（填"大于""小于"或"等于"）外界空气的密度。

（2）热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为 $0.13m^3$ ，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为 $3.2\times {10}^{-2}{m}^3$ ，使用前瓶中气体压强为 $1.5\times {10}^7\mathit{Pa}$ ，使用后瓶中剩余气体压强为 $2.0\times {10}^6\mathit{Pa}$ ；室温温度为 $27℃$ 。氩气可视为理想气体。

（i）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强；

（ii）将压入氩气后的炉腔加热到 $1227℃$ ，求此时炉腔中气体的压强。

光滑水平面上有质量为M、高度为h的光滑斜面体A，斜面顶端放有质量为m的小物体B，A、B都处于静止状态从某时刻开始释放物体B，在B沿斜面下滑的同时斜面体A沿水平方向向左做匀加速运动．经过时间t，斜面体水平移动s，小物体B刚好滑到底端．

（1）求运动过程中斜面体A所受合力F_A的大小；
（2）分析小物体B做何种运动？并说明理由；
（3）求小物体B到达斜面体A底端时的速度v_B大小．

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）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？

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。

（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。

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？