2009屆高考物理試題創(chuàng)新設(shè)計(jì)

 

 

 （翻滾過山車）裝置由圓軌道

與兩段斜軌連接而成，列車從

斜軌高處無動(dòng)力靜止滑下，經(jīng)

過圓軌道后再?zèng)_上另一斜軌.

已知列車質(zhì)量為m，圓軌道半

徑為R，若將列車看成質(zhì)點(diǎn)，

并且不計(jì)摩擦.求：

   （1）要保證列車能安全通過圓軌道，則斜軌高度至少多少？

 

 

   （2）若列車較長，不能看成質(zhì)點(diǎn)，并且要考慮列車與軌道間摩擦，則對(duì)斜軌高度有何影

響.

 

 

   （3）若列車由許多節(jié)構(gòu)成，總長恰為2πR，列車高度不計(jì)，摩擦阻力也不考慮，為保證

列車能安全通過圓軌道，求斜軌高度至少多少？

 

 

 

2．（16分）如圖，當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，有光電子逸出，設(shè)某光電子質(zhì)量為m，電量為e，

以初速v。平行于電場線方向從鋅板上飛出，若要使光電子經(jīng)過時(shí)間t時(shí)具有的電勢能

與剛逸出時(shí)具有的電勢能相同（不計(jì)電子的重力，AB間可視為勻強(qiáng)電場），則：

   （2）電場強(qiáng)度E為多少？

   （3）AB兩極所加電壓的最小值為多少？

 

 

 

 

 

3．（20分）間距為L=1m的足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面成30°角放置. 導(dǎo)軌上端

連有阻值為0.8Ω的電阻R和理想電流表A，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T的勻強(qiáng)磁場垂直導(dǎo)軌

平面，現(xiàn)有質(zhì)量為m=1kg，電阻r=0.2Ω的金屬棒，從導(dǎo)軌底端以10m/s的初速度v0沿

平行導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，如圖所示. 現(xiàn)對(duì)金屬棒施加一個(gè)平行于導(dǎo)軌平面，且垂直于棒的外

力F作用，使棒向上作減速運(yùn)動(dòng). 已知棒在導(dǎo)軌平面的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，每1s內(nèi)在電阻

R上的電壓總是均勻變化1.6V. 求：

   （1）電充表讀數(shù)的最大值.

   （2）從金屬棒開始運(yùn)動(dòng)到電流表讀數(shù)為零的過程中，棒的機(jī)械能如何變化，變化了多少？

化關(guān)系（取F沿導(dǎo)軌向上為正方向）.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4．（15分）在天體演變的過程中，超紅巨星發(fā)生“超新星爆炸”后，會(huì)有氣體塵埃以云霧的形式向四面八方噴出，而爆炸之后剩余的星體核心部分，可以形成中子星。中子星是通過中子之間的萬有引力結(jié)合而成的球狀星體，結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，具有極高的密度。

   （1）中子星中存在著一定量的質(zhì)子和電子，這是因?yàn)樽杂蔂顟B(tài)的中子很不穩(wěn)定，容易發(fā)生衰變生成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，請(qǐng)寫出該核反應(yīng)方程，并計(jì)算該核反應(yīng)中釋放出的能量為多少J？（質(zhì)子質(zhì)量mp=1.007277u，中子質(zhì)量mu=1.008665u，電子質(zhì)量me=0.00055u，1u = 1.6606×10―27kg）（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

   （2）已知某中子星密度為1017kg/m3,半徑為10 km，求該中子星的衛(wèi)星運(yùn)行的最小周期（衛(wèi)星的軌道近似為圓軌道，萬有引力恒量G=6.67×10―11N?m2/kg2，結(jié)果保留一位有效數(shù)字）

 

 

 

 

 

 

5．（18分）在光滑的水平地面上停著一輛小車，小車頂上的一平臺(tái)，其上表面上粗糙，動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.8，在靠在光滑的水平桌面旁并與桌面等高，現(xiàn)有一質(zhì)量為m = 2kg的物體c以速度v0=6m/s沿光滑水平桌面向右運(yùn)動(dòng)，滑過小車平臺(tái)后從A點(diǎn)離開，恰好能落在小車前端的B點(diǎn)，此后物體c與小車以共同速度運(yùn)動(dòng)，已知小車質(zhì)量為M= 4kg，O點(diǎn)在A點(diǎn)的正下方，OA = 0.8 m，OB=1.2m，g= 10m/s2，求：

   （1）系統(tǒng)的最終速度和物體c由A到B所用的時(shí)間；

   （3）小車頂上的平臺(tái)在v0方向上的長度。

 

 

 

 

 

 

20081113

 

 

6．（20分）如圖所示，在地面附近，坐標(biāo)系xoy在豎直平面內(nèi)，空間有沿水平方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在x<0的空間內(nèi)還有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E。一個(gè)帶正電的油滴經(jīng)圖中x軸上的M點(diǎn)，始終沿與水平方向成角α= 30°的斜向下的直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入x>0的區(qū)域后能在豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，需在x>0的區(qū)域內(nèi)加一個(gè)勻強(qiáng)電場，若帶電油滴做圓周運(yùn)動(dòng)通過x軸上的N點(diǎn)，且MO=NO，求：（1）油滴運(yùn)動(dòng)的速率大小；

   （2）在x>0空間內(nèi)所加電場的場強(qiáng)大小和方向；

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20081113

列車在全過程中機(jī)械能守恒……………2分  得…………2分

（2）從列車較長，不能看作質(zhì)點(diǎn)的角度考慮，列車作圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，重心下降，因此高度可以下降.…2分

從考慮阻力的角度看，由于列車要克服阻力做功，高度應(yīng)增加.……………………2分

（3）當(dāng)整個(gè)列車恰好在圓軌道時(shí)，對(duì)最上方那節(jié)車廂分析，有………………2分

列車在全過程中機(jī)械能守恒 …………2分  得h=1.5R………………2分

2．解：（1）既然要求光電子經(jīng)過時(shí)間t，具有開始時(shí)的電勢能，即電場力做功為零，這就要求此時(shí)電子返

回到出發(fā)點(diǎn)，因此：左板（鋅板）接正，右板接負(fù)…………4分

（2）………2分   由速度公式，得……2分  …2分

（3）由動(dòng)能定理：…………4分   ………………2分

3．解：（1）速度最大時(shí)，ε最大，電流I最大，……2分 …3分

（2）當(dāng)棒運(yùn)動(dòng)速度為v時(shí)，棒上感應(yīng)電動(dòng)勢為ε，有…………1分

由閉合電路歐姆定律，得……1分   電阻R兩端電壓U，由歐姆定律 U=IR……1分

得  式中R、r、B、L均為定值，故  恒定…2分

金屬棒應(yīng)向上作勻減速運(yùn)動(dòng)，且…………1分

由速度位移關(guān)系  得：………………2分

………………1分

機(jī)械能增加值………………2分

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

完整正確地作出圖線得4分

4．（1）核反應(yīng)方程：（2分）   △E=△mc2=（1.008665－1.007227－0.00055）×1.6606×

10－27×(3×108)2=1.3×10－13J （2分） （2）（3分） （2分）

（2分）  （2分）

5．（1）水平方向動(dòng)量守恒 （2分） （2分） 豎直方向上：

     （2分）  （2）（2分）

   （2分） v1=1m/s  vA=4m/s （2分）

（3）（4分）  （2分）

6．（1）（3分） （3分） （2分） （2）（2分） qE=mg（2分） （2分） 方向豎直向上（1分） （3）qvB=mv2/R（1分）

   R=mv/qB  （1分） 粒子與y軸交于p點(diǎn)，（2分）

   粒子軌跡所對(duì)的圓心角為120°，t = Mp/V + T/3（3分）

由（2）可知：（3分）  （2分）

 

 

 

 

 

 

 

2009屆高考物理試題創(chuàng)新設(shè)計(jì)

 

 

1．（14分）小明家剛買車的第一天，小明的爸爸駕車拐彎時(shí)，發(fā)現(xiàn)前面是一個(gè)上坡。一個(gè)小孩追逐一個(gè)皮球突然跑到車前。小明的爸爸急剎車，車輪與地面在馬路上劃出一道長12m的黑帶后停住。幸好沒有撞著小孩！小孩若無其事地跑開了。路邊一個(gè)交通警察目睹了全過程，遞過來一張超速罰款單，并指出最高限速是60km/h。

        小明對(duì)當(dāng)時(shí)的情況進(jìn)行了調(diào)查：估計(jì)路面與水平面的夾角為15°；查課本可知輪胎與路面的動(dòng)摩擦因數(shù)；從汽車說明書上查出該汽車的質(zhì)量是1570kg，小明的爸爸體重是60kg；目擊者告訴小明小孩重30kg，并用3.0s的時(shí)間跑過了4.6m寬的馬路。又知cos15°=0.9659，sin15°=0.2588。

    根據(jù)以上信息，你能否用學(xué)過的知識(shí)到法庭為小明的爸爸做無過失辯護(hù)？（取g=9.8m/s2）

 

 

 

 

2．（17分）如圖甲所示為電視機(jī)中顯象管的原理示意圖，電子槍中的燈絲加熱陰極而逸出電子，這些電子再經(jīng)加速電場加速后，從O點(diǎn)進(jìn)入由磁偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁場中，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)磁場后打到熒光屏MN上，使熒光屏發(fā)出熒光形成圖象，不計(jì)逸出電子的初速度和重力.已知電子的質(zhì)量為m，電量為e，加速電場的電壓為U。偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場分布在邊長為L的長方形ABCD區(qū)域內(nèi)，磁場方向垂直紙面，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。在每個(gè)周期內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度都是從－B0均勻變化到B0。磁場區(qū)域的左邊界的中點(diǎn)與O點(diǎn)重合，AB邊與OO/平行，右邊界BC與熒光屏之間的距離為s。由于磁場區(qū)域較小，且電子運(yùn)動(dòng)的速度很大，所以在每個(gè)電子通過磁場區(qū)域的過程中，可認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，即為勻強(qiáng)磁場，不計(jì)電子之間的相互作用。

   （1）求電子射出電場時(shí)速度的大小；

   （2）為使所有的電子都能從磁場的BC邊射出，求偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值；

   （3）熒光屏上亮線的最大長度是多少？

 

3．（8分）我們生活在大氣的海洋中，那么包圍地球大氣層的空氣分子數(shù)有多少呢？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)估測方案，并指出需要的實(shí)驗(yàn)器材和需要測定或查找的物理量，推導(dǎo)出分子數(shù)的表達(dá)式( 由于大氣高度遠(yuǎn)小于地球半徑R，可以認(rèn)為大氣層各處的重力加速度相等)。

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4．（8分）如圖所示，一等腰直角棱鏡，放在真空中，AB=AC=d.在棱鏡側(cè)面AB左方有一單色光源S，從S發(fā)出的光線SD以60°入射角從AB側(cè)面中點(diǎn)射入，當(dāng)它從側(cè)面AC射出時(shí)，出射光線偏離入射光線的偏向角為30°，若測得此光線傳播的光從光源到棱鏡面AB的時(shí)間跟在棱鏡中傳播的時(shí)間相等，那么點(diǎn)光源S到棱鏡AB側(cè)面的垂直距離是多少？

 

 

 

5．（8分）如圖所示，有A、B兩質(zhì)量為M= 100kg的小車，在光滑水平面以相同的速率v0=2m/s在同一直線上相對(duì)運(yùn)動(dòng)，A車上有一質(zhì)量為m = 50kg的人至少要以多大的速度(對(duì)地)從A車跳到B車上，才能避免兩車相撞？

 

 

 

參考答案

1．解析：能進(jìn)行無過失辯護(hù)。

    對(duì)汽車整體分析由牛頓第二定律得，

20080827

    又  所以

    代入數(shù)據(jù)得a=8.22m/s2

    剎車可以認(rèn)為做勻減速過程，末速度為零

    根據(jù)

    所以，故不超速。

2．解析：（1）設(shè)電子射出電場的速度為v，則根據(jù)動(dòng)能定理，對(duì)電子的加速過程有

    解得

   （2）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0或－B0時(shí)

    （垂直于紙面向外為正方向），電子

    剛好從b點(diǎn)或c點(diǎn)射出

    設(shè)此時(shí)圓周的半徑為R，如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系有：

    ，

    解得

    電子在磁場中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，因此有：

    解得

   （3）根據(jù)幾何關(guān)系可知，

    設(shè)電子打在熒光屏上離O/點(diǎn)的最大距離為d，則

    由于偏轉(zhuǎn)磁場的方向隨時(shí)間變化，根據(jù)對(duì)稱性可知，熒光屏上的亮線最大長度為

   

3．解析：需要的實(shí)驗(yàn)器材是氣壓計(jì).需要測量和查找的物理量是大氣壓p0、空氣的平均摩爾質(zhì)量M、

地球半徑R和重力加速度g。

    分子數(shù)的推導(dǎo)如下：

   （1）設(shè)大氣層的空氣質(zhì)量為m，由于大氣高度遠(yuǎn)小于地球半徑R，可以認(rèn)為大氣層各處的重力加速度相等，由，得 。

   （2）大氣層中空氣的摩爾數(shù)為 。

   （3）由阿伏加得羅常數(shù)得空氣分子數(shù)為

。

4．解析：如圖所示，由折射定律，光線在AB面上

折射時(shí)有sin60°=nsinα

    在BC面上出射時(shí)，nsinβ=nsinγ

由幾何關(guān)系，α+β=90°

    δ=(60°－α)+(γ－β)=30°

    聯(lián)立解得，α=β=45°  γ=60°

    所以n=sin60°/sin45°=/2

    單色光在棱鏡中通過的幾何路程

    單色光在棱鏡中光速

    設(shè)點(diǎn)光源到棱鏡AB側(cè)面的垂直距離為L，

    依題意，

    所以

5．解：人跳出后，兩車速度恰相同時(shí)，既避免相撞，人的速度又最小，由動(dòng)量守恒定律得

    
   
    
    
    
    
    
    20080827
    （3分）
        解得，v人=5.2m/s（2分）
     
     
     
     
    
				
	
    
		
    


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