小卷1-【冲刺高考 黄金考点】2021年物理综合练习(解析版)

《冲刺高考 摘金夺银》 综合练习(一) 班级__________ 姓名____________ 学号____________ 共 11 小题，总分 50 分，第 1～7 题单选，每小题 3 分，第 8 题多选 2 分，共 23 分；第 9 题实验题 7 分； 第 10、11 题计算题(10 分+10 分)。作业时间 40 分钟。 1．在下列各组物理量中，全部属于矢量的是( ) A．位移、磁通量、速度 B．速度、功、加速度 C．加速度、速度变化量、电场强度 D．磁感应强度、时间、速度 【答案】C 2.如图所示，在某次比赛中，我国女排名将将排球从底线 A 点的正上方以某一速度水平发出，排球正好擦 着球网落在对方底线的 B 点上，且 AB 平行于边界 CD。已知网高为 h＝2.24 m，球场的长度为 s＝18 m，不计空气阻力且排球可看成质点， 重力加速度 g＝10 m/s2，则排球被发出时，击球点的高度 H 和水平初 速度 v 分别为( ) A.H＝2.99 m，v＝23.3 m/s B.H＝3.36 m，v＝12.0 m/s C.H＝2.99 m，v＝12.0 m/s D.H＝3.36 m，v＝23.3 m/s 【答案】A 【解析】由于排球飞过全场，前半场与后半场用时相等，由平抛运动规律知竖直方向位移之比为 1∶3，已 知后半场竖直位移为 2.24 m，则总高度为 H＝4 3h≈2.99 m；由平抛运动公式 s＝vt，H＝1 2gt2，计算得 v＝23.3 m/s。 3.一次演习中，一空降特战兵实施空降，飞机悬停在高空某处后，空降特战兵从机舱中跳下，设空降特战 兵沿直线运动，其速度—时间图象如图甲所示，当速度减为零时特战兵恰好落到地面。已知空降特战兵的 质量为 60 kg。设降落伞用 8 根对称的绳悬挂空降特战兵， 每根绳与中轴线的夹角均为 37°，如图乙所示。不计空降 特战兵所受的阻力。则空降特战兵(sin 37°＝0.6，cos 37° ＝0.8)( ) A.前 2 s 处于超重状态 B.从 200 m 高处开始跳下 C.落地前瞬间降落伞的每根绳对特战兵的拉力大小为 125 N D.整个运动过程中的平均速度大小为 10 m/s 【答案】C 【解析】前 2 s 运动员加速下降，故处于失重状态，故选项 A 错误；速度—时间图象中，面积大小等于位 移大小，故位移为 180 m，选项 B 错误；平均速度 v＝s t ＝180 13 m/s＝13.8 m/s，故选项 D 错误；根据牛顿运 动定律 8Fcos 37°－mg＝ma，根据图象，运动员落地前加速度 a＝10 3 m/s2，则 F＝125 N，故选项 C 正确。 4.2018 年 7 月 22 日美国在卡纳维拉尔角空军基地成功发射了地球同步轨道卫星 Telstar 19 Vantage，定点在 西经 63 度赤道上空。2018 年 7 月 25 日欧洲航天局在圭亚那太空中心成功发射了四颗伽利略导航卫星(FO CFM－19、20、21、22)，这四颗伽利略导航卫星质量大小不等，运行在离地面高度为 23 616 km 的中地球 轨道。设所有卫星都绕地球做匀速圆周运动，下列说法正确的是( ) A.这四颗伽利略导航卫星运行时所需的向心力大小相等 B.FO CFM－19 运行时周期小于 Telstar 19 Vantage 的运行周期 C.Telstar 19 Vantage 运行时线速度可能大于地球第一宇宙速度 D.FO CFM－19 运行时的向心加速度小于 Telstar 19 Vantage 的向心加速度 【答案】B 【解析】根据万有引力提供向心力得 F＝GMm r2 ，这四颗伽利略导航卫星的轨道半径相等，但质量大小不等， 故这四颗伽利略导航卫星的向心力大小不相等，故 A 错误；根据万有引力提供向心力得 GMm r2 ＝m4π2 T2 r，解 得 T＝2π r3 GM ，因 FO CFM－19 运行时轨道半径小于地球同步轨道卫星 Telstar 19 Vantage 的轨道半径， 故 FO CFM－19 运行时周期小于 Telstar 19 Vantage 的运行周期，故 B 正确；根据万有引力提供向心力得 GMm r2 ＝mv2 r ，解得 v＝ GM r ，因地球同步轨道卫星 Telstar 19 Vantage 的轨道半径大于地球半径，故 Tels tar 19 Vantage 运行时线速度一定小于地球第一宇宙速度，故 C 错误；根据万有引力提供向心力得 GMm r2 ＝ ma，解得 a＝GM r2 ，因 FO CFM－19 运行时轨道半径小于地球同步轨道卫星 Telstar 19 Vantage 的轨道半径， 故 FO CFM－19 的向心加速度大于 Telstar 19 Vantage 的向心加速度，故 D 错误。 5.如图甲所示的“抓娃娃机”是老少皆宜的一种娱乐工具。若抓小熊的爪子有四个抓脚，某次抓小熊简化 为如图乙所示(只画了左、右两个抓脚，前、后两个没画)，其中一段过程如下：当小熊(可视为质点)被爪子 抓紧，爪子通过轻绳悬挂在小环上，小环套在水平光滑细杆上，小熊质量为 M，到小环的距离为 L，小熊 与每个抓脚间的最大静摩擦力均为 F。小环和小熊以速度 v 向右匀速运动，小环碰到杆上的钉子 P 后立刻 停止，小熊向上摆动。整个过程中，小熊在爪子中没有滑动。小环和爪子的质量均不计，重力加速度为 g。 下列说法正确的是( ) A.小熊向右匀速运动时，绳中的张力等于 4F B.小环碰到钉子 P 时，绳中的张力大于 4F C.小熊上升的最大高度为2v2 g D.速度 v 不能超过 （4F－Mg）L M 【答案】D 【解析】爪子受绳的拉力和小熊对爪子的静摩擦力，其中静摩擦力小于等于最大静摩擦力，由平衡条件知， 绳中的张力不一定等于 4F，选项 A 错误；小环碰到钉子 P 后，小熊开始在竖直面内做圆周运动，在最低 点时，对整体 T－Mg＝Mv2 L ，对小熊 4f－Mg＝Mv2 L ，所以 T＝4f≤4F，则绳中的张力不大于 4F，选项 B 错 误；小熊上升到最高点的过程中，由动能定理得，－Mgh＝－1 2Mv2，解得 h＝v2 2g ，选项 C 错误；当小熊受 到的静摩擦力为最大静摩擦力时，小熊的速度最大，由牛顿第二定律得，4F－Mg＝Mv2 L ，解得小熊的最大 速度为 v＝ （4F－Mg）L M ，选项 D 正确。 6.如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于 n＝3 的激发态，在向较低能 级跃迁的过程中向外辐射能量。下列说法正确的是( ) A.这群氢原子能发出四种频率不同的光 B.从 n＝3 能级跃迁到 n＝1 能级发出的光最容易发生衍射现象 C.从 n＝3 能级跃迁到 n＝1 能级发出的光子动量最大 D.从 n＝3 能级跃迁到 n＝1 能级发出的光照射逸出功为 2.49 eV 的金属钠，产生 的光电子初动能一定为 9.60 eV 【答案】C 【解析】根据数学知识可知这群氢原子能发出三种频率不同的光，A 错误；这群氢原子能发出三种频率不 同的光，其中从 n＝3 跃迁到 n＝1 所发出的光子频率最高，根据λ＝c ν ，知频率最高的光子，波长最短，最 不容易发生衍射现象，B 错误；从 n＝3 跃迁到 n＝1 所发出的光子频率最高，根据 p＝hν c ，其动量也最大， C 正确；氢原子跃迁时产生的最大光子能量 E＝hν＝12.09 eV，根据光电效应方程知，产生的光电子最大初 动能为 Ekm＝hν－W0＝9.60 eV，但不一定都是 9.60 eV，D 错误。 7.如图甲所示，质量 m＝3.0×10－3 kg 的“ ”形金属细框竖直放置在两水银槽中，“ ”形框的水平细杆 CD 长 l＝0.20 m，处于磁感应强度大小 B1＝1.0 T、方向水平向右的匀强磁场中。有一匝数 n＝300 匝、面 积 S＝0.01 m2 的线圈通过开关 K 与两水银槽相连。线圈处于与线圈 平面垂直、沿竖直方向的匀强磁场中，其磁感应强度 B2 随时间 t 变 化的关系如图乙所示。t＝0.22 s 时闭合开关 K 瞬间细框跳起(细框 跳起瞬间安培力远大于重力)，跳起的最大高度 h＝0.20 m。不计空 气阻力，重力加速度 g＝10 m/s2，下列说法正确的是( ) A.0～0.10 s 内线圈中的感应电动势大小为 3 V B.开关 K 闭合瞬间，CD 中的电流方向由 D 到 C C.磁感应强度 B2 的方向竖直向下 D.开关 K 闭合瞬间，通过细杆 CD 的电荷量为 0.03 C 【答案】D 【解析】0～0.1 s 内线圈中的磁场均匀变化，由法拉第电磁感应定律 E＝nΔΦ Δt ＝nSΔB Δt ，代入数据得 E＝30 V， A 错误；开关闭合瞬间，细框会跳起，可知细框受向上的安培力，由左手定则可判断电流方向由 C 到 D， B 错误；由于 t＝0.22 s 时通过线圈的磁通量正在减少，再对线圈由楞次定律可知感应电流产生的磁场的方 向与 B2 的方向相同，故再由安培定则可知 C 错误；K 闭合瞬间，因安培力远大于重力，则由动量定理有 B1IlΔt＝mv，通过细杆的电荷量 Q＝IΔt，线框向上跳起的过程中 v2＝2gh，解得 Q＝0.03 C，D 正确。 8. (多选)如图所示，实线是沿 x 轴传播的一列简谐横波在 t＝0 时刻的波形图，虚线是这列波在 t＝2 s 时刻 的波形图。已知该波的波速 v＝8 m/s，振幅 A＝4 cm，则下列说法中正确的是( ) A.t＝0 时刻 x＝8 m 处的质点向上振动 B.该横波若与频率为 1.5 Hz 的波相遇，可能发生干涉 C.经过 t＝1 s，x＝2 m 处的质点位于平衡位置且向下振动 D.t＝2.75 s 时刻 x＝4 m 处的质点位移为－2 3 cm 【答案】AD 【解析】由题图可知，该波的波长为λ＝12 m，波速 v＝8 m/s，故周期 T＝λ v ＝1.5 s，频率 f＝1 T ＝2 3 Hz，该 波与频率为 1.5 Hz 的波，不能发生干涉，选项 B 错误；经过 2 s，波沿 x 轴传播 16 m，即传播了λ＋4 m， 所以波向 x 轴负方向传播，由微平移法可知，t＝0 时刻 x＝8 m 处的质点在向上振动，选项 A 正确；经过 1 s，波向左传播 8 m，x＝2 m 处的质点的振动情况与 t＝0 时刻 x＝10 m 处的质点的振动情况相同，即位于 平衡位置且向上振动，选项 C 错误；2.75 s＝ 1＋5 6 T，x＝4 m 处的质点的位移为 Asin 2π×5 6 ＝－4× 3 2 cm ＝－2 3 cm，选项 D 正确。 9.(7 分)(1)如图甲所示是《物理必修 1》中“探究加速度与力、质量的关系”的参考案例，图乙是实验室常 见的器材，则该案例需要用到的器材是________(填图乙中器材的字母代号)； (2)下列关于(1)中案例的说法正确的是( ) A.该案例可以计算出加速度的具体数值； B.实验时不需要平衡摩擦力； C.连接小盘与小车的细绳应与木板平行； D.用刻度尺测出两个小车的位移，位移之比就是它们的加速度之比。 (3)甲同学采用图丙的方案做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，在一次实验中得到加速度 a＝5.01 m/s2，甲同学确认自己的操作正确，请根据现有的知识分析，甲同学的结论是否合理________(填“合 理”“不合理”或“无法确定”)。 【答案】(1)D (2)CD (3)不合理 【解析】(1)该实验通过同时控制两小车的动与停，即控制运动时间相等，用刻度尺测出两小车位移之比， 位移之比就是它们的加速度之比，不必计算出加速度的具体数值，故只需刻度尺，选 D。 (2)实验时，盘中砝码质量之比即小车所受合外力之比，故实验时需要平衡摩擦力，使细绳与木板平行，故 答案应为 C、D。 甲 丙 (3)由于该实验应满足砝码的质量远小于小车的质量的条件，故小车的加速度值应相对较小，而实验中得到 的加速度值较大，所以不合理。 10.(9 分)如图所示，水平轨道 AB 段为粗糙水平面，BC 段 为一水平传送带，两段平滑相接于 B 点。一质 量为 m＝1 kg 的物块(可视为质点)，静止于 A 点，AB 距离为 s＝2 m。已知物块与 AB 段和 BC 段的动摩擦 因数均为μ＝0.5，g 取 10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，不计空气阻力。 (1)若给物块施加一水平拉力 F＝11 N，使物块从静止开始沿轨道向右运动，到达 B 点时撤去拉力，物块在 传送带静止情况下刚好运动到 C 点，求传送带的长度； (2)在(1)问中，若将传送带绕 B 点逆时针旋转 37°后固定(AB 段和 BC 段仍 平滑连接)，要使物块仍能到达 C 端，则在 AB 段对物块施加拉力 F′应至少 多大。 【答案】(1)2.4 m (2)17 N 【解析】(1)物块在 AB 段 F－μmg＝ma1 得 a1＝6 m/s2 设物块到达 B 点时速度为 vB，有 vB＝2 6 m/s 滑上传送带μmg＝ma2 刚好到达 C 点，有 v2B＝2a2L，得传送带长度 L＝2.4 m。 (2)将传送带倾斜，滑上传送带有 mgsin 37°＋μmgcos 37°＝ma3，a3＝10 m/s2， 物块仍能刚好到 C 端，有 vB′2＝2a3L 在 AB 段，有 vB′2＝2as F′－μmg＝ma 联立解得 F′＝17 N 11.(10 分)某种回旋加速器的设计方案如俯视图甲所示，图中粗黑线段为两个正对的极板，两个极板的板面 中部各有一极窄狭缝(沿 OP 方向的狭长区域)，带电粒子可通过狭缝穿越极板(见图乙)，极板 A、B 之间加 如图丙所示的电压，极板间无磁场，仅有的电场可视 为匀强电场；两细虚线间(除两极板之间的区域)既无电 场也无磁场；其它部分存在垂直纸面向外的匀强磁场。 在离子源 S 中产生的质量为 m、带电荷量为 q 的正离 子，飘入电场，由电场加速后，经狭缝中的 O 点进入 磁场区域，O 点到极板右端的距离为 0.99D，到出射孔 P 的距离为 5D。已知磁感应强度大小可调，离子从 离子源上方的 O 点射入磁场区域，最终只能从出射孔 P 射出。假设离子打到器壁即被吸收，离子可以无阻 碍的通过离子源装置。忽略相对论效应，不计离子重力，0.992≈1。求： (1)磁感应强度 B 的最小值； (2)若磁感应强度 B＝6 D 2mU q ，则离子从 P 点射出时的动能和离子在磁场中运动的时间； (3)若磁感应强度 B＝6 D 2mU q ，如果从离子源 S 飘出的离子电荷量不变，质量变为原来的 K 倍(K 大于 1 的整数)，为了使离子仍从 P 点射出，则 K 可能取哪些值。 【答案】见解析 【解析】 (1)设离子从 O 点射入磁场时的速率为 v，有 qU＝1 2mv2－0 设离子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为 r， qvB＝mv2 r 若离子从 O 点射出后只运动半个圆周即从孔 P 射出，有 2r＝5D 此时磁感应强度取得最小值，且最小值为 Bmin＝ 2 5D 2mU q (2)若磁感应强度 B＝6 D 2mU q ，正离子在磁场中的轨道半径 r1＝D 6 经分析可知离子在磁场中运动半圈后将穿过上极板进入电场区域做减速运动，速度减小到零后又重新反向 加速到进入时的速度，从进入处到再次回到磁场区域，因为 r1＝D 6 ，这样的过程将进行 2 次，然后第 3 次 从极板右边界进入虚线下方磁场并进入电场区域被加速，如图所示，若离子绕过两极板右端后被加速了 n 次，则此时离子运动的半径为被加速了(n＋1)次对应的半径 rn＋1＝mvn＋1 qB 。离子从孔 P 射出满足的条件： 4r1＋2rn＋1＝5D 解得 n＋1＝132，即离子从静止开始被加速 169 次后从 P 点离开， 最大动能 Ekmax＝132qU＝169qU 在磁场中的总时间 t＝169.5T，T＝πD 3 m 2qU ，t＝339πD 6 m 2qU (3)若离子电荷量为 q，质量变为 Km，设在电场中被加速一次后直接进入磁场的半径为 rK，在电场中被加 速 n 次进入磁场的半径为 rn，则 rK＝ Kr1，rn＝ Knr1，其中 r1＝D 6 ，由上面 rK＝ Kr1 知，K 越大，离子被 加速一次后直接进入磁场半径越大，由(2)问知，分三种情况讨论： 情况一：在电场中被加速三次后(即第三个半圆)越过极板右侧：如图 a，此时， 图 a 要满足的条件为： 2×2rK