学年普通高等学校招生全国统一考试北京卷物理及答案解析.docx
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学年普通高等学校招生全国统一考试北京卷物理及答案解析
2020年普通高等学校招生全国统一考试（北京卷）物理
一、选择题（本部分共8小题，每小题6分，共48分。
在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项）
1.（6分）在核反应方程
He+
N→
O+X中，X表示的是（）
A.质子
B.中子
C.电子
D.粒子
解析：
根据质量数和电荷数守恒，
He+
N→
O+
X，X表示的是质子，故A正确，BCD错误。
答案：
A
2.（6分）关于分子动理论，下列说法正确的是（）
A.气体扩散的快慢与温度无关
B.布朗运动是液体分子的无规则运动
C.分子间同时存在着引力和斥力
D.分子间的引力总是随分子间距增大而增大
解析：
A、扩散的快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，故A错误；
B、布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的无规则运动，它是液体分子的不规则运动的反映，故B错误；
C、分子间同时存在相互作用的引力和斥力，故C正确；
D、分子间同时存在引力和斥力，引力和斥力均随着分子间距离的增大而减小，故D错误。
答案：
C
3.（6分）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后（）
A.干涉条纹消失
B.彩色条纹中的红色条纹消失
C.中央条纹变成暗条纹
D.中央条纹变成红色
解析：
A、在双缝中，仍是频率相同的红光，因此能发生干涉现象，故A错误；
B、由于只有红光干涉条纹，因此不会出现彩色条纹，也没有彩色条纹中的红色条纹消失现象，故B错误；
C、在中央条纹，满足光程差为零，则是明条纹，并不变成暗条纹，故C错误；
D、得到白光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上红色滤光片，在双缝中的，由于红光的频率相同，则能发生干涉，但不是彩色条纹，而是明暗相间的红色条纹，故D正确。
答案：
D
4.（6分）如图所示，一列简谐横波向右传播，P、Q两质点平衡位置相距0.15m。
当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则这列波的波长可能是（）
A.0.60m
B.0.30m
C.0.20m
D.0.15m
解析：
P、Q两质点平衡位置相距0.15m。
当P运动到上方最大位移处时，Q刚好运动到下方最大位移处，则有：
（n+
）λ=0.15
解得：
（n=0、1、2、3…）
当n=0时，λ=0.30m，
当n=1时，λ=0.10m，故B正确、ACD错误。
答案：
B
5.（6分）若想检验“使月球绕地球运动的力”与“使苹果落地的力”遵循同样的规律，在已知月地距离约为地球半径60倍的情况下，需要验证（）
A.地球吸引月球的力约为地球吸引苹果的力的
B.月球公转的加速度约为苹果落向地面加速度的
C.自由落体在月球表面的加速度约为地球表面的
D.苹果在月球表面受到的引力约为在地球表面的
解析：
设物体质量为m，地球质量为M，地球半径为R，月球轨道半径r=60R，物体在月球轨道上运动时的加速度为a，
由牛顿第二定律：
G
=ma…①；
月球表面物体重力等于万有引力：
G
=mg…②；
联立①②得：
=
，故B正确；ACD错误。
答案：
B
6.（6分）某空间存在匀强磁场和匀强电场。
一个带电粒子（不计重力）以一定初速度射入该空间后，做匀速直线运动；若仅撤除电场，则该粒子做匀速圆周运动。
下列因素与完成上述两类运动无关的是（）
A.磁场和电场的方向
B.磁场和电场的强弱
C.粒子的电性和电量
D.粒子入射时的速度
解析：
带电粒子在电场中一定会受到电场力的作用；一个带电粒子进入电场、磁场共存的区域后做匀速直线运动，所以带电粒子受到的洛伦兹力与电场力大小相等，方向相反，即：
qvB=qE
可知粒子的速度大小：
v=
是必须的条件，同时磁场的强弱与电场的强弱必须满足v=
；
同时，由左手定则可知，洛伦兹力的方向与粒子速度的方向、磁场的方向垂直，而电场力的方向与电场的方向平行，所以磁场的方向必定与电场的方向垂直；
由于带电粒子在磁场中做匀速直线运动，结合洛伦兹力产生的条件可知，速度的方向必须与磁场的方向垂直，同时由平衡条件可知，洛伦兹力的方向与电场力的方向相反，则二者的方向必定也要满足特定的条件；
而且由公式v=
可知，粒子满足前面的两个条件时，与粒子的带电量以及粒子的电性都无关。
故C符合题意，ABD不符合题意。
答案：
C
7.（6分）研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示。
下列说法正确的是（）
A.实验前，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，能使电容器带电
B.实验中，只将电容器b板向上平移，静电计指针的张角变小
C.实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大
D.实验中，只增加极板带电量，静电计指针的张角变大，表明电容增大
解析：
A、由电容器带电量是某一极板的电量，再结合静电感应原理，可知，只用带电玻璃棒与电容器a板接触，即能使电容器带电，故A正确；
B、将b板向上平移，正对面积减小，根据C=
，电容减小，根据U=
，Q不变，则电势差增大，张角变大，故B错误。
C、在极板之间插入有机玻璃板，根据C=
，电容增大，根据U=
，Q不变，则电势差减小，张角变小，故C错误。
D、在实验中，只增加极板带电量，根据C=
，电容C不变，根据U=
，则电势差增大，张角变大，故D错误。
答案：
A
8.（6分）根据高中所学知识可知，做自由落体运动的小球，将落在正下方位置。
但实际上，赤道上方200m处无初速下落的小球将落在正下方位置偏东约6cm处。
这一现象可解释为，除重力外，由于地球自转，下落过程小球还受到一个水平向东的“力”，该“力”与竖直方向的速度大小成正比。
现将小球从赤道地面竖直上抛，考虑对称性，上升过程该“力”水平向西，则小球（）
A.到最高点时，水平方向的加速度和速度均为零
B.到最高点时，水平方向的加速度和速度均不为零
C.落地点在抛出点东侧
D.落地点在抛出点西侧
解析：
AB、在刚竖直上抛时，因竖直方向有速度，则受到水平向西的一个力，导致物体水平向西有个加速度，虽然加速度会随着竖直方向速度减小而减小，但是加速运动，因此物体到最高点时，水平方向有速度，而水平方向加速度却为零，原因是最高点，竖直方向速度为零，故AB错误；
CD、将此物体的运动分解成水平方向与竖直方向，在上抛过程中，水平方向速度不断增大，当下降时，因加速度方向与水平速度方向相反，做减速运动，但在落回到抛出点时，水平方向有向西的位移，因此落地点在抛出点西侧，故C错误，D正确。
答案：
D
二、非选择题。
9.（18分）用图1所示的实验装置研究小车速度随时间变化的规律。
主要实步骤如下：
A.安装好实验器材，接通电源后，让拖着纸带的小车沿长木板运动，重复几次。
B.选出一条点迹清晰的纸带，接一个合适的点当作计时起点O（t=0），然后每隔相同的时间间隔T选取一个计数点，如图2中A、B、C、D、E、F……所示。
C.通过测量、计算可以得到在打A、B、C、D、E、……点时小车的速度，分别记作v1，v2，v3，v4，v5……
D.以速度v为纵轴，时间t为横轴建立直角坐标系，在坐标纸上描点，如图3所示。
结合上述实验步骤，请你完成下列任务：
（1）在下列仪器和器材中，还需要使用的有和（填选项前的字母）
A.电压合适的50Hz交流电源
B.电压可调的直流电源
C.刻度尺
D.秒表
E.天平（含砝码）
解析：
在下列仪器和器材中，还需要使用的有电压合适的50Hz交流电源，供打点计时器使用；
还需要刻度尺，来测量各点的位移大小，从而算出各自速度大小。
答案：
A，C。
（2）在图3中已标出计数点A、B、D、E对应的坐标点，请在该图中标出计数点C对应的坐标点，并画出v﹣t图象。
解析：
根据标出计数点A、B、D、E对应的坐标点位置，及C点对应的时间，从而确定C点的位置，再将各点平滑连接，
如图所示：
答案：
如上图所示。
（3）观察v﹣t图象，可以判断小车做匀变速直线运动，其依据是。
v﹣t图象斜率的物理意义是。
解析：
由v﹣t图象，是过原点的一条直线，可知，速度随着时间是均匀变化的，说明小车是做匀变速直线运动；
图象的斜率，表示小车的加速度。
答案：
小车的速度随着时间均匀变化，加速度。
（4）描绘v﹣t图象前，还不知道小车是否做匀变速直线运动。
用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是（选填“越小越好”或“与大小无关”）；从实验的角度看，选取的△x大小与速度测量的误差（选填“有关”或“无关”）。
解析：
当不知道小车是否做匀变速直线运动，若用平均速度表示各计数点的瞬时速度，从理论上讲，对△t的要求是越小越好，即
，才使得平均速度接近瞬时速度；
从实验的角度看，对于选取的△x大小与速度测量的误差有关。
答案：
越小越好，有关。
（5）早在16世纪末，伽利略就猜想落体运动的速度应该是均匀变化的。
当时只能靠滴水计时，为此他设计了如图4所示的“斜面实验”，反复做了上百次，验证了他的猜想。
请你结合匀变速直线运动的知识，分析说明如何利用伽利略“斜面实验”检验小球的速度是随时间均匀变化的。
解析：
“斜面实验”小球做匀加速直线运动，若小球的初速度为零，依据运动学速度公式，则速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比，
因此只需要测量小球在不同位移内对应的时间，从而可检验小球的速度是否随着时间均匀变化。
答案：
通过不同位移，与其对应的时间平方是否成正比，即可检验小球的速度是随时间均匀变化的。
10.（16分）2022年将在我国举办第二十四届冬奥会，跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一。
某滑道示意图如下，长直助滑道AB与弯曲滑道BC平滑衔接，滑道BC高h=10m，C是半径R=20m圆弧的最低点。
质量m=60kg的运动员从A处由静止开始匀加速下滑，加速度a=4.5m/s2，到达B点时速度vB=30m/s。
取重力加速度g=10m/s2。
（1）求长直助滑道AB的长度L；
解析：
从A到B根据速度位移关系可得：
vB2﹣vA2=2aL，
解得：
L=
m=100m。
答案：
长直助滑道AB的长度为100m。
（2）求运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小；
解析：
根据动量定理可得：
I=mvB﹣mvA=60×30﹣0=1800N•s。
答案：
运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小为1800N•s。
（3）若不计BC段的阻力，画出运动员经过C点时的受力图，并求其所受支持力的大小。
解析：
运动员经过G点时受到重力和支持力，如图所示；
根据动能定理可得：
mgh=
mvC2﹣
mvB2，
根据解得第二定律可得：
FN﹣mg=m
解得：
FN=3900N。
答案：
若不计BC段的阻力，运动员经过C点时的受力图如图所示，其所受支持力的大小为3900N。
11.（18分）如图1所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电。
改变变阻器R的阻值，路端电压U与电流I均随之变化。
（1）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U﹣I图象的示意图，并说明U﹣I图象与两坐标轴交点的物理意义。
解析：
根据闭合电路的欧姆定律可得E=U+Ir，解得U=E﹣Ir，
画出的U﹣I图象如图所示；
图象与纵坐标的坐标值为电源电动势，与横轴交点表示短路电流。
答案：
U﹣I图象如图所示；图象与纵坐标的坐标值为电源电动势，与横轴交点表示短路电流。
（2）A.请在图2画好的U﹣I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；
B.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。
解析：
a、如图中网格图形所示；
b、电路中的电流强度为I=
输出电功率P=I2R=（
）2R=
当R=
即R=r时输出功率最大，最大电功率Pm=
。
答案：
a、如图中网格图形所示；
b、R=r时输出功率最大，最大电功率Pm=
。
（3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：
电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和。
解析：
电动势的定义式为E=
，
根据能量守恒，在图1中，非静电力做的功W产生的电能等于外电路和内电路产生的电热，
即：
W=I2rt+I2Rt，
所以EIt=U内It+U外It，
解得E=U内+U外。
答案：
电源电动势定义式E=
；证明见解析。
12.（20分）回答下列问题：
（1）静电场可以用电场线和等势面形象描述。
A.请根据电场强度的定义和库仑定律推导出点电荷Q的场强表达式；
B.点电荷的电场线和等势面分布如图所示，等势面S1、S2到点电荷的距离分别为r1、r2.我们知道，电场线的疏密反映了空间区域电场强度的大小。
请计算S1、S2上单位面积通过的电场线条数之比
。
解析：
A.设试探电荷q距点电荷Q的距离为r，由库仑定律可得：
试探电荷q受到的库仑力
，那么，根据场强定义可得：
场强
；
B.电场线疏密程度反映了空间区域电场强度的大小，故
。
答案：
A.点电荷场强
；
B.S1、S2上单位面积通过的电场线条数之比
为
。
（2）观测宇宙中辐射电磁波的天体，距离越远单位面积接收的电磁波功率越小，观测越困难。
为了收集足够强的来自天体的电磁波，增大望远镜口径是提高天文观测能力的一条重要途径。
2020年9月25日，世界上最大的单口径球面射电望远镜FAST在我国贵州落成启用，被誉为“中国天眼”。
FAST直径为500m，有效提高了人类观测宇宙的精度和范围。
A.设直径为100m的望远镜能够接收到的来自某天体的电磁波功率为P1，计算FAST能够接收到的来自该天体的电磁波功率P2；
B.在宇宙大尺度上，天体的空间分布是均匀的。
仅以辐射功率为P的同类天体为观测对象，设直径为100m望远镜能够观测到的此类天体数目是N0，计算FAST能够观测到的此类天体数目N。
解析：
A.直径为D的望远镜能接受到射电信号的有效面积（即垂直射电信号的方向的投影面积）
；
那么，根据来自某天体的电磁波的信号均匀分布可得：
功率和有效面积成正比，故有：
，所以，
，即P2=25P1；
B.天体空间分布均匀，设望远镜能观测到的最远距离为L，望远镜半径为d，望远镜能观测到此类天体的电磁波总功率最小值为P0，
则有：
，那么，能够观测到的此类天体数目
；
根据望远镜能观测到此类天体的电磁波总功率最小值P0相等可得：
，
，所以，N=125N0。
答案：
A.FAST能够接收到的来自该天体的电磁波功P2为25P1；
B.FAST能够观测到的此类天体数目N为125N0。
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