【答案】B
20.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。
强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子电效应,这已被实验证实。
光电效应实验装置示意如图。
用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。
换用同样频率为ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在KA之间就形成了使光电子减速的电场,逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量)
A.
B.
C.
D.
【答案】B
第二部分(非选择题共180分)
本部分共11小题,共180分。
21.(18分)
某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。
⑴现有电源(4V,内阻可不计)、滑动变阻器(0~50Ω,额定电流2A),开关和导线若干,以及下列电表:
A.电流表(0~3A,内阻约0.025Ω)
B.电流表(0~0.6A,内阻约0.125Ω)
C.电压表(0~3V,内阻约3kΩ)
D.电压表(0~15V,内阻约15kΩ)
为减小测量误差,在实验中,电流表应选用______,电压表应选用______(选填器材前的字母);实验电路应采用图1中的________(选填“甲”或“乙”)。
⑵图2是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线。
请请根据在⑴问中所选的电路图,补充完成图2中实物间的连线。
⑶接通开关,改变滑动变阻器画片P的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。
某次电表示数如图3所示,可得该电阻的测量值Rx=
=________Ω(保留两位有效数字)。
⑷若在⑴问中选用甲电路,产生误差的主要原因是_____;若在⑴问中选用乙电路,产生误差的主要原因是。
(选填选项前的字母)
A.电流表测量值小于流经Rx的电流值
B.电流表测量值大于流经Rx的电流值
C.电压表测量值小于Rx两端的电压值
D.电压表测量值大于Rx两端的电压值
⑸在不损坏电表的前提下,将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端,随滑片P移动距离x的增加,被测电阻Rx两端的电压U也随之增加,下列反映U-x关系的示意图中正确的是。
【答案】⑴B、C、甲⑵如图⑶5.2Ω⑷B、D⑸A
22.(16分)如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。
带电量为+q、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动。
忽略重力的影响,求:
⑴匀强电场场强E的大小;
⑵粒子从电场射出时速度ν的大小;
⑶粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。
【答案】⑴
⑵
⑶
【解析】
(1)电场强度
(2)根据动能定理,有
得
(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,有
得
23.(18分)蹦床比赛分成预备运动和比赛动作。
最初,运动员静止站在蹦床上;在预备运动阶段,他经过若干次蹦跳,逐渐增加上升高度,最终达到完成比赛动作所需的高度;此后,进入比赛动作阶段。
把蹦床简化为一个竖直放置的轻弹簧,弹力大小F=kx(x为床面下沉的距离,k为常量)。
质量m=50kg的运动员静止站在蹦床上,床面下沉x0=0.10m;在预备运动中,假定运动员所做的总功W全部用于其机械能;在比赛动作中,把该运动员视作质点,其每次离开床面做竖直上抛运动的腾空时间均为Δt=2.0s,设运动员每次落下使床面压缩的最大深度均为xl。
取重力加速度g=I0m/s2,忽略空气阻力的影响。
⑴求常量k,并在图中画出弹力F随x变化的示意图;
⑵求在比赛动作中,运动员离开床面后上升的最大高度hm;
⑶借助F-x图像可以确定弹性做功的规律,在此基础上,求x1和W的值。
【答案】⑴5000N/m如图⑵5m⑶1.1m2525J
【解析】
(1)床面下沉
,运动员受力平衡
得
F—x图线如图
(2)运动员从x=0处离开床面,开始腾空,其上升、下落时间相等
(3)参考由速度-时间图像求位移的方法,F—x图线下的面积等于弹力做的功,从x处到x=0,弹力做功WT
运动员从x1处上升到最大高度hm的过程,根据动能定理,有
得
对整个预备运动,由题设条件以及功和能的关系,有
得W=2525J=2.5×103J
24.(20分)对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。
⑴一段横截面积为S、长为l的直导线,单位体积内有n个自由电子,电子电量为e。
该导线通有电流时,假设自由电子定向移动的速率均为v。
(a)求导线中的电流I;
(b)将该导线放在匀强磁场中,电流方向垂直于磁感应强度B,导线所受安培力大小为F安,导线内自由电子所受洛伦兹力大小的总和为F,推导F安=F。
⑵正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量为m,单位体积内粒子数量n为恒量。
为简化问题,我们假定:
粒子大小可以忽略;其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。
利用所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力f与m、n和v的关系。
(注意:
解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题时做必要的说明)
【答案】⑴(a)neSv(b)见解析⑵
【解析】
(1)(a)设Δt时间内通过导体横截面的电量为Δq,由电流定义,有
(b)每个自由电子所受的洛伦兹力
设导体中共有N个自由电子
导体中自由电子所受洛伦兹力大小的总和
由安培力公式,有
得
(2)一个粒子每与器壁碰撞一次给器壁的冲量为
如图,以器壁上的面积S为底,以vΔt为高构成柱体,由题设可知,其内的粒子在Δt时间内有1/6与器壁S发生碰撞,碰壁粒子总数为
Δt时间内粒子的冲量为
面积为S的器壁受到粒子压力为
器壁单位面积所受粒子压力为
【解二】考虑单位面积,t时间内能达到容器壁的粒子所占据的体积为V=Svt=1×vt,
其中粒子有均等的概率与容器各面相碰,即可能达到目标区域的粒子数为
,
由动量定理可得:
绝密★启用前
2013年普通高等学校招生全国统一考试(北京卷)
理科综合能力测试(物理)
第一部分(选择题共120分)
本部分共20小题,每小题6分,共120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。
13.下列说法正确的是
A.液体中悬浮的微粒的无规则运动称为布朗运动B.液体分子的无规则运动称为布朗运动
C.物体从外界吸收热量,其内能一定增加D.物体对外界做功,其内能一定减少
14.如图所示,一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O,经折射后分为两束单色光a和b。
下列判断正确的是
A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B.a光的频率大于b光的频率
C.在真空中a光的波长大于b光的波长
D.a光光子能量小于b光光子能量
15.一列沿x轴正方向传播的简谐机械横波,波速为4m/s。
某时刻波形如图所示,下列说法正确的是
A.这列波的振幅为4cm
B.这列波的周期为1s
C.此时x=4m处质点沿y轴负方向运动
D.此时x=4m处质点的加速度为0
16.倾角为α、质量为M的斜面体静止在水平桌面上,质量为m的木块静止在斜面体上。
下列结论正确的是
A.木块受到的摩擦力大小是mgcosα
B.木块对斜两体的压力大小是mgsina
C.桌面对斜面体的摩擦力大小是mgsinαcosα
D.桌面对斜面体的支持力大小是(M+m)g
17.如图,在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,金属杆MN在平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动,MN中产生的感应电动势为El;若磁感应强度增为2B,其他条件不变,MN中产生的感应电动势变为E2。
则通过电阻R的电流方向及E1与E2之比El∶E2分别为
A.c→a,2∶1B.a→c,2∶1
C.a→c,1∶2D.c→a,1∶2
18.某原子电离后其核外只有一个电子,若该电子在核的静电力作用下绕核做匀速圆周运动,那么电子运动
A.半径越大,加速度越大B半径越小,周期越大C.半径越大,角速度越小D.半径越小,线速度越小
19.在实验操作前应该对实验进行适当的分析。
研究平抛运动的实验装置示意如图。
小球每次都从斜槽的同一位置无初速度释放,并从斜槽末端水平飞出。
改变水平板的高度,就改变了小球在板上落点的位置,从而可描绘出小球的运动轨迹。
某同学设想小球先后三次做平抛,将水平板依次放在如图1、2、3的位置,且1与2的间距等于2与3的间距。
若三次实验中,小球从抛出点到落点的水平位移依次为x1、x2、x3,机械能的变化量依次为ΔE1、ΔE2、ΔE3,忽略空气阻力的影响,下面分析正确的是
A.x2-x1=x3-x2,ΔE1=ΔE2=ΔE3B.x2-x1>x3-x2,ΔE1=ΔE2=ΔE3
C.x2-x1>x3-x2,ΔE1<ΔE2<ΔE3D.x2-x120.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。
强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子电效应,这已被实验证实。
光电效应实验装置示意如图。
用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。
换用同样频率为ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在KA之间就形成了使光电子减速的电场,逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量)
A.
B.
C.
D.
第二部分(非选择题共180分)
本部分共11小题,共180分。
21.(18分)
某同学通过实验测定一个阻值约为5Ω的电阻Rx的阻值。
⑴现有电源(4V,内阻可不计)、滑动变阻器(0~50Ω,额定电流2A),开关和导线若干,以及下列电表:
A.电流表(0~3A,内阻约0.025Ω)
B.电流表(0~0.6A,内阻约0.125Ω)
C.电压表(0~3V,内阻约3kΩ)
D.电压表(0~15V,内阻约15kΩ)
为减小测量误差,在实验中,电流表应选用______,电压表应选用______(选填器材前的字母);实验电路应采用图1中的________(选填“甲”或“乙”)。
⑵图2是测量Rx的实验器材实物图,图中已连接了部分导线。
请请根据在⑴问中所选的电路图,补充完成图2中实物间的连线。
⑶接通开关,改变滑动变阻器画片P的位置,并记录对应的电流表示数I、电压表示数U。
某次电表示数如图3所示,可得该电阻的测量值Rx=
=________Ω(保留两位有效数字)。
⑷若在⑴问中选用甲电路,产生误差的主要原因是_____;若在⑴问中选用乙电路,产生误差的主要原因是。
(选填选项前的字母)
A.电流表测量值小于流经Rx的电流值
B.电流表测量值大于流经Rx的电流值
C.电压表测量值小于Rx两端的电压值
D.电压表测量值大于Rx两端的电压值
⑸在不损坏电表的前提下,将滑动变阻器滑片P从一端滑向另一端,随滑片P移动距离x的增加,被测电阻Rx两端的电压U也随之增加,下列反映U-x关系的示意图中正确的是。
22.(16分)如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。
带电量为+q、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动。
忽略重力的影响,求:
⑴匀强电场场强E的大小;
⑵粒子从电场射出时速度ν的大小;
⑶粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。
23.(18分)蹦床比赛分成预备运动和比赛动作。
最初,运动员静止站在蹦床上;在预备运动阶段,他经过若干次蹦跳,逐渐增加上升高度,最终达到完成比赛动作所需的高度;此后,进入比赛动作阶段。
把蹦床简化为一个竖直放置的轻弹簧,弹力大小F=kx(x为床面下沉的距离,k为常量)。
质量m=50kg的运动员静止站在蹦床上,床面下沉x0=0.10m;在预备运动中,假定运动员所做的总功W全部用于其机械能;在比赛动作中,把该运动员视作质点,其每次离开床面做竖直上抛运动的腾空时间均为Δt=2.0s,设运动员每次落下使床面压缩的最大深度均为xl。
取重力加速度g=I0m/s2,忽略空气阻力的影响。
⑴求常量k,并在图中画出弹力F随x变化的示意图;
⑵求在比赛动作中,运动员离开床面后上升的最大高度hm;
⑶借助F-x图像可以确定弹性做功的规律,在此基础上,求x1和W的值。
24.(20分)对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。
⑴一段横截面积为S、长为l的直导线,单位体积内有n个自由电子,电子电量为e。
该导线通有电流时,假设自由电子定向移动的速率均为v。
(a)求导线中的电流I;
(b)将该导线放在匀强磁场中,电流方向垂直于磁感应强度B,导线所受安培力大小为F安,导线内自由电子所受洛伦兹力大小的总和为F,推导F安=F。
⑵正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量为m,单位体积内粒子数量n为恒量。
为简化问题,我们假定:
粒子大小可以忽略;其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。
利用所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力f与m、n和v的关系。
(注意:
解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量,要在解题时做必要的说明)