2021-2022学年甘肃省武威第七中学高二（下）学科竞赛物理试题含解析

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2021-2022学年甘肃省武威第七中学高二（下）学科竞赛物理试题一、选择题：（本题共10小题，每小题5分。共50分。在每小题给出的四个选项中，第1-6题只有一项符合题目要求，第7-10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）1. 氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（　　）
 A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量D. 能级氢原子电离至少需要吸收的能量【答案】C【解析】【详解】A．大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；B．根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为从能级跃迁到能级辐射的光子能量为比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；C．根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为故C正确；D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；故选C。2. 大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：＋→＋。已知的质量为2.013 6 u，的质量为3.015 0 u，的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为（　　）A. 3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D. 0.93 MeV【答案】B【解析】【详解】在核反应中，反应前物质的质量m1=2×2.0136u=4.0272u反应后物质的质量m2=3.0150u+1.0087u=4.0237u质量亏损Δm=m1-m2=0.0035u则氘核聚变释放的核能为E=931×0.0035MeV≈3.3MeV故选B。3. 如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10 m，该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计，当该同学荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为（　　）A. 200 N B. 400 N C. 600 N D. 800 N【答案】B【解析】【详解】在最低点由知T=410N即每根绳子拉力约为410N，故选B。4. 若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（　　）A.  B.  C.  D. 【答案】A【解析】【详解】卫星在星体表面附近绕其做圆周运动，则， ， 知卫星该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期5. 甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1kg，则碰撞过程两物块损失的机械能为（　　）
 A. 3 J B. 4 J C. 5 J D. 6 J【答案】A【解析】【详解】由v-t图可知，碰前甲、乙的速度分别为，；碰后甲、乙的速度分别为，，甲、乙两物块碰撞过程中，由动量守恒得解得则损失的机械能为解得故选A6. 一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与筒的轴平行，筒的横截面如图所示。图中直径MN的两端分别开有小孔，筒绕其中心轴以角速度ω顺时针转动。在该截面内，一带电粒子从小孔M射入筒内，射入时的运动方向与MN成30°角。当筒转过90°时，该粒子恰好从小孔N飞出圆筒，不计重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞，则带电粒子的比荷为（　　）A.  B.  C.  D. 【答案】A【解析】【详解】由题可知，粒子在磁场中做圆周运动的轨迹如图所示由几何关系可知，粒子在磁场中做圆周运动的圆弧所对的圆心角为30°，因此粒子在磁场中运动的时间为粒子在磁场中运动的时间与筒转过90°所用的时间相等，即解得故选A。7. 甲、乙两汽车在同一条平直公路上同向运动，其速度—时间图象分别如图中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶。下列说法正确的是（　　）。
 A. 两车在t1时刻也并排行驶 B. 在t1时刻甲车在后，乙车在前C. 甲车的加速度大小先增大后减小 D. 乙车的加速度大小先减小后增大【答案】BD【解析】【分析】【详解】AB．0~t1时间内t1~t2时间内t2时刻两车相遇，但0~t1时间内两者的位移差小于t1~t2时间内两者的位移差，则t1时刻甲在乙的后面，A错误B正确；CD．由图象的斜率知，甲、乙两车的加速度均先减小后增大，C错误D正确。故选BD。8. 质量为的物体静止在光滑水平面上，从时刻开始受到水平为的作用，与时间的关系如图所示，力的方向保持不变，则（   ）A. 时刻的瞬时功率为B. 时刻的瞬时功率为C. 在到这段时间内，水平力的平均功率为D. 在到这段时间内，水平力的平均功率为【答案】AC【解析】【详解】在时间内，物体加速度，则时刻的瞬时速度，在时间内，，则时刻的瞬时速度，所以时刻的瞬时功率，故A正确，B错误.在到这段时间内，根据动能定理得水平力做的功，则平均功率，故C正确，D错误.9. 如图，∠M是锐角三角形PMN最大的内角，电荷量为q（q>0）的点电荷固定在P点。下列说法正确的是（　　）
 A. 沿MN边，从M点到N点，电场强度的大小逐渐增大B. 沿MN边，从M点到N点，电势先增大后减小C. 正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大D. 将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为负【答案】BC【解析】【详解】A．点电荷电场以点电荷为中心，向四周呈放射状，如图
 是最大内角，所以，根据点电荷的场强公式（或者根据电场线的疏密程度）可知从电场强度先增大后减小，A错误；B．电场线与等势面（图中虚线）处处垂直，沿电场线方向电势降低，所以从电势先增大后减小，B正确；C．、两点的电势大小关系为，根据电势能的公式可知正电荷在点的电势能大于在点的电势能，C正确；D．正电荷从，电势能减小，电场力所做的总功为正功，D错误。故选BC。10. 在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10，R3=20，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）A. 所用交流电的频率为50Hz B. 电压表的示数为100VC. 电流表的示数为1.0A D. 变压器传输的电功率为15.0W【答案】AD【解析】【详解】A．交流电的频率为A正确；B．通过电流的有效值为两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知根据理想变压器的电压规律可知原线圈的电压电阻两端分压即为电压表示数，即B错误；C．电流表的示数为C错误；D．副线圈中流过的总电流为变压器原副线圈传输的功率为D正确。故选AD。二、实验题（本题共两小题，每空2分，共16分）11. 某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。
 已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____m/s（结果均保留2位小数）。若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为_________。【答案】    ①. 0.36    ②. 1.80    ③. B、P之间的距离【解析】【详解】[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。12. 某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程 3 V，内阻 3 kΩ)；电流表 (量程0.5 A，内阻 0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图_____．(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻　________(填“增大”、“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率　________(填“增大”、“不变”或“减小”)．(3)用另一电源E0(电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为　________W，最大功率为　________W(结果均保留2位小数)【答案】    ①. 实验电路原理如图所示．    ②. 增大    ③. 增大    ④. 0.39    ⑤. 1.17【解析】【详解】(1)[1]小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路．电路图如图所示：(2)[2][3]I-U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大．根据电阻定律：，得灯丝的电阻率增大．(3)[4][5]当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示．此时小灯泡功率有最大值；当R＝9 Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10 Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示：此时小灯泡功率有最小值．取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：U1＝3.66 V，I1＝0.319 A，小灯泡的最大功率：P1＝U1I1≈1.17 W；取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：U2＝1.77 V，I2＝0.222 A，小灯泡的最小功率：P2＝U2I2≈0.39W。三、计算题（本题共2小题，共计34分。解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）13. 如图所示，电阻为的正方形单匝线圈的边长为，边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为。在水平拉力作用下，线圈以的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中：(1)感应电动势的大小E；(2)所受拉力的大小F；(3)感应电流产生的热量Q。【答案】(1)08V；(2)0.8N；(3)0.32J【解析】【详解】(1)由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动势为(2)因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力，有根据闭合电路欧姆定律有结合(1)联立各式代入数据可得F=0.8N；(3)线框穿过磁场所用的时间为故线框穿越过程产生的热量为14. 一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空，当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动。爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量，求：（1）烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；（2）爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度。【答案】（1） ；（2）【解析】【详解】本题主要考查机械能、匀变速直线运动规律、动量守恒定律、能量守恒定律及其相关的知识点，意在考查考生灵活运用相关知识解决实际问题的的能力．（1）设烟花弹上升的初速度为，由题给条件有                                    ①设烟花弹从地面开始上升到火药爆炸所用的时间为，由运动学公式有                                    ②联立①②式得                                    ③（2）设爆炸时烟花弹距地面的高度为，由机械能守恒定律有                                        ④火药爆炸后，烟花弹上、下两部分均沿竖直方向运动，设炸后瞬间其速度分别为和．由题给条件和动量守恒定律有                                 ⑤                                ⑥由⑥式知，烟花弹两部分的速度方向相反，向上运动部分做竖直上抛运动．设爆炸后烟花弹上部分继续上升的高度为，由机械能守恒定律有                                ⑦联立④⑤⑥⑦式得，烟花弹上部分距地面的最大高度为                                ⑧