[物理]2025届Z20名校联盟(浙江省名校新高考研究联盟)高三上学期第一次联考试题(解析版)

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物理试题卷
考生须知：
1.本卷共10页，满分100分，考试时间90分钟；
2.答题前，在答题卷指定区域填写班级、姓名、座位号及准考证号并填涂相应数字；
3.所有答案必须写在答题卷上，写在试卷上无效；
4.可能用到的相关参数：
5.考试结束后，只需上交答题卷.
选择题部分
一、选择题Ⅰ（本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个符合题目要求，不选、多选、错选均不得分）
1. 下列不属于国际单位制基本单位的是（ ）
A. gB. sC. mD. K
【答案】A
【解析】s、m、K均为国际单位制基本单位，g不是国际单位制基本单位。
故选A。
2. 下列说法正确的是（ ）
A. 分析铅球运动的距离，可以把铅球视为为质点
B. 分析竞技体操男子双杠运动，可以把运动员视为质点
C. 分析跳台跳水运动的技术动作，可以把运动员视为质点
D. 分析竞技体操吊环运动，可以把运动员视为质点
【答案】A
【解析】A．分析铅球运动的距离，铅球的形状大小可以忽略不计，可以把铅球视为为质点，故A正确；
B．分析竞技体操男子双杠运动，运动员的形状大小不可以忽略不计，不可以把运动员视为质点，故B错误；
C．分析跳台跳水运动的技术动作，运动员的形状大小不可以忽略不计，不可以把运动员视为质点，故C错误；
D．分析竞技体操吊环运动，运动员的形状大小不可以忽略不计，不可以把运动员视为质点，故D错误。
故选A。
3. 如图所示，乒乓球从斜面滚下后，以某一速度在水平的桌面上做直线运动。在与乒乓球路径垂直的方向上放一个直径略大于乒乓球的纸筒。当乒乓球经过纸筒正前方时，用吸管对着球横向吹气。下列说法正确的是（ ）
A. 乒乓球仍沿着直线运动
B. 乒乓球将偏离原来的运动路径，但不进入纸筒
C. 乒乓球一定能进入纸筒
D. 只有用力吹气，乒乓球才能进入纸筒
【答案】B
【解析】当乒乓球经过纸筒口时，对着乒乓球横向吹气，乒乓球所受合力的方向与速度方向不在同一条直线上，乒乓球做曲线运动，故乒乓球会偏离原有的运动路径；而乒乓球会获得一个横向的速度，此速度与乒乓球原有的速度合成一个斜向左下方的合速度，因此乒乓球将向左下方运动但不进入纸筒；故ACD错误，B正确。
故选B。
4. 关于以下物理现象，下列说法正确的是（ ）
A. 普朗克提出了光量子的概念，得出了同实验相符的黑体辐射公式
B. 光电效应说明光子具有能量和动量，揭示了光的波动性
C. 放射性元素衰变的快慢由核内部自身因素决定，不受温度、外界压强的影响
D. 过量的射线对生物组织有破坏作用，用γ射线照射过的食品不可食用
【答案】C
【解析】A．普朗克引入能量子的概念，得出了同实验相符的黑体辐射公式，故A错误；
B．光电效应揭示了光的粒子性，故B错误；
C．放射性元素衰变的快慢由核内部自身因素决定，不受温度、外界压强的影响，故C正确；
D．用γ射线照射食品可以杀死食品表面的虫卵和细菌，抑制发芽和腐烂，延长食品的保存时间，所以用γ射线照射过的食品是安全的，可以食用，故D错误。
故选C
5. 关于下列四幅图像中物理现象的描述，说法正确的是（ ）
A. 图甲为“饮水小鸭”玩具，小鸭虽能不断饮水，但不违背能量守恒定律
B. 图乙为空气压缩引火仪，硝化棉被点燃，是因为活塞与容器壁摩擦产生了热量
C. 图丙为红墨水在清水中的扩散现象，扩散的快慢与温度无关
D. 图丁为一台冰箱，给冰箱供电后，热量自发地从冰箱内部传到了外部
【答案】A
【解析】A．“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复， “饮水小鸭”头部饮水后不断蒸发，吸收周围空气的热量，才能持续工作下去，不违背能量守恒定律，故A正确；
B．迅速下压活塞，活塞压缩空气做功，机械能转化为内能，使硝化棉被点燃，故B错误；
C．分子的热运动与温度有关，温度越高分子运动的越剧烈，则扩散的快慢与温度有关，故C错误；
D．冰箱内低温食品的热量不可能自发地传到了冰箱外高温的空气，之所以内部温度降低是因为压缩机工作的原因，同时消耗了电能，故D错误。
故选A。
6. 如图所示，为高中物理实验室常用的磁电式电流表的内部结构，基本组成部分是磁体和放在磁体两极之间的线圈，其物理原理就是通电线圈因受安培力而转动。电流表的两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。关于磁电式电流表，下列说法正确的是（ ）
A. 铁质圆柱内部磁感应强度为零
B. 线圈的磁通量始终为零
C. 线圈转动时，螺旋弹簧变形，反抗线圈转动
D. 电流不为零，线圈停止转动后不再受到安培力
【答案】C
【解析】AB．铁质圆柱没有将磁场屏蔽，内部有磁场，即铁质圆柱内部磁感应强度不为零；磁场是辐向分布，穿过线圈的磁通量不是始终为0，故AB错误；
CD．线圈中通电流时，线圈受到安培力的作用使线圈转动，螺旋弹簧被扭紧，阻碍线圈转动，随着弹力的增加，当弹力与安培力平衡时线圈停止转动，故C正确，D错误。故选C。
7. 科学晚会上，一位老师表演了一个“魔术”。魔术道具如图甲所示，手摇起电机旁有一个没有底的空塑料瓶，起电机两根放电杆分别与瓶内的锯条、金属片相连。瓶内俯视图如图乙所示。瓶内放一盘点燃的蚊香，很快就看见整个塑料瓶内烟雾缭绕。转动手摇起电机手柄，瓶内烟雾很快消失；停止转动手柄，瓶内又恢复烟雾缭绕的状态。起电机工作时，下列说法正确的是（ ）
A. 烟尘颗粒在向某极运动过程中做匀加速运动
B. 金属片与锯条间的场强方向由锯条指向金属片
C. 烟尘颗粒因被电离而吸附在金属片上
D. 烟尘颗粒运动过程中电势能减小
【答案】D
【解析】A．尖端附近的电场线比较密集，所以在锯条附近的电场强度大于金属片附近的电场强度，故烟尘在向某极运动过程中受到的电场力不是恒力，烟尘不是做匀加速运动，故A错误；
B．由于不知道锯条与金属片的电势高低，所以不能确定场强的方向，故B错误；
C．当静电除尘装置接通起电机的静电高压时，存在强电场，使空气电离而产生负离子和正离子，负离子碰到烟尘微粒使它带负电，带负电微粒在电场力作用下，向正极运动，由于不确定正负极，所以烟尘不一定吸附在金属片上，故C错误；
D．烟尘在运动过程中电场力对烟尘做正功，则烟尘的电势能减少，故D正确。
故选D。
8. 如图为科幻电影中的太空电梯示意图。超级缆绳将地球赤道上的固定基地、同步空间站和配重空间站连接在一起，它们随地球同步旋转，P为太空电梯。地球同步卫星的轨道在同步空间站和配重空间站之间。下列说法正确的是（ ）
A. 若太空电梯沿缆绳匀速运动，则其内的物体受力平衡
B. 宇航员可以自由漂浮在配重空间站内
C. 从太空电梯向外自由释放一物块，物块将相对电梯做加速直线运动
D. 若两空间站之间缆绳断裂，配重空间站将做离心运动
【答案】D
【解析】A．若太空电梯沿缆绳匀速运动，由于太空电梯绕地球转动，所以其内物体受力不平衡，故A错误；
B．宇航员在同步空间站内，万有引力刚好提供所需的向心力，而宇航员在配重空间站内，万有引力不足以提供宇航员做圆周运动所需的向心力，所以宇航员在配重空间站时受到空间站的作用力，故B错误；
C．从太空电梯向外自由释放一物块，由于万有引力大于所需向心力，则物块会一边朝P点转动的方向向前运动一边落向地球，做近心运动，故C错误；
D．若两空间站之间缆绳断裂，则配重空间站受到的万有引力小于所需的向心力，配重空间站将做离心运动，故D正确。
故选D。
9. 游乐园内喷泉喷出的水柱使得质量为M的卡通玩具悬停在空中（假设这样冲水，能保持短暂平衡）。为估算，作如下假定后进行理论分析：假设喷泉水柱从横截面积为S的喷口以速度v0持续竖直向上喷出；玩具底部为平板（面积大于S）；水柱冲击到玩具底部后，竖直方向的速度变为零，朝四周均匀散开。已知水的密度为ρ，当地重力加速度为g，空气阻力忽略不计。下列说法错误的是（ ）
A. 水柱对玩具底部的作用力大小等于玩具重力
B. 水柱对玩具底部的作用力与玩具重力是一对平衡力
C. 喷泉单位时间内喷出的水质量为
D. 玩具在空中悬停时，其底部相对于喷口的高度为
【答案】D
【解析】AB．卡通玩具悬停在空中，可知水柱对玩具底部的作用力与玩具重力是一对平衡力，即水柱对玩具底部的作用力大小等于玩具重力，故AB正确，不满足题意要求；
C．喷泉单位时间内喷出的水质量为
故C正确，不满足题意要求；
D．设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为。对于时间内喷出的水，有能量守恒得
在高度处，时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为
（）
设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有
由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得
联立可得
故D错误，满足题意要求。
故选D。
10. 如图甲所示，为杭州亚运吉祥物琮琮演示的攀岩运动。当琮琮处于平衡状态，且岩钉A位置固定时，分析问题可以将该实际情境进行简化处理，得到如图乙所示模型。下列说法正确的是（ ）
A. 仅缩短主绳长度，绳子对琮琮的拉力不变
B. 仅缩短主绳长度，岩壁对琮琮的作用力的大小不变
C. 仅增加主绳长度，绳子对琮琮的拉力减小
D. 仅增加主绳长度，岩壁对琮琮的作用力增大
【答案】B
【解析】杆OB为可转动杆，其施加的弹力为沿着杆的支持力力，对琮琮受力分析如图所示
因力的三角形与几何三角形相似，有
AC．绳子对琮琮的拉力为
仅缩短主绳长度，则拉力变小；仅增加主绳长度，绳子对琮琮的拉力变大，故AC错误；
BD．岩壁对琮琮的作用力为
仅缩短主绳长度，或仅增加主绳长度，可知岩壁对琮琮的作用力的大小不变，故B正确，D错误。
故选B。
11. 如图所示，小物块以初速度从O点沿斜面向上运动，同时从O点斜向上抛出一个速度大小也为的小球，物块和小球在斜面上的P点相遇．已知物块和小球质量相等(均可视为质点)，空气阻力忽略不计，则下列说法正确的是（ ）．
A. 斜面可能是光滑的
B. 小球运动到最高点时离斜面最远
C. 在P点时，小球的动能大于物块的动能
D. 小球和物块到达P点过程中克服重力做功的平均功率不相等
【答案】C
【解析】把小球的速度分解到沿斜面方向和垂直斜面方向，则沿斜面方向的速度小于物块的速度，若斜面光滑，则小球和物块沿斜面方向的加速度相同，则不可能在P点相遇，所以斜面不可能是光滑的，A错误；当小球的速度方向与斜面平行时，离斜面最远，此时竖直方向速度不为零，不是运动到最高点，B错误；物块和小球在斜面上的P点相遇，在沿斜面方向速度相同，由于小球在垂直于斜面方向还有速度，故小球的速度大于物块的速度，故小球的动能大于物块的动能，C正确；小球和物块初末位移相同，则高度差相等，而重力相等，则重力做功相等，时间又相同，所以小球和物块到达P点过程中克服重力做功的平均功率相等，D错误．
【点睛】把小球的速度分解到沿斜面方向和垂直斜面方向，则沿斜面方向的速度小于物块的速度，若斜面光滑，则小球和物块沿斜面方向的加速度相同，则不可能在P点相遇，根据动能定理分析动能的变化，当小球的速度方向与斜面平行时，离斜面最远，求出重力做功的大小，进而求解平均功率．
12. 在核电站中，只要“烧”掉一支铅笔那么多的核燃料，释放的能量就相当于10t标准煤完全燃烧放出的热。一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30t左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤2.5×106t。关于重核裂变反应，下列说法正确的是（ ）
A. 重核裂变反应生成的中子被称为热中子
B. 裂变反应产物Kr的比结合能比大
C. 该核反应方程也可简略写为
D. 核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢链式反应
【答案】B
【解析】A．重核裂变反应生成的中子被称为快中子，故A错误；
B．生成物的比结合能大于反应物的比结合能，故裂变反应产物Kr的比结合能比大，故B正确；
C．核反应方程应表现为中子轰击铀核，故不可简化，故C错误；
D．核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢中子的速度；控制镉棒的插入深度来控制链式反应速率，故D错误。
故选B。
13. 内陆盐矿中开采的氯化钠称为岩盐，岩盐的颗粒很大，我们能清楚地看出它的立方体形状。把大颗粒的岩盐敲碎后，小颗粒的岩盐仍然呈立方体形状，这是由钠离子、氯离子的受力情况决定的。如图所示，为岩盐晶体的平面结构，如果把钠离子和氯离子用直线连起来，将构成一系列大小相同的正方形。作分界线AB，使它平行于正方形的对角线；作分界线CD，使它平行于正方形的一边。在两线的左侧各取一个钠离子M和N，为了比较这两个钠离子所受分界线另一侧的离子对它作用力的大小，分别以M、N为圆心，作两个相同的扇形，不考虑扇形以外远处离子的作用。所有离子均可看成质点，且它们之间的相互作用遵从“平方反比”规律。已知相邻两个离子之间的引力大小为F，则下列说法正确的是（ ）
A. M所受扇形范围内的正负离子对它的合力为
B. M所受扇形范围内的正负离子对它的合力为
C. N所受扇形范围内的正负离子对它的合力为
D. N所受扇形范围内的正负离子对它的合力为
【答案】B
【解析】AB．设每个正方形的边长为a，根据题意可知相邻两个离子之间的引力大小可表示为
M所受扇形范围内的正负离子对它的合力为
故A错误，B正确；
CD．N所受扇形范围内的正负离子对它的合力为
故CD错误。
故选B。
二、选择题Ⅱ（本题共2小题，每题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的，全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有错选的得0分）
14. 关于下列四幅图像中物理现象的描述，说法正确的是（ ）
A. 图甲为单缝衍射图样，其他条件相同的情况下，图（a）的单缝比图（b）窄
B. 图乙为金属丝周期性触动水面形成的水波，由图片可以判断：左侧水波的波速更快
C. 图丙中的摆球均静止，使摆球5偏离平衡位置后释放，摆球3的振幅最大
D. 图丁为探雷装置，其原理与机场、地铁站使用的安检门一样
【答案】AD
【解析】A．单色光分别通过宽度不同的单缝后，缝越小，衍射现象越明显；则图（a）的单缝比图（b）窄，故A正确；
B．波的传播速度取决于介质，所以振动片两侧水波传播速度一样大，故B错误；
C．使摆球5偏离平衡位置后释放，在振动稳定后，与其摆长最接近的小球将获得最大的振幅，故C错误；
D．探雷装置和安检门都是利用涡流原理工作的，故D正确。
故选AD。
15. 如图所示，S1为振源，某时刻由平衡位置开始上下振动，产生一列简谐横波沿S1S2直线传播。S2左侧为介质I，右侧为介质Ⅱ，波在这两种介质中传播的速度之比为3：4。某时刻波正好传到S2右侧5m处，且S2在波峰位置。下列说法正确的是（ ）
A. S2处质点的起振方向与S1的起振方向相同
B. 波在介质I中的周期比在介质Ⅱ中小
C. 波在介质I中的波长可能为5m
D. 波在介质Ⅱ中的波长为
【答案】AC
【解析】A．质点的起振方向一定与振源的起振方向相同，则S2处质点的起振方向与S1的起振方向相同，故A正确；
B．波的振动周期由振源决定，波在介质I中的周期等于介质Ⅱ中的周期，故B错误；
CD．若传到时，质点从平衡位置向上振动，则有
解得
若传到时，质点从平衡位置向下振动，则有
解得
整理可得，波在介质Ⅱ中的波长为
由公式可知，由于周期相等，则波在介质I中的波长与波在介质Ⅱ中的波长等于波在这两种介质中传播的速度之比为，则波在介质I中的波长为
可知，当时
故C正确，D错误。故选AC。
非选择题部分
三、非选择题（本题共5小题，共55分）
16. 某同学用如图甲所示的装置，通过小铁球竖直方向上的运动来验证动量定理。
实验步骤如下：
a.如图甲所示，用电磁铁吸住小铁球，将光电门A、B分别固定在立柱上，调整位置使小铁球、光电门A、光电门B在同一竖直线上；
b.切断电磁铁电源，小铁球自由下落。数字计时器测出小铁球通过光电门A、B所用的时间分别tA、tB，小铁球从光电门A运动到光电门B的时间t。
（1）用游标卡尺测量钢球的直径，如图乙所示，可读出钢球直径d=__________mm。
（2）若要验证动量定理，本实验还需获得的物理量为_________（用文字和字母表示）。本实验需要验证的物理量关系为_________（用题中给出的字母表示）。
（3）根据实验测定的小铁球重力冲量I及其动量变化量Δp绘制的下列图像，图中虚线代表理论图线，实线代表实际测量图线。若考虑实验中空气阻力的影响，可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】（1）6.5 （2）当地重力加速度g （3）B
【解析】【小问1详解】
10分度游标卡尺的精确值为，由图乙可知钢球直径为
【小问2详解】
[1]若要验证动量定理，本实验还需获得的物理量为：当地重力加速度g；
[2]小铁球从光电门A运动到光电门B过程，根据动量定理定理可得
又
，
联立可得本实验需要验证的物理量关系为
【小问3详解】
若考虑空气阻力，小球的合力小于重力，动量变化的真实值会小于理论值，且随着时间的增加，即重力的冲量的增大，空气阻力逐渐变大，阻力的冲量也随着增大，则动量变化的真实值与理论值的差值也逐渐增大。
故选B。
17. 某实验小组的同学在实验室练习多用电表的使用。
（1）使用多用电表不同挡位进行测量时，下列接法正确的有（ ）
A. 如图甲所示，用直流电压挡测量小灯泡两端的电压
B. 如图乙所示，用直流电流挡测量电路中的电流
C. 如图丙所示，用欧姆挡测量小灯泡的工作电阻
D. 如图丁所示，用欧姆挡测量二极管的反向电阻
（2）老师告诉同学们：“我们可以根据多用电表的表头，判断旋钮在欧姆挡不同倍率时，欧姆表的内阻。”欧姆挡的电路原理如图戊所示，实验室某个欧姆表的表头照片如图己所示。
①当旋钮在×10倍率时，正确调零后，欧姆表内阻为___________Ω。
②若某个多用电表内的电学元件R1（如图戊所示）损坏，换成最大阻值比R1略大的R2，__________（选填“需要”或“不需要”）更换该多用电表的表头。
（3）使用多用电表探索某个黑箱内的电学元件。如图庚所示，该黑箱有3个接线柱。已知该黑箱内的元件不超过2个，每两个接线柱之间最多只能接1个元件，且元件种类仅限于定值电阻、干电池和二极管。实验操作如下：
①进行___________（选填“机械调零”或“欧姆调零”）后，使用直流电压2.5V挡依次接A和B、B和C、A和C，示数均为零。
②将选择开关旋到欧姆挡，正确调零后，连接情况和所得数据如下表所示。
③根据步骤①、②得到的结果，将黑箱的内部结构画在答题纸相应位置。若有干电池，标出电压；若有定值电阻，标出阻值；若有二极管，标出二极管正向电阻_________。
【答案】（1）BD （2）100 不需要
（3）机械调零
【解析】【小问1详解】
A．甲图中，多用电表与小灯泡并联，但由于黑表笔与电源的正极相连，故不可以测量小灯泡的电压，故A错误；
B．图乙中，多用电表串联在电路中，红表笔与电源正极相连，可以用直流电流挡测量电路中的电流，故B正确；
C．图丙中，若用欧姆挡测量小灯泡的工作电阻，电源不可接入电路中，故C错误；
D．图丁中，黑表笔与内部电源的正极相连，所以用的是欧姆挡测量二极管的反向电阻，故D正确。故选BD。
【小问2详解】
[1]由图可知，表盘中间刻度为10，所以当倍率为×10时，欧姆表的内阻为
[2]若某个多用电表内的电学元件R1（如图戊所示）损坏，换成最大阻值比R1略大的R2，由于电源电动势不变，满偏电流不变，所以欧姆表的内阻不变，所以不需要更换该多用电表的表头。
【小问3详解】
[1]由于用多用电表的直流电压挡测量电压，所以测量前应进行机械调零；
[2]由于使用直流电压2.5V挡依次接A和B、B和C、A和C，示数均为零，说明黑箱内没有电源；将选择开关旋到欧姆挡，正确调零后，由测量结果可知，AB间正接、反接示数相同，说明AB间存在阻值为20Ω的定值电阻；同理BC间正接、反接示数变化较大，说明BC间存在二极管，且二极管的正向电阻为15Ω；AC间正接、反接示数变化较大，说明AC间存在二极管，且黑表笔接C，红表笔接A时，欧姆表的读数等于定值电阻与二极管正向电阻之和，说明此时二极管与定值电阻串联，故黑箱的结构如图所示
18. 关于“用双缝干涉测量光的波长”、“测量玻璃折射率”两个实验，下列说法正确的有（ ）
A. 如图甲所示，为光具座放置的光学元件，其中a为双缝
B. 如图乙所示，波长的测量值大于真实值
C. 如图丙所示，P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以减小实验误差
D. 如图丁所示，将玻璃砖两界面画得比实际宽，则测得的折射率比真实值大
【答案】BC
【解析】A．图甲中，a为单缝，故A错误；
B．根据相邻条纹间距与波长的关系可得
由图可知，∆x的测量值偏大，则波长的测量值大于真实值，故B正确；
C．大头针垂直插在纸面上以及大头针P1与P2及P3与P4之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，从而减小实验误差，故C正确；
D．实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，如图所示
由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，根据折射定律可知，测得的折射率偏小，故D错误。
故选BC。
19. 如图所示，导热性能良好的金属圆柱形气缸质量m=0.5kg，气缸内封闭有长为=1m的空气，气缸与水平面的动摩擦系数μ=0.4，截面为T字形的活塞与竖直墙面接触且无挤压力，活塞底面积S=1×10-3m2。忽略活塞与气缸间的摩擦，活塞质量很小可忽略，设环境温度稳定，大气压强恒为p0=1.0×105Pa。现用水平外力F使气缸缓慢向右运动，运动位移大小记为x。
（1）在此过程中器壁单位面积所受气体分子的平均作用力___________（选填“变大”“变小”或“不变”），气体__________（选填“吸热”或“放热”）；
（2）当x=0.6m时，求封闭空气的压强；
（3）当x=0.6m时，测得外力F做功约为33.2J，求此过程中气体与外界交换的热量Q。
【答案】（1）变大 放热
（2）
（3）-92J
【解析】【小问1详解】
[1]气缸导热性能良好且环境温度不变，则气缸内的理想气体温度不变，而水平推力向右缓慢推气缸导致封闭气体的体积减小，由可知气体的压强变大，而器壁单位面积所受气体分子的平均作用力由可知指的是压强，故器壁单位面积所受气体分子的平均作用力变大；
[2]因温度不变，则，体积减小，可得，由热力学第一定律可知，即气体放热。
【小问2详解】
当x=0.6m时，发生等温过程，有
解得
【小问3详解】
当x=0.6m时，测得外力F做功约为33.2J，对气缸有
根据热力学第一定律有
解得
20. 如图所示，质量m1=0.1kg的小物块P从静止开始沿斜面AB和水平面BC运动到C点，与C点处质量m2=0.3kg的小物块Q发生碰撞，碰撞后，小物块Q从C点飞出，运动到水平地面上的D点。斜面AB与水平面之间的夹角为θ，且tanθ=0.5，斜面AB与水平面BC平滑连接，动摩擦系数μ均为0.2，水平面BC的长为xBC=0.3m，C点距离水平地面的高度H=0.6m。（不计空气阻力，取重力加速度g为10m/s2）。
（1）若小物块Q从C点运动到D点的水平距离xCD=0.6m，求小物块Q从C点抛出的初速度vC的大小；
（2）若小物块P从h=1.7m处下滑，且最终xCD=0.6m，计算并回答：小物块P、Q发生的是否为弹性碰撞？
（3）若小物块P、Q发生的是弹性碰撞，当释放高度h满足什么条件时，小物块Q能从C点飞出，而小物块P不会从C点飞出？
【答案】（1）
（2）见解析 （3）
【解析】【小问1详解】
在方向上
在方向上
解得
【小问2详解】
由动能定理
解得
设碰撞后小物块和的速度大小分别为和。
由动量守恒可得
由机械能守恒可得
可得
因，所以、发生的是弹性碰撞；
【小问3详解】
第一种情况：小物块到达点时，速度恰好为0，由动能定理
可得
第二种情况：碰撞后，小物块反弹回斜面上，第二次下滑回到点时速度为0。
小物块第一次从到的运动过程中，由动能定理得
碰撞时，动量守恒和能量守恒
小物块第二次回到斜面AB，由动能定理
解得
因此，的取值为。
21. 如图所示，水平面上固定一光滑金属导轨ABCDE，AB、DE电阻不计，BC、CD单位长度电阻，BC与CD长度相等，以O为原点水平向右建立x坐标轴，恰好过C，导轨关于x轴对称，已知x1=3.6m，x2=4.4m，θ=37°，导轨处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度B=1T。现有一略长于导轨间距的直导体棒FG以初速度从原点O出发水平向右运动，已知直导体棒FG质量m=0.72kg，单位长度电阻。求：
（1）初始时刻直导体棒上产生的电动势；
（2）直导体棒FG停止运动瞬间的位置x3；
（3）若给直导体棒施加外力使其能始终以从原点运动至x2，求在此运动过程中直导体棒上产生的焦耳热。
【答案】（1）2.4V
（2）见解析 （3）1.35J
【解析】【小问1详解】
由几何知识得，直导体棒长度为
初始时刻直导体棒产生的电动势为
【小问2详解】
假设直导体棒最终停在区域，由动量定理得
又
回路中总电阻为
联立可得
由于，假设成立，最终停在距离原点处。
【小问3详解】
0到过程，有
到过程，设坐标为时，直导体棒切割磁感线的有效长度为，由三角形相似得
可得
回路中总电阻为
直导体棒受到的安培力为
可知安培力与成线性关系，则到过程，安培力做功为
全过程中
直导体棒上产生的焦耳热为
22. 磁控管是微波炉的核心器件，磁控管中心为热电子发射源，电子在电场和磁场的共同作用下，形成了如图甲所示的漂亮形状。现将该磁控管简化成如图乙所示的装置，两足够长的平行金属板相距4d，板间中心有一电子发射源S向各个方向发射初速度大小为v0的电子。已知电子比荷为，仅考虑纸平面内运动的电子，回答以下问题：
（1）若两板间不加磁场，仅接一电压恒为U电源，其中，求：
①电子在板间运动的加速度的大小；
②电子打到金属板的最长时间和最短时间之差。
（2）若两板间不接电源，仅加垂直纸面向里的匀强磁场B，其中，求：
①有电子打到的金属板总长度；
②打在金属板上的电子占发射电子总数的百分比。
（3）在两金属板之间接一电压恒为U的电源的同时，加一垂直纸面向里的匀强磁场B，其中，。考虑初速度v0水平向右的电子，求该电子打在金属板上时速度的大小和方向。
【答案】（1），
（2），100%
（3）见解析
【解析】【小问1详解】
①根据牛顿第二定律有
解得
②水平向左运动的电子运动距离
该电子不会打在左侧金属板上，电子打到金属板的最长时间和最短时间之差为
【小问2详解】
①根据洛伦兹力提供向心力有
解得
如图所示
由图可知，SA为圆的直径，C点为相切点，则
所以有电子打到的金属板总长度为
②由图甲可知，打在金属板上的电子占发射电子总数的百分比为100%。
【小问3详解】
根据动能定理可得
解得
如图所示
y轴方向，有
所以
解得
电子打在金属板上时速度的大小为
方向与水平向右方向夹角
黑表笔接
A
B
A
C
B
C
红表笔接
B
A
C
A
C
B
测得的电阻/Ω
20
20
∞
35
∞
15