必刷卷05——【高考三轮冲刺】2023年高考物理考前20天冲刺必刷卷（北京地区）（原卷版+解析版）

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2023年高考物理考前信息必刷卷05
北京地区专用

北京高考物理考试题型为14（单选题）＋2（实验题）＋4（解答题），命题继续坚持对“物理本质”的考查，注重选择日常教学经常涉及的常规问题和简单情境为命题素材，注重从日常生活实际情境中选取素材，考查考生对基本概念和规律的物理本质的理解；考查考生分析并解决原始问题、实际问题的能力；考查考生发现问题、表述问题、分析论证并解决问题的能力。
以考查科学探究能力的实验题为例，2022年继续拓宽实验能力考查的范围，首次将实验过程中的故障分析作为考查内容，引导教学打破一线实验教学中的“按部就班假探索”的实验教学弊端，切实引导中学“真做实验真探究”。此外，在学生实验的拓展性考查上进一步深入创新，要求考生基于学生实验原理，但跳出学生实验情境和实验室环境，利用生活中物品开展实验探究活动。

从近两年试题可以看出，命题人特别关注考生应用物理知识分析和解决问题能力的考查，且绝大部分命题均以实际实验或者是生活或科研情景来进行命制，因而备考时应该特别关注教材中的演示实验、学生实验以及STSE的阅读材料，尝试从教材阅读材料的理解中来提升自己分析和解决实际问题的能力。物理试题每年都会跟进或引领科学与技术的发展，所以对于社会科学或科技的热点内容应给予足够的关注。本套题分析社会热点（如1、3、18）、技术应用（5、8、11、20）和前沿科技（12、14、19）的物理原理。

一、第一部分：本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题给出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。
1. 2022年的俄乌战争再次引发了核武器的话题，目前钴弹只是构想中的核武器，在中子弹外面裹一层钴59，中子弹爆炸发出的中子打在钴59上，变成具有放射性的钴2360Co，而钴2360Co衰变成镍2460Ni，同时放射出一定量的γ射线，这样就增加了核弹的辐射威力，钴Co半衰期约为5.27年。则下列说法正确的是
A．γ射线是能量很高的电磁波，由于它不带电，在磁场中不会偏转
B．1g 2360Co经过10.54年有0.5g发生了衰变
C．钴Co衰变成镍的核反应方程为2360Co→2460Ni+-10e，属于α衰变
D．如果增加压强或者升高温度，都会改变钴60的半衰期
【答案】A
【详解】A．γ射线是能量很高的电磁波，由于它不带电，在磁场中不会偏转，故A正确；
B．由公式m=m012tτ=m01210.545.27=m0122=14m0=0.25g知，应该有0.75g发生了衰变，故B错误；
C．钴Co衰变成镍的核反应方程为2360Co→2460Ni+-10e，但应该属于β衰变，故C错误；
D．半衰期与外界环境无关，因而温度与压强均不会影响物质的半衰期，故D错误。故选A。

2. 下列说法中正确的是（ ）

A.甲图中，两个分子从很远处逐渐靠近，直到不能再靠近为止的过程中，分子间相互作用的合力先变小后变大
B.乙图中，在测量分子直径时，可把油膜厚度视为分子直径
C.丙图中，猛推木质推杆，密闭的气体温度升高，压强变大，气体对外界做功
D.丁图中，电冰箱的工作过程表明，热量可以自发的从低温物体向高温物体传递
【答案】B
【详解】A.甲图中两个分子从很远处逐渐靠近的过程中，分子引力和斥力都增大，但引力大于斥力，分子力表现为引力并且分子力先增大后减小，当减小到零后，随两分子靠近，分子力表现为斥力，并且逐渐增大，故A错误；
B.图乙中是单分子油膜，因此油膜厚度就可以视为分子直径，故B正确；
C.丙图中，猛椎木质推杆，由于速度快，热传递没来得及进行，只有外界对气体做功，内能增大，压强变大，温度升高，故C 错误；
D.根据热力学第二定律热量不能自发地从低温物体转移到高温物体，故D错误。故选B。

3. 电影《流浪地球2》中太空电梯的缆索焊接是利用加速和会聚的高速电子流轰击工件接缝处，使材料熔合的一种焊接方法。电子束焊接机中的电场线如图虚线所示。K为阴极，A为阳极，不考虑电子重力及电子间的相互作用，下列说法正确的是（　　）

A．K点电势高于A点电势
B．电子由K运动到A，电势能增加
C．电子由K运动到A，加速度不变
D．电子束焊接原理是将电子流的动能转化为内能
【答案】D
【详解】A．由题，K为阴极，A为阳极，电子从K点加速到A点，A的电势高于K点的电势，故A错误；
B．电子由K运动到A，电场力做正功，动能增大，电势能减小，故B错误；
C．由图可知，电场线辐向分布，越靠近A点，电场线越密集，则电场强度就越大，因此同一带电粒子在A点所受电场力大于K点，根据牛顿第二定律可知，电子由K运动到A，加速度将变大，故C错误；
D．根据题意可知，电子束焊接原理是将电子流的动能转化为内能，从而使材料熔合，故D正确。故选D。

4. 关于以下四幅图的说法正确的是（　　）

A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光束在水珠中传播的速度一定小于b光束在水珠中传播的速度
B．图乙是一束单色光进入足够长的平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i从0∘增大到90∘（不包括90∘）过程中，始终有光线从bb'面射出
C．图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离L，相邻两条亮条纹间的距离Δx将增大
D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
【答案】B
【详解】A．根据图甲中光进入水珠时，入射角相等，a光束的折射角大于b光束的折射角，根据n=sinθsinα可知，a光束的折射率小于b光束的折射率，根据n=cv可知，a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度，A错误；
B．图乙中，光从空气进入介质，由于两界面平行，则第一个界面的折射角等于第二个界面的入射角，根据光路可逆，不可能发生全反射，即当入射角i从0∘增大到90∘（不包括90∘）过程中，始终有光线从bb'面射出，B正确；
C．图丙是双缝干涉示意图，根据Δx=Ldλ可知，若只减小屏到挡板间距离L，相邻两条亮条纹间的距离Δx将减小，C错误；
D．图丁中，干涉条纹弯曲位置是空气膜层厚度较小的区域提前出现了空气膜层厚度较厚区域的条纹，可知，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹下的，D错误。故选B。

5. 钳形电流表是电机运行和维修工作中最常用的测量仪表之一，其工作部分主要由一只电流表和电流互感器组成。电流互感器的铁芯制成活动开口，且成钳形，用手柄来控制开合，图1图2为此电流表的实物图和内部结构图，则下列说法正确的是（　　）

A．测电流时，若钳口闭合不紧密对电流的测量值会有影响
B．测电流时，需要将此钳形电流表串接在电路中
C．测电流时，钳形电流表相当于降压变压器
D．如果被测导线中的电流过大，可以在钳形口处将导线多绕几圈进行测量
【答案】A
【详解】A．测电流时，若钳口闭合不紧密则会出现漏磁现象，对电流的测量值会有影响，故A正确；
B．测电流时，只需要打开钳口将导线圈入其中即可，不需要将此钳形电流表串接在电路中，故B错误；
C．该电表原线圈为单匝，属于升压变压器，故C错误；
D．在钳形口处将导线多绕几圈即n1变大，由I2=n1n2I1，此时电表示数将更大，故D错误。故选A。

6. 某波轮洗衣机的有关规格如表所示。在运行脱水程序时，脱水桶匀速转动。某次脱水时，有一质量为6g的硬币被甩到桶壁上，随桶壁一起做匀速圆周运动。重力加速度g取10m/s2。下列说法正确的是
型号
XX
额定电压、频率
～220V、50Hz
额定脱水功率
225W
质量
31kg
脱水转速
600r/min
脱水桶尺寸
直径300mm，高370mm
外形尺寸
555mm×510mm×870mm
A．运行脱水程序时，桶壁对硬币的作用力垂直筒壁向里
B．硬币转动一圈受到的重力冲量为零
C．脱水桶转速逐渐减小为零的过程中，硬币做减速圆周运动
D．硬币做匀速圆周运动时受到的向心力大小约为3.55N
【答案】D
【详解】A．随筒壁一起做匀速圆周运动的硬币受重力、筒壁对其摩擦力和支持力，共三个力的作用。支持力垂直筒壁向里，桶壁对硬币的作用力为摩擦力和支持力的合力，方向斜向上指向筒壁内侧。A错误；
B．硬币转动一圈受到的重力冲量不为零，为mgT。B错误；
C．脱水桶转速逐渐减小为零的过程中，当最大静摩擦力小于重力时不能够做圆周运动，即
f=μFn=μmω2rφb，又因示数不变，则表明滑动片处在电阻偏右的某个位置，此时滑块所受合力向左，即加速度向左，所以物体可能向左匀加速直线运动或者向右匀减速直线运动，故B错误；
C．电压表向左偏，表明φaR地，故T火>T地，故C正确；
D．地球绕太阳公转的周期为一年，由于火星，地球绕太阳公转的周期不同，所以从图示时刻再经过半年的时间，太阳、地球、火星不可能再次共线，故D错误。故选C。

10. 在“测定金属的电阻率”的实验中，按图所示的电路图测量金属丝的电阻Rx。将滑动变阻器R1、R2分别接入实验电路，R2=4R1，调节滑动变阻器的滑片P的位置，以R表示滑动变阻器可接入电路的最大阻值，以RP表示滑动变阻器接入电路的电阻值，以U表示Rx两端的电压值，下图中实线表示接入R1时的情况，虚线表示接入R2时的情况。在图中U随RP/R变化的图像可能正确的是（　　）

A．B．C．D．
【答案】A
【详解】Rx两端电压值为U=ERP+RxRx=ERPRR+Rx，说明在R和R不变时，U与RPR不为一次函数关系，图线为曲线，四个选项均满足，当R分别取R1和R2时，根据公式可知，在相同的RPR前提下，R越大，U越小，所以虚线在实线下方，且根据公式可知，对两个图线来讲，斜率刚开始变化得快。故选A。

11. 为了测量储液罐中液体的液面高度，有人设计了如图甲所示装置。将与储物罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储液罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流而向外辐射电磁波，再使用乙图中的调谐电路来接收甲振荡电路中的电磁波，这样就可通过测量乙中接收频率而获知甲中的发射频率，进而再通过振荡电路的振荡频率公式f=12πLC即可获知电容C的值（L值已知），从而测量油罐内的液面高度。已知平行板电容器正对面积、间距一定的条件下，电容C两极板间充入电介质增加（液面上升）时，电容C增大。则下列分析判断正确的是（　　）

A．该装置适用于测量任意种类液体的液面高度
B．当储物罐内的液面高度降低时，所测到的LC回路中电流的振荡频率变小
C．当装置使用过久电源电动势减小时，测量的液面高度比真实值偏小
D．该装置测得的振荡频率与所用电源的电动势大小无关
【答案】D
【详解】A．该装置适用于测量不导电液体的液面高度，选项A错误；
B．当储物罐内的液面高度降低时，电容器极板之间的介质减少，所以电容器的电容减小，根据f=12πLC可知所测到的LC回路中电流的振荡频率变大，选项B错误；
CD．该装置测得的振荡频率与所用电源的电动势大小无关，则当装置使用过久电源电动势减小时，振荡电路的周期和频率不变，则测量的液面高度比真实值不变，选项C错误，D正确。故选D。

12. 托卡马克（Tokamak）是一种复杂的环形装置，结构如图所示。环心处有一欧姆线圈，四周是一个环形真空室，真空室外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时，在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场，将真空室中的等离子体加速，从而达到较高的温度。再通过其他方式的进一步加热，就可以达到核聚变的临界温度。同时，环形真空室中的高温等离子体形成等离子体电流，与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场，在真空室区域形成闭合磁笼，将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行。已知真空室内等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，下列说法正确的是（    ）

A．托卡马克装置中核聚变的原理和目前核电站中核反应的原理是相同的
B．极向场线圈和环向场线圈的主要作用是加热等离子体
C．欧姆线圈中通以恒定电流时，托卡马克装置中的等离子体将不能发生核聚变
D．为了约束温度为T的等离子体，所需要的磁感应强度B必须正比于温度T
【答案】C
【详解】A．目前核电站中核反应的原理是核裂变，原理不同，故A错误；
B．极向场线圈、环向场线圈主要作用是将高温等离子体约束在真空室中，有利于核聚变的进行，故B错误；
C．欧姆线圈中通以恒定的电流时，产生恒定的磁场，恒定的磁场无法激发电场，则在托卡马克的内部无法产生涡旋电场，等离子体无法被加速，因而不能发生核聚变，故C正确；
D．带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，则T∝12mv2，由洛伦兹力提供向心力，则qvB=mv2R，
则有B∝T，故D错误。故选C。

13. 弗兰克-赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图甲所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，G、A间加有电压为0.5V的反向电场，使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充稀薄汞蒸气后，发现K、G间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图乙所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。依据本实验结果下列判断合理的是（　　）

A．电子运动过程中只可能与汞原子发生一次碰撞
B．汞原子基态和第一激发态的能级之差可能为4.9eV
C．K、G间电子的动能越大，越容易使汞原子发生跃迁
D．K、G间电压越大，单位时间内到达A极的电子数越多
【答案】B
【详解】A．电子运动过程中有可能与汞原子发生一次，也有可能没发生碰撞，还可能发生多次碰撞， A错误；
B．由于电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，说明汞原子基态和第一激发态之间的能极之差等于4.9eV，B正确；
C．K、G间电子的动能越大，根据乙图，不一定更使汞原子发生跃迁，C错误；
D．K、G间电压越大，由乙图可知，单位时间内到达A极的电子数不一定越多，D错误。故选B。

14. 某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器（如图甲），当有烟雾进入探测器时（如图乙），来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10-8A时，便会触发报警系统报警。已知钠的极限频率为6.0×1014Hz，普朗克常量h=6.63×10-34J⋅s，光速c=3.0×108m/s，电子电荷量e=1.6×10-19C，则下列说法正确的是（　　）

A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于5.0×10-7m
B．光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，不能改变光电烟雾探测器的灵敏度
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象
D．报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为N=6.25×1010个
【答案】D
【详解】A．因为钠的极限频率为6.0×1014Hz，要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于
λ=cν=3×1086×1014m=5.0×10-7m，选项A错误；
B．光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，光电管产生的光电流会变大，会改变光电烟雾探测器的灵敏度，选项B错误；
C．光电管C中能发生光电效应是因为光的频率大于金属钠的极限频率，选项C错误；
D．报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为N=IΔte=10-8×11.6×10-19=6.25×1010个，选项D正确。故选D。

二、第二部分：本部分共6题，共58分。
15. 物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。例如：
（1）实验仪器：在“练习使用多用表”实验时，某同学用多用表的电阻“×10”档测定值电阻阻值，表盘的示数如图所示，则该阻值R=__________Ω。

（2）数据分析：某同学用插针法测定一个半圆形玻璃砖的折射率。正确操作后，做出的光路图如图所示。O为圆心，已知AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，则此玻璃砖的折射率可表示为____________。

（3）实验原理：用橡皮筋、细绳套和弹簧测力计完成“探究两个互成角度的力的合成规律”实验。两同学根据实验数据分别做出的力的图示如图甲、乙所示。你认为哪位同学实验过程有问题？请说明你的理由_______。

【答案】C
【详解】（1）如图欧姆表读数为18.0×10Ω=180Ω
（2）如图设圆的半径为R，入射角为i，折射角为r，由几何关系sini=l1R，sinr=l3R，故折射率为n=sinisinr=l1l3
（3）乙同学有问题。由甲乙两幅力的图示可知，F'是实验中用一个力单独拉橡皮筋到达O点的实际作用力，此力应与橡皮筋伸长的方向一致，图乙中方向不在一条直线上，因此乙同学做的实验过程有问题。

16. 探究向心力大小F与物体的质量m、角速度ω和轨道半径r的关系实验。
（1）本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的__________；
A．探究平抛运动的特点
B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
C．探究两个互成角度的力的合成规律
D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系
（2）某同学用向心力演示器进行实验，实验情景如甲、乙、丙三图所示

a.三个情境中，图______是探究向心力大小F与质量m关系（选填“甲”、“乙”、“丙”）。
b.在甲情境中，若两钢球所受向心力的比值为1∶9，则实验中选取两个变速塔轮的半径之比为_________。
（3）某物理兴趣小组利用传感器进行探究，实验装置原理如图所示。装置中水平光滑直槽能随竖直转轴一起转动，将滑块套在水平直槽上，用细线将滑块与固定的力传感器连接。当滑块随水平光滑直槽一起匀速转动时，细线的拉力提供滑块做圆周运动需要的向心力。拉力的大小可以通过力传感器测得，滑块转动的角速度可以通过角速度传感器测得。

小组同学先让一个滑块做半径r为0.14m的圆周运动，得到图甲中①图线。然后保持滑块质量不变，再将运动的半径r分别调整为0.12m、0.10m、0.08m、0.06m，在同一坐标系中又分别得到图甲中②、③、④、⑤四条图线。
a.对①图线的数据进行处理，获得了F-x-图像，如图乙所示，该图像是一条过原点的直线，则图像横坐标x代表的是________。
b.对5条F-ω图线进行比较分析，得出ω一定时，F∝r的结论。请你简要说明得到结论的方法_______。

【答案】（1）BD；（2）丙；3∶1；（3）ω2（或mω2等带ω2即可）；见详解
【详解】（1）[1]A．在本实验中，利用控制变量法来探究向心力的大小与小球质量、角速度、半径之间的关系。探究平抛运动的特点，例如两球同时落地，两球在竖直方向上的运动效果相同，应用了等效思想，故A错误；
B．当一个物理量与多个物理量相关时，应采用控制变量法，探究该物理量与某一个量的关系，在探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验中，保持原线圈输入的电压U1一定，探究副线圈输出的电压U2与和匝数n1、n2的关系，故B正确；
C．探究两个互成角度的力的合成规律，即两个分力与合力的作用效果相同，采用的是等效替代的思想，故C错误；
D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系是通过控制变量法研究的，故D正确。故选BD。
(2)[2]根据F=mrω2可知，要探究向心力大小F与质量m关系，需控制小球的角速度和半径不变，由图可知，两侧采用皮带传动，所以两侧具有相等的线速度，根据皮带传动的特点可知，应该选择两个塔轮的半径相等，而且运动半径也相同，选取不同质量的小球，故图丙正确。
[3]两个球的质量相等，半径相同，由于F=mω2R、F'=mω'2R，已知F:F'=1:9，所以ω:ω'=1:3
两个塔轮边缘的线速度相等v=v'，由v=ωr=ω'r'知两个变速塔轮的半径之比为r:r'=3:1
（3）[4]小组同学先让一个滑块做半径r为0.14m的圆周运动，得到图甲中①图线，由①图线知F与ω不成正比，通过分析①图线中数据可知F与ω2成正比，即F与ω2的关系图像是一条过原点的直线，即x可以是ω2，又因ω变化时，滑块质量与运动半径都不变，所以x也可以是mω2或rω2等带ω2即可。
[5]探究F与r的关系时，要先控制m和ω不变，因此可在F-ω图像中找到同一个ω对应的向心力，根据5组向心力F和半径r的数据，在F-r坐标系中描点做图，若得到一条过原点的直线，则说明F与r成正比。

17. 直流电动机的基本结构由永磁铁和矩形线圈构成，如图1所示．现将标有“3V，3W”的直流电动机，串联一个滑动变阻器接在电动势为E =4. 0V、内阻为r=0.40Ω的电源的两端，如图2所示．已知电动机线圈的电阻Ro =0. 10Ω,不计其它电阻．

(1)若滑动变阻器接入电路的阻值R1=3.5Ω，且电动机卡住不转，求此时电路中的电流I1．
(2)调节滑动变阻器接入电路的阻值，或电动机工作时的负载发生变化，回路中的电流I及电源的输出功率P随之改变．
a．请从理论上推导P与I的关系式，并在图3中定性画出P-I图像；
b．求该电源对外电路能够输出的最大功率Pm．
(3)调节滑动变阻器接入电路的阻值，使电动机正常工作．现保持滑动变阻器接入电路的阻值不变，增加电动机的负载，电动机将通过转速调节达到新的稳定状态．请分析说明在这个过程中，电路中的电流如何变化．
【答案】（1）I1=ER1+R0+r=1.0A；（2）图像见解析；10W；（3）电路中的电流变大
【详解】（1）根据闭合电路欧姆定律有：I1=ER1+R0+r=1.0A
（2）a.电源的输出功率P=IE-I2r，P-I图像如图所示：

当电路中的电流I=E2r时，电源的输出功率最大，且Pm=E24r=10W
（3）电动机的负载增加，达到新的稳定状态后，线圈的转速变慢，线圈因为切割磁感线产生反电动势E'变小，根据I=E-E'R1+R0+r可知，电路中的电流变大．

18. 2022年4月16日神舟十三号载人飞船返回舱成功着陆，三位航天员在空间站出差半年，完成了两次太空行走和20多项科学实验，并开展了两次“天宫课堂”活动，刷新了中国航天新纪录。已知地球半径为R，地球表面重力加速度为g。总质量为m0的空间站绕地球的运动可近似为匀速圆周运动，距地球表面高度为h。为研究方便，地球自转的影响忽略不计且忽略空气阻力。
（1）求空间站绕地球匀速圆周运动的动能Ek1。
（2）物体间由于存在万有引力而具有的势能称为引力势能。若取两物体相距无穷远时引力势能为0，质点m1和m2的距离为r时，其引力势能为Ep=-Gm1m2r（式中G为万有引力常量）。假设空间站为避免与其它飞行物相撞，将从原轨道转移到距地球表面高为1.2h的新圆周轨道上，则该转移至少需要提供多少额外的能量。
（3）航天员在空间站出差期间需要对生理状况进行有效监测，其中身体质量的测量是十分重要的。请你设计一种在太空失重环境下测量人的质量的方案，要求写出需要测量的物理量，以及人的质量的表达式。
【答案】（1）Ek1=gR2m02(R+h)；（2）E=gR2hm010(R+h)(1.2h+R)；（3）用一个固定的力测量拉着宇航员在水平方向上做匀加速直线运动，力的大小为F，用打点计时器测出加速度为a，用牛顿第二定律求得宇航员质量，m=Fa
【详解】（1）地球表面附近有MmR2G=mg，解得MG=gR2，
空间站绕地球匀速圆周运动，则 Mm0(R+h)2G=m0v2R+h，
又Ek1=12m0v2，联立解得Ek1=gR2m02(R+h)
（2）空间站绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，由牛顿第二定律得Mm0r2G=m0v2r
空间站绕地球运动的动能为Ek=12m0v2=Mmo2rG=gR2m02r
则空间站从原轨道转移到距地球表面高度为1.2h的新圆轨道上，
动能的减小量为ΔE减=gR2m02(R+h)-gR2m02(R+1.2h)=gR2hm010(R+h)(1.2h+R)
引力势能的增加量为Ep增=-Mm0r2G-(-Mm0r1G)=gR2m0h+R-gR2m01.2h+R=gR2hm05(h+R)(1.2h+R)
由能量守恒定律可知，该转移至少需要提供额外的能量为E=ΔEp增-ΔEk减=gR2hm010(R+h)(1.2h+R)
（3）用一个固定的力测量拉着宇航员在水平方向上做匀加速直线运动，力的大小为F，用打点计时器测出加速度为a，用牛顿第二定律求得宇航员质量为m=Fa

19. 在纳米技术中需要移动或修补原子，必须使在不停地做热运动（速率约几百米每秒）的原子几乎静止下来且能在一个小的空间区域内停留一段时间， 为此已发明了“激光制冷”的技术。即利用激光作用于原子，使原子运动速率变慢，从而温度降低。
(1)若把原子和入射光子分别类比为一辆小车和一个小球，则“激光制冷”与下述的力学模型相似。如图所示，一辆质量为m的小车（左侧固定一轻质挡板以速度v0水平向右运动；一个动量大小为p。质量可以忽略的小球水平向左射入小车后动量变为零；紧接着不断重复上述过程，最终小车将停下来。设地面光滑。求：
①第一个小球入射后，小车的速度大小v1；
②从第一个小球入射开始计数到小车停止运动，共入射多少个小球?

(2)近代物理认为，原子吸收光子的条件是入射光的频率接近于原子吸收光谱线的中心频率如图所示，现有一个原子A水平向右运动，激光束a和激光束b分别从左右射向原子A，两束激光的频率相同且都略低于原子吸收光谱线的中心频率、请分析：
①哪束激光能被原子A吸收?并说明理由；
②说出原子A吸收光子后的运动速度增大还是减小。

【答案】(1)① v0-pm；②mv0p；(2)①激光束，理由见解析b ；②减小
【详解】(1)①取向右方向为正，小车与小球水平方向动量守恒mv0-P=mv1，得v1=v0-Pm
②设入射n个小球后小车将停下来，由动量守恒定律得mv0-nP=0，解得n=mv0P。
(2)① 激光束b。理由是原子A向右运动，是迎着激光束b运动的，根据多普勒效应，这个原子感受到激光束b的频率升高，进一步接近了原子吸收光谱线的中心频率，原子从激光束b吸收光子的几率增大。原子A的运动方向和激光束a的传播方向相同，所以它感受到激光束a的频率减小，根据多普勒效应，这个原子感受到激光束a的频率降低，进一步远离了原子吸收光谱线的中心频率，原子从激光束a吸收光子的几率减小。综上所述，原子A吸收了激光束b的光子。
②减小。由动量守恒定理得mv0-mbvb=m+mbv，v=mv0-mbvbm+mb，所以是减小了。
20. 工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积）。它的优点是测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套。如图1是电磁流量计的示意图。圆形管道由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管道中的导电液体流过磁场区域时，用仪表测量出放置在管道壁上的M、N两个电极间的电势差，就可以知道管道中液体的流量Q。已知电极M、N间的距离等于管道的直径d，磁感应强度为B。假定管道中各处液体的流速相同，且液体始终充满整个管道。
(1)当液体流动方向如图1所示时，判断M、N哪个电极电势高；
(2)推导证明电极M、N间的电势差U与流量Q有正比关系，即U∝Q；并说明：用某一种导电液体标定仪表刻度盘，也适用于其他导电液体；
(3)理想情况下，在磁场恒定不变时电压的测量是稳定的，但导电液体在稳恒磁场长时间的作用下，液体中离子与电极接触的表面处会形成极化电场，干扰电压的测量。某一电磁流量计实际使用的磁场，其磁感应强度B与时间t的关系如图2中虚线所示，仪表只在每一个周期的特定时间段内测量M、N间的电势差，用于显示液体流量，请在图2中用实线在图线上标出这些时间段，并简要说明选定时间段的依据。

【答案】(1)N板电势高；(2)见解析；(3)见解析
【详解】(1) 根据左手定则，正离子向下偏转，所以N板电势高。                                           
(2) 带电粒子在洛伦兹力作用下堆积于M、N处，当电荷不再堆积时，电势差达到稳定，此时，洛伦兹力和电场力平衡，
设某电荷电量为q，M、N间为匀强电场，有qvB=qE，E=Ud，Q=v⋅π4d2，
解得U=4BπdQ = kQ即U∝Q，式中比例系数与液体性质无关，因此只需用某一种导电液体标定刻度盘，即可用来测定其他导电液体的流量。
(3)标记如图所示

选择这些时间段用来测量并显示流量，使导电液体中的正、负电荷一段时间内向一侧堆积，接下来的另一段时间内向另一侧堆积，不会使导电液体与电极间的电场总恒定，从而消除了极化电场的影响。另外，每一个时间段内磁场都是恒定的，仪表显示流量是确定的，能够进行准确测量，但又不是恒定段都选，而是取中间段，避免边缘的变化影响。