2020年普通高等学校招生全国统一考试物理(天津卷)

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2020年天津市普通高中学业水平等级性考试

物理

本试卷共4页,共12小题,满分100分。考试用时60分钟。

第Ⅰ卷

一、单项选择题(每小题5分,共25分。每小题给出的四个选项中,只有一个选项是正确的)

1.在物理学发展的进程中,人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究,获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是(　　)

2.北斗问天,国之夙愿。我国北斗三号系统的收官之星是地球静止轨道卫星,其轨道半径约为地球半径的7倍。与近地轨道卫星相比,地球静止轨道卫星(　　)

A.周期大 B.线速度大 C.角速度大 D.加速度大

3.新冠肺炎疫情突发,中华儿女风雨同舟、守望相助,筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪,通过人体辐射的红外线测量体温,防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒,为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较(　　)

A.红外线的光子能量比紫外线的大

B.真空中红外线的波长比紫外线的长

C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大

D.红外线能发生偏振现象,而紫外线不能

4.

一列简谐横波沿x轴正方向传播,周期为T,t=0时的波形如图所示。t=时(　　)

A.质点a速度方向沿y轴负方向

B.质点b沿x轴正方向迁移了1 m

C.质点c的加速度为零

D.质点d的位移为-5 cm

5.

水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体(　　)

A.压强变大 B.对外界做功

C.对外界放热 D.分子平均动能变大

二、不定项选择题(每小题5分,共15分。每小题给出的四个选项中,都有多个选项是正确的。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,选错或不答的得0分)

6.手机无线充电是比较新颖的充电方式。如图所示,电磁感应式无线充电的原理与变压器类似,通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈,利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入正弦式交变电流后,就会在邻近的受电线圈中感应出电流,最终实现为手机电池充电。在充电过程中(　　)

A.送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化

B.受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变

C.送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递

D.手机和基座无需导线连接,这样传递能量没有损失

7.

如图所示,在Oxy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B的匀强磁场。一带电粒子从y轴上的M点射入磁场,速度方向与y轴正方向的夹角θ=45°。粒子经过磁场偏转后在N点(图中未画出)垂直穿过x轴。已知OM=a,粒子电荷量为q,质量为m,重力不计。则(　　)

A.粒子带负电荷 B.粒子速度大小为

C.粒子在磁场中运动的轨道半径为a D.N与O点相距(+1)a

8.

复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车,初速度为v0,以恒定功率P在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度vm,设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内(　　)

A.做匀加速直线运动 B.加速度逐渐减小

C.牵引力的功率P=Fvm D.牵引力做功W=

第Ⅱ卷

本卷共4题,共60分。

9.(12分)(1)某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。

图1

图2

①为了正确完成实验,以下做法必要的是　　　　。 

A.实验时应保持桌面水平 B.每次应使钢球从静止开始释放

C.使斜面的底边ab与桌边重合 D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面

②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,在白纸上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm,示意如图2。重力加速度g取10 m/s2,钢球平抛的初速度为　　　 m/s。 

③图1装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是　。 

(2)某实验小组选用以下器材测定电池组的电动势和内阻,要求测量结果尽量准确。

电压表(量程0~3 V,内阻约为3 kΩ)

电流表(量程0~0.6 A,内阻约为1 Ω)

滑动变阻器(0~20 Ω,额定电流1 A)

待测电池组(电动势约为3 V,内阻约为1 Ω)

开关、导线若干

图3

图4

①该小组连接的实物电路如图3所示,经仔细检查,发现电路中有一条导线连接不当,这条导线对应的编号是　　　　。 

②改正这条导线的连接后开始实验,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应置于滑动变阻器的　　　　端。(填“a”或者“b”) 

③实验中发现调节滑动变阻器时,电流表读数变化明显但电压表读数变化不明显。为了解决这个问题,在电池组负极和开关之间串联一个阻值为5 Ω的电阻,之后该小组得到了几组电压表读数U和对应的电流表读数I,并作出U-I图像,如图4所示。根据图像可知,电池组的电动势为　　　　 V,内阻为　　　　 Ω。(结果均保留两位有效数字) 

10.

(14分)如图所示,垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中,金属框平面与磁场方向垂直,电阻R=0.1 Ω,边长l=0.2 m。求

(1)在t=0到t=0.1 s时间内,金属框中的感应电动势E;

(2)t=0.05 s时,金属框ab边受到的安培力F的大小和方向;

(3)在t=0到t=0.1 s时间内,金属框中电流的电功率P。

11.(16分)长为l的轻绳上端固定,下端系着质量为m1的小球A,处于静止状态。A受到一个水平瞬时冲量后在竖直平面内做圆周运动,恰好能通过圆周轨迹的最高点。当A回到最低点时,质量为m2的小球B与之迎面正碰,碰后A、B粘在一起,仍做圆周运动,并能通过圆周轨迹的最高点。不计空气阻力,重力加速度为g,求

(1)A受到的水平瞬时冲量I的大小;

(2)碰撞前瞬间B的动能Ek至少多大?

12.(18分)多反射飞行时间质谱仪是一种测量离子质量的新型实验仪器,其基本原理如图所示,从离子源A处飘出的离子初速度不计,经电压为U的匀强电场加速后射入质量分析器。质量分析器由两个反射区和长为l的漂移管(无场区域)构成,开始时反射区1、2均未加电场,当离子第一次进入漂移管时,两反射区开始加上电场强度大小相等、方向相反的匀强电场,其电场强度足够大,使得进入反射区的离子能够反射回漂移管。离子在质量分析器中经多次往复即将进入反射区2时,撤去反射区的电场,离子打在荧光屏B上被探测到,可测得离子从A到B的总飞行时间。设实验所用离子的电荷量均为q,不计离子重力。

(1)求质量为m的离子第一次通过漂移管所用的时间T1;

(2)反射区加上电场,电场强度大小为E,求离子能进入反射区的最大距离x;

(3)已知质量为m0的离子总飞行时间为t0,待测离子的总飞行时间为t1,两种离子在质量分析器中反射相同次数,求待测离子质量m1。

2020年物理(天津卷)

1.D　卢瑟福分析α粒子散射实验数据后,提出原子具有核式结构,ABC错误,D正确。

2.A　设卫星的轨道半径为r,线速度大小为v,角速度为ω,周期为T,向心加速度为a。根据万有引力提供向心力,G=ma=m=mrω2=mr,所以,卫星运行的线速度、角速度、周期、加速度和半径的关系分别为:v=,ω=,T=,a=,地球静止轨道卫星半径大,则周期大,线速度小,角速度小,加速度小,A正确,BCD错误。

3.B　红外线的频率比紫外线小,根据E=hν,可知红外线光子的能量比紫外线的小,A错误;波长λ=,红外线的频率低,波长长,B正确;所有电磁波在真空中的速度都一样大,都是c=3.0×108 m/s,C错误;红外线和紫外线都是横波,都可以发生偏振现象,D错误。

4.C　经过,质点a运动到平衡位置速度方向沿y轴正方向,A错误;质点b沿y轴方向做简谐运动,并不沿x轴方向迁移,B错误;经过,质点c运动到平衡位置,加速度为零,C正确;经过,质点d运动到正向最大位移处,位移为5 cm,D错误。

5.B　研究储水罐内封闭的气体,在温度不变时,PV=C,C为常数,气体体积变大,压强变小,A错误;气体体积变大,对外做功,B正确;温度不变,内能不变,ΔU=0,根据热力学第一定律,ΔU=W+Q,气体体积变大,W为负值,则Q为正值,气体吸热,C错误;温度是分子平均动能的标志,温度不变,平均动能不变,D错误。

6.AC　送电线圈相当于变压器原线圈,受电线圈相当于变压器副线圈,是互感现象,送电线圈接交变电流,受电线圈也产生交变电流,所产生的磁场呈周期性变化,AC正确,B错误;由于没有闭合铁芯,传递能量过程中有能量辐射,D错误。

7.AD　

由于粒子在磁场力的作用下垂直穿过x轴,根据左手定则可知,粒子带负电荷,A正确;根据题意画图找圆心O',如图所示。结合几何关系有R=a,N点与O点间的距离为(+1)a,D正确,C错误;又因为洛伦兹力提供向心力qvB=m,联立解得v=,B错误。

8.BC　动车以恒定功率启动,P=F牵v=Fvm,由于速度增加,因此牵引力减小,根据牛顿第二定律可知,加速度越来越小,A错误,BC正确;时间t内牵引力做功W=Pt,根据动能定理有Pt-WF=,可知D错误。

9.答案(1)①AB　②2　③方便将木板调整到竖直平面

(2)①5　②a　③2.9　0.80

解析(1)①为保证小球离开桌面后做平抛运动,桌面必须保持水平,且小球离开斜面后必须在水平桌面上先运动一段距离,选项A正确、C错误;为保证小球每次离开桌面后做同一轨迹的平抛运动,必须保证每次实验中小球离开桌面的速度相同,故每次实验小球必须从斜面顶端同一位置且由静止释放,这种情况下斜面对小球的摩擦力的影响每次都是相同的,没有必要选择对小球摩擦力小的斜面,选项B正确、D错误。

②小球离开桌面后在水平方向做匀速直线运动,木板每次远离桌子的距离Δx=0.2 m相同,故小球打到木板前每次平抛运动的时间增量相同,即白纸上相邻点迹对应的时间间隔T相等,又因为小球竖直方向做自由落体运动,故Δy=gT2,设小球平抛运动的初速度为v0,则Δx=v0T,联立解得v0=2 m/s。

③为保证白纸上点迹间隔为竖直方向上的位移,木板必须沿竖直方向,铅垂线的作用就是方便将木板调整到竖直平面。

(2)①用伏安法测电源电动势和内阻实验中,电压表应该测量电源的路端电压,而不是测量滑动变阻器两端的电压,故导线5连接错误。

②闭合开关前应该将滑动变阻器阻值调至最大,故滑片P应置于滑动变阻器的a端。

③根据闭合电路欧姆定律有E=U+I(r+R),整理可得U=-(r+R)I+E,故U-I图像与纵坐标截距表示电源的电动势,则E=2.9 V;U-I图像斜率大小k=(r+R)=5.80 Ω,故电源内阻r=0.80 Ω。

10.答案(1)0.08 V　(2)0.016 N,方向垂直于ab向左

(3)0.064 W

解析(1)在t=0到t=0.1 s的时间Δt内,磁感应强度的变化量ΔB=0.2 T,设穿过金属框的磁通量变化量为ΔΦ,有

ΔΦ=ΔBl2 ①

由于磁场均匀变化,金属框中产生的电动势是恒定的,有

E=②

联立①②式,代入数据,解得E=0.08 V③

(2)设金属框中的电流为I,由闭合电路欧姆定律,有I= ④

由图可知,t=0.05 s时,磁感应强度为B1=0.1 T,金属框ab边受到的安培力F=IlB1 ⑤

联立①②④⑤式,代入数据,解得F=0.016 N⑥

方向垂直于ab向左。 ⑦

(3)在t=0到t=0.1 s时间内,金属框中电流的电功率P=I2R ⑧

联立①②④⑧式,代入数据,解得P=0.064 W⑨

11.答案(1)m1　(2)

解析(1)A恰好能通过圆周轨迹的最高点,此时轻绳的拉力刚好为零,设A在最高点时的速度大小为v,由牛顿第二定律,有

m1g=m1 ①

A从最低点到最高点的过程中机械能守恒,取轨迹最低点处重力势能为零,设A在最低点的速度大小为vA,有

m1m1v2+2m1gl ②

由动量定理,有I=m1vA ③

联立①②③式,得I=m1 ④

(2)设两球粘在一起时的速度大小为v',A、B粘在一起后恰能通过圆周轨迹的最高点,需满足v'=vA              ⑤

要达到上述条件,碰后两球速度方向必须与碰前B的速度方向相同,以此方向为正方向,设B碰前瞬间的速度大小为vB,由动量守恒定律,有

m2vB-m1vA=(m1+m2)v' ⑥

又Ek=m2 ⑦

联立①②⑤⑥⑦式,得碰撞前瞬间B的动能Ek至少为

Ek= ⑧

12.答案(1)　(2)　(3)2m0

解析(1)设离子经加速电场加速后的速度大小为v,有

qU=mv2 ①

离子在漂移管中做匀速直线运动,则T1= ②

联立①②式,得T1= ③

(2)根据动能定理,有qU-qEx=0 ④

得x= ⑤

(3)离子在加速电场中运动和反射区电场中每次单向运动均为匀变速直线运动,平均速度大小均相等,设其为,有 ⑥

通过⑤式可知,离子在反射区的电场中运动路程是与离子本身无关的,所以不同离子在电场区运动的总路程相等,设为L1,在无场区的总路程设为L2,根据题目条件可知,离子在无场区速度大小恒为v,设离子的总飞行时间为t总。有t总=              ⑦

联立①⑥⑦式,得t总=(2L1+L2) ⑧

可见,离子从A到B的总飞行时间与成正比。由题意可得

可得m1=2m0 ⑨