高考物理真题天津卷试题答案解析

高考物理真题天津卷试题答案解析

‎2014年普通高等学校招生全国统一考试（天津卷）‎ 理科综合　物理部分 第Ⅰ卷 一、单项选择题（每小题6分，共30分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）‎ ‎1．质点做直线运动的速度—时间图象如图所示，该质点（　　）‎ A．在第1秒末速度方向发生了改变 B．在第2秒末加速度方向发生了改变 C．在前2秒内发生的位移为零 D．第3秒末和第5秒末的位置相同 ‎2．如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置。闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动。如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是（　　）‎ A．增大R1的阻值 B．增大R2的阻值 C．增大两板间的距离 D．断开开关S ‎3．研究表明，地球自转在逐渐变慢，3亿年前地球自转的周期约为22小时。假设这种趋势会持续下去，地球的其他条件都不变，未来人类发射的地球同步卫星与现在的相比（　　）‎ A．距地面的高度变大 B．向心加速度变大 C．线速度变大 D．角速度变大 ‎4．如图所示，平行金属板A、B水平正对放置，分别带等量异号电荷。一带电微粒水平射入板间，在重力和电场力共同作用下运动，轨迹如图中虚线所示，那么（　　）‎ A．若微粒带正电荷，则A板一定带正电荷 B．微粒从M点运动到N点电势能一定增加 C．微粒从M点运动到N点动能一定增加 D．微粒从M点运动到N点机械能一定增加 ‎5．平衡位置处于坐标原点的波源S在y轴上振动，产生频率为50 Hz的简谐横波向x轴正、负两个方向传播，波速均为100 m/s。平衡位置在x轴上的P、Q两个质点随波源振动着，P、Q的x轴坐标分别为xP＝3.5 m、xQ＝－3 m。当S位移为负且向－y方向运动时，P、Q两质点的（　　）‎ A．位移方向相同、速度方向相反 B．位移方向相同、速度方向相同 C．位移方向相反、速度方向相反 D．位移方向相反、速度方向相同 二、不定项选择题（每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）‎ ‎6．下列说法正确的是（　　）‎ A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立 B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施 C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转 D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同 ‎7．如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图2中曲线a、b所示，则（　　）‎ A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合 B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3‎ C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V ‎8．一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a、b两束，如图所示，则a、b两束光（　　）‎ A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光长 B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小 C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小 D．若照射同一金属都能发生光电效应，b光照射时逸出的光电子最大初动能大 第Ⅱ卷 注意事项：本卷共4题，共72分。‎ ‎9．（18分）（1）半径为R的水平圆盘绕过圆心O的竖直轴匀速转动，A为圆盘边缘上一点，在O的正上方有一个可视为质点的小球以初速度v水平抛出时，半径OA方向恰好与v的方向相同，如图所示。若小球与圆盘只碰一次，且落在A点，重力加速度为g，则小球抛出时距O的高度h＝_________，圆盘转动的角速度大小ω＝__________。‎ ‎（2）某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。‎ ‎①若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些___________。‎ ‎②实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行，他这样做的目的是下列的哪个___________（填字母代号）。‎ A．避免小车在运动过程中发生抖动 B．可使打点计时器在纸带上打出的点更清晰 C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 ‎③平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_________________________________________________。‎ ‎④他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的____________（填字母代号）。‎ A．在接通电源的同时释放了小车 B．小车释放时离打点计时器太近 C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 ‎（3）现要测量一个未知电阻Rx的阻值，除Rx外可用的器材有：‎ 多用电表（仅可使用欧姆挡）；‎ 一个电池组E（电动势6 V）；‎ 一个滑动变阻器R（0～20 Ω，额定电流1 A）；‎ 两个相同的电流表G（内阻Rg＝1 000 Ω，满偏电流Ig＝100 μA）；‎ 两个标准电阻（R1＝29 000 Ω，R2＝0.1 Ω）；‎ 一个开关S、导线若干。‎ ‎①为了设计电路，先用多用电表的欧姆挡粗测未知电阻，采用“×10”挡，调零后测量该电阻，发现指针偏转非常大，最后几乎紧挨满偏刻度停下来，下列判断和做法正确的是________（填字母代号）。‎ A．这个电阻阻值很小，估计只有几欧姆 B．这个电阻阻值很大，估计有几千欧姆 C．如需进一步测量可换“×1”挡，调零后测量 D．如需进一步测量可换“×1 k”挡，调零后测量 ‎②根据粗测的判断，设计一个测量电路，要求测量尽量准确并使电路能耗较小，画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁。‎ ‎10．（16分）如图所示，水平地面上静止放置一辆小车A，质量mA＝4 kg，上表面光滑，小车与地面间的摩擦力极小，可以忽略不计。可视为质点的物块B置于A的最右端，B的质量mB＝2 kg，现对A施加一个水平向右的恒力F＝10 N，A运动一段时间后，小车左端固定的挡板与B发生碰撞，碰撞时间极短，碰后A、B粘合在一起，共同在F的作用下继续运动，碰撞后经时间t＝0.6 s，二者的速度达到vt＝2 m/s。求：‎ ‎（1）A开始运动时加速度a的大小；‎ ‎（2）A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小；‎ ‎（3）A的上表面长度l。‎ ‎11．（18分）如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L＝0.4 m，导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B＝0.5 T。在区域Ⅰ中，将质量m1＝0.1 kg、电阻R1＝0.1 Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域Ⅱ中将质量m2＝0.4 kg、电阻R2＝0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，g取10 m/s2。问：‎ ‎（1）cd下滑的过程中，ab中的电流方向；‎ ‎（2）ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；‎ ‎（3）从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x＝3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少。‎ ‎12．（20分）同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用，其基本原理简化为如图所示的模型，M、N为两块中心开有小孔的平行金属板。质量为m、电荷量为+q的粒子A（不计重力）从M板小孔飘入板间，初速度可视为零。每当A进入板间，两板的电势差变为U，粒子得到加速，当A离开N板时，两板的电荷量均立即变为零。两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场，A在磁场作用下做半径为R的圆周运动，R远大于板间距离。A经电场多次加速，动能不断增大，为使R保持不变，磁场必须相应地变化。不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。求：‎ ‎（1）A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小；‎ ‎（2）在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率；‎ ‎（3）若有一个质量也为m、电荷量为＋kq（k为大于1的整数）的粒子B（不计重力）与A同时从M板小孔飘入板间，A、B初速度均可视为零，不计两者间的相互作用，除此之外，其他条件均不变。下图中虚线、实线分别表示A、B的运动轨迹。在B的轨迹半径远大于板间距离的前提下，请指出哪个图能定性地反映A、B的运动轨迹，并经推导说明理由。‎ 答案解析 第Ⅰ卷 一、单项选择题（每小题6分，共30分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）‎ ‎1．答案：D 解析：由v－t图象可知：物体在前2 s内速度方向一直没变，前2 s内位移为，选项A、C错误；物体在1～3 s时间内加速度方向保持不变，选项B错误；由v－t图象与时间轴所围“面积”表示位移可知，物体在3～5 s时间内位移为零，所以选项D正确。‎ ‎2．答案：B 解析：由闭合电路欧姆定律可知：增大R1阻值会使总电阻增大，总电流减小，R1两端电压增大，则电容器两板间电压增大，板间电场强度增大，油滴受电场力增大，油滴向上运动，选项A错误；电路稳定时R2中无电流，R2阻值变化对电路无任何影响，则选项B正确；只增大板间距离d，会使板间电场强度减小，油滴将向下运动，选项C错误；断开开关S，电容器放电，油滴将向下运动，选项D错误。‎ ‎3．答案：A 解析：地球自转变慢，即自转周期T 变大，则地球同步卫星的运动周期也变大，由万有引力提供向心力，对同步卫星有，有，可知选项A正确；再由得，可知向心加速度变小，选项B错误；由得，知线速度变小，选项C错误；由知同步卫星周期变大，角速度变小，选项D错误。‎ ‎4．答案：C 解析：由于不知道重力和电场力大小关系，所以不能确定电场力方向，不能确定微粒电性，也不能确定电场力对微粒做功的正负，则选项A、B、D错误；根据微粒偏转方向可知微粒所受合外力一定是竖直向下，则合外力对微粒做正功，由动能定理知微粒的动能一定增加，选项C正确。‎ ‎5．答案：D 解析：根据f＝50 Hz和波速v＝100 m/s，由v＝fλ可得，画出s位移为零且向－y方向运动时的波形图如图所示（图中实线），再画出S位移为负且向－y方向运动的波形图（如图中虚线），易知选项D正确。‎ 二、不定项选择题（每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分）‎ ‎6．答案：BD 解析：卢瑟福的α粒子散射实验导致了原子的核式结构模型的建立，选项A错误；一些防伪设计是利用了紫外线能使许多物质发出荧光这一性质，选项B正确；天然放射线中的γ射线没有电性，不会在电场或磁场中发生偏转，选项C错误；根据多普勒效应可知选项D正确。‎ ‎7．答案：AC 解析：线圈经过中性面时不切割磁感线，此时感应电动势为零，选项A正确；由图可知曲线a、b的周期之比为2∶3，则对应的线圈转速之比为3∶2，选项B错误；曲线a的周期为Ta＝4×10－2 s，其频率为，选项C正确；曲线a、b表示的交变电流的峰值之比为，又Ema＝15 V，则Emb＝10 V，，选项D错误。‎ ‎8．答案：AB 解析：根据a、b两束光的偏折情况可知玻璃对a光的折射率较大，即na＞nb，由可知，a光在同一块平板玻璃中波速小，传播时间长，选项A正确；再由可知a光临界角小，选项B正确；由于a光折射率比b光大，则a光的频率大，波长较短，由可知选项C错误；由Ek＝hν－W0可知，a 光照射时逸出的光电子最大初动能大，选项D错误。‎ 第Ⅱ卷 注意事项：本卷共4题，共72分。‎ ‎9．（18分）答案：（1）　（n∈N）　（2）①刻度尺、天平（包括砝码）　②D　③可在小车上加适量的砝码（或钩码）　④CD ‎（3）①AC　②‎ 解析：（1）小球做平抛运动，水平方向满足R＝vt①，竖直方向满足②；由①②可得。小球恰好落在A点，则满足转盘转动周期（n∈N）③，转盘角速度④，由①③④联立可得（n∈N）。‎ ‎（2）①根据实验原理，可知需要用天平测量钩码质量；需要刻度尺测量小车位移。‎ ‎②细线必须与木板平行，才能使小车受到绳的拉力即为平衡摩擦力后小车受到的合外力，选项D正确。‎ ‎③小车运动加速度与合外力大小有关，即。当用多个钩码牵引小车时，小车的合外力较大，其加速度也较大，所以可用增加小车质量M的方法来减小小车的加速度，故可在小车上加适量砝码（或钩码）。‎ ‎④本小题A、B选项不是造成题述误差的原因；如果平衡摩擦力不够，会损失一部分机械能，从而使小车的动能值变小。由于钩码和小车组成的系统一起做匀加速运动，所以钩码也有一定加速度，因此钩码的重力大于细绳拉力。‎ ‎（3）①根据指针偏角很大可知待测电阻阻值很小，应换“×1”挡位，重新调零后测量，所以选项A、C正确。‎ ‎②根据实验目的可知需测量待测电阻的电压、电流，为此需要将其中一个电流表G改装成一个电压表（将电流表G与R1串联，改装后量程为3 V），将另一个电流表（将电流表G与R2并联改装成一个电流表，量程为1 A），然后用改装后的电表采用“伏安法”测电阻Rx，由于Rx阻值较小，所以采用电流表外接法。滑动变阻器采用“限流式”接法，可使电路能耗较小。设计电路见答图。‎ ‎10．（16分）分析：（1）要特别注意小车上表面光滑这一条件，对小车应用牛顿第二定律即可求其开始加速度。‎ ‎（2）对碰后整体应用动力学方法或动量定理易得碰后共同速度。‎ ‎（3）A、B碰撞瞬时过程满足动量守恒，据此可求碰前A的速度，进而求得A碰前对地位移，即为小车长度。‎ 答案：（1）2.5 m/s2　（2）1 m/s　（3）0.45 m 解析：（1）以A为研究对象，由牛顿第二定律有 F＝mAa ①‎ 代入数据解得 a＝2.5 m/s2 ②‎ ‎（2）对A、B碰撞后共同运动t＝0.6 s的过程，由动量定理得 Ft＝（mA＋mB）vt－（mA＋mB）v ③‎ 代入数据解得 v＝1 m/s ④‎ ‎（3）设A、B发生碰撞前，A的速度为vA，对A、B发生碰撞的过程，由动量守恒定律有 mAvA＝（mA＋mB）v ⑤‎ A从开始运动到与B发生碰撞前，由动能定理有 ‎ ⑥‎ 由④⑤⑥式，代入数据解得 l＝0.45 m ⑦‎ ‎11．（18分）分析：（1）应用右手定则判定感应电流方向。‎ ‎（2）由ab棒恰好不下滑，可得其与导轨间最大静摩擦力。由于Ⅰ、Ⅱ区磁场方向相反，cd棒向下加速运动，ab棒受沿斜面向上的安培力，且安培力逐渐增大。由ab棒刚要滑动时的动力学分析可得此时安培力大小，进而求得此时cd棒速度。‎ ‎（3）对cd棒下滑过程应用能量守恒即可求得回路产生的焦耳热，并进而求得ab棒中产生的热量。‎ 答案：（1）由a流向b　（2）5 m/s　（3）1.3 J 解析：（1）由a流向b。‎ ‎（2）开始放置ab恰好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有 Fmax＝mgsin θ ①‎ 设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有 E＝BLv ②‎ 设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有 ‎ ③‎ 设ab所受安培力为F安，有 F安＝ILB ④‎ 此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有 F安＝m1gsin θ＋Fmax ⑤‎ 综合①②③④⑤式，代入数据解得 v＝5 m/s ⑥‎ ‎（3）设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒有 ‎ ⑦‎ 又 ⑧‎ 解得Q＝1.3 J ⑨‎ ‎12．（20分）分析：（1）粒子加速后在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，结合动能定理求得B1。‎ ‎（2）第n周过程中电场力做的功与第n周所用时间的比值即为第n周时间内电场力做功的平均功率。‎ ‎（3）定量计算A、B粒子运动周期和半径，通过分析二者在时间和空间上的关系可求得结果。‎ 答案：（1）　（2）　（3）A图，理由见解析 解析：（1）设A经电场第1次加速后速度为v1，由动能定理得 ‎ ①‎ A在磁场中做匀速圆周运动，所受洛伦兹力充当向心力 ‎ ②‎ 由①②得 ‎ ③‎ ‎（2）设A经n次加速后的速度为vn，由动能定理得 ‎ ④‎ 设A做第n次圆周运动的周期为Tn，有 ‎ ⑤‎ 设在A运动第n周的时间内电场力做功为Wn，则 Wn＝qU ⑥‎ 在该段时间内电场力做功的平均功率为 ‎ ⑦‎ 由④⑤⑥⑦解得 ‎ ⑧‎ ‎（3）A图能定性地反映A、B运动的轨迹。‎ A经过n次加速后，设其对应的磁感应强度为Bn，A、B的周期分别为Tn、T′，综合②⑤式并分别应用A、B的数据得 由上可知，Tn是T′的k倍，所以A每绕行1周，B就绕行k周。由于电场只在A通过时存在，故B仅在与A同时进入电场时才被加速。‎ 经n次加速后，A、B的速度分别为vn和vn′，考虑到④式 由题设条件并考虑到⑤式，对A有 Tnvn＝2πR 设B的轨迹半径为R′，有 T′vn′＝2πR′‎ 比较上述两式得 上式表明，运动过程中B的轨迹半径始终不变。‎ 由以上分析可知，两粒子运动的轨迹如图A所示。‎