武汉二模物理试题及答案

武汉二模物理试题及答案一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.下列关于物理学史的说法中，正确的是A.牛顿发现了万有引力定律，并通过实验测出了引力常量B.伽利略通过理想斜面实验得出：力不是维持物体运动的原因C.奥斯特发现了电流的磁效应，安培发现了电磁感应现象D.法拉第提出了电场线和磁感线的概念，并用实验验证了电磁波的存在2.一物体做匀加速直线运动，在第1s内位移为3m，在第2s内位移为5m，则该物体的加速度大小为A.1m/s²B.2m/s²C.3m/s²D.4m/s²3.如图所示，质量为m的物块放在水平桌面上，物块与桌面间的动摩擦因数为μ。现用与水平方向成θ角的斜向上的拉力F拉动物块，使物块沿桌面做匀速直线运动。则拉力F的大小为A.μmg/(cosθ+μsinθ)B.μmg/(cosθ-μsinθ)C.mg/(cosθ+μsinθ)D.mg/(cosθ-μsinθ)4.如图所示，一质量为m的小球用长为L的轻绳悬挂于O点，小球在水平拉力F作用下，从平衡位置P点缓慢移动到Q点，且∠POQ=θ。在此过程中，拉力F所做的功为A.FLcosθB.FLsinθC.FL(1-cosθ)D.FL(1-sinθ)5.一列简谐横波在某时刻的波形图如图所示，已知波速为v=2m/s，则从图示时刻开始计时，x=1.5m处的质点第一次到达波谷的时间为A.0.25sB.0.5sC.0.75sD.1s6.如图所示，平行板电容器两极板正对面积为S，极板间距为d，电容为C。若在两极板间插入厚度为d/2、介电常数为εr的介质板，则插入后电容器的电容变为A.εrC/(εr-1)B.εrC/(εr+1)C.2εrC/(εr+1)D.2εrC/(εr-1)7.如图所示，一闭合金属框abcd水平放置，在匀强磁场中绕OO'轴匀速转动。已知磁感应强度为B，OO'轴与边ab平行，且通过cd边的中点。若金属框的电阻为R，角速度为ω，则金属框中产生的感应电动势的最大值为A.Bωab²B.Bω(ab²+ad²)/2C.Bω(ab²+ad²)/4D.Bωab²/28.氢原子能级如图所示，一群氢原子处于n=4的激发态，当它们自发跃迁到较低能级时，可能辐射的光子有A.3种B.4种C.5种D.6种9.如图所示，一束单色光从空气中射入折射率为n的介质中，入射角为θ，折射角为φ。若该光在介质中的波长为λ，则在真空中该光的波长为A.nλB.λ/nC.λsinθ/sinφD.λsinφ/sinθ10.如图所示，一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，从O点以速度v沿与x轴正方向成30°角的方向射入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面向里。若粒子在运动过程中只受洛伦兹力作用，则粒子从O点出发后，第一次到达x轴上的位置为A.(mv/(qB),0)B.(2mv/(qB),0)C.(√3mv/(qB),0)D.(2√3mv/(qB),0)二、实验题（本题共2小题，共20分）11.(10分)某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。(1)实验中需要测量的物理量有________（填选项前的字母）。A.小球的质量mB.小球下落的高度hC.小球下落的时间tD.小球落地时的速度v(2)实验中需要满足的条件是________（填选项前的字母）。A.小球的质量要足够大B.小球的体积要足够小C.小球下落的高度要足够高D.小球下落的时间要足够长(3)若实验中测得的数据如下表所示，请根据表格数据计算出小球下落过程中减少的重力势能增加的动能，并判断机械能是否守恒。|小球质量m(kg)|下落高度h(m)|落地速度v(m/s)||--------------|------------|---------------||0.20|0.80|4.0|(4)实验中发现小球下落过程中机械能略有损失，可能的原因是________（填选项前的字母）。A.空气阻力对小球做功B.小球与空气摩擦生热C.小球与地面碰撞时有能量损失D.测量误差12.(10分)某同学用如图所示的电路测量电源的电动势和内阻。(1)实验中需要测量的物理量有________（填选项前的字母）。A.电阻箱的阻值RB.电压表的示数UC.电流表的示数ID.电源的电动势E(2)实验中需要满足的条件是________（填选项前的字母）。A.电压表的内阻要远大于电源的内阻B.电流表的内阻要远小于电源的内阻C.电阻箱的阻值要远大于电源的内阻D.电阻箱的阻值要远小于电源的内阻(3)若实验中测得的数据如下表所示，请根据表格数据计算出电源的电动势和内阻。|电阻箱阻值R(Ω)|电压表示数U(V)|电流表示数I(A)||--------------|--------------|--------------||10.0|1.40|0.14||20.0|1.60|0.08|(4)实验中发现测得的电源内阻比真实值偏大，可能的原因是________（填选项前的字母）。A.电压表内阻不够大B.电流表内阻不够小C.电阻箱的阻值不够大D.电源的内阻本身不稳定三、计算题（本题共4小题，共40分。解答应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）13.(10分)如图所示，一质量为M=2kg的长木板放在光滑的水平地面上，木板左端放一质量为m=1kg的小物块。物块与木板间的动摩擦因数为μ=0.2。现给物块一个水平向右的初速度v0=4m/s，物块在木板上滑动。求：(1)物块和木板最终的速度；(2)物块在木板上滑行的距离；(3)若木板足够长，物块在木板上滑行的时间。14.(10分)如图所示，一质量为m=2kg的小球，用长为L=1m的轻绳悬挂于O点。现将小球拉至与竖直方向成θ=60°角的位置，然后由静止释放。小球运动到最低点时，绳突然断裂，小球水平飞出。不计空气阻力，取g=10m/s²。求：(1)小球运动到最低点时的速度大小；(2)小球从绳断裂到落地的时间；(3)小球落地点与O点的水平距离。15.(10分)如图所示，一质量为m=1kg的物块，放在倾角为θ=37°的斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5。现用一平行于斜面的力F拉动物块，使物块沿斜面向上做匀加速直线运动，加速度大小为a=2m/s²。已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s²。求：(1)拉力F的大小；(2)若拉力F突然撤去，物块还能向上滑行多远；(3)若拉力F突然撤去，物块滑回出发点的速度大小。16.(10分)如图所示，一质量为m、电荷量为q的正点电荷固定在坐标原点O处。另有一质量为M、电荷量为Q的正点电荷，在x轴上距离O点为x0处静止释放。已知Q=2q，M=4m，k为静电力常量。求：(1)点电荷Q运动到O点时的速度大小；(2)点电荷Q运动过程中距O点的最大距离；(3)点电荷Q的运动周期。四、选做题（本题共2小题，考生可根据自己的情况选择其中一题作答，共15分。如果多做，则按所做的第一题评分）17.(15分)【选修3-3】如图所示，一圆柱形气缸内用活塞封闭有一定质量的理想气体。活塞的质量为m，横截面积为S，活塞与气缸壁间的摩擦不计。大气压强为p0，重力加速度为g。初始时，活塞处于平衡位置，气缸内气体的高度为h0。现对气体缓慢加热，使活塞上升了h高度。求：(1)气体对外做的功；(2)气体内能的增加量；(3)若已知气体的摩尔质量为M，物质的量为n，气体常量为R，求气体的温度变化量。18.(15分)【选修3-4】如图所示，一列简谐波沿x轴正方向传播，t=0时刻的波形图如图所示。已知波速为v=20m/s，P点为波源，坐标为x=0。求：(1)该波的波长和频率；(2)t=0.1s时，x=10m处质点的位移；(3)t=0.2s时，x=15m处质点的速度方向。答案：一、选择题1.答案：B解析：A选项错误，牛顿发现了万有引力定律，但引力常量是由卡文迪许通过实验测出的；B选项正确，伽利略通过理想斜面实验得出：力不是维持物体运动的原因；C选项错误，奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象；D选项错误，法拉第提出了电场线和磁感线的概念，麦克斯韦用实验验证了电磁波的存在。2.答案：B解析：物体做匀加速直线运动，在第1s内位移为3m，在第2s内位移为5m。根据匀变速直线运动的规律，第1s内的平均速度为3m/s，第2s内的平均速度为5m/s。而平均速度等于中间时刻的瞬时速度，所以t=0.5s时的速度为3m/s，t=1.5s时的速度为5m/s。因此加速度a=(v₂-v₁)/t=(5-3)/(1.5-0.5)=2m/s²。3.答案：A解析：物块在水平方向受拉力的水平分力和摩擦力，在竖直方向受拉力的竖直分力、支持力和重力。由于物块做匀速直线运动，所以合力为零。水平方向：Fcosθ=μN；竖直方向：N+Fsinθ=mg。联立解得：N=mg/(1+μtanθ)，F=μmg/(cosθ+μsinθ)。4.答案：C解析：小球从P点缓慢移动到Q点，动能不变，拉力F做的功等于重力势能的增加。重力势能增加量为mgL(1-cosθ)，所以拉力F做的功为FL(1-cosθ)。5.答案：B解析：从波形图可以看出，波长λ=4m。波速v=2m/s，所以周期T=λ/v=2s。x=1.5m处的质点在t=0时刻的位移为正，且位于平衡位置上方，因此该质点正在向上运动。要使该质点第一次到达波谷，需要经过半个周期的时间，即t=T/2=1s。但是，由于波向右传播，x=1.5m处的质点要到达波谷，需要等待波峰传到该位置。波峰从x=0传到x=1.5m需要的时间为t=1.5m/v=1.5m/2m/s=0.75s。因此，从图示时刻开始计时，x=1.5m处的质点第一次到达波谷的时间为0.75s。6.答案：C解析：插入介质板后，电容器相当于两个电容器的串联：一个极板间距为d/2，介电常数为εr；另一个极板间距为d/2，介电常数为1。第一个电容器的电容为C₁=εrε₀S/(d/2)=2εrε₀S/d；第二个电容器的电容为C₂=ε₀S/(d/2)=2ε₀S/d。串联后的总电容为1/C'=1/C₁+1/C₂=1/(2εrε₀S/d)+1/(2ε₀S/d)=(1+εr)/(2εrε₀S/d)。所以C'=2εrε₀S/d/(1+εr)=2εrC/(1+εr)。7.答案：B解析：金属框abcd绕OO'轴转动，产生的感应电动势最大值为εm=NBSω。其中N为线圈匝数，B为磁感应强度，S为线圈面积，ω为角速度。本题中N=1，B已知，ω已知，S为线圈的面积。线圈ab边长为ab，ad边长为ad，所以面积S=ab·ad。因此εm=Bω(ab·ad)=Bω(ab²+ad²)/2。8.答案：D解析：氢原子从n=4的激发态跃迁到较低能级时，可能的跃迁方式有：4→3、4→2、4→1、3→2、3→1、2→1，共6种，因此可能辐射6种不同能量的光子。9.答案：A解析：光在介质中的波长λ与真空中的波长λ₀的关系为λ=λ₀/n，其中n为介质的折射率。因此，λ₀=nλ。10.答案：B解析：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。半径r=mv/(qB)。粒子从O点出发后，第一次到达x轴上的位置为x=2rcos30°=2(mv/(qB))(√3/2)=√3mv/(qB)。但是，由于粒子带正电，磁场方向垂直纸面向里，根据左手定则，粒子将向x轴负方向偏转，因此第一次到达x轴上的位置为x=-√3mv/(qB)。然而，选项中没有负值，所以可能是题目描述有误，或者选项中的位置是绝对值大小。根据常见的题目设置，可能是选项C(√3mv/(qB))。二、实验题11.(1)答案：A、B、D解析：验证机械能守恒定律的实验中，需要测量小球的质量m、下落的高度h和落地时的速度v。不需要测量小球下落的时间t。(2)答案：B、C解析：实验中需要满足的条件是小球的体积要足够小，以减小空气阻力的影响；小球下落的高度要足够高，以减小测量误差。不需要小球的质量足够大或下落时间足够长。(3)答案：小球下落过程中减少的重力势能为ΔEp=mgh=0.20kg×10m/s²×0.80m=1.6J；增加的动能为ΔEk=mv²/2=0.20kg×(4.0m/s)²/2=1.6J。由于ΔEp=ΔEk，所以机械能守恒。(4)答案：A、B、C解析：实验中发现小球下落过程中机械能略有损失，可能的原因是空气阻力对小球做功、小球与空气摩擦生热、小球与地面碰撞时有能量损失。测量误差不是物理原因，而是实验误差。12.(1)答案：A、B、C解析：测量电源电动势和内阻的实验中，需要测量电阻箱的阻值R、电压表的示数U和电流表的示数I。不需要测量电源的电动势E，因为这正是我们要测量的量。(2)答案：A、B解析：实验中需要满足的条件是电压表的内阻要远大于电源的内阻，电流表的内阻要远小于电源的内阻，以减小系统误差。电阻箱的阻值不需要远大于或远小于电源的内阻。(3)答案：根据闭合电路欧姆定律，有E=U+Ir。当R=10.0Ω时，1.40V=E+0.14A·r；当R=20.0Ω时，1.60V=E+0.08A·r。联立解得：E=1.8V，r=2.86Ω。(4)答案：A、B解析：实验中发现测得的电源内阻比真实值偏大，可能的原因是电压表内阻不够大或电流表内阻不够小。如果电压表内阻不够大，会有一部分电流从电压表分流，导致测得的电流偏小，从而计算出的内阻偏大。如果电流表内阻不够小，会有一部分电压降在电流表上，导致测得的电压偏小，从而计算出的内阻偏大。电阻箱的阻值大小不会影响内阻的测量结果，电源的内阻本身不稳定也不是测量值偏大的原因。三、计算题13.(1)物块和木板最终的速度：物块和木板组成的系统在水平方向上不受外力，所以动量守恒。设最终速度为v，则有：mv0=(M+m)v代入数据：1kg×4m/s=(2kg+1kg)v解得：v=4m/s/3≈1.33m/s(2)物块在木板上滑行的距离：设物块在木板上滑行的距离为s，摩擦力对物块做的负功等于物块动能的减少，摩擦力对木板做的正功等于木板动能的增加。对物块：-μmg·s=mv²/2-mv0²/2对木板：μmg·(s-x)=Mv²/2-0其中x为木板在物块滑行过程中移动的距离。由动量守恒可知：mv0=mv+Mv，所以v=mv0/(M+m)=1×4/(2+1)=4/3m/s代入物块方程：-0.2×1×10×s=(1×(4/3)²)/2-(1×4²)/2解得：s=2.67m(3)物块在木板上滑行的时间：物块在木板上滑行时，加速度为a1=μg=0.2×10=2m/s²木板的加速度为a2=μmg/M=0.2×1×10/2=1m/s²物块相对于木板的加速度为a=a1+a2=2+1=3m/s²物块相对于木板的初速度为v0=4m/s，末速度为0所以滑行时间t=v0/a=4/3≈1.33s14.(1)小球运动到最低点时的速度大小：小球从静止释放，运动到最低点的过程中机械能守恒。初始位置：重力势能mgh，动能0，其中h=L(1-cosθ)=1×(1-0.5)=0.5m最低点：重力势能0，动能mv²/2由机械能守恒：mgh=mv²/2解得：v=√(2gh)=√(2×10×0.5)=√10≈3.16m/s(2)小球从绳断裂到落地的时间：绳断裂后，小球做平抛运动，竖直方向自由落体。初始高度h=L=1m由h=gt²/2，得t=√(2h/g)=√(2×1/10)=√0.2≈0.45s(3)小球落地点与O点的水平距离：小球做平抛运动，水平方向匀速直线运动。水平距离s=vt=3.16×0.45≈1.42m15.(1)拉力F的大小：物块沿斜面向上做匀加速直线运动，受力分析如下：沿斜面方向：F-mg·sinθ-μmg·cosθ=ma代入数据：F-2×10×0.6-0.5×2×10×0.8=2×2解得：F=28N(2)若拉力F突然撤去，物块还能向上滑行的距离：撤去拉力后，物块沿斜面向上做匀减速直线运动。加速度大小为a'=g·sinθ+μg·cosθ=10×0.6+0.5×10×0.8=10m/s²撤去拉力时的速度v=√(2ax)=√(2×2×x)，其中x为物块在拉力作用下滑行的距离。但是题目没有给出拉力作用的时间或距离，所以无法直接计算。假设拉力作用时间为t，则v=at=2t撤去拉力后，物块还能向上滑行的距离s=v²/(2a')=(2t)²/(2×10)=0.2t²由于缺少条件，无法给出具体数值。(3)若拉力F突然撤去，物块滑回出发点的速度大小：撤去拉力后，物块先向上滑行一段距离，然后滑回出发点。上滑过程中：a'=10m/s²，减速至0下滑过程中：a''=g·sinθ-μg·cosθ=10×0.6-0.5×10×0.8=2m/s²由于上滑和下滑的加速度大小不同，且上滑距离等于下滑距离，所以物块滑回出发点的速度不等于撤去拉力时的速度。设撤去拉力时的速度为v，上滑距离为s，则v²=2a's下滑过程中：v'²=2a''s所以v'=v√(a''/a')=v√(2/10)=v/√5由于v=at=2t，所以v'=2t/√5由于缺少条件，无法给出具体数值。16.(1)点电荷Q运动到O点时的速度大小：点电荷Q从x0处运动到O点的过程中，只有静电力做功，机械能守恒。初始位置：电势能kQq/x0，动能0O点：电势能0，动能Mv²/2由机械能守恒：kQq/x0=Mv²/2代入Q=2q，M=4m，得：k·2q·q/x0=4m·v²/2解得：v=q√(k/(2mx0))(2)点电荷Q运动过程中距O点的最大距离：点电荷Q在O点附近做往复运动，最大距离对应于速度为零的位置。设最大距离为xmax，则初始位置和xmax处的动能都为零，电势能相等。kQq/x0=kQq/xmax解得：xmax=x0但是，这显然不合理，因为点电荷Q从x0处释放后，会受到O点处点电荷的排斥力，向远离O点的方向运动，而不是向O点运动。因此，题目描述可能有误。如果题目改为点电荷Q带负电，那么：点电荷Q从x0处释放后，会受到O点处点电荷的吸引力，向O点运动，穿过O点后继续向x轴负方向运动，直到速度为零，然后返回。设最大距离为xmax（在x轴负方向），则初始位置和xmax处的动能都为零，电势能相等。kQq/x0=kQq/|xmax|解得：|xmax|=x0所以最大距离为x0。(3)点电荷Q的运动周期：点电荷Q在O点附近做简谐运动，回复力F=kQq/x²。对于小振幅运动，可以近似为简谐运动，周期T=2π√(m/k)。但是，这里的回复力不是与位移成正比，而是与位移的平方成反比，所以不是简谐运动。对于非简谐运动，计算周期比较复杂，需要用到椭圆积分。因此，本题可能需要简化处理，假设运动为简谐运动，则：T=2π√(M/kQq)=2π√(4m/k·2q·q)=2π√(