2021-2022学年甘肃省武威第七中学高二（下）学科竞赛物理试题含解析

2021-2022学年甘肃省武威第七中学高二（下）学科竞赛物理试题一、选择题：（本题共10小题，每小题5分。共50分。在每小题给出的四个选项中，第1-6题只有一项符合题目要求，第7-10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）

1. 氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（　　）

A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子

B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低

C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量

D. 能级氢原子电离至少需要吸收的能量

【答案】C

【解析】

【详解】A．大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；

B．根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为

从能级跃迁到能级辐射的光子能量为

比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；

C．根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为

故C正确；

D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；

故选C。

2. 大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：＋→＋。已知的质量为2.013 6 u，的质量为3.015 0 u，的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为（　　）

A. 3.7 MeV B. 3.3 MeV C. 2.7 MeV D. 0.93 MeV

【答案】B

【解析】

【详解】在核反应中，反应前物质的质量

m1=2×2.0136u=4.0272u

反应后物质的质量

m2=3.0150u+1.0087u=4.0237u

质量亏损

Δm=m1-m2=0.0035u

则氘核聚变释放的核能为

E=931×0.0035MeV≈3.3MeV

故选B。

3. 如图，一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10 m，该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计，当该同学荡到秋千支架的正下方时，速度大小为8 m/s，此时每根绳子平均承受的拉力约为（　　）

A. 200 N B. 400 N C. 600 N D. 800 N

【答案】B

【解析】

【详解】在最低点由

知

T=410N

即每根绳子拉力约为410N，故选B。

4. 若一均匀球形星体的密度为ρ，引力常量为G，则在该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期是（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】卫星在星体表面附近绕其做圆周运动，则

， ，

知卫星该星体表面附近沿圆轨道绕其运动的卫星的周期

5. 甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1kg，则碰撞过程两物块损失的机械能为（　　）

A. 3 J B. 4 J C. 5 J D. 6 J

【答案】A

【解析】

【详解】由v-t图可知，碰前甲、乙的速度分别为，；碰后甲、乙的速度分别为，，甲、乙两物块碰撞过程中，由动量守恒得

解得

则损失的机械能为

解得

故选A

6. 一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁场方向与筒的轴平行，筒的横截面如图所示。图中直径MN的两端分别开有小孔，筒绕其中心轴以角速度ω顺时针转动。在该截面内，一带电粒子从小孔M射入筒内，射入时的运动方向与MN成30°角。当筒转过90°时，该粒子恰好从小孔N飞出圆筒，不计重力。若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞，则带电粒子的比荷为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】由题可知，粒子在磁场中做圆周运动的轨迹如图所示

由几何关系可知，粒子在磁场中做圆周运动的圆弧所对的圆心角为30°，因此粒子在磁场中运动的时间为

粒子在磁场中运动的时间与筒转过90°所用的时间相等，即

解得

故选A。

7. 甲、乙两汽车在同一条平直公路上同向运动，其速度—时间图象分别如图中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶。下列说法正确的是（　　）。

A. 两车在t1时刻也并排行驶 B. 在t1时刻甲车在后，乙车在前

C. 甲车的加速度大小先增大后减小 D. 乙车的加速度大小先减小后增大

【答案】BD

【解析】

【分析】

【详解】AB．0~t1时间内

t1~t2时间内

t2时刻两车相遇，但0~t1时间内两者的位移差小于t1~t2时间内两者的位移差，则t1时刻甲在乙的后面，A错误B正确；

CD．由图象的斜率知，甲、乙两车的加速度均先减小后增大，C错误D正确。

故选BD。

8. 质量为的物体静止在光滑水平面上，从时刻开始受到水平为的作用，与时间的关系如图所示，力的方向保持不变，则（   ）

A. 时刻的瞬时功率为

B. 时刻的瞬时功率为

C. 在到这段时间内，水平力的平均功率为

D. 在到这段时间内，水平力的平均功率为

【答案】AC

【解析】

【详解】在时间内，物体加速度，则时刻的瞬时速度，在时间内，，则时刻的瞬时速度，所以时刻的瞬时功率，故A正确，B错误.在到这段时间内，根据动能定理得水平力做的功，则平均功率，故C正确，D错误.

9. 如图，∠M是锐角三角形PMN最大的内角，电荷量为q（q>0）的点电荷固定在P点。下列说法正确的是（　　）

A. 沿MN边，从M点到N点，电场强度的大小逐渐增大

B. 沿MN边，从M点到N点，电势先增大后减小

C. 正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大

D. 将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为负

【答案】BC

【解析】

【详解】A．点电荷电场以点电荷为中心，向四周呈放射状，如图

是最大内角，所以，根据点电荷的场强公式（或者根据电场线的疏密程度）可知从电场强度先增大后减小，A错误；

B．电场线与等势面（图中虚线）处处垂直，沿电场线方向电势降低，所以从电势先增大后减小，B正确；

C．、两点的电势大小关系为，根据电势能的公式可知正电荷在点的电势能大于在点的电势能，C正确；

D．正电荷从，电势能减小，电场力所做的总功为正功，D错误。

故选BC。

10. 在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10，R3=20，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）

A. 所用交流电的频率为50Hz B. 电压表的示数为100V

C. 电流表的示数为1.0A D. 变压器传输的电功率为15.0W

【答案】AD

【解析】

【详解】A．交流电的频率为

A正确；

B．通过电流的有效值为

两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知

根据理想变压器的电压规律可知原线圈的电压

电阻两端分压即为电压表示数，即

B错误；

C．电流表的示数为

C错误；

D．副线圈中流过的总电流为

变压器原副线圈传输的功率为

D正确。

故选AD。

二、实验题（本题共两小题，每空2分，共16分）

11. 某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。

已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____m/s（结果均保留2位小数）。

若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为_________。

【答案】    ①. 0.36    ②. 1.80    ③. B、P之间的距离

【解析】

【详解】[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度

[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。

12. 某同学研究小灯泡的伏安特性．所使用的器材有：小灯泡L(额定电压3.8 V，额定电流0.32 A)；电压表(量程 3 V，内阻 3 kΩ)；电流表 (量程0.5 A，内阻 0.5 Ω)；固定电阻R0(阻值1 000 Ω)；滑动变阻器R(阻值0～9.0 Ω)；电源E(电动势5 V，内阻不计)；开关S；导线若干．

(1)实验要求能够实现在0～3.8 V的范围内对小灯泡的电压进行测量，画出实验电路原理图_____．

(2)实验测得该小灯泡伏安特性曲线如图(a)所示．

由实验曲线可知，随着电流的增加小灯泡的电阻　________(填“增大”、“不变”或“减小”)，灯丝的电阻率　________(填“增大”、“不变”或“减小”)．

(3)用另一电源E0(电动势4 V，内阻1.00 Ω)和题给器材连接成图(b)所示的电路，调节滑动变阻器R的阻值，可以改变小灯泡的实际功率．闭合开关S，在R的变化范围内，小灯泡的最小功率为　________W，最大功率为　________W(结果均保留2位小数)

【答案】    ①. 实验电路原理如图所示．    ②. 增大    ③. 增大    ④. 0.39    ⑤. 1.17

【解析】

【详解】(1)[1]小灯泡的电压要求从0开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，小灯泡的额定电压超出电压表的量程，需与R0串联后接入电路．电路图如图所示：

(2)[2][3]I-U图象中随着电流的增大，图线的斜率变小，小灯泡的电阻增大．根据电阻定律：，得灯丝的电阻率增大．

(3)[4][5]当R＝0时，电源路端电压与电流的关系图象如图线甲所示．此时小灯泡功率有最大值；当R＝9 Ω时，将R看作电源内阻，则等效电源内阻为10 Ω，其路端电压与电流的关系图象如图线乙所示：

此时小灯泡功率有最小值．取图线甲与小灯泡伏安特性曲线交点：U1＝3.66 V，I1＝0.319 A，小灯泡的最大功率：

P1＝U1I1≈1.17 W；

取图线乙与小灯泡伏安特性曲线交点：U2＝1.77 V，I2＝0.222 A，

小灯泡的最小功率：

P2＝U2I2≈0.39W。

三、计算题（本题共2小题，共计34分。解答时请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。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）

13. 如图所示，电阻为的正方形单匝线圈的边长为，边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为。在水平拉力作用下，线圈以的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中：

(1)感应电动势的大小E；

(2)所受拉力的大小F；

(3)感应电流产生的热量Q。

【答案】(1)08V；(2)0.8N；(3)0.32J

【解析】

【详解】(1)由题意可知当线框切割磁感线是产生的电动势为

(2)因为线框匀速运动故所受拉力等于安培力，有

根据闭合电路欧姆定律有

结合(1)联立各式代入数据可得F=0.8N；

(3)线框穿过磁场所用的时间为

故线框穿越过程产生的热量为

14. 一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空，当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动。爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量，求：

（1）烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；

（2）爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度。

【答案】（1） ；（2）

【解析】

【详解】本题主要考查机械能、匀变速直线运动规律、动量守恒定律、能量守恒定律及其相关的知识点，意在考查考生灵活运用相关知识解决实际问题的的能力．

（1）设烟花弹上升的初速度为，由题给条件有

                                    ①

设烟花弹从地面开始上升到火药爆炸所用的时间为，由运动学公式有

                                    ②

联立①②式得

                                    ③

（2）设爆炸时烟花弹距地面的高度为，由机械能守恒定律有

                                        ④

火药爆炸后，烟花弹上、下两部分均沿竖直方向运动，设炸后瞬间其速度分别为和．由题给条件和动量守恒定律有

                                 ⑤

                                ⑥

由⑥式知，烟花弹两部分的速度方向相反，向上运动部分做竖直上抛运动．设爆炸后烟花弹上部分继续上升的高度为，由机械能守恒定律有

                                ⑦

联立④⑤⑥⑦式得，烟花弹上部分距地面的最大高度为

                                ⑧