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1、 1 密云区 2019-2020学年第二学期第一次阶段性测试高三物理试卷解析2020.4 本试卷共 8 页，满分 100 分，考试时间 90 分钟 第一部分 一、本部分共 14 小题，每小题 3 分，共 42 分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合要求的一项。1、下列说法正确的是 A物体的动能增加，其内能也一定增加 B扩散现象和布朗运动都是分子的无规则热运动 C一定质量的气体膨胀对外做功，气体的内能一定增加 D随着分子间的距离增大，分子间的引力、斥力都减小 2、如图 1 所示，一束平行光经过玻璃三棱镜折射后分解为 a、b 两种单色光。则下列说法正确的是 A在真空中传播时，a 光的速度大 B从
2、玻璃射向空气时，b 光发生全反射的临界角小 C经过同一双缝干涉实验装置时，观察到 a 光的相邻亮条纹间距大 D若 b 光能使某金属发生光电效应，则 a 光也一定能发生光电效应 3、下列说法正确的是 A放射性元素的半衰期随温度的升高而变短 B太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变 C阴极射线和 射线都是电子流，都源于核外电子 D天然放射性现象中放射出的、射线都能在磁场中发生偏转 4、中医拔罐疗法在中国有着悠久的历史，早在成书于西汉时期的帛书五十二病方中就有类似于后世的火罐疗法。其方法是以罐为工具，将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤
3、上，造成局部瘀血，以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的疗法。在刚开始的很短时间内，火罐“吸”在皮肤上的主要原因是 A火罐内气体的温度不变，体积减小，压强增大 B火罐内气体的压强不变，温度降低，体积减小 2 C火罐内气体的体积不变，温度降低，压强减小 D火罐内气体的体积不变，温度降低，压强增大 5、2019 年 5 月 17 日，在四川省西昌卫星发射基地成功发射了第 45 颗北斗导航卫星，该卫星属于地球静止轨道卫星（同步卫星）。已知地球的质量为 M、半径为 R、地球自转周期为 T、该卫星的质量为 m、引力常量量为 G，关于这颗卫星下列说法正确的是 A距地面的高度为2324GMT-
4、R B动能为2GMmR C加速度为 a=2GMR D入轨后该卫星应该位于西昌的正上方 6、甲、乙两列完全相同的横波分别从波源 A、B 两点沿 x 轴相向传播，t=0 时的波形图像如图 2 所示，若两列波的波速都是 1m/s，下列说法正确的是 A甲乙两列波的频率都是 4Hz Bt=1s 时，甲乙两波相遇 Ct=3s 时，x=6m 处质点的位移为负方向最大 Dt=0 时，x=2m 处质点与 x=10m 处质点的振动方向相反 7、如图 3 所示，为探究理想变压器副线圈的电压和电流关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡 L1、L2，电路中分别接入理想交流电压表 V1、V
5、2和理想交流电流表 A1、A2，不计导线电阻。闭合开关 S 后，下列说法正确的是 AA1示数不变，V1示数不变，L1变亮 BA2示数变大，V2示数变大，L1变暗 CA1示数变大，变压器输出功率变大，A1与 A2示数的比值不变 3 DV2示数变大，变压器输出功率变大，V1与 V2示数的比值不变 8、如图 4 所示为交流发电机发电的示意图，矩形线圈 ABCD 面积为 S、匝数为 N、整个线圈的电阻为r。在磁感应强度为 B 的磁场中，线圈绕 OO轴以角速度 匀速转动，外电阻为 R，线圈的 AB 边连在金属滑环 K 上，CD 边连在金属滑环 L 上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。关于
6、发电过程中的四个状态，下列说法正确的是 A线圈转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为 NBS B线圈转到乙位置时，通过线圈的磁通量的变化率为 NBS C线圈转到图丙位置时，外电路中交流电流表的示数为)NBSRr（D线圈转到图丁位置时，AB 边感应电流方向为 AB 9、如图 5 所示，在等量异种点电荷形成的电场中有 A、B、C 三点，A 点为两点电荷连线的中点，B 点为连线上距 A 点距离为 d 的一点，C 点线中垂线上距 A 点距离也为 d 的一点。则下列说法正确的是 AEA=ECEB，A=BC BEBEAEC，A=CB C将正电荷 q 沿 AC 方向移动到无穷远处的过程中，电势能逐渐减少 D将负
7、点电荷 q 沿 AB 方向移动到负电荷处的过程中，所受电场力先变小后变大 10、一个23892U原子核静止在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，当原子核发生衰变后，它放出一个 粒子（42He），其速度方向与磁场方向垂直。关于 粒子与衰变后的新核在磁场中做的圆周运动，下列说法正确 4 的是 A运动半径之比是 45：1 B运动周期之比是 1：117 C动能总是大小相等 D动量总是大小相等，方向相反 11、如图 6 所示，一个劲度系数为 k 的轻质弹簧竖直放置，弹簧上端固定一质量为 2m 的物块 A，弹簧下端固定在水平地面上。一质量为 m 的物块 B，从距离弹簧最上端高为 h 的正上方处由静止开始下落，
8、与物块 A 接触后粘在一起向下压缩弹簧。从物块 B 刚与 A 接触到弹簧压缩到最短的整个过程中（弹簧保持竖直，且在弹性限度内形变），下列说法正确的是 A物块 B 的动能先减小后增加又减小 B物块 A 与物块 B 组成的系统动量守恒 C物块 A 与物块 B 组成的系统机械能守恒 D物块 A、物块 B 和弹簧组成的系统机械能守恒 12、图像法有自己独特的优势，它能把复杂的物理过程直观形象清楚展现出来，同时也能够形象地描述两个物理量之间的关系，如图 7 所示，若 x 轴表示一个物理量，y 轴表示一个物理量，其中在实验数据处理时，会发现图像与两个坐标轴交点（称为截距）具有特殊的物理意义。对该交点的物理
9、意义，下列说法不正确的是 A在测电源电动势的电源内阻时，若 x 轴表示流过电源的电流，y 轴表示闭合电路电源两端电压，则该图像与 x 轴的交点的物理意义是短路电流 B在利用自由落体法验证机械能守恒实验时，若 x 轴表示重锤下落到某点时速度的平方，y 轴表示重锤落到该点的距离，则该图像与 x 轴交点的物理意义是重锤下落时的初速度 C用单摆测重力加速度的实验中，若 x 轴表示摆线的长度，y 轴表示单摆周期的平方，则该图像与 x轴交点绝对值的物理意义是该单摆摆球的半径 D在研究光电效应的实验中，若 x 轴表示入射光的频率，y 轴表示光电子的最大初动能，则该图像与x 轴的交点的物理意义是该金属的极限频
10、率 5 13、如图 8 所示，是一个研究向心力与哪些因素有关的 DIS 实验装置示意图，其中质量为 m 的圆柱体放置在未画出的光滑圆盘边缘，绳子一端连接小圆柱体，另一端连接力传感器，使圆柱体做匀速圆周运动。圆周运动的轨道半径为 r，光电传感器测定的是圆柱体的线速度。关于这个实验下列说法不正确的是 A研究向心力与半径的关系时，保持圆柱体线速度和质量一定，应画 F-r 图像 B研究向心力与线速度的关系时，保持圆柱体质量和运动半径一定，应画 F-v2图像 C研究向心力与质量的关系时，保持圆柱体线速度和运动半径一定，应画 F-m 图像 D如能保持两个传感器同时记录，圆筒可以不做匀速圆周运动，同样可以完
11、成该实验目的 14、新型冠状病毒防疫期间，医生一次性口罩是必备的防护用品，口罩的核心材料是中间一层熔喷无纺布。为了提高过滤效果必须在喷熔无纺布上进行重要的驻极处理，就是在喷熔无纺布上加入静电荷。利用电荷的静电力作用捕集尘粒，称为静电吸引沉积，静电吸附效果直接影响口罩的使用寿命。根据这些信息，下列说法正确的是 A医生一次性口罩可以进行高温蒸汽消毒再使用效果会更好 B医生一次性口罩可以防护天然放射性现象中放射出的、和 射线 C在防控期间口罩出现严重紧缺，为了节约资源刚用完的医生一次性口罩可以及时清洗晒干后使用 D 防疫期间不法分子为了谋取暴利，制造销售假冒医用一次性统一极口罩，除了从专业技术上鉴定
12、外，还可以用口罩能否吸附小纸屑来判断真假 第二部分 二、本题共 2 小题，共 15 分。15、（8 分）在“观察电容的充、放电现象”实验中，电路如图 9（甲）所示。（1）将开关接通 1，电容器的_（填“上”或“下”）极板带正电，再将 S 接通 2，通过电流表的 6 电流方向向_（填“左”或“右”）。（2）若电源电动势为 10V，实验中所使用的电容器如图 9（乙）所示，充满电后电容器正极板带电量为_C（结果保留两位有效数字）。（3）下列关于电容器充电时，电流 i 与时间 t 的关系；所带电荷量 q 与两极板间的电压 U 的关系正确的是_。16、（10 分）某实验小组的同学，用铁架台、弹簧和多个质
13、量均为 m=50g 的钩码，在探究弹性限度内弹簧的弹力与弹簧的伸长量的关系如图 10（甲）所示。（1）该组同学在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度，记录数据如下：钩码个数 1 2 3 4 5 弹力 F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 指针对应的刻度 L/cm 12.51 15.39 16.11 17.30 当挂两个钩码时，指针对应刻度如图 10（甲）所示，将指针示数填入表格；在以弹簧弹力为纵轴、指针对应刻度 L 为横轴的坐标系中，如图 10（乙）所示。描点画出第 2 组对应的数据点，并连线得到 F-L 图像。请根据图像分析并得出
14、以下结论。弹簧原长为_cm；弹簧的劲度系数 k=_N/m（保留两位有效数字）。（2）弹簧与绳有一点相似之处，都可以认为是一个传递力的媒介。某位同学根据这个观点推广认为：将两个同样的弹簧串接在一起后，弹簧的劲度系数 k 与原来一样。你认为他的想法正确么？并解释一下你的理由。7 三、本题包括 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得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。17、（8 分）力是改变物体运动状态的原因，力能产生加速度。力在空间上的积累使物体动能发生变化；力在时间上的积累使物体动量发生变化。如图 11 所示，质量为 m 的物
15、体，在水平合力 F 的作用下做匀速直线运动，速度由 v0变化到 v 时，经历的时间为 t，发生的位移为 x。（1）请根据牛顿第二定律和相关规律，推导动能定理；（2）请根据牛顿第二定律和相关规律，推导动量定理。18、（9 分）如图 12 所示，R 为变阻箱，电压表为理想电压表，电源电动势 E=6V，当变阻箱阻值为 R=4时，闭合电键后，电压表的读数为 4V；求（1）电路中的电流 I 和电源内阻 r；（2）电源的输出功率 P 和效率；（3）试推导说明当 R 为多大时，电源的输出功率最大。19、（11 分）如图 13 所示，空间内有一磁感应强度 B=0.8T 的水平匀强磁场，其上方水平边界的间距为
16、8 H，磁场的正上方有一长方形导线框，其长和宽分别为 L=2m，d=0.8m（dEB，A=BC BEBEAEC，A=CB C将正电荷 q 沿 AC 方向移动到无穷远处的过程中，电势能逐渐减少 D将负点电荷 q 沿 AB 方向移动到负电荷处的过程中，所受电场力先变小后变大【答案】B【解析】先看在两电荷的连线上，根据异种电荷电场线的分而看出，A 点周围的电场线没有 B 点密集，故 EBEA，再看电场线的方向，电场线由 A 到 B，因为沿着电场线电势是减小的，故 AB；再看中垂线上的两个点，由于中垂线上的合场强的方向都是垂直于中垂线向右的，且越向上，电场强度越小，故 EAEC，而垂直于电场强度的平面
17、是等势面，即电势相等，故 A=C，可见选项 A 错误，B 正确；将正电荷 q 沿 AC 方向移动到无穷远处的过程中，由于它一直在等势面上移动，故电场力不做功，电势能不变，选项 C 错误；将负点电荷 q 沿 AB 方向移动到负电荷处的过程中，电场线逐渐变密，故电场强度逐渐变大，也就是电荷所受电场力逐渐变大，选项 D 错误。10、一个23892U原子核静止在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，当原子核发生衰变后，它放出一个 粒子（42He），其速度方向与磁场方向垂直。关于 粒子与衰变后的新核在磁场中做的圆周运动，下列说法正确的是 A运动半径之比是 45：1 B运动周期之比是 1：117 C动能总是大小
18、相等 D动量总是大小相等，方向相反【答案】A【解析】由于原子核原来是静止的，动量为零，它放出一个 粒子后，整体不受外力，故满足动量守恒的条件，所以新核与它的总动量仍是零，也就是说 粒子与衰变后的新核的动量大小相等、方向相反，进入磁场后，它们都会受到洛仑兹力的作用，而洛仑力不改变它们的速度大小，只改变方向，所以进入磁场后它们的动量大小仍相等，但是方向就不再相反了，选项 D 错误；对于 A 而言，粒子在磁场中运动 F洛=F向，故 Bqv=m2vR，则运动半径 R=mvBq，动量mv 相等，B 也相 14 等，故12219224521RqRq，选项 A 正确；由于粒子在磁场中的运动周期 T=2 mB
19、q，故周期之比112212490902234117TmqTqm，选项 B 错误；由于粒子的动能 Ek=12mm v2=12mpv，因为动量大小相等，故动能之比1122kkEvEv，而 v=BqRm，所以11122222 452341490 1kkEq RmEmq R=1172，大小不相等，故选项 C 错误。11、如图 6 所示，一个劲度系数为 k 的轻质弹簧竖直放置，弹簧上端固定一质量为 2m的物块 A，弹簧下端固定在水平地面上。一质量为 m的物块 B，从距离弹簧最上端高为 h 的正上方处由静止开始下落，与物块 A 接触后粘在一起向下压缩弹簧。从物块 B 刚与 A 接触到弹簧压缩到最短的整个过
20、程中（弹簧保持竖直，且在弹性限度内形变），下列说法正确的是 A物块 B 的动能先减小后增加又减小 B物块 A 与物块 B 组成的系统动量守恒 C物块 A 与物块 B 组成的系统机械能守恒 D物块 A、物块 B 和弹簧组成的系统机械能守恒【答案】A【解析】物块 B 下落到 A 上时具有一定的动能，它与 A 碰撞合成一个整体时，它的动能会减小，与 A形成一个整体向下运动，当弹簧的弹力等于 AB 的重力时，AB 的速度最大，动能最大，故 B 与 A 碰撞后动能又会增大，再向下运动时，弹力大于重力，B 与 A 的速度会减小，最后到最低点时动能减小到零，所以物块 B 的动能的确是先减小后增加又减小，选项
21、 A 正确；物块 A 与 B 碰撞时动量守恒，但是作为一个整体向下运动时，受到弹簧的弹力的作用，故它们组成的系统的动量就不再守恒了，选项 B 错误；由于 B 与 A的碰撞是完全非弹性碰撞，机械能有损失，故机械能不守恒，选项 C 错误；物块 A、物块 B 和弹簧组成的系统机械能也不守恒，因为碰撞时，机械能有损失，而碰撞后一起向下运动时机械能是守恒的，故选项 D 也错误。12、图像法有自己独特的优势，它能把复杂的物理过程直观形象清楚展现出来，同时也能够形象地描述两个物理量之间的关系，如图 7 所示，若 x 轴表示一个物理量，y 轴表示一个物理量，其中在实验数据处理时，会发现图像与两个坐标轴交点（称
22、为截距）具有特殊的物理意义。对该交点的物理意义，下列说法不正确的是 15 A在测电源电动势的电源内阻时，若 x 轴表示流过电源的电流，y 轴表示闭合电路电源两端电压，则该图像与 x 轴的交点的物理意义是短路电流 B在利用自由落体法验证机械能守恒实验时，若 x 轴表示重锤下落到某点时速度的平方，y 轴表示重锤落到该点的距离，则该图像与 x 轴交点的物理意义是重锤下落时的初速度 C用单摆测重力加速度的实验中，若 x 轴表示摆线的长度，y 轴表示单摆周期的平方，则该图像与 x轴交点绝对值的物理意义是该单摆摆球的半径 D在研究光电效应的实验中，若 x 轴表示入射光的频率，y 轴表示光电子的最大初动能，
23、则该图像与x 轴的交点的物理意义是该金属的极限频率【答案】B【解析】在选项 A 中，由于 U=E-Ir，故图像与 x 轴的交点是短路电流，即当 y 轴（路端电压）为零时的电流，选项 A 正确；在选项 B 中，由于 x 轴表示速度的平方，故图像与 x 轴交点的意义应该是初速度的平方，故选项 B 错误；在选项 C 中，单摆的周期为 T=2Lg=2lrg，故 T2=24()lrg，所以图像与 x 轴交点表示摆球的半径，选项 C 正确；在选项 D 中，由于 Ek=h-W0，则图像与 x 轴的交点的物理意义是该金属的极限频率，选项 D 正确，所以该题选项 B 符合题意。13、如图 8 所示，是一个研究向
24、心力与哪些因素有关的 DIS 实验装置示意图，其中质量为 m 的圆柱体放置在未画出的光滑圆盘边缘，绳子一端连接小圆柱体，另一端连接力传感器，使圆柱体做匀速圆周运动。圆周运动的轨道半径为 r，光电传感器测定的是圆柱体的线速度。关于这个实验下列说法不正确的是 A研究向心力与半径的关系时，保持圆柱体线速度和质量一定，应画 F-r 图像 B研究向心力与线速度的关系时，保持圆柱体质量和运动半径一定，应画 F-v2图像 16 C研究向心力与质量的关系时，保持圆柱体线速度和运动半径一定，应画 F-m 图像 D如能保持两个传感器同时记录，圆筒可以不做匀速圆周运动，同样可以完成该实验目的【答案】B【解析】根据向
25、心力 F向=m2vr，研究向心力与半径的关系时，保持圆柱体线速度和质量一定，应画 F-1r图像，看图像是否是一条直线，而如果画 F-r 的图线，应该是一条双曲线，而曲线不容易看出两个物理量间的关系，故选项 A 错误；研究向心力与线速度的关系时，保持圆柱体质量和运动半径一定，应画 F-v2图像，选项 B 正确；研究向心力与质量的关系时，保持圆柱体线速度和运动半径一定，应画 F-m 图像，选项 C 也正确；根据向心力公式可知，向心力 F 与线速度有对应关系，如能这两个物理量能同时测出，在某一速度下的向心力就确定了下来，也可以完成该实验，选项 D 正确，故该题的选项 B 符合题意。14、新型冠状病毒
26、防疫期间，医生一次性口罩是必备的防护用品，口罩的核心材料是中间一层熔喷无纺布。为了提高过滤效果必须在喷熔无纺布上进行重要的驻极处理，就是在喷熔无纺布上加入静电荷。利用电荷的静电力作用捕集尘粒，称为静电吸引沉积，静电吸附效果直接影响口罩的使用寿命。根据这些信息，下列说法正确的是 A医生一次性口罩可以进行高温蒸汽消毒再使用效果会更好 B医生一次性口罩可以防护天然放射性现象中放射出的、和 射线 C在防控期间口罩出现严重紧缺，为了节约资源刚用完的医生一次性口罩可以及时清洗晒干后使用 D 防疫期间不法分子为了谋取暴利，制造销售假冒医用一次性统一极口罩，除了从专业技术上鉴定外，还可以用口罩能否吸附小纸屑来
27、判断真假【答案】D【解析】由题意可知，这种口罩有静电吸附作用，故不用高温蒸汽消毒的方法再使用，因为静电遇水就会导入大地，布上就不带电荷了，效果不行，选项 A 错误；医生一次性口罩可以防护天然放射性现象中放射出的 射线，但是它不能防护 和 射线，因为这两种射线的穿透能力很强，选项 B 错误；一次性口罩用后其静电吸附作用就没有了，故不能再使用了，选项 C 错误；根据静电能吸起轻小物体的性质，我们可以看口罩是否能吸小纸屑来判断真假，选项 D 正确。第二部分 二、本题共 2 小题，共 15 分。15、（8 分）在“观察电容的充、放电现象”实验中，电路如图 9（甲）所示。17 （1）将开关接通 1，电容
28、器的_（填“上”或“下”）极板带正电，再将 S 接通 2，通过电流表的电流方向向_（填“左”或“右”）。（2）若电源电动势为 10V，实验中所使用的电容器如图 9（乙）所示，充满电后电容器正极板带电量为_C（结果保留两位有效数字）。（3）下列关于电容器充电时，电流 i 与时间 t 的关系；所带电荷量 q 与两极板间的电压 U 的关系正确的是_。【答案】（1）上；左；（2）3.310-2；（3）AC。【解析】（1）当开关接通 1 时，电源上端为正极，故电容器的上极板接正极，故上极板带正电；开磁 S接 2 时，电容器相当一个电源，向外放电，由于它的上极板带正电荷，故放电时的电流方向从电容器的上极板
29、流向电流表，故通过电流表的电流方向向左；（2）因为电源的电动势为 10V，充满电时，电容器的两端电压也是 10V，由乙图可知 C=3300F=3.310-3F，所以充满电后电容器正极板带电量 Q=CU=3.310-3F10V=3.310-2C；（3）电容器充电时，电流刚开始是比较大的，待快充分满后，电流变小，接近 0，故选项 A 正确，B错误；电容器极板间的电荷量由小逐渐增加，到充满时不再增加，故选项 C 正确，D 错误。16、（10 分）某实验小组的同学，用铁架台、弹簧和多个质量均为 m=50g 的钩码，在探究弹性限度内弹簧的弹力与弹簧的伸长量的关系如图 10（甲）所示。18 （1）该组同学
30、在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度，记录数据如下：钩码个数 1 2 3 4 5 弹力 F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 指针对应的刻度 L/cm 12.51 15.39 16.11 17.30 当挂两个钩码时，指针对应刻度如图 10（甲）所示，将指针示数填入表格；在以弹簧弹力为纵轴、指针对应刻度 L 为横轴的坐标系中，如图 10（乙）所示。描点画出第 2 组对应的数据点，并连线得到 F-L 图像。请根据图像分析并得出以下结论。弹簧原长为_cm；弹簧的劲度系数 k=_N/m（保留两位有效数字）。（2）弹簧与绳有一点相似之处，都
31、可以认为是一个传递力的媒介。某位同学根据这个观点推广认为：将两个同样的弹簧串接在一起后，弹簧的劲度系数 k 与原来一样。你认为他的想法正确么？并解释一下你的理由。【答案】（1）当挂两个钩码时，指针示数为 13.70cm；描点连线如图所示；11.30；42；（2）不正确，理由见解析。【解析】（1）当挂两个钩码时，指针正好指在 13.7 的位置处，再估读一位，记为 13.70cm，再看其他数据的小数点后也是两位，故我们也需要填二位；描点连线如图所示；弹簧的原长就是当 F=0 时图线与 L 轴的交点，大小为 11.30cm；弹簧的劲度系数为图线的斜率，在图线上取两个距离较远的点，求其大上为 k=2.
32、5017.3011.30Ncmcm=42N/m；19（2）若一个弹簧时，对它施加 F 的力，它的伸长量为L，若把两个弹簧串联起来时，再对弹簧施加同样的力，则其中一个弹簧的伸长时还是L，但是另一个弹簧也会伸长，故意的伸长量会变大，所以串联后的弹簧的劲度系数会变小，故该同学的想法是不正确的。三、本题包括 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得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。17、（8 分）力是改变物体运动状态的原因，力能产生加速度。力在空间上的积累使物体动能发生变化；力在时间上的积累使物体动量发生变化。如图 11 所示，质量
33、为 m 的物体，在水平合力 F 的作用下做匀速直线运动，速度由 v0变化到 v 时，经历的时间为 t，发生的位移为 x。（1）请根据牛顿第二定律和相关规律，推导动能定理；（2）请根据牛顿第二定律和相关规律，推导动量定理。【答案】（1）推导见解析；（2 推导见解析。【解析】（1）由牛顿第二定律得：F=ma，再根据运动学公式得：v2-v02=2ax，故 a=2202vvx，则 F=m2202vvx，即 Fx=12mv2-12mv02；因为 W=Fx，故 W=Ek；（2）由牛顿第二定律得：F=ma，再根据运动学公式得：v-v0=at，故 a=0vvt，则 F=m0vvt，即 Ft=mv-mv0；因为
34、 I=Ft，故 I=p；18、（9 分）如图 12 所示，R 为变阻箱，电压表为理想电压表，电源电动势 E=6V，当变阻箱阻值为 R=4时，闭合电键后，电压表的读数为 4V；求（1）电路中的电流 I 和电源内阻 r；（2）电源的输出功率 P 和效率；（3）试推导说明当 R 为多大时，电源的输出功率最大。20【答案】（1）1A；2；（2）4W；66.7%；（3）R=2。【解析】（1）电路中的电流 I=44UVR=1A；根据 E=U+Ir，故电源内阻 r=641EUVVIA=2；（2）电源输出功率 P出=IU=1A4V=4W；电源的效率=46PUIUVPEIEV出总=66.7%；（3）因为 P出=
35、I2R=222222)4EEERRrRrRrrRR（，故当 R=r=2 时，电源的输出功率 P出最大，此时 P出max=24Er=4.5W。19、（11 分）如图 13 所示，空间内有一磁感应强度 B=0.8T 的水平匀强磁场，其上方水平边界的间距为H，磁场的正上方有一长方形导线框，其长和宽分别为 L=2m，d=0.8m（dH），质量 m=0.4kg，电阻 R=3.2。将线框从距磁场高 h=0.8m 处由静止释放，线框平面始终与磁场方向垂直，线框上下边始终保持水平，重力加速度取 g=10m/s2。求：（1）线框下边缘刚进入磁场时的加速度的大小；（2）若线框上边缘进入磁场之前，线框已经开始匀速运
36、动。求线框进入磁场过程中产生的焦耳热 Q；（3）请画出从线框由静止开始下落到线框上边缘进入磁场的过程中，线框速度 v 随 t 变化的图像。【答案】（1）2m/s2；（2）Q=1.4J；（3）图像如下图所示。21 【解析】（1）线框下落时：v2=2gh，故线框下边缘刚进入磁场时的速度 v=22 10 0.8gh m/s=4m/s；线框产生的电动势 E=BLv，线框中的电流 I=BLvR，故线框受到的安培力 F安=BIL=22220.8243.2B L vNR=3.2N；线框受到的合外力 F合=mg-F安=0.410N-3.2 N=0.8N，故线框下边缘刚进入磁场时的加速度 a=0.80.4FNm
37、kg合=2m/s2；（2）当重力与安培力相等时，线框才能匀速运动，设线框上边缘进入磁场的速度为 v，则 mg=22B L vR，解得 v=5m/s；线框进入磁场的过程中，由能量守恒定律可得：mgd+12mv2=12mv2+Q，解之得 Q=1.4J；（3）线框从静止下落的时间为 t1=22 0.810hgs=0.4s；线框进入磁场时速度 v=4m/s，进入后做加速度逐渐减小的加速运动，最后达到 v=5m/s 的匀速运动，故其图像如上图所示。20、（12 分）光的干涉和衍射现象说明光具有波动性。爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方向确实也会表现得像是由一些粒子（即一个个有确定能量
38、和动量的“光子”）组成的。人们意识到，光既具有波动性，又具有粒子性。（c 为光速，h 为普朗克常量）（1）物理学家德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，他提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，粒子的能量 E 和动量 p 跟它对应的频率 和波长 之间也遵从如下关系：=Eh，=hp。请依据上述关系及光的波长公式，试推导单个光子的能量 E 和动量 p 间存在的关系；（2）我们在磁场中学习过磁通量，其实在物理学中有很多通量的概念，比如电通量、光通量、辐射通量等等。辐射通量 c 表示单位时间内通过某一截面的辐射能，其单位为 J/s。光子具有能量。一束波长为 的光垂直
39、照射在面积为 S 的黑色纸片上，其辐射通量为 c，且全部被 22 黑纸吸收，求该束光单位体积内的光子数 n；光子具有动量。当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，因而对物体表面产生一种压力。求上一问中的光对黑纸片产生的压力大小，并判断若将黑纸片换成等大的白纸片，该束光对白纸片的压力有何变化。【答案】（1）E=cp；（2）n=2chSc；F=cc；变大。【解析】（1）因为=Eh，=hp；所以单个光子的能量 E=h；光子的动量 p=h，又因为 c=，故 E=h=hc=cp，即能量与动量间的关系式为 E=cp；（2）设 t 时间内波长为 的光垂直照射在面积为 S 的黑色纸片上，其总能量 E总=ctSnE，故辐射通量 c=EcSnEt总，而单个光子的能量 E=hc，故 n=2chSc；当光照射到黑纸上时，黑纸把光都吸收了，相当于光子的末动量是 0，设t 时间内有 N 个光子与黑纸碰撞，则对 N 个光子而言，利用动量定理得：Ft=Np 即 Ft=Nh，而光子个数 N=Sctn，故 F=cSc tntc，则根据力的相互性，光对黑纸片产生的压力大小 F=F=cc；若将黑纸片换成白纸片，白片对光有反射作用，光子会被反向弹回，所以光的动量改变就比较大，白纸对光子的作用力就会比较大，光对白纸片的压力也会变大。