2009屆新課標(biāo)高考物理試題創(chuàng)新設(shè)計(jì)（1）

 

 

01

 

文本框: 1．（16分）如圖所示，有一個(gè)質(zhì)量m=0.05kg的小滑塊靜止在一高度h=1.25 m的水平桌面上，小滑塊到桌子右邊緣的距離s=1.0 m，小滑塊與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.35，重力加速度g = 10 m/s2�，F(xiàn)給小滑塊一個(gè)瞬間作用力，使其獲得初速度v0=4.0 m/s沿水平桌面向右滑動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，求：

   （1）小滑塊落地時(shí)的動(dòng)能。

   （2）小滑塊經(jīng)多少時(shí)間落地?

 

 

 

 

 

 

 

 

2．（18分）1957年第一顆人造衛(wèi)星送上天，開辟了人類宇航的新時(shí)代．近五十年來，人類不僅發(fā)射了人造地球衛(wèi)星，還向宇宙空間發(fā)射了多個(gè)空間探測(cè)器．空間探測(cè)器要飛向火星等其他行星，甚至飛出太陽系，首先要克服地球?qū)λ囊Φ淖饔茫?/p>

理論研究表明，物體在地球附近都受到地球?qū)λ娜f有引力的作用，具有引力勢(shì)能，設(shè)物體在距地球無限遠(yuǎn)處的引力勢(shì)能為零，則引力勢(shì)能可以表示為，其中G是萬有引力常量，M是地球的質(zhì)量，m是物體的質(zhì)量，r是物體距地心的距離．

現(xiàn)有一個(gè)空間探測(cè)器隨空間站一起繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行周期為T，已知探測(cè)器的質(zhì)量為m，地球半徑為R，地面附近的重力加速度為g．要使這個(gè)空間探測(cè)器從空間站出發(fā)，脫離地球的引力作用，至少要對(duì)它做多少功?

 

 

 

 

 

 

 

3．（20分）如圖所示，M、N為兩塊帶等量異種電荷的平行金屬板，S1、S2為板上正對(duì)的小孔，N板右側(cè)有兩個(gè)寬度均為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直于紙面向里和向外，磁場(chǎng)區(qū)域右側(cè)有一個(gè)熒光屏，取屏上與S1、S2共線的O點(diǎn)為原點(diǎn)，向下為正方向建立x軸．M板左側(cè)電子槍發(fā)射出的熱電子經(jīng)小孔S1進(jìn)入兩板間，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度可以忽略．

（1）當(dāng)兩板間電勢(shì)差為U0時(shí)，求從小孔S2射出的電子的速度v­0。

（2）求兩金屬板間電勢(shì)差U在什么范圍內(nèi)，電子不能穿過磁場(chǎng)區(qū)域而打到熒光屏上．

（3）求電子打到熒光屏上的位置坐標(biāo)x和金屬板間電勢(shì)差U的函數(shù)關(guān)系．

 

 

4．（16分）在一次“飛車過黃河”的表演中，摩托車在空中飛經(jīng)最高點(diǎn)后在對(duì)岸著地．已知最高點(diǎn)到著地點(diǎn)的距離m，兩點(diǎn)間的水平距離為30 m．忽略空氣阻力，求摩托車在最高點(diǎn)的速度為多少?（g取10 m/s2）

 

 

 

 

 

文本框: 5．（19分）如圖所示，坐標(biāo)空間中有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，y軸為兩種場(chǎng)的分界線，圖中虛線為磁場(chǎng)區(qū)域的右邊界，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為－q的帶電粒子從電場(chǎng)中坐標(biāo)位置（－l，0）處，以初速度v0沿x軸正方向開始運(yùn)動(dòng)，且已知（重力不計(jì)）。試求：

（1）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小?

（2）若要使帶電粒子能穿越磁場(chǎng)區(qū)域而不再返回電場(chǎng)中，磁場(chǎng)的寬度d應(yīng)滿足的條件?

 

 

 

 

6．（20分）兩根足夠長(zhǎng)的固定的平行金屬導(dǎo)軌位于同一平面內(nèi)，此平面與水平面間夾角為=30°，兩導(dǎo)軌間的距離為l，導(dǎo)軌上面橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd（兩棒的長(zhǎng)度與兩導(dǎo)軌間的距離相等），構(gòu)成矩形回路，如圖所示．兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量均為m，電阻均為R，回路其余部分的電阻均不計(jì)，兩導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為，且假設(shè)兩根導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等．在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．開始時(shí)，棒cd靜止，棒ab有平行于導(dǎo)軌平面且沿導(dǎo)軌向下的速度v0，若兩導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)中不接觸，求：

   （1）當(dāng)棒ab的速度變?yōu)槌跛俣鹊?sub>時(shí)，棒cd切割磁感  

線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少．

   （2）在兩棒運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的焦耳熱量是多少?

 

 

 

 

 

 

1．（16分）解：（1）小滑塊滑到桌面右邊緣時(shí)

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     （3分）

小滑塊離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)落到地面時(shí)的動(dòng)能為Ek，由機(jī)械能守恒得   （3分）

由以上兩式得Ek=0.85J   （2分）

（2）設(shè)小滑塊在桌面上滑動(dòng)的時(shí)間為t1­，加速度大小為a，

則      （2分）

設(shè)小滑塊離開桌面做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2     （2分）

小滑塊由初速v0開始運(yùn)動(dòng)直至落到地面所用的時(shí)間t=t1＋t2      （2分）

由以上各式及代入數(shù)據(jù)得t=0.79s          （2分）

2．（18分）解：空間探測(cè)器繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，有，    （3分）

可得空間站的軌道半徑．    （1分）

由，       （3分）

可得空間探測(cè)器隨空間站一起運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能為．    （1分）

空間探測(cè)器隨空間站一起運(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械能為    （3分）

空間站要脫離地球的引力，機(jī)械能最小為E∞=0，因此，至少對(duì)探測(cè)器做功為

W= E∞－E1=    （3分）

由地面附近的重力加速度    （2分）

得    （2分）

3．（20分）（1）根據(jù)動(dòng)能定理，得（3分）

由此可解得．    （1分）

（2）欲使電子不能穿過磁場(chǎng)區(qū)域而打在熒光屏上，

應(yīng)有    （3分）

而由此即可解得    （3分）

（3）若電子在磁場(chǎng)區(qū)域做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，穿過磁場(chǎng)區(qū)域打在熒光屏上的位置坐標(biāo)為x，則由軌跡圖可得    （5分）

注意到和．    （2分）

所以，電子打到熒光屏上的位置坐標(biāo)x和金屬板間電勢(shì)差U的函數(shù)關(guān)系為

    （3分）

 

4．解析：車從最高點(diǎn)到著地點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可看成是平拋運(yùn)動(dòng)，此過程中，車的水平位移x=30m，豎直分位移．則此過程所用時(shí)間

．

5．解：（1）帶電粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)的加速度為a，由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得：qE=ma

設(shè)粒子出電場(chǎng)、入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小為v，此時(shí)在y軸方向的分速度為vy，粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t，則有vy=at  l=v0t

解得：

（2）設(shè)v的方向與y軸的夾角為，則有得：=45°

粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后在洛倫茲力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，則有：

由圖中的幾何關(guān)系可知，要使粒子穿越磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的寬度應(yīng)滿足的條件為：

d≤R(1＋cos)

結(jié)合已知條件，解以上各式可得d≤．

6．（1）導(dǎo)體棒ab受重力沿斜面的分力摩擦力．所以從初始狀態(tài)至兩導(dǎo)體棒達(dá)共同速度的過程中，兩棒沿導(dǎo)軌方向合外力為零．

設(shè)棒ab的速度變?yōu)槌跛俣鹊?sub>時(shí)，棒cd的速度為v′，則由動(dòng)量守恒定律

  ①

此時(shí)cd棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)   E=BLv′   ②

由①②得  ．

（2）穩(wěn)定后兩棒向下運(yùn)動(dòng)過程中重力與摩擦力做功相等，所以產(chǎn)生焦耳熱

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由③④得．

 

 

 

02

 

 

1．（14分）小明家剛買車的第一天，小明的爸爸駕車拐彎時(shí)，發(fā)現(xiàn)前面是一個(gè)上坡。一個(gè)小孩追逐一個(gè)皮球突然跑到車前。小明的爸爸急剎車，車輪與地面在馬路上劃出一道長(zhǎng)12m的黑帶后停住。幸好沒有撞著小孩！小孩若無其事地跑開了。路邊一個(gè)交通警察目睹了全過程，遞過來一張超速罰款單，并指出最高限速是60km/h。

           小明對(duì)當(dāng)時(shí)的情況進(jìn)行了調(diào)查：估計(jì)路面與水平面的夾角為15°；查課本可知輪胎與路面的動(dòng)摩擦因數(shù)；從汽車說明書上查出該汽車的質(zhì)量是1570kg，小明的爸爸體重是60kg；目擊者告訴小明小孩重30kg，并用3.0s的時(shí)間跑過了4.6m寬的馬路。又知cos15°=0.9659，sin15°=0.2588。

       根據(jù)以上信息，你能否用學(xué)過的知識(shí)到法庭為小明的爸爸做無過失辯護(hù)？（取g=9.8m/s2）

 

 

 

 

2．（17分）如圖甲所示為電視機(jī)中顯象管的原理示意圖，電子槍中的燈絲加熱陰極而逸出電子，這些電子再經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，從O點(diǎn)進(jìn)入由磁偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，經(jīng)過偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后打到熒光屏MN上，使熒光屏發(fā)出熒光形成圖象，不計(jì)逸出電子的初速度和重力.已知電子的質(zhì)量為m，電量為e，加速電場(chǎng)的電壓為U。偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布在邊長(zhǎng)為L的長(zhǎng)方形ABCD區(qū)域內(nèi)，磁場(chǎng)方向垂直紙面，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。在每個(gè)周期內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度都是從－B0均勻變化到B0。磁場(chǎng)區(qū)域的左邊界的中點(diǎn)與O點(diǎn)重合，AB邊與OO/平行，右邊界BC與熒光屏之間的距離為s。由于磁場(chǎng)區(qū)域較小，且電子運(yùn)動(dòng)的速度很大，所以在每個(gè)電子通過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中，可認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，即為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，不計(jì)電子之間的相互作用。

   （1）求電子射出電場(chǎng)時(shí)速度的大��；

   （2）為使所有的電子都能從磁場(chǎng)的BC邊射出，求偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值；

   （3）熒光屏上亮線的最大長(zhǎng)度是多少？

 

3．（選修3-3）（8分）我們生活在大氣的海洋中，那么包圍地球大氣層的空氣分子數(shù)有多少呢？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)估測(cè)方案，并指出需要的實(shí)驗(yàn)器材和需要測(cè)定或查找的物理量，推導(dǎo)出分子數(shù)的表達(dá)式( 由于大氣高度遠(yuǎn)小于地球半徑R，可以認(rèn)為大氣層各處的重力加速度相等)。

___________________________________________________________________________

 

 

 

4．（選修3-4）（8分）如圖所示，一等腰直角棱鏡，放在真空中，AB=AC=d.在棱鏡側(cè)面AB左方有一單色光源S，從S發(fā)出的光線SD以60°入射角從AB側(cè)面中點(diǎn)射入，當(dāng)它從側(cè)面AC射出時(shí)，出射光線偏離入射光線的偏向角為30°，若測(cè)得此光線傳播的光從光源到棱鏡面AB的時(shí)間跟在棱鏡中傳播的時(shí)間相等，那么點(diǎn)光源S到棱鏡AB側(cè)面的垂直距離是多少？

 

 

 

5．（選修3-5）（8分）如圖所示，有A、B兩質(zhì)量為M= 100kg的小車，在光滑水平面以相同的速率v0=2m/s在同一直線上相對(duì)運(yùn)動(dòng)，A車上有一質(zhì)量為m = 50kg的人至少要以多大的速度(對(duì)地)從A車跳到B車上，才能避免兩車相撞？

 

 

 

參考答案

1．解析：能進(jìn)行無過失辯護(hù)。

       對(duì)汽車整體分析由牛頓第二定律得，

    
 
    
  
  
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    20080827
           又  所以
           代入數(shù)據(jù)得a=8.22m/s2
           剎車可以認(rèn)為做勻減速過程，末速度為零
           根據(jù)
           所以，故不超速。
    2．解析：（1）設(shè)電子射出電場(chǎng)的速度為v，則根據(jù)動(dòng)能定理，對(duì)電子的加速過程有
           解得
       （2）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0或－B0時(shí)
           （垂直于紙面向外為正方向），電子
           剛好從b點(diǎn)或c點(diǎn)射出
           設(shè)此時(shí)圓周的半徑為R，如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系有：
           ，
           解得
           電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，因此有：
           解得
       （3）根據(jù)幾何關(guān)系可知，
           設(shè)電子打在熒光屏上離O/點(diǎn)的最大距離為d，則
           由于偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向隨時(shí)間變化，根據(jù)對(duì)稱性可知，熒光屏上的亮線最大長(zhǎng)度為
           
    3．解析：需要的實(shí)驗(yàn)器材是氣壓計(jì).需要測(cè)量和查找的物理量是大氣壓p0、空氣的平均摩爾質(zhì)量M、
    地球半徑R和重力加速度g。
           分子數(shù)的推導(dǎo)如下：
       （1）設(shè)大氣層的空氣質(zhì)量為m，由于大氣高度遠(yuǎn)小于地球半徑R，可以認(rèn)為大氣層各處的重力加速度相等，由，得 。
       （2）大氣層中空氣的摩爾數(shù)為 。
       （3）由阿伏加得羅常數(shù)得空氣分子數(shù)為
    。
    4．解析：如圖所示，由折射定律，光線在AB面上
    折射時(shí)有sin60°=nsinα
           在BC面上出射時(shí)，nsinβ=nsinγ
    由幾何關(guān)系，α+β=90°
           δ=(60°－α)+(γ－β)=30°
           聯(lián)立解得，α=β=45°  γ=60°
           所以n=sin60°/sin45°=/2
           單色光在棱鏡中通過的幾何路程
           單色光在棱鏡中光速
           設(shè)點(diǎn)光源到棱鏡AB側(cè)面的垂直距離為L(zhǎng)，
           依題意，
           所以
    5．解：人跳出后，兩車速度恰相同時(shí)，既避免相撞，人的速度又最小，由動(dòng)量守恒定律得
    


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    20080827
    （3分）
           解得，v人=5.2m/s（2分）
     
     
    
				
	
    
		
    


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