2012北京高考物理卷解析——精校版

2012·北京卷(理综物理)13．O1 [2011·北京卷] 一个氢原子从 n ＝3能级跃迁到n ＝2能级，该氢原子( )A ．放出光子，能量增加B ．放出光子，能量减少C ．吸收光子，能量增加D ．吸收光子，能量减少13．B [解析] 原子从高能跃迁到低能级时，会释放出光子，其能量为hν＝E m －E n (m >n )，原子本身的能量减少；若原子从低能级跃迁到高能级，则吸收光子，能量增加．所以本题正确答案为B 项．14．N1 [2011·北京卷] 一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的( )A ．速度变慢，波长变短B ．速度不变，波长变短C ．频率增高，波长变长D ．频率不变，波长变长14．A [解析] 光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，C 项错误；由n ＝c v 可得，速度变慢，B 项错误；由v ＝λf 得，波长变短，D 项错误．所以本题的正确答案为A 项.15.M1 [2011·北京卷] 一个小型电热器若接到输出电压为10 V 的直流电源上，消耗电功率为P ；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为P 2.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为( )A ．5 VB ．5 2 VC ．10 VD ．10 2 V15．C [解析] 由电流热效应可知，直流电在T 时间内产生的热量为Q 直＝U 2RT ＝PT ，该交流电在T 时间内产生的热量为Q 交＝⎝⎛⎭⎫U max 22R T ＝12PT ，两式联立可得，U max ＝10 V ．本题答案为C 项．16．K2 [2011·北京卷] 处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圆周运动．将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值( )A ．与粒子电荷量成正比B ．与粒子速率成正比C ．与粒子质量成正比D ．与磁感应强度成正比16．D [解析] 由电流的定义I ＝Q t 可知，设粒子的电荷量为q ，质量为m ，在磁场中运动的周期为T ＝2πm qB ，则I ＝q T ＝q 2B 2πm，对于一个粒子来说，电荷量和质量是一定的，所以产生的环形电流与磁感应强度成正比，D 项正确，A 、B 、C 项错误．17．G1 [2011·北京卷] 一个弹簧振子沿x 轴做简谐运动，取平衡位置O 为x 轴坐标原点．从某时刻开始计时，经过四分之一周期，振子具有沿x 轴正方向的最大加速度．能正确反映振子位移x 与时间t 关系的图象是( )A B 17．A [解析] 由题目“经过四分之一周期，振子具有沿x 轴正方向的最大加速度”可知，在四分之一周期时，振子在负的最大位移处，A 项正确，B 、C 、D 项错误．18．D5 [2011·北京卷] 关于环绕地球运行的卫星，下列说法正确的是( )A ．分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期B ．沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率C ．在赤道上空运行的两颗地球同步卫星，它们的轨道半径有可能不同D ．沿不同轨道经过北京上空的两颗卫星，它们的轨道平面一定会重合18．B [解析] 由开普勒第三定律a 3T 2＝k 可知，只要椭圆轨道的半长轴与圆轨道的半径相等，它们的周期是相同的，A 项错误；沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在关于长轴(或短轴)对称的点上，线速度的大小是相同的，B 项正确；同步卫星的轨道半径、周期、线速度等都是相同的，C 项错误；经过同一点的卫星可有不同的轨道，D 项错误．本题答案为B 项．19．L2 [2011·北京卷] 物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”．如图，她把一个带铁芯的线圈L 、开关S 和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L 上，且使铁芯穿过套环．闭合开关S 的瞬间，套环立刻跳起．某同学另找来器材再探究此实验．他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均未动．对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是( )A ．线圈接在了直流电源上B ．电源电压过高C ．所选线圈的匝数过多D ．所用套环的材料与老师的不同19．D [解析] 只要线圈中的电流增大，金属套环中的磁通量增大，就会产生感应电流，由楞次定律可知，套环受到斥力的作用，向上弹起．接在直流电源上，在闭合开关的过程中，电流也有增大的过程，A 项错误；电压越大，匝数越多，效果越明显，B 、C 项错误；要是选用绝缘材料，则不会产生感应电流，D 项正确．20．P [2011·北京卷] “约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U 成正比，即ν＝kU .已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为( )A.h 2eB.2e hC ．2heD.12he20．B [解析] 由量纲可知，频率ν的单位为s －1，普朗克常量h 的单位为J·s ，电荷量的单位为C ，电压的单位为V ，则k ＝v U 对应的单位是s －1V ＝1s·V ，h e 对应的单位是J·s C ＝C·V·s C＝s·V ，所以B 项正确．第二部分(非选择题 共180分)本部分共11小题，共180分．21．J5 [2011·北京卷] 在“测定金属的电阻率”实验中，所用测量仪器均已校准．待测金属丝接入电路部分的长度约为50 cm.(1)用螺旋测微器测量金属丝的直径，其中某一次测量结果如图1所示，其读数应为____________mm(图1(2)用伏安法测金属丝的电阻R x.实验所用器材为：电池组(电动势3 V，内阻约1 Ω)、电流表(内阻约0.1 Ω)、电压表(内阻约3 kΩ)、滑动变阻器R(0～20 Ω，额定电流2 A)、开关、导线若干．某小组同学利用以上器材正确连接好电路，进行实验测量，记录数据如下：x“乙”)．图(3)图3是测量R x的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的一端．请根据(2)所选的电路图，补充完成图3中实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表或电流表不至于被烧坏．(4)这个小组的同学在坐标纸上建立U、I坐标，如图4所示，图中已标出了与测量数据对应的4个坐标点．请在图4中标出第2、4、6次测量数据的坐标点，并描绘出U－I图线．由图线得到金属丝的阻值R x＝________Ω(保留两位有效数字)．(5)根据以上数据可以估算出金属丝电阻率约为________(填选项前的符号)．A．1×10－2Ω·m B．1×10－3Ω·mC．1×10－6Ω·m D．1×10－8Ω·m(6)任何实验测量都存在误差．本实验所用测量仪器均已校准，下列关于误差的说法中正确的选项是________________________________________________________________________ (有多个正确选项)．A．用螺旋测微器测量金属丝直径时，由于读数引起的误差属于系统误差B．由于电流表和电压表内阻引起的误差属于偶然误差C．若将电流表和电压表的内阻计算在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差D．用U－I图象处理数据求金属线电阻可以减小偶然误差21．[答案] (1)(0.395～0.399)(2)甲(3)如图3(4)如图4 (4.3～4.7) (5)C (6)CD[解析] (1)测量时被测物体长度的整数毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出．测量值(mm)＝固定刻度数(mm)(注意半毫米刻度线是否露出)＋可动刻度数(估读一位)×0.01(mm)．(2)从表格可以看出，电压表是从很小开始读数，所以采用分压式接法．(5)由公式R ＝ρl S可得，电阻率约为1×10－6Ω·m ，C 项正确． (6)读数引起的误差为偶然误差，电流表、电压表内阻引起的误差为系统误差，A 、B 项错误；计算时，将电流表、电压表的内阻考虑在内，可以消除由测量仪表引起的系统误差，C 项正确；采用图象法，可以减小偶然误差，D 项正确．22．O1 [2011·北京卷] 如图所示，质量为m 的小物块在粗糙水平桌面上做直线运动，经距离l 后以速度v 飞离桌面，最终落在水平地面上．已知l ＝1.4 m ，v ＝3.0 m/s ，m ＝0.10 kg ，物块与桌面间的动摩擦因数μ＝0.25，桌面高h ＝0.45 m ．不计空气阻力，重力加速度g 取10 m/s 2.求(1)小物块落地点距飞出点的水平距离s ；(2)小物块落地时的动能E k ；(3)小物块的初速度大小v 0.22．[解析] (1)由平抛运动规律，有竖直方向h ＝12gt 2 水平方向s ＝v t得水平距离s ＝2h gv ＝0.90 m (2)由机械能守恒定律，动能E k ＝12m v 2＋mgh ＝0.90 J (3)由动能定理，有－μmgl ＝12m v 2－12m v 02 得初速度大小v 0＝2μgl ＋v 2＝4.0 m/s23．O1 [2011·北京卷] 摩天大楼中一部直通高层的客运电梯，行程超过百米．电梯的简化模型如图1所示．考虑安全、舒适、省时等因素，电梯的加速度a 是随时间t 变化的．已知电梯在t ＝0时由静止开始上升，a －t 图象如图2所示．电梯总质量m ＝2.0×103 kg.忽略一切阻力，重力加速度g 取10 m/s 2.(1)求电梯在上升过程中受到的最大拉力F 1和最小拉力F 2；(2)类比是一种常用的研究方法．对于直线运动，教科书中讲解了由v －t 图象求位移的方法．请你借鉴此方法，对比加速度和速度的定义，根据图2所示的a －t 图象，求电梯在第1 s 内的速度改变量Δv 1和第2 s 末的速度v 2；(3)求电梯以最大速率上升时，拉力做功的功率P ；再求在0～11 s 时间内，拉力和重力对电梯所做的总功W .图1 图223．[解析] (1)由牛顿第二定律，有F －mg ＝ma由a －t 图象可知，F 1和F 2对应的加速度分别是a 1＝1.0 m/s 2，a 2＝－1.0 m/s 2F 1＝m (g ＋a 1)＝2.0×103×(10＋1.0) N ＝2.2×104 NF 2＝m (g ＋a 2)＝2.0×103×(10－1.0) N ＝1.8×104 N(2)类比可得，所求速度变化量等于第1 s 内a －t 图线下的面积Δv 1＝0.50 m/s同理可得Δv 2＝v 2－v 0＝1.5 m/sv 0＝0，第2 s 末的速率v 2＝1.5 m/s(3)由a －t 图象可知，11 s ～30 s 内速率最大，其值等于0～11 s 内a －t 图线下的面积，有v m ＝10 m/s此时电梯做匀速运动，拉力F 等于重力mg ，所求功率P ＝F v m ＝mg v m ＝2.0×103×10×10 W ＝2.0×105 W由动能定理，总功W ＝E k2－E k1＝12m v m 2－0＝12×2.0×103×102 J ＝1.0×105 J 24．O1 [2011·北京卷] 匀强电场的方向沿x 轴正向，电场强度E 随x 的分布如图所示，图中E 0和d 均为已知量．将带正电的质点A 在O 点静止释放．A 离开电场足够远后，再将另一带正电的质点B 放在O 点也由静止释放．当B 在电场中运动时，A 、B 间的相互作用力及相互作用能均为零；B 离开电场后，A 、B 间的相互作用视为静电作用．已知A 的电荷量为Q ，A 和B 的质量分别为m 和m 4.不计重力．(1)求A 在电场中的运动时间t ；(2)若B 的电荷量q ＝49Q ，求两质点相互作用能的最大值E pm ； (3)为使B 离开电场后不改变运动方向，求B 所带电荷量的最大值q m .24．[解析] (1)由牛顿第二定律，A 在电场中运动的加速度a ＝F m ＝QE 0mA 在电场中做匀速直线运动d ＝12at 2解得运动时间t ＝2d a ＝2dm QE 0(2)设A 、B 离开电场时的速度分别为v A 0、v B 0，由动能定理，有QE 0d ＝12m v A 02，qE 0d ＝12m 4v B 02① A 、B 相互作用过程中，动量和能量守恒．A 、B 相互作用力为斥力，A 受的力与其运动方向相同，B 受的力与其运动方向相反，相互作用力对A 做正功，对B 做负功．A 、B 靠近的过程中，B 的路程大于A 的路程，由于作用力大小相等，作用力对B 做功的绝对值大于对A 做功的绝对值，因此相互作用力做功之和为负，相互作用能增加．所以，当A 、B 最接近时相互作用能最大，此时两者速度相同，设为v ′，有(m ＋m 4)v ′＝m v A 0＋m 4v B 0② E pm ＝(12m v A 02＋12m 4v B 02)－12(m ＋m 4)v ′2③ 已知q ＝49Q ，由①、②、③式解得相互作用能的最大值E pm ＝145QE 0d (3)考虑A 、B 在x ＞d 区间的运动，由动量守恒、能量守恒，且在初态和末态均无相互作用，有m v A ＋m 4v B ＝m v A 0＋m 4v B 0④ 12m v A 2＋12m 4v B 2＝12m v A 02＋12m 4v B 02⑤ 由④、⑤解得v B ＝－35v B 0＋85v A 0 因B 不改变运动方向，故 v B ＝－35v B 0＋85v A 0≥0⑥ 由①、⑥解得 q ≤169Q 即B 所带电荷量的最大值q m ＝169Q。