2020年高三物理创新设计试题

2020年高三物理创新设计试题

1．〔16分〕

所示是建筑工地常用的一种〝深穴打夯机〞，电动机带动两个滚轮匀速转动将夯杆从深坑提上来，当夯杆底端刚到达坑口时，两个滚轮彼此分开，将夯杆开释，夯杆在重力作用下落回深坑，夯实坑底。两个滚轮边缘的线速度恒为v=4 m ／s ，滚轮对夯杆的压力F N =2×104N ，滚轮与夯杆间的动摩擦因数μ=0.3，夯杆质量 m=1×103kg ，坑深 h=6.4 m ，取 g=10m ／s 2．求： 〔1〕夯杆自坑底开始匀加速上升，当速度增加到4 m ／s 时，夯

杆上升的高度；

〔2〕夯杆自坑底上升的最大高度；

〔3〕每次滚轮将夯杆提起的过程中，电动机对夯杆所做的功．

2．〔18分〕 如下图，一根长为L 的绝缘刚性轻绳一端连接一质量为m 、带电量为－q 的小球，另一端与悬点A 相连。假如在悬点A 放一个电荷量为＋q 的点电荷，要使小球能在竖直平面内做完整的圆周运动，那么小球在最低点的速度最小值应为多少？

3．〔8分〕【物理—物理3-3】

如下图，气缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平稳，活塞距缸口0.5m ，活塞面积10cm 2，大气压强1.0×105pa ，物体重50N ，活塞质量及一切摩擦不计。缓慢升高环境温度，使活塞刚好升到缸口，封闭气体吸取了60J 的热量。那么

〔1〕封闭气体的压强如何样变化？

〔2〕气体的内能如何变化？变化了多少？

4．〔8分〕【物理—物理3-4】

如下图截面为矩形的平行玻璃砖，图中的MN 垂直NP ，一束单色光从MN 上的一点进入玻璃砖后，又从NP 上一点B 返回空气中，入射角α和出射角β。

〔1〕求玻璃砖的折射率。

〔2〕假设n =2/6，0≤α≤π/2，求β的最小值。

5．〔8分〕【物理—物理3-5】

一个静止的氮核14

7N 俘获一个速度为2.3×107m/s 的中子生成一个复核A ，A 又衰变成B 、C 两个新核．设B 、C 的速度方向与中子速度方向相同，B 的质量是中子的11倍，速度是106m/s ，B 、C 在同一匀

V 0 L q

强磁场中做圆周运动的半径比为R B ：R C =11:30．求：

〔1〕C 核的速度大小；

〔2〕依照运算判定C 核是什么．

〔3〕写出核反应方程式．

参考答案

1．【试题解析】〔16分〕

〔1〕夯杆自坑底开始匀加速上升，由牛顿第二定律得

ma mg F N =-μ2 〔3分〕

夯杆上升的高度 a

v h 22

1= 〔2分〕 解得h 1=4 m 〔2分〕

〔2〕当夯杆底端到达坑口时，两个滚轮彼此分开，夯杆竖直上抛 g

v h 22

2= 〔2分〕 解得h 2=0.8 m 〔2分〕

因此，夯杆自坑底上升的最大高度H=h+h 2=7.2 m 〔1分〕

〔3〕电动机对夯杆所做的功等于夯杆增加的机械能，即

W=mgH=7.2×104 J 〔4分〕

2．〔18分〕

摆球运动到最高点时，受到重力mg 、库仑力22

L

q K F =、绳的拉力T 作用，依照向心力公式可得：L V m L

q K mg T 2

22=++，〔6分〕 由于0≥T ,因此有：

mL

q K gL V 2

+≥ 〔4分〕 由于摆在运动过程中，只有重力做功，故机械能守恒。据机械能守恒定律得：

2202

1221mV mgL mV +=〔4分〕 解得：mL Kq gL V /52

0+=。〔4分〕

3．〔8分〕【物理—物理3-3】

〔1〕活塞缓慢移动，能够认为活塞在任意状态都处于平稳状态，对活塞受力分析，由平稳条件得，

G S p pS -=0，故封闭气体的压强保持不变。〔4分〕

〔2〕气体体积变大，封闭气体推动活塞对外界作功，==pSh W 25)(0=-h G S p J ；〔2分〕在此过

程中封闭气体吸取了60J 热量，由热力学第一定律知，气体的内能增加了35J 。〔2分〕

4．〔8分〕【物理—物理3-4】

(1)依照题意可知： γ

βγαsin sin sin sin ==n 〔2分〕 ︒='+90γγ，解得βα22sin sin +=n 〔2分〕

(2)当α=90°时，β最小 〔1分〕

26sin sin sin sin90n ='=︒=γβγ ，︒='+90γγ 〔2分〕

解得β=45° 〔1分〕

5．〔8分〕【物理—物理3-5】

(1)设中子的质量为m ，那么氮核的质量为14m ，B 的质量为 11m , C 核的质量为4m

依照动量守恒可得：mv 0=11mv B +3mv C ，代入数值解得v c =3×106m/s 2〔3分〕

(2) 依照带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径公式：R=qB

mv 可得：30

11==B C C C B B C B q v m q v m R R 〔2分〕 因此5

2=B C q q ；又因为q C +q B =7e 解得：q C =2e ，q B =5e ，因此C 核为24He 〔2分〕

(3) 核反应方程式He B n N 4211510147+→+ 〔1分〕