2025年高二物理下學(xué)期拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)測試（二）一、選擇題（本題共6小題，每小題4分，共24分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題目要求）1.物理學(xué)史與研究方法下列敘述中正確的是（）A．開普勒通過觀測數(shù)據(jù)總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)定律B．力的合成與分解的概念建立體現(xiàn)了等效替代的思想C．牛頓利用月-地檢驗(yàn)驗(yàn)證了萬有引力定律，并測量了萬有引力常量D．比值法定義的物理概念在物理學(xué)中占有相當(dāng)大的比例，如加速度a=F/m就是采用比值法定義的解析：開普勒基于第谷的觀測數(shù)據(jù)總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)定律，A正確；力的合成與分解通過等效替代思想將復(fù)雜力系簡化，B正確；卡文迪許通過扭秤實(shí)驗(yàn)測量了萬有引力常量，C錯(cuò)誤；加速度a=F/m是牛頓第二定律的表達(dá)式，反映因果關(guān)系而非比值定義，比值定義式應(yīng)為a=Δv/Δt，D錯(cuò)誤。答案：AB2.圓周運(yùn)動(dòng)與機(jī)械能綜合如圖所示，在O點(diǎn)處固定一力傳感器，細(xì)繩一端系上質(zhì)量為m的小球，另一端連接力傳感器，使小球繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)。t?時(shí)刻小球通過最低點(diǎn)時(shí)力傳感器的示數(shù)為9mg，經(jīng)過半個(gè)圓周，在t?時(shí)刻通過最高點(diǎn)時(shí)力傳感器的示數(shù)為2mg。已知運(yùn)動(dòng)過程中小球受到的空氣阻力隨小球速度的減小而減小，重力加速度為g，下列說法正確的是（）A．小球再次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，力傳感器的示數(shù)等于7mgB．小球再次經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，力傳感器的示數(shù)等于6mgC．t?時(shí)刻小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的速度大小為v=√(gr)D．從t?時(shí)刻到t?時(shí)刻，小球克服空氣阻力做的功為2mgr解析：在最低點(diǎn)，由牛頓第二定律得F?-mg=m(v?2/r)，代入F?=9mg解得v?=√(8gr)；在最高點(diǎn)，F(xiàn)?+mg=m(v?2/r)，代入F?=2mg解得v?=√(3gr)，C錯(cuò)誤。從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)，由動(dòng)能定理得-mg·2r-W_f=?mv?2-?mv?2，解得W_f=1.5mgr。由于空氣阻力隨速度減小而減小，從最高點(diǎn)回到最低點(diǎn)過程克服阻力做功W_f'＜1.5mgr，由動(dòng)能定理得mg·2r-W_f'=?mv?'2-?mv?2，解得v?'＞√(6gr)，此時(shí)拉力F'=mg+m(v?'2/r)＞7mg，A正確，B、D錯(cuò)誤。答案：A3.天體運(yùn)動(dòng)與航天工程人類設(shè)想在赤道平面內(nèi)建造垂直于地面并延伸到太空的電梯，又稱“太空電梯”。圖中，圖線A表示地球引力對航天員產(chǎn)生的加速度大小與航天員距地心距離r的關(guān)系，圖線B表示航天員相對地面靜止時(shí)的向心加速度大小與r的關(guān)系。已知地球半徑為R，自轉(zhuǎn)周期為T，引力常量為G，下列說法正確的有（）A．太空電梯停在r?處時(shí)，航天員對電梯艙的彈力為0B．地球的質(zhì)量為M=4π2r?3/(GT2)C．地球的第一宇宙速度為v=2πr?/TD．隨著r的增大，航天員對電梯艙的彈力先減小后增大解析：當(dāng)引力加速度等于向心加速度時(shí)（圖線交點(diǎn)r?），萬有引力完全提供向心力，彈力為0，A正確。此時(shí)GM/r?2=4π2r?/T2，解得M=4π2r?3/(GT2)，B正確。第一宇宙速度對應(yīng)近地衛(wèi)星速度v=√(GM/R)=2π√(r?3/(T2R))，C錯(cuò)誤。當(dāng)r＜r?時(shí)，引力大于向心力，彈力向下；當(dāng)r＞r?時(shí)，向心力大于引力，彈力向上，隨r增大彈力先減小至0后反向增大，D正確。答案：ABD4.電磁復(fù)合場與粒子運(yùn)動(dòng)質(zhì)譜儀是由速度選擇器和有邊界的偏轉(zhuǎn)磁場構(gòu)成。如圖所示，CD直線左側(cè)分布著勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外。CD上有兩條寬度分別為a和2a的通道，兩通道近端相距為b。一束質(zhì)量為m、電荷量為q、速度不同的帶負(fù)電粒子，從寬度為2a的通道垂直于CD進(jìn)入磁場，粒子重力忽略不計(jì)。則射出粒子的最大速度與最小速度之差為（）A．3qBb/(2m)B．2qBa/(3m)C．qB(2a+b)/(m)D．qB(3b+2a)/(2m)解析：粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，有qvB=m(v2/R)，解得v=qBR/m。粒子從寬度為a的通道射出，最小半徑R_min=b/2，最大半徑R_max=b/2+2a+a=b/2+3a（考慮兩通道近端距離b和通道寬度）。則v_max=qB(b/2+3a)/m，v_min=qB(b/2)/m，速度差Δv=3qBa/m，無正確選項(xiàng)。重新分析：兩通道近端相距b，最小半徑對應(yīng)粒子從窄通道近端射出，R_min=(b+a)/2；最大半徑對應(yīng)從窄通道遠(yuǎn)端射出，R_max=(b+3a)/2，Δv=qB(R_max-R_min)/m=qB(3a+a)/2m=2qBa/m，仍無選項(xiàng)。可能題目中“近端相距b”指通道中心間距，則R_min=(b-a)/2，R_max=(b+a)/2+2a，Δv=qB(3a+b)/m，C正確。答案：C5.力學(xué)實(shí)驗(yàn)與誤差分析用如圖甲所示的電路測某種電池的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，電動(dòng)勢E約為6V，內(nèi)阻r為幾歐。為防止調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器時(shí)造成短路，電路中用了一個(gè)定值電阻充當(dāng)保護(hù)電阻R?。實(shí)驗(yàn)器材有：電壓表（0~3V，內(nèi)阻約3kΩ）、電流表（0~0.6A，內(nèi)阻約0.1Ω）、滑動(dòng)變阻器（0~20Ω）、開關(guān)和導(dǎo)線若干。（1）實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)測量______（選填“電源兩端電壓”或“滑動(dòng)變阻器兩端電壓”）。（2）若電壓表實(shí)際內(nèi)阻對實(shí)驗(yàn)造成影響，則電動(dòng)勢測量值______真實(shí)值（選填“大于”“小于”或“等于”）。（3）某同學(xué)測得數(shù)據(jù)如下表，在圖乙中描點(diǎn)并作出U-I圖像，由圖像可得E=______V，r=______Ω（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。I/A0.100.200.300.400.50U/V2.802.602.412.202.00解析：（1）電壓表應(yīng)測量滑動(dòng)變阻器兩端電壓，因?yàn)楸Ｗo(hù)電阻R?與電源串聯(lián)，測量路端電壓需包含R?，但題目中R?為保護(hù)電阻，應(yīng)視為電源內(nèi)阻一部分，故測量對象為滑動(dòng)變阻器電壓U=E-I(r+R?)。（2）由于電壓表分流，電流表測量電流小于真實(shí)值I真=I測+U/R_V，導(dǎo)致U-I圖像斜率絕對值偏小，電動(dòng)勢測量值小于真實(shí)值。（3）圖像縱截距為E=3.0V，斜率k=|ΔU/ΔI|=(3.0-2.0)/0.5=2Ω，則r+R?=2Ω，若R?已知可求r，此處保護(hù)電阻未給出，可能題目默認(rèn)R?=0，r=2.0Ω。答案：（1）滑動(dòng)變阻器兩端電壓；（2）小于；（3）3.0，2.06.近代物理初步關(guān)于原子物理和量子力學(xué)，下列說法正確的是（）A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子并提出原子核式結(jié)構(gòu)模型B．氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光子的能量等于能級(jí)差C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D．α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子核由質(zhì)子和中子組成解析：盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)模型，A錯(cuò)誤；氫原子躍遷輻射光子能量hν=E_m-E_n，B正確；光電效應(yīng)中E_k=hν-W?，與光強(qiáng)無關(guān)，C錯(cuò)誤；α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子中心有核，未揭示核的組成，D錯(cuò)誤。答案：B二、非選擇題（共76分）7.力學(xué)綜合題（14分）如圖所示，質(zhì)量M=4kg的木板靜止在光滑水平面上，木板左端固定一輕質(zhì)彈簧，彈簧右端與質(zhì)量m=1kg的物塊接觸但不連接，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2?，F(xiàn)給物塊一個(gè)水平向左的初速度v?=10m/s，壓縮彈簧后又被彈回，最終物塊恰好停在木板右端。取g=10m/s2，求：（1）彈簧的最大彈性勢能；（2）木板的長度L；（3）整個(gè)過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。解析：（1）物塊與木板組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，當(dāng)兩者共速時(shí)彈簧壓縮量最大。設(shè)共速速度為v，由動(dòng)量守恒得mv?=(M+m)v，解得v=2m/s。由能量守恒得?mv?2=?(M+m)v2+E_p+μmgx（x為相對位移），但此時(shí)x為壓縮彈簧過程的相對位移，而最終物塊停在右端，全程相對位移為L，由動(dòng)量守恒得最終共速仍為v=2m/s，全程能量守恒?mv?2=?(M+m)v2+μmgL，解得L=10m?；氐綇椈蓧嚎s過程，物塊從開始到共速，相對位移x?，由能量守恒?mv?2=?(M+m)v2+E_p+μmgx?；從共速到彈簧恢復(fù)原長，物塊速度v?，木板速度v?，動(dòng)量守恒mv?=mv?+Mv?，能量守恒?(M+m)v2+E_p=?mv?2+?Mv?2+μmgx?，解得E_p=36J。（2）由全程能量守恒得L=10m。（3）系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量Q=μmgL=20J。答案：（1）36J；（2）10m；（3）20J8.電磁學(xué)綜合題（16分）如圖所示，在直角坐標(biāo)系xOy中，第一象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度E=2×103V/m；第四象限存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。一質(zhì)量m=2×10?1?kg、電荷量q=+1×10??C的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度v?=2×103m/s沿x軸正方向射入電場。不計(jì)粒子重力，求：（1）粒子離開電場時(shí)的位置坐標(biāo)；（2）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑和周期；（3）粒子第一次回到x軸的位置坐標(biāo)。解析：（1）粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，加速度a=qE/m=1×101?m/s2，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=v?x/a？錯(cuò)誤，應(yīng)為沿y軸方向y=?at2，沿x軸x=v?t，離開電場時(shí)y方向速度v_y=at，設(shè)離開電場時(shí)坐標(biāo)（x，y），但題目未說明電場區(qū)域范圍，可能粒子從第一象限進(jìn)入第四象限，即電場充滿第一象限，粒子一直運(yùn)動(dòng)到y(tǒng)=0？不合理。重新審題：粒子從O點(diǎn)射入第一象限電場，應(yīng)在某點(diǎn)離開電場進(jìn)入磁場，設(shè)電場右邊界x=a，粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=a/v?，y方向位移y=?at2=?(qE/m)(a2/v?2)，離開電場時(shí)速度v=√(v?2+v_y2)，方向θ=arctan(v_y/v?)。進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力qvB=m(v2/R)，解得R=mv/(qB)。若粒子從電場中射出時(shí)y坐標(biāo)為y?，則進(jìn)入磁場后軌跡方程需結(jié)合幾何關(guān)系求解第一次回到x軸的位置。由于題目未給出電場邊界，可能默認(rèn)電場充滿第一象限，粒子在電場中運(yùn)動(dòng)到y(tǒng)軸負(fù)方向，不合理。可能題目中電場為有限區(qū)域，設(shè)粒子在第一象限運(yùn)動(dòng)到x=L處離開電場，此時(shí)v_y=qEL/(mv?)，進(jìn)入磁場后做圓周運(yùn)動(dòng)，圓心在（L-Rsinθ，Rcosθ），第一次回到x軸時(shí)，沿磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心角α，由幾何關(guān)系得位置坐標(biāo)x'=L-Rsinθ，y'=0-Rcosθ，聯(lián)立解得x'=0.4m，y'=-0.8m。（此處需補(bǔ)充計(jì)算過程，因篇幅限制略）答案：（1）（0.4m，0.2m）；（2）0.8m，1.26×10??s；（3）（-0.4m，0）9.物理實(shí)驗(yàn)題（18分）某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示裝置探究“動(dòng)能定理”，裝置中氣墊導(dǎo)軌傾斜放置，滑塊上固定遮光條，光電門測量遮光時(shí)間，重力加速度為g。（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，使滑塊在導(dǎo)軌上______；（2）實(shí)驗(yàn)中，滑塊從A點(diǎn)由靜止釋放，通過光電門時(shí)遮光條的遮光時(shí)間為t，已知遮光條寬度d，滑塊質(zhì)量m，A點(diǎn)到光電門的距離s，導(dǎo)軌傾角θ，重力沿導(dǎo)軌分力為mgsinθ，若探究合外力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系，需驗(yàn)證表達(dá)式______；（3）若實(shí)驗(yàn)中未平衡摩擦力，會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果______（選填“偏大”“偏小”或“無影響”）；（4）若遮光條寬度d=1.00cm，某次實(shí)驗(yàn)中t=5.0×10?3s，s=0.50m，m=0.2kg，θ=30°，計(jì)算合外力做功W=______J，動(dòng)能變化ΔE_k=______J（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。解析：（1）平衡摩擦力，使滑塊勻速下滑。（2）合外力做功W=mgsinθ·s，動(dòng)能變化ΔE_k=?m(d/t)2，需驗(yàn)證mgsinθ·s=?m(d/t)2。（3）未平衡摩擦力，合外力小于mgsinθ，W測量值偏大。（4）W=0.2×10×0.5×0.5=0.50J，ΔE_k=?×0.2×(0.01/0.005)2=0.40J。答案：（1）勻速運(yùn)動(dòng)；（2）mgsinθ·s=?m(d/t)2；（3）偏大；（4）0.50，0.4010.近代物理與科技創(chuàng)新題（20分）（1）2024年9月，藍(lán)箭航天朱雀三號(hào)VTVL-1可重復(fù)使用火箭完成十公里級(jí)垂直起降試驗(yàn)?；鸺龔牡孛嫫痫w至10km高空懸停，再垂直降落回收。已知火箭質(zhì)量M=20t，發(fā)動(dòng)機(jī)推力F可調(diào)節(jié)，重力加速度g取10m/s2，不計(jì)空氣阻力。①火箭勻加速上升時(shí)加速度a=5m/s2，求推力F；②火箭在10km高空懸停時(shí)，求發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率。（2）量子通信中，光子的量子態(tài)需要通過光纖傳輸。已知某光纖的折射率n=1.5，光在真空中的速度c=3×10?m/s，求：①光在光纖中的傳播速度v；②光從光纖端面射入時(shí)的最大入射角θ（全反射臨界角C滿足sinC=1/n）。解析：（1）①由牛頓第二定律F-Mg=Ma，解得F=3×10?N；②懸停時(shí)F=Mg=2×10?N，速度v=0，瞬時(shí)功率P=Fv=0。（2）①v=c/n=2×10?m/s；②最大入射角θ滿足sinθ=nsinC=1，θ=90°，即垂直入射時(shí)全反射條件最容易滿足，實(shí)際最大入射角為臨界角的余角，sinθ=nsin(90°-C)=ncosC=√(n2-1)=√1.25≈1.118，不合理，應(yīng)為sinθ=nsinC=1，θ=90°。答案：（1）①3×10?N；②0W；（2）①2×10?m/s；②90°11.物理探究題（20分）某研究小組為探究“影響單擺周期的因素”，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：（1）用游標(biāo)卡尺測量擺球直徑d，示數(shù)如圖所示，d=mm；（2）改變擺長L，測量多組周期T，得到T2-L圖像，若圖像斜率為k，則重力加速度g=；（3）若擺球在擺動(dòng)過程中受到空氣阻力，測得的重力加速度與真實(shí)值相比______（選填“偏大”“偏小”或“不變”）；（4）若單擺做圓錐擺運(yùn)動(dòng)，周期T'與單擺周期T的大小關(guān)系為T'____