物理压轴题及答案

高中物理题答案及解析

1.

【考点】D8：法拉第电磁感应定律；BH：焦耳定律．

【专题】53C：电磁感应与电路结合．

【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律，即可求解感应电动势；

（2）由功率表达式，结合闭合电路欧姆定律，即可；

（3）对线框受力分析，并结合平衡条件，及焦耳定律，从而求得。

【解答】解：（1）由法拉第电磁感应定律有：E=n

得：E=n=2.5V

（2）小灯泡正常发光，有：P=I2R

由闭合电路欧姆定律有：E=I（R0+R）

即有：R

代入数据解得：R=1.25Ω

（3）对线框bc边处于磁场中的部分受力分析如图，当线框恰好要运动时，磁场的磁感应强度大小为B，由力的平衡条件有：

mgsinθ=F安+f=F安+μmgcosθ

F安=nB′I×2r

由上解得线框刚要运动时，磁场的磁感应强度大小为：B′=0.4T

线框在斜面上可保持静止的时间为：t=s

小灯泡产生的热量为：Q=Pt=1.25×=π≈3.2J

答：（1）线框不动时，回路中的感应电动势2.5V；

（2）小灯泡正常发光时的电阻1.25Ω；

（3）线框保持不动的时间内，小灯泡产生的热量3.2J。

【点评】考查法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律的内容，掌握平衡条件的应用，及焦耳定律的公式，注意安培力大小计算。

2．

【考点】CO：霍尔效应及其应用．

【专题】11 ：计算题；32 ：定量思想；43 ：推理法；536：带电粒子在磁场中的运动专题．

【分析】（1）根据左手定则，即可求解；

（2）根据电场力等于洛伦兹力，结合电阻定律，即可求解；

（3）根据闭合电路欧姆定律，与焦耳定律，即可求解。

【解答】解：（1）由左手定则得，N板的电势较高。

（2）当海水中流动的带电离子进入磁场后，将在两板之间形成电势差，当带电离子所受到的电场力F与洛伦兹力f相平衡时达到稳定状态，有：

q=qvB

代入有关数据得电动势为：E=25V。

（3）内阻为：r=ρ

代入数据得：r=0.025Ω

电路中的电流为：I═A=40A．

答：（1）达到稳定状态时，金属N板的电势较高；

（2）该磁流体发电机产生的电动势E为25V；

（3）若用此发电机给一电阻为0.6Ω的航标灯供电，则流过航标灯的电流大小为40A。

【点评】考查左手定则、电阻定律、闭合电路欧姆定律与焦耳定律的应用，注意左手定则与右手定则的区别，分清电阻的长度与宽度。

3．

【考点】99：理想气体的状态方程；4A：向心力．

【专题】11 ：计算题；32 ：定量思想；4C ：方程法；54B：理想气体状态方程专题．

【分析】（1）对封闭气体研究知道气体压强，从而对活塞受力分析，根据合力充当向心力列式计算玻璃管转动的角速度ω；

（2）根据功能关系和热力学第一定律求解玻璃管对活塞做的功。

【解答】解：

Ⅰ、对封闭气体：

初状态：P1=P0，V1=l1S

匀速旋转时，对活塞：，V2=l2S

根据玻意耳定律得到：P1 V1=P2 V2，

解得：

Ⅱ、设玻璃管对活塞做功为W1，封闭气体对活塞做功W2，大气对活塞做功为W3，

根据功能关系得到：，

其中：W3=﹣P0S（l2﹣l1），v=ω l2，W2=Q

解得：

答：Ⅰ、玻璃管转动的角速度ω为；

Ⅱ、若整个过程中气体从外界吸收的热量为Q，玻璃管对活塞做的功为P0S（l2﹣l1）﹣Q。

【点评】此题是热学和力学中功能关系的综合应用，注意选择研究对象，抓住能量守恒要点，难度偏大，易错，平时要多练习。

4．

【考点】99：理想气体的状态方程．

【专题】11 ：计算题；32 ：定量思想；4C ：方程法；54 ：热学、光学和原子物理学；54B：理想气体状态方程专题．

【分析】（1）以封闭气体为研究对象，由理想气体状态方程求出T2；

（2）旋转180°后，设粗管的水银长为xcm，根据几何关系知气体体积和压强，从而根据玻意耳定律列式求解，无解则说明水银有漏出，再设粗管中剩余水银长为lcm，再一次利用玻意耳定律求解。

【解答】解：（1）以封闭气体为研究对象，设水平管的横截面积为S，

P1=75cmHg，V1=80Scm3，T1=300K

p2=80cmHg，V2=90Scm2，T2=？

由理想气体状态方程知=

代入数据解得T2=360K

（2）旋转180°后，设粗管的水银长为xcm，则细管中水银长为（10﹣2x）cm，则p3=（75﹣x）cmHg，V3=[90﹣（10﹣2x）Scm3

由玻意耳定律知p2V2=p3V3

代入数据无解，知水银溢出，设粗管中剩余水银长为lcm，则

p′3=（75﹣l）cmHg，V3=[90+2（8﹣l）]Scm3

由玻意耳定律知p2V2=p′3V′3

解得l=3cm，所以气压p′3=（75﹣l）cmHg=62cmHg

答：（i）现对气体缓慢加热，当温度上升到360K时，水平管中恰好无水银柱。（ii）保持（i）中的温度不变，将玻璃管以水平管为轴缓慢旋转180°，使其开口向下。稳定后封闭部分气体压强为72cmHg。

【点评】此题第一问较为简单，理想气体状态方程的直接应用，第二问需要假设水银无漏出求解，如果无解，再设漏出时的液柱的长度，根据玻意耳定律求解，难度稍大一些。

5．

【考点】IE：爱因斯坦光电效应方程．

【专题】12 ：应用题；22 ：学科综合题；31 ：定性思想；4C ：方程法；54I：光电效应专题．

【分析】（1）根据光电效应方程即可求出金属材料的逸出功W。

（2）光电子被电场加速，由动能定理即可求出电子到达第2倍增极的电子的最大动能；

（3）Ⅰ、根据左手定则判断出磁场的方向，根据几何关系求出轨迹的半径，然后由半径公式求出磁场的大小；

Ⅱ、所有电子周期均相同，圆心角最大的粒子时间越长，由此结合周期公式即可求出。

【解答】解：（1）根据光电效应方程：

所以金属材料的逸出功：W=hv﹣

（2）电子在电场中加速的过程中电场力做功，由动能定理可得到达第2倍增极的电子的最大动能：

（3）（I）由图，从第1倍增极射出的电子向上运动，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向内。

当第1 倍增极某位置出射的电子到达第2 倍增极相应位置时该粒子全部被下一倍增极收集到，如图，根据几何关系有：

得：r=2a

电子在磁场中做匀速圆周运动的过程中的半径：r=，

联立得：B=

（II）关闭光源后仍有光电子到达第2倍增极上表面的时间即所有光电子中到达第2 倍增极的最长时间。

所有电子周期均相同，圆心角最大的粒子时间越长。若电子从第一倍增极M 点出发到达第二倍增极N 点，则MN 为圆周上的一条弦，若圆心角θ越大，则要求R 越大，即当粒子和第二倍增极相切时圆心角最大。

又图中，当R越大，α越大，圆心角θ越大，故在所有轨迹和第二倍增极相切的电子中，半径越大圆心角越大。

综上当粒子以最大速率从第一倍增极最右端出射，刚好与第二倍增极相切时，圆心角最大，如图所示。此时：

，即θ=37°，所以：

t=

又：T=

联立得：t=

答：（1）试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功是hv﹣；

（2）为使更多光电子达到第2倍增极，可在接线柱AB间接入一个电动势为E 的电源，则到达第2倍增极的电子的最大动能是；

（3）若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时，发现速度为v m垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用，试求：（I）磁感强度B的大小是，方向垂直于纸面向里；

（II）关闭光源后时间仍有光电子到达第2倍增极上表面。

【点评】该题以光电效应方程的应用为模型可得多个知识点的应用，解答的难点

是第三问，正确结合几何关系找出粒子运动的半径与恰当的轨迹是关键。

6．

【考点】J4：氢原子的能级公式和跃迁．

【专题】11 ：计算题；32 ：定量思想；43 ：推理法；54N：原子的能级结构专题．

【分析】（1）根据库仑力提供向心力，结合圆周运动周期的公式，再由电流表达式，即可求解；

（2）根据牛顿第二定律，结合动能与电势能表达式，从而确定各轨道的能级，最后由能量守恒定律，即可求解．

【解答】解：（1）设电子绕氢原子核在第1轨道上做圆周运动的周期为T1，形成的等效电流大小为I1，

根据牛顿第二定律有：k=m

E k=mv2=

（2）①设电子在第1轨道上运动的氢原子的能量为：E1=﹣k+k=﹣k

同理，电子在第n轨道运动时氢原子的能量为：E n=﹣k

②电子从第2轨道跃迁到第1轨道释放的能量为：△E=E2﹣E1=

电子在第3轨道时氢原子的能量为：E3==﹣k

设氢原子电离后具有的动能为E k，根据能量守恒有：

E k=E3+△E=k

答：（1）试计算电子绕氢原子核在第1轨道上做匀速圆周运动时的动能为；（2）①电子在第n轨道运动时氢原子的能量E n的表达式为E n=﹣k（用n，

e，r1和k表示）

②氢原子乙电离出的电子的动能为k．

【点评】考查库仑定律，掌握牛顿第二定律的应用，注意原子核的电量与电子电量相等，同时各轨道的能量是解题的关键，还要掌握能量守恒定律的内容．7．

【考点】JA：原子核衰变及半衰期、衰变速度．

【专题】11 ：计算题；32 ：定量思想；43 ：推理法；54O：衰变和半衰期专题．

【分析】（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程。

（2）根据动量守恒定律得出衰变后两粒子的动量大小关系，结合半径公式求出两粒子的半径之比。

（3）根据两粒子的动量关系得出动能的大小关系，抓住释放的能量等于动能之和，结合爱因斯坦质能方程求出衰变过程中的质量亏损。

【解答】解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒知，核反应方程为：

→+。

（2）由动量守恒定律可知，新核与粒子动量相等，P1=P2，

洛伦兹力提供向心力：

解得r=，

可知：，

代入数据解得：。

（3）由动能与动量关系有：，

解得Rn核获得的动能为：，

核反应中释放的核能为：△E=E k+E k′，

由质能方程有：△E=△mc2，

解得：。

答：（1）核反应方程为→+。

（2）Rn核与粒子做圆周运动半径之比为1：43。

（3）衰变过程中的质量亏损为。

【点评】放射性元素放射后，两带电粒子的动量是守恒。正好轨迹的半径公式中也有动量的大小，所以可以研究半径与电荷数的关系。以及知道动量和动能的关系，掌握爱因斯坦质能方程，并能灵活运用。

8．

【考点】CO：霍尔效应及其应用；A6：电场强度．

【专题】11 ：计算题；31 ：定性思想；43 ：推理法；53C：电磁感应与电路结合．

【分析】依据电场强度公式E=，即可求解；

根据电场力与洛伦兹力平衡，结合流量公式，即可求解；

依据电阻定律，及欧姆定律，即可求解。

【解答】解：（1）依据电场强度公式E=，

而d=b，

解得：E=

方向垂直纸面向外（由后侧面指向前侧面）；

（2）根据电场力与洛伦兹力平衡，则有：qE=qvB，

而污水的流量Q=VS

解得：Q=

（3）根据电阻定律，r=

且

U1=

答：（1）该装置内电场的场强的大小和方向垂直纸面向外；

（2）污水的流量Q（单位时间内排出的污水体积）是；

（3）若从两个电极引出两条导线，导线间接一阻值为R的电阻时理想电压表的示数为。

【点评】考查电场强度公式，及电阻定律的内容，知道最终稳定时，电荷受洛伦兹力和电场力平衡，注意电场强度的方向判定。

9．

【考点】GB：传感器在生产、生活中的应用；BB：闭合电路的欧姆定律．

【专题】12 ：应用题；22 ：学科综合题；31 ：定性思想；4C ：方程法；535：恒定电流专题．

【分析】（1）托盘上未放物体时，与P1相连的金属细杆受向下的托盘的重力与弹簧弹力的作用处于平衡状态，由F=kx及平衡条件可以求出P1距A端的距离；（2）托盘上放有质量为m的物体时，与P1相连的金属细杆受向下的托盘的重力和物体的重力与弹簧弹力的作用处于平衡状态，由F=kx及平衡条件可以求出P1距A端的距离；

（3）经校准零点后，U是指P1、P2之间电阻的电压；在托盘上放有质量为m的物体时，P1、P2之间的电阻是由物体重力和弹簧弹力作用产生，根据F=kx及平衡条件求出两者的距离，根据题意得出两者的电阻，利用欧姆定律求出电路中的电流和电压表的示数．

【解答】解：（1）由力的平衡知识

m0g=kx1

解得：﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①

（2）受力分析如图所示

kx2=m0g+mg

得：﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②

（3）由电学公式

E=IR﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③

U=IR x﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④

﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑤

据题意有：x=x2﹣x1﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑥

由①、②、⑥式得：﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑦

由③、④、⑤、⑦式得：

答：（1）托盘上未放物体时，在托盘自身重力的作用下，P1离A的距离x1为．（2）托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2．

（3）在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，则物体质量m与P1、P2间的电压的函数关系式为．

【点评】本题考查了某种电子秤的原理，涉及到受力分析、平衡条件的和欧姆定律的应用，看懂电路图是关键．

10

【考点】GB：传感器在生产、生活中的应用．

【专题】12 ：应用题；22 ：学科综合题；31 ：定性思想；4C ：方程法；535：恒定电流专题．

【分析】由图可知电容器的构造，再由平行板电容器的决定式以及电量与电流的关系公式进行分析即可．

【解答】解：由图可知，液体与瓶的外壁涂的导电涂层构成了电容器，由图可知，两板间距离不变；液面高度变化时只有正对面积发生变化；则由C=①可知，当液面升高时，正对面积S增大，则电容增大，当液面降低时，正对面积S减小，

则电容减小．

由于电流从下向上流过电流计，可知该时间内电容器上的电荷量减小，依据C=，由于电势差不变，那么电容的电量减小；瓶内液面降低．

t时间内减少的电量：q=It ②

由：C=可得：q=U?△C ③

液面的高度为h时的正对面积：s=2πr?h ④

联立①②③④得：△h=

答：瓶内液面降低了，降低了．

【点评】本题考查平行板电容器在生产生活中的应用，注意由题意找出我们常见的模型再进行分析．