年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試?yán)砭C物理解析

絕密★啟用前2022年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試（北京卷）理科綜合能力測(cè)試第I卷（選擇題共120分） 本卷共20小題，第小題6分，共120分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，選出符合題目要求的一項(xiàng)。13.屬于狹義相對(duì)論基本假設(shè)的是：在不同參考系中，A.真空中光速不變B.時(shí)間間隔具有相對(duì)性C.物體的質(zhì)量不變D.物體的能量與質(zhì)量成正比【答案】A【解析】狹義相對(duì)論兩個(gè)基本假設(shè)：相對(duì)性原理、光速不變?cè)?。光速不變?cè)恚赫婵罩械墓馑賑是對(duì)任何慣性參照系都適用的普適常量．A正確。14.對(duì)于紅、黃、綠、藍(lán)四種單色光，下列表述正確的是A.在相同介質(zhì)中，綠光的折射率最大 B.紅光的頻率最高C.在相同介質(zhì)中，藍(lán)光的波長(zhǎng)最短 D.黃光光子的能量最小【答案】C【解析】紅、黃、綠、藍(lán)四種單色光的頻率依次增大，光從真空進(jìn)入介質(zhì)頻率不變，B錯(cuò)。由色散現(xiàn)象同一介質(zhì)對(duì)頻率大的光有大的折射率，A錯(cuò)。頻率大的光在真空中和介質(zhì)中的波長(zhǎng)都小，藍(lán)光的波長(zhǎng)最短，C正確。頻率大，光子能量大，D錯(cuò)。15.太陽(yáng)因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少。太陽(yáng)每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量最接近A.1036kg B.1018kg【答案】D【解析】根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，，選項(xiàng)D正確16.一物體靜置在平均密度為的球形天體表面的赤道上。已知萬(wàn)有引力常量為G，若由于天體自轉(zhuǎn)使物體對(duì)天體表面壓力恰好為零，則天體自轉(zhuǎn)周期為A. B. C. D.【答案】D【解析】球形天體表面的赤道上，物體對(duì)天體表面壓力恰好為零，說(shuō)明天體對(duì)物體的萬(wàn)有引力恰好等于物體隨天體運(yùn)動(dòng)所需的向心力，有，解得：。正確選項(xiàng)為D。17.一列橫波沿x軸正向傳播，a、b、c、d為介質(zhì)中沿波傳播方向上四個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置。某時(shí)刻的波形如圖1所示，此后，若經(jīng)過(guò)3/4周期開始計(jì)時(shí)，則圖2描述的是處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象 處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象 處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)圖象【答案】B【解析】由波的圖像經(jīng)過(guò)3/4周期a到達(dá)波谷，b達(dá)到平衡位置向下運(yùn)動(dòng)，c達(dá)到波峰，d達(dá)到平衡位置向上運(yùn)動(dòng)，這四個(gè)質(zhì)點(diǎn)在3/4周期開始計(jì)時(shí)時(shí)刻的狀態(tài)只有b符合振動(dòng)圖像。選項(xiàng)B正確。18.用控制變量法，可以研究影響平行板電容器電容的因素（如圖）。設(shè)兩極板正對(duì)面積為S，極板間的距離為d,靜電計(jì)指針偏角為θ。實(shí)驗(yàn)中，極板所帶電荷量不變，若 A.保持S不變，增大d,則θ變大 B.保持S不變，增大d,則θ變小 C.保持d不變，減小S,則θ變小 D.保持d不變，減小S,則θ不變【答案】A【解析】由平行板電容器及，保持S不變，增大d，電容C減小，電荷量Q不變，電勢(shì)差U增大，靜電計(jì)指針偏角θ增大。保持d不變，減小S，電容C減小，電荷量Q不變，電勢(shì)差U增大，靜電計(jì)指針偏角θ增大。正確選項(xiàng)A。19.在如圖所示的電路中，兩個(gè)相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈L和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R。閉合開關(guān)S后，調(diào)整R，使L1和L2發(fā)光的亮度一樣，此時(shí)流過(guò)兩個(gè)燈泡的電流均為I。然后，斷開S。若t′時(shí)刻再閉合S，則在t′前后的一小段時(shí)間內(nèi)，正確反映流過(guò)L1的電流i1、流過(guò)L2的電流i2隨時(shí)間t變化的圖像是【答案】B【解析】由電路實(shí)物圖可得，與滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)的L2，沒(méi)有自感直接變亮，電流i2變化圖像如A中圖線。C、D錯(cuò)誤。帶鐵芯的電感線圈串聯(lián)的L1，由于自感強(qiáng)電流逐漸變大，B正確。20．如圖，若x軸表示時(shí)間，y軸表示位置，則該圖像反映了某質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，位置與時(shí)間的關(guān)系。若令x軸和y軸分別表示其它的物理量，則該圖像又可以反映在某種情況下，相應(yīng)的物理量之間的關(guān)系。下列說(shuō)法中正確的是A.若x軸表示時(shí)間,y軸表示功能，則該圖像可以反映某物體受恒定合外力作用做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體動(dòng)能與時(shí)間的關(guān)系B.若x軸表示頻率，y軸表示動(dòng)能，則該圖像可以反映光電效應(yīng)中，光電子最大初動(dòng)能與入射光頻率之間的關(guān)系C.若x軸表示時(shí)間，y軸表示動(dòng)量，則該圖像可以反映某物在沿運(yùn)動(dòng)方向的恒定合外力作用下，物體動(dòng)量與時(shí)間的關(guān)系D.若x軸表示時(shí)間，y軸表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則該圖像可以反映靜置于磁場(chǎng)中的某閉合回路，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大時(shí)，增長(zhǎng)合回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系【答案】C【解析】根據(jù)動(dòng)量定理P－P0=Ft得P=P0+Ft說(shuō)明動(dòng)量和時(shí)間是線性關(guān)系，縱截距為初動(dòng)量，C正確。結(jié)合得，說(shuō)明動(dòng)能和時(shí)間是拋物線，A錯(cuò)誤。根據(jù)光電效應(yīng)方程，說(shuō)明最大初動(dòng)能和入射光頻率是線性關(guān)系，但截距為負(fù)值，B錯(cuò)誤。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大時(shí)，增長(zhǎng)合回路的磁通量均勻增大，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律增長(zhǎng)合回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁通量的變化率，是一個(gè)定值不隨時(shí)間變化，D錯(cuò)誤。第Ⅱ卷（非選擇題，共180分） 本卷共11小題，共180分。21.(18分)(1)甲同學(xué)要把一個(gè)量程為200μA的直流電流計(jì)eq\o\ac(○,G)，改裝成量范圍是0~4V的直流電壓表。①她按圖1所示電路、用半偏法測(cè)定電流計(jì)eq\o\ac(○,G)的內(nèi)電阻rg，其中電阻R0約為1k。為使rg的測(cè)量值盡量準(zhǔn)確，在以下器材中，電源E應(yīng)選用，電阻器R1應(yīng)選用，電阻器R2應(yīng)選用（選填器材前的字母）。 A.電源（電動(dòng)勢(shì)） B.電源（電動(dòng)勢(shì)6V） C.電阻箱(0~ D.滑動(dòng)變阻器(0~500) E.電位器（一種可變電阻，與滑動(dòng)變阻器相當(dāng)）(0~ F.電位器（0~51k）②該同學(xué)在開關(guān)斷開情況下，檢查電路連接無(wú)誤后，將R2的阻值調(diào)至最大。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作步驟依次是：,,,,最后記錄R1的阻值并整理好器材。（請(qǐng)按合理的實(shí)驗(yàn)順序，選填下列步驟前的字母） A.閉合S1 B.閉合S2 C.調(diào)節(jié)R2的阻值，使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度 D.調(diào)節(jié)R2的阻值，使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半 E.調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度的一半 F.調(diào)節(jié)R1的阻值，使電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)到滿刻度③如果所得的R1的阻值為，則圖1中被測(cè)電流計(jì)eq\o\ac(○,G)的內(nèi)阻rg的測(cè)量值為，該測(cè)量值實(shí)際值（選填“略大于”、“略小于”或“等于”）。④給電流計(jì)eq\o\ac(○,G)聯(lián)（選填“串”或“并”）一個(gè)阻值為k的電阻，就可以將該電流計(jì)eq\o\ac(○,G)改裝為量程4V的電壓表?！敬鸢浮竣貰CF②BCAE③300略小于④串【解析】①半偏法測(cè)量表頭內(nèi)阻時(shí)，首先選擇滑動(dòng)變阻器（必須大于電路所需的最小電阻），根據(jù)電路的電壓為電動(dòng)勢(shì)，電路的最大電流為表頭的滿偏電流，則最小電阻為，或，考慮到保護(hù)電阻1kΩ，則可知調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使表頭滿偏時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值分別接近29kΩ或Ω，電路圖中R2是滑動(dòng)變阻器，不能選D和E，只能選F。表頭滿偏時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值越大，實(shí)驗(yàn)的誤差越小。所以電源選擇電動(dòng)勢(shì)為6V的B，而且滑動(dòng)變阻器F的阻值也滿足調(diào)節(jié)所需。而R1是用來(lái)測(cè)量表頭內(nèi)阻的電阻箱，只能選C。②實(shí)驗(yàn)步驟：第一步閉合S2，選B；第二步調(diào)節(jié)R2阻值使電流計(jì)滿偏，選C；第三步閉合S1，選A；第四步調(diào)節(jié)R1阻值使電流計(jì)半偏，選E；第五步讀出R1阻值為待測(cè)表頭的內(nèi)阻。③R1的示數(shù)為待測(cè)表頭的內(nèi)阻是Ω，閉合S1后，電路的總電阻減小，當(dāng)表頭半偏時(shí)干路上的電流就大于表頭的滿偏電流，流過(guò)電阻箱的電流就大于表頭的滿偏電流，所以電阻箱的阻值略小于表頭的內(nèi)阻。④給表頭串聯(lián)一個(gè)電阻可以改裝為電壓表，改裝后的電壓表的內(nèi)阻為=×104Ω=20kΩ，則串聯(lián)電阻的大小為20kΩ－300Ω=Ω。(2)乙同學(xué)要將另一個(gè)電流計(jì)eq\o\ac(○,G)改裝成直流電壓表，但他僅借到一塊標(biāo)準(zhǔn)電壓表eq\o\ac(○,V0)、一個(gè)電池組E、一個(gè)滑動(dòng)變阻器R′和幾個(gè)待用的阻值準(zhǔn)確的定值電阻。①該同學(xué)從上述具體條件出發(fā)，先將待改裝的表eq\o\ac(○,G)直接與一個(gè)定值電阻R相連接，組成一個(gè)電壓表；然后用標(biāo)準(zhǔn)電壓表eq\o\ac(○,V0)校準(zhǔn)。請(qǐng)你畫完圖2方框中的校準(zhǔn)電路圖。②實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)定值電阻R選用時(shí)，調(diào)整滑動(dòng)變阻器R′的阻值，電壓表eq\o\ac(○,V0)的示數(shù)是時(shí)，表eq\o\ac(○,G)的指針恰好指到滿量程的五分之二；當(dāng)R選用時(shí)，調(diào)整R′的阻值，電壓表eq\o\ac(○,V0)的示數(shù)是，表eq\o\ac(○,G)的指針又指到滿量程的五分之二。由此可以判定，表eq\o\ac(○,G)的內(nèi)阻rg是k，滿偏電流Ig是mA。若要將表eq\o\ac(○,G)改裝為量程是15V的電壓表，應(yīng)配備一個(gè)k的電阻?！敬鸢浮竣偃鐖D②【解析】①本實(shí)驗(yàn)是對(duì)改裝電壓表進(jìn)行校準(zhǔn)的，將改裝電壓表和標(biāo)準(zhǔn)電壓表并聯(lián)后要求電壓從0至滿偏變化，所以滑動(dòng)變阻器采用分壓接法，電路連接如圖②表頭的刻度均勻，當(dāng)指針恰好指到滿量程的五分之二時(shí)，流過(guò)電流表的電流為，根據(jù)歐姆定律分別有和，解得：rg=kΩ，Ig=。量程為15V的改裝電壓表的內(nèi)阻，所以改裝時(shí)串聯(lián)的電阻是30kΩ－kΩ=27kΩ。22.（16分）如圖，跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過(guò)一段加速滑行后從O點(diǎn)水平飛出，經(jīng)過(guò)s落到斜坡上的A點(diǎn)。已知O點(diǎn)是斜坡的起點(diǎn)，斜坡與水平面的夾角＝37°，運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量m＝50kg。不計(jì)空氣阻力。（取sin37°＝，cos37°＝;g取10m/s2）求 （1）A點(diǎn)與O點(diǎn)的距離L; （2）運(yùn)動(dòng)員離開O點(diǎn)時(shí)的速度大小; （3）運(yùn)動(dòng)員落到A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能?！敬鸢浮浚?）75m（2）20m/s（3）32500J【解析】（1）運(yùn)動(dòng)員在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，有A點(diǎn)與O點(diǎn)的距離（2）設(shè)運(yùn)動(dòng)員離開O點(diǎn)的速度為v0，運(yùn)動(dòng)員在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即解得：（3）由機(jī)械能守恒，取A點(diǎn)為重力勢(shì)能零點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員落到A點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為23.（18分）利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域。如圖1，將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場(chǎng)B中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面a、b間通以電流I時(shí)，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是c、f間建立起電場(chǎng)EH，同時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差UH。當(dāng)電荷所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力處處相等時(shí)，EH和UH達(dá)到穩(wěn)定值，UH的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間滿足關(guān)系式UH＝RH，其中比例系數(shù)RH稱為霍爾系數(shù)，僅與材料性質(zhì)有關(guān)。（1）設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度（c、f間距）為l，請(qǐng)寫出UH和EH的關(guān)系式;若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，請(qǐng)判斷圖1中c、f哪端的電勢(shì)高;（2）已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為n，電子的電荷量為e，請(qǐng)導(dǎo)出霍爾系數(shù)RH的表達(dá)式。（通過(guò)橫截面積S的電流I＝nevS，其中v是導(dǎo)電電子定向移動(dòng)的平均速率）;（3）圖2是霍爾測(cè)速儀的示意圖，將非磁性圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上，圓盤的周邊等距離地嵌裝著m個(gè)永磁體，相鄰永磁體的極性相反。霍爾元件置于被測(cè)圓盤的邊緣附近。當(dāng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍爾元件輸出的電壓脈沖信號(hào)圖像如圖3所示。 a.若在時(shí)間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，請(qǐng)導(dǎo)出圓盤轉(zhuǎn)速N的表達(dá)式。b.利用霍爾測(cè)速儀可以測(cè)量汽車行駛的里程。除此之外，請(qǐng)你展開“智慧的翅膀”，提出另一個(gè)實(shí)例或設(shè)想。【答案】（1）c端電勢(shì)高（2）提出的實(shí)例或設(shè)想合理即可【解析】（1）c端電勢(shì)高（2）由UH＝RH①得：②當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力相等時(shí)得：③又I＝nevS④將③、④代入②得：（3）a.由于在時(shí)間t內(nèi)，霍爾元件輸出的脈沖數(shù)目為P，則圓盤轉(zhuǎn)速為b.提出的實(shí)例或設(shè)想合理即可24.（20分）雨滴在穿過(guò)云層的過(guò)程中，不斷與漂浮在云層中的小水珠相遇并結(jié)合為一體，其質(zhì)量逐漸增大?，F(xiàn)將上述過(guò)程簡(jiǎn)化為沿豎直方向的一系列碰撞。已知雨滴的初始質(zhì)量為m0，初速度為v0，下降距離l后與靜止的小水珠碰撞且合并，質(zhì)量變?yōu)閙1。此后每經(jīng)過(guò)同樣的距離l后，雨滴均與靜止的小水珠碰撞且合并，質(zhì)量依次變?yōu)閙2、m3……mn……（設(shè)各質(zhì)量為已知量）。不計(jì)空氣阻力。 （1）若不計(jì)重力，求第n次碰撞后雨滴的速度vn′； （2）若考慮重力的影響， a.求第1次碰撞前、后雨滴的速度v1和vn′； b.求第n次碰撞后雨滴的動(dòng)能；【答案】（1）（2）【解析】（1）