2025版衡水中學(xué)學(xué)案高考物理二輪專題與專項(xiàng)第4部分實(shí)驗(yàn)＋中檔計(jì)算題增分練(四)含答案及解析

實(shí)驗(yàn)＋中檔計(jì)算題增分練(四)1.(2024·青海玉樹模擬)在做“驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖甲所示。(1)需要的測(cè)量?jī)x器或工具有________。A．刻度尺 B．天平(帶砝碼)C．秒表 D．圓規(guī)(2)必須要求的條件是________。A．入射球和被碰球必須質(zhì)量相等B．斜槽軌道末端的切線必須水平C．斜槽軌道應(yīng)盡量光滑以減小誤差D．入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止下滑(3)某次實(shí)驗(yàn)中得出的落點(diǎn)情況如圖乙所示，假設(shè)碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，則入射小球質(zhì)量m1和被碰小球質(zhì)量m2之比為________?！敬鸢浮?1)ABD(2)BD(3)4∶1【解析】(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，若碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，則滿足m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(ON)，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有兩小球質(zhì)量和水平射程；因此應(yīng)用到刻度尺和天平(帶砝碼)，測(cè)量水平射程前，要確定小球的落點(diǎn)，要用到圓規(guī)。不需要測(cè)量時(shí)間，不需要秒表。故選ABD。(2)為了保證入射小球不反彈，所以入射球的質(zhì)量要大于被碰球的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；要保證每次小球都做平拋運(yùn)動(dòng)，則軌道的末端必須水平，故B正確；“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，是通過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律求解碰撞前后的速度的，只要離開軌道后做平拋運(yùn)動(dòng)，對(duì)斜槽是否光滑沒有要求，故C錯(cuò)誤；要保證碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要從同一位置由靜止?jié)L下，故D正確。故選BD。(3)根據(jù)m1eq\x\to(OP)＝m1eq\x\to(OM)＋m2eq\x\to(O′N)得eq\f(m1,m2)＝eq\f(\x\to(O′N),\x\to(OP)－\x\to(OM))＝eq\f(41.1－1.1,25.5－15.5)＝eq\f(4,1)。2.(2024·廣東廣州模擬)半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器是一種常用的傳感器，其阻值會(huì)隨壓力變化而改變。某實(shí)驗(yàn)小組想測(cè)量某一薄膜壓力傳感器在不同壓力下的阻值RN，其阻值約幾十千歐，現(xiàn)有以下器材；壓力傳感器；電源：電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)；電流表A：量程250μA，內(nèi)阻為50Ω；電壓表V：量程3V，內(nèi)阻約為20kΩ；滑動(dòng)變阻器R1：阻值范圍0～100Ω；滑動(dòng)變阻器R2，阻值范圍0～20kΩ；開關(guān)S；導(dǎo)線若干(1)為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)該選以下________電路圖進(jìn)行測(cè)量，其中，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________(填元器件符號(hào))，使用該電路得到的測(cè)量值________(選填“大于”“小于”或者“等于”)真實(shí)值；(2)通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)得其阻值RN隨壓力F變化的關(guān)系圖像如圖甲所示，該學(xué)習(xí)小組利用該壓力傳感器設(shè)計(jì)了如圖乙所示的自動(dòng)分揀裝置，可以將質(zhì)量大于0.5kg的物體和小于0.5kg的物體進(jìn)行分揀，圖中RN為壓力傳感器，R′為滑動(dòng)變阻器，電源電動(dòng)勢(shì)為6V(內(nèi)阻不計(jì))。分揀時(shí)質(zhì)量不同的物體通過(guò)傳送帶運(yùn)送到托盤上，OB為一個(gè)可繞O轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿，下端有彈簧，當(dāng)控制電路兩端電壓≥2V時(shí)，杠桿OB水平，物體水平進(jìn)入通道1；當(dāng)控制電路兩端電壓<2V時(shí)，控制電路控制杠桿的B端下移，物體下滑進(jìn)入通道2，從而實(shí)現(xiàn)分揀功能。根據(jù)以上原理可知，R′接入電路的阻值為________kΩ(重力加速度大小取10m/s2，結(jié)果保留2位有效數(shù)字)，質(zhì)量為0.4kg的物體將進(jìn)入________(選填“通道1”或“通道2”)。【答案】(1)CR1大于(2)9.0通道2【解析】(1)滑動(dòng)變阻器應(yīng)便于調(diào)節(jié)，故選擇R1，題中待測(cè)電阻是大電阻，且其電阻值遠(yuǎn)大于滑動(dòng)變阻器最大阻值，故電路應(yīng)為分壓，內(nèi)接。故選C。由歐姆定律可知RN＝eq\f(U,I)。電路中因?yàn)殡娏鞅矸謮?，?dǎo)致電壓表讀數(shù)大于RN兩端電壓，故RN測(cè)量值大于真實(shí)值。(2)質(zhì)量為0.5kg的物體對(duì)RN的壓力為F＝mg＝5N，由圖甲可知，此時(shí)RN＝18.0kΩ，由閉合電路的歐姆定律E＝U＋I(xiàn)RN且R′＝eq\f(U,I)，聯(lián)立解得R′＝9.0kΩ，由圖甲可知，壓力變小，RN阻值變大，故電路中電流變小，R′兩端電壓變小，小于2V，故物體進(jìn)入通道2。3.(2024·山東青島三模)如圖是一款杯蓋上帶吸管的透明塑料水杯，在溫度恒為27℃的室內(nèi)，向杯內(nèi)注入開水并迅速蓋上杯蓋，吸管上端封閉，杯蓋與杯身間有縫隙，發(fā)現(xiàn)吸管下端有氣泡溢出。當(dāng)水與吸管內(nèi)氣體溫度降為97℃時(shí)，吸管下端不再有氣泡溢出，水面距離吸管上端為2cm，吸管總長(zhǎng)為22cm。已知外界大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，吸管內(nèi)氣體可視為理想氣體，重力加速度g＝10m/s2。(1)求從吸管內(nèi)溢出氣體的質(zhì)量與吸管內(nèi)初始?xì)怏w質(zhì)量的比值；(2)將水杯拿到室外，靜置一段時(shí)間后，將杯蓋豎直緩慢拿出，吸管最下端有一段4cm高的水柱，求此時(shí)室外溫度。【答案】(1)0.173(2)22.6℃【解析】(1)對(duì)吸管內(nèi)氣體，升溫過(guò)程，由理想氣體狀態(tài)方程得eq\f(p0LS,T0)＝eq\f(p1L＋ΔLS,T1)其中p1＝p0＋ρg(L－l)＝1.02×105Pa溢出氣體與初始?xì)怏w質(zhì)量的比值η＝eq\f(ΔL,L＋ΔL)＝eq\f(32,185)≈0.173。(2)杯蓋拿出過(guò)程，對(duì)吸管內(nèi)剩余氣體，有eq\f(p1LS,T1)＝eq\f(p0－ρghL－h(huán)S,T2)解得T2≈295.6K＝22.6℃。4.(2024·廣東惠州期末)在芯片制造過(guò)程中，離子注入是其中一道重要的工序。如圖所示是離子注入簡(jiǎn)化工作原理的示意圖，一粒子源于A處不斷釋放質(zhì)量為m，帶電量為＋q的離子，其初速度視為零，經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后，沿圖中半徑為R1的圓弧形虛線通過(guò)eq\f(1,4)圓弧形靜電分析器(靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻向分布的電場(chǎng))后，從P點(diǎn)沿直徑PQ方向進(jìn)入半徑為R2的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，離子最后垂直打在平行PQ放置且與PQ等高的硅片上，硅片到PQ的距離為eq\r(3)R2，不計(jì)離子重力。求：(1)靜電分析器通道內(nèi)虛線處電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E；(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B；(3)若加速電壓和靜電分析器中電場(chǎng)的大小可以調(diào)節(jié)，離子在靜電分析器中仍沿虛線圓弧運(yùn)動(dòng)，要讓從P點(diǎn)沿直徑PQ方向進(jìn)入圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的離子全部打在硅片上，求加速電壓的變化范圍。(結(jié)果用U表示)【答案】(1)eq\f(2U,R1)(2)eq\f(1,R2)eq\r(\f(2mU,q))(3)eq\f(U,3)≤U′≤3U【解析】(1)離子通過(guò)加速電場(chǎng)，根據(jù)動(dòng)能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2離子經(jīng)過(guò)靜電分析器，電場(chǎng)力提供向心力qE＝eq\f(mv2,R1)解得E＝eq\f(2U,R1)。(2)由幾何知識(shí)可知r＝R2根據(jù)洛倫茲力提供向心力有qvB＝meq\f(v2,r)其中v＝eq\r(\f(2qU,m))解得B＝eq\f(1,R2)eq\r(\f(2mU,q))。(3)要讓離子全部打在硅片上，其臨界狀態(tài)的軌跡如圖所示，設(shè)圓心分別為O3、O4，半徑分別為r1、r2，由幾何關(guān)系可知，O4恰為硅片的最低點(diǎn)，r2＝eq\r(3)R2設(shè)圓心為O3的離子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)