高中物理第十七章波粒二象性章末分层突破学案选修3_5

第十七章波粒二象性

[自我校对]

①hν

②

h λ

③hν－W0

④截止

⑤遏止

⑥饱和

⑦瞬时

⑧ΔxΔp

光电效应规律及其应用

算．求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系．

1．决定关系及联系

2．“光电子的动能”可以是介于0～E km的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大．

3．光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应．4．入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)．

如图17-1所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器等几部分组成．当用绿光照射图中光电管阴极K时，可发生光电效应，则以下说法中正确的是 ( )

图17-1

A．增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大

B．增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大

C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流

D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流

E．改用比绿光频率小的光照射光电管阴极K时，电路可能有光电流

【解析】光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项A错误；增大绿光的照射强度，单位时间

内入射的光子数增多，所以光电流增大，选项B正确；改用比绿光波长更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，故选项C错误，E正确；若改用频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应，故选项D正确．

【答案】BDE

1某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变，光子能量不变.

2光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，与光的强度无关.

光的波粒二象性的进一步理解

1.

都企图用一种观点去说明光的各种“行为”，这是由于传统观念的影响，这些传统观念是人们观察周围的宏观物体形成的．

2．波动性和粒子性在宏观现象中是相互对立的、矛盾的，但对于光子这样的微观粒子却只有从波粒二象性的角度出发，才能统一说明光的各种“行为”．

3．光子说并不否认光的电磁说，按光子说，光子的能量ε＝hν，其中ν表示光的频率，即表示了波的特征，而且从光子说或电磁说推导电子的动量都得到一致的结论．可见，光的确具有波动性，也具有粒子性．

从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )

A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性

B．光的频率越高，光子的能量越大

C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方

D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方

E．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子到达概率小的地方

【解析】一个光子谈不上波动性，A错误；暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误E正确；光的频率越高，光子的能量E＝hν越大，在光的干涉现象中，光子到达的概率大小决定光屏上出现明、暗条纹，故B、D选项正确．

【答案】BDE

(教师用书独具)

1．(2020·郑州一中检测)以下说法中正确的是( )

A．光波和物质波都是概率波

B．实物粒子不具有波动性

C ．实物粒子也具有波动性，只是不明显

D ．光的波动性是光子之间相互作用引起的

E ．光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定 【解析】 光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A 、C 、E 正确，B 错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，D 错误．

【答案】 ACE

2．(2020·全国乙卷)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )

A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大

C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

E ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

【解析】 产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A 正确．饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B 错误．光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C 正确．减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D 错误．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法E 正确．

【答案】 ACE

3．(2020·江苏高考)已知光速为c ，普朗克常数为h ，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．

【解析】 光速为c ，频率为ν的光子的波长λ＝c ν，光子的动量p ＝h λ＝hνc .用该频率的光垂直

照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量Δp＝p 2－p 1＝2hν

c

.

【答案】

hνc 2hν

c

4．(2020·全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．

图

【解析】 根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0

e

，得h ＝ek ，W 0＝－eb.

【答案】 ek －eb

5．(2020·江苏高考)几种金属的逸出功W 0见下表：

为4.0×10－7

～7.6×10－7

m ，普朗克常数h ＝6.63×10

－34

J·s.

【解析】 光子的能量E ＝

hc λ

取λ＝4.0×10－7

m ，则E≈5.0×10－19

J

根据E ＞W 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应． 【答案】 钠、钾、铷能发生光电效应． 章末综合测评

(时间：60分钟 满分：100分)

一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分，在每题给出的5个选项中有3项符合题目要求，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分．每选错1个扣3分，最低得分为0分)

1．一个光子和一个电子具有相同的波长，则( ) A ．光子具有较大的动量 B ．光子具有较大的能量 C ．电子与光子的动量相等 D ．电子和光子的动量不确定

E ．电子和光子都满足不确定性关系式ΔxΔp≥h

4π

【解析】 根据λ＝h

p 可知，相同的波长具有相同的动量．

【答案】 BCE

2．光电效应实验中，下列表述正确的是( ) A ．光照时间越长光电流越大 B ．入射光足够强就可以有光电流 C ．遏止电压与入射光的频率有关

D ．入射光频率大于极限频率才能产生光电子

E ．只要满足频率条件，光电效应几乎是瞬时发生的

【解析】 在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故A 、B 错误，D 、E 正确．由－eU ＝0－E k ，E k ＝hν－W ，可知U ＝(hν－W)/e ，即遏止电压与入射光频率ν，有关，C 正确．

【答案】 CDE

3．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( ) A ．增大入射光的强度，光电流增大

B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失

C ．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应

D ．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大

E ．光电效应的发生与照射光的强度无关

【解析】 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B 错误，E 正确．用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C 错误；根据hν－W 逸＝12mv 2

可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，

故选项D 正确．

【答案】 ADE

4．下列叙述的情况中正确的是 ( )

A ．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样

B ．光是波，与橡皮绳上的波类似

C ．光是波，但与宏观概念的波有本质的区别

D ．光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”进行的

E ．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动的规律来描述

【解析】 光的粒子性说明光是一种粒子，但到达空间某位置的概率遵守波动规律，与宏观概念的粒子和波有着本质的不同，所以选项A 、B 错误，C 、E 正确．根据光电效应可知，光是一种粒子，光子与电子的作用是一对一的关系，所以选项D 正确．

【答案】 CDE

5．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( )

A ．一定落在中央亮纹处

B ．一定落在亮纹处

C ．可能落在亮纹处

D ．可能落在暗纹处

E ．落在中央亮纹处的可能性最大

【解析】 根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C 、D 、E 正确．

【答案】 CDE

6．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是( ) A ．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置 B ．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道 C ．电子绕核运动时，不遵从牛顿运动定律 D ．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的

E ．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置

【解析】 微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C 、D 、E 正确．

【答案】 CDE

二、非选择题(本题共7小题，共64分．按题目要求作答．)

7．(6分)(2020·江苏高考)已知光速为c ，普朗克常数为h ，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．

【解析】 光速为c ，频率为ν的光子的波长λ＝c ν，光子的动量p ＝h λ＝hνc .用该频率的光垂直

照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量Δp＝p 2－p 1＝2hν

c

.

【答案】

hνc 2hν

c

8．(6分)经150 V 电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，电子到达屏上的位置受________规律支配，无法用确定的________来描述它的位置．

【解析】 电子被加速后其德布罗意波波长λ＝h p ＝1×10－10

m ，穿过铝箔时发生衍射，电子的运动

不再遵守牛顿运动定律，不可能用“轨迹”来描述电子的运动，只能通过概率波来描述．

【答案】 波动 坐标

9．(6分)某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7

m 的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108

m/s ，元电荷为1.6×10

－19

C ，普朗克常量为6.63×10

－34

J·s.

钾的极限频率为________，该光电管发射的光电子的最大初动能是________．

【解析】 由W 0＝hνc 得，极限频率νc ＝W 0h ≈5.3×1014

Hz ；由光电效应方程E k ＝hν－W 0得，光电子

的最大初动能E k ＝h c λ

－W 0≈4.4×10－19

J.

【答案】 5.3×1014

Hz,4.4×10

－19

J

10．(10分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能．如图1所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．

图1

(1)标出电源和电流表的正负极； (2)入射光应照在________极上．

(3)电流表读数是10 μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是________个．

【解析】(1)加正向电压，应该是在电子管中电子由B向A运动，即电流是由左向右．因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极．

(2)光应照在B极上．

(3)设电子个数为n，则

I＝ne，所以n

＝

10×10－6

1.6×10－19

＝6.25×1013(个)．

【答案】(1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极(2)B (3)6.25×1013 11．(12分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道．如图2所示是一个航标灯自动控制电路的示意图．电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属．下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400～770 nm(1 nm＝10－9m)．

图2

各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：

金属铯钠锌银铂

极限频率(Hz) 4.545

×1014

6.000

×1014

8.065

×1014

1.153

×1015

1.529

×1015

极限

波长

(μm)

0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2

(1)光电管阴极K上应涂有金属________；

(2)控制电路中的开关S应和________(填“a”和“b”)接触；

(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故．如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和________接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生．

【导学号：66390025】

【解析】(1)依题意知，可见光的波长范围为

400×10－9～770×10－9m

而金属铯的极限波长为λ＝0.660 0×10－6m＝660×10－9m，

因此，光电管阴极K上应涂金属铯．

(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触．

(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a 接触，所以电路中的开关S 应和a 接触．

【答案】 (1)铯 (2)b (3)a

12．(12分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝h

p ，式中p

是运动着的物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4

倍，求：

(1)电子的动量的大小；

(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小．电子质量m ＝9.1×10－31

kg ，

电子电荷量e ＝1.6×10－19

C ，普朗克常量h ＝6.6×

10

－34

J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字．

【导学号：66390026】

【解析】 (1)由λ＝h

p 知电子的动量

p ＝h λ＝1.5×10－23

kg·m/s. (2)电子在电场中加速，有eU ＝12mv 2

又12mv 2＝p 2

2m

解得U ＝mv 2

2e ＝h 2

2meλ2≈8×102 V.

【答案】 (1)1.5×10－23

kg·m/s (2)U ＝h

2

2meλ

2

8×102

V

13．(12分)如图3所示，相距为d 的两平行金属板A 、B 足够大，板间电压恒为U ，有一波长为λ的细激光束照射到B 板中央，使B 板发生光电效应，已知普朗克常量为h ，金属板B 的逸出功为W 0，电子质量为m ，电荷量为e.求：

图3

(1)从B 板运动到A 板所需时间最短的光电子，到达A 板时的动能； (2)光电子从B 板运动到A 板时所需的最长时间． 【导学号：66390027】

【解析】 (1)根据爱因斯坦光电效应方程得E k ＝hν－W 0 光子的频率为ν＝c

λ

所以光电子的最大初动能为E k ＝

hc

λ

－W 0 能以最短时间到达A 板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B 板的电子，设到达A 板的动能为E k1，由动能定理，得eU ＝E k1－E k

所以E k1＝eU ＋

hc

λ

－W 0. (2)能以最长时间到达A 板的光电子，是离开B 板时的初速度为零或运动方向平行于B 板的光电子． 则d ＝12at 2＝Uet 2

2dm

解得t ＝d

2m

Ue

. 【答案】 (1)eU ＋hc

λ

－W 0 (2)d

2m Ue

2019-2020学年高考物理模拟试卷

一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的

1．太空垃圾是围绕地球轨道的有害人造物体，如图所示是漂浮在地球附近的太空垃圾示意图，对此有如下说法，正确的是（）

A．太空垃圾一定能跟同一轨道上同向飞行的航天器相撞

B．离地越低的太空垃圾运行角速度越小

C．离地越高的太空垃圾运行加速度越小

D．离地越高的太空垃圾运行速率越大

2．如图所示，细线的一端固定于O点，另一端系一小球，在水平拉力作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点，下列说法中正确的是( )

A．水平拉力先增大后减小

B．水平拉力先减小后增大

C．水平拉力的瞬时功率先减小后增大

D．水平拉力的瞬时功率逐渐增大

3．电路如图所示，当a、b两端接入100 V电压时，用理想电压表测得c、d两端电压为20 V；当c、d两端接入100 V电压时，用理想电压表测得a、b两端电压为50 V，则R1∶R2∶R3等于()

A．4∶2∶1 B．2∶1∶1

C．3∶2∶1 D．5∶3∶2

4．下列说法中正确的是（）

A．千克（kg）、开尔文（K）和伏特（V）均为国际单位制中的基本单位

B．阴极射线是由电子组成，电子来源于中子的衰变

C ．在光电效应的实验中，若增加入射光的频率，则相应的遏止电压也增加

D ．α射线来源于原子核内部，是由氦原子组成

5．静止在水平地面上的木块，受到小锤斜向下瞬间敲击后，只获得水平方向初速度，沿地面滑行一段距离后停下。若已知木块的质最和初速度，敲击瞬间忽略地面摩擦力的作用，由此可求得（ ） A ．木块滑行的时间 B ．木块滑行的距离 C ．小锤对木块做的功

D ．小锤对木块的冲量

6．如图所示，物体 A 、B 用细绳连接后跨过滑轮，A 静止在倾角为 45°的斜面上，B 悬挂着．已知质量 m A ＝2m B ，不计滑轮摩擦，现将斜面倾角由45°增大到60°，但物体仍保持静止，下列说法正确的是

A ．绳子的张力增大

B ．物体A 对斜面的压力将增大

C ．物体A 受到的静摩擦力增大

D ．滑轮受到绳子的作用力保持不变

7．如图所示，静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α粒子和反冲核轨道半径之比为44:1，则下列说法不正确的是（ ）

A ．α粒子与反冲粒子的动量大小相等，方向相反

B ．原来放射性元素的原子核电荷数为90

C ．反冲核的核电荷数为88

D ．α粒子和反冲粒子的速度之比为1:88

8．在竖直平面内有一条抛物线，在抛物线所在平面建立如图所示的坐标系。在该坐标系内抛物线的方程为2

4y x =，在y 轴上距坐标原点 1.5m h =处，向右沿水平方向抛出一个小球，经0.5s 后小球落到抛物线

上。则小球抛出时的速度大小为（g 取210m/s ）

A ．1m/s

B ．0.75m/s

C ．0.5m/s

D ．0.25m/s

9．一定质量的理想气体，在温度升高的过程中（）

A．气体的内能一定增加

B．外界一定对气体做功

C．气体一定从外界吸收热量

D．气体分子的平均动能可能不变

10．有一种灌浆机可以将某种涂料以速度v持续喷在墙壁上，假设涂料打在墙壁上后便完全附着在墙壁上，涂料的密度为ρ，若涂料产生的压强为p，不计涂料重力的作用，则墙壁上涂料厚度增加的速度u为()

A

．

p

v

ρ

B．

p

vρ

C．

pv

ρ

D．

pv

ρ

二、多项选择题：本题共5小题，每小题3分，共15分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分

11．如图，正点电荷固定在O点，以O为圆心的同心圆上有a、b、c三点，一质量为m、电荷量为-q的粒子仅在电场力作用下从a点运动到b点，速率分别为v a、v b．若a、b的电势分别为φa、φb，则

A．a、c两点电场强度相同B．粒子的比荷

22

2()

a b

a b

v v

q

m??

-

=

-

C．粒子在a点的加速度大于在b点的加速度 D．粒子从a点移到b点，电场力做正功，电势能减少12．如图甲所示，物块A与木板B叠放在粗糙水平面上，其中A的质量为m，B的质量为2m，且B足够长，A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ。对木板B施加一水平变力F，F随t变化的关系如图乙所示，A与B、B与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。下列说法正确的是()

A．在0～t1时间内，A、B间的摩擦力为零

B．在t1～t2时间内，A受到的摩擦力方向水平向左

C．在t2时刻，A、B间的摩擦力大小为0.5μmg

D．在t3时刻以后，A、B间的摩擦力大小为μmg

13．如图所示，倾角为α=37°的足够长的粗糙斜面AB固定在水平面上，一小物块从距B点l0m的A点由静止释放后，下滑到B点与弹性挡板碰撞后无能量损失反弹，恰能冲上斜面的Q点（图中未画出）。设物

块和斜面间的动摩擦因数为0.5，以B点为零势能面（sln37°=0.6，cos37°=0.8）。则下列说法正确的是（）

A．Q点到B点距离为2m

B．物块沿斜面下滑时机械能减少，沿斜面上滑时机械能增加

C．物块下滑时，动能与势能相等的位置在AB中点上方

D．物块从开始释放到最终静止经过的总路程为15m

14．如图所示，在光滑水平面上有宽度为d的匀强磁场区域，边界线MN平行于PQ线，磁场方向垂直平面向下，磁感应强度大小为B，边长为L（L＜d）的正方形金属线框，电阻为R，质量为m，在水平向右的恒力F作用下，从距离MN为d/2处由静止开始运动，线框右边到MN时速度与到PQ时的速度大小相等，运动过程中线框右边始终与MN平行，则下列说法正确的是（）

A．线框进入磁场过程中做加速运动

B．线框的右边刚进入磁场时所受安培力的大小为

22

B L Fd R m

C．线框在进入磁场的过程中速度的最小值为Fd m

D．线框右边从MN到PQ运动的过程中，线框中产生的焦耳热为Fd

15．某列简谐横波在t1＝0时刻的波形如图甲中实线所示，t2＝3.0s时刻的波形如图甲中虚线所示，若图乙是图甲a、b、c、d四点中某质点的振动图象，则正确的是________

A．这列波的周期为4s

B．波速为0.5m/s

C．图乙是质点b的振动图象

D．从t1＝0到t2＝3.0s这段时间内，质点a通过的路程为1.5m

E.t3＝9.5s时刻质点c沿y轴正方向运动

三、实验题：共2小题

16．某研究性学习小组的一同学想测量一下某电阻丝的电阻率，实验室供选择的器材如下：

A．量程0.6A，内阻约0.5Ω的电流表

B．量程3A，内阻约0.01Ω的电流表

C．量程0.6A，内阻0.5Ω的电流表

D．量程15V，内阻约30kΩ的电压表

E.阻值为0~1kΩ，额定电流为0.5A的滑动变阻器

F.阻值为0~10Ω，额定电流为1A的滑动变阻器

G.阻值为0~99.9Ω的电阻箱

H.电动势为3V的电池

I.开关一个、导线若干

（1）如图甲是他先用螺旋测微器测量电阻丝直径的示意图，则该电阻丝的直径D=____mm，用多用电表粗测了该电阻丝的电阻如图乙所示，则多用电表的读数为____Ω；

（2）该同学想用伏安法精确测量该电阻丝的电阻，他检查了一下所给器材，发现所给电压表不能用，就用电流表改装一电压表，你认为所给电压表不能用的理由是____；如果要改装成量程为3V的电压表，需要串联的电阻R=____Ω；如果他选好器材后设计了如图所示的电路，电流表他应选用_____；滑动变阻器应选用_____；

（3）该同学连好电路后，测出该电阻丝的长度为L，直径为D，然后改变滑动变阻器滑动头的位置读出两个电流表和电阻箱的若干数据，其中电流表A1、A2的读数分别用I1、I2来表示，从而测出该电阻丝的电阻率ρ，则ρ的表达式是___；(用所有测量的物理量的字母表示)

（4）如果要求电流表A2的读数从零开始，请你根据上图将电路添加一条线改画在电路图上。（__________）17．在“用单摆测定重力加速度”的实验中，下列所给器材中，哪个组合较好？

①长1m左右的细线②长30cm左右的细线③直径2cm的塑料球④直径2cm的铁球⑤秒表⑥时钟⑦最小刻

度线是厘米的直尺⑧最小刻度是毫米的直尺

A．①③⑤⑦B．①④⑤⑧C．②④⑥⑦D．②③⑤⑦

四、解答题：本题共3题

18．如图所示，实线和虚线分别是沿x轴传播的一列简谐横波在t＝0和t＝0.06s时刻的波形图．已知在t ＝0时刻，x＝1.5m处的质点向y轴正方向运动．

(1)判断该波的传播方向；

(2)求该波的最小频率；

(3)若3T

19．（6分）一质量为m=2000 kg的汽车以某一速度在平直公路上匀速行驶．行驶过程中，司机忽然发现前方100 m处有一警示牌．立即刹车．刹车过程中，汽车所受阻力大小随时间变化可简化为图（a）中的图线．图（a）中，0~t1时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间（这段时间内汽车所受阻力已忽略，汽车仍保持匀速行驶），t1=0.8 s；t1~t2时间段为刹车系统的启动时间，t2=1.3 s；从t2时刻开始汽车的刹车系统稳定工作，直至汽车停止，已知从t2时刻开始，汽车第1 s内的位移为24 m，第4 s内的位移为1 m．（1）在图（b）中定性画出从司机发现警示牌到刹车系统稳定工作后汽车运动的v-t图线；

（2）求t2时刻汽车的速度大小及此后的加速度大小；

（3）求刹车前汽车匀速行驶时的速度大小及t1~t2时间内汽车克服阻力做的功；司机发现警示牌到汽车停止，汽车行驶的距离约为多少（以t1~t2时间段始末速度的算术平均值替代这段时间内汽车的平均速度）？

20．（6分）在地面上方足够高的地方，存在一个高度d＝0.5m的“相互作用区域”(下图中画有虚线的部分)．一个小圆环A套在一根均匀直杆B上，A和B的质量均为m，若它们之间发生相对滑动时，会产生F f＝0.5mg 的摩擦力。开始时A处于B的最下端，B竖直放置，A距“相互作用区域”的高度h＝0.8m，让A和B一起从静止开始下落，只要A处于“相互作用区域”就会受到竖直向上、大小F＝3mg的恒力作用，而“相互作用区域”对处于其中的杆B不产生作用力。杆B在下落过程中始终保持竖直，且杆的长度能够保证圆环A与杆不会分离。不计空气阻力，取g＝10 m/s2.求：

(1)杆B的最下端刚进人“相互作用区域”时的速度大小；

(2)圆环A通过“相互作用区域”所用的时间；

(3)为保证圆环A在空中运动过程中始终与杆不会分离，杆的最小长度。

参考答案

一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的

1．C

【解析】

【分析】

【详解】

A ．在同一轨道上的航天器与太空垃圾线速度相同，如果它们绕地球飞行的运转方向相同，它们不会碰撞，故A 错误。

BCD ．太空垃圾在地球的引力作用下绕地球匀速圆周运动，根据

2

222()2Mm v G m r m m r ma r T r

πω====

可得

GM

v r = 2GM

a r

=

3GM

r

ω=

离地越低的太空垃圾运行角速度越大；离地越高的太空垃圾运行加速度越小；离地越高的太空垃圾运行速率越小，故BD 错误，C 正确。 故选C 。 2．D 【解析】 【分析】 【详解】 AB ．

小球是以恒定速率运动，即做匀速圆周运动，小球受到的重力G 、水平拉力F 、绳子拉力T ，三者的合力必是沿绳子指向O 点，设绳子与竖直方向夹角是θ，F 与G 的合力必与绳子拉力在同一直线上，则有

tan F mg θ= (1)

球由A 点运动到B 点θ 增大，说明水平拉力逐渐增大，故AB 错误；

CD ．由几何关系可知拉力F 的方向与速度v 的夹角也是θ，所以水平力F 的瞬时功率是

cos p Fv θ= (2)

联立两式可得

sin p mgv θ=

从A 到B 的过程中，θ是不断增大的，所以水平拉力F 的瞬时功率是一直增大的．故C 错误，D 正确。 故选D 。 3．A 【解析】 【详解】

当a 、b 两端接入100 V 电压时，用理想电压表测得c 、d 两端电压为20 V ，有：

ab 2

12

2U R R R +＝U cd

即：

2

12

1002R R R +＝20

整理得1

2R R ＝2；当c 、d 两端接入100 V 电压时，用理想电压表测得a 、b 两端电压为50 V ，有：

2

cd 2

32R R U R +＝U ab

即：

2

32

1002R R R +＝50

整理得

2

3

R R ＝2，所以R 1∶R 2∶R 3＝4∶2∶1，A 正确，BCD 错误。 故选A 。 4．C 【解析】 【详解】

A ．开尔文、千克均为国际单位制中基本单位，伏特不是国际单位制中基本单位，故A 错误；

B ．阴极射线是由电子组成，电子来源于核外电子，故B 错误；

C ．遏止电压

=k C E h W U e e

ν-=

则若增加入射光的频率，则相应的遏止电压也增加，故C 正确； D ．α射线来源于原子核内部，由两个质子和两个中子组成，故D 错误。 故选C 。 5．C 【解析】 【分析】 【详解】

A ．木块运动过程中，由动量定理

0ft mv -=-

物块所受的摩擦力f 未知，则不能求解木块的运动时间，故A 错误，不符合题意； B ．由动能定理

21

02

fx mv -=-

物块所受的摩擦力f 未知，则不能求解木块滑行的距离，故B 错误，不符合题意； C ．小锤对木块做的功等于木块得到的动能，即

212

W mv =

故C 正确，符合题意；

D ．只能求解小锤对木块冲量的水平分量

I mv =

故D 错误，不符合题意。 故选C 。 6．C 【解析】 【分析】 【详解】

物体B 受竖直向下的重力mg 和竖直向上的绳子拉力T ，由二力平衡得到： T=mg ；

以物体A 为研究对象，物体A 受力如下图所示：