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2016年普通高等学校招生全国统一考试（新课标I卷）

理科综合（物理部分）

 

二、选择题：本大题共8小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，第14~18题只有一项是符合题目要求，第19~21题有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分。有选错的得0分。

14.一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。若将云母介质移出，则电容器（    ）

A. 极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大

B.  极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大

C.  极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变

D. 极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变

【答案】D

【解析】由 可知，当云母介质抽出时， 变小，电容器的电容 变小；

因为电容器接在恒压直流电源上，故 不变，根据 可知，当 减小时， 减小。再由 ，由于 与 都不变，故电场强度 不变，答案为D

【考点】电容器的基本计算

 

15. 现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为（    ）

A. 11                                                           B. 12                         

C.  121                                                         D.                              144

【答案】D

【解析】设质子的质量数和电荷数分别为 、 ，一价正离子的质量数和电荷数为 、 ，对于任意粒子，在加速电场中，由动能定理得：

                                           

得                                                                                                   ①

在磁场中应满足                                                                            ②

由题意，

由于两种粒子从同一入口垂直进入磁场，从同一出口垂直离开磁场，故在磁场中做匀速圆周运动的半径应相同．

由①②式联立求解得

匀速圆周运动的半径 ，由于加速电压不变，

故

其中 ，可得

故一价正离子与质子的质量比约为144

【考点】带电粒子在电场、磁场中的运动、质谱仪。

 

16. 一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻 和 的阻值分别是 和 ，A为理想交流电流表， 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关 断开时，电流表的示数为 ；当 闭合时，电流表的示数为 。该变压器原、副线圈匝数比为（    ）

A. 2                                                             B. 3                           

C.  4                                                             D.                              5

【答案】B

【解析】 

解法一：

当S断开时，电路如右图所示

由闭合电路欧姆定律，原线圈两端电压

得                                                                                                               ①

根据变压器原副边电压关系：                                                                         ②

副线圈中的电流：                                                                             ③

联立①②③得：                                                                                    ④

 

当S闭合时，电路如右图所示

由闭合电路欧姆定律，原线圈两端电压                                                    

得                                                                                                            ⑤

根据变压器原副边电压关系：                                                           ⑥

副线圈中的电流得：                                                               ⑦

联立⑤⑥⑦得                                                                        ⑧

联立④⑧解得                            

解法二：

设开关 断开前后，变压器的等效电阻为 和 ，由于变压器输入功率与输出功率相同，

闭合前： ，得                                           ①

闭合后： ，得                                                    ②

根据闭合电路欧姆定律：

闭合前：                                                                                   ③

闭合后：                                                                                ④

根据以上各式得：

解得，

【考点】变压器的计算      

【难点】由于原边回路有电阻，原线圈两端电压不等于电源电压

 

17.利用三颗位置适当的地球同步卫星，可使地球赤道上任意两点之间保持无线电通讯。目前，地球同步卫星的轨道半径约为地球半径的 倍。假设地球的自转周期变小，若仍仅用三颗同步卫星来实现上述目的，则地球自转周期的最小值约为（    ）

A.                          B.                         C.                         D.                             

【答案】B

【解析】 地球自转周期变小，卫星要与地球保持同步，则卫星的公转周期也应随之变小，由 可得 ，则卫星离地球的高度应变小，要实现三颗卫星覆盖全球的目的，则卫星周期最小时，由数学几何关系可作出右图。

由几何关系得，卫星的轨道半径为                                          ①

由开普勒第三定律 ，代入题中数据，得

                                                                                                  ②

由①②解得

【考点】（1）卫星运行规律；（2）开普勒第三定律的应用

【难点】做出最小周期时的卫星空间关系图

 

18.一质点做匀速直线运动。现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则（    ）

A. 质点速度的方向总是与该恒力的方向相同

B.  质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直

C.  质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同

D. 质点单位时间内速率的变化量总是不变

【答案】BC

【解析】质点一开始做匀速直线运动，处于平衡状态，施加恒力后，则该质点的合外力为该恒力

①若该恒力方向与质点原运动方向不共线，则质点做曲线运动，质点速度方向时刻与恒力方向不同，故A错；

②若 的方向某一时刻与质点运动方向垂直，之后质点作曲线运动，力与运动方向夹角会发生变化，例如平抛运动，故B正确；

③由牛顿第二定律可知，质点加速度方向与其所受合外力方向相同；

④根据加速度的定义，相等时间内速度变化量相同，速率变化量不一定相同，故D错。

【考点】⑴牛顿运动定律；

⑵力和运动的关系；

⑶加速度的定义；

【易错点】B选项易错误地以“匀速圆周运动”作为反例来推翻结论

 

19. 如图，一光滑的轻滑轮用细绳 悬挂于 点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块 ，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块 。外力 向右上方拉 ，整个系统处于静止状态。若 方向不变，大小在一定范围内变化，物块 仍始终保持静止，则（    ）

A. 绳 的张力也在一定范围内变化

B.  物块 所受到的支持力也在一定范围内变化

C.  连接 和 的绳的张力也在一定范围内变化

D. 物块 与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化

【答案】BD

        

【解析】 由题意，在 保持方向不变，大小发生变化的过程中，物体 、 均保持静止，各绳角度保持不变；选 受力分析得，绳的拉力 ，所以物体 受到绳的拉力保持不变。由滑轮性质，滑轮两侧绳的拉力相等，所以 受到绳的拉力大小、方向均保持不变，C选项错误； 、 受到绳的拉力大小方向均不变，所以 的张力不变，A选项错误；对 进行受力分析，并将各力沿水平方向和竖直方向分解，如上图所示。由受力平衡得： ， 。 和 始终不变，当 大小在一定范围内变化时；支持力在一定范围内变化，B选项正确；摩擦力也在一定范围内发生变化，D选项正确；故答案选BD。

【考点】考查动态平衡分析、力的正交分解和力的平衡方程。   

 

20.如图，一带负电荷的油滴在匀强电场中运动，其轨迹在竖直面（纸面）内，且相对于过轨迹最低点 的竖直线对称。忽略空气阻力。由此可知（    ）

A. 点的电势比 点高

B.  油滴在 点的动能比它在 点的大

C.  油滴在 点的电势能比它在 点的大

D. 油滴在 点的加速度大小比它在 点的小

【答案】AB

【解析】 由于匀强电场中的电场力和重力都是恒力，所以合外力为恒力，加速度恒定不变，所以D选项错。由于油滴轨迹相对于过 的竖直线对称且合外力总是指向轨迹弯曲内侧，所以油滴所受合外力沿竖直方向，电场力竖直向上。当油滴得从 点运动到 时，电场力做正功，电势能减小，C选项错误；油滴带负电，电势能减小，电势增加，所以 点电势高于 点电势，A选项正确；在油滴从 点运动到 的过程中，合外力做正功，动能增加，所以 点动能大于 点，B选项正确；所以选AB。

【考点】带电粒子在复合场中运动、曲线运动中物体受力特点、带电粒子电场力做功与电势能的关系、电势能变化与电势变化的关系。

 

21. 甲、乙两车在平直公路上同向行驶，其 图像如图所示。已知两车在 时并排行驶，则（    ）

A. 在 时，甲车在乙车后

B.  在 时，甲车在乙车前

C.  两车另一次并排行驶的时刻是

D. 甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为

【答案】BD

【解析】根据 图，甲、乙都沿正方向运动。 时，甲、乙相遇， ， ，由位移和 图面积对应关系， 内位移 ， 。故 时，甲乙相距 ，即甲在乙前方 ，B选项正确。

内， ， ， ，说明甲、乙第一次相遇。A、C错误。

乙两次相遇地点之间的距离为 ，所以D选项正确；

【考点】 图的解读和位移的计算、追击相遇问题

【难点】根据位移判断两车在不同时刻的位置关系

 

三、非选择题：本卷包括必考题和选考题两部分。第22~32题为必考题，每个试题考生都必须作答。第33~40题为选考题，考生根据要求作答。

 

（一）必考题

22.（5分）

某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有 和 。打出纸带的一部分如图（b）所示。

该同学在实验中没有记录交流电的频率 ，需要用实验数据和其它题给条件进行推算。

(1) 若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用 和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为______________，打出C点时重物下落的速度大小为_____________，重物下落的加速度大小为_____________。

 

 

 

(2) 已测得 当地重力加速度大小为 ，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%，由此推算出 为__________ 。

【答案】⑴ ， ， ；⑵40

【解析】⑴由于重物匀加速下落， 各相邻点之间时间间隔相同，因此 点应是从 运动到 的过程的中间时刻，由匀变速直线运动的推论可得：

点的速度 等于 段的平均速度，即

由于 ，故

同理可得

匀加速直线运动的加速度

故                                       ①

⑵重物下落的过程中，由牛顿第二定律可得：

                                                                                                   ②

由已知条件                                                                                  ③

由②③得                                 

代入①得： ，代入数据得

【考点】利用运动学公式和推论处理纸带问题

 

23.（10分）

现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过 时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过 时就会报警），电阻箱（最大阻值为 ），直流电源（输出电压为 ，内阻不计），滑动变阻器 （最大阻值为 ），滑动变阻器 （最大阻值为 ），单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节。已知 约为 ， 约为 ；流过报警器的电流超过 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在 时阻值为 。

(1) 在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

(2) 电路中应选用滑动变阻器_____________（填“ ”或“ ”）。

(3) 按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______ ；滑动变阻器的滑片应置于_______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是________________________________。

②将开关向_______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________。

(4) 保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

 

【答案】(1)如下图

 

(2)

(3)①650.0，b，

     接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏坏

②c，报警器开始报警

【解析】①热敏电阻工作温度达到 时，报警器报警。故需通过调节电阻箱使其电阻为 时的热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0Ω，光使报警器能正常报警，电路图如上图

② ，当通过报警器的电流 ，故电路中总电阻 ，

，故滑动变阻器选 。

③热敏电阻为 时，报警器开始报警，模拟热敏电阻的电阻器阻值也应为 为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端．

【考点】滑动变阻器在电路中的作用及其规格选择、串并联电路相关计算、等效替代思想

【难点】获取题中信息并转化为解题所需条件、理解电路设计原理、理解调节电阻箱和滑动变阻器的意义

 

24.（14分）

如图，两固定的绝缘斜面倾角均为 ，上沿相连。两细金属棒ab（仅标出a端）和cd（仅标出c端）长度均为 ，质量分别为 和 ；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为 ，方向垂直于斜面向上。已知两根导线刚好不在磁场中，回路电阻为 ，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为 ，重力加速度大小为 。已知金属棒 匀速下滑。求

(1) 作用在金属棒 上的安培力的大小；

(2) 金属棒运动速度的大小。

 

【解析】（1）由 、 棒被平行于斜面的导线相连，故 、 速度时时刻刻相等， 也做匀速直线运动；

选 为研究对象，受力分析如图：

由于 匀速，其受力平衡，沿斜面方向受力平衡方程：

                                           

垂直于斜面方向受力平衡方程：

                                         

且 ，联立可得：

                                    

选 为研究对象，受力分析如图：

 

其沿斜面方向受力平衡：

                                     

垂直于斜面方向受力平衡：

                                           

且 ， 与 为作用力与反作用力： ，

联立可得：                                                           

 

（2）设感应电动势为 ，由电磁感应定律：

                                                

由闭合电路欧姆定律，回路中电流：

棒中所受的安培力：

与①联立可得：

 

25.（18分）

如图，一轻弹簧原长为 ，其一端固定在倾角为 的固定直轨道 的底端A处，另一端位于直轨道上B处，弹簧处于自然状态。直轨道与一半径为 的光滑圆弧轨道相切于 点， 均在同一竖直平面内。质量为 的小物块 自 点由静止开始下滑，最低到达 点（未画出）随后 沿轨道被弹回，最高到达 点， 。已知 与直轨道间的动摩擦因数 ，重力加速度大小为 。（取 ， ）

(1) 求 第一次运动到 点时速度的大小。

(2) 求 运动到 点时弹簧的弹性势能。

(3) 改变物块 的质量，将 推至 点，从静止开始释放。已知 自圆弧轨道的最高点 处水平飞出后，恰好通过 点。 点在 点的左下方，与 点水平相距 、竖直相距 ，求 运动到 点时速度的大小和改变后 的质量。

 

【解析】 （1）选 为研究对象，受力分析如图：

设 加速度为 ，其垂直于斜面方向受力平衡：

沿斜面方向，由牛顿第二定律得：

且 ，可得：     

对 段过程，由                 

代入数据得 点速度：           

 

（2） 从 点出发，最终静止在 ，分析整段过程；

由 到 ，重力势能变化量：                                          ①

减少的重力势能全部转化为内能。

设 点离 点的距离为 ，从 到 ，产热：

                                                                                 ②

由 ，联立①、②解得： ；

研究 从 点运动到 点过程

重力做功：                    

摩擦力做功：              

动能变化量：                          

由动能定理：

                                       

代入得：                             

由 ，到 点时弹性势能 为 。

 

（3）其几何关系如下图

可知： ，

由几何关系可得， 点在 左下方，竖直高度差为 ，水平距离为 。

设 从 点抛出时速度为 ，到 点时间为

其水平位移：                           

竖直位移：                            

解得：                                   

研究 从 点到 点过程，设 此时质量为 ，此过程中：

重力做功：                                           ①

摩擦力做功：                                              ②

弹力做功：                                                                   ③

动能变化量：                                                    ④

由动能定理：                                                               ⑤

将①②③④代入⑤，可得：

                                                

（二）选考题

33.[物理——选修3-3]（15分）

（1）（5分）关于热力学定律，下列说法正确的是__________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．气体吸热后温度一定升高

B．对气体做功可以改变其内能

C．理想气体等压膨胀过程一定放热

D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E．如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡

【答案】BDE

【解析】气体内能的改变 ，故对气体做功可改变气体内能，B选项正确；气体吸热为 ，但不确定外界做功 的情况，故不能确定气体温度变化，A选项错误；理想气体等压膨胀， ，由理想气体状态方程 ， 不变， 增大，气体温度升高，内能增大。由 ，气体过程中一定吸热，C选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；根据平衡性质，E选项正确；

【考点】理想气体状态方程，热力学第一定律，热力学第二定律，热平衡的理解。

【难点】等压膨胀气体温度升高，内能增大；气体又对外做功，所以气体一定吸热。

 

（2）（10分）在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差 与气泡半径 之间的关系为 ，其中 。现让水下 处一半径为 的气泡缓慢上升。已知大气压强 ，水的密度 ，重力加速度大小 。

(i)求在水下 处气泡内外的压强差；

(ii)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值。

【答案】水下 处气泡的压强差是 ，气泡在接近水面时的半径与原来半径之比为 。

【解析】（i）由公式 得，

水下 处气泡的压强差是 。

（ii）忽略水温随水深的变化，所以在水深 处和在接近水面时气泡内温度相同。

由理想气体状态方程 ，得

                                                                                                      ①

其中，                                                                                            ②

                                                                                                       ③

由于气泡内外的压强差远小于水压，气泡内压强可近似等于对应位置处的水压，所以有

                                   ④

                                                                                                           ⑤

将②③④⑤带入①得，

                                                

                                            

【考点】理想气体状态方程

【难点】当气体内部压强远大于气泡内外压强差时，计算气体内部压强时可忽略掉压强差，即气体压强等于对应位置的水压。

 

34. [物理——选修3-4]（15分）

（1）（5分）某同学漂浮在海面上，虽然水面波正平稳地以 的速率向着海滩传播，但他并不向海滩靠近。该同学发现从第1个波峰到第10个波峰通过身下的时间间隔为 。下列说法正确的是__________。（填正确答案标号，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．水面波是一种机械波

B．该水面波的频率为

C．该水面波的波长为

D．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时能量不会传递出去

E．水面波没有将该同学推向岸边，是因为波传播时振动的质点并不随波迁移

【答案】ACE

【解析】水面波是一种典型机械波，A对；从第一个波峰到第十个波峰中经历了九个波形，时间间隔为15秒，所以其振动周期为 ，频率为0.6Hz，B错；其波长 ，C对；波中的质点都上下振动，不随波迁移，但是能传递能量，D错E对。

 

（2）（10分）如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为 。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为 。

(i)求池内的水深；

(ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为 。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为 。求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）。

 

【解析】 （i）光由A射向B发生全反射，光路如图：

由反射公式可知：

得： ；

由 ，由几何关系可得：

 

所以水深 。

（ii）光由A点射入救生员眼中光路图如图：

由折射率公式：

可知： ，

设 ，得

带入数据得： ，

由几何关系得，救生员到池边水平距离为

 

 

 

 

35.[物理——选修3-5]（15分）

（1）（5分）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__________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）

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

【答案】ACE

【解析】由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流，因此D错误；在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误，根据 可知，对于同一光电管，逸出功W不变，当频率变高，最大初动能 变大，因此C正确，由 和 ，得 ，遏制电压只与入射光频率有关，与入射光强无关，因此E正确。

 

（2）（10分）某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为 的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见，假设水柱从横截面积为 的喷口持续以速度 竖直向上喷出；玩具底部为平板（面积略大于 ）；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为 ，重力加速度大小为 ，求：

(i)喷泉单位时间内喷出的水的质量；

(ii)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度。

【解析】(i)在一段很短的 时间内，可以为喷泉喷出的水柱保持速度 不变。

该时间内，喷出水柱高度：                                                           ①

喷出水柱质量：                                                                          ②

其中 为水柱体积，满足：                                                         ③

由①②③可得：喷泉单位时间内喷出的水的质量为

(ii)设玩具底面相对于喷口的高度为

由玩具受力平衡得：                                                                         ④

其中； 为玩具底部水体对其的作用力．

由牛顿第三定律：                                                                               ⑤

其中， 为玩具时其底部下面水体的作用力

为水体到达玩具底部时的速度

由运动学公式：                                                                      ⑥

在很短 时间内，冲击玩具水柱的质量为

                                                                                            ⑦

由题意可知，在竖直方向上，对该部分水柱有

动量定理                                                                    ⑧

由于 很小， 也很小，可以忽略

⑧式变为                                                                                ⑨

由④⑤⑥⑦⑨可得             

【考点】动量定理，流体受力分析，微元法

【难点】情景比较新颖，微元法的应用