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2009年全国高考物理试题及答案-宁夏卷


2009 年普通高等学校招生全国统一考试(宁夏卷) 物理
第Ⅰ卷
二、选择题:本题共 8 小题,每小题 6 分,在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选 项正确,有的有多个选项正确,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. 在力学理论建立的过程中, 有许多伟大的科学家做出了贡献。 关于科学家和他们的贡献, 下列说法正确的是 A. 伽利略发现了行星运动的规律 B. 卡文迪许通过实验测出了引力常量 C.牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因 D.笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献 答案 BD。 【解析】行星运动定律是开普勒发现的 A 错误;B 正确;伽利略最早指出力不是维持物体运 动的原因,C 错误;D 正确。 15. 地球和木星绕太阳运行的轨道都可以看作是圆形的。 已知木星的轨道半径约为地球轨道 半径的 5.2 倍,则木星与地球绕太阳运行的线速度之比约为 A. 0.19 答案 B。 【解析】天体的运动满足万有引力充当向心力即 G 与 地 球 绕 太 阳 运 行 的 线 速 度 之 比 B. 0.44 C. 2.3 D. 5.2

Mm v2 GM ? m 可知 v ? ,可见木星 2 R R R

v木 v地

?

R地 R木

?

1 ? 0.44 ,B 正确。 5.2

16. 医生做某些特殊手术时, 利用电磁血流计来 监测通过动脉的血流速度。 电磁血流计由一 对电极 a 和 b 以及磁极 N 和 S 构成, 磁极间 的磁场是均匀的。使用时,两电极 a、b 均

与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图所示。由于血 液中的正负离子随血流一起在磁场中运动,电极 a、b 之间会有微小电势差。在达到平 衡时, 血管内部的电场可看作是匀强电场, 血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力 为零。在某次监测中,两触点的距离为 3.0mm,血管壁的厚度可忽略,两触点间的电势 差为 160?V,磁感应强度的大小为 0.040T。则血流速度的近似值和电极 a、b 的正负为 A. 1.3m/s ,a 正、b 负 C.1.3m/s,a 负、b 正 答案 A。 【解析】依据右手定则,正离子在磁场中受到洛伦兹力作用向上偏,负离子在磁场中受到洛 伦兹力作用向下偏,因此电极 a、b 的正负为 a 正、b 负;当稳定时,血液中的离子所受的 电场力和磁场力的合力为零,则 qE=qvB ,可得 v ? A 正确。 17. 质量为 m 的物体静止在光滑水平面上,从 t=0 时刻开始受 到水平力的作用。力的大小 F 与时间 t 的关系如图所示, 力的方向保持不变,则 A. 3t 0 时刻的瞬时功率为 B. 2.7m/s , a 正、b 负 D. 2.7m/s , a 负、b 正

E U 160 ?10?6 ? ? ? 1.3m / s , B Bd 0.04 ? 3 ?10?3

5 F02 t 0 m

15F02 t 0 B. 3t 0 时刻的瞬时功率为 m
C.在 t ? 0 到 3t 0 这段时间内,水平力的平均功率为

23F02 t 0 4m 25F02 t 0 6m

D. 在 t ? 0 到 3t 0 这段时间内,水平力的平均功率为 答案 BD。 【 解 析 】 0-2t0 内 物 体 的 加 速 度 为 a ?

F0 , 2t0 时 刻 的 速 度 为 m 2F t 5F t v1 ? a ?2t0 ? 0 0 ,在 3t0 时刻的瞬时速度 v2 ? v1 ? 3a? t0 ? 0 0 , m m

则 3t 0 时刻的瞬时功率为 P ? 3F0 ?

5F0t0 15F 20t0 ? ,A 错误;B 正确; m m

在 t ? 0 到 3t 0 这段时间内, 由动能定理可得 W ? ?Ek ?

2 1 2 25F02t0 mv2 ? , 则这段时间内的 2 2m

平均功率 P ?

25F02t0 ,D 正确。 6m

18. 空间有一均匀强电场,在电场中建立如图所示的直角坐标系 O ? xyz ,M、N、P 为电场 中的三个点,M 点的坐标 (0, a,0) ,N 点的坐标为 (a,0,0) ,P 点的坐标为 ( a , 知电场方向平行于直线 MN,M 点电势为 0,N 点电势为 1V, 则 P 点的电势为 A. E

a a , ) 。已 2 2

2 V 2
1 4

B.

3 V 2
3 4
N

M

C. V 答案 D。

D. V

【解析】将立体图画成平面图,如图所示,可见 P 点沿电场线方向为 MN 的四等分线,故 P 点的电势为 V ,D 正确。 19. 如图所示,一导体圆环位于纸面内,O 为圆心。环内两 个圆心角为 90°的扇形区域内分别有匀强磁场,两磁场 磁感应强度的大小相等,方向相反且均与纸面垂直。导 体杆 OM 可绕 O 转动, M 端通过滑动触点与圆环良好接触。 在圆心和圆环间连有电阻 R。 杆 OM 以匀角速度 ? 逆时针 转动,t=0 时恰好在图示位置。规定从 a 到 b 流经电阻 R 的电流方向为正,圆环和导体杆的电阻忽略不计,则杆 从 t=0 开始转动一周的过程中,电流随 ?t 变化的图象是

3 4

答案 C 【解析】依据右手定则,可知在 0-

? 内,电流方向 M 到 O,在在电阻 R 内则是由 b 到 a,为 2

1 BL? 2 ? 3 负值,且大小为 I ? 2 为一定值, ~ ? 内没有感应电流,? ~ ? 内电流的方向相 2 2 R 3? ~ 2? 内没有感应电流,因此 C 正确。 反,即沿正方向, 2
20. 如图所示, 一足够长的木板静止在光滑水平面上, 一物块静止在木板上,木板和物块间有摩擦。现 用水平力向右拉木板,当物块相对木板滑动了一 段距离但仍有相对运动时,撤掉拉力,此后木板 和物块相对于水平面的运动情况为 A. 物块先向左运动,再向右运动 B. 物块向右运动,速度逐渐增大,直到做匀速运动 C. 木板向右运动,速度逐渐变小,直到做匀速运动 D. 木板和物块的速度都逐渐变小,直到为零 答案 BC. 【解析】对于物块由于运动过过程中与木板存在相对滑动,且始终相对木板向左运动,因此 木板对物块的摩擦力向右,所以物块相对地面向右运动,且速度不断增大,直至相对静止而 做匀速直线运动,B 正确;对于木板由作用力与反作用力可知受到物块给它的向左的摩擦力

作用,则木板的速度不断减小,知道二者相对静止,而做直线运动,C 正确;由于水平面光 滑,所以不会停止,D 错误。 21. 水平地面上有一木箱,木箱与地面之间的动摩擦因数为

? (0 ? ? ? 1) 。现对木箱施加一拉力 F,使木箱做匀速直
线运动。设 F 的方向与水平面夹角为 ? ,如图,在 ? 从 0 逐渐增大到 90°的过程中,木箱的速度保持不变,则 A. F 先减小后增大 C. F 的功率减小 答案 AC。 【解析】由于木箱的速度保持不变,因此木箱始终处于平衡状态,受力分析如图所示,则由 B. F 一直增大 D. F 的功率不变

? 平 衡 条 件 得 : m g

? N s i F ? n , f ? ? N ? F cos? 两 式 联 立 解 得

F?

?m g ? m g ,可见 F 有最小值,所以 F 先减小后增大,A 正 ? 2 c o ?s ? ? ?s i 1 n? ? s ? i? n? ( )
? mgv cos ? ? mgv ? ,可见在 ? 从 0 逐渐增大 cos ? ? ? sin ? 1 ? ? tan ?

确;B 错误;F 的功率 P ? Fv cos ? ?

到 90°的过程中 tan ? 逐渐增大,则功率 P 逐渐减小,C 正确,D 错误。

第Ⅱ卷
三、非选择题:包括必考题和选考题两部分。第 22 题~第 32 题为必考题,每个小题考生都 必须做答。第 33 题~第 41 题为选考题,考生根据要求做答。 (一)必考题(11 题,共 129 分) 22.(4 分) 某同学用游标卡尺测量一圆柱体的长度 l ,用螺旋测微器测量该圆柱体的直径 d ,示数 如图。由图可读出 l =

cm, d =

mm

答案 2.25,6.860 【解析】游标卡尺的读数 x ? 22mm ? 0.1mm ? 5 ? 22.5mm ? 2.25cm ; 螺旋测微器的读数 y ? 6.5mm ? 0.01mm ? 36.0 ? 6.860mm 。 23.(11 分) 青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电, 为路灯提供电能。 用光敏电阻作为传 感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值 随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照 射光较强(如白天)时电阻几乎为 0:照射光较弱(如黑天) 时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁 开关,可以实现路灯自动在白天关闭,黑天打开。电磁开关 的内部结构如图所示。1、2 两接线柱之间是励磁线圈,3、 4 两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大 于 50mA 时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4 断开;电流小于 50mA 时,3、4 接 通。励磁线圈中允许通过的最大电流为 100mA。 (1) 利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图。

光敏电阻 R1 ,符号

R1



灯泡 L,额定功率 40W,额定电压 36V,符号

保护电阻 R2 ,符号,

R2



电磁开关,符号



蓄电池 E,电压 36V,内阻很小;开关 S,导线若干。 (2) 回答下列问题: ① 如果励磁线圈的电阻为 200 ? , 励磁线圈允许加的最大电压为 的阻值范围为 V, 保护电阻 R2

?。

② 在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱 3、 4 之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造?请结合本题中电磁开关内部 结构图说明。 答: ③ 任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。 答: 答案: (1)电路原理如图所示。 (4 分) (2)①20 (2 分) 160~520(2 分) ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧, 保证 当电磁铁吸合铁片时,3、4 之间接通:不吸合时, 3、4 之间断开。 ③电磁起重机 【解析】 (1)要使光敏电阻能够对电路进行控制,且有光照时路灯熄灭,光敏电阻应与 1, 2 串联,3,4 与路灯串联;则电路图如图所示。 (2) ①由 U=IR 得励磁线圈允许加的最大电压为 U=ImR=0.1×200V=20V; 依据允许通过励磁线 圈的电流最大值和最小值计算得 R2 min ? 护电阻 R2 的阻值范围为 160~320 ? ; ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4 之间接通: 不吸合时,3、4 之间断开。 。 。

16 16 ? ? 160? , R2 max ? ? ? 320? ,因此保 0.1 0.05

③电磁起重机 24. (14 分) 冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目,比赛场地示意如图。比赛时,运动员从起滑 架处推着冰壶出发,在投掷线 AB 处放手让冰壶以一定的速度滑出,使冰壶的停止位置尽量 靠近圆心 O 。为使冰壶滑行得更远,运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面,使冰壶与 冰面间的动摩擦因数减小。设冰壶与冰面间的动摩擦因数为 ?1 =0.008,用毛刷擦冰面后动 摩擦因数减少至 ? 2 =0.004.在某次比赛中,运动员使冰壶 C 在投掷线中点处以 2m/s 的速度 沿虚线滑出。 为使冰壶 C 能够沿虚线恰好到达圆心 O 点, 运动员用毛刷擦冰面的长度应为多 少?(g 取 10m/s )
2

【解析】设冰壶在未被毛刷擦过的冰面上滑行的距离为 S1 ,所受摩擦力的大小为 f1 :在 被 毛刷擦过的冰面上滑行的距离为 S2 ,所受摩擦力的大小为 f 2 。则有 S1 + S2 =S ①式中 S 为 投掷线到圆心 O 的距离。

f1 ? ?1mg



f 2 ? ?2 mg



设冰壶的初速度为 v0 ,由功能关系,得 f1 ? S 1 ? f 2 ? S 2 ?
2 2?1 gS ? v0 联立以上各式,解得 S2 ? 2 g ( ?1 ? ?2 )

1 2 mv0 2





代入数据得 S2 ? 10m



25.(18 分) 如图所示,在第一象限有一匀强电场,场强大小为 E, 方向与 y 轴平行;在 x 轴下方有一匀强磁场,磁场方向与 纸面垂直。一质量为 m、电荷量为-q(q>0)的粒子以平行于 x 轴的速度从 y 轴上的 P 点处射

入电场,在 x 轴上的 Q 点处进入磁场,并从坐标原点 O 离开磁场。粒子在磁场中的运动轨迹 与 y 轴交于 M 点。已知 OP= l , OQ ? 2 3l 。不计重力。求 (1)M 点与坐标原点 O 间的距离; (2)粒子从 P 点运动到 M 点所用的时间。 【解析】 (1)带电粒子在电场中做类平抛运动,在 y 轴负方向上做 初速度为零的匀加速运动,设加速度的大小为 a ;在 x 轴正方向上 做匀速直线运动,设速度为 v0 ,粒子从 P 点运动到 Q 点所用的时间 为 t1 ,进入磁场时速度方向与 x 轴正方向的夹角为 ? , 则a ?

qE m



t1 ?

2 y0 a



v0 ?
at1 v0

x0 t1



其中 x0 ? 2 3l, y0 ? l 。又有 tan ? ? 联立②③④式,得 ? ? 30?



因为 M、O、Q 点在圆周上,?MOQ=90? , 所以 MQ 为直径。 从图中的几何关系可知。

R ? 2 3l



MO ? 6l



(2)设粒子在磁场中运动的速度为 v ,从 Q 到 M 点运动的时间为 t 2 , 则有 v ?

v0 cos ?



t2 ?

?R
v

⑨ ⑩

带电粒子自 P 点出发到 M 点所用的时间为 t 为 t ? t1 + t2 联立①②③⑤⑥⑧⑨⑩式,并代入数据得 t ? ?

? 3 ? 2ml ? 2 ? + 1? ? qE ? ?

1 1 ○

33.[物理——选修 2-2](15 分)

(1) (5 分)常见的传动方式有 轮传动的传动比是主动轮与 比,传动比等于 比。 与

、 的转速之 的齿数之



和齿轮传动等。齿

(2) (10 分)液压千斤顶是利用密闭容器内 的液体能够把液体所受到的压强行各个方向传递 的原理制成的。图为一小型千斤顶的结构示意图。 大活塞的直径 D1=20cm,小活塞 B 的直径 D2=5cm, 手柄的长度 OC=50cm, 小活塞与手柄的连接点到转 轴 O 的距离 OD=10cm。现用此千斤顶使质量 m=4×10 kg 的重物升高了 h=10cm。g 取 10m/s , 求 (ⅰ)若此千斤顶的效率为 80%,在这一过程中人做的功为多少? (ⅱ)若此千斤顶的效率为 100%,当重物上升时,人对手柄的作用力 F 至少要多大? 【解析】33.[物理——选修 2-2](15 分) (1)链传动 带传动 液压传动 从动轮 从动轮 主动轮
3 2

(2) (10 分) (ⅰ)将重物托起 h 需要做的功 设人对手柄做的功为 W2 ,则千斤顶的效率为? ? 代入数据可得 W2 ? 5.0 ?103 J

W1 ? mgh
W1 W2
③ ②



(ⅱ)设大活塞的面积为 S1 , 小活塞的面积为 S2 , 作用在小活塞上的压力为 F 1 ,当于 斤顶的效率为 100%时,有

mg S1 ? F1 S2



S1 D12 ? 2 S2 D2



当F 1 和 F 都与杠杆垂直时,手对杠杆的压力最小。 利用杠杆原理,有 F 1 ? OD ? F ? OC ⑥ 由④⑤⑥式得 F=500N ⑦

34. [物理——选修 3-3](15 分) (1) (5 分)带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态 a,然后经 过过程 ab 到达状态 b 或进过过程 ac 到状态 c,b、c 状态温度相同,如 V-T 图所示。设气体 在状态 b 和状态 c 的压强分别为 Pb、和 PC ,在过程 ab 和 ac 中吸收的热量分别为 Qab 和 Qac, 则 (填入选项前的字母,有填错的不得分) A. P b ?P c , Qab ? Qac B. P b ?P c , Qab ? Qac C. P b ?P c , Qab ? Qac D. P b ?P c , Qab ? Qac (2)(10 分)图中系统由左右连个侧壁绝热、 底部、 截 面均为 S 的容器组成。左容器足够高,上端敞开,右容器 上端由导热材料封闭。 两个容器的下端由可忽略容积的细 管连通。 容器内两个绝热的活塞 A、 B 下方封有氮气, B 上方封 有氢气。大气的压强 p0,温度为 T0=273K,连个活塞因自 身重量对下方气体产生的附加压强均为 0.1 p0。系统平衡时,各气体柱的高度如图所示。现 将系统的底部浸入恒温热水槽中, 再次平衡时 A 上升了一定的高度。 用外力将 A 缓慢推回第 一次平衡时的位置并固定,第三次达到平衡后,氢气柱高度为 0.8h。氮气和氢气均可视为 理想气体。求 (ⅰ)第二次平衡时氮气的体积; (ⅱ)水的温度。 【解析】34.[物理——选修 3-3](15 分) (1)C (15 分) (2) (10 分) (ⅰ)考虑氢气的等温过程。该过程的初态压强为 po ,体积为 hS,末态体积为 0.8hS。 设末态的压强为 P,由玻意耳定律得 p ?

po hs ? 1.25 po 0.8hS



活塞 A 从最高点被推回第一次平衡时位置的过程是等温过程。该过程的初态压强为 1.1 po ,

体积为 V;末态的压强为 P ,体积为 V ,则 p' ? p ? 0.1po ? 1.35 po
'

'



V ' ? 2.2hS
由玻意耳定律得 V ?

③ ④

1.35 po ? 2.2hS ? 2.7hS 1.1 po

(ⅱ) 活塞 A 从最初位置升到最高点的过程为等压过程。该过程的初态体积和温度分别为

2hS 和 T0 ? 273K ,末态体积为 2.7hS 。设末态温度为 T,由盖-吕萨克定律得

T?

2.7 hS T0 ? 368.55 K 2hS



35. [物理——选修 3-4] (15 分) (1) (5 分)某振动系统的固有频率为 f0 ,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动 力的频率为 f 。 若驱动力的振幅保持不变, 下列说法正确的 是_______(填入选项前的字母,有填错的不得分) A.当 f ? f 0 时,该振动系统的振幅随 f 增大而减小 B.当 f ? f0 时,该振动系统的振幅随 f 减小而增大 C.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于 f0 D.该振动系统的振动稳定后,振动的频率等于 f (2) (10 分)一棱镜的截面为直角三角形 ABC,∠A=30 ,斜边 AB=a。棱镜材料的折射 率为 n ?
o

2 。在此截面所在的平面内,一条光线以 45o 的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜

射出的点的位置(不考虑光线沿原来路返回的情况) 。 【解析】35.[物理——选修 3-4](15 分) (1)BD (2) 设入射角为 i,折射角为 r,由折射定律得

sin i ?n sin r
由已知条件及①式得



r ? 300



如果入射光线在法线的右侧,光路图如图 1 所示。设出射点为 F,由几何关系可得

3 AF ? a 8
即出射点在 AB 边上离 A 点 a 的位置。



3 8

如果入射光线在法线的左侧,光路图如图 2 所示。设折射光线与 AB 的交点为 D。 由几何关系可知,在 D 点的入射角

? ? 600
设全发射的临界角为 ?c ,则



sin ? c ?

1 n



由⑤和已知条件得

?c ? 450



因此,光在 D 点全反射。 设此光线的出射点为 E,由几何关系得 ∠DEB= 90
0

BD ? a ? 2 AF

⑦ ⑧

BE ? BD sin 300
联立③⑦⑧式得

1 BE ? a 8 1 8



即出射点在 BC 边上离 B 点 a 的位置。

36. [物理——选修 3-5] (15 分) (1) (5 分)关于光电效应,下列说法正确的是_______(填入选项前的字母,有填错 的不得分) A.极限频率越大的金属材料逸出功越大 B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应 C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小

D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多

(2) (10 分)两质量分别为 M1 和 M2 的劈 A 和 B,高度相同,放在光滑水平面上,A 和 B 的倾 斜面都是光滑曲面,曲面下端与水平面相切,如图 所示,一质量为 m 的物块位于劈 A 的倾斜面上,距 水平面的高度为 h。物块从静止滑下,然后双滑上 劈 B。求物块在 B 上能够达到的最大高度。 【解析】36.[物理——选修 3-5](15 分) (1)A(5 分) (2) (10 分) 设物块到达劈 A 的低端时,物块和 A 的的速度大小分别为? 和 V,由机械能守恒和动量守恒 得

mgh ?

1 2 1 mv ? M 1V 2 2 2

① ②

M1V ? mv

设物块在劈 B 上达到的最大高度为 h ' ,此时物块和 B 的共同速度大小为 V ' ,由机械能守恒 和动量守恒得

1 1 mgh '? ( M 2 ? m)V '2 ? mv 2 2 2

③ ④

mv ? (M 2 ? m)V '
联立①②③④式得

h' ?

M 1M 2 h ( M1 ? m)( M 2 ? m)




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