2018年理综全国1卷及参考答案.pdf

2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 二、选择题：本题共 8小题，每小题 6分，共 48分。在每小题输出的四个 选择中，第 14 18题只有一项符合题目要求，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.高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的均加速直线运动，在启 动阶段列车的 动 能 （ B ） A 与它所经历的时间成正比 B 与它的位移成正比 C 与它的速度成正比 D 与它的动量成正比 【解析】 匀变速直线运动规律公式 2 02t = as 动能的定义公式 2212 k t tE = m = m a s 或者由动能定理 kF S= E合 ， 212 tm as= m -0及 ， 2ktE 15.如图，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块 P， 系统处于静止状态，现用一竖直向上的力 F 作用在 P 上，使其向 上做匀加速直线运动，以 x 表示 P 离开静止位置的位移，在弹簧 恢复原长前，下列表示 F 和 x 之间关系的图像可能正确的是（ A ） 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 【解析】 设初始弹簧压缩量为 0 x ， 劲 度系数为 k ， 在 F 作用下的位移为 x 时的 弹簧压缩量为 x ，则 0 x=x x ，由平 衡条件得， mg=kx 设加速度为 a ，由牛顿第二定律可得 F k x -mg=m a 联立可得 F=ma kx （一次函数表达式） 16.如图，三个固定的带电小球 a、 b 和 c，相互间的距离分别为 ab=5cm， bc=3cm， ca=4cm。小球 c所受库仑力的合力的方向平 行 于 a、 b的连线。设小球 a、 b所带电荷量的比值的绝对值为 K，则（ D ）。 A. a、 b的电荷同号， 169K= B. a、 b的电荷异号， 169K= C. a、 b的电荷同号 ， 6427K= D. a、 b的电荷异号 ， 6427K= 【解析】当 a、 b 的电荷同号 时，无论 c 带何种电荷，小球 c 所受库仑合力 的方向都在虚线 n 所在的夹角范围内，不可能与 ab 平行。当 a、 b 带异种电荷 时，无论 c带何种电荷，调节二者的电荷比值，可使小球 C所受合力方向平行与 ab，不妨设 a带正电， b带负电， c带正电，受力分析如图 所示 。 设 a 对 c 的库仑力为 caF ， b 对 c 的库仑力为 cbF ，由几何关系可知 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 3tan 4cb ca F=F（ ） 由库仑定理 2cca kqqF=ac ， 2ccb kqQF=bc 联立可得 6427k= 17、如图，导体 轨道 OPQS固定，其中 PQS是半圆弧， Q为半圆弧的中心， O为圆心。轨道的电阻忽略不计。 OM是有一定电阻。可绕 O转动的金属杆。 M 端位于 PQS 上， OM 与轨道接触良好。空间存在 与 半 圆 所 在平面垂直的匀强磁 场，磁感应强度的大小为 B，现使 OM 从 OQ 位置以恒定的角速度逆时针转到 OS位置并固定（过程 I）：再使磁感应强度的大小以一定的变化率从 B增加到 B （过程 II）。在过程 I、 II中，流过 OM的电荷量相等，则 BB 等于 ( B )。 A. 54 B. 32 C. 74 D.2 【解析】 计算电荷量用平均电流 q I t 法拉第电磁感应定律，可知 E t 欧姆定律， EI=R 联立 得， qtt R R 过程 I ， 1 1q R ， 2 2 2 1 2 4 4r r r= B B B ， r 为半径 过程 II ， 2 2q R ， 2 2 2 2 (2 2 2r r r= B B B - B ) 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 依题意，两过程的电荷量相等，及 12qq 联立所有式子，可得 32B=B 18、如图， abc 是垂直面内的光滑固定轨道， ab 水平，长度为 2R： bc 是半 径为 R的四分之一圆弧，与 ac相切于 b点。一质量为 m的小球。始终受到与重 力大小相等的水平外力的作用，自 a点从静止开始向右运动，重力加速度大小 为 g。小球从 a点开始运动到其他轨迹最高点，机械能的增量为 （ C ） A.2mgR B.4mgR C.5mgR D.6mgR 【解析】设小球运动到 C 处时的速度为 Cv ，光滑固定 轨道无摩擦力做功，由动能能定理： 21302 Cm g R m g R = m v 显然此时具有向上的竖向速度， C并非轨迹的最高点。 在 C 点的受力分析可知，小球在竖直方向做匀减速直线运动，水平方向做 匀加速直线运动，合运动为类平抛运动。如上图所示，当 Cv 减为零时，达到轨 迹的最高点，时间为 t，由匀变速直线运动的规律公式可知， Cv gt 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 221122x at gt 联立 可得， 2xR 全过程外力做功为 W =mg 5R外 ，能量守恒 可 知系统机械能增加了 5mgR. 19.如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈 通过开关与电源连接，另外一线圈与远处沿南北向水平 放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在 直导线正上方，开关未闭合时小磁针池处于静止状态。下 列说法正确的是（ AD ） A.开关闭合后的瞬间，小磁针的 N极朝垂直纸面向里的方向转动 B.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N极指向垂直纸面向里的方向 C.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N极指向垂直纸面向外的方向 D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直面向外 的方向转动 【解析】 排除法：麦克斯韦电磁理论，变化的电磁产生磁场，变化的磁场 产生电场。易知， B、 C不可能产生感应电流。 A、 D刚好相反，均正确。 右手螺旋法则： （如下图所示） 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 20.2017 年，人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，根据科学 家们复原的过程，在两颗中星合并前约 100s 时，它们相距约 400km，绕二者连 线上的某点每秒转动 12 圈，将两颗中子星都看作是质量均匀分布的球体，由这 些数据、万有引力常量并利用牛顿力学知识，可以估算出这一时刻两颗中子（ BC） A.质量之积 B.质量之和 C.速率之和 D.各自的自转角速度 【解析】如图所示，双星绕中心 O做匀速圆周运动，各参数见图。 依 题意， 2 24w= =T 12400r r = km， 由牛顿第二定律， 212 11 212()G m m = m w rrr 212 22 212()G m m = m w rrr 联立以上两式得 2 2 2 2 2 32 1 2 1 1 2 1 2 12 ( ) ( ) ( )w r r r w r r r w r rm m = =G G G 1 2 1 2 1 2v v = wr wr = w r r（ ） w 为公转角速度， 自转角速度无法求得。 21.图中虚线 a、 b、 c、 d、 f代表匀强电场内间距相等的一组等势面，已知平 面 b上的电势为 2V。一电子经过 a时的动能为 10eV，从 a到 d的过程中克服电 场力所做的功为 6eV。下列说法正确的是（ AB ） A.平面 c上的电势为零 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 B.该电子可能到达不了平面 f C.该电子经过平面 d时，其电势能为 4eV D.该电子经过平面 b时的速率是经过 d时的 2倍 【解析】 A选项， 从 a到 d的过程中克服电场力所做的功为 6eV，电势差 为 ad ， 6ad a d a d W= = = Vq ，匀强电场且 2b=V ， 0c= 。 B选项， 如下图，只有电子垂直射入时才能达到 f 面，否则不能达到 f 面 C选项，电势能的大小与零势能面的选取有关，此处为规定零势能面。 D选项，经过 b时的动能为 8eV， 经过 d时的动能为 4eV，动能之比为 2:1，速率之比为 21 ： 三 .非选择题：共 62 分，第 2225 题为必考题，每个试题考生都必须作答。 第 3334题为选考题，考生根据要求作答。 （一）必考题：共 47分。 22.（ 5分）如图（ a），一弹簧上端固定支架 顶端，下端悬挂一托盘：一 标尺由游标和主尺构 成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有 一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图 中的指针。 现要测量图（ a）中弹簧的劲度系数，当托 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为 1.950cm； 当托盘内放有质量为 0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针， 标尺示数如图（ b）所示，其读数为 _cm。当地的重力加速度大小为 9.80m/s2， 此弹簧的劲度系数为 _N/m（保留 3位有效数字）。 【解析】 游标卡尺读书 13 7 1 5 . 0 3 7 0 . 7 5 3 . 7 7 520 = = m m 由胡克定律， mg k x ， 20 . 1 0 0 9 . 8 0 5 3 . 73 . 7 7 5 1 . 9 5 0mgk= = =x （ ） 10 23（ 10分 ） 某实验小组利用如图 (a)所示的电路探究在 25-80范围内某热 敏电阻的温度特性 ,所用器材有 :置于温控室 (图中虚线区域 )中的热敏电阻 rR ， 其 标称值 (25时的阻值 )为 900.0:电源 E(6V,内 阻可忽略 ):电压表 (量程 150mV):定值电阻 1R (阻值 20.0),滑动变阻器 3R (最大阻值为 1000):电阻箱 1R (阻值范围 0-999.9):单刀开 关 1S ,单刀双掷开关 2S 。 实验时 ,先按图 (a)连接好电路 ,再 将 温控室的温度 t 升至 80.0,将 2S 与 1 端 接通 ,闭合 1S ,调节 R1的滑片位置 ,使电压表读数为某一值 Us； 保持 R1 的滑片位 置不变 ,将 R2 置于最大值 ,将 2S 与 2 端接通 ,调节 R2,使电压表读数仍为 Us:断开 1S ,记下此时 R2的读数 ,逐步降低温控室的温度 t 到相应温度下 R2的阻值 ,直至温 度 降 到 25.0C,实验得到的 R2-t数据见下表 。 回答下列问题 : 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 (1)在闭合 1S 前 ,图 (a)中 1R 的滑片应移动到 （ 填 “a”或 “ b” ） 端 ； (2)在图 (b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点 ,并做出 R2-t曲线 ： (3)由图 (b)可得到 R1,在 25-80C范围内的温度特性 ,当 t=44.0时 ,可得 R1= ； (4)将 Rt 握于手心 ,手心温度下 R2 的相应读数如图 (c)所示 ,该读数为 ， 则手心温度为 。 【解析】（ 1）闭合 1S 前，保证电路安全，应将 1R 的滑片应移动到 b 端，此 时电阻最大，电流最小 ； （ 2） 如右图所示； （ 3） 当温度为 44.0，（ b） 图 对应的阻值为 450.0； （ 4） 图 (c)所示 电阻箱读数为 620.0，右图（ b）对应的温度 33.0。 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 24.(12 分 )一质量为 m 的烟花弹获得动能 E 后 ,从地面竖直升空 ,当烟花弹上 升的速度为零时 ,弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分 ,两部分获得的动 能之和也为 E,且均沿竖直方向运动。爆炸时间极短 ,重力加速度大小为 g,不计空 气阻力和火药的质量 ,求 ： (1)烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间 (2)爆炸后烟花 向上运动的部分距地面的最大高度 【解析】（ 1）设 烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间 为 t ， 初速度为 0v ，依题意 2 012E= mv 匀变速直线运动规律公式 00 v -gt 联立得 12Et=gm （ 2） 烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸 上升的高度为 0H ， 根据机械能 守恒定律 0E=mgH 爆炸后两部分质量均为 2m ，速度为 1v ， 2v ，由能量守恒和动量守恒定律可 得 22 12112 2 2 2mmv v = E 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 120 22mm= v v 向上运动的部分上升的最大高度为 1H ，由竖直上抛运动规律公式可知 221v =2gH 联立 可得， 012EH H = mg 。 25.(20分 )如图 ,在 y0的区域存在方向沿 y轴负方向的匀强电场 ,场强大小为 E， 在 y0 的区域存在方向垂直于 xoy 平面向外的匀强磁场。一个 氕 核 11H 和一 个 氚 核 21H 先后从 y轴上 y=h点以相同的动能射出速度方向沿 x 轴正方向。已知 11H 进入磁场时 ,速度方向与 x 轴正方向的夹角为 60,并从坐标原点 O 处第一次 射出磁场。 11H 的质量为 m,电荷量为 q不计重力 。求 (1) 11H 第一次进入磁场的位置到原点 O的距离 (2)磁场的磁感应强度大小 (321H 第一次离开磁场的位置到原点 O的距离 【解析】 （ 1） 11H 在电场和磁场中的轨迹见下图 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 不计粒子的重力， 11H 在匀强电场中做类平抛运动，从 x 轴上的 A点射 出，反向延长线与初速度方向交于 B点，由平抛运动的性质可知， B点为水平 位移的中点，由几何关系可知 /2 ta n ( ) 3OAh 即： 23hOA= 。 （ 2） A点竖向速度为 yv ， 合速度为 Av ，则 cos( )Ayvv 由能量守恒定律 212 yqEh mv 11H 在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为 R，由洛伦兹力提供其做匀速圆 周运动的向心力， 2A A vqv B m R 由几何关系可知 23hR 联立 解得， 6mEB qh 。 （ 3） 11H 在匀强电场中的水平位移为 1x ，则 1 11x vt 221 1 1 1 1122qEh a t tm 联立 解得， 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 21 1 1 1 12 4 12hm hx v = m vqE qE 21H 以相同的动能射入电场后， 第一次 进入 磁场的位置到原点 O的距离 为 2x ，同理可得 22 2 2 2 22 4 12hm hx v = m vqE qE 对比 式得 2123hx x = 由速度偏向角的正切值等于位移偏向角正切值的两倍，现在两种情况的位 移偏向角相同， 故速度偏向角也相同，及 21H 第一次射入匀强磁场时与 x轴正 半轴 的夹角 060= ，做匀速圆周运动的半径为 R ，如下图所示 因为电场力对两种电荷 11H 和 21H 做的功相同，故离开电场时的动能也相 同。圆周运动的半径 22 2211 22A AmvR = = 2m m v = RqB qB 11 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 21H 粒子第一次从磁场的 D点射出时距原点 O的距离 OD=DAOA，即 0 1 232 c o s ( 2 1 )3O D = R x h（ 30 ） - 12 （ 二 ） 选考题 :共 45 分 。 请考生从 2 道物理题 、 2 道化学题 、 2 道生物题中 每科任选一题作答 。 如果多做 ,则每科按所做的第一题计分 。 33.物理 选修 3-3(15分 ) (1)(5分 )如图 ,一定质量的理型气体从状态 a开始 ,经历过程 、 。 、 到 达状态 e,对此气体 ,下列说法正确的是 (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.过程 中气体的压强逐渐减小 B.过程 中气体对外界做正功 C.过程 中气体从外界吸收了热量 D.状态 c、 d的内能相等 E.状态 d的压强比状态 b的压强小 【答案】 BDE 【解析】考查理想气体状态方程 等温变化 玻意耳定律公式 1 1 2 2PV PV 12 21 PVPV 等容变化 查理定律公式 P CT 12 12 PPTT 等压变化 盖 -吕萨克定律公式 V CT 11 22 VTVT 综合，理想气体状态方程 PV CT 1 1 2 2 12 nn n P V P V P VT T T 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 选项 A， 等容过程， P CT ，温度升高，压强 逐渐增大； 错。 选项 B， 线性变化 V CT ，等圧膨胀，气体对外界做功，吸收热量； 对。 选项 C， 等容 过程， P CT ，温度降低，对外界放出热量；错。 选项 D，状态 c， d等温，玻意耳定律 1 1 2 2PV PV 和理想气体状态方程 1 1 2 2 12 nn n P V P V P VT T T，可知状态相等，内能一样。或者理想气体只与温度有 关，温度不变，内能不变；对。 选项 E，过程 等压膨胀， b 与 c 压强不变；过程 等温过程， 12 21 PVPV， 体积增大，压强减小；对。 (2)(10分 )如图 ,容积为 V的汽缸由导热材料制成 ， 面积为 S 的活塞将汽缸分 成容积相等的上下两部分 ， 汽缸上部通过细管与装有某种液体的容器相连 ， 细管 上有一阀门 K。开始时 ， K关闭 ， 汽缸内上下两部分气体的压强均为 0P ， 现将 K 打开 ,容器内的液体缓慢地流入汽缸 ,当流入的液体体 积为 8V 时 ， 将 K 关闭 ， 活塞平衡时其下方气体的体 积减小了 6V ， 不计活塞的质量和体积 ,外界温度保持 不变 ， 重力加速度大小为 g。 求流入汽缸内液体的质 量 。 【答案】 01526PSg 【解析】 恒温过程， 设流入液体的质量为 m ，上部容器压强为 1P ，体积为 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 1 132 8 6 2 4V V V VV = = ，下部容器压强为 2P ，体积为 2 2 6 3V V VV = = ， 分别列玻意耳定律公式 0 1 12VP PV 0 2 22VP PV 有平衡条件得 12mgPPS 联立 得 01526PSm= g 。 34.物理一选修 3-4）（ 15分） （ 1）（ 5分 ） 如图 ， ABC为一玻璃三棱镜的横截面 ， A=30， 一束红光 垂直 AB边射入，从 AC边上的 D点射出，其折射角为 60，则玻璃对红光的 折射率为 _。 若改用蓝光沿同一路径入射， 则光线在 D点射出时的折 AB射角 _（ “ 小 于 ”“ 等于 ” 或 “ 大于 ” ） 60。 【答案】 3 大于 【解析】折射定律 0 0 sin (6 0 ) 3sin (3 0 )n ，红橙黄绿蓝靛紫，其折射率逐渐 增大，及 nn红 蓝 ；当从玻璃射向空气的角度都为 30时，蓝光的折射角大于 60。 （ 2）（ 10分 ） 一列简 诺 横波在 13t=s 时的波形图如图（ a）所示， P、 Q是介 质中的两个质点，图（ b）是质点 Q的振动图像。求 ： 2018 年物理全国 1 卷及答案 郑重声明：为方便描述，文中图片进行了加工处理，与原图略有差别，仅供读者参考，未经允许不得 转载，版权归原作者所有。 （ i）波速及波的传播方向 （ ii）质点 Q的平衡位置的 x 坐标 。 【答案】 （ 1）向左 0.18m/s （ 2） 9cm 【解析】（ 1） 13t=s 时，由图（ b）可知质点 Q向上运动，由图（ a）可 知， Q向上运动，波向左传播。波速 0 .3 62 mv = = = 0 .1 8 m /sst 。 （ 2）先求解质点 Q的振动方程 y=Asin(t+) 角速度 0,02 = T 当 13t=s 时， 3 32y = A s in ( )= A ，由图（ a）可知， OQ间的距离刚好为 T/4个周期，故 Q点平衡位置对应的横坐标值为 9x cm 。