2023-2024学年新疆乌鲁木齐市第十二中学高三（下）月考物理试卷（2月）（含解析）

这是一份2023-2024学年新疆乌鲁木齐市第十二中学高三（下）月考物理试卷（2月）（含解析），共21页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

1.下列各组物理量中，都是矢量的是( )
A. 加速度和速率B. 时间和路程C. 速度和温度D. 位移和力
2.小明带着相机游玩鼓浪屿，边游玩边取景拍照，全程步行2万步。如图为某段时间内的x−t图像，由图可知( )
A. 在0∼t0时间内，小明的行走轨迹为一条曲线
B. 在0∼t0时间内，小明的加速度越来越小，行走的平均速度小于x1−x0t0
C. t0时刻以后，小明做匀速直线运动
D. 游玩过程中，为实时监测相机的大致位置，可以将小明与相机视为一个质点
3.在高空沿水平直线匀速飞行的飞机投弹轰炸地面目标，下列说法中正确的是()
A. 若空气阻力可忽略时，炸弹爆炸点在飞机后下方
B. 若空气阻力可忽略时，炸弹爆炸点在飞机正下方
C. 若空气阻力不能忽略时，炸弹爆炸点在飞机正下方
D. 若空气阻力不能忽略时，炸弹爆炸点在飞机前下方
4.物理的发展，科技的进步给人民生活带来很多便利，如图所示为某款出行软件给“不识路”的驾车一族提供的导航界面，下列说法正确的是( )
A. 图中推荐的三种方案位移都相同
B. 图中的“90公里”、“103公里”、“96公里”指的是位移的大小
C. 图中推荐的第一种方案驾车距离最短，则位移大小等于路程
D. 图中研究汽车在导航图中的位置时，不可以把汽车看作质点
5.人类一直在追求能源的开发和有效利用，太阳能的利用非常广泛，而太阳的巨大能量来源于太阳内部所发生的核聚变反应，该核反应可能是( )
A. ​12H+13H→24He+01nB. ​92238U→90234Th+24He
C. ​92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301nD. ​90234Th→91234Pa+−10e
6.如图，一个重为10N的大砝码，用细线悬挂在O点，现在用力F沿不同方向拉砝码，使悬线偏离竖直方向30∘时处于静止状态，此时所用拉力F的最小值为( )
A. 5 3NB. 10NC. 5ND. 10 33N
7.如图所示交变电流，该交变电流的有效值为( )
A. 2AB. 3AC. 2 2AD. 10A
8.“理想模型”法是物理学研究的一种重要思想。下列物理概念不是采用“理想模型”法的是( )
A. 质点B. 点电荷C. 电场线D. 电场强度
9.2021年6月17日神舟十二号载人飞船与天和核心舱完成对接，标志着中国人首次进入了自己的空间站；对接过程如图所示，天和核心舱处于半径为r3的圆轨道Ⅲ，神舟十二号飞船沿着半径为r1的圆轨道Ⅰ运动到Q点时，通过一系列变轨操作，沿椭圆轨道Ⅱ运动到P点与天和核心舱对接；已知神舟十二号飞船沿圆轨道Ⅰ运行周期为T1，则下列说法正确的是( )
A. 神舟十二号飞船在轨道Ⅱ上Q点的速度等于2πr1T1
B. 神舟十二号飞船在轨道Ⅱ上Q点的加速度大于4π2r1T12
C. 天和核心舱在轨道Ⅲ上P点的速度等于2πr1T1 r1r1+r3
D. 神舟十二号飞船沿轨道Ⅱ从Q到P运动时间为t=T12 r1+r32r13
10.如图所示，导体棒I和II互相垂直放于光滑的水平面内，导体棒I固定，II可以在水平面内自由运动。给导体棒I、II通以如图所示的恒定电流，仅在两导体棒之间的相互作用下，较短时间后导体棒II出现在虚线位置。下列关于导体棒II位置(俯视图)的描述可能正确的是
( )
A. B. C. D.
11.如图所示，两波源分别位于x=-2×10−1m和x=12×10−1m处，形成两列分别沿x轴正方向和负方向传播的简谐横波，两列波的波速均为v=0.4m/s，两波源的振幅均为2cm，t=0时刻两波的图象如图中所示，此时平衡位置处于x=0.2m和x=0.8m的质点P和Q刚开始振动。质点M的平衡位置处于x=0.5m处，关于各质点运动情况判断正确的是
A. 质点M刚开始振动时的方向沿y轴的负方向
B. t=0.75s时刻，质点P、Q都运动到M点
C. t=1s时刻，质点M的位移为4cm
D. 这两列波相遇时将发生干涉，M点振动始终加强，位移始终最大
12.如图，在等量异种点电荷+Q、−Q产生的电场中，O是两点电荷连线的中点，A、B是中垂线上关于O点对称的两点，C、D是关于中垂线对称的两点，a、b两个电子从O点以相同初动能射出，a电子经过C点，b电子经过D点，不计电子的重力和电子对原电场的影响，则( )
A. A，B两点电势相同，电场强度不相同
B. C，D两点电场强度相同，电势不相同
C. a电子经过C点时的动能大于b电子经过D点时的动能
D. a电子在C点时的加速度大于b电子在D点时的加速度
13.如图所示，一棱镜的横截面为四边形ABCD，其中∠A=∠C=90∘,∠ADC=60∘，AB、BC面的长度均为d。一细束黄光从距离A点为x的P点垂直AB面由真空射入棱镜后，恰好在CD面发生全反射，已知真空中的光速为c，则下列说法正确的是
( )
A. 该棱镜对黄光的折射率为2 33
B. 若将一细束红光沿同样方向从P点入射，则该光束也可以在CD面发生全反射
C. 若将一细束紫光沿同样方向从P点入射，则紫光在棱镜中传播的时间比黄光的长
D. 若将该束黄光沿同样方向从PB之间的某点入射(即x增大)，则黄光在棱镜中传播的时间变长
二、多选题：本大题共3小题，共12分。
14.下列说法正确的是( )
A. 做抛体运动(不计空气阻力)的物体在运动过程中相同时间内动量变化相同
B. 原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量
C. “彩超”根据反射波的频率变化，就能知道血流的速度，利用的是超声波的多普勒效应
D. 由爱因斯坦的相对论时空观可知运动物体的空间距离和物理过程的时间进程都跟物体的运动状态有关
15.(多选)一束含两种频率的单色光，照射到底面有涂层的平行均匀玻璃砖上表面后，经下表面反射从玻璃砖上表面射出后，光线分为a、b两束，如图所示。下列说法正确的是
( )
A. a、b一定是平行光线
B. 用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距
C. a光的频率大于b光的频率
D. 从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
16.图甲所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC。如果UC随时间t的变化如图乙所示，根据图甲和图乙分析，下列判断正确的是( )
A. 如果已知电容器的电容，可以由图求出电阻器的电阻
B. 如果已知电阻R，可以由图求出1∼2s内。电阻R产生的焦耳热
C. 如果把K与L之间的智能电源换成正弦交流电，电压有效值不变而频率可以改变，R上的电流有效值也会随频率改变
D. 电阻R上的电压随时间变化关系可能如图所示
三、实验题：本大题共1小题，共10分。
17.新华中学高三物理兴趣小组的一位同学，发现了一块比较特殊的电池，干是他组织了几位同学利用以下器材来测量该电池的电动势和内阻．
A.被测电池(电动势在10V∼15V之间，内阻未知)
B.电阻箱R(0∼20Ω)
C.定值电阻R0(阻值5Ω)
D.电流表A1(量程2A，内阻较小)
E.电流表A2(量程0.6A，内阻较小)
F.电键
G.导线若干
实验中为了保护电路，用到了包括电池和定值电阻R0在内的几种实验器材：①在虚线框内补充实验原理图，并在图中表明所选器材的符号：( )
②同学们利用实验数据做出了通过电源的电流I的倒数1I和外电路电阻R(R0除外)的关系图线，即1I一R图线，如图所示．
根据图线求出电池的电动势为_____V，内阻为____Ω.(保留2位有效数字)；
③测量值和真实值相比，电动势和真实值相比____，内阻和真实值相比____.(两空都填“偏大”“相等”或“偏小”)．
四、计算题：本大题共4小题，共39分。
18.如图(a)所示，一导热性良好、内壁光滑的汽缸水平放置，面积S=2×10−3m2、质量m=4kg、厚度不计的活塞与汽缸底部之间封闭了一部分气体，此时活塞与汽缸底部之间的距离为24cm，在活塞的右侧12cm处有一对与汽缸固定连接的卡环，气体的温度为300K，大气压强p0=1.0×105Pa。现将汽缸竖直放置，如图
所示，取g=10m/s2。求：( )
(1)活塞与汽缸底部之间的距离；
(2)汽缸竖直放置后，当封闭气体的压强为1.5×105Pa时，求此时气体的温度。
19.如图所示，半径为R的光滑竖直半圆形轨道固定在粗糙水平地面上，地面与半圆形轨道相切于B点，可看成质点的物块质量为m，从A点以初速度v0= 7gR水平向左运动，进入半圆形轨道，刚好能通过轨道最高点C，并恰好落在地面上的A点。已知重力加速度为g，求物块与水平地面间的动摩擦因数μ。
20.如图甲所示，足够长的柔软导线跨过滑轮悬挂两条水平金属棒MN、PQ，棒长均为l=0.50m，电阻值均为R=1.0Ω的电阻。MN质量m1=0.10kg，PQ质量m2=0.20kg，整个装置处于磁感应强度B=1.0T的匀强磁场中，磁场方向水平且垂直于MN和PQ。t=0时刻，对金属棒MN施加一个竖直向下的外力F，使之由静止开始运动，运动过程中电路中的电流I随时间t变化的关系如图乙所示。电路中其他部分电阻忽略不计，g取10m/s2：
(1)求2.0s末金属棒MN瞬时速度的大小；
(2)求4.0s末力F的瞬时功率；
(3)已知0∼3.0s时间内MN上产生的热量为0.36J，试计算F对金属棒MN所做的功。
21.理想气体是人们对实际气体简化而建立的一种理想模型，理想气体具有如下特点：分子本身不占有体积，分子间无相互作用力，分子间碰撞为弹性碰撞。从宏观上来看，理想气体符合pV=nRT，表达式中：p为气体压强，V为气体体积，T为气体的热力学温度，n为气体物质的量，R为常数，该方程反映了一定质量理想气体在同一状态下三个状态参量之间的关系。
(1)一般情况，分子直径线度约为10−10m，当分子间距离大于分子自身线度10倍时，分子间相互作用力可以忽略。已知空气平均密度约为ρ=1.3kg/m3，空气分子平均摩尔质量M=2.9×10−2kg/ml，阿伏加德罗常数约为NA=6×1023ml−1。
①建立适当的模型，写出空气分子平均间距的表达式；
②根据题目数据估算出空气分子的平均间距(计算结果保留一位有效数字)，并据此判断此种情况下空气是否可视为理想气体。
(2)气体分子运动较为复杂，做如下简化：正方体密闭容器中有大量运动分子，每个分子质量为m，单位体积内分子数量为n0，我们假定∶分子大小可以忽略，其速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等，与器壁碰撞前后瞬间，分子速度方向都与器壁垂直，且速率不变，利用所学力学知识，解决下列问题：
①导出气体压强p的微观表达式；
②a.求器壁在单位时间单位面积上受到的碰撞次数N0；
b.一定质量的理想气体压强和体积变化如图，试判断器壁在单位时间单位面积上受到的碰撞次数N0A与N0B的关系(“大于、等于、小于”)。
(3)试根据上述理想气体压强的宏观、微观表达式，证明：分子的平均动能Ek与热力学温度T成正比。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】【分析】
矢量是既有大小又有方向的物理量，其运算符合矢量合成法则，标量是只有大小没有方向的物理量。
【解答】
A、加速度是矢量，速率是标量，故A错误；
B、时间和路程都是标量，故B错误；
C、速度是矢量，温度是标量，故C错误；
D、位移和力都是矢量，故D正确。
故选D。
2.【答案】D
【解析】A.从 x−t 图像可知，在 0∼t0 时间内，小明一直向着规定的正方向运动，所以其运动轨迹为一条直线，故A错误；
B. x−t 图像的斜率表示物体运动是速度大小，从图像可得，在 0∼t0 时间内，小明运动的速度越来越小，但无法判断其加速度的变化情况；这段时间内，小明的平均速度为
v=x1−x0t0
故B错误；
C. t0 时刻以后，小明保持静止，故C错误；
D.游玩过程中，为实时监测相机的大致位置，可以将小明与相机视为一个质点，故D正确。
故选D。
3.【答案】B
【解析】AB.若空气阻力可忽略时，炸弹做平抛运动，由于惯性，炸弹离开飞机时水平方向的速度与飞机的速度相同，因此炸弹落地时，飞机一定在炸弹正上方，故A错误，B正确；
CD.若空气阻力不能忽略时，炸弹做减速运动，在水平方向的速度比飞机小，所以炸弹爆炸点在飞机后下方，故CD错误。
故选B。
4.【答案】A
【解析】解：A、三条线路起点和终点相同，故三条线路方案的位移相等，故A正确；
B、中的“90公里”、“103公里”、“96公里”指的是路程的大小，故B错误
C、只有单向直线运动时位移的大小才等于路程，故C错误
D、在研究汽车在地图上的实时位置时，汽车大小可以忽略，故汽车可以看成质点，故D错误
故选：A。
明确位移和路程的定义，明确位移为起点到终点的有向线段，而路程是指实际轨迹的长度；
当物体的大小和形状在所研究的问题中可以忽略时可以看作质点。
本题考查位移与路程、质点、瞬时速度和平均速度等，对于物理学中相近知识点要注意准确理解，掌握它们的区别和联系。
5.【答案】A
【解析】解：A、聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应。如： ​12H+13H→24He+01n，是太阳内部所发生的核聚变反应，故A正确，
B、核反应方程式 ​92238U→90234Th+24He，是α衰变；
C、核反应方程式 ​92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n，是裂变反应；
D、核反应方程式 ​90234Th→91234Pa+−10e，是β衰变。
故选：A。
聚变：两个轻核结合成质量较大的核的反应。如： ​12H+13H→24He+01n，是太阳内部所发生的核聚变反应。
本题考查了裂变反应和聚变反应。对于原子物理部分知识很多是属于记忆部分的，因此需要注意平时的记忆与积累。
6.【答案】C
【解析】以物体为研究对象，根据图解法可知
当拉力F与细线垂直时最小，根据平衡条件得F的最小值为
Fmin=Gsin30∘=10×0.5N=5N
故选C。
7.【答案】D
【解析】解：根据电流的热效应可知：42×R×0.02+22×R×0.02=I2R×0.04，解得：I= 10A，故D正确，ABC错误
故选：D。
由交流电图象得出一个周期内的热量，再由交流电的有效值定义可求得该交流电的有效值。
本题考查电流的有效值，要注意明确电流的有效值采用的是电流的热效应来定义的
8.【答案】D
【解析】解：A、点电荷忽略了电荷的大小等次要因素，故A不符合题意；
B、轻质弹簧忽略了弹簧的质量等次要因数，是一种理想模型，故B不符合题意；
C、电场线是理想化的模型，故C不符合题意；
D、电场强度是物理量的概念，不是理想化的模型，故D符合题意；
本题选不属于“理想模型”的，
故选：D。
理想化模型是对事物的各个物理因素加以分析、忽略与问题无关或影响较小的因素，突出对问题起作用较大的主要因素，从而把问题简化。
理想化模型是抓住问题的主要方面，忽略问题的次要方面，是物理学中一种常见的研究方法。
9.【答案】D
【解析】A.神舟十二号飞船在轨道Ⅰ上的运行速度
v1=2πr1T1
从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ要在Q点加速，则在轨道Ⅱ上Q的速度大于 2πr1T1 ，选项A错误；
B.神舟十二号飞船在轨道Ⅰ上的加速度为
a=4π2r1T12
根据
a=GMr2
可知，在轨道Ⅱ上Q点的加速度等于在轨道Ⅰ上的加速度，则在轨道Ⅱ上Q点的加速度等于 4π2r1T12 ，选项B错误；
C.根据
GMmr2=mv2r
解得
v= GMr
则
v3v1= r1r3
则天和核心舱在轨道Ⅲ上P点的速度等于
v3=v1 r1r3=2πr1T1 r1r3
选项C错误；
D.根据开普勒第三定律
r 13T 12=(r1+r32)3T 22
解得
T2=T1 r1+r32r13
从Q到P运动时间为
t=T22=T12 r1+r32r13
选项D正确。
故选D。
10.【答案】C
【解析】从上往下看(俯视图)，导体棒I中的电流产生磁场，根据安培定则可知，棒I右侧的磁场垂直纸面向外，且离导线越近，磁场越强，根据左手定则可知，导体棒II受到安培力竖直向下，导体棒II左端位置磁场强，故棒II左端受到的安培力大，向下运动的快。
故选C。
11.【答案】C
【解析】【分析】
由波的传播方向来确定质点的振动方向，两列频率相同的相干波，当波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇时振动加强，当波峰与波谷相遇时振动减弱，则振动情况相同时振动加强；振动情况相反时振动减弱，由图读出波长，从而算出波的周期，根据所给的时间与周期的关系，分析质点M的位置，确定其位移。
本题要掌握波的独立传播原理：两列波相遇后保持原来的性质不变，波的叠加满足矢量合成法则，例如当该波的波峰与波峰相遇时，此处相对平衡位置的位移为振幅的二倍；当波峰与波谷相遇时此处的位移为零。
【解答】
A.由波的传播方向根据波形平移法可判断出质点M的振动方向沿 y轴的正方向，故A错误；
B.质点 P、 Q只在各自的平衡位置附近往复振动，不随波传播，故B错误；
C.由图知波长λ=0.4m，由v=λT，该波的周期为T=λv=，两质点的振动传到M的时间为t=xv=， t=1s时刻，质点 M振动T4，处于正向最大位移处，所以质点 M的位移为4cm，故C正确；
D.这两列波相遇时将发生干涉，M点振动始终加强，但位移不是始终最大，故D错误。
故选C。
12.【答案】C
【解析】【分析】
解决本题的关键是掌握等量异种电荷的电场分布情况。等量异种电荷连线的中垂面是一个等势面，判断电势的高低时可认为离正电荷越近，电势越高，离负电荷越近，电势越低。电场力做正功则动能变大，电场力做负功则动能变小。
【解答】
A、等量异种点电荷产生的电场中，中垂面是等势面，这个面上电场方向都水平向右，所以A、B两点的电场强度大小相等、方向相同，电场强度相同，A选项错误；
B、电场强度沿电场线的切线方向，C、D两点的电场线切线方向不同，所以C、D两点电场强度不相同，B选项错误；
C、根据电场线的方向可知，a电子从O运动到C，电场力对电子做正功，电子动能增大，b电子从O运动到D，电场力对电子做负功，电子动能减小，它们的初动能相等，则a电子经过C点时的动能大于b电子经过D点时的动能，C选项正确；
D、由对称性可知，C、D两点电场强度大小相等，a电子在C点时的加速度大小等于b电子在D点时的加速度大小，D选项错误。
13.【答案】C
【解析】A.光路如下图所示
则根据几何关系可知， α=30∘ ，所以
sinα=1n
解得
n=2
故A错误；
B.红光的折射率比黄光小，红光发生全反射的临界角大于黄光的，因此若将一细束红光沿同样方向从P点入射，则该光束不会在CD面发生全反射，故B错误；
C.紫光的频率比黄光大，波长小，因此紫光的折射率大，因此一定会发生全反射，紫光和黄光的光路图均如下所示
由于紫光的折射率比黄光大，根据
v=cn
可知紫光在棱镜的传播速度比黄光小，故时间更长，故C正确；
D.由C选项可知，黄光在棱镜中传播的距离为
s=PP1+P1P2+P2P3= 3d−x 3+2x 3+ 3d−x 3=2 3d
因此传播距离和x无关，因此时间不会变长，故D错误。
故选C。
14.【答案】ACD
【解析】解：A.做抛体运动(不计空气阻力)的物体仅受重力作用，竖直向下，由Δp=mgΔv可得做抛体运动(不计空气阻力)的物体在运动过程中相同时间内动量变化相同，故A正确；
B.当单独存在的核子结合成原子核，会释放巨大能量，由质能方程可知，单独存在时的总质量大于该原子核的质量，故B错误；
C.“彩超”利用超声波的多普勒效应，根据反射波的频率变化，就能知道血流的速度，故C正确：
D.根据爱因斯坦的相对论时空观，运动物体的空间距离和物理过程的时间进程都跟物体的运动状态有关，故D正确。
故选：ACD。
根据动量定理比较动量的变化量，单独存在的核子结合成原子核，会释放巨大能量，根据多普勒效应分析C；根据爱因斯坦的相对论时空观分析D。
本题考查多普勒效应、质能方程、相对论等知识点，解题关键注意平时对基本概念的积累。
15.【答案】ACD
【解析】解：
A、因为a、b两光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据折射定律可知出射后折射角等于开始时的入射角，所以出射光线一定平行，故A正确。
BC、作出光路图如图所示，a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，波长短。根据双缝干涉条纹间距公式△x=Ldλ知，a光的条纹间距小于b光的条纹间距。故B错误，C正确。
D、因为a光的折射率较大，根据sinC=1n，知a光的临界角小。故D正确。
故选：ACD。
作出光路图，根据光线的偏折程度比较两色光的折射率大小，从而比较出频率的大小和波长的大小，通过波长大小，结合双缝干涉条纹间距公式比较条纹间距的大小．由sinC=1n分析全反射临界角的大小．
解决本题的关键是正确作出光路图，通过光线的偏折程度比较出光的折射率大小，知道折射率、频率、波长等大小关系．
16.【答案】CD
【解析】ABD.根据题意可知，电路中的电流为I=ΔqΔt=CΔUΔt
由图乙 UC−t 图像可知， 1∼2s 内、 3∼5s 内电路中电流均恒定不变， 1∼2s 内图像的斜率是 3∼5s 内图像斜率的2倍，则 1∼2s 内电路中电流是 3∼5s 内的2倍。 2∼3s 内，电路中电流为零。由 UR=IR 知， 1∼2s 内电阻 R 两端电压 UR 是 3∼5s 内的2倍。 1∼2s 内，电容器在充电， 3∼5s 内电容器在放电，电路中电流方向相反，则 1∼2s 内 R 的电压与 3∼5s 内 R 的电压相反，如果已知电容器的电容，可求电路中的电流的大小，但不知道电阻两端电压，不可求电阻器的电阻，如果已知电阻 R ，但不知电容器的电容，不可求电流的大小，则不可求电阻 R 产生的焦耳热，故AB错误，D正确；
C.由电容器的容抗公式 XC=12πfC 可知，频率改变，容抗改变， R 上的电流有效值也会随频率改变，故C正确。
故选CD。
17.【答案】 12 1.0 相等 偏大
【解析】①利用器材来测量电源电动势与内阻，由题意可知，实验中由两个未知内阻的电流表、一个电阻箱、一个滑动变阻器与一个定值电阻，没有电压表，两电流表内阻未知，不能用电流表与定值电阻组成电压表测电压，因此不能用伏安法测电源电动势与内阻，应该用安阻法测电源电动势与内阻，电源电动势约为10V−15V，为了保护电路安全、进行多次实验测出多组实验数据，电流表应选 A1 ，安阻法测电源电动势与内阻的实验电路如图所示
②由实验电路可知，在闭合电路中，电源电动势 E=I(r+R0+R) ，则 1I=r+R0E+1ER ，由图所示图象可知，图象的截距 b=r+R0E=0.5 ，图象的斜率 k=1E=Δ1IΔR=1−0.56=112 ，则电源电动势 E=1k=12V ，电源内阻： r=bE−R0=0.5×12−5Ω=1.0Ω
③考虑电流表内阻对实验的影响， E=I(r+R0+RA+R) ， 1I=r+R0+RAE+1ER ，电流表内阻会导致系统误差，使电源内阻测量值和真实值相比偏大，电动势和真实值相比相等．
18.【答案】(1)20cm；(2)675K
【解析】(1)对于封闭气体，初状态
p1=1.0×105Pa ， V1=L1S ， L1=24cm
末状态
p2=p0+mgS=1.2×105Pa ， V2=L2S
根据理想气体状态方程有
p1V1=p2V2
解得
L2=20cm
(2)当压强为 1.5×105Pa 时，压强大于 p2 ，因此此时活塞与卡环接触，并有相互作用力，此时气体体积为
V3=L3S ， L3=24cm+12cm=36cm
根据理想气体状态方程有
p1V1T1=p3V3T3
解得
T3=675K
19.【答案】解：物块恰好过轨道最高点，则在最高点C，由牛顿第二定律得：mg=mv2R平抛运动过程中水平方向：x=vt竖直方向：2R=12gt2物块从A点到最高点C的运动过程中，由动能定理得：−μmgx−mg⋅2R=12mv2−12mv02。
解得：μ=0.5。
【解析】由牛顿第二定律求出物块恰好通过最高点的速度；根据动能定理、平抛运动规律即可求得摩擦因数。
解此题弄清运动过程，列出动能定理式子，即可求解。
20.【答案】解：(1)由图乙可得：t=2.0s时，I=0.4A。
根据闭合电路的欧姆定律可得I=E2R，
产生的感应电动势：E=2Blv
解得v=0.80m/s；
(2)由I=2Blv2R=BlaR⋅t可知，金属棒做初速度为零的匀加速直线运动。
由运动学规律v=at，
解得金属棒的加速度大小a=0.40m/s2
对整体根据牛顿第二定律得：F+m1g−m2 g−2F安=(m1+m2)a
又F安=BIl
由题图乙可得t=4.0s时，I=0.8A，
解得F安=0.4N，外力F=1.92N
由速度与时间的关系可知t=4.0s时v=1.6m/s
根据P=Fv，解得P=3.1W；
(3)MN与PQ串联，可知电路中产生的总热量为Q总=2×0.36J=0.72J
根据能量守恒定律有W=(m2−m1)gh+12(m1+m2)v22+Q总
又h=v222a=1.8m，v2=at2
联立可得F对金属棒所做的功W=2.7J。
答：(1)2.0s末金属棒MN瞬时速度的大小为0.80m/s；
(2)4.0s末力F的瞬时功率为3.1W；
(3)已知0～3.0s时间内MN上产生的热量为0.36J，F对金属棒MN所做的功为2.7J。
【解析】(1)由图乙可得t=2.0s时的电流，根据闭合电路的欧姆定律结合E=2Blv求解速度大小；
(2)分析金属棒的运动情况，由运动学规律求解金属棒的加速度大小，对整体根据牛顿第二定律求解外力，根据P=Fv求解功率；
(3)MN与PQ串联，根据能量守恒定律可得F对金属棒所做的功。
本题主要是考查电磁感应现象与力学的结合，弄清楚受力情况和运动情况，根据牛顿第二定律列出方程；对于导体棒运动过程中涉及能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解，注意本题中导体棒都切割磁感应线且安培力都阻碍导体棒的运动。
21.【答案】(1)① d=3MρNA ；② 3×10−9m ；能(2)①p= 13 n0mv2
②a. 16 n0v ；b.大于；(3)见解析

【解析】(1)①将一个空气分子运动占据的空间看做是一个立方体，则两个空气分子间距为一个立方体的边长，则
d=3MρNA
②根据
d=3MρNA
带入数据可知
d=32.9×10−21.3×6×1023m=3×10−9m>10×10−10m=10−9m
则此种情况下空气可视为理想气体。
(2)①以气体分子为研究对象，以分子碰撞器壁时的速度方向为正方向
根据动量定理
−I′=−mv−mv=−2mv
由牛顿第三定律可知，分子受到的冲量与分子给器壁的冲量大小相等方向相反，所以一个分子与器壁碰撞一次给器壁的冲量为
I=2mv
如图所示，以器壁的面积S为底，以v△t为高构成柱体，由题设条件可知，柱体内的分子在△t时间内有1/6与器壁S发生碰撞，碰撞分子总数为
N= 16 n0Sv△t
在△t时间内，设N个分子对面积为S的器壁产生的作用力为F；
N个分子对器壁产生的冲量
F△t=NI
根据压强的定义
p=FS
解得气体分子对器壁的压强
p= 13 n0mv2
②a.由以上分析可知，器壁在单位时间单位面积上受到的碰撞次数
N0= 16 n0v
b.对AB两态压强相等，但是VB>VA，则在A态时气体的温度较低，气体分子数密度较大，则单位时间内单位面积上受到的碰撞次数较多，即N0A>N0B。
(3)由于压强p和温度T的关系式为
p=nkT
而
p= 13 n0mv2
Ek=12mv2 ​
联立可知
Ek=3nk2n0T∝T