2023届高考物理二轮复习专项情境10学习探索类情境问题含答案

这是一份2023届高考物理二轮复习专项情境10学习探索类情境问题含答案，共6页。试卷主要包含了5 s开始再经过0等内容，欢迎下载使用。


A．浮标上下振动的周期为T＝2 s
B．该列波的波速为v＝2 m/s
C．从t＝0.5 s开始再经过0.5 s，x＝4 m处的质点到达波谷位置
D．图甲是x＝2 m处质点的振动图像
2.[2022·河北名校联考]某同学利用电流传感器研究电容器的放电过程，他按如图甲所示电路图连接电路．先使开关S接1，电容器很快充电完毕．然后将开关掷向2，电容器通过滑动变阻器R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I ­ t曲线如图乙所示．紧接着他进一步研究滑动变阻器的阻值对放电过程的影响，下列判断正确的是( )
A.将滑片P向右移动一段距离，重复以上操作，所得曲线与坐标轴所围面积将增大
B．将滑片P向左移动一段距离，重复以上操作，所得曲线与坐标轴所围面积将减小
C．将滑片P向右移动一段距离，重复以上操作，所得曲线与横轴交点的位置将向右移动
D．将滑片P向左移动一段距离，重复以上操作，所得曲线与纵轴交点的位置将向下移动
3.[2022·北京朝阳区二模]利用如图甲所示的实验粗略测量人吹气产生的压强．两端开口的细玻璃管水平放置，内部截面积为S.管内塞有潮湿的小棉球，其质量为m，与B端的距离为x.实验者从玻璃管的A端均匀吹气，棉球从B端飞出，落地点为C.测得C点与B端的水平距离为l，棉球下落高度为h.多次改变x，测出对应的l，画出l2 ­ x的图像如图乙所示，图线的斜率为k.不计棉球与管壁的摩擦，不计空气阻力．重力加速度为g.下列选项正确的是( )
A．实验中小棉球在玻璃管中做匀速运动
B．获取图乙中各组数据时可以改变人每次吹气产生的压强
C．由题中数据可求得小棉球到达B端的速度为l eq \r(\f(2h,g))
D．由于人吹气使小棉球两侧产生的压强差为 eq \f(kmg,4hS)
4.2020年7月23日，我国天问一号火星探测器成功发射，标志着我国对火星的研究进入实际阶段．若一宇航员到达半径为r、密度均匀的火星表面，做如下实验：用不可伸长的轻绳拴一质量为m的小球，上端固定在O点，如图甲所示，在最低点给小球一初速度，使其绕O点在竖直面内做圆周运动，测得绳的拉力F大小随时间t的变化规律如图乙所示．已知F1＝7F2，引力常量为G，忽略各种阻力．以下说法正确的是( )
A．火星表面的重力加速度为 eq \f(F1,7m)
B．火星的第一宇宙速度为 eq \r(\f(Gm,r))
C．火星的密度为 eq \f(3F1,28πGr)
D．小球绕O点在竖直面内做圆周运动的周期为2t0
5.[2022·吉林长春二模]坐标原点O处有一粒子源，沿xOy平面向第一象限的各个方向以相同速率发射带正电的同种粒子．有人设计了一个磁场区域，区域内存在着方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场，使上述所有粒子从该区域的边界射出时均能沿y轴负方向运动．不计粒子的重力和粒子间相互作用，则该匀强磁场区域面积最小时对应的形状为( )
6.2021年5月15日，我国天问一号火星探测器所携带的祝融号火星车及其着陆组合体，成功降落在火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功．若我国航天员随探测器降落到火星上，已知引力常量G和火星的半径R，现有一把刻度尺和一个电子表．不考虑火星自转的影响．请回答下列问题．
(1)他怎样才能测出火星的密度，写出火星密度的表达式．
(2)他还需要选用哪些实验器材，测量哪些物理量？
情境10 学习探索类情境问题
1．解析：
答案：ABD
2．解析：I ­ t图线与坐标轴所围成的面积表示电容器放电的电荷量，而电容器的带电荷量Q＝CU，移动滑片P，因为C和U都不变，故Q没有变化，所以曲线与坐标轴所围面积不变，选项A、B错误；将滑片P向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，由闭合电路欧姆定律知，将开关掷向2时电容器开始放电的电流减小，则曲线与纵轴交点的位置将向下移动，由于曲线与坐标轴所围面积不变，所以曲线与横轴交点的位置将向右移动，选项C正确；将滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律知，将开关掷向2时电容器开始放电的电流增加，则曲线与纵轴交点的位置将向上移动，选项D错误．
答案：C
3．解析：棉球受到吹入气体给的水平向右的力，而在水平方向只受到这一个力，所以棉球不能平衡，故棉球不是做匀速运动，选项A错误；图乙是l2 ­ x的图像关系，所以其他因素应保持不变，故不能改变人每次吹气产生的压强，选项B错误；棉球从B端飞出后做平抛运动，根据平抛运动的公式有l＝vBt，h＝ eq \f(1,2) gt2，可求出vB＝l eq \r(\f(g,2h)) ，选项C错误；若大气压强为p0，人吹气产生的压强始终为p，对棉球从静止到B点的运动过程列动能定理有（p－p0）Sx＝ eq \f(1,2) mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B)) －0，联立解得l2＝ eq \f(4（p－p0）Sh,mg) x＝kx，则 eq \f(4（p－p0）Sh,mg) ＝k，所以人吹气使小棉球两侧产生的压强差为Δp＝p－p0＝ eq \f(kmg,4Sh) ，选项D正确．
答案：D
4．解析：结合题意分析题图乙，可知绳的拉力F1对应小球运动到最低点时小球受到的拉力，F2对应小球运动到最高点时小球受到的拉力，故小球绕O点在竖直面内做圆周运动的周期为t0，选项D错误．设小球在最低点的速度为v1，在最高点的速度为v2，做圆周运动的半径为l，则在最低点有F1－mg＝ eq \f(mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,l) ，在最高点有F2＋mg＝ eq \f(mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,l) ，又 eq \f(1,2) mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ＝ eq \f(1,2) mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ＋2mgl，F1＝7F2，联立解得火星表面的重力加速度g＝ eq \f(F1,7m) ，选项A正确．卫星绕火星表面运行时有 eq \f(GMm′,r2) ＝m′ eq \f(v2,r) ，可得卫星绕火星表面运行的速度v＝ eq \r(\f(GM,r)) ，即火星的第一宇宙速度，其中M表示火星的质量，选项B错误．结合A选项分析有 eq \f(F1,7) ＝mg＝ eq \f(GMm,r2) ，又M＝ eq \f(4πr3,3) ρ，联立可得火星的密度ρ＝ eq \f(3F1,28πGmr) ，选项C错误．
答案：A
5．解析：
解法一（定量计算）：设粒子做匀速圆周运动的半径为R，根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m eq \f(v2,R) ，解得粒子在磁场中运动轨迹的半径为R＝ eq \f(mv,qB) ，粒子运动轨迹如图所示，因为粒子从原点射入磁场的速度方向只在第一象限内，结合图像及轨迹的半径公式可知，粒子与x轴相交的横坐标范围为－ eq \f(2mv,qB) ≤x≤－ eq \f(mv,qB) ，结合图像及半径公式可知，粒子与y轴相交的纵坐标范围为0≤y≤ eq \f(2mv,qB) ，由题可知，匀强磁场的最小范围如D图中的阴影区域所示，故选项D正确，A、B、C错误．
解法二（定性分析）：由于粒子带正电，并且磁场方向垂直于xOy平面向里，可以判断粒子做逆时针方向的圆周运动．分析沿x轴正方向射出的粒子，出磁场时速度方向沿y轴负方向，则粒子转过的圆心角为270°，即出射点和O点的连线与y轴正方向夹角为45°，由几何关系可得粒子在（－R，R）处离开磁场，综上所述D图像符合，A、B、C图像不符合．
答案：D
6．解析：（1）设火星表面的重力加速度大小为g，由重力等于万有引力有G eq \f(Mm,R2) ＝mg
由密度的定义式得ρ＝ eq \f(M,V) ，由球的体积公式得V＝ eq \f(4,3) πR3
解得火星密度的表达式为ρ＝ eq \f(3g,4πRG)
上述表达式需要测量出g的值
测量方法：①将细线的一端拴紧一个小球，另一端悬挂在探测器上，做成单摆；
②在最大摆角小于5°的情况下，测出细线长为L时振动30个周期的总时间t1，细线长增加ΔL，再测出振动30个周期的总时间t2，则有
eq \f(t1,30) ＝2π eq \r(\f(L＋r,g)) ， eq \f(t2,30) ＝2π eq \r(\f(L＋r＋ΔL,g)) ，r＝ eq \f(d,2) ，解得g＝ eq \f(3 600π2ΔL,t eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) －t eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ) .
（2）由（1）中分析可知，还需要的实验器材有一条细线和一个小球；需要测量的物理量有用电子表测量出t1和t2，用刻度尺测量出ΔL.