2020年天津市高考物理试卷解析版下载

1. 如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻，边长。求
在到时间内，金属框中的感应电动势E；
时，金属框ab边受到的安培力F的大小和方向；
在到时间内，金属框中电流的电功率P。

【答案】解：在到的时间内，磁感应强度的变化量，设穿过金属框的磁通量变化量，
         则有：
         由于磁场均匀变化，金属棒中产生的感应电动势恒定，
         有：     
         联立代入数据有：   ；
设金属框中电流I，由闭合电路欧姆定律，
         有：     
         由图知时，磁感应强度
         金属框ab边受到的安培力为：   
         联立式，代入数据得：   
         方向垂直ab向左     
在到时间内，金属框中电流的电功率为：
            
         联立式，代入数据得：   
答：
在到时间内，金属框中的感应电动势为；
时，金属框ab边受到的安培力大小为，方向方向垂直ab向左；
在到时间内，金属框中电流的电功率为。

【解析】利用法拉第电磁感应定律计算；
利用全电路欧姆定律和安培力计算；
电路为纯电阻电路，电功率。
此题考查了法拉第电磁感应定律和安培力计算，并结合电路和能量转化与守恒考查了焦耳定律，比较基础，但知识点衔接较多，是一道中等偏易题。

五、简答题（本大题共2小题，共34.0分）

2. 长为l的轻绳上端固定，下端系着质量为的小球A，处于静止状态。A受到一个水平瞬时冲量后在竖直平面内做圆周运动，恰好能通过圆周轨迹的最高点。当A回到最低点时，质量为的小球B与之迎面正碰，碰后A、B粘在一起，仍做圆周运动，并能通过圆周轨迹的最高点。不计空气阻力，重力加速度为g，求
受到的水平瞬时冲量I的大小；
碰撞前瞬间B的动能至少多大？

【答案】解：恰好能通过圆周运动最高点，此时轻绳拉力恰好为零，设A在最高点的速度为v，由牛顿第二定律，有
 
A从最低点到最高点过程机械能守恒，取轨迹最低点处重力势能为零，设A在最低点的速度为，有
 
由动量定理，有
  
联立式，得
 
设两球粘在一起是速度，AB粘在一起恰能通过圆周运动轨迹最高点，需满足
   
要达到上述条件，碰撞后两球速度方向必须与碰前B的速度方向相同，以此方向为正方向，设B碰前瞬时速度大小为，由动量守恒定律，有
又 
联立
   

【解析】本题关键是临界条件的利用，求出最高点速度；综合利用机械能守恒、动量定理和动量守恒求解；难点是动量守恒的判断。

3. 多反射飞行时间质谱仪是一种测量离子质量的新型实验仪器，其基本原理如图所示，从离子源A处飘出的离子初速度不计，经电压为U的匀强电场加速后射入质量分析器。质量分析器由两个反射区和长为l的漂移管无场区域构成，开始时反射区1、2均未加电场，当离子第一次进入漂移管时，两反射区开始加上电场强度大小相等、方向相反的匀强电场，其电场强度足够大，使得进入反射区的离子能够反射回漂移管。离子在质量分析器中经多次往复即将进入反射区2时，撤去反射区的电场，离子打在荧光屏B上被探测到，可测得离子从A到B的总飞行时间。设实验所用离子的电荷量均为q，不计离子重力。
求质量为m的离子第一次通过漂移管所用的时间；
反射区加上电场，电场强度大小为E，求离子能进入反射区的最大距离x；
已知质量为的离子总飞行时间为，待测离子的总飞行时间为，两种离子在质量分析器中反射相同次数，求待测离子质量。

【答案】解：设离子经加速电场加速后的速度大小为v，根据动能定理可得：
离子在漂移管中做匀速直线运动，则：
联立式，得：
从开始加速到反射区速度为零过程中，根据动能定理，有：
解得：
离子在加速电场中运动和反射区电场中每次单向运动均为匀变速直线运动，平均速度大小均相等，设其为，有：
通过式可知，离子在反射区的电场中运动路程是与离子本身无关的，所以不同离子在电场区运动的总路程相等，设为，在无场区的总路程设为，根据题目条件可知，离子在无场区速度大小恒为v，设离子的总飞行时间为，有：
联立式，得：
可见，离子从A到B的总飞行时间与成正比，依题意可得：
解得：
答：质量为m的离子第一次通过漂移管所用的时间为；
反射区加上电场，电场强度大小为E，离子能进入反射区的最大距离为；
待测离子质量为。

【解析】根据动能定理求解离子在漂移管中做匀速直线运动的速度，再根据匀速直线运动的规律求解时间；
从开始加速到反射区速度为零过程中，根据动能定理求解x的值；
分析粒子在反射区和漂移管中运动的特点，求出离子从A到B的总飞行时间与质量的关系，再根据运动时间求解待测离子质量。
有关带电粒子在匀强电场中的运动，可以从两条线索展开：其一，力和运动的关系。根据带电粒子受力情况，用牛顿第二定律求出加速度，结合运动学公式确定带电粒子的速度和位移等；其二，功和能的关系。根据电场力对带电粒子做功，引起带电粒子的能量发生变化，利用动能定理进行解答。