2020年普通高等学校招生全国统一考试物理(全国Ⅰ卷).docx

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2020年普通高等学校招生全国统一考试
物理(全国卷Ⅰ)
本试卷共4页,共14小题,满分110分。考试用时90分钟。
二、选择题:本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,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.行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零,关于安全气囊在此过程中的作用,下列说法正确的是(　　)

A.增加了司机单位面积的受力大小
B.减少了碰撞前后司机动量的变化量
C.将司机的动能全部转换成汽车的动能
D.延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积
15.火星的质量约为地球质量的110,半径约为地球半径的12,则同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为(　　)
A.0.2 B.0.4 C.2.0 D.2.5

16.如图所示,一同学表演荡秋千。已知秋千的两根绳长均为10 m,该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg。绳的质量忽略不计。当该同学荡到秋千支架的正下方时,速度大小为8 m/s,此时每根绳子平均承受的拉力约为(　　)
A.200 N B.400 N
C.600 N D.800 N

17.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,则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中,正确的是(　　)

18.一匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,其边界如图中虚线所示,ab为半圆,ac、bd与直径ab共线,ac间的距离等于半圆的半径。一束质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子,在纸面内从c点垂直于ac射入磁场,这些粒子具有各种速率。不计粒子之间的相互作用。在磁场中运动时间最长的粒子,其运动时间为(　　)
A.7πm6qB B.5πm4qB C.4πm3qB D.3πm2qB
19.下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　)
A.12H+12H→01n+X1 B.12H+13H→01n+X2
C.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+3X3 D.01n+36Li→13H+X4

20.一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑,其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示,重力加速度取10 m/s2。则(　　)
A.物块下滑过程中机械能不守恒
B.物块与斜面间的动摩擦因数为0.5
C.物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2
D.当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J
21.如图所示,U形光滑金属框abcd置于水平绝缘平台上,ab和dc边平行,和bc边垂直。ab、dc足够长,整个金属框电阻可忽略。一根具有一定电阻的导体棒MN置于金属框上,用水平恒力F向右拉动金属框,运动过程中,装置始终处于竖直向下的匀强磁场中,MN与金属框保持良好接触,且与bc边保持平行。经过一段时间后(　　)

A.金属框的速度大小趋于恒定值
B.金属框的加速度大小趋于恒定值
C.导体棒所受安培力的大小趋于恒定值
D.导体棒到金属框bc边的距离趋于恒定值
三、非选择题:共62分。第22~25题为必考题,每个试题考生都必须作答。第33~34题为选考题,考生根据要求作答。
(一)必考题:共47分。

甲
22.(6分)某同学用伏安法测量一阻值为几十欧姆的电阻Rx,所用电压表的内阻为1 kΩ,电流表内阻为0.5 Ω。该同学采用两种测量方案,一种是将电压表跨接在图甲所示电路的O、P两点之间,另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图乙所示的两条U-I图线,其中U与I分别为电压表和电流表的示数。
回答下列问题:
(1)图乙中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在　　　　(选填“O、P”或“O、Q”)两点的方案测量得到的。 

乙

(2)根据所用实验器材和图乙可判断,由图线　　　　(选填“Ⅰ”或“Ⅱ”)得到的结果更接近待测电阻的真实值,结果为　　　　 Ω(保留1位小数)。 
(3)考虑到实验中电表内阻的影响,需对(2)中得到的结果进行修正,修正后待测电阻的阻值为　　　　 Ω(保留1位小数)。 

23.(9分)某同学用如图所示的实验装置验证动量定理,所用器材包括:气垫导轨、滑块(上方安装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下:
(1)开动气泵,调节气垫导轨,轻推滑块,当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间　　　　时,可认为气垫导轨水平; 
(2)用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块(含遮光片)的质量m2;
(3)用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接,并让细线水平拉动滑块;
(4)令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动,和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Δt1、Δt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12;
(5)在遮光片随滑块从A运动到B的过程中,如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力,拉力冲量的大小I=　　　　,滑块动量改变量的大小Δp=　　　　;(用题中给出的物理量及重力加速度g表示) 
(6)某次测量得到的一组数据为:d=1.000 cm,m1=1.50×10-2 kg,m2=0.400 kg,Δt1=3.900×10-2 s,Δt2=1.270×10-2 s,t12=1.50 s,g取9.80 m/s2。计算可得I=　　　　　　 N·s,Δp=　　　　 kg·m/s;(结果均保留3位有效数字) 
(7)定义δ=I-ΔpI×100%,本次实验δ=　　　　%(保留1位有效数字)。 
24.(12分)我国自主研制了运-20重型运输机。飞机获得的升力大小F可用F=kv2描写,k为系数;v是飞机在平直跑道上的滑行速度,F与飞机所受重力相等时的v称为飞机的起飞离地速度。已知飞机质量为1.21×105 kg时,起飞离地速度为66 m/s;装载货物后质量为1.69×105 kg,装载货物前后起飞离地时的k值可视为不变。
(1)求飞机装载货物后的起飞离地速度。
(2)若该飞机装载货物后,从静止开始匀加速滑行1 521 m起飞离地,求飞机在滑行过程中加速度的大小和所用的时间。

25.(20分)在一柱形区域内有匀强电场,柱的横截面是以O为圆心、半径为R的圆,AB为圆的直径,如图所示。质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子在纸面内自A点先后以不同的速度进入电场,速度方向与电场的方向垂直。已知刚进入电场时速度为零的粒子,自圆周上的C点以速率v0穿出电场,AC与AB的夹角θ=60°。运动中粒子仅受电场力作用。
(1)求电场强度的大小。
(2)为使粒子穿过电场后的动能增量最大,该粒子进入电场时的速度应为多大?
(3)为使粒子穿过电场前后动量变化量的大小为mv0,该粒子进入电场时的速度应为多大?

(二)选考题:共15分。请考生从2道物理题中任选一题作答。如果多做,则按所做的第一题计分。
33.[物理——选修3-3](15分)

(1)(5分)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r=r1时,F=0。分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能　　　　(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能　　　(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)零。 
(2)(10分)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体)。甲罐的容积为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为12p。现通过连接两罐的细管把甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后
(ⅰ)两罐中气体的压强;
(ⅱ)甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。

34.[物理——选修3-4](15分)
(1)(5分)在下列现象中,可以用多普勒效应解释的有　　　　。(填正确答案标号。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.雷雨天看到闪电后,稍过一会儿才能听到雷声
B.超声波被血管中的血流反射后,探测器接收到的超声波频率发生变化
C.观察者听到远去的列车发出的汽笛声,音调会变低
D.同一声源发出的声波,在空气和水中传播的速度不同
E.天文学上观察到双星(相距较近、均绕它们连线上某点做圆周运动的两颗恒星)光谱随时间的周期性变化

(2)(10分)一振动片以频率f做简谐振动时,固定在振动片上的两根细杆同步周期性地触动水面上a、b两点,两波源发出的波在水面上形成稳定的干涉图样,c是水面上的一点,a、b、c间的距离均为l,如图所示。已知除c点外,在ac连线上还有其他振幅极大的点,其中距c最近的点到c的距离为38l。求:
(ⅰ)波的波长;
(ⅱ)波的传播速度。

答案与解析
2020年物理(全国卷Ⅰ)
查缺补漏表
题号
分值
知识方法
能力要求
学科素养
教材出处
查缺补漏
14
6
能量守恒、动量定理
理解能力、应用能力
物理观念
必修2、选修1

15
6
万有引力定律应用
理解能力、应用能力
科学思维
物理观念
必修2

16
6
牛顿第二定律、圆周运动
基本知识、基本方法的运用能力
科学思维
物理观念
必修1、必修2

17
6
电容器、电流
分析综合能力
科学思维
物理观念
必修3

18
6
带电粒子在磁场中运动
分析综合能力
科学思维
物理观念
选修2

19
6
核反应方程
理解能力
物理观念
选修3

20
6
牛顿运动定律、动能定理、机械能
理解能力、分析综合能力
科学思维
物理观念
必修1、必修2

21
6
电磁感应
分析综合能力
科学思维
物理观念
必修3、选修2

22
6
伏安法测电阻
实验探究能力
科学探究
科学态度与责任
必修3

23
9
验证动量定理
实验探究能力
科学思维
科学探究
科学态度与责任
选修1

24
12
匀变速直线运动规律、受力分析
考查考生灵活运用相关知识解决实际问题的能力
科学思维
物理观念
必修1

25
20
考查带电粒子在电场中的类平抛运动、动量
考查考生灵活运用相关知识解决问题的能力
科学思维
物理观念
必修3、选修1

33
15
考查分子力和分子势能、玻意耳定律
分析综合能力
科学思维
物理观念
选修3

34
15
考查多普勒效应、波的干涉、描述机械波的物理量的关系
分析综合能力
理解能力
科学思维
物理观念
选修1

【试题分析】2020年全国卷Ⅰ理综物理试题保持稳定,和2019年相比增加了对基本概念与原理考查的题目,考题科学、合理,灵活性较强,侧重基础及应用,整体难度有所下降,但对运算能力要求较高。在选择题、实验题、计算题三类题型中几乎没有拔高性的题目。试题以“力学”部分与“电磁学”部分为核心,突出对中学物理的主干知识和物理学科核心素养的考查。力学重基础,电磁学深挖掘。
从题型上来看,题目数量和2019年一样,实验题调整为“小力大电”的模式,考查比较基础。
整套试卷运算量比去年增加较多,重视数学几何知识在物理中的应用。
14.D　本题命题背景来源于生活实际,在充分考虑安全气囊的作用下,利用动量定理来解释。安全气囊延长了司机减速到零的时间,安全气囊弹出后增大了司机的受力面积,碰撞前后司机动量的变化量都为Δp=p'-p=0-p,并没有改变;由动量定理可知,Ft=Δp,t增加,司机受力变小,选项D正确,选项A、B错误。汽车最后速度为零,司机的动能不可能转化为汽车的动能,司机的动能转化为内能和气囊的弹性势能,选项C错误。
15.B　本题以物体为研究对象,利用万有引力定律分析求解。设地球质量为m地,地球半径为r地,则火星的质量为m地10,火星半径为r地2,物体质量为m。由万有引力定律可知,在火星表面F火万=Gm地m10r地22,在地球表面F地万=Gm地mr地2,所以同一物体在火星表面与在地球表面受到的引力的比值约为0.4,选项B正确。
16.B　本题以同学和秋千踏板整体为研究对象,在最低点根据牛顿第二定律求解。在最低点由2FT-mg=mv2l得,绳子的拉力FT=410 N,选项B正确。
17.A　本题由利用比值求电流的公式分析求得电路中的电流,再根据部分电路欧姆定律定量分析电阻R两端的电压即可。由C=QUC=ΔQΔUC可得,ΔQ=CΔUC,电容器不符合欧姆定律的适用条件,电流i=ΔQΔt=CΔUCΔt;电阻R符合欧姆定律的适用条件,两端电压UR=iR=CRΔUCΔt;由图像可知,在0~1 s和2~3 s两段时间内,电压恒定,ΔUCΔt=0,电阻R两端的电压必为零;1~2 s内,R两端电压UR1=CRΔUC1Δt1=CRUC1s,3~5 s内,R两端电压UR2=CRΔUC2Δt2=-CRUC2s,负号表示电流方向与原电流方向相反,所以1~2 s和3~5 s两段时间内,电阻R两端电压之比为2∶1,所以选项A正确。
18.C　本题带电粒子在半圆形磁场中运动的最长时间为六分之一周期。粒子在磁场中做匀速圆周运动qBv=mv2r,T=2πrv,可得粒子在磁场中的周期T=2πmqB,粒子在磁场中运动的时间t=θ2π·T=θmqB,则粒子在磁场中运动的时间与速度无关,轨迹对应的圆心角越大,运动时间越长。采用放缩圆解决该问题,粒子垂直ac射入磁场,则轨迹圆心必在ac直线上,将粒子的轨迹半径由零逐渐增大。设ab所在半圆的半径为R,当半径r≤0.5R和r≥1.5R时,粒子分别从ac、bd区域射出,磁场中的轨迹为半圆,运动时间等于半个周期。
当0.5R<r<1.5R时,粒子从半圆边界射出,将轨迹半径从0.5R逐渐增大,粒子射出位置从半圆顶端向下移动,轨迹对应的圆心角从π逐渐增大,当轨迹半径为R时,轨迹对应的圆心角最大,然后再增大轨迹半径,轨迹对应的圆心角减小,因此当轨迹半径等于R时轨迹对应的圆心角最大,即轨迹对应的最大圆心角θ=π+π3=43π,粒子运动最长时间为t=θ2πT=43π2π×2πmqB=4πm3qB,C正确。

19.BD　本题可根据核反应方程质量数和电荷数守恒分析。根据核反应前后质量数和电荷数守恒分析可知,A项中的X1为 23He,B项中的X2为 24He,C项中的X3为 01n,D项中的X4为 24He。选项B、D正确。
20.AB　本题可根据图像分析出物块下滑过程中损失的机械能。由图像可知,物块在斜面顶端时重力势能为30 J,物块滑到斜面底端时动能为10 J,该过程损失了20 J的机械能,所以物块下滑过程中机械能不守恒,选项A正确;物块在斜面顶端时,mgh=30 J,在下滑全过程中由能量守恒得μmgcos θ·s=20 J,解得m=1 kg,μ=0.5,选项B正确;物块下滑时mgsin θ-μmgcos θ=ma,解得a=2.0 m/s2,选项C错误;物块下滑2.0 m时损失的机械能为Q=μmgcos θ·s=0.5×10×0.8×2.0 J=8 J,选项D错误。
21.BC　由bc边切割磁感线产生电动势,形成电流,使得导体棒MN受到向右的安培力,做加速运动,bc边受到向左的安培力,向右做加速运动。当MN运动时,金属框的bc边和导体棒MN一起切割磁感线,设导体棒MN和金属框的速度分别为v1、v2,则电路中的电动势
E=Bl(v2-v1)
电路中的电流
I=ER=Bl(v2-v1)R
金属框和导体棒MN受到的安培力分别为
F安框=B2l2(v2-v1)R,与运动方向相反
F安MN=B2l2(v2-v1)R,与运动方向相同
设导体棒MN和金属框的质量分别为m1、m2,则对导体棒MN有
B2l2(v2-v1)R=m1a1
对金属框有
F-B2l2(v2-v1)R=m2a2
初始速度均为零,则a1从零开始逐渐增加,a2从Fm2开始逐渐减小。当a1=a2时,相对速度v2-v1=FRm1B2l2(m1+m2)大小恒定。
整个运动过程用速度—时间图像描述如下。

综上可得,金属框的加速度趋于恒定值,安培力也趋于恒定值,B、C正确;
金属框的速度会一直增大,导体棒到金属框bc边的距离也会一直增大,A、D错误。
22.答案 (1)O、P　(2)Ⅰ　50.5　(3)50.0
解析 找清楚误差产生的原因,在电流相等的情况下,跨接在“O、Q”两点间的电压表的示数比跨接在“O、P”两点间的电压表的示数大。(1)在电流相等的情况下,跨接在“O、P”两点间的电压表的示数比跨接在“O、Q”两点间的电压表的示数小,所以题图乙中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在“O、P”两点间的方案测量得到的。(2)由R=ΔUΔI,根据图线Ⅰ,可知电阻阻值为50.5 Ω,该电阻为大电阻,电流表采取内接法得到的测量值更接近真实值。即由图线Ⅰ得到的结果更接近待测电阻的真实值。所以其结果为50.5 Ω。(3)因为测量值为待测电阻和电流表串联的阻值,修正后的待测电阻的值为50.5 Ω-0.5 Ω=50.0 Ω。
易错警示 注意有效数字的位数和图线上点的选取。
23.答案 (1)大约相等　(5)m1gt12　m2dΔt2-dΔt1
(6)0.221　0.212　(7)4
解析 根据题目给出的物理量,利用冲量的定义式求冲量;利用极限思想求出滑块通过A、B两个光电门时的速度。
(1)气垫导轨水平时,滑块在导轨上做匀速直线运动,所以当滑块通过两个光电门的时间大约相等时,可认为气垫导轨水平。
(5)根据题干可知,拉力F=m1g,根据冲量的定义可得,拉力的冲量I=m1gt12;滑块通过光电门A的速度vA=dΔt1,通过光电门B的速度vB=dΔt2,所以滑块动量的改变量Δp=m2dΔt2-dΔt1。
(6)把题干中的数据代入I=m1gt12,可知I=0.221 N·s;把题干中的数据代入Δp=m2dΔt2-dΔt1,可得Δp=0.212 kg·m/s。
(7)把(6)中的数据代入δ=I-ΔpI×100%可得δ=4%。
易错警示 注意有效数字的位数和单位间的换算。
24.答案 (1)78 m/s　 (2)2.0 m/s2　39 s
解析 (1)设飞机装载货物前质量为m1,起飞离地速度为v1;装载货物后质量为m2,起飞离地速度为v2,重力加速度大小为g。飞机起飞离地应满足条件
m1g=kv12①
m2g=kv22②
由①②式及题给条件得v2=78 m/s。③
(2)设飞机滑行距离为s,滑行过程中加速度大小为a,所用时间为t。由匀变速直线运动公式有
v22=2as④
v2=at⑤
联立③④⑤式及题给条件得
a=2.0 m/s2⑥
t=39 s。⑦
25.答案 (1)mv022qR　(2)24v0　(3)0或32v0
解析 (1)粒子初速度为零,由C点射出电场,故电场方向与AC平行,由A指向C。由几何关系和电场强度的定义知
lAC=R①
F=qE②
由动能定理有F·lAC=12mv02③
联立①②③式得E=mv022qR。④

(2)如图所示,由几何关系知AC⊥BC,故电场中的等势线与BC平行。作与BC平行的直线与圆相切于D点,与AC的延长线交于P点,则自D点从圆周上穿出的粒子的动能增量最大。由几何关系知
∠PAD=30°,lAP=32R,lDP=32R⑤
设粒子以速度v1进入电场时动能增量最大,在电场中运动的时间为t1。粒子在AC方向做加速度为a的匀加速运动,运动的距离等于lAP;在垂直于AC的方向上做匀速运动,运动的距离等于lDP。由牛顿第二定律和运动学公式有
F=ma⑥
lAP=12at12⑦
lDP=v1t1⑧
联立②④⑤⑥⑦⑧式得v1=24v0。⑨
(3)设粒子以速度v进入电场时,在电场中运动的时间为t。以A为原点,粒子进入电场的方向为x轴正方向,电场方向为y轴正方向建立直角坐标系。由运动学公式有
y=12at2⑩
x=vt
粒子离开电场的位置在圆周上,有
x-32R2+y-12R2=R2
粒子在电场中运动时,其x方向的动量不变,y方向的初始动量为零。设穿过电场前后动量变化量的大小为mv0的粒子,离开电场时其y方向的速度分量为v2,由题给条件及运动学公式有
mv2=mv0=mat
联立②④⑥⑩式得
v=0
或v=32v0。
另解:由题意知,初速度为0时,动量增量的大小为mv0,此即问题的一个解。自A点以不同的速率垂直于电场方向射入电场的粒子,沿y方向位移相等时,所用时间都相同。因此,不同粒子运动到线段CB上时,动量变化都相同,自B点射出电场的粒子,其动量变化也为mv0。由几何关系及运动学规律可得,此时入射速率v=32v0。
33.答案 (1)减小　减小　小于　(2)(ⅰ)2p3　(ⅱ)23
解析 (1)根据分子力做功和分子势能变化的关系分析。两分子相距无穷远时分子间的势能为零,在两分子间距减小到r1的过程中,分子力是引力,分子力做正功,分子势能一直减小,在间距等于r1时,分子势能小于零。
(2)以气体为研究对象,由于气体温度不变,由玻意耳定律分析。
(ⅰ)假设乙罐中的气体被压缩到压强为p,其体积变为V1,由玻意耳定律有
12p(2V)=pV1①
现两罐气体压强均为p,总体积为(V+V1)。设调配后两罐中气体的压强为p',由玻意耳定律有
p(V+V1)=p'(V+2V)②
联立①②式可得
p'=23p。③
(ⅱ)若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强p时,体积为V2,由玻意耳定律
p'V=pV2④
设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为k,由密度的定义有
k=V2V⑤
联立③④⑤式可得
k=23。⑥
34.答案 (1)BCE　(2)(ⅰ)l4　(ⅱ)fl4
解析 (1)根据多普勒效应的概念或者利用排除法。 雷雨天看到闪电后过一会儿才能听到雷声,是因为在空气中光的传播速度比声音大,选项A不符合题意。机械波的传播速度是由介质决定的,同一声波在空气和水中传播的速度不同与多普勒效应无关,选项D不符合题意。选项B、C、E符合题意。

(2)根据几何关系找出距离差,振幅极大是振动加强点,利用振动加强点的条件分析。
(ⅰ)如图所示,设距c点最近的振幅极大的点为d点,a与d的距离为r1,b与d的距离为r2,d与c的距离为s,波长为λ。则
r2-r1=λ①
由几何关系有
r1=l-s②
r22=(r1sin 60°)2+(l-r1cos 60°)2③
联立①②③式并代入题给数据得
λ=14l。④
(ⅱ)波的频率为f,设波的传播速度为v,有
v=fλ⑤
联立④⑤式得
v=fl4。⑥

13