2020年高考物理全国3卷：答案详细解析

第1页共21页2020年普通高等学校招生全国统一考试理科综合3卷（物理部分）答案解析（分值分布：力学44分、电磁学45分、现代物理学6分、热学/光学15分）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。14．（电磁学）如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到A．拨至M端或N端，圆环都向左运动B．拨至M端或N端，圆环都向右运动C．拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D．拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动【答案】B【解析】无论开关S拨至哪一端，当把电路接通一瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律（增反减同），右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动。故选B。【考点】选修3-2电磁感应【难度】☆15．（力学）甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动，甲追上乙，并与乙发生碰撞，碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所示。已知甲的质量为1kg，则碰撞过程两物块损失的机械能为A．3JB．4JC．5JD．6J第2页共21页【答案】A【解析】由v-t图可知，碰前甲、乙的速度分别为5m/s甲v，1m/s乙v；碰后甲、乙的速度分别为1m/s甲v，2m/s乙v，甲、乙两物块碰撞过程中，由动量守恒定律得甲甲乙乙甲甲乙乙mvmvmvmv，解得6kg乙m.则损失的机械能为222211113J2222甲甲乙乙甲甲乙乙Emvmvmvmv.【考点】选修3-5动量守恒定律【难度】☆☆16．（力学）“嫦娥四号”探测器于2019年1月在月球背面成功着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球半径的K倍。已知地球半径R是月球半径的P倍，地球质量是月球质量的Q倍，地球表面重力加速度大小为g．则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为A．RKgQPB．RPKgQC．RQgKPD．RPgQK【答案】D【解析】设地球的质量为M，根据地球表面的物体所受到的重力等于地球对物体的引力，有2GMgR，①设嫦娥四号卫星的质量为m1，根据万有引力提供向心力有1212MmvQGmKRKRPP，②由①②式可解得GMPRPgvQKRQK.【考点】必修2万有引力与航天【难度】☆☆17．（力学）如图，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端固定在墙上，另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°，则β等于第3页共21页A．45°B．55°C．60°D．70°【答案】B【解析】根据题意，对O点进行受力分析，如图所示：根据几何关系有2=180，由已知条件解得=55.【考点】必修1相互作用【难度】☆18．（电磁学）真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a和3a的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，其横截面如图所示。一速率为v的电子从圆心沿半径方向进入磁场。已知电子质量为m，电荷量为e，忽略重力。为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，磁场的磁感应强度最小为A．32mvaeB．mvaeC．34mvaeD．35mvae【答案】C【解析】电子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力2veBvmr第4页共21页则磁感应强度与圆周运动轨迹关系为mvreB即磁场的磁感应强度越小，运动轨迹半径越大。令电子运动轨迹最大的半径为mr，为了使电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，其最大半径的运动轨迹与实线圆相切，如图所示：由几何关系可得2223mmarra，解得43mra，所以磁场的磁感应强度最小值min34mmvmvBerae.【考点】选修3-1磁场【难度】☆☆☆19．（现代物理学）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：42712130He+AlXn→。X会衰变成原子核Y，衰变方程为01XYe→，则A．X的质量数与Y的质量数相等B．X的电荷数比Y的电荷数少1C．X的电荷数比2713Al的电荷数多2D．X的质量数与2713Al的质量数相等【答案】AC【解析】设X和Y的质子数分别为n1和n2，质量数分别为m1和m2，则反应方程为1142712130He+AlXnmn→，1212XYemmnn０１→根据反应方程质子数和质量数守恒，有14+27=1m，12+13=n，12mm，121nn，解得1230mm，115n，214n，第5页共21页A、D：X的质量数（130m）与Y的质量数（230m）相等，比2713Al的质量数多3，故A正确，D错误；B、C：X的电荷数（115n）比Y的电荷数（214n）多1，比2713Al的电荷数多2，故B错误，C正确.【考点】选修3-5原子核【难度】☆☆20．（电磁学）在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10Ω，R3=20Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是A．所用交流电的频率为50HzB．电压表的示数为100VC．电流表的示数为1.0AD．变压器传输的电功率为15.0W【答案】AD【解析】A．交流电的频率为1150HZ0.02sfT，A正确；B．通过R2电流的有效值为22A1A2I，R2两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知222101A=10VUURI，根据理想变压器的电压规律可知原线圈的电压121010V100VnUUn，原线圈和电阻R1串联，电阻R1两端分压即为电压表示数，即V1220V220V100V120VUUU，B错误；C．电流表与R3的串联，故电流表示数为3A33310V0.5A20UUIIRR，C错误；D．副线圈中流过的总电流为231A0.5A1.5AIII，变压器原副线圈传输的功率为10V1.5A15WPUI，D正确。【考点】选修3-2交变电流【难度】☆☆21．（电磁学）如图，∠M是锐角三角形PMN最大的内角，电荷量为q（q0）的点电荷固定在P点。下列说法正确的是第6页共21页A．沿MN边，从M点到N点，电场强度的大小逐渐增大B．沿MN边，从M点到N点，电势先增大后减小C．正电荷在M点的电势能比其在N点的电势能大D．将正电荷从M点移动到N点，电场力所做的总功为负【答案】BC【解析】正点电荷的电场以点电荷为中心，向四周呈放射状，如图所示：A．∠M是最大内角，所以PNPM，根据点电荷的场强公式2qEkr（或者根据电场线的疏密程度）可知从MN电场强度先增大后减小，A错误；B．电场线与等势面（图中虚线）处处垂直，沿电场线方向电势降低，所以从MN电势先增大后减小，B正确；C．M、N两点的电势大小关系为MN，根据电势能的公式000PEqq可知，正电荷在M点的电势能大于在N点的电势能，C正确；D．根据C选项的分析，正电荷从MN，电势能减小，电场力所做的总功为正，D错误.【考点】选修3-1静电场【难度】☆☆三、非选择题：共174分。第22~32题为必考题，每个试题考生都必须作答。第33~38题为选考题，考生根据要求作答。（一）必考题：共129分。22．（6分）（力学）第7页共21页某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB=________m/s，打出P点时小车的速度大小vP=________m/s。（结果均保留2位小数）若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为________________________。【答案】0.36；1.80；B、P之间的距离【解析】由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度，可得24.002.5610m0.36m/s0.04sBv257.8650.6610m1.80m/s0.04sPv验证动能定理，需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。【考点】必修1匀变速直线运动的研究【难度】☆☆23．（9分）（电磁学）已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为20Ω）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为100Ω）。（1）在答题卡上所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。（2）实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和亳安表的示数，计算出相应的第8页共21页热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图（a）所示。（3）将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2kΩ。由图（a）求得，此时室温为_______℃（保留3位有效数字）。（4）利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（b）所示。图中，E为直流电源（电动势为10V，内阻可忽略）；当图中的输出电压达到或超过6.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为50℃，则图中_____（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为_____kΩ（保留2位有效数字）。【答案】（1）如图所示；（2）1.8；（3）25.5；（4）R1、1.2【解析】（1）电压表可视为理想表，所以用电流表外接，连线如图：（2）由欧姆定律得355V1.8k0.310AR.（3）由图(a)可以直接可读该电阻的阻值为2.2kΩ对应的温度为25.5℃。（4）温度升高时，该热敏电阻阻值减小，分得电压减少。而温度高时要求输出电压升高，以触发报警，所以R1为热敏电阻；由图线可知，温度为50℃时，R1=0.8kΩ，由欧姆定律可得第9页共21页12()EIRR，2UIR，代入数据解得21.2kR.【考点】选修3-1恒定电流【难度】☆☆☆24．（12分）（电磁学）如图，一边长为l0的正方形金属框abcd固定在水平面内，空间存在方向垂直于水平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一长度大于02l的均匀导体棒以速率v自左向右在金属框上匀速滑过，滑动过程中导体棒始终与ac垂直且中点位于ac上，导体棒与金属框接触良好。已知导体棒单位长度的电阻为r，金属框电阻可忽略。将导体棒与a点之间的距离记为x，求导体棒所受安培力的大小随x（002xl）变化的关系式。【解析】当导体棒与金属框接触的两点间棒的长度为l时，由法拉第电磁感应定律知，导体棒上感应电动势的大小为=EBlv①由欧姆定律，流过导体棒的感应电流为EIR②式中，R为这一段导体棒的电阻。按题意有Rrl③此时导体棒所受安培力大小为fBIl④由题设和几何关系有000022,0222(2),22xxlllxlxl⑤联立①②③④⑤式得第10页共21页20200022,0222(2),22BvxxlrfBvlxlxlr⑥【考点】电磁学综合（主要点：选修3-1磁场，选修3-2电磁感应）【难度】☆☆☆25．（20