2022年新高考天津物理高考真题

从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应： $^{3}_{2}\mathrm{He}+^{3}_{2}\mathrm{He}\to^{4}_{2}\mathrm{He}+2\mathrm{X}$ ，下列说法正确的是（　　）

A．X是中子

B．该反应有质量亏损

C． ${}^4_2\mathrm{He}$ 比 $^{3}_{2}\mathrm{He}$ 的质子数多

D．该反应是裂变反应

【答案与解析】

核反应 $^{3}_{2}\mathrm{He}+^{3}_{2}\mathrm{He}\to^{4}_{2}\mathrm{He}+2X$ 电荷数守恒： $2+2=2+2Z\Rightarrow Z=1$ ；质量数守恒： $3+3=4+2A\Rightarrow A=1$ ，故 $X$ 为质子 $^{1}_{1}\mathrm{H}$ ，A错。该反应为轻核聚变，释放能量，存在质量亏损，B对。 $^{4}_{2}\mathrm{He}$ 与 $^{3}_{2}\mathrm{He}$ 质子数均为 $2$ ，C错。该反应属聚变而非裂变，D错。故选B。
如图所示，一正点电荷固定在圆心，M、N是圆上的两点，下列说法正确的是（　　）

A．M点和N点电势相同

B．M点和N点电场强度相同

C．负电荷由M点到N点，电势能始终增大

D．负电荷由M点到N点，电场力始终做正功

【答案与解析】

正点电荷的等势面是以其为圆心的同心圆，M、N在同一圆周上到电荷距离相等，电势相同，A对。电场强度大小相同但方向均沿径向，M、N处方向不同，B错。负电荷电势能 $E_{\mathrm p}=q\varphi$ ， $q<0$ ，沿圆周移动时 $\varphi$ 不变故电势能不变，并非始终增大，C错。负电荷受电场力指向圆心，若沿圆周切向移动则力与位移垂直不做功，D错。故选A。
2022年3月，中国空间站“天宫课堂”再次开讲，授课期间利用了我国的中继卫星系统进行信号传输，天地通信始终高效稳定。已知空间站在距离地面400公里左右的轨道上运行，其运动视为匀速圆周运动，中继卫星系统中某卫星是距离地面36000公里左右的地球静止轨道卫星（静止卫星），则该卫星（　　）

A．授课期间经过天津正上空

B．加速度大于空间站的加速度

C．运行周期大于空间站的运行周期

D．运行速度大于地球的第一宇宙速度

【答案与解析】

地球静止轨道卫星位于赤道上空约 $36000\,\mathrm{km}$ ，天津不在赤道，故其不经过天津正上空，A错。由 $a=GM/r^{2}$ ，该卫星轨道半径大于空间站，加速度更小，B错。静止卫星周期 $24\,\mathrm h$ ，空间站周期约 $90\,\mathrm{min}$ ，故其周期更大，C对。由 $v=\sqrt{GM/r}$ ，其速度小于近地（第一宇宙）速度，D错。故选C。
如图所示，边长为a的正方形铝框平放在光滑绝缘水平桌面上，桌面上有边界平行、宽为b且足够长的匀强磁场区域，磁场方向垂直于桌面，铝框依靠惯性滑过磁场区域，滑行过程中铝框平面始终与磁场垂直且一边与磁场边界平行，已知 $a<b$ ，在滑入和滑出磁场区域的两个过程中（　　）

A．铝框所用时间相同

B．铝框上产生的热量相同

C．铝框中的电流方向相同

D．安培力对铝框的冲量相同

【答案与解析】

铝框进入与离开磁场时均受向左安培力而减速，完全在磁场中（因 $a<b$ ）磁通量不变做匀速运动。由动量定理，安培力冲量 $I=\int BIL\,\mathrm dt=BL\int I\,\mathrm dt=BLQ$ ，而 $Q=\Delta\Phi/R=Ba^{2}/R$ ，两过程 $Q$ 相同，故冲量大小相同且均阻碍运动（方向相同），D对。进入时速度始终大于离开时速度，安培力更大，克服安培力做功（生热）更多，B错。进入磁通量增加、离开磁通量减小，由楞次定律电流方向相反，C错。两过程平均速度不同，时间不同，A错。故选D。
在同一均匀介质中，分别位于坐标原点和 $x=7\mathrm{m}$ 处的两个波源O和P，沿y轴振动，形成了两列相向传播的简谐横波a和b，某时刻a和b分别传播到 $x=3\mathrm{m}$ 和 $x=5\mathrm{m}$ 处，波形如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．a与b的频率之比为 $2:1$

B．O与P开始振动的时刻相同

C．a与b相遇后会出现干涉现象

D．O开始振动时沿y轴正方向运动

【答案与解析】

同一均匀介质中波速 $v$ 相同。由图知波长 $\lambda_a:\lambda_b=1:2$ ，则频率 $f_a:f_b=v/\lambda_a:v/\lambda_b=\lambda_b:\lambda_a=2:1$ ，A对。波速相同，a传到 $x=3\,\mathrm m$ 、b传到 $x=5\,\mathrm m$ 分别用时 $3/v$ 、 $2/v$ ，到达时刻相同说明起振时刻不同，B错。两波频率不同，相遇后不能发生稳定干涉，C错。a波刚传到 $x=3\,\mathrm m$ 处，由波形平移法该点起振方向沿 $y$ 轴负方向，所有质点起振方向相同，故O点起振沿 $y$ 轴负方向，D错。故选A。
采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率。将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则（　　）

A．绝热过程中，气体分子平均动能增加

B．绝热过程中，外界对气体做负功

C．等压过程中，外界对气体做正功

D．等压过程中，气体内能不变

【答案与解析】

绝热压缩：体积减小，外界对气体做正功， $W>0$ ，由热力学第一定律 $\Delta U=W>0$ ，内能增加、温度升高，分子平均动能增加，A对、B错。等压回到初始温度：温度降低，内能减少，由状态方程 $V\propto T$ 知体积减小，外界对气体做正功，C对、D错。故选AC。
不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大

B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显

C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高

D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大

【答案与解析】

由电磁波谱位置知a光波长大于b光，频率 $f_a<f_b$ 。若由氢原子跃迁产生，能级差 $\Delta E=h\nu$ ， $f_a$ 小则a光能极差小，A错。波长越长衍射越明显，a光衍射更明显，B对。光电效应遏止电压 $eU_c=h\nu-W_0$ ， $f_a$ 小则a光遏止电压低，C错。双缝干涉条纹间距 $\Delta x=\frac{L}{d}\lambda$ ，a光波长大则条纹间距大，D对。故选BD。
如图所示，两理想变压器间接有电阻R，电表均为理想交流电表，a、b接入电压有效值不变的正弦交流电源。闭合开关S后（　　）

A．R的发热功率不变

B．电压表的示数不变

C．电流表 $\mathrm{A}_1$ 的示数变大

D．电流表 $\mathrm{A}_2$ 的示数变小

【答案与解析】

闭合S后右侧负载电阻减小，副线圈（接R的变压器）输出功率增大，其原线圈输入功率也增大；a、b两端电压有效值不变，由 $P=U_1I_1$ 知电流表 $A_1$ 示数变大，C对。理想变压器电压比 $U_1/U_2=n_1/n_2$ ，输入不变则输出电压不变，电压表示数不变，B对。由 $P=U_2^2/R_{\text{总}}$ ，负载电阻减小使副线圈电流增大、R发热功率增大，A错。由电流比 $I_2/I_1=n_1/n_2$ ，副线圈电流增大则 $A_2$ 示数变大，D错。故选BC。
某同学验证两个小球在斜槽末端碰撞时的动量守恒，实验装置如图所示。A、B为两个直径相同的小球。实验时，不放B，让A从固定的斜槽上E点自由滚下，在水平面上得到一个落点位置；将B放置在斜槽末端，让A再次从斜槽上E点自由滚下，与B发生正碰，在水平面上又得到两个落点位置。三个落点位置标记为M、N、P。

（1）为了确认两个小球的直径相同，该同学用10分度的游标卡尺对它们的直径进行了测量，某次测量的结果如下图所示，其读数为＿＿＿＿ $\mathrm{mm}$ 。

（2）下列关于实验的要求哪个是正确的＿＿＿＿。

A．斜槽的末端必须是水平的 B．斜槽的轨道必须是光滑的

C．必须测出斜槽末端的高度 D．A、B的质量必须相同

（3）如果该同学实验操作正确且碰撞可视为弹性碰撞，A、B碰后在水平面上的落点位置分别为＿＿＿＿、＿＿＿＿。（填落点位置的标记字母）

【答案与解析】

（1）10分度游标卡尺精度 $0.1\,\mathrm{mm}$ ，主尺读 $10\,\mathrm{mm}$ ，游标尺第5条刻线对齐，读数为 $10\,\mathrm{mm}+0.1\times5\,\mathrm{mm}=10.5\,\mathrm{mm}$ 。故填 $10.5$ 。（2）为保证小球做平抛运动，斜槽末端必须水平；无需轨道光滑、无需测末端高度，且为使A碰后不反弹应 $m_A>m_B$ 而非质量相同。故选A。（3）弹性碰撞且 $m_A>m_B$ ，碰后A速度小于碰前、B速度最大；单独滚下A的落点为N，碰后A落点最近为M、B落点最远为P。故填M、P。
实验小组测量某型号电池的电动势和内阻。用电流表、电压表、滑动变阻器、待测电池等器材组成如图1所示实验电路，由测得的实验数据绘制成的 $U-I$ 图像如图2所示。

（1）图1的电路图为下图中的＿＿＿＿。（选填“A”或“B”）

（2）如果实验中所用电表均视为理想电表，根据图2得到该电池的电动势 $E=$ ＿＿＿＿V，内阻 $r=$ ＿＿＿＿ $\Omega$ 。（3）实验后进行反思，发现上述实验方案存在系统误差。若考虑到电表内阻的影响，对测得的实验数据进行修正，在图2中重新绘制 $U-I$ 图线，与原图线比较，新绘制的图线与横坐标轴交点的数值将＿＿＿＿，与纵坐标轴交点的数值将＿＿＿＿。（两空均选填“变大”“变小”或“不变”）

【答案与解析】

（1）由实物图，电压表测路端电压、电流表测干路电流（外接法），对应电路图B。故填B。（2）由闭合电路欧姆定律 $U=E-Ir$ ，图线与纵轴交点为电动势 $E=4.5\,\mathrm V$ ，斜率绝对值即内阻 $r=|\Delta U/\Delta I|=1.8\,\Omega$ 。故填 $4.5$ 、 $1.8$ 。（3）电压表测真实路端电压，电流表测值含电压表分流故 $I_{\text{测}}>I_{\text{真}}$ ；修正后图线斜率（内阻）增大，与横轴（ $U=0$ 时 $I=E/r$ ）交点数值不变（因 $E$ 真值不变），与纵轴交点数值变大。故填不变、变大。
冰壶是冬季奥运会上非常受欢迎的体育项目。如图所示，运动员在水平冰面上将冰壶A推到M点放手，此时A的速度 $v_{0}=2\mathrm{m/s}$ ，匀减速滑行 $x_{1}=16.8\mathrm{m}$ 到达N点时，队友用毛刷开始擦A运动前方的冰面，使A与 $NP$ 间冰面的动摩擦因数减小，A继续匀减速滑行 $x_{2}=3.5\mathrm{m}$ ，与静止在P点的冰壶B发生正碰，碰后瞬间A、B的速度分别为 $v_{A}=0.05\mathrm{m/s}$ 和 $v_{B}=0.55\mathrm{m/s}$ 。已知A、B质量相同，A与 $MN$ 间冰面的动摩擦因数 $\mu_{1}=0.01$ ，重力加速度 $g$ 取 $10\mathrm{m/s^{2}}$ ，运动过程中两冰壶均视为质点，A、B碰撞时间极短。求冰壶A （1）在N点的速度 $v_{1}$ 的大小；（2）与 $NP$ 间冰面的动摩擦因数 $\mu_{2}$ 。

【答案与解析】

（1）在MN段，滑动摩擦力 $f_1=\mu_1mg$ ，加速度 $a_1=\mu_1g=0.1\,\mathrm{m/s^2}$ 。由 $v_1^2=v_0^2-2a_1x_1=2^2-2\times0.1\times16.8=0.64$ ，得 $v_1=0.8\,\mathrm{m/s}$ 。即A在N点速度大小为 $0.8\,\mathrm{m/s}$ 。（2）设碰前瞬间A速度为 $u$ ，取向右为正，由动量守恒 $mu=m\cdot0.05+m\cdot0.55$ 得 $u=0.6\,\mathrm{m/s}$ 。在NP段由动能定理 $-\mu_2mgx_2=\frac12m(0.6^2-0.8^2)$ ，即 $-\mu_2\times10\times3.5=\frac12(0.36-0.64)=-0.14$ ，解得 $\mu_2=0.004$ 。故NP间动摩擦因数为 $0.004$ 。
如图所示，M和N为平行金属板，质量为m，电荷量为q的带电粒子从M由静止开始被两板间的电场加速后，从N上的小孔穿出，以速度v由C点射入圆形匀强磁场区域，经D点穿出磁场，CD为圆形区域的直径。已知磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外，粒子速度方向与磁场方向垂直，重力略不计。（1）判断粒子的电性，并求M、N间的电压U；（2）求粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径r；（3）若粒子的轨道半径与磁场区域的直径相等，求粒子在磁场中运动的时间t。

【答案与解析】

（1）粒子在磁场中由C偏转至D，由左手定则（B垂直纸面向外、速度向右偏转）判知粒子带正电。电场加速中由动能定理 $qU=\frac12mv^2$ ，得 $U=\frac{mv^2}{2q}$ 。即粒子带正电，电压 $U=\frac{mv^2}{2q}$ 。（2）磁场中洛伦兹力提供向心力 $qvB=\frac{mv^2}{r}$ ，得 $r=\frac{mv}{qB}$ 。故轨道半径 $r=\frac{mv}{qB}$ 。（3）设磁场区域半径为 $R$ ，则 $r=2R$ 。轨迹弦 $CD=2R=r$ ，由几何关系 $CD=2r\sin\frac{\theta}{2}=r$ 得 $\sin\frac{\theta}{2}=\frac12$ ， $\theta=60^\circ=\frac{\pi}{3}$ 。周期 $T=\frac{2\pi m}{qB}$ ，运动时间 $t=\frac{\theta}{2\pi}T=\frac{\pi m}{3qB}$ 。故 $t=\frac{\pi m}{3qB}$ 。
直流电磁泵是利用安培力推动导电液体运动的一种设备，可用图1所示的模型讨论其原理，图2为图1的正视图。将两块相同的矩形导电平板竖直正对固定在长方体绝缘容器中，平板与容器等宽，两板间距为 $l$ ，容器中装有导电液体，平板底端与容器底部留有高度可忽略的空隙，导电液体仅能从空隙进入两板间。初始时两板间接有直流电源，电源极性如图所示。若想实现两板间液面上升，可在两板间加垂直于 $Oxy$ 面的匀强磁场，磁感应强度的大小为 $B$ ，两板间液面上升时两板外的液面高度变化可忽略不计。已知导电液体的密度为 $\rho_0$ 、电阻率为 $\rho$ ，重力加速度为 $g$ 。（1）试判断所加磁场的方向；（2）求两板间液面稳定在初始液面高度2倍时的电压 $U_{0}$ ；（3）假定平板与容器足够高，求电压 $U$ 满足什么条件时两板间液面能够持续上升。

【答案与解析】

（1）由图电源极性，两板间电流沿 $x$ 轴正方向；欲使导电液体受向上安培力，由左手定则所加磁场应沿 $z$ 轴负方向（垂直 $Oxy$ 面向里）。即磁场方向沿 $z$ 轴负方向。（2）电流密度 $J=\frac{U}{\rho l}$ （ $E=U/l$ ， $\sigma=1/\rho$ ），磁致体积力 $f=JB$ 向上。稳态压力平衡 $JB\cdot h=\rho_0g(h-h_0)$ ，其中 $h=2h_0$ ，代入得 $\frac{U}{\rho l}B\cdot2h_0=\rho_0gh_0$ ，解得 $U_0=\frac{\rho_0\rho gl}{2B}$ 。即当液面稳定在2倍高度时 $U_0=\frac{\rho_0\rho gl}{2B}$ 。（3）液面能持续上升要求任意时刻磁致力不小于重力，即 $JB\ge\rho_0g$ ，代入 $J=\frac{U}{\rho l}$ 得 $\frac{UB}{\rho l}\ge\rho_0g$ ，即 $U\ge\frac{\rho_0\rho gl}{B}$ 。故当 $U\ge\frac{\rho_0\rho gl}{B}$ 时两板间液面能持续上升。