2021 江苏卷 物理

用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的 $_ 7 ^ { 1 4 } \mathrm { N }$ 产生 $^ { 1 4 } _ { \cdot 6 } \mathrm { C }$ 和另一种粒子X，则X 是（　　）

有研究发现，某神经细胞传递信号时，离子从细胞膜一侧流到另一侧形成跨膜电流，若将该细胞膜视为$1 \times 1 0 ^ { - 8 }$ F 的电容器，在2ms内细胞膜两侧的电势差从-70mV变为30mV，则该过程中跨膜电流的平均值为（　　）

我国航天人发扬“两弹一星”精神砥砺前行，从“东方红一号”到“北斗”不断创造奇迹。“北斗”第49颗卫星的发射迈出组网的关键一步。该卫星绕地球做圆周运动，运动周期与地球自转周期相同，轨道平面与地球赤道平面成一定夹角。该卫星（　　）

如图所示，半径为R的圆盘边缘有一钉子B，在水平光线下，圆盘的转轴A和钉子B在右侧墙壁上形成影子O 和P，以 O 为原点在竖直方向上建立x坐标系。$t =0$时从图示位置沿逆时针方向匀速转动圆盘，角速度为w，则P做简谐运动的表达式为（　　）

在光滑桌面上将长为pL的软导线两端固定，固定点的距离为2L，导线通有电流I，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导线中的张力为（　　）

铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是（　　）

某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为（　　）

如图所示，A B两篮球从相同高度同时抛出后直接落入篮筐，落入篮筐时的速度方向相同，下列判断正确的是（　　）

一球面均匀带有正电荷，球内的电场强度处处为零，如图所示，O 为球心，A、B为直径上的两点，$O A = O B$ ，现垂直于AB 将球面均分为左右两部分，C为截面上的一点，移去左半球面，右半球面所带电荷仍均匀分布，则（　　）

小明利用如图1所示的实验装置验证动量定理。将遮光条安装在滑块上，用天平测出遮光条和滑块的总质量 $M = 2 0 0 . 0 \mathrm { g }$ ，槽码和挂钩的总质量 $m = 5 0 . 0 \mathrm { g }$ 。实验时，将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上。滑块由静止释放，数字计时器记录下遮光条通过光电门1和2的遮光时间 $\Delta t _ { 1 }$ 和 $\Delta t _ { 2 }$ ，以及这两次开始遮光的时间间隔Dt，用游标卡尺测出遮光条宽度，计算出滑块经过两光电门速度的变化量Dv。

图1

（1）游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示，其宽度d = mm；

（2）打开气泵，带气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止，其目的是；

（3）多次改变光电门2的位置进行测量，得到Dt和Dv的数据如下表请根据表中数据，在方格纸上作出$\Delta \nu - \Delta t$ 图线

<table><tr><td rowspan=1 colspan=1>∆t/s</td><td rowspan=1 colspan=1>0.721</td><td rowspan=1 colspan=1>0.790</td><td rowspan=1 colspan=1>0 854</td><td rowspan=1 colspan=1>0.913</td><td rowspan=1 colspan=1>0.968</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1> $\Delta \nu / \left( \mathbf { m } \cdot \mathbf { s } ^ { - 1 } \right)$ </td><td rowspan=1 colspan=1>1.38</td><td rowspan=1 colspan=1>1.52</td><td rowspan=1 colspan=1>1.64</td><td rowspan=1 colspan=1>1.75</td><td rowspan=1 colspan=1>1.86</td></tr></table>

（4）查得当地的重力加速度 $g = 9 . 8 0 \mathrm { m } / \mathrm { s } ^ { 2 }$ ，根据动量定理， $\Delta \nu - \Delta t$ 图线斜率的理论值为$\mathrm { m } / \mathrm { s } ^ { 2 }$ ；

（5）实验结果发现，图线斜率的实验值总小于理论值，产生这一误差的两个可能原因时A．选用的槽码质量偏小B．细线与气垫导轨不完全平行C．每次释放滑块的位置不同D．实验中Dt的测量值偏大

贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20T，线圈的匝数为 100、面积为 $0 . 5 \mathrm { m } ^ { 2 }$ ，电阻为0.6Ω，若磁体转动的角速度为90rad/s，线圈中产生的感应电流为50A。求：

（1）线圈中感应电动势的有效值 $E ;$

（2）线圈的输出功率 $P _ { \circ }$

如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为 S，与气缸底部相距 L，气缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为 $p _ { \theta }$ 和 $t _ { 0 }$ 。现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离 L 后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦为 $\mid f ,$ 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整

个过程中气体吸收的热量为 $\mathcal { Q } ,$ ，求该过程中

（1）内能的增加量DU；

（2）最终温度 $T _ { \circ }$

如图所示的离心装置中，光滑水平轻杆固定在竖直转轴的O 点，小圆环A和轻质弹簧套在轻杆上，长为 $2 L$ 的细线和弹簧两端分别固定于 $O$ 和A，质量为m 的小球B固定在细线的中点，装置静止时，细线与竖直方向的夹角为 $3 7 ^ { \circ }$ ，现将装置由静止缓慢加速转动，当细线与竖直方向的夹角增大到 $5 3 ^ { \circ }$ 时，A、B间细线的拉力恰好减小到零，弹簧弹力与静止时大小相等、方向相反，重力加速度为 $g _ { \mathrm { : } }$ ，取 $\sin 3 7 ^ { \circ } = 0 . 6$ $\cos 3 7 ^ { \circ } = 0 . 8$ ，求：

（1）装置静止时，弹簧弹力的大小 $F ;$

（2）环 A 的质量 $M ;$

（3）上述过程中装置对A、B所做的总功 $W _ { \mathrm { ~ c ~ } }$

如图1所示，回旋加速器的圆形匀强磁场区域以 O 点为圆心，磁感应强度大小为B，加速电压的大小为U、质量为m、电荷量为q的粒子从O 附近飘入加速电场，多次加速后粒子经过P点绕O 做圆周运动，半径为R，粒子在电场中的加速时间可以忽略。为将粒子引出磁场，在P位置安装一个“静电偏转器”，如图2所示，偏转器的两极板M和N厚度均匀，构成的圆弧形狭缝圆心为 $\mathcal { Q } \cdot$ 、圆心角为a，当M、N间加有电压时，狭缝中产生电场强度大小为E的电场，使粒子恰能通过狭缝，粒子在再次被加速前射出磁场，不计M、N间的距离。求：

（1）粒子加速到P点所需要的时间t；

（2）极板N的最大厚度 $d _ { \mathrm { { m } } }$ ；

（3）磁场区域的最大半径 $R _ { \mathrm { m } }$

图1

图2