天津市河北区2024-2025学年高三上学期1月期末物理试题

2024-2025学年天津市河北区高三（上）期末物理试卷 一、单选题：本大题共5小题，共25分。 1.下列说法正确的是(    ) A. 内能是物体中所有分子热运动所具有的动能的总和 B. 温度标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度 C. 气体压强仅与气体分子的平均动能有关 D. 气体膨胀对外做功且温度降低，分子的平均动能可能不变 2.2021年01月26日8时39分，中国散裂中子源多物理谐仪成功出束，中子束流与预期相符。该谱仪的成功出束标志着国内首台中子全散射谱仪的设备研制与安装成功，下列核反应中放出的粒子为中子的是(    ) A. 俘获一个粒子，产生并放出一个粒子 B. 俘获一个粒子，产生并放出一个粒子 C. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子 D. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子 3.波长为和的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为的光的条纹间距大于波长为的条纹间距。则下列表述中，脚“1”和“2”分别代表波长为和的光所对应的物理量(    ) A. 这两束光的光子的动量 B. 这两束光从玻璃射向真空时，其临界角 C. 这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压 D. 这两束光在玻璃中的传播速度满足 4.2020年6月23日，我国完成北斗全球卫星导航系统星座部署，基本达到了完整服务全球的目标。其中北斗三号全球卫星导航系统由地球中圆轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和地球静止轨道卫星三种不同轨道的卫星组成。某颗北斗导航卫星属于地球静止轨道卫星即卫星相对于地面静止。则此卫星的(    ) A. 线速度大于第一宇宙速度 B. 周期小于同步卫星的周期 C. 角速度大于月球绕地球运行的角速度 D. 向心加速度大于地面的重力加速度 5.如图所示，一根粗糙的水平横杆上套有A、B两个轻环，系在两环上的等长细绳拴住的书本处于静止状态，现将两环距离变小后书本仍处于静止状态，则(    ) A. 杆对A环的支持力变大 B. B环对杆的摩擦力变小 C. 杆对A环的力不变 D. 与B环相连的细绳对书本的拉力变大 二、多选题：本大题共3小题，共15分。 6.一简谐横波沿x轴正方向传播，在时刻，该波的波形图如图所示，P、Q是介质中的两个质点。图表示介质中某质点的振动图象。下列说法正确的是(    ) A. 质点Q的振动图象与图相同 B. 在时刻，质点P的速率比质点Q的大 C. 在时刻，质点P的加速度的大小比质点Q的大 D. 平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图所示 7.静电场中，一带电粒子仅在电场力的作用下自M点由静止开始运动，N为粒子运动轨迹上的另外一点，则(    ) A. 运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小 B. 在M、N两点间，粒子的轨迹一定与某条电场线重合 C. 粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能 D. 粒子在N点所受电场力的方向一定与粒子轨迹在该点的切线平行 8.质量为1kg的物块在水平力F的作用下由静止开始在水平地面上做直线运动，F与时间t的关系如图所示。已知物块与地面间的动摩擦因数为，重力加速度大小取。则   A. 4s时物块的动能为零 B. 6s时物块回到初始位置 C. 3s时物块的动量为 D. 时间内F对物块所做的功为40J 三、实验题：本大题共2小题，共12分。 9.“探究向心力大小的表达式”实验装置如图。 采用的实验方法是______。 A.控制变量法 B.等效法 C.模拟法 在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的______之比选填“线速度大小”或“角速度平方”；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值______选填“不变”、“变大”或“变小”。 10.某实验小组用电压表量程为3V、内阻约为，电流表量程为50mA，内阻约为，定值电阻，滑动变阻器R、两节干电池电动势均为，内阻均不到、开关及导线等器材测量电阻的阻值约为。 、B两位同学采用伏安法进行测量： A同学用如图甲所示的内接法测量，得到多组电压表示数U和电流表示数I的数据，根据每组数据计算出对应的电阻，再求出电阻的平均值作为待测电阻的测量值； B同学用如图乙所示的外接法测量，根据测得的数据，作出图线，然后算出图线的斜率k，将k作为待测电阻的测量值。 关于A、B两同学测得的结果，______填“A”或“B”同学的测量结果更精确，测量值______填“大于”“等于”或“小于”真实值。 同学设计了如图丙所示的电路进行实验，操作步骤如下： ①正确连接实验电路后，调节滑动变阻器R的滑片至左端； ②闭合、，调节滑动变阻器R的滑片，使电流表A满偏； ③保持滑动变阻器R的滑片不动，断开，此时电流表A的示数为40mA； 待测电阻______保留三位有效数字。 四、计算题：本大题共3小题，共48分。 11.如图所示，水平地面与一半径为l的竖直光滑圆弧轨道相接于B点，轨道上的C点位置处于圆心O的正下方。距地面高度为l的水平平台边缘上的A点，质量为m的小球以的速度水平飞出，小球在空中运动至B点时，恰好沿圆弧轨道在该点的切线方向滑入轨道。小球运动过程中空气阻力不计，重力加速度为g，试求： 点与抛出点A正下方的水平距离x； 圆弧BC段所对的圆心角； 小球滑到C点时，对轨道的压力。 12.竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图所示。时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞碰撞时间极短；当A返回到倾斜轨道上的P点图中未标出时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块A运动的图像如图所示，图中的和均为未知量。已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力。 求物块B的质量； 在图所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功。 13.有一种质谱仪由静电分析器和磁分析器组成，其简化原理如图所示。左侧静电分析器中有方向指向圆心O、与O点等距离各点的场强大小相同的径向电场，右侧的磁分析器中分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行，两者间距近似为零。离子源发出两种速度均为、电荷量均为q、质量分别为m和的正离子束，从M点垂直该点电场方向进入静电分析器。在静电分析器中，质量为m的离子沿半径为的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，从N点水平射出，而质量为的离子恰好从ON连线的中点P与水平方向成角射出，从静电分析器射出的这两束离子垂直磁场方向射入磁分析器中，最后打在放置于磁分析器左边界的探测板上，其中质量为m的离子打在O点正下方的Q点。已知，，N、P两点间的电势差，，不计重力和离子间相互作用。 求静电分析器中半径为处的电场强度和磁分析器中的磁感应强度B的大小； 求质量为的离子到达探测板上的位置与O点的距离用表示； 若磁感应强度在到之间波动，要在探测板上完全分辨出质量为m和的两束离子，求的最大值。 答案和解析 1.【答案】B  【解析】解：A、内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和，故A错误； B、温度是分子平均动能的标志，标志着物体内大量分子热运动的剧烈程度，故B正确； C、气体压强不仅与分子的平均动能有关，还与分子的密集程度有关，故C错误； D、气体膨胀对外做功且温度降低，温度是分子平均动能的标志，温度降低，则分子的平均动能变小，故D错误。 故选：B。 温度是分子平均动能的标志。 内能是所有分子的分子动能和分子势能的总和。 气体压强与温度、体积有关。 此题解答的关键是掌握温度的含义和气体压强的微观意义，并能运用来分析实际问题。温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大。 2.【答案】B  【解析】解：A、根据电荷数守恒和质量数守恒，核反应方程为，放出的粒子是质子，故A错误； B、根据电荷数守恒和质量数守恒，核反应方程为，放出的粒子是中子，故B正确； C、根据电荷数守恒和质量数守恒，核反应方程为，放出的粒子是粒子，故C错误； D、根据电荷数守恒和质量数守恒，核反应方程为，放出的粒子是粒子，故D错误。 故选：B。 根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程即可判断。 本题考查了核反应的质量数核电荷数守恒，考查知识点针对性强，难度较小，考查了学生掌握知识与应用知识的能力。 3.【答案】B  【解析】解：由于在其他条件相同的情况下波长为的光的干涉条纹间距大于波长为的干涉条纹间距，由，可得：。 A、由光子的动量：，则：故A错误； B、由：可知，两种光子的频率关系为：，即2的频率较大，根据介质的折射率与频率的关系可知它们的折射率：，由临界角与折射率的关系：，则这两束光从玻璃射向真空时，其临界角，故B正确； C、这两束光都能使某种金属发生光电效应，由光电效应方程：，其中W为金属的逸出功，可知频率越大的光对应的光电子的最大初动能越大； 又由：，则频率越大，遏止电压越大，所以遏止电压：故C错误； D、根据，结合，可知，两束光在玻璃中的传播速度满足，故D错误。 故选：B。 根据干涉条纹的宽度的特点判断波长的大小关系；由：判断光子的能量与光子的频率关系；由判断光子的动量；由光的频率与折射率的关系判断折射率，然后判断临界角；根据光电效应方程与动能定理分析遏止电压；根据玻尔理论分析。 该题涉及的知识点较多，解决本题的关键知道干涉条纹的宽度公式，知道波长和频率的关系，知道能级间跃迁所满足的规律，即。 4.【答案】C  【解析】解：A、地球轨道卫星与地面相对静止，即为地球同步卫星，其运行半径要大于地球半径，由可知其运行的线速度一定小于第一宇宙速度，故A错误； B、地球轨道卫星与地面相对静止，即为地球同步卫星，其周期等于同步卫星周期24h，故B错误； C、由于月球绕地球转动的半径大于地球轨道卫星的运行半径，由可知，地球轨道卫星的角速度大于月球绕地球运行的角速度，故C正确； D、同可知，运行半径越大，向心加速度越小，地球轨道卫星的向心加速度小于地面的重力加速度，故D错误。 故选：C。 明确地球静止轨道卫星的性质，地球的静止轨道卫星处于赤道的上方，周期等于地球自转的周期，根据万有引力提供向心力得出线速度、加速度与轨道半径的关系，从而比较出线速度与第一宇宙速度的大小，向心加速度与重力加速度的大小。 本题考查了人造卫星的相关知识，解决本题的关键知道同步卫星的特点，掌握万有引力提供向心力这一理论，并能熟练运用；明确卫星的轨道半径越大，其线速度、角速度、向心加速度越小，周期越大。 5.【答案】B  【解析】【分析】 以两个轻环和小球组成的系统为研究对象，分析受力情况，判断横梁对铁环的支持力的变化情况；隔离任一小环研究，分析受力情况，判断摩擦力f的变化情况；再根据平衡条件分析与B环相连的细绳对书本的拉力的变化。 本题是力平衡中动态平衡问题，要灵活选择研究对象，正确分析受力情况，再运用平衡条件列式进行分析。 【解答】 A.设重物的质量为M，以两个轻环和小球组成的系统为研究对象，竖直方向受到重力和水平横梁对铁环的支持力，力图如图1所示： 根据平衡条件得：，得到，可见，水平横梁对铁环的支持力不变，故A错误； B.以左侧环为研究对象，力图如图2所示，竖直方向：；水平方向：，联立得：，增大时，变小，故B正确； C.杆对A环的支持力不变，摩擦力减小，则杆对A环的力变小，故C错误； D.与B环相连的细绳对书本的拉力设为T，根据竖直方向的平衡条件可得：，由于绳子与竖直方向的夹角减小，则变大，绳子拉力变小，故D错误。 故选B。 6.【答案】CD  【解析】【分析】 根据波的传播方向确定Q点在时刻的振动方向，与振动图象上在时刻质点的振动方向比较，确定是哪个质点的振动图象。在波动图象上，根据位移大小研究加速度和速度的大小关系。 本题考查识别、理解振动图象和波动图象的能力，以及把握两种图象联系的能力。对于波的图象往往先判断质点的振动方向和波的传播方向间的关系。同时，能熟练分析波动形成的过程，分析物理量的变化情况。 【解答】 A、简谐机械波沿x轴正方向传播，在时刻，质点Q的振动方向向上，而在振动图象上在时刻质点的振动方向向下，所以图b不是质点Q的振动图象。故A错误； B、在时刻，质点P位于波谷，速度为零，质点Q位于平衡位置，则质点P的速率比质点Q的小，故B错误； C、在时刻，质点P的位移比质点Q的大，则质点P的加速度的大小比质点Q的大。故C正确； D、在时刻，平衡位置在坐标原点的质点振动方向向下，与振动图象相符，所以平衡位置在坐标原点的质点的振动图象如图所示。故D正确。 故选CD。 7.【答案】AC  【解析】【分析】 电场线是一种理想化的物理模型，不是带电粒子的运动轨迹，电场力做正功时，电势能减小，曲线运动的条件是物体受到的外力的方向与运动的方向不在同一条直线上。 该题考查对电场线的理解以及带电粒子在电场中运动的特点，要注意电场线的特点：电场线疏密表示场强大小，切线方向表示场强的方向，电场线不是带电粒子的运动轨迹。 【解答】 A.由于电场的特点未知，对于带电粒子，其运动过程中，粒子的速度大小可能先增大后减小。故A正确； B.带电粒子在只受电场力，且电场线是直线时运动轨迹才与电场线重合，由于该电场未知，所以粒子的轨迹不一定与某条电场线重合。故B错误； C.粒子从静止开始运动，电场力一定做正功，所以粒子在M点的电势能不低于其在N点的电势能。故C正确； D.若粒子运动的轨迹为曲线，则粒子在N点所受电场力的方向就不与粒子轨迹在该点的切线平行。故D错误。 故选：AC。 8.【答案】AD  【解析】解：物块与地面间的滑动摩擦力为：。 A、时物体的速度大小为，则有：，其中，代入数据解得：； 时速度为，根据动量定理可得：，代入数据解得：，故A正确； B、物块沿正方向加速运动，物块沿正方向减速运动，4s末的速度为零，物块反向加速，且加速度大小与内的加速度大小相等，故6s时物块没有回到初始位置，故B错误； C、3s时物块的动量大小为：，故C错误； D、内物块的位移：，方向为正方向； 内物块的位移：，方向为正方向； 6s时物块的速度大小为，则有：，解得： 物块的位移大小为：，方向为负方向。 所以时间内F对物块所做的功为：，故D正确。 故选：AD。 求出物块与地面间的滑动摩擦力，根据动量定理求解3s时的速度和4s时的速度，再根据位移计算公式求解位移，根据功的计算公式求解做的功。 本题主要是考查动量定理与图象的结合，关键是弄清楚运动情况和受力情况，知道合外力的冲量等于动量的变化。 9.【答案】A  角速度的平方  不变  【解析】解：向心力公式可知，影响向心力大小的因素有小球质量、小球做圆周运动的半径、小球做匀速圆周运动的角速度；要研究其中一个因素变化对向心力所产生的影响，采用的实验方法是控制变量法，故A正确，BC错误。 故选：A。 标尺上露出的红白相间的等分格数之比为两个小球所受向心力的比值； 根据向心力公式 在小球质量m和转动半径r相同的情况下，向心力之比等于角速度平方之比； 由于两球线速度相同，根据可知两球角速度之比等于塔轮半径反比； 又根据可知，小球质量和转动半径相同的情况下，向心力之比为塔轮半径反比的平方，逐渐加大手柄的转速，塔轮半径不变，故向心力之比不变，进而左右标尺露出的红白相间等分标记的比值不变。 故答案为：；角速度平方；不变。 根据实验目的，结合向心力公式分析影响向心力大小的因素，再分析所采用的物理方法； 根据向心力演示仪的原理分析即可。 本题考查了探究小球做圆周运动所需向心力的大小与质量m、角速度和半径r之间的关系的实验，实验的原理为圆周运动向心力公式，采用了控制变量法；知道线速度与角速度的关系，知道小球做匀速圆周运动的角速度是通过改变塔轮半径来实现的。 10.【答案】A  大于  153  【解析】解：由于 为了尽可能减小实验误差，电流表采用内接法，因此A同学的测量结果更精确； 根据欧姆定律，待测电阻的测量值 实验误差来源于电流表的分压作用，待测电阻两端电压 根据欧姆定律，待测电阻的真实值 待测电阻的测量值大于真实值。 设电源内阻、电流表内阻和滑动变阻器接入电路中的电阻三者的总电阻为； 闭合、，电流表A满偏时，根据闭合电路的欧姆定律 电阻与的并联电阻 保持滑动变阻器R的滑片不动，断开，根据闭合电路的欧姆定律 代入数据联立解得。 故答案为：；大于；。 根据待测电阻值、电流表的内阻值和电压表的内阻值的比值大小关系确定电流表的内外接法； 电流表内接法的误差来源于电流表的分流作用，根据欧姆定律进行分析作答； 根据闭合电路的欧姆定律和并联电路的特点求解作答。 本题主要考查了伏安法测电阻的实验，掌握电流表内、外接法的判断方法；掌握欧姆定律、闭合电路的欧姆定律和并联电路的特点是解题的关键。 11.【答案】解：根据，解得，则水平距离。 小球到达B点时，竖直方向上的分速度，因为。 则小球速度与水平方向的夹角为，根据几何关系知，圆弧BC段所对的圆心角为45度。 ，根据动能定理得，， ，联立解得，根据牛顿第三定律，则小球滑到C点时，对轨道的压力为 。 答：点与抛出点A正下方的水平距离为2l。 圆弧BC段所对的圆心角为。 小球滑到C点时，对轨道的压力为。  【解析】根据高度求出平抛运动的时间，结合初速度和时间求出平抛运动的水平距离。 因为小球在空中运动至B点时，恰好沿圆弧轨道在该点的切线方向滑入轨道。通过小球的速度方向求出圆弧BC段所对的圆心角； 求出小球在B点的速度，根据动能定理求出小球运动到C点的速度，根据牛顿第二定律求出支持力的大小，从而求出小球对轨道的压力。 本题综合考查了动能定理、牛顿第二定律，还涉及到平抛运动、圆周运动，综合性较强，是一道好题。 12.【答案】解：物块A和物块B发生碰撞后一瞬间的速度分别为、， A、B发生弹性碰撞，碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒， 以向右为正方向，由动量守恒定律得： 由机械能守恒定律得： 解得：， 由图所示图象可知： 解得： 在图所描述的运动中，设物块A与轨道间的滑动摩擦力大小为f，下滑过程中所经过的路程为， 返回过程中所经过的路程为，上升至最高点高度为h，整个过程中摩擦力所做的功为W， 对A，由动能定理得： 从图所给的图线可知：， 由几何关系： 在整个过程中A克服摩擦力做功： 解得： 答：物块B的质量是3m； 在图所描述的整个运动过程中，物块A克服摩擦力所做的功是。  【解析】、B发生弹性碰撞，碰撞过程系统动量守恒、机械能守恒，应用动量守恒定律与机械能守恒定律求出物块B的质量。 图线与坐标轴所围成图线的面积等于物体的位移大小，根据图所示图象求出物体的位移大小，根据物体的运动过程应用动能定理求出A克服摩擦力所做的功。 本题是一道力学综合题，根据题意与图示图象分析清楚物体的运动过程是解题的前提与关键，应用动量守恒定律、动能定理即可即可解题。 13.【答案】解：在静电分析器中，电场力提供向心力， 由牛顿第二定律得：， 解得：； 离子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 由牛顿第二定律得：， 解得：； 对离子，由动能定理得：， 解得：， 离子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 由牛顿第二定律得：， 解得：， 距离：， 解得：； 恰好能分辨的条件：， 解得：； 答：静电分析器中半径为处的电场强度为，磁分析器中的磁感应强度B的大小为； 质量为的离子到达探测板上的位置与O点的距离l为； 若磁感应强度在到之间波动，要在探测板上完全分辨出质量为m和的两東离子，的最大值为：。  【解析】离子在静电分析器中做圆周运动，电场力提供向心力，离子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，应用牛顿第二定律可以求出电场强度与磁感应强度。 由动能定理求出离子的速度，应用牛顿第二定律求出离子做圆周运动的轨道半径，然后求出离子到达探测板上的位置与O点的距离。 磁感应强度变化时粒子做圆周运动的轨道半径发生变化，根据分辨条件求出的最大值。 本题考查了带电离子在磁场中的运动，根据题意分析清楚粒子运动过程、分析清楚向心力的来源是解题的前提与关键，应用牛顿第二定律与动能定理可以解题。 第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $$