精品解析：北京市海淀区2024-2025学年高三下学期期末练习（二模） 物理试卷

海淀区2024-2025学年第二学期期末练习 高三物理 本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 在粒子散射实验中，有少数粒子发生了大角度的偏转，其原因是（ ） A. 原子中存在带负电的电子 B. 正电荷在原子内是均匀分布的 C. 原子只能处在一系列不连续的能量状态中 D. 占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 2. 在如图所示的平面内，光束a从介质斜射向空气，出射光为b、c两束单色光。关于b、c两束单色光，下列说法正确的是（　　） A. 介质对b光的折射率较大 B. 在介质中，b光的传播速度较大 C. 发生全反射时，b光的临界角较小 D. 若两束光都能使某种金属发生光电效应，则b光产生光电子的最大初动能较大 3. 如图所示，手握住软绳的一端上下振动，产生沿绳传播的机械波，若增大手的振动频率，则该波（ ） A. 波速不变 B. 波速增大 C. 波长不变 D. 波长增大 4. 一辆做匀减速直线运动的汽车，依次经过a、b、c三点。已知汽车在间与间的运动时间均为1s，段的平均速度是10m/s，段的平均速度是5m/s，则汽车做匀减速运动的加速度大小为（ ） A. B. C. D. 5. 如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径经状态b、c再回到状态a，其中，图线平行于纵轴、图线平行于横轴。下列说法正确的是（ ） A. 从a到b，气体对外界做功 B. 从b到c，气体温度保持不变 C. 从c到a，气体内能减小 D. 从c到a，气体从外界吸热 6. 如图所示，导体棒置于倾角为的粗糙导轨上且与导轨垂直，整个装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒。闭合开关S，导体棒处于静止状态。下列磁场方向中，使导体棒与导轨之间一定存在静摩擦力的是（　　） A. 竖直向上 B. 水平向左 C. 垂直于导轨平面向上 D. 垂直于导轨平面向下 7. 将阻值为的电阻接在正弦式交流电源上，通过电阻的电流i随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是（ ） A. 交变电流在一个周期内电流方向改变一次 B. 交变电流表达式为 C. 电阻消耗的电功率为 D. 电阻两端的电压峰值为 8. 某小组尝试用不同方法测量一节干电池的电动势和内阻，他们设计了四种实验方案，分别用到如下器材组合，其中无法达成实验目的的是（　　） A. 一个电流表和多个定值电阻 B. 一个电压表和多个定值电阻 C. 两个电流表和一个滑动变阻器 D. 一个电流表、一个电压表和一个滑动变阻器 9. 如图所示，放在木箱内的物块A，其右端通过一根处于压缩状态的水平轻弹簧与木箱连接。木箱与物块A做匀速直线运动且保持相对静止。若发现物块A突然相对木箱底面向左移动，则木箱可能（ ） A 突然向下加速运动 B. 突然向下减速运动 C. 突然向左加速运动 D. 突然向右减速运动 10. 如图所示，铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘位于两磁极之间。两磁极产生的磁场区域面积小于圆盘面积，磁场方向与圆盘平面垂直。两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。不计接触点的摩擦力和空气阻力。在外力作用下圆盘以恒定的角速度转动。下列说法正确的是（ ） A. 因圆盘无磁通量变化，故电阻R中无电流通过 B. 铜片C电势高于铜片D的电势 C. 若撤去外力，则圆盘会逐渐停止转动 D. 若使圆盘反向转动，电阻R中的电流方向不变 11. 某同学用如图所示的实验装置测量当地的重力加速度。不可伸长的轻绳一端固定于A点，另一端系一小球，使其在水平面内绕O点做匀速圆周运动，已测出小球转过n圈所用的时间t。下列说法正确的是（ ） A. 为达成实验目的，仅需再测量小球做圆周运动的半径 B. 为达成实验目的，仅需再测量轻绳的绳长 C. 为达成实验目的，仅需再测量A点到O点的竖直高度 D. 若误将圈记作n圈，则重力加速度的测量值偏小 12. 如图所示，实线是竖直面内以O点为圆心的圆，和是圆的两条相互垂直的直径，在竖直面内存在由Q点指向P点的匀强电场。从O点在竖直面内向各个方向以大小相同的初速度发射电荷量和质量完全相同的带正电小球，通过圆上各点的小球中，经过N点的小球速度最大。不计空气阻力及小球间的相互作用。下列说法正确的是（ ） A. 沿方向发射的小球可以沿方向做直线运动 B. 沿方向发射的小球不会沿方向做直线运动 C. 通过圆上P、Q两点的小球机械能相等 D. 通过圆上M、N两点的小球机械能相等 13. 如图1所示，“冰坑挑战”需要挑战者先进入一个坡面与水平面夹角为、半径为R的倒圆锥型冰坑，然后尝试从其中离开。方式甲——挑战者沿着如图2甲所示坡面向上走或爬的方式，很难离开冰坑，通常还是会滑回坑底。方式乙——挑战者沿着如图2乙所示的螺旋线方式跑动多圈后，最终可以成功离开冰坑。已知挑战者的质量为m，其与冰面的动摩擦因数为，重力加速度为g。为了讨论方便，假定滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等；方式乙中人的跑动半径r缓慢增大，每一圈的轨迹都可近似为与水平地面平行的圆。下列说法正确的是（ ） A. 在方式甲中，一定满足关系式 B. 在方式甲和方式乙中，挑战者受到的最大静摩擦力大小不同 C. 在方式乙中，可利用求得每圈的最小速度 D. 在方式乙中，挑战者离开冰坑做的功至少为 14. 对于静止的自由原子，当其从高能级向低能级跃迁发射光子时，原子会因反冲而获得一定的能量，该能量远小于原子两能级之差，所以可认为光子的能量等于两能级之差。对于静止的自由原子核，当其从高能级向低能级跃迁发出高能射线时，原子核也会因反冲而获得一定的能量。通常情况下，与射线的能量相比，原子核因反冲而获得的能量不可忽略。若将放射源和吸收源进行冷却，部分原子核被严格束缚在晶体的晶格位置，这些原子核在发射或吸收射线时，反冲可以被完全抑制。根据以上信息，对于两能级差仅为E的原子核，下列说法错误的是（ ） A. 自由原子核在发射或吸收射线的过程中，原子核和射线组成的系统动量守恒 B. 单个静止的自由原子核发射的射线的能量一定小于E C. 单个静止的自由原子核吸收的射线的能量一定大于E D. 单个被严格束缚在晶格位置的原子核吸收的射线的能量小于E 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. （1）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，将体积为的纯油酸加入酒精中，制成总体积为的油酸酒精溶液，测得1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积为S。已知1滴该油酸酒精溶液的体积为，则油酸分子的直径______。（用、、和S表示） （2）图1是探究加速度与力之间关系的实验装置示意图。两辆相同的小车放在木板上，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能沿木板匀速运动。用细线跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中放不同的重物，打开夹子，两辆小车同时从静止开始运动，一段时间后合上夹子，两辆小车同时停下来。测出两辆小车的位移大小分别为和，则两辆小车的加速度之比______。 （3）某同学利用如图2所示的电路进行实验，闭合开关后，发现灯泡不发光。为查找故障，用多用电表2.5V直流电压挡进行检测。将红表笔与接线柱A接触并保持不动，当黑表笔分别接触B、C时，示数均为；当黑表笔分别接触D、E、F时，示数均为0。若电路中仅有一处故障，则故障为______。（选填选项前的字母） A. 间断路 B. 间断路 C. 间断路 D. 间断路 16. 某小组同学用如图1所示装置做“验证机械能守恒定律”实验。 （1）实验时甲同学进行了如下操作，其中操作不当的步骤是______（选填选项前的字母） A. 对体积和形状相同的重物，选择密度大的进行实验 B. 将打点计时器接到直流电源上 C. 将接有重物的纸带沿竖直方向穿过打点计时器的限位孔 D. 先释放纸带，再接通打点计时器电源 （2）实验得到如图2所示的一条纸带（其中一段纸带图中未画出）。选取纸带上清晰的某点记为O，再选取三个连续打出的点A、B、C，测出它们到O点的距离分别为、、。已知打点计时器所用电源的频率为，重物质量，当地重力加速度。由此可计算出打点计时器打下B点时重物下落的瞬时速度______。从打下O点到打下B点的过程中，重物的重力势能减少量为______J。（结果保留两位有效数字） （3）乙同学的实验结果显示，重物的重力势能减少量总是小于其动能增加量，最可能的原因是______。（选填选项前的字母） A. 存在空气阻力和摩擦阻力的影响 B. 将打下O点时重物的速度记为0 C. 没有采用多次实验取平均值的方法 （4）丙同学设计了另一种“验证机械能守恒定律”的实验方案，如图3所示。他在一个较粗的矿泉水桶侧面开一个小孔，将一细管插入小孔处，水能够从细管中水平射出。该同学仅选用刻度尺作为测量工具，验证桶中液面下降过程中水的机械能守恒。写出需测量的物理量及其应满足的关系。（用所需测量的物理量表示） 17. 如图所示，光滑水平面与粗糙的竖直半圆轨道在B点相切，半圆轨道的半径，D是半圆轨道的最高点。将一质量的物体（可视为质点）向左压缩轻弹簧至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得一向右速度，并脱离弹簧在水平面上做直线运动，其经过B点时的速度，之后物体沿半圆轨道运动，恰好能通过D点。取重力加速度。求： （1）弹簧被压缩至A点时的弹性势能。 （2）物体通过D点时的速度大小。 （3）物体沿半圆轨道运动过程中克服阻力所做的功W。 18. 研究天然放射现象时，把某放射源放入用铅做成的容器中，射线从容器的小孔竖直射出，成为细细的一束。若在射线经过的空间施加磁感应强度大小为B、垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，发现射线会分成三束，分别为α射线、β射线和γ射线。研究发现：α射线是氦原子核，β射线是电子流，γ射线是高能电磁波。已知光速大小为c，假定α粒子的速度大小为、β粒子的速度大小为。不计重力和粒子间的相互作用。 （1）写出图中的①、②、③三束射线分别对应的射线种类。 （2）再施加一沿水平方向的匀强电场。 a．若①、②两束射线重合，求匀强电场的电场强度大小E及方向。 b．请判断①、②、③三束射线是否可以重合。若可以，计算出匀强电场的电场强度大小；若不可以，请说明理由。 19. 与磁通量类似，在静电场中同样可以建立电通量的概念，若将式中的磁感应强度B替换成电场强度E，就可以用来计算电通量。物理学家发现，穿过任意闭合曲面的电通量，与该曲面内包含的所有电荷量的代数和成正比，且比例系数为常量。已知静电力常量为k。 （1）以电荷量为的点电荷为球心，以r为半径建立球面。求穿过该球面的电通量。 （2）二极管是由P型半导体和N型半导体制成电子器件，如图1所示。由于扩散作用，N型区的部分自由电子会进入P型区，在接触面两侧形成如图2所示的净剩电荷分布的示意图（正视图），其中“•”代表自由电子（电荷量为）、“○”代表空穴（电荷量为）。电子和空穴在半导体内部所产生的“内建电场”对自由电子的扩散起到了抑制作用，最终空穴和自由电子的分布达到稳定。以两种半导体接触面处为坐标原点，以水平向右为正方向建立x坐标轴，坐标轴上标记的a、b、c均为已知量。查阅资料得知： 稳定后，内建电场只分布在的范围内，且沿x轴负方向，和处内建电场的电场强度为零。净剩电荷在其所在区域都均匀分布。已知半导体材料的横截面积为A，稳定后在范围内单位体积内的净剩电荷数目为n。根据上述信息进行分析。 a．分别以和两处的横截面为左、右边界构建一长方体，长方体的六个面构成闭合曲面，求该闭合曲面内净剩电荷的电荷量及处的内建电场的电场强度大小。 b．写出范围内，内建电场的电场强度大小随位置x变化的关系式。 c．若某自由电子能从的N型区沿x轴负方向穿越内建电场到达的P型区。忽略其他因素的影响，求该自由电子的初始动能至少为多大。 20. 科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。如图1所示，以某一点O为观测点，以质量为m的星系P为观测对象，以P到O点的距离r为半径建立球面。已知星系P受到的万有引力相当于球内质量集中于O点对P的引力，质量均匀分布的球壳对壳内质点万有引力的合力为零，引力常量为G。 （1）设星系P到O点的距离为时，宇宙的密度为。 a．求此时星系P受到的引力大小。 b．请推导宇宙膨胀过程中星系P受到的引力大小随距离r变化的关系式。 （2）根据最新天文观测，科学家推测星系不仅受引力作用，而且受到斥力影响，斥力作用来源于“暗能量”。我们将其简化如下：科学家所说的“暗能量”是一种均匀分布在整个宇宙空间中的能量，它具有恒定的能量密度（单位体积内所含的能量），且不随宇宙的膨胀而变化，暗能量会产生等效的“排斥力”。某同学对此“排斥力”做了如下猜想：其作用效果可视为球面内某种密度均匀且恒为的“未知物质”产生与万有引力方向相反的排斥力，排斥力的大小与万有引力大小的规律相似，“排斥力常量”为。请基于上述简化模型和猜想，推导宇宙膨胀过程星系P受到的斥力大小随距离r变化的关系式。 （3）根据（1）（2）中的简化模型和猜想，星系P同时受到引力与斥力的作用。 a．以星系P受到斥力的方向为正方向，在图2中定性画出合力F随距离r变化的图线。 b．若某时测得星系P在做远离O点的加速度减小的减速运动，推测此后P可能的运动情况。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 海淀区2024-2025学年第二学期期末练习 高三物理 本试卷共8页，100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 第一部分 本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。 1. 在粒子散射实验中，有少数粒子发生了大角度的偏转，其原因是（ ） A. 原子中存在带负电的电子 B. 正电荷在原子内是均匀分布的 C. 原子只能处在一系列不连续的能量状态中 D. 占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 【答案】D 【解析】 【详解】A．带负电电子质量很小不是影响粒子发生大角度偏转的原由，故A错误； B D．原子中原子核很小，核外很“空旷”， 原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核，这才是影响粒子发生大角度偏转的根本原因，故B错误，D正确； C．少数粒子发生大角度的偏转与原子处在一系列不连续的能量状态中没有关系，故C错误； 故选D。 2. 在如图所示的平面内，光束a从介质斜射向空气，出射光为b、c两束单色光。关于b、c两束单色光，下列说法正确的是（　　） A. 介质对b光的折射率较大 B. 在介质中，b光的传播速度较大 C. 发生全反射时，b光的临界角较小 D. 若两束光都能使某种金属发生光电效应，则b光产生光电子的最大初动能较大 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据光路图知，c光的偏折程度大于b光，则c光的折射率大于b光，故A错误； B．c光的折射率大，根据知，c光在介质中传播的速度较小，b光的传播速度较大，B正确； C．根据知，c光的折射率大，则c光全反射的临界角较小，故C错误； D．光电子的最大初动能 c光的折射率大，则c光的频率大，c光产生光电子的最大初动能较大，故D错误。 故选B。 3. 如图所示，手握住软绳的一端上下振动，产生沿绳传播的机械波，若增大手的振动频率，则该波（ ） A. 波速不变 B. 波速增大 C. 波长不变 D. 波长增大 【答案】A 【解析】 【详解】波速 绳波一直在绳中传播，介质相同，传播速度保持不变．当手振动的频率增加时，波长减小。 故选A。 4. 一辆做匀减速直线运动的汽车，依次经过a、b、c三点。已知汽车在间与间的运动时间均为1s，段的平均速度是10m/s，段的平均速度是5m/s，则汽车做匀减速运动的加速度大小为（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 【详解】质点在段，根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度有 同理可知，在段有 汽车做匀减速运动的加速度 则汽车做匀减速运动的加速度大小为。 故选B。 5. 如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，沿图示路径经状态b、c再回到状态a，其中，图线平行于纵轴、图线平行于横轴。下列说法正确的是（ ） A. 从a到b，气体对外界做功 B. 从b到c，气体温度保持不变 C. 从c到a，气体内能减小 D. 从c到a，气体从外界吸热 【答案】D 【解析】 【详解】A．从a到b，气体体积减小，外界对气体做功，A错误； B．从b到c，气体做等容变化，根据可知压强减小，温度降低，B错误； C．从c到a，气体压强不变，根据可知体积增大，温度升高，气体内能增加，C错误； D．从c到a，气体体积增大，对外做功，而气体内能增加，根据热力学第一定律U=Q＋W，可知气体从外界吸热，D正确 故选D。 6. 如图所示，导体棒置于倾角为的粗糙导轨上且与导轨垂直，整个装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导体棒。闭合开关S，导体棒处于静止状态。下列磁场方向中，使导体棒与导轨之间一定存在静摩擦力的是（　　） A. 竖直向上 B. 水平向左 C. 垂直于导轨平面向上 D. 垂直于导轨平面向下 【答案】D 【解析】 【详解】A．分析导体棒受力如图（a端截面，安培力需要判定未画出）。磁场方向竖直向上时，由左手定则可得导体棒所受磁场安培力水平向右，此时，水平向右安培力有可能与重力、弹力的合力平衡，不一定存在静摩擦力，故A错误； B．磁场方向水平向左时，由左手定则可得导体棒所受磁场安培力竖直向上，此时，若安培力恰好等于重力时，则弹力为零，不需要静摩擦力作用导体棒即可处于平衡状态，故B错误； C．磁场方向垂直于导轨平面向上时，由左手定则可得导体棒所受磁场安培力沿斜面向上，此时，安培力有可能与重力、弹力的合力平衡，不一定存在静摩擦力，故C错误； D．磁场方向垂直于导轨平面向下时，由左手定则可得导体棒所受磁场安培力水平沿斜面向下，此时，必须存在静摩擦力以平衡安培力、重力、弹力的合力，故D正确； 故选D。 7. 将阻值为的电阻接在正弦式交流电源上，通过电阻的电流i随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是（ ） A. 交变电流在一个周期内电流方向改变一次 B. 交变电流的表达式为 C. 电阻消耗的电功率为 D. 电阻两端的电压峰值为 【答案】C 【解析】 【详解】A．由图可知，交流电在一个周期内电流方向改变两次，A错误； B．由图可知，交流电的最大最 周期 故其角频率 则交流电的表达式 B错误； C．交流电的有效值 故定值电阻的电功率 C正确； D．定值电阻两端电压的有效值为 故定值电阻两端电压的峰值为 D错误。 故选C。 8. 某小组尝试用不同方法测量一节干电池的电动势和内阻，他们设计了四种实验方案，分别用到如下器材组合，其中无法达成实验目的的是（　　） A. 一个电流表和多个定值电阻 B. 一个电压表和多个定值电阻 C. 两个电流表和一个滑动变阻器 D. 一个电流表、一个电压表和一个滑动变阻器 【答案】C 【解析】 【详解】A．由知一个电流表和多个定值电阻可以测定干电池的电动势和内阻，A正确； B．由知一个电压表和多个定值电阻可以测定干电池的电动势和内阻，B正确； C．因不能读出滑动变阻器的阻值，故C错误。 D．一个电流表、一个电压表和一个滑动变阻器属于用伏安法测定干电池的电动势和内阻的实验器材，D正确。 本题选选无法达成实验目的的，故选C。 9. 如图所示，放在木箱内的物块A，其右端通过一根处于压缩状态的水平轻弹簧与木箱连接。木箱与物块A做匀速直线运动且保持相对静止。若发现物块A突然相对木箱底面向左移动，则木箱可能（ ） A. 突然向下加速运动 B. 突然向下减速运动 C. 突然向左加速运动 D. 突然向右减速运动 【答案】A 【解析】 【详解】A．开始木箱和物块A均保持静止，根据平衡条件知，弹簧向左的弹力等于向右的静摩擦力。 若木箱突然向下做加速运动，物块处于失重状态，对木箱底面的压力减小，最大静摩擦力减小，可能小于弹力，合力可能向左，物块A可能突然相对木箱底面向左移动，故A正确； B．木箱突然向下做减速运动,物块处于超重状态，对木箱底面的压力增大，最大静摩擦力增大，故物块A不可能突然相对木箱底面向左移动，故B错误； C．当木箱突然向左做加速运动，竖直方向受力平衡，正压力不变，最大静摩擦力不变，根据牛顿第二定律知，所需合力向左，若弹簧弹力与最大静摩擦力的合力不足以提供向左的加速度，则物块A相对木箱底面可能向右移动，故C错误； D．木箱突然向右做减速运动，竖直方向受力平衡，正压力不变，最大静摩擦力不变，根据牛顿第二定律知，当弹簧弹力和最大静摩擦力的向左的合力不足以提供向左的加速度时，物块A相对木箱底面可能向右移动，故D错误。 故选A。 10. 如图所示，铜质圆盘安装在水平铜轴上，圆盘位于两磁极之间。两磁极产生的磁场区域面积小于圆盘面积，磁场方向与圆盘平面垂直。两铜片C、D分别与转动轴和圆盘的边缘接触。不计接触点的摩擦力和空气阻力。在外力作用下圆盘以恒定的角速度转动。下列说法正确的是（ ） A 因圆盘无磁通量变化，故电阻R中无电流通过 B. 铜片C的电势高于铜片D的电势 C. 若撤去外力，则圆盘会逐渐停止转动 D. 若使圆盘反向转动，电阻R中的电流方向不变 【答案】C 【解析】 【详解】A．圆盘在磁场中做切割磁感线运动，根据法拉第电磁感应定律，会产生感应电动势，电路是闭合回路，从而在电路中形成感应电流，电阻R中有电流通过，故A错误； B．根据右手定则，圆盘转动时，四指指向感应电流方向，在圆盘这个电源内部，电流从低电势流向高电势，所以铜片D的电势高于铜片C的电势，故B错误； C．若撤去外力，圆盘在转动过程中，由于电磁感应会产生感应电流，圆盘会受到安培力，安培力的方向与圆盘转动的方向相反，安培力阻碍圆盘的转动，圆盘的机械能不断转化为电能再转化为内能，圆盘会逐渐停止转动，故C正确； D．若使圆盘反向转动，根据右手定则，感应电流方向会反向，那么电阻R中的电流方向也会改变，故D错误。 故选C。 11. 某同学用如图所示的实验装置测量当地的重力加速度。不可伸长的轻绳一端固定于A点，另一端系一小球，使其在水平面内绕O点做匀速圆周运动，已测出小球转过n圈所用的时间t。下列说法正确的是（ ） A. 为达成实验目的，仅需再测量小球做圆周运动的半径 B. 为达成实验目的，仅需再测量轻绳的绳长 C. 为达成实验目的，仅需再测量A点到O点的竖直高度 D. 若误将圈记作n圈，则重力加速度的测量值偏小 【答案】C 【解析】 【详解】ABC．测出小球转过n圈所用的时间t，则小球运动的周期为 设小球做圆周运动的半径为，轻绳的绳长为，A点到O点的竖直高度为，轻绳与竖直方向的夹角为，根据牛顿第二定律可得 可得重力加速度为 可知为达成实验目的，仅需再测量A点到O点的竖直高度，故AB错误，C正确； D．若误将圈记作n圈，则周期测量值偏小，根据 可知重力加速度的测量值偏大，故D错误。 故选C。 12. 如图所示，实线是竖直面内以O点为圆心的圆，和是圆的两条相互垂直的直径，在竖直面内存在由Q点指向P点的匀强电场。从O点在竖直面内向各个方向以大小相同的初速度发射电荷量和质量完全相同的带正电小球，通过圆上各点的小球中，经过N点的小球速度最大。不计空气阻力及小球间的相互作用。下列说法正确的是（ ） A. 沿方向发射的小球可以沿方向做直线运动 B. 沿方向发射的小球不会沿方向做直线运动 C. 通过圆上P、Q两点的小球机械能相等 D. 通过圆上M、N两点的小球机械能相等 【答案】D 【解析】 【详解】AB．对小球受力分析可知，小球受到重力和电场力，根据力的合成定则可知，其合力不可能沿OP方向，可能沿ON方向，因此沿方向发射的小球不可能沿方向做直线运动，沿方向发射的小球可能沿方向做直线运动，AB错误； C．从Q到P的过程中，电场力做整个，电势能减小，动能增大，故P点的机械能大于Q点的机械能，C错误； D．由题可知，M、N位于同一等势面上，电场力不做功，只有重力做功，机械能守恒，D正确。 故选D。 13. 如图1所示，“冰坑挑战”需要挑战者先进入一个坡面与水平面夹角为、半径为R的倒圆锥型冰坑，然后尝试从其中离开。方式甲——挑战者沿着如图2甲所示坡面向上走或爬的方式，很难离开冰坑，通常还是会滑回坑底。方式乙——挑战者沿着如图2乙所示的螺旋线方式跑动多圈后，最终可以成功离开冰坑。已知挑战者的质量为m，其与冰面的动摩擦因数为，重力加速度为g。为了讨论方便，假定滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等；方式乙中人的跑动半径r缓慢增大，每一圈的轨迹都可近似为与水平地面平行的圆。下列说法正确的是（ ） A. 在方式甲中，一定满足关系式 B. 在方式甲和方式乙中，挑战者受到的最大静摩擦力大小不同 C. 在方式乙中，可利用求得每圈的最小速度 D. 在方式乙中，挑战者离开冰坑做的功至少为 【答案】B 【解析】 【详解】A．由于在方式甲中，挑战者很难离开冰坑，通常还是会滑回坑底。说明挑战者受到的摩擦力小于重力的下滑分力，即有 A错误； B．在甲图方式在，其最大摩擦力 在乙图方式中，对挑战者受力分析如下 在水平方向上，根据牛顿第二定律则有 其中为挑战者圆周运动的线速度，为挑战者在该平面圆周运动的半径； 在竖直方向上，根据平衡条件可得 联立解得 显然，B正确； C．在乙方式中，由上述分析可知，支持力与摩擦力在水平方向的合力提供挑战者圆周运动的向心力，因此不能利用求每圈的最小速度，C错误； D．由题可知，冰坑的深度为 整个过程中，挑战者克服重力做的功 除此之外，人的跑动半径r缓慢增大，摩擦力不变，线速度在缓慢增大，动能在增大，故在方式乙中，挑战者离开冰坑做的功至少大于，D错误。 故选B。 14. 对于静止的自由原子，当其从高能级向低能级跃迁发射光子时，原子会因反冲而获得一定的能量，该能量远小于原子两能级之差，所以可认为光子的能量等于两能级之差。对于静止的自由原子核，当其从高能级向低能级跃迁发出高能射线时，原子核也会因反冲而获得一定的能量。通常情况下，与射线的能量相比，原子核因反冲而获得的能量不可忽略。若将放射源和吸收源进行冷却，部分原子核被严格束缚在晶体的晶格位置，这些原子核在发射或吸收射线时，反冲可以被完全抑制。根据以上信息，对于两能级差仅为E的原子核，下列说法错误的是（ ） A. 自由原子核在发射或吸收射线的过程中，原子核和射线组成的系统动量守恒 B. 单个静止的自由原子核发射的射线的能量一定小于E C. 单个静止的自由原子核吸收的射线的能量一定大于E D. 单个被严格束缚在晶格位置的原子核吸收的射线的能量小于E 【答案】D 【解析】 【详解】A．自由原子核在发射或吸收射线的过程中，系统不受外力作用，系统动量守恒，A正确； B．由于原子核发射射线时会因反冲获得动能，根据能量守恒，射线的能量必须小于两能级差，B正确； C．原子核吸收射线时也需要克服反冲能，因此吸收的γ射线能量必须大于才能实现跃迁，C正确； D．题干指出，被严格束缚的原子核反冲被完全抑制，因此吸收的射线能量等于，而不是小于，D错误。 本题选错误的，故选D。 第二部分 本部分共6题，共58分。 15. （1）在“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，将体积为的纯油酸加入酒精中，制成总体积为的油酸酒精溶液，测得1滴油酸酒精溶液在水面上形成的油膜面积为S。已知1滴该油酸酒精溶液的体积为，则油酸分子的直径______。（用、、和S表示） （2）图1是探究加速度与力之间关系的实验装置示意图。两辆相同的小车放在木板上，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能沿木板匀速运动。用细线跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中放不同的重物，打开夹子，两辆小车同时从静止开始运动，一段时间后合上夹子，两辆小车同时停下来。测出两辆小车的位移大小分别为和，则两辆小车的加速度之比______。 （3）某同学利用如图2所示的电路进行实验，闭合开关后，发现灯泡不发光。为查找故障，用多用电表2.5V直流电压挡进行检测。将红表笔与接线柱A接触并保持不动，当黑表笔分别接触B、C时，示数均为；当黑表笔分别接触D、E、F时，示数均为0。若电路中仅有一处故障，则故障为______。（选填选项前的字母） A. 间断路 B. 间断路 C. 间断路 D. 间断路 【答案】（1） （2） （3）B 【解析】 【小问1详解】 所制成的油酸酒精溶液油酸的浓度为，一滴油酸酒精溶液所含纯油酸的体积为，所以油酸分子的直径为。 【小问2详解】 两辆小车都做初速度为零的匀加速直线运动，运动时间相等，根据，得 所以 即 【小问3详解】 当黑表笔分别接触B、C时，示数均为，说明BC间是完好的，CD间、DE间、EF间、AF间有断路；当黑表笔分别接触D、E、F时，示数均为0，且电路中仅有一处故障，说明CD间断路。 故选B。 16. 某小组同学用如图1所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验。 （1）实验时甲同学进行了如下操作，其中操作不当的步骤是______（选填选项前的字母） A. 对体积和形状相同的重物，选择密度大的进行实验 B. 将打点计时器接到直流电源上 C. 将接有重物的纸带沿竖直方向穿过打点计时器的限位孔 D. 先释放纸带，再接通打点计时器电源 （2）实验得到如图2所示的一条纸带（其中一段纸带图中未画出）。选取纸带上清晰的某点记为O，再选取三个连续打出的点A、B、C，测出它们到O点的距离分别为、、。已知打点计时器所用电源的频率为，重物质量，当地重力加速度。由此可计算出打点计时器打下B点时重物下落的瞬时速度______。从打下O点到打下B点的过程中，重物的重力势能减少量为______J。（结果保留两位有效数字） （3）乙同学的实验结果显示，重物的重力势能减少量总是小于其动能增加量，最可能的原因是______。（选填选项前的字母） A. 存在空气阻力和摩擦阻力的影响 B. 将打下O点时重物的速度记为0 C. 没有采用多次实验取平均值的方法 （4）丙同学设计了另一种“验证机械能守恒定律”的实验方案，如图3所示。他在一个较粗的矿泉水桶侧面开一个小孔，将一细管插入小孔处，水能够从细管中水平射出。该同学仅选用刻度尺作为测量工具，验证桶中液面下降过程中水的机械能守恒。写出需测量的物理量及其应满足的关系。（用所需测量的物理量表示） 【答案】（1）BD （2） ①. 1.5 ②. 0.35 （3）B （4）见解析 【解析】 【小问1详解】 A．对体积和形状相同的重物，选择密度大的进行实验，以减小阻力影响，选项A正确； B．将打点计时器接到交流电源上，选项B错误； C．将接有重物的纸带沿竖直方向穿过打点计时器的限位孔，选项C正确； D．先接通打点计时器电源，再释放纸带，选项D错误。 题目选择不当步骤，故选BD。 【小问2详解】 [1][2]打点计时器打下B点时重物下落的瞬时速度 从打下O点到打下B点的过程中，重物的重力势能减少量为 【小问3详解】 A．由于存在空气阻力和摩擦阻力的影响，会造成重物的重力势能减少量总是大于其动能增加量，选项A错误； B．若打下O点时的速度不为零，而将打下O点时重物的速度记为0，则会造成重物的重力势能减少量总是小于其动能增加量，选项B正确； C．采用多次实验取平均值的方法会产生偶然误差，不一定会重物的重力势能减少量总是小于其动能增加量，选项C错误。 故选B。 【小问4详解】 选择质量m为研究对象，若机械能守恒则满足 其中h为瓶内水的液面到出口的高度；水射出后做平抛运动，则由x=v0t， 可得 则只需验证 需要测量的物理量：瓶内水的液面到出口的高度h；水射出后做平抛运动水平射程x和竖直高度y。 17. 如图所示，光滑水平面与粗糙的竖直半圆轨道在B点相切，半圆轨道的半径，D是半圆轨道的最高点。将一质量的物体（可视为质点）向左压缩轻弹簧至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得一向右速度，并脱离弹簧在水平面上做直线运动，其经过B点时的速度，之后物体沿半圆轨道运动，恰好能通过D点。取重力加速度。求： （1）弹簧被压缩至A点时的弹性势能。 （2）物体通过D点时的速度大小。 （3）物体沿半圆轨道运动过程中克服阻力所做的功W。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】 【小问1详解】 由能量守恒可知，弹簧弹性势能完全转化为物体的动能 可得弹簧被压缩至A点时的弹性势能 【小问2详解】 物体恰好能通过D点，则根据牛顿运动定律有 解得 【小问3详解】 物体沿半圆轨道运动过程中由动能定理有 解得 18. 研究天然放射现象时，把某放射源放入用铅做成的容器中，射线从容器的小孔竖直射出，成为细细的一束。若在射线经过的空间施加磁感应强度大小为B、垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，发现射线会分成三束，分别为α射线、β射线和γ射线。研究发现：α射线是氦原子核，β射线是电子流，γ射线是高能电磁波。已知光速大小为c，假定α粒子的速度大小为、β粒子的速度大小为。不计重力和粒子间的相互作用。 （1）写出图中的①、②、③三束射线分别对应的射线种类。 （2）再施加一沿水平方向的匀强电场。 a．若①、②两束射线重合，求匀强电场的电场强度大小E及方向。 b．请判断①、②、③三束射线是否可以重合。若可以，计算出匀强电场的电场强度大小；若不可以，请说明理由。 【答案】（1）①、②、③三束射线分别对应的是，α射线、γ射线、β射线 （2）a．，方向为水平向右；b．无法重合，理由见解析 【解析】 【小问1详解】 根据左手定则可知①、②、③三束射线分别对应的是，α射线、γ射线、β射线。 【小问2详解】 a．设α粒子的电荷量为，①、②两束射线重合，有 可得 电场的方向为水平向右 b．不可以。 设电子电量为e，若使③射线与②射线重合，需施加的电场强度为，有 可得 因为，所以①、②、③三束射线无法重合。 19. 与磁通量类似，在静电场中同样可以建立电通量的概念，若将式中的磁感应强度B替换成电场强度E，就可以用来计算电通量。物理学家发现，穿过任意闭合曲面的电通量，与该曲面内包含的所有电荷量的代数和成正比，且比例系数为常量。已知静电力常量为k。 （1）以电荷量为的点电荷为球心，以r为半径建立球面。求穿过该球面的电通量。 （2）二极管是由P型半导体和N型半导体制成的电子器件，如图1所示。由于扩散作用，N型区的部分自由电子会进入P型区，在接触面两侧形成如图2所示的净剩电荷分布的示意图（正视图），其中“•”代表自由电子（电荷量为）、“○”代表空穴（电荷量为）。电子和空穴在半导体内部所产生的“内建电场”对自由电子的扩散起到了抑制作用，最终空穴和自由电子的分布达到稳定。以两种半导体接触面处为坐标原点，以水平向右为正方向建立x坐标轴，坐标轴上标记的a、b、c均为已知量。查阅资料得知： 稳定后，内建电场只分布在的范围内，且沿x轴负方向，和处内建电场的电场强度为零。净剩电荷在其所在区域都均匀分布。已知半导体材料的横截面积为A，稳定后在范围内单位体积内的净剩电荷数目为n。根据上述信息进行分析。 a．分别以和两处的横截面为左、右边界构建一长方体，长方体的六个面构成闭合曲面，求该闭合曲面内净剩电荷的电荷量及处的内建电场的电场强度大小。 b．写出范围内，内建电场的电场强度大小随位置x变化的关系式。 c．若某自由电子能从的N型区沿x轴负方向穿越内建电场到达的P型区。忽略其他因素的影响，求该自由电子的初始动能至少为多大。 【答案】（1） （2）a．；b．；c． 【解析】 【小问1详解】 点电荷在处的电场强度为 以为半径的球面面积为 由题意可知 解得 【小问2详解】 a．该空间内净剩电荷的电荷量 以此长方体空间为闭合面，由题意可知，只有左侧面有电场线穿出，根据（1）的结果可知 解得 b．在范围内，可取如答题1所示的某一闭合面，设左侧面的坐标为，右侧面的坐标为。该面内包含的所有电荷量的代数和为 由（1）的结果可知 可得在范围内，内建电场的电场强度大小 c．由（2）b结果可知，在范围内，内建电场的电场强度与为线性关系。同理，在范围内电场强度与也为线性关系。在范围内图像如答图2所示。 在处的内建电场电场强度大小为 内建电场的电势差为该图线与坐标轴所围的面积，即 由动能定理得 可得 20. 科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有宇宙物质在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。如图1所示，以某一点O为观测点，以质量为m的星系P为观测对象，以P到O点的距离r为半径建立球面。已知星系P受到的万有引力相当于球内质量集中于O点对P的引力，质量均匀分布的球壳对壳内质点万有引力的合力为零，引力常量为G。 （1）设星系P到O点的距离为时，宇宙的密度为。 a．求此时星系P受到的引力大小。 b．请推导宇宙膨胀过程中星系P受到的引力大小随距离r变化的关系式。 （2）根据最新天文观测，科学家推测星系不仅受引力作用，而且受到斥力影响，斥力作用来源于“暗能量”。我们将其简化如下：科学家所说的“暗能量”是一种均匀分布在整个宇宙空间中的能量，它具有恒定的能量密度（单位体积内所含的能量），且不随宇宙的膨胀而变化，暗能量会产生等效的“排斥力”。某同学对此“排斥力”做了如下猜想：其作用效果可视为球面内某种密度均匀且恒为的“未知物质”产生与万有引力方向相反的排斥力，排斥力的大小与万有引力大小的规律相似，“排斥力常量”为。请基于上述简化模型和猜想，推导宇宙膨胀过程星系P受到的斥力大小随距离r变化的关系式。 （3）根据（1）（2）中的简化模型和猜想，星系P同时受到引力与斥力的作用。 a．以星系P受到斥力的方向为正方向，在图2中定性画出合力F随距离r变化的图线。 b．若某时测得星系P在做远离O点的加速度减小的减速运动，推测此后P可能的运动情况。 【答案】（1）a．，b． （2） （3）见解析 【解析】 【小问1详解】 a．由题可知，球体内包含的质量大小为 根据万有引力定律可得，星系P受到引力的大小为 b．宇宙膨胀过程中星系P受到的引力大小 结合 解得随距离r变化的关系式 【小问2详解】 当P到O的距离为r时，球体内包含的“未知物质”的质量为 星系P受到的斥力为 【小问3详解】 a．根据上述分析可知，， 故其大致图像如下 b．此后P的运动情况可能为：P做远离O点的加速度增加的加速运动；P做靠近O点的加速度增加的加速运动；P处于静止状态。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $