摘要:
**基本信息**
以北斗导航星载原子钟、自动洗衣机控水系统等真实情境为载体,覆盖力学、电磁学、原子物理等核心模块,通过模型建构与科学推理考查物理观念与科学思维,适配高三三模综合能力检测需求。
**题型特征**
|题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色|
|----|-----------|----------|----------|
|单选|7/28|氢原子能级跃迁、理想气体定律、运动描述、机械振动、变压器动态分析|结合北斗导航(科技前沿)、书法笔尖轨迹(文化传承)考查基础概念|
|多选|3/18|万有引力与重力、圆周运动受力分析、带电粒子在复合场中运动|通过地球不同位置重力测量、轻杆转动模型考查科学推理|
|实验题|2/14|平抛运动探究、电源电动势与内阻测量|设计多装置对比实验,强调误差分析与科学探究能力|
|计算题|3/40|光的折射与全反射、电场中曲线运动、电磁场中粒子偏转|综合应用能量守恒、动量定理解决复杂情境问题,突出模型建构|
内容正文:
高三物理卷
一、单项选择题(本题共7 小题,每小题4分,共 28 分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求。)
1.北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟,它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟的,如图为氢原子能级图,、、为氢原子能级跃迁过程中所发出的三种光,则下列说法正确的是( )
A. 氢原子从低能级向高能级跃迁时辐射光子
B. 大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时,形成的线状光谱总共有条亮线
C. 在相同条件下,、、三种光中,光最容易发生明显的衍射现象
D. 用光照射处于能级的氢原子,氢原子会发生电离
2.如图,自动洗衣机洗衣缸的底部与竖直均匀细管相通,细管上部封闭,并与压力传感器相接。洗衣缸进水时,细管中的空气被水封闭,随着洗衣缸中水面的上升,细管中的空气被压缩,当细管中空气压强达到一定数值时,压力传感器使进水阀门关闭,这样就可以自动控制进水量。已知刚进水时细管中被封闭空气柱长度为忽略此时洗衣缸内水位的高度,大气压强,水的密度,重力加速度。当空气柱被压缩到长时,压力传感器关闭洗衣机进水阀门,则此时洗衣缸内水位高度为设整个过程中细管内气体可看作理想气体且温度保持不变( )
A. B. C. D.
3.书法课上,某同学临摹“力”字时,笔尖的轨迹如图中带箭头的实线所示。笔尖由点经点回到点,则( )
A. 该过程位移为 B. 该过程路程为
C. 两次过点时速度方向相同 D. 两次过点时摩擦力方向相同
4.如图甲所示,粗细均匀的竖直浮标静止在水中,浮标周围水面上处有一片树叶,现给浮标一竖直向下的初速度,随后浮标的振动图像如图乙所示,取竖直向上为正方向。下列说法正确的是( )
A. 时刻浮标所受浮力小于重力 B. 时刻浮标的动量最小
C. 树叶先向上振动,且离浮标越来越远 D. 浮标在振动过程中机械能不守恒
5.理想变压器的原线圈通过或与频率为、电压为的交流电源连接,副线圈接有三个支路,如图所示光敏电阻的阻值随着光照增加而减少。当接时,三个灯泡均发光。若( )
A. 电容增大,灯泡变亮 B. 频率增大,灯泡变亮
C. 上光照增强,灯泡变暗 D. 接到时,三个泡均变暗
6.如图所示,质量为的滑块带有半圆弧槽,且圆弧槽的半径为,所有接触面的摩擦力均可忽略。在下列两种情况下均将质量为且可视为质点的小球由右侧的最高点无初速释放,第一种情况滑块固定不动;第二种情况滑块可自由滑动。下列说法正确的是( )
A. 只有第一种情况,小球可运动到左侧最高点
B. 两种情况下,小球滑到圆弧槽最低点时的速度之比为:
C. 第二种情况,小球滑到圆弧槽最低点时,圆弧槽的速度为
D. 第二种情况,圆弧槽距离出发点的最远距离为
7.如图,两条固定的光滑平行金属导轨,所在平面与水平面夹角为,间距为,导轨电阻忽略不计,两端各接一个阻值为的定值电阻,形成闭合回路:质量为的金属棒垂直导轨放置,并与导轨接触良好,接入导轨之间的电阻为;劲度系数为的两个完全相同的绝缘轻质弹簧与导轨平行,一端固定,另一端均与金属棒中间位置相连,弹簧的弹性势能与形变量的关系为;将金属棒移至导轨中间位置时,两弹簧刚好处于原长状态;整个装置处于垂直导轨所在平面向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为。将金属棒从导轨中间位置向上移动距离后静止释放,金属棒沿导轨向下运动到最远处,用时为,最远处与导轨中间位置距离为,弹簧形变始终在弹性限度内。此过程中( )
A. 金属棒所受安培力冲量大小为
B. 每个弹簧对金属棒施加的冲量大小为
C. 每个定值电阻产生的热量为
D. 金属棒的平均输出功率为
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共 18 分。每个小题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。)
8.用弹簧测力计测量一个相对于地球静止且质量为的小物体的重力,随测量位置的变化可能会有不同的结果。已知地球质量为,引力常量为,将地球视为半径为、质量均匀分布的球体。下列说法正确的是( )
A. 在南极地面测量时,弹簧测力计读数为
B. 在赤道地面测量时,弹簧测力计读数为
C. 在南极上空高出地面处的高山上测量时,弹簧测力计读数为
D. 在赤道上空高出地面处的高山上测量时,弹簧测力计读数为
9.质量为的小球由轻绳和分别系于一轻质细杆的点和点,如图所示,绳与水平方向成角,绳在水平方向且长为,当轻杆绕轴以角速度匀速转动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )
A. 绳的张力不可能为零
B. 绳的张力随角速度的增大而增大
C. 当角速度,绳将出现弹力
D. 若绳突然被剪断,则绳的弹力一定发生变化
10.如图,带等量正电荷的、两种粒子,以几乎为的初速度从飘入电势差为的加速电场,经加速后从点沿水平方向进入速度选择器简称选择器。选择器中有竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场。当选择器的电场强度大小为,磁感应强度大小为,右端开口宽度为时,粒子沿轴线穿过选择器后,沿水平方向进入磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外的匀强磁场偏转磁场,并最终打在探测器上;粒子以与水平方向夹角为的速度从开口的下边缘进入偏转磁场,并与粒子打在同一位置,忽略粒子重力和粒子间的相互作用及边界效应,则( )
A. 粒子质量为
B. 刚进入选择器时,粒子的速度小于粒子的速度
C. 调节选择器,使粒子沿轴线穿过选择器,此时选择器的电场强度与磁感应强度大小之比为
D. 调节选择器,使粒子沿轴线进入偏转磁场,打在探测器上的位置与调节前粒子打在探测器上的位置间距为
三、实验题(共2小题,共14分)
11.在“探究平抛运动的特点”实验中:
图 图 图
用图所示装置进行探究,下列说法正确的是 填字母。
A.只能探究平抛运动水平分运动的特点
B.需改变小锤击打的力度,多次重复实验
C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
用图所示装置进行实验,下列说法正确的是 填字母。
A.斜槽轨道必须光滑且其末端水平
B.上下调节挡板时必须每次等间距移动
C.钢球从斜槽上同一位置静止滚下
用图所示装置进行实验,竖直挡板上附有复写纸和白纸,可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端,钢球从斜槽上点静止滚下,撞击挡板留下点迹,将挡板依次水平向右移动,重复实验,挡板上留下点迹、、、。以点迹为坐标原点,竖直向下建立坐标轴,各点迹坐标值分别为、、、。测得钢球直径为,则钢球平抛初速度为 填字母。
A. .
C. .
12.用图所示的甲、乙两种方法测量某电源的电动势和内电阻约为。其中为电阻箱,电流表的内电阻约为,电压表的内电阻约为。
利用图中甲图实验电路测电源的电动势和内电阻,所测量的实际是图中虚线框所示“等效电源”的电动势和内电阻。若电流表内电阻用表示,请你用、和表示出、,并简要说明理由。
某同学利用图像分析甲、乙两种方法中由电表内电阻引起的实验误差。在图中,实线是根据实验数据图甲:,图乙:描点作图得到的图像;虚线是该电源的路端电压随电流变化的图像没有电表内电阻影响的理想情况。
在图中,对应图甲电路分析的图像是 ;对应图乙电路分析的图像是 。
综合上述分析,为了减小由电表内电阻引起的实验误差,本实验应选择图中的 选填“甲”或“乙”。
四、计算题(本题共3小题,共40分.作答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(10分)某学校有一个景观水池,水池底部中央安装有一个可向整个水面各个方向发射红光的光源,如图所示侧视图某同学观察到水面上有光射出的区域是圆形图中没有画出,若圆形区域半径为,水对红光的折射率为,真空中的光速为,该光源大小忽略不计求:
红光在水中的速度.
池中水的深度.
14.(14分)如图所示,一质量为、带电荷量为的小物块静止在水平轨道上,水平轨道与圆弧轨道平滑连接,其圆心与在同一水平面上,上方虚线框内存在着水平向右的匀强电场,电场右侧紧挨着一个圆弧轨道,其圆心与在同一竖直线上,所有的轨道均绝缘且光滑,圆弧和的半径均为。现给小物块的初速度,经圆弧轨道后进入电场,再沿着水平方向进入圆弧轨道,经过点时小物块对轨道的作用力恰好为,小物块最终落在水平轨道上。设小物块在运动过程中带电荷量始终保持不变,空气阻力忽略不计,重力加速度取。求:结果可用根号表示
小物块在点的速度大小;
、两点之间的高度差;
匀强电场的电场强度大小。
15.(16分)如图所示,平面直角坐标系中,圆形区域内充满垂直平面的匀强磁场图中未画出,圆与轴相切于坐标原点,圆心坐标为。第三象限内存在方向的匀强电场,场强大小为,轴上固定一足够长的粒子接收薄板。一群质量为、电荷量为的粒子,沿方向以相同速度从第二象限射入圆形区域。粒子分布在区域内各处,经圆内磁场偏转后均能从点进入电场区域,并最终落在上区域最远落在点。忽略粒子重力及粒子间的相互作用,求:
该匀强磁场的磁感应强度
的距离
落在处的粒子在磁场中运动的时间。
答案和解析
1. 2. 3. 4. 5. 6.
7.
解:设金属棒沿导轨向下运动过程中某时刻的速度大小为,由法拉第电磁感应定律可得,该时刻金属棒产生的感应电动势为,而回路中的总电阻为,故该时刻金属棒中的感应电流为,该时刻金属棒受到的安培力大小为,则在极短时间内金属棒所受安培力的冲量大小为,等式两边对整个过程求和,有,由题意可知,金属棒向下运动的距离,故此过程中金属棒所受安培力的冲量大小为, A错误;分析可知,金属棒运动到任一位置,两个弹簧对金属棒的弹力均相同,则此过程中两个弹簧对金属棒施加的冲量相等,以沿导轨向下为正方向,设每个弹簧对金属棒施加的冲量大小为,由动量定理有,联立解得, B错误;设此过程中回路产生的总热量为,由能量守恒定律可得,,解得,则每个定值电阻产生的热量为, C错误;此过程中金属棒输出的总能量为,故此过程中金属棒的平均输出功率为。 D正确。
8. 9.
10.
解:对粒子在加速电场中
在速度选择器中
解得的质量,故 A正确;
B.进入粒子速度选择器后因粒子向下偏转,可知
即,故 B错误;
C.粒子在磁场中运动半径为,则
解得
粒子在磁场中运动的半径为,则
解得
其中
可得
由动能定理粒子在选择器中
在加速电场中
解得,
则要想使得粒子沿轴线通过选择器,则需满足
联立解得,故 C错误;
D.若粒子沿直线通过选择器,则在磁场中运动的半径为,则打在探测器的位移与调节前打在探测器上的位置间距为
其中,
可得,故 D正确。
故选AD。
11.
12.,,由题图可知,虚线框外的两接线柱之间的电势差即等效电源的电动势,与原电源电动势相等,有。又电流表与原电源串联,等效电源的内电阻即原电源内电阻与电流表内电阻之和,有。
乙
13.红光在水中的速度
如图所示,全反射临界角满足
水深
解得
14.经过点时小物块对轨道的作用力恰好为,由牛顿第二定律有
解得小物块在点的速度
小物块从开始运动到点,由机械能守恒定律有
解得小物块在点的速度
小物块在电场中从点运动到点,在竖直方向上做竖直上抛运动,所以、两点之间的高度差为
小物块从点运动到点的时间为
沿电场方向有
联立解得
15.解:由几何关系易得,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径,由,
解得:,由分析知,粒子带正电,匀强磁场的方向垂直平面向外;
设粒子从点进入电场区域时,速度与方向的夹角为,则,
设粒子打在上的位置到点的距离为,在电场中运动的时间为,则平行轴方向:,
平行轴方向:,
联立解得:,
当,即时,取最大值,
可得:;
由可知,落在处的粒子进入电场时对应的,结合几何关系可得,该粒子在磁场中运动的时间,又由,联立解得:。
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