天津市南开区2020届高三上学期期末考试物理试题 Word版含解析

天津市南开区2020届高三上学期期末考试物理试题 Word版含解析

- 1 - 2019〜2020 学年度第一学期南开区期末考试试卷 高三年级物理学科 木试卷分为第 I 卷（选择题）和第 II 卷两部分，共 100 分。考生务必将自己的姓 名、准考证号填写在答题卡上。答卷时，考生务必将答案涂写在答题卡上，答在 试卷上的无效。考试结束后，将答题卡交回。 第 I 卷（选择题共 40 分） —、单项选择题（每小题 5 分，共 25 分。每小题给出的四个选项中，只有一个选 项是正确的。） 1.下列说法正确的是：（ ） A. 汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，从而建立了核式结构模型 B. 贝克勒尔通过对天然放射现象的硏究，发现了原子中存在原子核 C. 原子核由质子和中子组成，稳定的原子核内，中子数一定小于质子数 D. 大量处于基态的氢原子在单色光的照射下，发出多种频率的光子，其中必有一种与入射光 频率相同 【答案】D 【解析】 【详解】A、汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，卢瑟福建立了核式结构模型，故选项 A 错 误； B、贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构， 粒子散射实验说明原 子中存在原子核，故选项 B 错误； C、原子核由质子和中子构成，但原子核内质子数与中子数不一定相等，中子数不一定小于质 子数，故选项 C 错误； D、氢原子处于基态，被一束单色光照射，先吸收能量，向高能级跃迁，然后又从高能级向低 能级跃迁，放出能量，发出多种频率的光子，其中从激发态跃迁到基态发出的光子的频率与 入射光频率相同，故选项 D 正确． 2.一质点 t=0 时刻从原点开始沿 x 轴正方向做直线运动，其运动的 v-t 图象如图所示。下列说 法正确的是（ ） - 2 - A. t=4s 时，质点在 x=5m 处 B. t =3s 时，质点运动方向改变 C. 第 3s 内和第 4s 内，合力对质点做的功相同 D. 0 ~2s 内和 0 ~4s 内，质点的平均速度 相同 【答案】B 【解析】 【详解】A．根据图像的“面积”表示位移，知 0-4s 内质点的位移等于 0-2s 的位移，为 1 (1 2) 2m 3m2x      t=0 时质点位于 x=0 处，则 t=4s 时，质点在 x=3m 处，故 A 错误； B．t=3s 时，质点的速度由正变为负，运动方向改变，故 B 正确 C．第 3s 内动能减小，合力对质点做负功，第 4s 内动能增大，合力对质点做正功，可知第 3s 内和第 4s 内，合力对质点做的功不同，故 C 错误； D．根据“面积”表示位移，知 0～2s 内和 0～4s 内，质点的位移相同，但所用时间不同，所以 平均速度不同，故 D 错误。 故选 B。 3.如图所示，图甲为一简谐横波在 t=0.10s 时的波形图，P 是平衡位置在 x= 0.5m 处的质点，Q 是平衡位置在 x =2m 处的质点；图乙为质点 Q 的振动图象。下列说法正确的是（ ） A. 这列波沿 x 轴正方向传播 B. 这列波的传播速度为 2m/s C. t=0.15s，P 的加速度方向与速度方向相同 D. 从 t=0.10s 到 t=0.15s，P 通过的路程 为 10cm 【答案】C 【解析】 - 3 - 【详解】A．分析振动图像，由乙图读出，在 t=0.10s 时 Q 点的速度方向沿 y 轴负方向，根据 波动规律结合图甲可知，该波沿 x 轴负方向的传播，故 A 错误； B．由甲图读出波长为λ=4m，由乙图读出周期为 T=0.2s，则波速为 4 m/s 20m/s0.2v T    故 B 错误； C．从 t=0.10s 到 t=0.15s，质点 P 振动了 4 T ，根据波动规律可知，t=0.15s 时，质点 P 位于平 衡位置上方，速度方向沿 y 轴负方向振动，则加速度方向沿 y 轴负方向，两者方向相同，故 C 正确； D．在 t=0.10s 时质点 P 不在平衡位置和最大位移处，所以从 t=0.10s 到 t=0.15s，质点 P 通过 的路程 s≠A=10cm 故 D 错误。 故选 C。 4.习近平主席在 2018 年新年贺词中提到，科技创新、重大工程建设捷报频传，“慧眼”卫星邀 游太空．“慧眼”于 2017 年 6 月 15 日在酒泉卫星发射中心成功发射，在 10 月 16 日的观测中， 确定了γ射线的流量上限．已知“慧眼”卫星绕地球做匀速圆周运动，其轨道半径为 r，运动周期 为 T，地球半径为 R，引力常量为 G，地球表面处的重力加速度为 g，则下列说法正确的是( ) A. 地球的平均密度大小为 2 3 GT  B. 地球的质量大小为 2gr G C. 地球表面的重力加速度大小 2 2 4 R T  D. “慧眼”卫星的向心加速度大小为 2 2 4 r T  【答案】D 【解析】 【详解】设地球的质量为 M，“慧眼”卫星的质量和向心加速度分别为 m、a 向，地球表面的重 力加速度为 g、地球的平均密度ρ，卫星在地表公转的周期为 T0． - 4 - AD.根据万有引力提供向心力可得： 2 2 (2 )MmG m r mar T  向＝ ＝ 根据上述公式解得： 2 3 2 4 rM GT ＝ 2 2 4 ra T  向＝ ． 根据密度公式求解出地球的密度为： 3 2 3 3 3 4 3 M M r V GT RR   ＝ ＝ ＝ 故 A 错误．D 正确； BC.地球表面的物体的重力近似等于物体所受到的万有引力，即： 2 2 0 ( )2MmG mg m RR T ＝ ＝ 解得地球的质量 G gRM 2  重力加速度： 2 2 0 4 Rg T ＝ 此时分母里的周期 T0 应该是卫星绕地表运动的周期，不是在高空中的周期 T，故 BC 错误； 5.如图所示，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮，其一 端悬挂物块 N，另一端与斜面上的物块 M 相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓 慢拉动 N，直至悬挂 N 的细绳与竖直方向成 45 。已知 M 始终保持静止，则在此过程中（ ） - 5 - A. 水平拉力的大小可能保持不变 B. M 所受细绳的拉力大小一定一直增大 C. M 所受斜面的摩擦力大小一定一直增大 D. M 所受斜面的摩擦力大小可能先增大 后减小 【答案】B 【解析】 【详解】AB．根据 M、N 均保持平衡状态，进行受力分析可知，N 受到竖直向下的重力及水 平方向的拉力 F，变化的绳子拉力 T，如图所示：在向左拉动的时候，绳子拉力 T 和水平拉力 F 都不断增大，故 A 错误，B 正确； CD．对于 M 的受力，开始时可能是 sinT mg f  当 T 不断增大的时候，f 减少；当 T>mgsinθ时，随着 T 的增大，f 将增大，所以沿斜面的摩擦 力 f 可能先减小后增大；也可能是 sin +T mg f 当 T 不断增大的时候，摩擦力 f 增大，故 CD 错误。 故选 B。 二、不定项选择题（每小题 6 分，共 18 分。每小题给出的四个选项中，都有多个 选项是正确的。全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，选错或不答的得 0 分） 6.如图所示，一束由两种单色光混合的复色光，沿 PO 方向射向一上下表面平行的厚玻璃平面 镜的上表面，得到三束反射光束 I、II、III，若玻璃砖的上下表面足够宽，则下列说法正确的 是（ ） A. 光束 I 仍为复色光，光束 II、III 为单色光 B. 改变α角，光束 I、II、III 仍保持平行 C. 通过相同的双缝干涉装置，光束 II 产生的条纹宽度要小于光束 III 的 - 6 - D. 在真空中，光束 II 的速度小于光束 III 的速度 【答案】ABC 【解析】 【详解】A．所有色光都能反射，反射角相同，则由图可知光束 I 是复色光；而光束Ⅱ、Ⅲ由 于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的可逆性， 知两光束仍然平行射出，且光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故 A 正确； B．一束由两种色光混合的复色光沿 PO 方向射出，经过反射、再折射后，光线仍是平行，因 为光的反射时入射角与反射角相等。所以由光路可逆可得出射光线平行。改变α角，光线Ⅰ， Ⅱ，Ⅲ仍保持平行，故 B 正确； C．由图知：光束Ⅱ的偏折程度大于比光束Ⅲ，根据折射定律可知光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ， 则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ，光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，而双缝干涉条纹间距与波长 成正比，则双缝干涉实验中光Ⅱ产生的条纹间距比光Ⅲ的小，故 C 正确； D．在真空中，光束 II 的速度与光束 III 的速度都为 3×108m/s；故 D 错误。 故选 ABC。 7.某静电场中的电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受静电力作用，由 M 点运动到 N 点， 其运动轨迹如图中虚线所示，以下说法正确的是 A. 粒子必定是负电荷 B. 粒子在 M 点的电势能小于它在 N 点的电势能 C. 粒子在 M 点的加速度小于它在 N 点的加速度 D. 粒子在 M 点的动能小于它在 N 点的动能 【答案】CD 【解析】 【详解】A．由电荷的运动轨迹可以知道，电荷的受力沿着电场线的方向，所以电荷为正电荷, - 7 - 所以 A 错误. B．正电荷沿着电场的方向运动,所以电场力做正功,电荷的电势能减小,所以粒子在 M 点的电势 能大于它在 N 点的电势能,所以 B 错误. C．电场线密的地方电场的强度大,电场线疏的地方电场的强度小,由图可知 N 点的场强大于 M 点的场强的大小，在 N 点的受力大于在 M 的受力，所以粒子在 M 点的加速度小于它在 N 点 的加速度,所以 C 正确. D．正电荷沿着电场的方向运动，所以电场力做正功，电荷的电势能减小，动能增加，所以粒 子在 M 点的动能小于它在 N 点的动能，所以 D 正确. 8.如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴 OO’匀速转动，从某时刻开始 计时，产生的感应电动势 e 随时间 t 的变化曲线如图乙所示，若线圈匝数 N=100 匝，外接电 阻 R=70Ω，线圈电阻 r=10Ω，则下列说法正确的是（ ） A. 通过线圈的最大电流为 1.25A B. 线圈的角速度为 50rad/s C. 电压表的示数为50 2 V D. 穿过线圈的最大磁通量为 2 π Wb 【答案】A 【解析】 【详解】AC、根据闭合电路的欧姆定律可知 100 A 1.25A70 10 mEI R r     ，即通过线圈的 最大电流为 1.25A，电压表测量的是有效值，故有电压表的示数为 85 2 V22 IU R  ，故 选项 A 正确，C 错误； B、由乙图可知周期 0.04sT  ，转动的角速度为 2 50 rad/sT    ，故选项 B 错误； D、根据 mE nBS 可得穿过线圈的最大磁通量为 1 Wb50 mEBS n      ，故选项 D 错误． 第Ⅱ卷 - 8 - 9.某同学用如图甲所示的实验装置来“探究 a 与 F、m 之间的定量关系”． （1）实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力．该同学是这样操作的：如图乙，将小车 静止地放在水平长木板上，并连着已穿过打点计时器的纸带，调整木板右端的高度，接通电 源，用手轻拨小车，让打点计时器在纸带上打出一系列___的点，说明小车在做___运动． （2）如果该同学先如（1）中的操作，平衡了摩擦力．以砂和砂桶的重力为 F，在小车质量 M 保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到 1 3 M，测小车加速度 a，作 a－F 的图 象．如图丙图线正确的是___． （3）设纸带上计数点的间距为 s1 和 s2．下图为用米尺测量某一纸带上的 s1、s2 的情况，从图 中可读出 s1＝3.10cm，s2＝__cm，已知打点计时器的频率为 50Hz，由此求得加速度的大小 a ＝ ___m/s2． 【答案】 (1). 点迹均匀 (2). 匀速直线 (3). C (4). 5.55 (5). 2.45 【解析】 【详解】（1）［1］［2］平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，不要挂钩码，将长木板的右端 垫高至合适位置，使小车重力沿斜面分力和摩擦力抵消，若打点计时器在纸带上打出一系列 点迹均匀的点，说明小车在做匀速直线运动． （2）［3］AC.如果这位同学先如（1）中的操作，已经平衡摩擦力，则刚开始 a-F 的图象是一 - 9 - 条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到 1 3 M，不能满足砂和砂桶的质量远远小 于小车的质量，此时图象发生弯曲，故 A 错误，C 正确； B. a－F 图象与纵轴的截距，说明平衡摩擦力有点过分，与题意不合，故 C 错误； D. a－F 图象与横轴的截距，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，与题意不合，故 D 错误. （3）［4］从图中可读出 s2＝9.60cm-4.05cm=5.55cm． ［5］由逐差法  s=at2，其中 t=0.1s，小车加速度的大小 a= 2 1 2 s s t  = 2 5.55 3.10 0.1   10-2m/s2=2.45m/s2 10.某同学通过实验测定一个阻值约为 5Ω的电阻 Rx 的阻值。现有 A．电流表（0~3A，内阻约 0.025Ω） B．电流表（0~0.6A，内阻约 0.125Ω） C．电压表（0~ 3V，内阻约 3kΩ） D．电压表（0~15V，内阻约 15kΩ） E．滑动变阻器（0 ~50Ω，额定电流 2A） F．电源（3V，内阻可不计） G．开关和导线若干 ①在实验中，电流表应选用________，电压表应选用________（选填器材前的字母）；为了提 高实验的精确度，实验电路应采用图中的________（填“甲”或“乙”）。 ②接通开关，改变滑动变阻器画片 P 的位置，并记录对应的电流表示数 I、电压表示数 U．某 次电表示数如图所示，可得该电阻的测量值 Rx=____________Ω。 ③若在①问中选用甲电路，产生误差的主要原因是_________；若在①问中选用乙电路，产生 误差的主要原因是_________；（选填选项前的字母） - 10 - A．电流表测量值小于流经 Rx的电流值 B．电流表测量值大于流经 Rx 的电流值 C．电压表测量值小于 Rx 两端的电压值 D．电压表测量值大于 Rx 两端的电压值 ④闭合电键，将滑动变阻器的滑片 P 由初始端向另一端滑动过程中，滑动变阻器的功率将 _________。 A．一直减小 B．一直变大 C．先变大后变小 D．先变小后变大 【答案】 (1). B (2). C (3). 甲 (4). 5.1〜5.2 (5). B (6). D (7). C 【解析】 【详解】(1)[1][2]电源电动势为 3V，电压表选择 C；由于阻值约为 5Ω的电阻 Rx 的，根据欧姆 定律可知，电流的最大值为 0.6A，从精确角来说，电流表选择 B； [3]待测电阻阻值约为 5Ω，电流表内阻约为 0.125Ω，电压表内阻约为 3kΩ，电压表内阻远大于 待测电阻阻值，电流表应采用外接法，应选择图甲所示电路图； (2)[4]电流表量程为 0.6A，由图示电流表可知，其分度值为 0.02A，示数为：I=0.50A；电压表 量程为 3V，由图示电压表可知，其分度值为 0.1V，示数为：U=2.60V；电阻阻值 2.60= 5.20.50x UR I     (3)[5]由图甲所示电路可知，电流表采用外接法，由于电压表的分流作用，电流测量值大于真 实值，故 B 正确； [6]由图乙所示电路图可知，电流表采用内接法，由于电流表的分压作用，电压测量值大于真 实值，故 D 正确； (4)[7]把待测电阻与电源整体看成等效电源，等效电源内阻等于待测电阻阻值 5.2Ω；滑动变阻 器是外电阻，电源输出功率即外功率，在该题中即滑动变阻器功率最大；闭合开关前滑片置 于右端，滑片从右端向左端移动过程，外电阻由 50Ω逐渐减小到 0，当外电阻等于内阻时，即 滑动变阻器接入电路的阻值为 5.2Ω时功率最大，由此可知，在滑片移动过程中，滑动变阻器 的功率先增大后减小，故 C 正确，故选 C。 11.如图所示，水平光滑地面上停放着一辆小车，小车的左端为半径 R=0.2m 的四分之一光滑圆 弧轨道 AB，AB 的最低点 B 与小车的上表面相切。现小车的左侧靠在竖直墙壁上，可视为质 点的物块从 A 点正上方 H=0.25m 处无初速度下落，恰好落入小车圆弧轨道，并沿圆弧轨道滑 下最终小车与物块一起运动。已知小车的质量为 M=5kg，物块的质量为 m=1kg，物块与小车 - 11 - 水平部分间的动摩擦因数μ= 0.5，不考虑空气阻力和物块落入圆弧轨道时的能量损失，重力加 速度 g=10m/s2。求： （1）物块到达圆弧轨道最低点 B 点时的速度 vB 的大小及轨道对它支持力 FN 的大小； （2）物块和小车最终速度 v 的大小及此过程产生的热量 Q； （3）物块最终距离 B 点的距离 x。 【答案】(1)3m/s，55N(2)0.5m/s，3.75J(3)0.75m 【解析】 【详解】(1)从物块开始下落到物块到达 B 点过程，由机械能守恒定律得 mg（H+R）= 21 2 Bmv 代入数据解得 vB=3m/s 在 B 点，由牛顿第二定律得 FN-mg =m 2 Bv R 得 FN=55N (2)小车离开墙壁后小车与物块组成的系统动量守恒，以向右为正方向，由动量守恒定律得 mvB=（M+m）v 解得 v=0.5m/s 由能量守恒定律得 21 2 Bmv - 21 2 m M v（ ） =Q 得 Q=3.75J (3)系统产生的热量 - 12 - Q=fx=μmgx 得 x=0.75m 12.如图所示 PQ、MN 为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值 R=10Ω的电阻；导 轨间距为 L=lm，导轨电阻不计，长约 lm，质量 m=0.lkg 的均匀金属杆水平放置在导轨上（金 属杆电阻不计），它与导轨的滑动摩擦因数 3 5   ，导轨平面的倾角为 30  °在垂直导轨平 面方向有匀强磁场，磁感应强度为 B=0.5T，今让金属杆 AB 由静止开始下滑，从杆静止开始 到杆 AB 恰好匀速运动的过程中经过杆的电量 q=lc，求： （1）当 AB 下滑速度为 4m/s 时加速度的大小； （2）AB 下滑的最大速度； （3）AB 由静止开始下滑到恰好匀速运动通过的距离； （4）从静止开始到 AB 匀速运动过程 R 上产生的热量． 【答案】(1)1 2m s ；(2)8 ms ；(3)20m；(4)0.8J 【解析】 【详解】(1) 取 AB 杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系 X AsinF mg F f ma    cosN mg  摩擦力： f N - 13 - 安培力 AF BIL EI R  E BLv 联立解得： 2 2 sin cos B L va g g mR      当 m4 sv  时， 2m1 sa  ； (2) 由上问可知 2 2 sin cos B L va g g mR      ，当 0a  时速度最大，即为 m8 smv  ； (3) 从静止开始到匀速运动过程中 E t   ， EI R  ， q It ， BLx  代入数据解得： 20mx  ； (4)由能量守恒得： 21sin cos ·2 mmgx mv mg x Q     ，代入数据得： 0.8JQ  ． 13.如图，在平面直角坐标系 xOy 内，第 I 象限存在沿 y 轴负方向的匀强电场，第 IV 象限以 ON 为直径的半圆形区域内，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为 .B 一质 量为 m、电荷量为 q 的带正电的粒子，自 y 轴正半轴上 y h 处的 M 点，以速度 0v 垂直于 y 轴射入电场。经 x 轴上 2x h 处的 P 点进入磁场，最后垂直于 y 轴的方向射出磁场。不计粒 子重力。求：  1 电场强度大小 E；  2 粒子在磁场中运动的轨道半径 r；  3 粒子在磁场运动的时间 t。 【答案】       2 0 02 3π1 2 32 4 mv mv m qh qB qB - 14 - 【解析】 【详解】   1 设粒子在电场中运动的时间为 1t ，根据类平抛规律有： 0 12h v t ， 2 1 1  2h at 根据牛顿第二定律可得： Eq ma 联立解得： 2 0 2 mvE qh   2 粒子进入磁场时沿 y 方向的速度大小： 1 0yv at v  粒子进入磁场时的速度： 02v v 方向与 x 轴成 45 角， 根据洛伦兹力提供向心力可得： 2vqvB m r  解得: 02mvr qB   3 粒子在磁场中运动的周期： 2π 2πr mT v qB   根据几何关系可知粒子在磁场中做圆周运动的圆心角： 135  ，则粒子在磁场中运动的时 间： 135 3 3π 360 8 4 mt T T qB      - 15 -