【物理】北京市北师大附属实验中学2020届高三下学期第三次统测（解析版）

【物理】北京市北师大附属实验中学2020届高三下学期第三次统测（解析版）

北京市北师大附属实验中学2020届高三下学期 第三次统测 第一部分选择题（共42分）‎ 一、本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题意的，全部选对得3分，选错或不答的得0分。‎ ‎1.某同学在显微镜下观察水中悬浮的花粉微粒的运动。他把小微粒每隔一定时间的位置记录在坐标纸上，并用折线依次连接各个记录点，如图所示。则该图直接体现了（　　）‎ A. 在每个时间间隔内液体分子做直线运动 B. 在每个时间间隔内花粉微粒做直线运动 C. 花粉微粒的运动是无规则的 D. 液体分子的运动是无规则的 ‎【答案】C ‎【详解】图中的折线是花粉微粒在不同时刻的位置的连线，即不是固体颗粒的运动轨迹，也不是分子的运动轨迹，图中的折线没有规则，说明花粉微粒的运动是无规则的，间接反映了液体分子的运动是无规则的，C正确，ABD错误。‎ 故选C。‎ ‎2.卢瑟福指导他的助手进行的α粒子散射实验所用仪器的示意图如图所示。放射源发射的α粒子打在金箔上，通过显微镜观察散射的α粒子。实验发现，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转角度甚至大于90°。基于该实验现象，卢瑟福大胆猜想（　　）‎ A. 原子核内存在中子 B. 原子核内存在质子 C. 造成粒子偏转的主要原因是它受到了原子中电子的作用 D. 占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质，集中在很小的空间范围内 ‎【答案】D ‎【详解】A．查德威克通过实验证实了原子核内中子的存在，A错误；‎ B．卢瑟福用粒子轰击氮核，证实了在原子核内存在质子，B错误；‎ C．造成粒子偏转的主要原因是它受到了排斥力作用，而电子带负电，对粒子是吸引作用，C错误；‎ D．从绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，说明原子的中心有一个体积很小的核；从极少数发生了大角度的偏转，说明原子中心的核带有原子的全部正电，和绝大部分质量，D正确。‎ 故选D。‎ ‎3.太阳就是一个巨大的热核反应堆，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，不断地放出能量。太阳的总输出功率约为3.8×1026W，太阳在“核燃烧”的过程中“体重”不断减轻。已知光速为3×‎108m/s，估算太阳每秒失去质量的数量级为（　　）‎ A. ‎106kg B. ‎109kg C. ‎1012kg D. ‎‎1015kg ‎【答案】B ‎【详解】ABCD．由爱因斯坦质能方程 变形得 ACD错误，B正确。‎ 故选B。‎ ‎4.如图所示用压强传感器探究气体等温变化的规律，分别记录空气柱的压强P和均匀玻璃管内空气的体积V，实验数据如下表所示。数据中P和V的乘积越来越小，造成这一现象的原因可能是（　　）‎ 序号 V/ ml P/105Pa P•V/105Pa·ml ‎1‎ ‎20．0‎ ‎1．001‎ ‎20．020‎ ‎2‎ ‎18．0‎ ‎1．095‎ ‎19．710‎ ‎3‎ ‎16．0‎ ‎1．231‎ ‎19．696‎ ‎4‎ ‎14．0‎ ‎1．403‎ ‎19．642‎ ‎5‎ ‎12．0‎ ‎1．635‎ ‎19．620‎ A. 实验环境温度升高 B. 外界大气压强变小 C. 注射器内的气体向外发生了泄漏 D. 注射器活塞与筒壁间的摩擦力变大 ‎【答案】C ‎【详解】ABCD．根据理想气态方程式 其中n为一定质量的气体的物质的量，R为常量。因为探究过程为等温变化，实验数据中P和V的乘积越来越小，由等式可知n在减小，造成这一现象的原因可能是注射器内的气体向外发生了泄漏，ABD错误，C正确。‎ 故选C。‎ ‎5.如图所示，光滑直杆上弹簧连接的小球以O点为平衡位置，在A、B两点之间做简谐运动。以O点为原点，选择由O指向B为正方向，建立Ox坐标轴。小球经过B点时开始计时，经过0.5s首次到达A点。则小球在第一个周期内的振动图像为 （　　）‎ A. B. ‎ C. D. ‎ ‎【答案】A ‎【详解】小球经过B点时开始计时，即t=0时小球的位移为正向最大，经过0.5s首次到达A点，位移为负向最大，且周期为T=1s。‎ 故选A。‎ ‎6.一根细线上端固定，下端系着一个质量为m的小球。给小球施加拉力F，使小球平衡后细线跟竖直方向的夹角为θ，如图所示。则拉力F（　　）‎ A. 方向可能在图中Ⅰ区内 B. 方向可能在图中Ⅱ区内 C. 最小值mgcosθ D. 最小值为mgtanθ ‎【答案】B ‎【详解】小球受竖直向下的重力mg和沿细绳斜向上的拉力T以及拉力F，三力平衡，则力F必在mg和T夹角的对角范围内，即在图中的Ⅱ区域，当力F与T垂直时，F最小，最小值为Fmni=mgsinθ。‎ 故选B。‎ ‎7.我们可以采用不同方法“称量”地球。例如，卡文迪许在实验室里通过测量铅球之间的作用力，推算出引力常量G，就可以“称量”地球。已知引力常量G，利用下列数据可以“称量”地球质量的是（　　）‎ A. 月球绕地球做圆周运动的周期和轨道半径 B. 月球绕地球做圆周运动的周期和月球半径 C. 地球绕太阳做圆周运动的周期和地球半径 D. 地球绕太阳做圆周运动的周期和轨道半径 ‎【答案】A ‎【详解】A．根据月球绕地球做圆周运动周期和速轨道半径，根据可求解地球的质量，A正确；‎ B．公式中的r表示的是月球绕地球做圆周运动的轨道半径，则已知月球绕地球做圆周运动的周期T和月球的半径R不能求解地球的质量，B错误；‎ CD．根据万有引力做向心力可得，中心天体的质量是可以求解的，运动天体的质量无法求解，故CD错误。‎ 故选A。‎ ‎8.用长导线以如图（甲）所示方式缠绕螺线管，匝数为N，当电流为I时，测得螺线管内轴线中点A的磁感应强度大小为B。若将导线对折，双线同时缠绕螺线管，正向和反向的匝数各为，如图乙所示，通过相同电流I时，在螺线管内A点的磁感应强度大小为（　　）‎ A. 0 B. 0.5B C. 1B D. 2B ‎【答案】A ‎【详解】在图乙中，由于两根导线中的电流方向相反，产生的磁场相互抵消，所以在乙中螺线管内中部的磁感应强度大小为零，故A正确，BCD错误。故选A。‎ ‎9.如图所示，MN是矩形导线框abcd的对称轴，其左方有垂直于纸面向外的匀强磁场。以下过程中，abcd中有感应电流产生且感应电流的方向为abcda的是（　　）‎ A. 将abcd向左平移 B. 将abcd垂直纸面向外平移 C. 将abcd以MN为轴转动30°‎ D. 将abcd以ab为轴转动30°‎ ‎【答案】C ‎【详解】A．将abcd向左平移，则穿过线圈的磁通量向外增加，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是adcba，选项A错误；‎ B．将abcd垂直纸面向外平移，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项B错误；‎ C．将abcd以MN为轴转动30°，则穿过线圈磁通量向外减小，根据楞次定律可知线圈中产生的感应电流方向是abcda，选项C正确；‎ D．将abcd以ab为轴转动30°，则穿过线圈的磁通量不变，则线圈中无感应电流产生，选项D错误。‎ 故选C。‎ ‎10.某电容器的外壳上标有“1.5μF　9V”的字样。该参数表明（　　）‎ A. 该电容器只有在电压为9V时电容才为1.5μF B. 当两端电压为4.5V时，该电容器的电容为0.75μF C 该电容器正常工作时所带电荷量不超过1.510‎‎-6C D. 给该电容器充电时，电压每升高1V，单个极板的电荷量增加1.510‎‎-6C ‎【答案】D ‎【详解】AB．电容器的电容与电容器两端的电压无关，无论两端电压为多大，电容总是1.5μF，选项AB错误；‎ C．该电容器正常工作时所带电荷量不超过 选项C错误；‎ D．根据Q=CU可得∆Q=C∆U，则给该电容器充电时，电压每升高1V，单个极板的电荷量增加1.510‎-6C，选项D正确。‎ 故选D。‎ ‎11.如图所示，将轻质弹簧的一端固定在水平桌面上O点，当弹簧处于自由状态时，弹簧另一端在A点。用一个金属小球挤压弹簧至B点，由静止释放小球，随即小球被弹簧竖直弹出，已知C点为AB的中点，则（　　）‎ A. 从B到A过程中，小球的机械能守恒 B. 从B到A过程中，小球的动能一直在增大 C. 从B到A过程中，弹簧的弹性势能先增大后减小 D. 从B到C过程弹簧弹力对小球做功大于从C到A过程 ‎【答案】D ‎【详解】A. 从B到A过程中，弹簧的弹力对小球做正功，则小球的机械能增加，选项A错误；‎ B. 从B到A过程中，开始时弹力大于重力，小球加速上升，当弹力等于重力时小球速度最大，动能最大；以后弹力小于重力，小球的速度减小，动能减小，则小球的动能先增大后减小，选项B错误；‎ C. 从B到A过程中，弹簧的压缩量一直减小，则弹性势能一直减小，选项C错误；‎ D. 从B到C过程弹簧弹力的平均值大于从C到A过程中弹力的平均值，可知从B到C过程弹簧弹力对小球做功大于从C到A过程，选项D正确。故选D。‎ ‎12.如图所示，变压器为理想变压器，原线圈一侧接在交流电源上，副线圈中电阻变化时变压器输入电压不会有大的波动。R0为定值电阻，R为滑动变阻器，A1和A2为理想电流表，V1和V2为理想电压表。若将滑动变阻器的滑动片向a端移动，则（　　）‎ A. A1示数不变 B. A2示数变小 ‎ C. V1示数变大 D. V2示数变小 ‎【答案】D ‎【详解】C．理想变压器副线圈的电压由原线圈电压决定，原线圈电压不变，副线圈的电压也不变，即V1示数U1不变，选项C错误；‎ B．根据闭合电路欧姆定律 滑动变阻器的滑动片向a端移动，R减小，电流I2增大，A2示数变大，选项B错误；‎ A．原线圈的电流由副线圈电流决定，在匝数比不变的情况下，A2示数变大，A1示数也增大，选项A错误；‎ D．根据闭合电路欧姆定律有 I2增大，V2示数U2变小，选项D正确。‎ 故选D。‎ ‎13.从固定斜面上的O点每隔0.1s由静止释放一个同样的小球。释放后小球做匀加速直线运动。某一时刻，拍下小球在斜面上运动的照片，如图所示。测得小球相邻位置间的距离xAB=‎4cm，xBC=‎8cm。已知O点距离斜面底端的长度为l=‎35cm。由以上数据不可以求得的是（　　）‎ A. 小球在斜面上运动的加速度 B. 此时B球的速度 C. 每个小球运动到斜面底端时的动能 D. 斜面上最多能有几个小球同时运动 ‎【答案】C ‎【详解】A．知道xAB、xBC以及时间间隔，根据 可求得加速度，A不合符题意；‎ B．根据匀变速直线运动过程中中间时刻速度等于该段过程中平均速度可得 即可求得B球的速度，B不合符题意；‎ C．由于不知道小球的质量，所以无法计算动能，C符合题意；‎ D．根据匀变速直线运动位移时间关系式可得小球在斜面上运动的时间 由于每隔0.1s由静止释放一个同样的小球，所以 可求得斜面上最多能有几个小球同时运动，D不符合题意。‎ 故选C。‎ ‎14.光学镊子是靠激光束“夹起”细胞、病毒等极其微小粒子的工具。为了简化问题，将激光束看作是粒子流，其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动；激光照射到物体上，会对物体产生力的作用，光镊效应就是一个实例，如图（甲）所示。一相互平行、越靠近光速中心光强越强的激光束，经凸透镜后会聚于O点。现有一透明介质小球，球心O＇偏离了O点，但O＇仍于激光束的中心，如图（乙）所示。小球的折射率大于周围介质的折射率，若不考虑光的反射和吸收，光对小球的作用力可通过光的折射和动量守恒来分析。取O为坐标原点，向右为x轴正方向、向下为y轴正方向，小球受到作用力的方向为（　　）‎ A. 沿x正向 B. 沿y正向 ‎ C. 沿x负向 D. 沿y负向 ‎【答案】B ‎【详解】小球的折射率大于周围介质的折射率，则光在小球中的速度v2‎ 小于在周围介质中的速度v1，入射光线和折射光线的方向如图，由动量定理可知：△v的方向即为小球对光束作用力的方向；‎ ‎ 对所有的光束而言，水平方向上的作用力合力为零，则竖直方向小球对光束的作用力方向竖直向上，由牛顿第三定律可知，小球受到光束的作用力方向竖直向下，沿y轴正向。‎ 故选B。‎ 第二部分非选择题（共58分）‎ 二、本部分共6小题，共58分。‎ ‎15.用如图所示的多用电表测量定值电阻。‎ ‎(1)待测电阻的阻值约为20Ω，测量步骤如下：‎ ‎①调节指针定位螺丝，使多用电表指针对准________（选填“直流电流、电压”或“电阻”）“‎0”‎刻线。‎ ‎②将选择开关转到电阻挡的___________（选填“×‎1”‎、“×‎10”‎或“×‎100”‎）的位置。‎ ‎③将红、黑表笔插入“＋”、“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的________（选填“0刻线”或“∞刻线”）。‎ ‎④将两表笔分别与待测电阻相接，读取数据。‎ ‎(2)测量后需要继续测量一个阻值大约是2kΩ左右的电阻。在红黑表笔接触这个电阻两端之前，请从下列选项中挑出必要的步骤，并按________的顺序进行操作，再完成读数测量。‎ A．调节定位指针螺丝，使多用电表指针对准“‎0”‎刻线 B．将红黑表笔接触 C．把选择开关旋转到“×1k”位置 ‎ D．把选择开关旋转到“×‎100”‎位置 ‎ E．调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的“‎0”‎刻线 ‎【答案】(1). 直流电流、电压 ×1 0刻线 (2). DBE ‎【详解】(1) ①[1]．调节指针定位螺丝，进行机械调零，使多用电表指针对准直流电流、电压“‎0”‎刻线。‎ ‎②[2]．因待测电阻约为20Ω，则将选择开关转到电阻挡的“×‎1”‎的位置。‎ ‎③[3]．将红、黑表笔插入“＋”、“－”插孔，并将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使电表指针对准电阻的“0刻线”。‎ ‎(2)[4]．测量后要继续测量一个阻值大约是2kΩ左右的电阻，则需先将选择开关旋转到“×‎100”‎位置，然后两表笔短接调零，使电表指针对准电阻的“‎0”‎刻线。故为DBE。‎ ‎16.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图所示。已知双缝间的距离为d，在离双缝L远的屏上，用测量头测量条纹间宽度。‎ ‎(1)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图（甲）所示；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时如图（乙）所示的手轮上的示数为_______mm，求得相邻亮纹的间距Δx为___________mm；‎ ‎(2)波长的表达式λ=________（用Δx、L、d表示）；‎ ‎(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将______(填“变大”、“不变”或“变小”)；‎ ‎(4)图为上述实验装置的简化示意图。S为单缝，S1、S2为双缝，屏上会出现明暗相间的干涉条纹。若实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，则可以观察到________。‎ A.干涉条纹消失 B.仍能看到干涉条纹，且条纹整体向上平移 C.仍能看到干涉条纹，且条纹整体向下平移 ‎【答案】(1). 13.870 . (2). (3). 变小 (4). B ‎【详解】(1)[1]由图乙可知：螺旋测微器固定刻度读数为‎13.5mm，可动刻度读数为37.0×‎0.01mm，两者相加为‎13.870mm。‎ ‎[2]图甲的读数：固定刻度读数为‎2mm，可动刻度读数为32.0×‎0.01mm，两者相加的读数为：‎2.320mm，所以 ‎(2)[3]根据 得 ‎(3)[4]频率越高，波长越小，根据可知改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将减小。‎ ‎(4)[5]A．实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，通过双缝S1、S2的光仍是相干光，仍可产生干涉条纹，A错误；‎ BC．对于中央亮纹来说，从单缝S经过S1、S2到中央亮纹的路程差仍等于0，‎ ‎，‎ 那么 则中央亮纹O的位置略向向上移动，故B正确C错误。‎ 故选B。‎ ‎17.如图所示，半径R=‎0.5m的光滑半圆环轨道固定在竖直平面内，半圆环与光滑水平地面相切于圆环最低端点A．质量m=‎1kg的小球以初速度v0=‎5m/s从A点冲上竖直圆环，沿轨道运动到B点飞出，最后落在水平地面上的C点，g取‎10m/s2，不计空气阻力。‎ ‎(1)求小球运动到轨道末端B点时的速度vB；‎ ‎(2)求A、C两点间的距离x；‎ ‎(3)若小球以不同的初速度冲上竖直圆环，并沿轨道运动到B点飞出，落在水平地面上。求小球落点与A点间的最小距离xmin。‎ ‎【答案】(1)；(2)x=‎1m；(3)‎‎1m ‎【详解】(1)由机械能守恒定律得 ‎ ‎ 解得 ‎(2)由平抛规律得 x=v0t 解得x=‎‎1m ‎(3)设小球运动到B点半圆环轨道对小球的压力为FN。‎ 圆周运动向心力 得当FN=0时，小球运动到轨道末端B点时的速度最小 由（2）的计算可知，最小距离 xmin=x=‎‎1m ‎18.一台直流电动机所加电压U=110V，通过的电流I=‎5.0A。若该电机在10s内把一个质量M=‎50kg的物体匀速提升了‎9.0m，不计摩擦及空气阻力，取重力加速度g=‎10m/s2求：‎ ‎(1)电动机的输入功率P；‎ ‎(2)在提升重物的10s内电动机线圈产生的热量Q；‎ ‎(3)电动机线圈的电阻R。‎ ‎【答案】(1)550W；(2)1000J；(3)4Ω ‎【详解】(1)电动机的输入功率 P=UI 解得 P=550W ‎(2)由能量守恒定律知 Q=Pt-Mgh 解得 Q =1000J ‎(3)由焦耳定律 Q=I2Rt 解得 R=4Ω ‎19.冲击摆可以测量子弹的速度大小。如图所示，长度为l的细绳悬挂质量为M的沙箱，质量为m的子弹沿水平方向射入沙箱并留在沙箱中。测出沙箱偏离平衡位置的最大角度为。‎ ‎(1)自子弹开始接触沙箱至二者共速的过程中，忽略沙箱的微小偏离。求：‎ ‎①子弹射入沙箱后的共同速度大小v；‎ ‎②子弹射入沙箱前的速度大小v0；‎ ‎(2)如果子弹射入沙箱并留在沙箱中，共同摆起的最大高度为h；如果子弹射穿了沙箱并飞出，沙箱摆起的最大高度为。前后两次子弹的初速度、子弹与沙箱的质量以及摆线的长度等都一样，试比较h与的大小关系，并通过计算说明判断的理由。‎ ‎【答案】(1) ①，②；(2) ‎ ‎【详解】(1)①在子弹与沙箱共速至沙箱偏离平衡位置的角度为过程中，由机械能守恒定律得：‎ 解得 ‎②由水平方向动量守恒得 解得 ‎(2)设两种情况下子弹的初速度为 若子弹留在沙箱中：‎ 根据动量守恒，子弹射入沙箱后的共同速度大小 在子弹与沙箱共速至沙箱偏离平衡位置过程中，由机械能守恒定律得 联立解得 若子弹射穿了沙箱并飞出：‎ 根据动量守恒，子弹射穿沙箱后 沙箱运动到平衡位置过程中，由机械能守恒定律得 解得 由于 令 化简得 根据碰撞规律 所以 即 所以 ‎20.宏观规律是由微观机制所决定的。从微观角度看，在没有外电场的作用下，导线中的自由电子如同理想气体分子一样做无规则的热运动，它们朝任何方向运动的概率都是一样的，则自由电子沿导线方向的速度平均值为零，宏观上不形成电流。如果导线中加了恒定的电场，自由电子的运动过程可做如下简化：自由电子在电场力的驱动下开始定向移动，然后与导线内可视为不动的粒子碰撞，碰撞后电子沿导线方向的定向移动的速度变为零，然后再加速、再碰撞……，在宏观上自由电子的定向移动就形成了电流。‎ ‎(1)在一段长为L、横截面积为S的长直导线两端加上电压U。已知单位体积内的自由电子数为n，电子电荷量为e，电子质量为m，连续两次碰撞的时间间隔为t，仅在自由电子和导线内不动的粒子碰撞时才考虑它们之间的相互作用力。‎ ‎①求导体中电场强度的大小E和自由电子定向移动时的加速度大小a；‎ ‎②求在时间间隔t内自由电子定向移动速度的平均值，并根据电流的定义，从微观角度推导此时导线上的电流大小；‎ ‎(2)自由电子与粒子的碰撞宏观上表现为导线的电阻，请利用上述模型推导电阻R的微观表达式，并据此解释导线的电阻率为什么与导线的材质和温度有关。‎ ‎【答案】(1)①，；②，；‎ ‎(2)，解释见解析 ‎【详解】(1)①导体中电场强度的大小为 自由电子定向移动时的加速度大小 ‎②自由电子在连续两次碰撞的时间间隔t内做匀变速直线运动，设第二次碰撞前的速度为v，则 ‎，‎ 解得 t时间内通过导线横截面积的电荷量为 则电流 ‎(2)电阻 解得 由电阻定律得 解得 从表达式可知导体的温度变化会导致导体内自由电子的热运动速度变化，从而使自由电子连续两次碰撞的时间间隔t发生变化，因此电阻率与导体的温度有关。且不同的材质在相同体积下，质量和单位体积内自由电子数不同，因此电阻率和导体的材质有关。‎