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- 2021-05-24 发布
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河南省南阳市2020届高三上学期期末考试试题
一、单选题(本大题共5小题,共30.0分)
1.用光电管进行光电效应实验中,分别用频率不同的单色光照射到同种金属上.下列说法正确的是
A. 频率较小的入射光,需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应
B. 入射光的频率越大,极限频率就越大
C. 入射光的频率越大,遏止电压就越大
D. 入射光的强度越大,光电子的最大初动能就越大
【答案】C
【分析】金属材料的性质决定金属的逸出功,而逸出功决定入射光的极限频率;只有入射光的频率大于金属的极限频率,才能发生光电效应;光电子的最大初动能与金属的逸出功和入射光的频率有关,与入射光的强度无关;光电流的大小与入射光的强度有关,与入射光的频率无关.
【详解】A.只要入射光的频率低于金属的极限频率,无论时间多长,无论光的强度多大,都不会发生光电效应,故A错误;
B.金属材料的性质决定金属的逸出功,而逸出功决定入射光的极限频率,与入射光的频率无关,故B错误;
C.根据 可知,入射光的频率越大,遏止电压就越大,故C正确;
D.根据爱因斯坦光电效应方程,可知光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大,与光照强度无关,故D错误.
故选C.
【点睛】本题考查光电效应的规律和特点,我们一定要熟记光电效应的现象和遵循的规律,只有这样我们才能顺利解决此类问题.
2.一交流电源,电压,通过理想变压器对电路供电,电路如图所示。已知原副线圈匝数比为4:1,灯泡的额定功率为55W,排气扇电机线圈的电阻为1Ω,电流表的示数为3A,用电器均正常工作,电表均为理想电表,则( )
A. 电压表的示数为880V B. 电动机的发热功率为4W
C. 电动机的电功率为106W D. 通过保险丝的电流为12A
【答案】B
【详解】根据题意知道变压器的输入电压的有效值为U1=220V
A.电压表示数为变压器的输出电压,根据变压比
可以得到
U2=55V
故A错误;
B.因为灯泡正常发光,所以通过灯泡的电流为
电流表的示数为变压器的输出电流I2=3A,根据并联电路电流的特点可知通过电动机的电流为
IM=I2-IL=2A
所以电动机的发热功率为
故B正确;
C.电动机的电功率为
P=U2IM=110W
故C错误;
D.通过保险丝的电流即为变压器的输入电流I1,根据变流比
可知
I1=0.75A
故D错误。
故选B。
3.如图所示,倾角为的粗糙斜面置于水平地面上,有一质量为2m的滑块通过轻绳绕过定滑轮与质量为m的小球相连(绳与斜面平行),滑块静止在斜面上,斜面也保持静止,则( )
A. 斜面受到地面的摩擦力方向水平向右
B. 斜面受到地面的弹力等于滑块和斜面的重力之和
C. 斜面受到地面的弹力比滑块和斜面的重力之和小mg
D. 斜面受到地面的弹力比滑块和斜面的重力之和小
【答案】D
【详解】A.以小球为研究对象,小球受到的重力与绳子的拉力是一对平衡力,所以绳子的拉力大小T等于小球的重力,即
T=mg
以斜面和滑块组成的整体为研究对象,水平方向根据平衡条件可得:
f=Tcos=
方向水平向左,故A错误;
BCD.设斜面的质量为M,地面对斜面的弹力大小为N,以斜面和滑块组成的整体为研究对象,竖直方向根据平衡条件可得:
N=(M+2m)g-Tsin
所以斜面受到地面的弹力比滑块和斜面的重力之和小
Tsin=
故BC错误,D正确。
故选D
4.如图所示,固定斜面AB与水平面之间由一小段光滑圆弧连接,倾角为α,斜面的高度OB=h.细线一端固定在竖直挡板上,另一端连接一质量为m的小物块,在小物块和挡板之间压缩一轻质弹簧(小物块与弹簧不连接)。烧断细线,小物块被弹出,滑上斜面AB后,恰好能运动到斜面的最高点。已知AC=l,小物块与水平面、斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度为g,则( )
A. 细线烧断前弹簧具有的弹性势能为mgh+μmgl+μmghcotα
B. 在此过程中产生的内能为mgh+μmgl+μmghcotα
C. 弹簧对小物块做功为μmgH+μmghcotα
D. 在此过程中斜面对小物块的摩擦力做功为
【答案】A
【详解】A.根据能量守恒定律可知,细线烧断前弹簧具有的弹性势能等于物块在B点的重力势能和产生的内能之和,即为:
Ep=mgh+μmgl+μmgcosα•=mgh+μmgl+μmghcotα
故A正确;
B.在此过程中产生的内能等于物块克服摩擦力做的功,为
Q=μmgl+μmgcosα•=μmgl+μmghcotα
故B错误;
C.弹簧对小物块做功等于细线烧断前弹簧具有的弹性势能,为
mgh+μmgl+μmghcotα
故C错误;
D.在此过程中斜面对小物块的摩擦力做功为
Wf=-μmg-μmgcosα•=-μmg-μmghcotα
故D错误。
故选A。
5.如图所示,由同种材料制成,粗细均匀,边长为L、总电阻为R的单匝正方形闭合线圈MNPQ放置在水平面上,空间存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场,磁场两边界成θ=角。现使线圈以水平向右的速度ν匀速进入磁场,则( )
A. 当线圈中心经过磁场边界时,N、P两点间的电势差U=BLv
B. 当线圈中心经过磁场边界时,线圈所受安培力大小
C. 线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程中,回路中的平均电功率
D. 线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程中,通过导线某一横截面的电荷量
【答案】D
【详解】AB.当线圈中心经过磁场边界时,此时切割磁感线的有效线段为NP,根据法拉第电磁感应定律,NP产生的感应电动势为E=BLv,此时N、P两点间的电势差U为路端电压,有
U=E=BLv
此时QP、NP受安培力作用,且两力相互垂直,故合力为
F安=
故AB错误;
C.当线圈中心经过磁场边界时,回路中的瞬时电功率为
在线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程中,感应电动势一直在变化,故
回路中的平均电功率不等于经过磁场边界时的瞬时电功率,故C错误;
D.根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律,通过导线某一横截面的电荷量为
故D正确。
故选D。
二、多选题(本大题共5小题,共27.0分)
6.按照我国月球探测活动计划,在第一步“绕月”工程圆满完成各项目标和科学探测任务后,第二步是“落月”工程,该计划已在2013年之前完成。设月球半径为R,月球表面的重力加速度为g0,飞船沿距月球表面高度为3R的圆形轨道I运动,到达轨道的A点时点火变轨进入椭圆轨道Ⅱ,到达轨道的近月点B时再次点火进入月球近月轨道Ⅲ绕月球做圆周运动。则( )
A. 飞船在轨道1上运行的线速度大小为
B. 飞船A点变轨时动能增大
C. 飞船在轨道Ⅲ绕月球运动一周所需的时间为
D. 飞船从A到B运行的过程中机械能增加
【答案】AC
【详解】A.在月球表面有
在轨道I上运动有
解得
故A正确;
B.飞船在A点处点火变轨后做向心运动,可知需要的向心力小于提供的向心力,由向心力的公式可知飞船的速度减小所以动能减小,故B错误;
C.在轨道III上运动有:
则卫星在轨道III上运动一周所需时间
,故C正确;
D.飞船从A到B的过程中,只有万有引力做功,机械能守恒不变,故D错误。
故选:AC。
7.甲乙两车在相邻的平行车道同向行驶,做直线运动,v-t图象如图所示,二者最终停在同一斑马线处,则( )
A. 甲车的加速度小于乙车的加速度
B. t=0时乙车在甲车前方8.4m处
C. t=3s时甲车在乙车前方0.6m处
D. 前3s内甲车始终在乙车后边
【答案】BC
【详解】A.根据v-t
图的斜率大小表示加速度大小,斜率绝对值越大加速度越大,则知甲车的加速度大于乙车的加速度,故A错误;
B.设甲运动的总时间为t,根据几何关系可得:
得
t=3.6s
在0-3.6s内,甲的位移
=32.4m
0-4s内,乙的位移
=24m
因二者最终停在同一斑马线处,所以,t=0时乙车在甲车前方
x甲-x乙=8.4m
故B正确;
C.0-3s内,甲、乙位移之差
△x=m=9m
因t=0时乙车在甲车前方8.4m处,所以t=3s时甲车在乙车前方0.6m处,故C正确;
D.由上分析知,前3s内甲车先在乙车后边,后在乙车的前边,故D错误。
故选BC。
8.某条电场线是一条直线,上边依次有O、A、B、C四个点,相邻两点间距离均为d,以O点为坐标原点,沿电场强度方向建立x轴,该电场线上各点电场强度E随x的变化规律如图所示。一个带电量为+q的粒子,从O点由静止释放,仅受电场力作用。则( )
A. 若O点的电势为零,则A点的电势为
B. 粒子从A到B做匀速直线运动
C. 粒子在OA段电势能减少量小于BC段电势能减少量
D. 粒子运动到B点时动能为
【答案】AD
【详解】A.由图可知E-x图象所包围的面积表示两点间的电势差大小,因此
由于φo=0,因此
故A正确;
B.粒子由A到B过程电场力一直做正功,则带正电粒子一直加速运动,在该过程电场强度不变,带电粒子做匀加速直线运动,故B错误;
C.粒子在OA段的平均电场力大于BC段的平均电场力,则OA段的电场力做功大于BC段电场力做功,由功能关系知,粒子在OA段电势能的变化量大于BC段变化量,或者从OA段和BC段图象包围的面积分析可知UOA>UBC,根据电场力做功公式W=qU和W=△E电,也可得出粒子在OA段电势能的变化量大于BC段变化量。故C错误;
D.从O到B点过程列动能定理,则有:
W电=qUOB=EKB-0
而
UOB=E0(d+2d)
联立方程解得:
EKB=
故D正确。
故选AD。
9.如图所示,一定质量的理想气体从状态a开始经历①②③④四个过程,到达状态e。对此气体,下列说法中正确的是( )
A. 过程①中气体从外界吸收热量
B. 过程②中气体从外界吸收热量
C. 过程③中气体对外界做正功
D. 状态a比状态e的体积大
E. 过程④中气体吸收的热量和对外界做功的数值相等
【答案】BCE
【详解】A.过程①中气体等温变化△U=0,压强增大,根据理想气体状态方程知,体积一定减小,外界对气体做功W>0,再根据热力学第一定律W+Q=△U,可知
Q<0
所以过程①中气体放热,故A错误;
B.过程②中气体等容变化W=0,温度升高,△U>0,根据热力学第一定律,Q>0,所以过程②中气体从外界吸收热量,故B正确;
C.过程③中气体等压变化,温度升高,根据理想气体状态方程知,体积一定增大,气体对外界做功W<0,故C正确;
D.状态a和状态e,压强相等,温度a比e小,根据理想气体状态方程知,状态a比状态e的体积小,故D错误;
E、过程④中气体等温变化△U=0,根据热力学第一定律,Q=-W,即气体吸收的热量和对外界做功的数值相等,故E正确。
故选BCE。
10.一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=0.2s时的波形图,P、Q是这列波上的两个质点,图乙是P质点的振动图象,下列说法正确的是( )
A. 这列波的传播方向沿x轴正方向
B. 这列波的传播速度为15m/s
C. t=0.1s时质点Q处于平衡位置正向上振动
D. P、Q两质点任意时刻加速度都不可能相同
E. P、Q两质点在某些时刻速度可能相同
【答案】BCE
【详解】A.图甲是t=0.2s时的波形图,图乙是P质点的振动图象,则在t=0.2s时,质点P沿y轴负方向传播,根据波动规律可知,波沿x轴负方向传播,故A错误;
B.由图甲确定波长λ=6.0m,由图乙确定周期T=0.4s,根据波长、波速和周期的关系可知
=15m/s,故B正确;
C.t=0.2s时,质点Q处于波峰,则
t=0.1s=时
质点Q处于平衡位置向上振动,故C正确;
D.质点P、Q的平衡位置,相隔λ,当质点P、Q关于波谷或波峰对称分布时,位置相同,加速度相同,故D错误;
E.t=0.2s时,质点P向下运动,质点Q也向下运动,在某些时刻速度可能相同,故E正确。
故选BCE。
三、实验题(本大题共2小题,共15.0分)
11.如图甲所示,为了测量滑块与木板间的动摩擦因数,某同学将带有滑轮的长木板放置在水平桌面上,在靠近滑轮的B处固定一个光电门,用质量为m的重物通过细线(与长木板平行)与质量为M的滑块(带遮光条)连接,细线的长度小于重物离地面的高度。将滑块从A点由静止释放,测出A、B之间的距离s和遮光条经过光电门时的遮光时间t。保持滑块和悬挂的重物的质量不变,改变释放点A与B间的距离s,多次测量最终完成实验。建立
坐标系,描出图线如图乙所示,求得图线的斜率为k,则滑块与木板间的动摩擦因数μ=____(用斜率k、重力加速度g、遮光条的宽度d、滑块质量M和重物质量m表示)。
【答案】
【详解】据挡光时间可知,滑块经过光电门的瞬时速度为,滑块从A运动到B的过程中,根据系统动能定理得:
(mg-μMg)s=(M+m)()2
变式为:
则
解得:
12.某实验小组为测量电压表V1的内阻,先用多用电表的欧姆档进行了一次测量,指针位置如图甲中所示。为进一步准确测量电压表V1的内阻,设计了如图乙所示的电路,可供选择的器材如下:
A.待测电压表V1(量程0~2V,内阻约2kΩ)
B.电压表V2(量程0~6V,内阻约10kΩ)
C.定值电阻R1(阻值为4kΩ)
D.定值电阻R2(阻值为8kΩ)
E.滑动变阻器R3(0~20Ω)
F.滑动变阻器R4(0~1kΩ)
G.直流电源(E=6V,内阻可不计)
H.开关S及导线若干
(1)用多用电表测量电压表V1的内阻时,选择开关在电阻×100档位,图甲中的读数是______Ω。
(2)根据电路图连接实物图。
(3)试验中定值电阻应选______(R1或R2),滑动变阻器应选______(R3或R4)。
(4)调节滑动变阻器,记录V1的示数U1,V2的示数U2,记录多组数据,以U2为纵坐标,U1为横坐标,描点后得到的图象如图丁所示。已知图象的斜率为K,用R表示所选定值电阻的阻值,则电压表V1的内阻为______(用K和R表示)。
【答案】 (1) 1900 (2) (3) R1 R3 (4)
【详解】(1)[1]选择开关在电阻×100档位,由图甲所示可知,示数为:19×100Ω=1900Ω;
(2)[2]根据图示电路图连接实物电路图,实物电路图如图所示;
(3)[3][4]电压表V1与定值电阻串联后与电压表V2并联,并联电路电压相等,当电压表V2满偏时,定值电阻分压为4V,定值电阻分压为电压表V1两端的2倍,定值电阻阻值应为电压表V1内阻的2倍,定值电阻阻值为4kΩ,定值电阻应选择R1;为方便实验操作,滑动变阻器应选择R3。
(4)[5]由图示电路图根据并联电路特点可知:
U2=U1+IR=U1+R
整理得:
U2=U1(1+)
U2-U1图象的斜率:
k=1+
电压表V1内阻:
RV1=
四、计算题(本大题共4小题,共52.0分)
13.如图所示,在光滑的水平面上放置一个长为L=2.2m的木板B,在B的左端放有一个可视为质点的小滑块A,A、B间的动摩擦因数μ=0.2,二者的质量均为m=1kg,g=10m/s2.现对A施加F=6N的水平向右的拉力,ls后撤去拉力F,求:
(1)撤去拉力F时小滑块A和长木板B的速度大小;
(2)A相对于B静止的位置与长木板右端的距离。
【答案】(1) vA=4m/s,vB=2m/s (2)d=0.7m
【详解】(1)对A滑块根据牛顿第二定律有:
F-μmg=maA
代入数据解得:
1s时滑块A的速度为:
vA=aAt=4×1m/s=4m/s
对B木板有:
μmg=maB
代入数据解得:
则1s时B的速度为:
vB=aBt=2m/s
(2)撤去F前,A的位移为:
B的位移为:
对AB,在撤去F之后到相对静止过程中,根据动量守恒定律有:
mvA+mvB=2mv共
根据能量守恒定律有:
代入数据解得:
x相对=0.5m
则A最终到右端的距离为:
d=L-(xA-xB)-x相对
代入数据得:
d=0.7m
14.在直角坐标系xOy中,第二象限有垂直于纸面的匀强磁场(图中未画出),第一象限三角形OPM区域有如图所示的匀强电场,电场线与y轴的夹角、MP与x轴的夹角均为30°,已知P点的坐标为(9l,0),在以O′为圆心的环状区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,外圆与直线MP相切于P点,内外圆的半径分别为l和2l。一质量为m,电荷量为q的正电粒子以速度v0由坐标为(-l,0)的A点沿与y轴平行的方向射入第二象限匀强磁场中,经磁场偏转由坐标为(0,)的B点进入匀强电场,经电场偏转恰由P点进入环状磁场区域,不计粒子重力,求:
(1)第二象限匀强磁场磁感应强度的大小;
(2)匀强电场的电场强度大小;
(3)要使粒子在环状磁场区域内做完整的圆周运动,求环状区域匀强磁场的磁感应强度的取值范围。
【答案】(1) (2) (3)或者
【详解】(1)设第二象限磁场磁感应强度为B1,粒子进入磁场区域做圆周运动的半径为R,则:
解得:
R=2l
又
解得:
(2)粒子恰好垂直匀强电场方向进入电场,做类平抛运动,则:
(9l-l)sin=v0t
qE=ma
解得:
(3)粒子做类平抛运动沿电场方向的分速度:
粒子进入环状磁场的速度:
方向恰好沿MP,即外圆切线方向。要做完整的圆周运动,做圆周运动的半径R应满足:
或者
由
解得:
或者
15.如图所示,圆柱形汽缸放在水平面上,容积为V,圆柱内面积为S的活塞(质量和厚度可忽略不计)将汽缸分成体积比为3:1的上下两部分,一轻质弹簧上下两端分别固定于活塞和汽缸底部,此时弹簧处于压缩状态,活塞上部气体压强为P0,弹簧弹力大小为,活塞处于静止状态。要使活塞移动到汽缸正中间并能保持平衡,可通过打气筒向活塞下部汽缸注入压强为p0的气体(汽缸下部有接口)。已知活塞处于正中间时弹簧恰好恢复原长,外界温度恒定,汽缸和活塞导热性能良好,不计活塞与汽缸间的摩擦,求:
①初始状态活塞下部气体压强;
②需要注入压强为p0的气体的体积。
【答案】①p0 ②V
【详解】①对活塞受力分析得:
p0S=p1S+
解得:
p1=p0
②设当活塞处于正中间时,上部气体压强为P2,则:
p0=p2
又弹簧处于原长,则下部气体压强也为p2,则:
p1+p0Vx=p2
联立解得:
Vx=V
16.一玻璃砖截面如图所示,O为圆环的圆心,内圆半径为R,外圆半径为3R,AF和EG分别为玻璃砖的两端面,∠AOE=,B、C、D三点将圆弧四等分。一细束单色光a从F点沿平行于BO方向从AF面射入玻璃砖,其折射光线恰好射到B点,求:
①玻璃砖的折射率n;
②从B点出射的光线相对于射入玻璃砖前入射光线的偏转角φ。
【答案】① ②
【详解】①光路图如图所示:
设从AF界面射入时的入射角为θ1,折射角为θ2,因为a光线平行于BD,则θ1=60°,
根据余弦定理有
所以
θ3=,θ2=
根据折射定律有
。
②因为,解得
θ4=
则偏转角φ为。