【物理】湖北省武汉市武昌区2020届高三年级六月调研考试（一） 17页

湖北省武汉市武昌区2020届高三年级 六月调研考试（一）‎ 二、选择题：本大题共8小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，第14～18题只有一项符合题目要求，第19～21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。‎ ‎14．原子钟是利用原子跃迁产生固定频率的光进行计时的工具。据报道，中国计划在2020年6月发射最后一颗北斗卫星，这也是中国北斗三号系统的“收官之星”， 这些卫星都采用星载氢原子钟。图示为氢原子的能级图，用大量处于n = 2能级的氢原子跃迁到基态时发射出的光照射光电管阴极K，测得光电管中的遏止电压（也叫截止电压）为7.6 V，已知普朗克常量，元电荷，下列判断正确的是 A．电子从阴极K表面逸出的最大初动能为2.6 eV B．阴极K材料的逸出功为7.6 eV C．阴极K材料的极限频率约为 D．氢原子从能级跃迁到能级，发射出的光照射该光电管阴极K时能发生光电效应 ‎15．2020年4月24日是第五个“中国航天日”，中国国家航天局公开中国首次火星探测任务名称、任务标识。中国行星探测任务被命名为“天问（Tianwen）系列”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”（Tianwen-1）。假设将来在火星表面完成下面的实验：在固定的竖直光滑圆轨道内部最低点静止放置一个质量为m的小球(可视为质点)，如图所示，当给小球水平向右的瞬时冲量I时，小球恰好能在竖直平面内做完整的圆周运动。已知圆轨道半径为r，火星的半径为R，引力常量为G，则火星的质量为 A． B． C． D．‎ ‎16．质量为m = 0.10 kg的小钢球以v0 = 10 m/s的水平速度抛出，下落h = 5.0 m时撞击一钢板，如图所示，碰撞后速度恰好反向，且速度大小不变，已知小钢球与钢板作用时间极短，取g = 10 m/s2，则 A．钢板与水平面的夹角θ = 30°‎ B．小钢球与钢板碰撞前后的动量变化量大小为 kg·m/s C．小钢球从水平抛出到刚要撞击钢板的过程中重力的冲量大小为2 N·s D．小钢球刚要撞击钢板时小球动量的大小为2 kg·m/s ‎17．如图所示，由粗细均匀的金属导线围成的一个边长为L的正方形闭合线框abcd，其四个顶点均位于一个圆形区域的边界上，ac为圆形区域的一条直径，ac上方和下方分别存在大小均为B、方向相反的匀强磁场。现给线框接入从a点流入、d点流出的大小为I的恒定电流，则线框受到的安培力的大小为 A．0 B． C． D．‎ ‎18．真空中两个点电荷Q1、Q2分别固定于x轴上x1＝0和x2＝4 a的两点，在它们的连线上场强E与x关系如图所示（取x轴正方向为场强正方向，无穷远处为零电势点），则以下判断正确的是 A．Q1、Q2都带正电 B．Q1与Q2的电荷量之比是1∶3‎ C．x轴上x＝a处的电势小于零 D．正点电荷q在x轴上x＝2 a处的电势能比在x＝3 a处的小 ‎19．如图所示，把倾角为30°的粗糙斜面体C固定于水平地面上，质量为2 m的物块A通过跨过光滑轻定滑轮的轻绳与质量为m的小球B连接，O点为轻绳与定滑轮的接触点，初始时，小球B在水平向右的拉力F作用下，使轻绳OB段与水平拉力F的夹角为θ =120°），A、B均保持静止状态。现改变拉力F，并保持夹角θ大小不变，将小球B向右上方缓慢拉起至OB水平，物块A始终保持静止状态。g为重力加速度，关于该过程下列说法正确的是 A．拉力F最大为 B．拉力F一直变小 C．物块A所受摩擦力先变小后变大 D．轻绳拉力先变大后变小 ‎20．如图所示，CDE和MNP为两根足够长且弯折的平行金属导轨，CD、MN部分与水平面平行，DE和NP与水平面成30°，间距L = 1 m，CDNM面上有垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小B1 = 1‎ ‎ T，DEPN面上有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小B2 = 2 T。两根完全相同的导体棒a、b，质量均为m = 0.1 kg，导体棒b与导轨CD、MN间的动摩擦因数均为μ = 0.2，导体棒a与导轨DE、NP之间无摩擦。导体棒a、b的电阻均为R = 1 Ω。开始时，b棒静止在导轨上，现在由静止释放a棒，运动过程中a、b棒始终不脱离导轨，除导体棒外其余电阻不计，滑动摩擦力和最大静摩擦力大小相等，g取10 m/s2，则 A．b棒开始向右滑动时a棒的速度v = 0.2 m/s B．若经过1 s，b棒开始滑动，则此过程中，a棒发生的位移为0.24 m C．若将CDNM面上的磁场竖直向上，大小不变，b棒始终在水平导轨上，经过足够长的时 间，a棒做匀速运动 D．若将CDNM面上的磁场竖直向上，大小不变，b棒始终在水平导轨上，经过足够长的时 间，b棒做匀加速运动 ‎21．如图甲所示，在水平地面上固定一倾角为30°的光滑斜面，一劲度系数k＝100 N/m的轻质弹簧，其下端固定在斜面底端，整根弹簧足够长且处于自然状态。质量为m＝2.0 kg的滑块从距离弹簧上端x0＝0.35 m处由静止释放。设滑块与弹簧接触过程系统没有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，取重力加速度大小为g＝10 m/s2。规定滑块释放处为坐标原点O、沿斜面向下为位移x正方向。则 A．当滑块下滑位移x ≤ x0时，其加速度大小为a = 5 m/s2‎ B．滑块下滑过程做匀加速运动 C．当滑块下滑位移x >x0时，其加速度大小为a = (22.5 – 50 x) m/s2‎ D．滑块下滑速度的最大值vm = 2 m/s ‎ 三、本卷包括必考题和选考题两部分。第22题～第25题为必考题，每个试题考生都应作答。第33题～第34题为选考题，考生根据要求作答。须用黑色签字笔在答题卡上规定的区域书写作答，在试题卷上作答无效。‎ ‎（一）必考题 ‎22．(6分)‎ 利用阿特伍德机可以验证力学定律。如图为一理想阿特伍德机示意图，A、B为两质量分别为mA、mB的两物块，用轻质无弹性的细绳连接后跨在轻质光滑定滑轮两端，两物块离地足够高。设法固定物块A、B后，在物块A上安装一个宽度为d的遮光片，并在其下方空中固定一个光电门，连接好光电门与处理器，并打开电源。松开固定装置，读出遮光片通过光电门所用的时间Δt。若想要利用上述实验装置验证牛顿第二定律，则：‎ （1） 实验当中，需要使mAmB（填“大于”、“等于”或“小于”）。‎ （2） 实验当中还需要测量的物理量是（利用文字描述并标明对应的物理量符号）‎ ‎（3）验证牛顿第二定律时需要验证的等式为（写出等式的完整形式无需简化）。‎ ‎（4）若要利用上述所有数据验证机械能守恒定律，则所需要验证的等式为 （写出等式的完整形式无需简化）。‎ ‎23．（9分）‎ 某同学用图甲电路做“测量电源的电动势和内阻”实验。可用的器材有：‎ A．电源（电动势约3 V，内阻约10 Ω）‎ B．电压表V（量程0~50 mV，内阻为50 Ω）‎ C．电流表A（量程0~100 mA，内阻约为2.5 Ω）‎ D．电阻箱R（0~999.9 Ω，最小改变值为0.1 Ω）‎ E．定值电阻R1=2 950 Ω F．定值电阻R2=9 950 Ω G．开关S及若干导线 在尽可能减小测量误差的情况下，请回答下列问题：‎ ‎（1）定值电阻应选用。（填写器材前面的字母序号）‎ ‎（2）在正确选择定值电阻的情况下，定值电阻与电压表串联后改装成的量程为0　~　V。‎ ‎（3）用笔画线代替导线，按图甲电路将图乙实物完整连接起来。‎ ‎（4）实验步骤如下：‎ ‎①闭合S，调节电阻箱的阻值使电流表的示数为100 mA，此时电阻箱的阻值为14.5 Ω，电压表的示数为U0。‎ ‎②断开S，拆下电流表，将B与C用导线直接相连，闭合S，调节电阻箱的阻值使电压表的示数仍为U0，此时电阻箱的阻值为17.1 Ω，则电流表的内阻为Ω。‎ ‎③调节电阻箱阻值，记下电阻箱的阻值和电压表的示数；多次改变电阻箱的阻值，可获得多组数据。作出电压表示数的倒数随电阻箱的阻值的倒数变化的图线如图丙所示，若不考虑电压表对电路的影响，该电源的电动势和内阻分别为V、 Ω（结果保留三位有效数字）。‎ ‎24．（12分）‎ 如图所示，完全相同的两个弹性环A、B用不可伸长的、长为L的轻绳连接，分别套在水平细杆OM和竖直细杆ON上，OM与ON在O点用一小段圆弧杆平滑相连（圆弧长度可忽略），且ON足够长。初始时刻，将轻绳拉至水平位置伸直，然后静止释放两个环，此后某时刻，A环通过O点小段圆弧杆速度大小保持不变，重力加速度为g，不计一切摩擦，试求：‎ ‎（1）当B环下落至轻绳与竖直方向夹角θ = 60°时，A环的速度大小；‎ ‎（2）若两环碰撞时间极短，A环和B环第一次碰撞后瞬间的速度大小分别为多少？‎ ‎25．（20分）‎ 在竖直平面内建立一平面直角坐标系xoy，x轴沿水平方向，如图甲所示。第一象限有一竖直向下的匀强电场，第二象限内有一水平向左的匀强电场，第一象限场强大小为第二象限场强大小的一半。处在第三象限的某种发射装置（图中没有画出）竖直向上射出一个质量为m、电荷量为 - q( q > 0 )的带电粒子（可视为质点），该粒子以初速度v0从-x上的A点沿y轴正方向进入第二象限，并从+y上的C点沿x轴正方向进入第一象限，C点粒子动能为A点粒子动能的4倍。重力加速度为g。试求：‎ （1） OC距离L以及第二象限匀强电场的电场强度E的大小；‎ ‎（2）若第一象限同时存在按如图乙所示规律变化的磁场，磁场方向垂直于纸面（以垂直纸面向外的磁场方向为正方向，图中B0，T0均为未知量），并且在t =时刻粒子由C点进入第一象限，且恰好能通过同一水平线上的D点，速度方向仍然水平，且CD =OC。若粒子在第一象限中完成一个完整圆周运动的周期与磁场变化周期相同，求交变磁场变化的周期T0的大小；‎ ‎（3）若第一象限仍同时存在按如图乙所示规律变化的磁场（以垂直纸面向外的磁场方向为正方向，图中B0，T0均为未知量），调整磁场变化的周期，让粒子在t = 0时刻由C点进入第一象限，且恰能通过x轴上F点，且OF =OC，求交变磁场的磁感应强度B0的大小应满足的条件。‎ ‎（二）选考题 ‎33．【物理──选修3—3】（15分）‎ ‎（1）（5分）下列说法正确的是。（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）‎ A．温度高的物体内能不一定比温度低的物体的大，但分子平均动能一定比温度低的物体的大 B．外界对物体做功，物体内能一定增加 C．悬浮颗粒越小布朗运动越显著，温度越高布朗运动越剧烈 D．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而减小 E．夏天荷叶上小水珠呈球状，是由于液体表面张力使其表面积具有收缩到最小趋势的缘故（2）（10分）如图所示，在一圆形管道内封闭有理想气体，用一固定绝热活塞K和质量为m的可自由移动的绝热活塞A将管内气体分割成体积相等的M、N两部分。温度都为T0 = 300 K，上部气体M压强为p0 = 1.0×105 Pa，活塞A产生的压强（S为活塞横截面积）。现保持下部分气体N温度不变，只对上部分气体M缓慢加热，当活塞A移动到最低点B时，不计摩擦，活塞厚度可忽略，求：‎ ‎（i）上部分气体的温度；‎ ‎（ii）在（i）的基础上，保持上下部分M、N气体温度不变，释放一部分M气体，稳定后活塞A又回到了原来的位置，则释放气体质量与M气体原有质量之比多大？‎ ‎34．【物理──选修3—4】（15分）‎ ‎（1）（5分）如图所示，在x轴上有O、P、Q三点，且OP = 1.8 m，OQ = 3.0 m。一列简谐波沿x轴正方向传播，图示为0时刻的波形。再过0.3 s的时间P质点第二次振动至波峰。下列说法正确的是。 (填正确答案的标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分)‎ A．Q点的振幅为10 cm B．波速为8 m/s C．频率为4 Hz D．质点Q在0 ~ 0.3 s内的运动路程为50 cm E．质点Q在t = 0.3 s时沿y轴正方向运动 ‎（2）（10分）如图所示，一透明玻璃半球竖直放置，OO′为其对称轴，O为球心，球半径为R，半球左侧为圆面，右侧为半球面。现有一束平行红光从其左侧垂直于圆面射向玻璃半球，玻璃半球对红光的折射率为，真空中的光速为c，不考虑光在玻璃中的多次反射，（若计算需要用到sin15°，取sin15°=），求：‎ ‎（i）从左侧射入能从右侧半球面射出的入射光束截面积占左侧入射面圆面积的比例；‎ ‎（ii）光线从距O点处入射经玻璃半球偏折后到与对称轴OO′相交所用的传播时间。‎ ‎【参考答案】‎ 二、选择题：本大题共8小题，每小题6分。在每小题给出的四个选项中，第14～18题只有一项符合题目要求，第19～21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。‎ 题号 ‎14‎ ‎15‎ ‎16‎ ‎17‎ ‎18‎ ‎19‎ ‎20‎ ‎21‎ 答案 C A B D C AC BD ACD 22． ‎（6分）‎ ‎（1）大于（1分）；（2）释放A时挡光片离光电门的距离h（1分）；‎ （3） ‎（2分）；‎ （4） ‎（2分）。‎ ‎23．（9分）‎ ‎（1）E（1分）； （2）3（1分）； （3）如图所示（2分）；‎ ‎（4）②2.6（1分）；③2.88（2分）11.9（2分）。‎ ‎24．（12分）‎ ‎（1）B环下落至轻绳与竖直方向夹角θ=60°，即B环下降，此时轻绳与水平方向之间的夹角满足α=30°，设A、B两环速度分别为、，则 ‎（1分）‎ 即（1分）‎ 设A环、B环质量均为m，B环下降的过程中，A与B组成的系统机械能守恒 ‎（1分）‎ 所以A环的速度 ‎（1分）‎ ‎（2）设A环到达O点时速度为，此时B环的速度等于0，B环下降L过程中，由于A、B系统机械能守恒 ‎（1分）‎ 即 环A过O点后做初速度为，加速度为g的匀加速直线运动，环B做自由落体运动；‎ 设从A环经过O点开始，追上B环用时，A、B即将发生第一次碰撞时二者的速度分别为v1、v2，则有 ‎（1分）‎ 即 故A环追上B环时 ‎（1分）‎ ‎（1分）‎ A、 B发生弹性碰撞，设第一次碰撞后瞬间A、B速度分为、，‎ 根据动量守恒定律，有 ‎（1分）‎ 根据机械能守恒定律，有 ‎（1分）‎ 解得（1分）‎ ‎（1分）‎ 25． ‎（20分）‎ ‎（1）设粒子从A点运动至C点所用时间为t，C点速度为vc，根据“C点粒子动能为A点粒子动能的四倍”可知vc=2v0（1分）‎ 竖直方向上粒子做匀减速直线运动，取竖直向上为正方向，则 ‎（1分）‎ ‎-mgt=0-mv0（1分）‎ 取水平向右为正方向，则 qEt=m(2v0)-0（1分）‎ 解得（1分）；（1分）‎ （2） 由第（1）问及题干可知因此带电粒子在第一象限将做速度为2v0的匀速圆周运动。（1分）‎ 设运动半径为R，周期为，使粒子从C点运动到同一水平线上的D点，如图所示，则 ‎（2分）‎ 由位移关系可得 ‎（3分）‎ 粒子在磁场中匀速圆周运动的周期 ‎（1分）‎ 则磁场变化的周期 ‎（2分）‎ ‎（3）使粒子从C点运动到F点，如图所示，‎ 设粒子运动轨道半径为R′，则每经过磁场的半个周期粒子转过圆心角60°，则 ‎（2分）‎ 又（1分）‎ 故，交变磁场磁感应强度大小应满足的关系 ‎（2分）‎ ‎33．【物理──选修3—3】（15分）‎ ‎（1）（5分）ACE（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分。）‎ ‎（2）(10分)‎ ‎（i）对下部分气体N，做等温变化，初状态体积为，压强为 ‎（1分）‎ 末状态压强为p2，体积为 根据玻意耳定律有 ‎（1分）‎ 对上部分气体M，当活塞A移动到最低点时，对活塞A受力分析可得出两部分气体的压强 ‎（1分）‎ 初状态：压强为p0，温度为T0，体积为V0‎ 末状态：压强为，温度，体积为 根据理想气体状态方程，有 ‎（2分）‎ 解得（1分）‎ ‎（ii）设上部分气体M，等温变化，压强回到p0时体积为V3，根据玻意耳定律有 ‎（1分）‎ 解得：（1分）‎ 对应释放气体的等效体积为 ‎（1分）‎ 释放气体与原气体质量m0之比为 ‎ （1分）‎ ‎34．【物理──选修3—4】（15分）‎ ‎（1）(5分)ACE（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分。）‎ ‎（2）（10分）‎ ‎（i）从左侧圆面垂直入射，不偏折，考虑截面，从左侧的A点入射，光在右侧半球面刚好发生全反射，则由折射定律有 ‎，（1分）‎ 则，（1分）‎ 从左侧射入能从右侧射出的光束是以O为圆心，OA长为半径的圆，其面积 ‎（1分）‎ 而左侧入射面的面积 解得（1分）‎ ‎（ii）设距O点的入射点为B，射到半球面上的C点，入射角为i，折射角为r，‎ 在△OBC中有 ‎，（1分）‎ 考虑在C点折射，由折射定律有 ‎（1分）‎ 解得r＝45°‎ 设从C点的出射光线交OO′轴于D点，‎ 由图知，在△OCD中，∠OCD＝135°，∠COD＝i＝30°可得∠CDO＝15°，则 解得CD＝（1分）‎ 光在玻璃中传播速度 ‎（1分）‎ 光从B点传播到D点的时间 ‎（1分）‎ 解得（1分）‎