山东省德州市2021届高三上学期期中考试物理试卷 Word版含解析 18页

- 1 - 高三物理试题 本试题卷分选择题和非选择题两部分，满分 100 分，考试时间 90 分钟。 注意事项： 1．答题前，考生先将自己的姓名、考生号、座号填写在相应位置，认真核对条形 码上的姓名、考生号和座号，并将条形码粘贴在指定位置上。 2．选择题答案必须使用 2B 铅笔正确填涂；非选择题答案必须使用 0.5 毫米黑色 签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。 3．请按照题号在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草 稿纸、试题卷上答题无效。保持卡面清洁，不折叠、不破损。 一、单项选择题：本题共 8 小题，每小题 3 分，共 24 分。在每小题给出的四个选 项中，只有一项是符合题目要求的。 1. 网购贵重物品，收到的产品大多被较软的泡沫塑料包裹着，这样包装的目的是（ ） A. 减小碰撞过程中的动量变化量 B. 延长碰撞过程中的作用时间 C. 为使产品看起来更上档次 D. 为减少和周围环境中的热传递 【答案】B 【解析】 【详解】假设物品被摔落到地面，则物品动量变化是一定的，在包装中加较软的泡沫塑料可 以增加物品和地面的作用时间，从而延长碰撞过程中的作用时间，减小作用力。 故选 B。 2. 以下对功的说法正确的是（ ） A. 滑动摩擦力只能做负功 B. 静摩擦力一定不做功 C. 若作用力做正功则它的反作用力一定做负功 D. 若作用力不做功，它的反作用力可能做负功 【答案】D 【解析】 【详解】AB. 滑动摩擦力和静摩擦力对物体都能做负功，也能做正功，也能不做功，选项 AB 错误； C. 若作用力做正功则它的反作用力可能做负功，也可能做正功，也可能不做功，选项 C 错误； D. 若作用力不做功，它的反作用力可能做负功，例如一个带正电的小球向另一个带正电的固 定的小球靠近时，库仑力对固定的小球不做功，对运动的小球做负功，选项 D 正确； 故选 D。 3. 如图所示，质量为 m 的细绳两端固定在水平天花板上，在细绳上通过光滑滑轮（不计重力） - 2 - 悬挂质量为 M 的物体时，细绳端点的切线与天花板间的夹角为α，已知重力加速度为 g，则此 状态下细绳的一端对天花板的拉力大小为（ ） A.   2sin M m g   B. 2sin Mg  C.   2 M m g D. 2 tan Mg  【答案】A 【解析】 【详解】对物块和绳子的整体，在竖直方向有 2 sin ( )T M m g   解得   2sin M m gT   故选 A。 4. 如图所示，一细绳拉一小球在竖直平面内做顺时针方向的圆周运动，细绳的长度为 L，不 连接小球的一端固定，以小球在最低点时的位置为坐标原点 O，水平向右为正方向建立直线坐 标系 Ox，不计空气阻力，重力加速度为 g，假如小球运动至最高点时细绳脱落，之后小球经 过坐标轴时的坐标为 x，x 的最小值为（ ） A. 0 B. L C. 2 L D. 2L 【答案】D 【解析】 【详解】当小球在最高点速度最小时，落到 x 轴上的坐标 x 最小，则在最高点时 - 3 - 2vmg m L  做平抛运动时 x vt 212 2L gt 解得 x=2L 故选 D。 5. 如图所示电路中，电源的电动势为 E，内阻为 r，开关 S1 一直保持闭合状态，现将开关 S2 闭合，以下说法正确的是（ ） A. 通过电阻 R1的电流变大 B. 电源的路端电压变大 C. 电源的输出功率变大 D. 电源的总功率变大 【答案】D 【解析】 【详解】ABD．将开关 S2 闭合，则外电阻减小，总电阻减小，总电流变大，则路端电压减小， 通过电阻 R1 的电流变小，根据 P=IE 可知电源总功率变大；选项 D 正确，AB 错误； C．因当外电阻等于内阻时电源输出功率最大，则当开关 S2 闭合后外电阻和内阻的关系不确定， 不能判断电源输出功率的变化情况，选项 C 错误。 故选 D。 6. 如图所示，物块 A、B 通过跨过光滑定滑轮的轻绳相连，A 的质量为 m，套在光滑竖直杆 上，B 的质量为 3m，轻绳右侧与竖直杆的夹角为 60°，重力加速度的大小为 g，将系统自静止 开始释放，刚释放时物块 A 的加速度为（ ） - 4 - A. 2 7 g，方向竖直向上 B. 1 2 g，方向竖直向上 C. 1 2 g，方向竖直向下 D. 3 2 g，方向竖直向上 【答案】A 【解析】 【详解】对物块 B 分析，根据牛顿第二定律则有 3 3 Bmg T ma  对物块 A 分析，根据牛顿第二定律则有 cos60 AT mg ma  沿绳方向则有 cos60A Ba a  联立解得 2 7Aa g 方向竖直向上 故 A 正确，B、C、D 错误； 故选 A。 7. 某实验小组将电流表 G 改装成欧姆表，所用器材除电流表 G 外还有电源、滑动变阻器、导 线等，电路如图所示。改装完成后为方便读数，通过测量，他们将表盘中的 3mA 刻度改为 500Ω； 8mA 刻度改为 100Ω，则 6mA 刻度应改为（ ） A. 180Ω B. 200Ω C. 250Ω D. 300Ω 【答案】A - 5 - 【解析】 【详解】由闭合电路欧姆定律得 3 0 3 10 500 E R    3 0 8 10 100 E R    3 x 0 6 10 E R R    解得 x 180ΩR  ，A 正确，BCD 错误。 故选 A。 8. 如图所示，足够长的平行板电容器与电动势为 E、内阻为 r 的电源连接，电容器两极板间 的距离为 d，在靠近电容器右侧极板的某点有一粒子发射源，能向各个方向发射速度大小都为 v 的同种粒子，粒子质量为 m、带电量为 q（q<0），所有粒子运动过程中始终未与左侧极板接 触。将电容器两极板间的电场看做匀强电场，不计带电粒子的重力，则粒子再次到达电容器 右侧极板时与出发点的最大距离为（ ） A. 22 2 v md qE B. 2v md qE C. 22v md qE D. 22v md qE 【答案】B 【解析】 【详解】设当粒子与极板射出的粒子与极板成θ角时，回到右极板时距离出发点的距离最远， 则水平方向 Eqa dm  回到出发点的时间 - 6 - 2 sinvt a  距离出发点的距离 2 cos sin 2v dmx v t qE     当θ=45 ° 时 x 最大，最大值为 2 m v mdx qE  故选 B。 二、多项选择题：本题共 4 小题，共 16 分。在每小题给出的四个选项中有多项符 合题目要求。全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分。 9. 人造卫星在燃料耗尽后会因为无法控制而成为太空垃圾，太空垃圾对航天器的运行带来很 大的安全隐患。为防止人造近地卫星成为太空垃圾，往往在燃料快要耗尽时控制其进入大气 层，从而烧毁或坠入南太平洋。如图所示为正在逆时针做匀速圆周运动的近地卫星，若要使 其进入大气层，以下说法正确的是（ ） A. 应打开前面发动机，向前喷气，使其偏离原来轨道 B. 卫星进入大气层后，速度会越来越小 C. 卫星进入大气层后，机械能减小 D. 卫星进入大气层后，处于完全失重状态 【答案】AC 【解析】 【详解】A．卫星要坠毁，需要向心力小于万有引力，需要卫星减速，从而进入低轨道，逐渐 进入大气层，所以卫星需要反向加速，故应打开前面发动机，向前喷气；故 A 正确； BD．卫星进入大气层后，受到万有引力与阻力的作用，且万有引力大于阻力，故速度会越来 越大，一直到完全烧毁，故 BD 错误； C．卫星进入大气层后空气阻力对卫星做负功，故机械能会减小，故 C 正确； - 7 - 故选 AC。 10. t＝0 时刻甲、乙两物体自同一位置开始运动，运动的速度一时间图像如图所示，对 t＝0 至 t＝3s 的运动过程，以下选项正确的是（ ） A. 甲、乙两物体的加速度大小相等 B. 甲、乙两物体间的最远距离为 4.5m C. t＝1.5s 时，甲、乙两物体都向正方向运动，甲在前，乙在后 D. t＝3s 时，甲、乙两物体相遇 【答案】ABD 【解析】 【详解】A．v t 图象的斜率等于加速度，由图象可知甲物体的加速度大小为 22m/sva t  甲 乙物体的加速度大小为 22m/sva t  乙 故 A 正确； B．甲、乙两物体速度相等时，甲、乙两物体间的相距最远，根据图可知甲、乙两物体速度相 等时的时间为 1.5st  图象与坐标轴围成面积代表位移，所以甲、乙两物体间的最远距离为 1 [4 ( 2)] 1.5m 4.5m2x       故 B 正确； C．   1.5st  时，甲、乙两物体速度为正值，所以都向正方向运动，此时乙在前，甲在后，故 C 错误； D．图象与坐标轴围成面积代表位移，时间轴上方位移为正，时间轴下方位移为负，  3st  时， - 8 - 甲物体间的位移为 1 12 4 1 2m 3m2 2x       甲 乙物体间的位移为 1 12 4 1 2m 3m2 2x       乙 所以   3st  时，甲、乙两物体相遇，故 D 正确； 故选 ABD。 11. 如图所示，质量均为 m 的物块 A、B 用轻弹簧相连，置于光滑水平面上，在水平力 F 的作 用下，弹簧处于压缩状态，A 紧压在竖直墙壁上。现撤去力 F，在以后的运动过程中 B 的最 大的速度为 v，对撤去力 F 以后的过程，以下说法正确的是（ ） A. 物块 A 离开竖直墙壁之前，竖直墙壁对 A 的冲量大小为 mv B. 物块 A 离开竖直墙壁之前，竖直墙壁对 A 做功的大小为 1 2 mv2 C. 物块 A、B 和弹簧组成的系统总动量守恒，机械能守恒 D. 物块 A 的最大速度为 v 【答案】AD 【解析】 【详解】A．撤去力 F，B 物块在弹力作用下加速，弹簧恢复原长时，B 物块的速度达到最大， 此过程中，A、B 受到弹簧的弹力大小相等，方向相反，作用时间相同，则 A、B 的冲量大小 相等，由动量定理可知 =BI mv 所以物块 A 离开竖直墙壁之前，竖直墙壁对 A 的冲量大小为 mv，故 A 正确； B．物块 A 离开竖直墙壁之前，由于物块 A 没有发生位移，则竖直墙壁对 A 不做功，故 B 错 误； C．此过程中只有系统内的弹力做功，则机械能守恒，但竖直墙壁对 A 有力的作用，即系统的 外力不为 0，则系统动量不为 0，故 C 错误； D．弹簧恢复原长时，B 物块的速度达到最大，此时系统的总动量为 mv，接着 B 减速，A 加 速弹簧被拉长，当 B 物块速度减为 0 时，A 物块速度达最大，由动量守恒定律可知，A 的最 - 9 - 大速度也为 v，故 D 正确。 故选 AD。 12. 如图甲所示，某电场中的一条电场线恰好与 M、P 所在直线重合，以 M 为坐标原点，向 右为正方向建立直线坐标系 x，P 点的坐标 5.0cmPx  ，此电场线上各点的电场强度大小 E 随 x 变化的规律如图乙所示。若一电子仅在电场力作用下自 M 点运动至 P 点，其电势能减小 45eV，对于此电场，以下说法正确的是（ ） A. 该电子做匀变速直线运动 B. x 轴上各点的电场强度方向都为 x 轴 负方向 C. M 点的电势是 P 点电势的 1 2 D. 图像中的 E0 的数值为 1.2 【答案】BD 【解析】 【详解】A．由题图可知，电子从 M 点运动到 P 点过程中，电场强度逐渐减小，所以该电场 不是匀强电场，即电子受到的电场力不是不变的，所以该电子不是做匀变速直线运动，所以 A 错误； B．若一电子仅在电场力作用下自 M 点运动至 P 点，电势能减小，所以电场力做正功。由功 能关系可得 p p 0MP M PW E E   又 MP MPW U e  所以 0MPU  即 - 10 - M P  而电场线由高电势指向低电势，所以可知 x 轴上各点的电场强度方向都为 x 轴负方向，所以 B 正确； C．由题可知，不知道电势零点，所以无法确定两点的电势，所以 C 错误； D．由题可知 45eVMPW  题中图像的面积就表示电场力做的功，即 20 0( ) 5 102 45eV2MP E eE e W      得 0 1200VE  即图像中的 E0 的数值为 1.2，所以 D 正确。 故选 BD。 三、非选择题：本题共 6 小题，共计 60 分。 13. 要精确测定物块与水平面间的动摩擦因数µ，已知重力加速度为 g，实验步骤如下： ①将光电门固定在水平面上； ②将遮光条固定在物块上，推动物块，使物块以一定的速度向右运动； ③数字计时仪显示的光电门的遮光时间记为 t； ④使物块以不同的初速度向右运动，重复以上实验步骤，多做几次实验。 请回答以下问题： (1)除光电门的遮光时间 t，实验中还需要测量的物理量有__________ A.物块的质量 m B.遮光条的宽度 d C.物块经过光电门后向前滑行的距离 L D.物块的总滑行距离 x 以下第(2)问和第(3)问用题干和第(1)问中的相关字母表达 (2)要用图像法处理数据，横轴为 2 1 t ，则纵轴应为__________； (3)按第(2)问所述的方法画出的图像为一条过原点的直线，斜率为 k，则待测动摩擦因数µ＝ _____。 - 11 - 【答案】 (1). BC (2). L (3). 2 2 d gk 【解析】 【详解】(1)[1]自物块经过光电门至停止，由 2 2v aL ， dv t  ， mg ma  联立可得 2 22 d gLt   因此实验中需测量的物理量为遮光条的宽度 d、物块进过光电门后向前滑行的距离 L、遮光条 通过光电门的遮光时间 t，故选 BC。 (2)[2]由推导出的动摩擦因数的表达式 2 22 d gLt   ，变形为 2 2 1 2 dL g t  故用图像法处理数据，横轴为 2 1 t ，则纵轴应为 L； (3)[3]依据 2 1L t  图像的斜率为 2 2 dk g 可得待测动摩擦因数为 2 2 d kg   14. 有一根细而均匀的圆柱体导体棒样品，电阻约为 150Ω，某实验小组要测量其电阻率，现 提供以下实验器材： A.游标卡尺 B.螺旋测微器 C.电流表 A1（量程为 50mA，内阻 r1 为 150Ω） D.电流表 A2（量程为 100mA，内阻 r2 约为 40Ω） E.电压表 V（量程为3V，内阻 r3 约为 3KΩ） F.滑动变阻器 R1（总阻值为 200Ω，额定电流 2A） - 12 - G.滑动变阻器 R2（总阻值为 100Ω，额定电流 0.1A） H.直流电源 E（电动势为 12V，内阻不计） I.待测圆柱体导体棒样品 J。开关一只，导线若干 (1)该实验小组首先用游标卡尺测得该样品的长度如图甲所示，其示数 L＝_________cm；用螺 旋测微器测得该样品的直径如图乙所示，其示数 D＝_________mm。 (2)为测量样品电阻率，该实验小组又对样品电阻进行精确测量。 ①设计的电路原理图如丙所示，图中虚线框中应选器材______________；滑动变阻器 R 应选 _________（用器材前的序号表示） ②闭合开关，按正确的实验步骤进行测量，图丙中虚线框中仪器的读数为 a， 的读数为 b， 则样品电阻阻值 Rx＝________（用 a、b、r1、r2、r3 中的某些符号表达）。 【答案】 (1). 1.100 (2). 3.740（ 0.001 ） (3). C (4). F (5). 1ar b a 【解析】 【详解】(1)[1]用游标卡尺测得该样品的长度 L＝1.1cm+0.05mm×0=1.100cm； [2]用螺旋测微器测得该样品的直径 D＝3.5mm+0.01mm×24.0=3.740mm. (2) ①[3]设计的电路原理图如丙所示，因给定的电压表 E 量程过小，则可以用已知内阻的电流 表 C； [4]根据题意可知，电动势 12V，滑动变阻器 G 阻值较小，但额定电流 0.1A，允许加最大电压 10V，故只能选 F； ②[5]由电路可知 1 x arR b a   15. 2020 年 7 月 23 日，天问一号火星探测器在中国文昌航天发射场发射升空，按照设计思路， 天问一号在火星表面着陆前的最后两个运动阶段分别为动力减速阶段和着陆缓冲阶段。在动 - 13 - 力减速阶段，探测器发动机打开，经 80s 速度由 95m/s 减至 3.6m/s。将天问一号在动力减速阶 段的运动看做竖直方向的匀变速直线运动，已知天问一号的质量约为 5t，火星半径约为地球 半径的二分之一，火星质量约为地球质量的十分之一，地球表面的重力加速度 g＝10m/s2。求： (1)火星表面的重力加速度 g 火的大小； (2)动力减速阶段发动机提供的力的大小（结果保留两位有效数字）。 【答案】(1) 24.0m/sg 火 ；(2) 42.6 10 NF   【解析】 【详解】(1)在地球表面 2 M mmg G r  地 地 在火星表面 2 M mmg G r  火 火 火 代入数据联立解得 24.0m/sg 火 (2)天问一号在动力减速阶段 0v v at  ' 'F m g m a 火 得在动力减速阶段发动机提供的力的大小 42.6 10 NF   16. 如图所示为某粮库输送小麦的示意图，麦粒离开传送带后看做在竖直方向上运动，形成的 麦堆为圆锥状。若小麦比较干燥，在输送过程中和传送带之间由于摩擦会带电，虽然麦粒间 的库仑力远小于重力，但这个力对麦堆的形成还是会有一定影响。小麦干燥时，刚形成的麦 堆表面的电场看做垂直于麦堆表面；小麦潮湿时，刚形成的麦堆表面无电场，麦粒间的动摩 擦因数为µ，最大静摩擦力和滑动摩擦力相等，不考虑麦粒的滚动。求： (1)小麦潮湿时，麦堆锥面最大倾角α应为多少？（用反三角函数表达） (2)通过计算分析小麦在干燥和潮湿两种情况下，麦堆锥面最大倾角α哪种情况较大？（小麦干 燥时，麦粒间的动摩擦因数也视为µ） - 14 - 【答案】(1) arctan  ；(2)潮湿麦堆锥面的最大倾角较大 【解析】 【详解】(1)对麦粒受力分析，有重力，垂直于锥面向上的支持力和沿锥面向上的摩擦力。小 麦堆锥面最大倾角对应斜面上的麦粒刚好不下滑。沿垂直锥面方向 N cosF mg  沿锥面方向 Nsinmg F  解得 arctan  (2)由题意可知，干燥时麦粒受到的电场力垂直锥面向上。沿垂直锥面方向 N cosF F mg   电 沿锥面方向 Nsinmg F   解得 arctan( )cos F mg     电 即   潮湿麦堆锥面的最大倾角较大。 17. 中国产复兴号动车组列车是目前世界上运营时速最高的高铁列车。某动车组列车共 8 节， 每节的质量都为 m，其中第一节和第五节做为动车为列车提供动力，额定功率均为 P0，其余 均为无动力的车厢。若启动时第一节和第五节施加的牵引力大小恒定，并且都等于整个列车 受到的阻力大小，行驶过程中每节受到的阻力大小相同，且阻力不变，以额定功率行驶时的 - 15 - 最大速度为 v0。求： (1)列车启动后至达到额定功率前的过程中，第 3 节和第 4 节间的相互作用力的大小； (2)列车启动后经过多长时间达到额定功率； (3)若列车在额定功率下以最大速度匀速行驶时，第一节失去动力，再经过位移 x 列车又开始 匀速行驶，计算得出自第一节失去动力至再次开始匀速行驶的时间间隔。 【答案】(1) 0 0 ' 2 PF v  ；(2) 2 0 0 2mvt P  ；(3) 2 0 0 0 32' mvxt v P   【解析】 【详解】(1)设列车运行过程中受到的阻力大小为 F 0 02P Fv 启动过程中 2 8F F ma  设第 3 节和第 4 节间的相互作用力的大小为 'F ，对第 1、2，3 节 3' 38 FF F ma   得 0 0 ' 2 PF v  (2)匀加速运动过程 v at 02 2P Fv 解得 2 0 0 2mvt P  (3)列车第二次匀速行驶时 0 'P Fv 2 2 0 0 1 1' 8 ' 82 2Pt Fx mv mv     得 - 16 - 2 0 0 0 32' mvxt v P   18. 如图所示，质量为 3 m 的小圆环 A 套在足够长的光滑水平杆上，位于水平地面上 M 点的正 上方；小物块 B 的质量为 m，通过长度为 L 的轻绳与 A 连接，初始时轻绳处于水平状态。某 时刻由静止释放 B，B 到达最低点时的速度恰好与水平地面相切，并且此时轻绳恰好在与 B 的连接处断裂，之后 B 在水平地面上向右运动，一段时间后在 N 点平滑进入内壁光滑的竖直 固定细圆管，圆管的半径 R＝ 20 L ，B 在 N 点平滑离开圆管时的速度可能向左，也可能向右。 已知物块 B 与水平地面间的动摩擦因数为 0.1，重力加速度为 g，求： (1)轻绳断裂时物块 A、B 各自的速度大小； (2)物块 B 由静止释放至最低点的过程中的位移大小； (3)若 M、N 两点间的距离也为 L，物块 B 刚过 N 点时对圆管的压力大小； (4)以 M 点为坐标原点，水平向右为正方向建立直线坐标系 Ox，N 点的坐标用 xN 表示，写出 物块 B 在水平地面上的速度减为零时的坐标 x 与 xN 的关系式。 【答案】(1) 1 3 2 2 gLv  ， 2 2 2 gLv  ；(2) 17 4x L  ；(3) 4mg ；(4)见解析 【解析】 【详解】(1)物块开始释放至轻绳断裂 2 2 1 2 1 1 2 3 2 mmgL v mv   1 2 03 m v mv  得轻绳断裂时物块 A 的速度大小 1 3 2 2 gLv  得轻绳断裂时物块 B 的速度大小 - 17 - 2 2 2 gLv  (2)物块 B 自开始释放至最低点的过程，设 A 水平方向位移大小为 1x ， B 水平方向位移大小为 2x 1 23 m x mx 1 2x x L  物块 B 的位移大小 2 2 2x x L   得 17 4x L  (3)自轻绳断裂至 B 到达 N 点 1 2 2 2 1 1( 2 2) NLmg v vx m m   得 3 20N gLv  物块 B 刚过 N 点时 2 N N mvF mg R   由牛顿第三定律，物块 B 刚过 N 点时对圆管的压力 ' N NF F 得 ' 4NF mg (4)设 M 、 N 两点间的距离为 0x 时，物块 B 到达圆管最高点时的速度恰好为零   2 0 1 2 12 0 2mg x x mg R mv      得 - 18 - 0 0.75x L 设物块 B 在水平地面上运动的总路程为 3x 2 3 2 10 2mgx mv   得 3 2.5x L ① N 点的坐标 0Nx x 时，物块 B 速度为零时的坐标 3 1 1.75x x x L   ② N 点的坐标 Nx 满足 0 3 1Nx x x x  时， 1 32 Nx x x x   解得 2 1.75Nx x L  物块 B 速度为零时的坐标 2 1.75Nx x L  ③ N 点的坐标 3 1Nx x x  时，物块 B 速度为零时的坐标 3 1 1.75x x x L  