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- 2021-05-26 发布
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河北省石家庄市2020届高三下学期质量检测
(二模)
一、选择题
1.如图所示,一轻绳跨过光滑的定滑轮,一端与质量为10kg的吊篮相连,向另一端被站在吊篮里质量为50kg的人握住,整个系统悬于空中并处于静止状态。重力加速度g=10m/s2,则该人对吊篮的压力大小为( )
A. 150N B. 200N C. 300N D. 350N
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
设轻绳的拉力为F,对整体进行受力分析,根据平衡条件有
将m=10kg,M=50kg代入解得F=300N
再对人进行受力分析,根据平衡条件有
解得
因力的作用是相互的,可知该人对吊篮的压力大小为200N,故B正确,ACD错误。
故选B。
2.一个氘核和一个氚核结合成一个氦核,同时放出一个中子,其聚变反应方程为。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3,光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】
分析】
【详解】
反应过程释放的核能为
根据爱因斯坦质能方程有
解得质量亏损为,故B正确,ACD错误。
故选B。
3.如图所示,两个闭合正方形线圈a、b用粗细相同的同种导线绕制而成,匝数相同,线圈a的边长为线圈b边长的3倍,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,下列说法正确的是( )
A. a、b线圈中均产生顺时针方向的感应电流
B. a、b线圈中感应电动势之比为3:1
C. a、b线圈中感应电流之比为3:4
D. a、b线圈中电功率之比为27:1
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A.根据楞次定律可知,原磁场向里增大,则感应电流磁场与原磁场方向相反,因此感应电流为逆时针,故A错误;
B.根据法拉第电磁感应定律可知
由题知,两线圈匝数n相同,也相同,故,故B错误;
C.由题知,两线圈的横截面积S0相同,电阻率也相同,根据电阻定律有
导线长度为
故电阻之比为
根据欧姆定律有
故电流之比为,故C错误;
D.根据电功率
因电动势之比为9:1;电阻之比为3:1;则电功率之比为27:1,故D正确。
故选D。
4.如图所示,边长为L的等边三角形ABC内、外分布着两方向相反的匀强磁场,三角形内磁场方向垂直纸面向外,两磁场的磁感应强度大小均为B。顶点A处有一粒子源,粒子源能沿∠BAC的角平分线发射不同速率的粒子,粒子质量均为m、电荷量均为+q,不计粒子重力及粒子间的相互作用力,则发射速度v0为哪一值时粒子能通过B点( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】粒子带正电,且经过B点,其可能的轨迹如图所示
所有圆弧所对圆心角均为60°,所以粒子运行半径
r=(n=1,2,3,…)
粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得
qvB=m
解得
(n=1,2,3,…)
由此可知,的粒子能通过B点,故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
5.2019年10月8日,瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔物理学奖的一半授予瑞士天文学家米歇尔·麦耶与迪迪埃·奎洛兹,以表彰他们发现了围绕主序星的首颗太阳系外行星。假设该行星的半径为R,其赤道处的重力加速度为极地处重力加速度的k倍(k<1)。若认为该行星为球体且质量分布均匀,则该行星的同步卫星距离其表面的高度为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】
【详解】设行星的质量为M,自转角速度为,其极地处的重力加速度为g,对质量为m的物体处于极地时,万有引力等于重力,则有
处于赤道时,则有
设同步卫星的质量为m1,距离地面的高度为h,根据万有引力提供向心力得
联立解得
故A正确,BCD错误。
故选A。
6.如图所示,质量分别为6m和2m的A、B两木板叠放在水平桌面上,木板B与桌面间的动摩擦因数为,木板A与木板B间的动摩擦因数为,木板A和木板B的加速度大小分别用a1、a2表示,木板A与木板B间的摩擦力大小用f1表示,木板B与桌面间的摩擦力大小用f2表示,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,已知重力加速度为g。当水平力F作用在木板A上时,下列反映a1、a2和f1、f2随拉力F变化的图线可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】BC
【解析】
【详解】A与B间的最大静摩擦力为
B与地面间的最大静摩擦力为
当拉力时,A、B两物块静止不动,则
当A与B刚要发生相对滑动时,B与地面间的摩擦力为滑动摩擦力,B产生的最大加速度为
设此时的拉力为F,对A根据牛顿第二定律有
解得
F=24μmg
所以当拉力时,A、B没有发生相对滑动,B与地面间的摩擦力为滑动摩擦力,有
大小不变,对B分析,根据牛顿第二定律可知
解得
逐渐增大;对A、B整体有
当且拉力继续增大时,B做匀加速运动,A做加速度增大的加速度运动,对A根据牛顿第二定律有
此时图线的倾斜程度更大,两个接触面的摩擦力都为滑动摩擦力,保持不变,故BC正确,AD错误。
故选BC。
7.如图所示,倾角为30°的斜面体固定在水平地面上,斜面底端正上方某高度处有一小球以水平速度v0抛出,恰好垂直打在斜面上,已知重力加速度为g,不计空气阻力。下列说法正确的是( )
A. 小球从抛出到落在斜面上的运动时间为
B. 小球从抛出到落在斜面上的运动时间为
C. 小球抛出时距斜面底端的高度为
D. 小球抛出时距斜面底端的高度为
【答案】AD
【解析】
【详解】AB.设小球打到斜面上的时间为t,恰好垂直打在斜面上,根据几何关系可得
解得,故A正确,B错误;
CD.小球垂直打到斜面上,根据平抛运动规律,则有
,
小球落在斜面上,根据几何关系得
将代入,交联立解得,故C错误,D正确。
故选AD。
8.如图,MN和PQ是固定在水平面上电阻不计的平行金属导轨,其间距为L,导轨弯曲部分光滑,水平部分粗糙,右端接一个阻值为R的定值电阻。水平部分导轨区域存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。质量为m、电阻也为R的金属棒从高为h处由静止释放,在水平导轨上运动距离d时恰好停止。己知金属棒与导轨水平部分间的动摩擦因数为,金属棒与导轨间接触良好,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A. 金属棒克服安培力做功等于金属棒产生的焦耳热
B. 金属棒克服安培力做功与克服摩擦力做功的和为mgh
C. 金属棒产生的焦耳热为
D. 金属棒在电场中运动的时间为
【答案】BCD
【解析】
【详解】A.根据功能关系知,金属棒克服安培力做的功等于金属棒以及电阻R上产生的焦耳热之和,故A错误;
B.设金属棒克服安培力所做的功为W,对整个过程,由动能定理得
解得,故B正确;
C.由B项可解得金属棒克服安培力所做的功为
则电路中产生的总的焦耳热
则属棒产生的电热为,故C正确;
D.金属棒在下滑过程中,其机械能守恒,由机械能守恒定律得
得,金属棒经过磁场通过某界面的电量为
根据动量定理
其中
解得
故D正确。
故选BCD。
二、非选择题
(一)必考题
9.某实验小组“探究小车加速度与所受合外力关系”的实验装置如图甲所示,长木板放置在水平桌面上,拉力传感器固定在小车上。他们多次改变钩码的个数,记录拉力传感器的读数F,并利用纸带数据求出加速度a。
(1)该实验______(选填“需要”或“不需要”)满足钩码总质量远小于小车和传感器的总质量。
(2)如图乙所示为实验中得到的一条纸带,两计数点间还有四个点未画出,已知交流电频率为50Hz,可求出小车的加速度大小为_________m/s2(结果保留三位有效数字)。
(3)以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的图象如图丙所示,其中横轴截距为F0,求得图线的斜率为k,若传感器的质量为m0,则小车的质量为_________。
【答案】 (1). 不需要 (2). 2.01 (3).
【解析】
【详解】(1)[1]不需要,因为拉力可以直接用拉力传感器读出来;
(2)[2]两相邻计数点间还有四个点未画出,说明相邻计数点间的时间间隔为T=0.1s,根据逐差法
可得加速度为
代入数据解得
(3)[3]设小车的质量为m,所受滑动摩擦力为f,以传感器和小车为研究对象,根据牛顿第二定律有
变形得
则图线的斜率为
解得小车的质量为
10.某小组做描绘小灯泡伏安特性曲线的实验,可供选用的器材如下:
①小灯泡L(标有“3.8V、2W”)
②电流表A(量程0~0.6A,内阻约为0.5)
③电压表V(量程0~l5V,内阻约为20k)
④滑动变阻器R(阻值范围0~5)
⑤电源E(电动势为4.5V,内阻约为1)
⑥开关S及导线若干
(1)某同学设计了如图甲所示的电路进行测量,请将图乙中的实物图补充完整。
(2)某同学在实验中发现,由于电压表的量程较大而造成读数误差很大,因而影响了测量结果。于是又从实验室找来一量程、内阻Rg=5000的灵敏电流计,把该灵敏电流计改装成量程为5V的电压表,则需串联一个阻值为____________Ω的电阻。
(3)某同学用改装后的电压表进行实验,得到电流表读数I1和灵敏电流计读数I2,如下表所示。请在图丙中的坐标纸上画出图线。
I1(A)
0
020
0.31
0.38
0.43
0.46
0.49
0.50
……
I2(A)
0
10
20
30
40
50
60
70
……
(4)若将该小灯泡接在如图丁所示的电路中,已知电源的电动势,内阻r=1.5,定值电阻R0=2.5,则小灯泡消耗的电功率约为__________W(结果保留两位有效数字)。
【答案】 (1). (2). (45000)
(3). (4). 0.57(0.50~0.59均可)
【解析】
【详解】(1)[1]根据实验电路图,进行实物图连接,如图所示
(2)[2]设需要串联的电阻阻值为Rx,则有
Ig(Rg+Rx)=5V
代入数据可得Rx=Ω(45000Ω)
(3)[3]根据表中所给数据,画出图线如图所示
(4)[4]将定值电阻R0看做该电源的内阻的一部分,则内阻4.0Ω,由此可得路端电压
在I1-I2图线所在坐标纸上作出该I-U图象如图中红线所示
可知其交点坐标表示的电流约I1=0.38A,,则电压为
所以该小电珠消耗的功率约为
P=UI=0.38×1.5W=0.57W;(0.50~0.59均可)
11.如图所示,长度为L的绝缘细线将质量为m、电荷量为q的带正电小球悬挂于O点,整个空间存在水平向右、电场强度大小为(其中g为重力加速度)的匀强电场,小球可视为质点。
(1)若将小球在A点由静止释放,求细线摆起的最大角度;
(2)若小球在最低点A获得一水平向右速度,为使小球运动过程中细线不松弛,求该速度大小应满足的条件。
【答案】(1)120°;(2)或
【解析】
【详解】(1)若将小球在A点静止释放,细线摆起的最大角度为,此过程由动能定理得
解得,所以
(2)小球所受重力电场力的合力大小为
与水平方向的夹角为,则有
解得
如果小球获得水平速度v1后刚好能做完整的圆周运动,在速度最小的位置B(如图1)满足
小球从A点运动到B点,由动能定理得
联立解得
如果小球获得水平速度v2后来回摆动,则小球刚好能到达C点或D点(如图2),则小球从A点运动到C点,由动能定理得
或小球从A点运动到D点,由动能定理得
联立解得
综上可得或,细线均不会松弛。
12.如图所示,在光滑的水平地面上,质量为1.75kg
的木板右端固定一光滑四分之一圆弧槽,木板长2.5m,圆弧槽半径为0.4m,木板左端静置一个质量为0.25kg的小物块B,小物块与木板之间的动摩擦因数=0.8。在木板的左端正上方,用长为1m的不可伸长的轻绳将质量为1kg的小球A悬于固定点O。现将小球A拉至左上方,轻绳处于伸直状态且与水平方向成=30°角,小球由静止释放,到达O点的正下方时与物块B发生弹性正碰。不计圆弧槽质量及空气阻力,重力加速度g取10m/s2。求:
(1)小球A与物块B碰前瞬间,小球A的速度大小;
(2)物块B上升的最大高度;
(3)物块B与木板摩擦产生的总热量。
【答案】(1)5m/s;(2)0.8m;(3)7J
【解析】
【详解】(1)设轻绳长为L,小球A自由落体L时,轻绳刚好再次伸直,此时速度为v1,根据自由落体运动规律,可得
轻绳伸直后瞬间小球A速度为
轻绳刚好再次伸直后到最低点,由动能定理
联立解得
(2)小球A与物块B弹性碰撞,由动量守恒及机械能守恒得
联立解得,
物块B在最高点时,与木板水平共速,木板速度为v6,设物块B升高最大高度为h
,板长为L1,由水平方向动量守恒及能量关系得
联立解得h=0.8m
因0.8>0.4,物块B飞出圆弧槽。
(3)假设物块B最终能停在木板上,物块B与木板速度共同速度仍为v6,物块B在木板上相对木板滑行路程设为x,由能量关系得
解得x=3.5m
因3.5m<5m,故物块B最终能停在木板上,产生总热量为
J
【物理选修3-3】
13.关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A. 对于一定质量的理想气体,从外界吸收热量,其内能不一定增加
B. 两个相距无穷远的分子在靠近的过程中,分子势能可能先减小后增大
C. 相同质量的两物体,升高相同的温度,内能的增加量一定相同
D. 物体的内能改变时,温度可能不变
E. 内能与物体的温度和体积有关,所以温度不变,体积变大,内能一定变大
【答案】ABD
【解析】
【详解】A.根据热力学第一定律
一定质量的理想气体从外界吸收热量,若同时对外做功,其内能不一定增大,故A正确;
B.两个相距无穷远的分子,仅在分子力作用下,若由静止开始逐渐接近,直到不能再接近为止,开始分子力表现为引力,分子力做正功,分子势能减小,当分子间的距离小于r0,分子力表现为斥力,距离减小,分子力做负功,分子势能增加,所以分子势能先减小后增大,故B正确;
C.物体的内能与物体的温度、体积、分子数等因素均有关,相同质量的两种物体,体积和分子数不一定相同,升高相同的温度,内能增量不一定相同,故C错误。
D.一个物体内能改变,温度可能不变;比如晶体在熔化过程中,吸热内能增加,但温度不变,故D正确;
E.内能与温度和体积都有关,当温度不变,体积变大,分子间距增大,则分子势能可能减小,故内能不一定变大,故E错误。
故选ABD。
14.如图甲所示,一定质量的理想气体被质量m=2kg的活塞封闭在导热良好的气缸内,气缸横截面积S=0.001m2,内壁光滑。气缸开口向上放在水平地面上,活塞下表面与气缸底部的距离L0=33cm,此时气体的温度为300K。已知外界大气压强p0=l.0×105Pa,并始终保持不变,重力加速度g取10m/s2。
①若气体的温度保持不变,将气缸缓慢地沿顺时针方向转到与水平面夹角=30°靠在墙上,如图乙所示,求此时活塞下表面与气缸底部的距离L;
②气缸保持如图乙位置不变,若将气缸内气体的温度缓慢升高到360K时,为使活塞下表面与气缸底部的距离仍为L,应在活塞上表面放置质量多大的物块。
【答案】①36cm;②4.4kg
【解析】
【详解】①初始时气缸放在水平地面上,根据平衡条件有
解得此时内部气体的压强
当气缸缓慢地沿顺时针方向转到与水平面成30°角靠在墙上时,
根据平衡条件有
解得此时内部气体的压强
由玻意耳定律得
解得L=36cm
②气体发生等容变化,设末态气体的压强为p3,由查理定律得
解得Pa
应在活塞上表面放置质量为的物块,根据平衡条件有
解得4.4kg
【物理选修3-4】
15.甲、乙两列同种简谐横波在某种均匀介质中传播,如图所示为t=0时刻两列波恰好在坐标原点相遇时的波形图。已知甲波的频率为4Hz,沿x轴正方向传播,乙波沿x轴负方向传播,则下列说法正确的是( )
A. 乙波的频率为4Hz
B. 乙波的传播速度为8m/s
C. 两列波叠加后,x=0处的质点振幅为10cm
D. 两列波叠加后,x=0.5m处为振动加强点
E. t=0.25s时,x=0处的质点处于平衡位置,且向上运动
【答案】ABE
【解析】
【分析】
【详解】
A.甲、乙两列简谐横波在同种均匀介质中传播,波速相等,由图知,λ甲=2m,λ乙=2m,由
知甲、乙两波的频率之比为1:1,即为f乙=f甲=4Hz,故A正确;
B.乙波的传播速度为
v乙=λ乙f乙=2×4m/s=8m/s
故B正确;
C.两列波叠加后,在x=0处的质点振动加强,振幅为
A0=A甲+A乙=10cm+20cm=30cm
故C错误;
D.因两列波的速度相等,故两列波叠加后,在x=0.5m处是波峰与波谷相遇,属于振动减弱点,故D错误;
E.两波周期为
t=0时刻,x=0处的质点处于平衡位置,且向上运动。因为t=0.25s=T,所以经一个周期后,x=0处的质点仍处于平衡位置,且向上运动,故E正确。
故选ABE。
16.如图所示,ABCDE为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面,该种材料的折射率,AE是一半径为R的圆弧,O点为圆弧圆心,OBCD构成长方形,已知,,BF=R,光在真空中的传播速度为c。在O处有一点光源,光线从点光源经圆弧AE射入柱形光学元件。求:
①从F点射出光线的折射角正弦值;
②若不考虑发生折射时的反射光线,求光线在柱形光学元件中传播的最长时间。
【答案】①;②
【解析】
【详解】①设射向F点的光线入射角为,折射角为,如图所示
则有
根据折射定律有
解得
②设光线发生全反射的临界角为C,则有
根据三角函数知识可得
分析可知,当恰好发生全反射时,路程最长,如图所示
设光线在柱形光学元件中的路程为s,速度为v,根据
根据几何关系有
故时间
联立解得