河北省张家口市2021届高三上学期期末考试物理试卷 Word版含解析 22页

- 1 - 张家口市 2020～2021学年度第一学期期末教学质量监测 高三物理 一、单项选择题:本题共 7小题，每小题 4分，共 28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. 一辆质量为 2.0×103kg 的汽车在平直公路上行驶，它的加速度与位移关系图像如图所示，在 0～8m过程中汽车增加的动能为（ ） A. 1.2×104J B. 2.4×104J C. 3.6×104J D. 4.8×104J 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】由动能定理可得，增加的动能为 k= =W ma x E 合 再根据图象的面积关系，可得 3 412.0 10 (4 8) 2 J 2.4 10 J 2 E         故选 B。 2. 氢原子能级示意图如图所示。光子能量在 1.63eV~3.10eV光为可见光。要使大量处于 n=2 能级的氢原子被激发后可辐射出两种可见光光子，氢原子吸收的能量为（ ） - 2 - A. 1.89eV B. 2.55eV C. 10.2eV D. 12.09eV 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】由题意可知，当处于 n=2 能级的氢原子被激发后，若变成 n=4 能级的氢原子，由于 氢原子不稳定，可辐射出两种可见光光子。则氢原子吸收的能量为 4 2 0.85eV ( 3.40eV) 2.55eVE E E       故 ACD 错误，B正确。 故选 B。 3. 如图所示，长木板放在水平地面上，一人站在木板上通过细绳向左上方拉木箱，三者均保 持静止状态，已知细绳的拉力为 F，细绳与水平面夹角为 30°，长木板、人与木箱质量均为 m， 重力加速度为 g，下列说法正确的是（ ） A. 长木板对地面的压力大于 3mg B. 地面对长木板的摩擦力水平向右 C. 长木板对人的摩擦力等于 3 2 F D. 人和木箱受到的摩擦力相同 - 3 - 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】A. 选长木板、人与木箱整体为研究对象，长木板对地面的压力等于 3mg，A错误； B. 选长木板、人与木箱整体为研究对象，整体无运动趋势，地面对长木板没有摩擦力，B错 误； C. 取人为研究对象，由平衡条件得 f 3cos30 2 F F F o C正确； D. 木箱受到的摩擦力向右，人受到的摩擦力向左，人和木箱受到的摩擦力大小相等，方向相 反，D错误。 故选 C。 4. 如图所示，在水平面上固定一倾角θ=30°光滑斜面，斜面底端固定一挡板 C，两个质量均 为 m的物块 A、B用轻弹簧相连，静止在斜面上。现用一平行于斜面向上的拉力 F拉物块 A， 在物块 B恰好离开挡板 C的瞬间撤去力 F，重力加速度为 g，则撤去力 F的瞬间（ ） A. 物块 A的加速度为零 B. 物块 A的加速度为 2 g ，方向沿斜面向下 C. 物块 B的加速度为 2 g ，方向沿斜面向上 D. 物块 B的加速度为零 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】撤去力 F前，弹簧的弹力为 - 4 - sinkx mg  撤去力 F的瞬间 Bsinkx mg ma  Asinkx mg ma  解得 B 0  ， Aa g ，方向沿斜面向下 故选 D。 5. 如图所示，一理想变压器原线圈连接正弦交流电源、电阻 R1和电流表 A1，副线圈连接电压 表 V、电流表 A2和滑动变阻器 R2，电路中电表均为理想电表，将滑动变阻器 R2的滑片向下滑 动过程中，下列说法正确的是（ ） A. 电压表 V示数不变 B. 电流表 A1示数变小 C. 电流表 A2示数变小 D. 电流表 A1与电流表 A2示数比值不变 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】将变压器、R1、电流表 A1及电源等效成一个有内阻的电源，而电流表 A2、电压表和 R2为外电路，当滑动变阻器 R2的滑片向下滑动过程中，相当于外电路的电阻减小，电压表的 示数减小，电流表 A2的示数变大，由于 1 2 2 1 I n I n  电流表 A1与电流表 A2示数比值不变，因此电流表 A1示数也变大，ABC错误，D正确。 故选 D。 - 5 - 6. “嫦娥五号”在月球最大的月海风暴洋北缘的吕姆克山附近登陆，采集到月球土壤样品后，于 2020年 12月 17日成功带回地球供科学家研究。嫦娥五号从月球返回时，先绕月球做圆周运 动，再变轨返回地球。已知地球与月球的半径之比为 4:1，地球表面和月球表面的重力加速度 之比为 6:1，地球的第一宇宙速度为 7.9km/s，则从月球表面发射嫦娥五号的最小速度约为 （ ） A. 1.6km/s B. 6.4km/s C. 7.9km/s D. 38km/s 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】根据万有引力定律，可得 2 2 = =Mm vG m mg R R 解得，星球表面发射的最小速度约为 v gR 则月球表面发射嫦娥五号的最小速度约为 1 1 1 1= = = 1.6km/s 6 4 24 24 v g R g R g R v  月 月 地 地 地 地 地 故选 A。 7. 一边长为 L、质量分布均匀的正方形板 ABCD重为 G，现将此板的右下方裁去边长为 2 L 的 小正方形。如图所示用悬线系住此板的 A点，始时使 AB边处于水平位置，悬线处于绷直状 态，现将此板从图示位置由静止释放，则板从开始运动直至静止的过程中，板克服阻力所做 的功为（ ） - 6 - A 2 1 2 2 GL        B. 2 1 4 4 GL        C. 5 2 5 8 8 GL        D. 5 2 5 16 16 GL        【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 如图所示：设将板的右下方裁去边长为 2 L 的小正方形后，板的重心在 AO的连线上点 E处， 由杠杆平衡原理可知 3 2 1 4 4 4 G OE L G   解得： 2 12 OE L - 7 - 将此板从图示位置由静止释放，则板从开始运动直至静止的过程中，重心下降的高度为 2 2 2 2 5 2 5(1 ) (1 )( ) ( ) 2 2 2 12 12 12 h AE EG AE L L         由能量守恒定律可知，板克服阻力所做的功等于板减小的重力势能，为 3 3 5 2 5 5 2 5( ) ( ) 4 4 12 12 16 16pE Gh G L GL       故选 D。 二、多项选择题:本题共 3小题，每小题 6分，共 8分。在每小题给出的四个选项 中，有多项是符合题目要求的，全选对的得 6分，选对但不全的得 3分，有选错 的得 0分。 8. 如图所示，xOy坐标系内，第一象限存在水平向左的匀强电场。第二象限存在竖直向下的 匀强电场，y轴上 c点和 x轴上 d点连线为电场的下边界。相同的带电粒子甲、乙分别从 a点 和 b点由静止释放，两粒子均从 c点水平射入第二象限，且均从 c、d连线上射出，已知 ab=bc， 下列说法正确的是（ ） A. 带电粒子甲、乙在 c点速度之比为 2:1 B. 带电粒子甲、乙在 c点速度之比为 2 :1 C. 带电粒子甲、乙在第二象限电场内的位移比为 2 :1 D. 带电粒子甲、乙在第二象限射出电场时速度方向相同 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】AB．相同的带电粒子甲、乙分别从 a点和 b点由静止释放，两粒子均从 c点水平射 - 8 - 入第二象限，且均从 c、d连线上射出，已知 ab=bc，由 2 2tv ax 可得带电粒子甲、乙在 c点 速度之比为 : 2 1v v 甲 乙 : 故 A错误，B正确； C．甲乙两粒子从 c点水平射入第二象限，由平抛运动知识可知 0x v t ① 设位移与水平方向夹角为θ，甲乙两粒子位移与水平方向的夹角θ相同 2 0 0 tan 2 2 y a t a t x v t v       ② 0tan tany x v t   ③ 综合①②③可得 2 2 2 2 0 2 tan 1 tans x y v a       由 B可知，带电粒子甲、乙在第二象限电场内的位移比为 2︰1，故 C错误； D．设速度方向与水平方向夹角为α 0 tan a ta v   tan 2 tana  甲、乙在第二象限射出电场时速度方向与水平方向夹角α相同，故 D正确。 故选 BD。 9. 河北省张家口市风电装机容量累计突破了千万千瓦。草原天路景区风力发电机如图所示， 风力带动叶片转动，叶片再带动转子（磁极）转动，使定子（线圈不计电阻）中产生电流， 实现风能向电能的转化。已知叶片长为 l，风速为 v，空气的密度为ρ，空气遇到叶片旋转形成 的圆面后一半减速为零，一半原速率穿过，下列说法正确的是（ ） - 9 - A. 一台风力发电机获得风能的功率为 2 31 2 l v B. 一台风力发电机获得风能的功率为 2 31 4 l v C. 空气对一台风力发电机的平均作用力为 2 21 2 l v D. 空气对一台风力发电机的平均作用力为 2 21 4 l v 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】AB．建立一个“风柱”模型如图所示 风柱的横截面积为叶片旋转扫出的面积 2S l 经过 t风柱长度 x vt 所形成的风柱体积 2V l vt 风柱的质量 - 10 - 2m V l vt   根据动能定理，风力在这一段位移做的功 2 2 2 2 3 k 1 1 1 2 2 4 1 1 2 2 W E mv l vt v l v t      风柱的功率，即一台风力发电机获得风能的功率为 2 31 4 WP t l v  故 A错误，B正确； CD．根据动量定理可得 2 1 2 Ft m v l vt v     解得 2 21 2 F l v 故 C正确，D错误； 故选 BC。 10. 如图所示，一个带正电粒子，从静止开始经加速电压 U1加速后，水平进两平行金属板间 的偏转电场中，偏转电压为 U2，射出偏转电场时以与水平夹角为θ的速度进入金属板右侧紧邻 的有界匀强磁场，虚线为磁场的左边界，场范围足够大，粒子经磁场偏转后又从磁场左边界 射出，粒子进入磁场和射出磁场的位置之间的距离为 l，下列说法正确的是（ ） A. 只增大电压 U1，θ变大 B. 只增大电压 U2，θ变大 C. 只增大电压 U1，距离 l变大 D. 只增大电压 U2，距离 l变大 【答案】BC 【解析】 - 11 - 【分析】 【详解】AB．粒子先加速运动后做类平抛运动 2 1 0 1 2 qU mv 0 tan yv v   yv at 2qUa md  0 Lt v  解得 2 1 tan 2 U L U d   ，只增大电压 U2，θ变大，B正确，只增大电压 U1，θ变小，A错误； CD．在磁场中做匀速圆周运动 2vqvB m r  cos 2 l r  0 cosv v  2 1 0 1 2 qU mv 解得 12 2mqU l qB  ，只增大电压 U1，距离 l变大，C正确，只增大电压 U2，距离 l不变， D错误。 故选 BC。 三、非选择题:本题共 6小题，共 54分。第 1～14题为必考题，每个试题考生都 - 12 - 必须作答。第 15、16题为选考题，考生根据要求作答。 （一）必考题:共 42分。 11. 某同学设计了如图甲所示的实验装置来“验证机械能守恒定律”，通过电磁铁控制的小铁 球从 A处自由下落，光电门连接计时器可记录下小铁球的直径经过光电门 B时的挡光时间 t。 小铁球的质量 m=4×10-3kg、直径为 d，重力加速度 g=9.8m/s2。 (1)用游标卡尺测量小铁球的直径。如图乙所示，其直径 d=______mm； (2)当光电门 B与 A间距为 0.22m时，挡光时间 t=5×10-3s，则小球过光电门 B时的动能 Ek=______J，小铁球由 A到 B减少的重力势能 Ep=______J，在误差允许范围内，小铁球机械 能守恒。（计算结果保留三位有效数字） 【答案】 (1). 10.15 (2). 8.24×10-3 (3). 8.62×10-3 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]由图示游标卡尺可知，游标尺为 20分度，故精度为 0.05，主尺读数为 10mm， 游标尺读数为 0.05×3mm=0.15mm 其示数为 10mm+0.15mm=10.15mm (2)[2]小球过光电门 B时的动能为 22 3 2 3 3 k 3 1 1 1 10.15 104 10 8.24 10 J 2 2 2 5 10B dE mv m t                     [3]小铁球由 A到 B减少的重力势能为 3 3 p 9.8 0.224 1 8.62 J0 10E mgh        - 13 - 12. 简易多用电表的电路图如图所示，表头 G的满偏电流为 300μA，内阻为 70Ω。R1=10Ω， R2=20Ω，R3=1400Ω，E=1.5V，电源内阻忽略不计。虚线方框内为换挡开关，A端和 B端分别 与两表笔相连。该多用电表有 4个挡位。 (1)挡位调至“1”挡，表头满偏时，流经 A端和 B端的电流为______mA；挡位调至“2”挡， 表头满偏时，流经 A端和 B端的电流为______mA； (2)挡位调至“4”挡，表头满偏时，A、B两端电压为 3V，则电阻 R4=______Ω； (3)挡位调至“3”挡时，该挡位为欧姆挡“×1k”挡位，欧姆调零后，电阻 R5=______Ω 。 【答案】 (1). 3 (2). 1 (3). 2979 (4). 79 【解析】 【分析】 【详解】（1）[1] 挡位调至“1”挡，电表内部结构，表头与 R2串联，再与 R1并联，表头满偏 21 2( )G gR R gU U I RRU    通过 R1电流 1 1 1 R R U I R  则 1 3mAB gRAI I I   [2] 挡位调至“2”挡，电表内部结构，R2与 R1串联，再表头并联，表头满偏 1 2 1 2 g g gU I R I R R R R    串 则 - 14 - ' 1mAAB gI I I  串 （2）[3] 挡位调至“4”挡，电表内部结构，R2与 R1串联，再表头并联，再与 R4串联，表头 满偏，则干路上电流为 ' 1mAABI I 干 则 R2与 R1串联与表头并联电路两端的电压 ' g gU I R R4两端的电压 4 ' AR BU U U  则电阻 R4 4 4 2979ΩRR I U   干 （3）[4] 挡位调至“3”挡时，电表内部结构，R2与 R1串联，再表头并联，再与内部电源 R3、 R5串联，欧姆调零后，表头满偏，则干路上电流为 ' 1mAABI I 干 则 R3、R5串联两端的电压 35 g gU E I R  则有 3 5 35R I R U   干 解得 5 79ΩR  13. 如图所示，固定在水平面上两根相距 L=0.8m的光滑金属导轨，处于竖直向下、磁感应强 度大小 B=0.5T的匀强磁场中，导轨电阻不计且足够长。金属棒 a、b的质量均为 m=1kg、电 阻均为 R=0.1Ω，金属棒静置在导轨上且与导轨接触良好。现给 a一个平行导轨向右的瞬时冲 量 I=4N·s，最终两金属棒运动状态稳定且未发生碰撞，运动过程中金属棒始终与导轨垂直， 忽略感应电流对磁场的影响，求整个过程中: (1)金属棒 a产生的焦耳热； - 15 - (2)通过金属棒 a的电荷量； (3)金属棒 a、b之间的距离减少多少。 【答案】(1) 2J ；(2) 5C ；(3) 2.5m 【解析】 【分析】 【详解】(1)由动量定理得 I=mv0 解得 v0=4m/s 整个过程动量守恒 mv0=2mv1 解得 v1=2m/s 根据能量守恒 2 2 0 1 1 1= 2 2 2 mv mv Q  金属棒 a产生的焦热 Qa= 1 2 Q=2J (2)对 b，由动量定理得 1 0BILt mv  而 q It - 16 - 解得 q=5C (3)根据 E t    = 2 EI R q It 2 BL xq R   解得 △x=2.5m 14. 如图所示，空间中存在水平向右，场强大小 E=5×103N/C的匀强电场。水平皮带 BC的左 端与水平面 AB平滑相切于 B点，右端与一个半径为 R的光滑 1 4 圆弧轨道 CD水平相切于 C 点。AB=BC=R=1m，皮带顺时针转动，速率恒为 v=5m/s。现将一质量 m=0.5kg、带正电且电 荷量 q=1×10-3C的小滑块，从A点由静止释放，小滑块与AB段和BC段的动摩擦因数均为μ=0.2， 取 g=10m/s2。求: (1)滑块运动到水平面右端 B点时的速度大小； (2)小滑块运动到圆弧轨道底端 C点时所受的支持力大小； (3)小滑块对圆弧轨道 CD压力的最大值。（ 2取 1.4） 【答案】(1)4m/s；(2)22.5N；(3)28.5N 【解析】 【分析】 【详解】(1)AB段，由动能定理 21 0 2AB AB BEqx mgx mv   - 17 - 解得 vB=4m/s (2)小滑块滑上传送带，传送带速度大于滑块速度，摩擦力向右，由牛顿第二定律 Eq+μmg=ma1 解得 a1=12m/s2 加速到与传送带共速 2 2 1 12Bv v a x  解得 x1=0.375m 小滑块速度大于传送带速度后，摩擦力水平向左，由牛顿第二定律 Eq－μmg=ma2 得 a2=8m/s2 由 2 2 2 12 ( )C BCv v a x x   解得 35Cv  m/s 且 2 N C C vF mg m R   解得 FNC=22.5N (3)由于 Eq=mg 等效重力 2 2( ) ( ) 2mg Eq mg mg    当滑块从 C点开始沿圆弧运动的弧长对应的圆心角θ= 45 时，对轨道压力最大，则 - 18 - 2 N vF mg m R    由动能定理 2 21 1(1 cos 45 ) 2 2 Cmg R mv mv    解得 FN=28.5N 根据牛顿第三定律 FN′=28.5N （二）选考题:共 12分。请考生从 2道物理题中任选一题作答。如果多做，则按 所做的第一题计分。 15. 如图所示，一定质量的理想气体经历了 A→B→C的状态变化，下列说法正确的是（ ） A. A→B过程中，外界对气体做正功 600J B. A→B过程中，气体放出热量与外界对气体做功相等 C. B、C两状态，气体内能相等 D. B→C过程中，气体吸收热量与气体对外界做功相等 E. A→B→C整个过程中，外界对气体做功之和为零 【答案】ACD 【解析】 【分析】 【详解】A．A→B过程中，外界对气体做正功 4 315 10 4 10 J=600JW p V       选项 A正确； B．A→B过程中，温度降低，内能减小，则气体放出热量大于外界对气体做功，选项 B错误； C．B、C两状态，气体的 pV乘积相等，则气体温度相等，内能相等，选项 C正确； - 19 - D．B→C过程中，内能不变，体积变大，对外做功，则气体吸收热量与气体对外界做功相等， 选项 D正确； E．A→B→C整个过程中，外界对气体做功之和等于图形 ABCA包含的面积大小，不为零，选 项 E错误。 故选 ACD。 16. 如图所示，竖直放置导热良好的气缸缸体质量 m=10kg，轻质活塞横截面积 S=5×10-3m2， 活塞上部的气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的下表面与劲度系数 k=2.5×103N/m的弹簧 相连，活塞不漏气且与气缸壁无摩擦。当气缸内气体温度为 27℃时，缸内气柱长 l=50cm，气 缸下端边缘距水平地面 10 l 。已知大气压强 p0=1.0×105Pa，g取 10m/s2，则: ①当缸内气体温度缓慢降低到多少 K时，气缸下端边缘刚好接触地面? ②当缸内气体温度缓慢降低到多少 K时，弹簧恢复原长? 【答案】①270K；②205K 【解析】 【分析】 【详解】①气缸下端边缘恰好接触地面前，弹簧长度不变，气缸内气体压强不变，气体发生 等压变化 1 2 10 ll S lS T T      解得 T2=270K ②初态弹簧压缩 kx=mg - 20 - 解得 x=0.04m 初态气体压强，根据 p1S=mg+p0S 解得 p1=1.2×105Pa 末态气体压强为 p0，由理想气体状态方程 0 1 1 3 10 lp l x S p lS T T       解得 T3=205K 17. 如图所示为一波源在原点且沿 x轴传播的双向简谐横波在 t=0时刻的波形图，在此后 2s 内质点 A通过的路程为 16cm，下列说法正确的是（ ） A. 该波的周期为 1s B. 该波的波速为 2m/s C. A、B两点运动状态相同 D. A、B两点速度大小相等、方向相反 E. 经过相同时间，A、B两点经过的路程相等 【答案】ADE 【解析】 【分析】 【详解】A．此后 2s内质点 A通过的路程为 16cm，由质点一个周期内路程为 4个振幅的长度 可知质点走过的路程为 8个振幅的长度，因此运动时间为两个周期，该波的周期为 1s，选项 A 正确； - 21 - B．该波的波速为 4 m/s=4m/s 1 v T    选项 B错误； CD．A、B两点距离波源的距离分别为 4  和 3 4  ，则运动状态相反，A、B两点速度大小相等、 方向相反，选项 C错误，D正确； E．A、B两点都是从平衡位置开始振动，则经过相同时间，A、B两点经过的路程相等，选项 E正确。 故选 ADE。 18. 一半径为 R的玻璃球体的截面图如图所示，O为球心，AB为直径。一束单色光从 D点射 入球体，入射方向与 AB平行，光线射入球体后经过 B点，已知∠ABD=30，光在真空中的 传播速度为 c，求: ①此球体玻璃的折射率； ②从 D射入玻璃球后经过一次反射再射出的光线，在玻璃球中传播的时间。 【答案】①n= 3；② 6Rt c = 【解析】 【分析】 【详解】①此球体玻璃的折射率 sin 60 sin 30 n   解得 n= 3 ②光线从 D射入玻璃球后经过一次反射再射出经过的路程由几何关系得 2 2 cos30 2 3l R R   - 22 - 光在玻璃中传播速度 cv n  ，所用时间 l l nt v c    解得 6Rt c =