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2021_2022学年河北省唐山市高三（上）期末物理试卷（含答案解析）

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这是一份2021_2022学年河北省唐山市高三（上）期末物理试卷（含答案解析），共16页。

2021~2022学年河北省唐山市高三（上）期末物理试卷

钚是一种放射性元素，是原子能工业的重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂。钚239是经过中子照射蜕变形成的，蜕变方程为。再经历两次衰变形成钚239，则钚元素的质子数是( )

A. 88 B. 90 C. 94 D. 96

如图，质量相同的A、B两球可看成质点，分别由相同高度的固定光滑曲面和固定光滑斜面顶端静止释放。下滑至光滑水平面的过程中，A、B两球所受合力的冲量大小分别为I1、I2，在斜面上运动时间分别为t1、t2，已知曲面和斜面均与光滑水平面平滑连接，则( )

A. I1>I2 B. I1=I2 C. t1>t2 D. t1=t2

如图所示，一劲度系数为k的轻弹簧左端固定在竖直墙壁上，右端连接置于粗糙水平面的物块。此时弹簧自然伸长，物块位于O点。现用外力向左推动物块，当弹簧压缩量为x0时，使物块静止，然后由静止释放物块，物块到达O点时速度刚好为0。已知此过程中向左推动木块的外力所做的功为W。则此过程中弹簧的最大弹性势能为( )

A. W B. C. D.

2021“一带一路”年度汉字发布活动中，“互”字作为最能体现2021年“一带一路”精神内涵的汉字拔得头筹，成为年度汉字。如图为力学兴趣小组制作的“互”字形木制模型。模型分上下两部分，质量均为m。用细线连接两部分。当细线都绷紧时，整个模型可以竖直静止在水平地面上。其中连接a、b两点的细线为l，连接c、d两点的细线为n，重力加速度为g。则( )

A. 细线l对a点的作用力向上 B. 细线l的拉力等于细线n的拉力
C. 细线n的拉力大小等于mg D. 整个模型对地面的压力大小为2mg

如图，理想变压器的原线圈匝数n1匝，接入电压U1的正弦交流电路中。副线圈匝数n2匝，副线圈上接有“44V、20W”的定值电阻，则变压器的输入功率是( )

A. 5W B. 10W C. 20W D. 25W

瑞士天文学家迪迪埃奎洛兹因为“发现了围绕其他类太阳恒星运行的系外行星”而获得了2019年诺贝尔物理学奖。假设某一系外行星的半径为R，质量为M，公转半径为r，公转周期为T。一质量为m的宇宙飞船围绕该系外行星做匀速圆周运动，半径为r1，周期为T1。不考虑其他天体的影响。已知引力常量为G，则有( )

A. B. C. D.

如图，虚线是真空中某点电荷产生的电场中的一条直线，直线上a点的电场强度大小为E，方向与直线的夹角为，则这条直线上电场强度最大值为( )

A. B. E C. 2E D. 4E

如图，一个质点以加速度a1做初速度为零的匀加速直线运动，3s后变为以加速度a2做匀变速直线运动持续到6s末，质点的末速度大小变为v。若前4s内图像与坐标轴围成的面积大小为s1，后2s图像与坐标轴围成的面积大小为s2，则下列说法正确的是( )

A. a12
B. a22
C. v
D. s1=s2

在珠海举行的第13届中国航展吸引了全世界的军事爱好者。如图，曲线ab是一架飞机在竖直面内进行飞行表演时的轨迹。假设从a到b的飞行过程中，飞机的速率保持不变。则沿曲线ab运动时，飞机( )

A. 所受合力方向竖直向下 B. 所受合力大小不等于0
C. 飞机竖直分速度变大 D. 飞机水平分速度保持不变

如图，两条平行的金属导轨所在平面与水平面成一定夹角，间距为d。导轨上端与电容器连接，电容器电容为C。导轨下端与光滑水平直轨道通过绝缘小圆弧平滑连接，水平直轨道平行且间距也为d，左侧末端连接一阻值为R的定值电阻。导轨均处于匀强磁场中，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直导轨所在平面。质量为m，电阻为r，宽度为d的金属棒MN从倾斜导轨某位置由静止释放，保证金属棒运动过程始终与平行导轨垂直且接触良好，金属棒下滑到两个轨道连接处时的速度刚好是v，重力加速度为g，忽略导轨电阻，水平导轨足够长。则下列说法正确的是( )

A. 金属棒初始位置到水平轨道的高度为
B. 电容器两极板携带的最大电荷量为CBdv
C. 金属棒在水平轨道上运动时定值电阻产生的焦耳热为
D. 金属棒在水平轨道运动的最大位移

小明利用如图装置验证机械能守恒定律。图中AB为轻杆，O为固定转轴，A端小球固定于杆上，质量为mA。B端小球放在轻质勺形槽内，质量为mB。由静止释放后，轻杆从水平位置逆时针转动，轻杆转到竖直位置时被制动，B球被水平抛出。
实验时，小明首先测量了mA、mB及两球距O点的距离LA、LB，除此之外，还需要测量的物理量有______。
A球从释放到运动至最低点的时间t
O点离地面的高度h
B球落地点与O点的水平距离x
结合中的各物理量，轻杆从水平位置自由释放，利用上述测定的物理量和重力加速度g，可得系统重力势能减少量为______，动能增加量为______。
某兴趣小组要探究一种新材料制成的圆柱体的电阻，步骤如下：

用螺旋测微器测量其直径如图甲，由图可知其直径为__________。

该同学先用多用电表的欧姆挡粗略测量圆柱体的电阻，测量时选定挡位后，红黑表笔短接进行___________。当他用挡测量时，多用电表指针如图乙所示，则圆柱体的电阻为__________。

接下来，想精确地测量其电阻R，除待测圆柱体外，实验室提供的器材还有：

A.直流电源电动势，内阻不计

B.电流表量程，内阻约

C.电流表量程，内阻约

D.电压表量程，内阻

E. 电压表量程，内阻

F.滑动变阻器阻值范围，允许通过的最大电流

G.滑动变阻器阻值范围，允许通过的最大电流

H. 开关、导线若干。

①要在虚线框内画出电路原理图，并在图中标出所用仪器的代号。

②若所选电表测量数据分别为U、I，待测电阻精确值的表达式__________。

如图，可视为质点的两个物块A、B质量均为m，B物块静止在下端固定的轻质弹簧上，轻质弹簧劲度系数为k。物块A在弹簧原长位置从静止开始释放，忽略空气阻力，物块A与物块B碰撞后结为整体。已知碰撞时间极短，碰后整体具有的最大动能等于物块A碰前的最大动能，重力加速度为g，求：
两物块碰撞后的共同速度；
整体最大速度时，弹簧弹性势能增加了多少。

如图，顶角为的“V”字形区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场。OM上方存在电场强度大小为E的匀强电场，方向竖直向上。在OM上距离O点3L处有一点A，在电场中距离A为d的位置由静止释放一个质量为m、电荷量为q的带负电的粒子，经电场加速后该粒子以一定速度从A点射入磁场后，第一次恰好不从ON边界射出。不计粒子的重力。求：
粒子运动到A点时的速率v0；
匀强磁场磁感应强度大小B；
粒子从释放到第2次离开磁场的总时间。

如图为竖直放置的U形管，两侧均为粗细均匀的玻璃管，左管开口，右管封闭。但右管横截面积是左管的3倍，管中装入水银，大气压强为。开口管中水银面到管口距离为，且水银面比封闭管内高，封闭管内空气柱长为。现用小活塞把开口端封住，并缓慢推动活塞，使两管液面相平，推动过程中两管的气体温度始终不变，不计小活塞与管壁阻力，求：

右管中气体的最终压强；

活塞推动的距离。

如图，横截面为半径R的半圆形透明柱体与屏幕MN相切于B点，MN垂直于直径AB，一单色光以入射角射向圆心O，反射光线与折射光线恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为8。
介质的折射率；
光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间。

如图所示，汽车引擎盖被气弹簧支撑着。气弹簧由活塞杆、活塞、填充物、压力缸等部分组成，其中压力缸为密闭的腔体，内部充有一定质量的氮气，再打开引擎盖时密闭于腔体内的压缩气体膨胀，将引擎盖顶起，若腔体内气体于外界无热交换，内部的氮气可以视为理想气体，则腔体内气体分子的平均动能______选填“减小”或者“增大”，腔体内壁单位时间、单位面积被氮气分子碰撞的次数______选填“增多”、“减少”或“不变”。

一条弹性绳子呈水平状态，两端P、Q同时开始上下振动，一小段时间后产生的波形如图，两列波均可看成为简谐波，振幅均为1cm，A、B两点间距为10m，两列波从该时刻运动至相遇所用时间，则该绳波的波速是______，A、B连线中点位置是振动的______填写“加强点”或者“减弱点”。

答案和解析

1.【答案】C

【解析】解：经历两次衰变形成钚239，根据电荷数守恒、质量数守恒知钚元素的质子数为，故C正确，ABD错误。
故选：C。
根据电荷数守恒、质量数守恒求出钚元素的质子数。
明确核反应方程中质量数守恒和电荷数守恒，知道质量数等于质子数和中子数之和，要牢记这些基础知识点。

2.【答案】B

【解析】解：AB、设斜面高度为h，根据机械能守恒定律，对A、B两球均有：
滑至光滑水平面时速度为：
A、B两球质量相等，根据：
可知I12
故A错误，B正确；
CD、由题图可知，A做加速度越来越小的加速运动，B做匀加速直线运动，曲面和斜面的长度未知，则t1、t2无法比较，故CD错误。
故选：B。
根据机械能守恒定律解得AB滑至光滑水平面时速度，根据动量定理可比较冲量的大小，曲面和斜面的长度未知，则t1、t2无法比较。
本题考查动量定理的应用，解题关键掌握AB两球运动过程中机械能守恒。

3.【答案】B

【解析】解：设物块的质量为m，物块与地面间的动摩擦因数为，设弹簧的最大弹性势能为Ep，
物块从O点到弹簧压缩量为x0过程，由功能关系得：W=0+Ep，
物块从释放到回到O点过程，由功能关系得：Ep=0
解得：Ep，故B正确，ACD错误。
故选：B。
根据题意应用功能关系分析答题。
根据题意分析清楚物块的运动过程是解题的前提，应用功能关系即可解题。

4.【答案】D

【解析】解：细线只能提供沿细线的拉力，所以细线l对a点的作用力向下，故A错误；
对模型上部分受力分析，有
易知，细线l的拉力小于细线n的拉力，细线n的拉力大于mg，故BC错误；
D.对整个模型受力分析，有
根据牛顿第三定律，可知整个模型对地面的压力大小为mg，故D正确。
故选：D。
细线的拉力只能沿细线方向，对模型上部分受力分析，由，可知，细线l的拉力小于细线n的拉力，细线n的拉力大于mg；整个模型受力分析，有。
本题考查的是弹力的大小及方向问题，用到了整体法隔离法求弹力大小；由牛顿第三定律，得到整个模型对地面的压力大小为mg。

5.【答案】A

【解析】解：根据变压器电压之比等于匝数之比可得副线圈两端电压为：
定值电阻的阻值为：
则定值电阻消耗的实际功率为：
理想变压器的输入功率等于输出功率，则变压器的输入功率是5W，故A正确，BCD错误。
故选：A。
根据变压器电压之比等于匝数之比求出副线圈两端电压，再根据电功率的计算公式进行解答。
本题主要是考查了变压器的知识；解答本题的关键是知道理想变压器的电压之比等于匝数之比，知道理想变压器的输出功率决定输入功率且相等。

6.【答案】C

【解析】解：AB、开普勒第三定律适用条件是对应于同一颗中心天体运行的卫星，系外行星、宇宙飞船做圆周运动的中心天体不同，故AB错误；
CD、对宇宙飞船，由牛顿第二定律得：，解得：，故C正确，D错误。
故选：C。
根据开普勒第三定律适用条件分析AB选项；根据万有引力提供向心力求解CD选项。
本题主要是考查了万有引力定律及其应用；解答此类题目一般要把握两点：一是在星球表面，忽略星球自转的情况下，万有引力近似等于重力；二是根据万有引力提供向心力列方程进行解答。

7.【答案】D

【解析】解：根据题意可知，电场为点电荷电场，点电荷一定在a点电场强度方向的直线上，虚线是电场中的直线，这条直线上电场强度最大地方距离点电荷距离最小，如图

设Oa的距离为r，O点点电荷带电量为Q，根据几何关系可得：
根据点电荷电场强度公式，可知：
则这条直线上电场强度最大值：
故ABC错误，D正确。
故选：D。
根据题意可知，电场为点电荷电场，点电荷一定在a点电场强度方向的直线上，虚线是电场中的直线，这条直线上电场强度最大地方距离点电荷距离最小，结合点电荷电场的电场强度计算公式结算。
本题考查点电荷电场的电场强度计算，解题关键掌握点电荷电场的电场强度计算公式。

8.【答案】ACD

【解析】解：A、根据图像斜率的物理意义，可得匀加速直线运动的加速度为：，故A正确；
B、根据图像斜率的物理意义，可得匀减速直线运动的加速度为：，负号表示方向与正方向相反，故B错误；
C、从4s末开始沿反方向做匀加速直线运动，根据速度-时间公式，可得质点的末速度为：，即v，故C正确；
D、根据图像与时间轴围成的面积的物理意义，可得前4s内图像与坐标轴围成的面积大小为，后2s图像与时间轴围成的面积大小为，所以有，故D正确。
故选：ACD。
根据图像斜率的物理意义求解加速度；根据速度-时间公式，求得质点的末速度大小；根据图像与时间轴围成的面积的物理意义求解。
本题考查图像的应用，要明确图像斜率及图像与时间轴围成的面积的物理意义。

9.【答案】BC

【解析】解：飞机做曲线运动，所受合力方向指向轨迹的凹向，则合力方向不一定竖直向下，故A错误；
B.飞机做曲线运动，加速度不为零，则所受合力大小不等于0，故B正确；
飞机的速率保持不变，则向下运动时竖直分速度变大，水平分速度减小，故C正确，D错误。
故选：BC。
飞机做曲线运动，所受合力方向指向轨迹的凹向，则合力方向不一定竖直向下；飞机做曲线运动，加速度不为零，则所受合力大小不等于0，水平方向分速度减小，竖直方向速度增大。
本题主要是考查了物体做曲线运动的条件；知道物体做曲线运动时：初速度不等于零；合外力的方向与速度方向不在一条直线上，速度方向和合外力的方向应该分居在曲线的两侧。

10.【答案】BD

【解析】解：A、导体棒在斜轨上加速下滑时，对电容器充电，电路中有充电电流，导体棒由于受安培阻力，所以加速度小于，那么，那么，故A错误；
B、导体棒在斜轨上的最大速度为v，切割磁感线产生的感应电动势为，由电容的定义知，电容器的带电量，故B正确；
C、由能量守恒导体棒最终静止在水平轨道上，由能量守恒定律和焦耳定律可求电阻R上产生的热量，故C错误；
D、从滑上水平轨道到停止，对导体棒根据动量定理得：，而，结合，联立解得最大位移，故D正确。
故选：BD。
分析导体棒在斜轨道上的受力情况，由于不断对电容器充电，导体棒受到安培力，所以其加速度小于，从而可大致分析其下滑的高度；由电容的定义可求其电荷量。
到达水平轨道后，由能量守恒和焦耳定律判断电路中的焦耳热；
由动量定理求在水平轨道上滑行的距离。
对于安培力作用下导体棒的运动问题，如果涉及电荷量、求位移问题，常根据动量定理结合法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律列方程进行解答。

11.【答案】mAgLA-mBgLB ；

【解析】解：验证机械能守恒定律，需要测量系统重力势能的减少量和系统动能的增加量，系统动能的增加量需要测量小球B的速度，求平抛运动的初速度，需要B球抛出点到地面的距离和落地点与抛出点的水平距离x，因已有抛出点到点O的高度，只需测量出O与地面的高度h，不需要A球从释放到运动至最低点的时间t。

故选：BC。

轻杆从水平位置自由释放，系统重力势能的减少量：

B球到达抛出点的速度：

由图可知，两球转动的角速度相等，则此时A球的速度：

则系统的动能增加量：

故答案为：mAgLA-mBgLB ；
小球B被抛出后做平抛运动，应用平抛运动规律与机械能守恒定律求出实验需要验证的表达式，然后分析答题。
本题考查了系统机械能守恒的验证，通过实验的设计，运用重力势能的减小来转化为动能来验证。注意平抛运动的初速度的确定及两小球的速度不同，并知道两球转动的角速度相等，线速度之比等于转动的半径之比。

12.【答案】欧姆调零；①见解析 ②

【解析】用螺旋测微器测量其直径为

该同学先用多用电表的欧姆挡粗略测量圆柱体的电阻，测量时选定挡位后，红黑表笔短接进行欧姆调零。圆柱体的电阻为。

①电源电动势为4V，则电路可能出现的最大电流为，

则电流表选择A2，因电压表内阻已知，则采用安培表外接；滑动变阻器要接成分压电路，则选择阻值较小的R1即可。电路如图。

②由电路可知
故答案为：欧姆调零；①见解析 ②

13.【答案】解：B物块静止在下端固定的轻质弹簧上，轻质弹簧劲度系数为k，对B受力分析，根据平衡条件得：kx=mg，
设物块A与B相碰前速度为v0，物块A在弹簧原长位置从静止开始释放到与B相碰前，根据动能定理得：，
物块A、B碰撞时间极短，碰撞过程内力远大于外力，碰撞过程动量守恒，设碰后共同速度为v，根据动量守恒定律得：
联立解得：；
物块A、B碰撞后结为整体继续向下运动，当时，整体速度最大，则，
对整体，从碰撞完到最大速度过程中，根据能量守恒定律得：，
碰后整体具有的最大动能等于物块A碰前的最大动能，则
，
联立解得：Ep。
答：两物块碰撞后的共同速度为；
整体最大速度时，弹簧弹性势能增加了。

【解析】物块A下落过程中根据动能定理求解碰撞前的速度，根据动量守恒定律求解碰撞后的速度；
物块A、B碰撞后结为整体继续向下运动，当时，整体速度最大，根据能量守恒定律求弹簧弹性势能的增加量。
本题主要是考查了动量守恒定律和能量守恒定律。对于动量守恒定律，其守恒条件是：系统不受外力作用、某一方向不受外力作用或内力远大于外力。利用碰撞前、后系统的动量相等列方程，再根据能量关系列方程求解。

14.【答案】解：带电粒子由静止开始到达A点时，由动能定理可得：
解得：
作出粒子完整的运动轨迹图像如图所示

粒子在磁场中的运动轨迹的圆心为O1，轨迹与ON边界相切于D点，设轨迹半径为r，由几何关系可得：
即粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为：
设匀强磁场磁感应强度为B，由洛伦兹力充当向心力可得：
联立解得：
带电粒子从静止加速到A所用时间为：
带电粒子在磁场中运动的周期：
带电粒子在磁场中运动时间：
带电粒子再次进入电场再返回所用时间：
再次返回磁场由几何关系可知，以O点为圆心继续圆周运动至ON边界离开，
则再次做圆周运动的时间：
所以总时间为：
联立解得：
答：粒子运动到A点时的速率为；
匀强磁场磁感应强度大小为；
粒子从释放到第2次离开磁场的总时间为。

【解析】带电粒子由静止开始到达A点时，由动能定理可得粒子运动到A点时的速率；
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，结合几何关系可解得匀强磁场磁感应强度大小；
根据运动学公式解得粒子的运动时间求和即可。
本题考查带电粒子在组合场中的运动，解题关键掌握粒子的运动轨迹，根据粒子运动状态结合对应的运动学规律结合几何关系作答即可。

15.【答案】解：设左侧管横截面积为S，则右侧管横截面积为3S，以右侧管封闭气体为研究对象，
初状态压强为
体积为
末状态气体压强，从初状态到末状态，左侧管水银面下降，右侧水银面上升，
则

可得，
末状态体积
根据玻意耳定律
联立可得
以左侧管被活塞封闭的气体为研究对象，
初状态压强
体积
末状态压强
体积
由等温变化有
联立可得
所以活塞推动的距离
答：右管中气体的最终压强为88cmHg；

活塞推动的距离为19cm。

【解析】本题考查利用玻意耳定律解决液柱类问题。
以粗管封闭气体为研究对象，气体发生等温变化，根据玻意耳定律可求得最终压强。
再以左管气体为研究对象，气体发生等温变化，根据玻意耳定律可得气体体积，从而可得活塞推动的距离。
解题的关键是确定封闭气体的初末状态的气压、温度、体积，然后结合气体实验定律列式求解。

16.【答案】解：根据题意作出光路图

由b、c两束光线垂直，可得折射角为，根据折射定律有：，
光在介质中的传播速度：
由几何关系可知：
光线在柱体的传播时间：
光穿过柱体后传播时间：
则光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间
联立代入数据解得：
答：介质的折射率为；
光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间为。

【解析】根据折射定律结合几何关系可解得折射率；
光在介质中的传播速度为，分别解得光在柱体传播的时间和穿过柱体后传播的时间，再解得总时间。
本题考查光的折射，解题关键掌握光的折射定律，注意光在介质中传播速度的计算方法。

17.【答案】减小；减少

【解析】解：密闭于汽缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而W，缸内气体与外界无热交换说明Q，忽略气体分子间相互作用，说明内能是所有分子动能的总和。根据热力学第一定律，可知，故内能减小，温度降低，分子平均动能减小。
根据理想气体状态方程知压强减小，腔体内壁单位时间、单位面积被氮气分子碰撞的次数减少。
故答案为：减小；减少。

热力学第一定律的公式中，表示系统内能的增加量，W表示外界对系统做的功，当系统对外界做功时，W取负值，Q表示系统吸收的热量，当系统放出热量时，Q取负值。知道气体压强的微观解释即可知道分子碰撞器壁的次数。