2021-2022学年河北省唐山市高三（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年河北省唐山市高三（上）期末物理试卷

1.     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

2.     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、，在斜面上运动时间分别为、，已知曲面和斜面均与光滑水平面平滑连接，则(    )

A.  B.  C.  D.

3.     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.

4.     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

5.     如图，理想变压器的原线圈匝数匝，接入电压的正弦交流电路中。副线圈匝数匝，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.

6.     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，周期为。不考虑其他天体的影响。已知引力常量为G，则有(    )

A.  B.  C.  D.

7.     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

8.     如图，一个质点以加速度做初速度为零的匀加速直线运动，3s后变为以加速度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，后2s图像与坐标轴围成的面积大小为，则下列说法正确的是(    )

A.  B.  C.  D.

9.     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

10. 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

11. 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。B端小球放在轻质勺形槽内，质量为。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、及两球距O点的距离、，除此之外，还需要测量的物理量有______。
    A.A球从释放到运动至最低点的时间t
    B.O点离地面的高度h
    C.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______。
12. 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______ mm。
    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4V，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______。
13. 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。

14. 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；
    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。

15. 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”。
16. U形管两臂粗细不等，左管开口向上，封闭的右管横截面积是开口的左管的3倍，管中装入水银，大气压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，如图所示．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，试求：
    ①右管中气体的最终压强
    ②活塞推动的距离．

17. 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”。

18. 如图，横截面为半径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。
    介质的折射率；
    光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间。

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，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求出中子数，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

故A错误，B正确；
CD、由题图可知，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、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、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，
物块从O点到弹簧压缩量为过程，由功能关系得：，
物块从释放到回到O点过程，由功能关系得：
解得：，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均不同，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条线：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

根据点电荷场强公式，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，结合点电荷电场的计算公式结算。
本题考查点电荷的电场计算，解题关键掌握点电荷电场的计算公式。
 

8.【答案】ACD 

【解析】解：A、根据图象斜率的物理意义，可得匀加速直线运动的加速度为：，故A正确；
B、根据图象斜率的物理意义，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，可得质点的末速度大小为：，故C正确；
D、根据图象面积的物理意义，可得前4s内图像与坐标轴围成的面积大小为，后2s图像与坐标轴围成的面积大小为，所以有，故D正确。
故选：ACD。
根据图象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；根据图象面积的物理意义求解。
本题考查图象的应用，要明确图象斜率及图象面积的物理意义。
 

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；注意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，由于对电容器充电，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，从何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】  

【解析】解：设O点离地面的高度为h，小球B被水平抛出后做平抛运动，
设B做平抛运动的初速度为，水平位移为x，运动时间为t，
水平方向：
竖直方向：
解得：
轻杆转动过程A、B做圆周运动的角速度相等，设角速度为，B抛出时A的速度大小是，
则，，
解得：
A、B从水平位置转到竖直位置过程，以杆的水平位置所在平面为零使面，
由机械能守恒定律得：
整理得：，
除测量、及两球距O点的距离、外，还需要测量：O点离地面的高度h和B球落地点与O点的水平距离x，故选BC。
系统重力势能的减少量，
动能的增加量
故答案为：；；。
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   

【解析】解：图甲螺旋测微器分度值为，测量其直径为；
该同学先用多用电表的欧姆挡相略测量园柱体的电阻，测量时选定档位后，红黑表笔短接进行欧姆调零，图乙所示圆柱体的电阻为；
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，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，则选择阻值较小的即可；电路如图：

②由电路可知
。
故答案为：欧姆调零，①图见解析，②
根据螺旋测微器读数规则读数；
根据实验原理掌握正确的实验操作，根据欧姆挡的读数规则读数；
根据电源电动势选择电压表，根据欧姆定律计算出电流的数值，由此选出合适的电学仪器，滑动变阻器采用分压式接法，设计实验电路图；分析电路图，根据欧姆定律和串并联特点求待测电阻表达式。
本题主要考查了金属的电阻率的测量，学会使用测量仪器，根据实验原理掌握正确的实验操作，利用欧姆定律计算出电流并由此选出合适的电学仪器进行实验。
 

13.【答案】解：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：
，
设物块A与B相碰前速度为，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：。
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，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

再次返回磁场有几何关系可知，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】减小  减小 

【解析】解：密闭于气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，缸内气体与外界无热交换说明，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，可知内能增加量，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小。
故答案为：减小，减小。
根据热力学第一定律公式，公式中表示系统内能的增加量，W表示外界对系统做的功，Q表示系统吸收的热量，题中气体膨胀对外界做功，即气体对外界做负功，故，气体与外界无热交换，故，从而判断出气体内能的变化，也就得到分子的平均动能的变化情况，知温度的变化，根据理想气体状态方程知压强变化从而知碰撞次数的变化。
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。
 

16.【答案】解：①设左管横截面积为S，则右管横截面积为3S，
以右管封闭气体为研究对象，初状态的压强为
体积为
末状态的压强为
从初状态到末状态，设左管水银面下降，设右管水银面上升，则


故
末状态的体积为
由等温变化有
由以上各式得   
②以左管被活塞封闭气体为研究对象，
初状态有：，体积为
末状态有：，体积为
由等温变化有 
由以上各式得 
活塞推动的距离 
答：①右管中气体的最终压强88 cmHg
②活塞推动的距离6 cm 

【解析】以粗管封闭气体为研究对象，气体发生等温变化，根据理想气体状态方程可求得最终压强；
再以左管气体为研究对象，气体发生等温变化，根据理想气体状态方程可求得气体体积，从而可得活塞推动的距离
本题关键确定封闭气体的初末状态的气压、温度、体积，然后结合理想气体状态方程列式后联立求解
 

17.【答案】50 减弱点 

【解析】解：A、B两点间距为10m，两列波从该时刻运动至相遇所用时间，波速；A、B连线中点位置处波峰与波谷相遇，属于振动减弱点。
故答案为：50；减弱点。
绳波匀速传播，根据求解波速；两个频率相同的简谐波发生干涉时，峰峰相遇、谷谷相遇处是振动加强点，峰谷相遇处是振动减弱点。
本题关键明确机械波匀速传播，学会用波的叠加原理判断质点的振动是加强还是减弱。
 

18.【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。