2021-2022学年天津市南开区高三（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年天津市南开区高三（上）期末物理试卷

1.     在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重要的贡献，他们也创造出了许多的物理学研究方法，下列关于物理学研究方法的叙述中正确的是(    )

A. 理想化模型是把实际问题理想化，略去次要因素，突出主要因素，例如质点、位移等是理想化模型
B. 重心、合力和交变电流的有效值等概念的建立都体现了等效替代的思想
C. 用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，例如场强，电容，加速度都是采用比值法定义的
D. 根据速度定义式，当非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了类比的思想方法

2.     如图，天然放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，则(    )
    

A. ①电离作用最强，是一种电磁波
B. ②贯穿本领最弱，用一张白纸就可以把它挡住
C. 原子核放出一个①粒子后，形成的新核比原来的电荷数多1个
D. 原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少4，中子数比原来少2个

3.     与早期的电缆传输信息相比，光纤通信具有各方面压倒性的优势。日前光纤信号传输主要采用以下三种波长的激光：850nm、1310nm、1550nm，均大于红光波长。下列说法中正确的是(    )

A. 光纤通信利用的是光的折射原理
B. 光纤中的激光能使荧光物质发光
C. 若用红光照射某光电管能产生光电效应现象，光纤中的激光也一定可以
D. 若换用可见光传输信号，其在光纤中的传播速度比现有的三种激光都慢

4.     2012年10月，美国耶鲁大学的研究人员发现一颗完全由钻石组成的星球，通过观测发现该星球的半径是地球的2倍，质量是地球的8倍，假设该星球有一颗近地卫星，下列说法正确的是(    )

A. 该星球的近地卫星周期跟地球的近地卫星周期相等
B. 该星球近地卫星的速度是地球近地卫星速度的4倍
C. 该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的4倍
D. 该星球的密度是地球密度的2倍

5.     如图所示的实线为电场线，电场线分布及a、e两点均于直线对称，带电粒子仅在电场力作用下从a点沿虚线adb运动到b点，过直线时速度方向恰好与垂直，不计粒子重力，则下列说法正确的是(    )

A. a、e两点的场强相同 B. b点的场强为零
C. 带电粒子从a运动到b，其电势能增大 D. 过b点后带电粒子可能运动到c点

6.     如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中处的质点P以此时刻为计时起点的振动图像。下列说法正确的是(    )
    

A. 这列波沿x轴正方向传播
B. 这列波的传播速度是
C. 经过，质点Q的运动方向沿y轴负方向
D. 经过，质点Q距平衡位置的距离大于质点P距平衡位置的距离

7.     如图甲是线圈绕垂直于磁场的轴在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电压图像，把该交流电压加在如图乙中理想变压器的A、B两端。已知变压器原线圈Ⅰ和副线圈Ⅱ的匝数比为5：1，交流电流表和交流电压表均为理想电表，电阻，其他各处电阻不计。下列说法正确的是(    )
    

A. 在和时，穿过线圈的磁通量最大
B. 线圈转动的角速度为
C. 电压表的示数为
D. 电流表的示数为

8.     如图所示为回旋加速器的示意图。两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速。已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m、电荷量为q。下列说法正确的是(    )

A. 质子的最大速度不超过
B. 质子的最大动能为
C. 只增大磁感应强度B，回旋加速器仍可正常工作
D. 在不改变所加交变电源频率和磁场的情况下，可直接对氦核进行加速

9.     在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，如图a所示。
   
   关于该实验，下列说法正确的是______。
   A.单缝及双缝必须平行放置
   B.干涉条纹与双缝垂直
   C.干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关
   D.若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小
   某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时图，游标尺的示数如图c所示；第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时图，游标尺的示数如图e所示。已知双缝间距为，双缝到屏的距离为，则图c游标尺的示数为______ mm，两个相邻明纹或暗纹间的距离为______ mm。实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是______。所测单色光波长为______ m。
10. 在“多用电表的使用”实验中：
    如图1所示为一正在测量中的多用电表表盘，如果用电阻挡“”测量，则读数为______；如果用“直流5V”挡测量，则读数为______ V。
    甲同学利用多用电表测量电阻，他用电阻挡“”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为______填写选项前的字母。
    A.将选择开关旋转到电阻挡“”的位置
    B.将选择开关旋转到电阻挡“”的位置
    C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量
    D.将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“”
    乙同学利用多用电表测量图示电路中小灯泡正常工作时的有关物理量，以下操作正确的是______。
    
    A.将选择开关旋转到合适的电压挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡两端的电压
    B.将选择开关旋转到合适的电阻挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡的电阻
    C.将选择开关旋转到合适的电流挡，闭合开关，利用图3的电路测量通过小灯泡的电流
    D.将选择开关旋转到合适的电流挡，把图3中红、黑表笔接入电路的位置互换，闭合开关，测量通过小灯泡的电流
11. 如图所示，竖直平面内一倾角的粗糙倾斜直轨道AB与光滑圆弧轨道BC相切于B点，BC长度可忽略，且与传送带水平段平滑连接于C点。一质量的小滑块从A点静止释放，经B点最后从C点水平滑上传送带。已知A点离地高度，AB长，滑块与AB间的动摩擦因数，与传送带间的动摩擦因数，CD长度，圆弧轨道半径。若滑块可视为质点，不计空气阻力，，，。求：
    小滑块经过C点时对轨道的压力；
    当传送带以顺时针方向的速度转动时，小滑块从水平传送带右端D点水平抛出后，落地点到D点的水平距离。

12. 如图所示，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为L，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m的金属棒ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，ab棒与导轨之间的动摩擦因数为。ab棒在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离为s时，速度恰好达到最大值，运动过程中ab棒始终与导轨保持垂直。已知ab棒接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。求：
    棒的最大速度的大小和此时通过R的电流I；
    此过程通过电阻R的电量q和电阻R产生的焦耳热。
13. 在科学研究中，可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制．如图所示，某时刻在xOy平面内的第Ⅱ、Ⅲ象限中施加沿y轴负方向、电场强度为E的匀强电场，在第Ⅰ、象限中施加垂直于xOy坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场．一质量为m，电荷量为q的带正电的粒子从M点以速度沿垂直于y轴方向射入该匀强电场中，粒子仅在电场力作用下运动到坐标原点O且沿OP方向进入第象限．在粒子到达坐标原点O时撤去匀强电场不计撤去电场对磁场及带电粒子运动的影响，粒子经过原点O进入匀强磁场中，并仅在磁场力作用下，运动一段时间从y轴上的N点射出磁场．已知OP与x轴正方向夹角，带电粒子所受重力及空气阻力均可忽略不计，求：
    、O两点间的电势差U；
    坐标原点O与N点之间的距离d；
    粒子从M点运动到N点的总时间
    

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】解：A、理想化模型是抓主要因素，忽略次要因素得到的，质点是理想化模型，但是位移不是，故A错误．
B、重心、合力和交变电流的有效值等概念的建立都体现了等效替代的思想，故B正确；
C、用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，例如场强，电容，而加速度不是采用比值法．故C错误；
D、根据速度定义式，当非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了数学极限思想，故D错误．
故选：
理想化模型是抓主要因素，忽略次要因素得到的．
瞬时速度定义用了数学极限思想．
加速度不是采用比值法．
本题涉及了物理多种物理方法和数学方法，理想化模型，等效替代，比值定义法，这些都是老师在课上经常提到的，只要留意听课，这些很容易解答．
 

2.【答案】C 

【解析】解：A、①向右偏转，知①带负电，为射线，实质是电子，电离作用不是最强，故A错误．
B、②不带电，为电磁波，穿透能力最强，故B错误．
C、根据电荷数守恒知，原子核放出一个①粒子后，电荷数多1，故C正确．
D、③向左偏，知③带正电，为射线，原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少2，质量数少4，则中子数少2，故D错误．
故选：
根据粒子的偏转方向，确定三种射线的种类，结合射线的性质分析判断．
解决本题的关键知道三种射线的电性，以及知道三种射线的特点，知道三种射线的穿透能力和电离能力强弱．
 

3.【答案】D 

【解析】解：A、光纤通信中，内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射，利用光的全反射原理，故A错误；
BC、激光的波长大于红光，频率低，不能使荧光物质发光，若用红光照射某光电管能产生光电效应现象，光纤中的激光不一定发生光电效应，故BC错误；
D、可见光的波长短，频率高，在光学中的折射率大，根据可知传播速度小，故D正确。
故选：D。
光纤通信是利用光的全反射原理，具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点。根据题干信息，确定激光与红光之间波长、频率、波速等关系，从而判断发生光电效应的情况及光速大小。
本题考查了光纤通信知识，解题的关键是判断激光的频率小于红光，注意发生光电效应的条件。
 

4.【答案】A 

【解析】解：AB、根据万有引力提供向心力，，解得线速度：，周期：，因为星球的质量是地球质量的8倍，半径是地球半径的2倍，可知星球近地卫星的速度是地球近地卫星速度的2倍，周期是地球近地卫星周期的1倍，故A正确，B错误；
C、根据得，，因为星球的质量是地球质量的8倍，半径是地球半径的2倍，则重力加速度是地球表面重力加速度的2倍，故C错误；
D、根据密度公式可知，，星球的质量是地球质量的8倍，半径是地球的2倍，则体积是地球的8倍，可知星球的密度与地球的密度相等，故D错误。
故选：A。
根据质量和体积的关系求出密度的关系．根据万有引力等于重力得出重力加速度的表达式，从而求出重力加速度之比．
根据万有引力提供向心力求出近地卫星的周期和线速度，从而进行比较．
解决本题的关键掌握万有引力定律的两个重要理论：1、万有引力提供向心力，2、万有引力等于重力，并能灵活运用．
 

5.【答案】C 

【解析】解：电场线分布及a、e两点均于直线对称，则a、e两点的场强大小相等，方向不同，故A错误；
B.由图电场线分布可知，b点的场强不为零，故B错误；
C.由图可知，带电粒子从a运动到b，带电粒子受电场力方向指向曲线凹测，则与运动方向夹角大于，则电场力做负功，则电势能增加，故C正确；
D.根据题意及对称关系可知，过b点后带电粒子沿be运动，故D错误。
故选：C。
电场是矢量，当两点电场大小相等，方向相同时场强相同，根据轨迹的弯曲程度，判断出合力电场力的方向，再根据电场力方向和速度方向的夹角可判断电场力做功的正负，从而判断电势能的变化情况。
本题关键是根据运动轨迹来判断电场力方向，再根据电场力的方向和速度方向的夹角判断电场力做功的正负；同时掌握利用对称法来处理问题的能力。
 

6.【答案】ABC 

【解析】解：A、由乙图看出，时刻质点P的速度向下，由波形的平移法可知，这列波沿x轴正方向传播。故A正确。
B、由甲图知该波的波长，由乙图知，周期，则波的传播速度为，故B正确。
C、图示时刻Q点正沿y轴正方向运动，因，则经过，质点Q的运动方向沿y轴负方向。故C正确。
D、因，则经过时，质点P到达波峰，而质点Q位于平衡位置与波谷之间，故质点Q距平衡位置的距离小于质点P距平衡位置的距离。故D错误。
故选：ABC。
由两图分别读取波长和周期，从而求出传播速度；根据两个图象确定波的传播方向；根据时间与周期的关系判断Q的振动情况，同时比较Q与P的位移关系。
本题考查波的图象与振动图象的综合，抓住两种图象的物理意义是解题的关键，其次是波速与波长的关系公式要理解清楚。
 

7.【答案】BD 

【解析】解：A、由图甲所示图象可知，在、时，感应电动势最大，此时是磁通量的变化率最大，此时穿过线圈的磁通量为零，故A错误、
B、由图甲所示图象可知，交流电的周期，线圈转动的角速度，故B正确；
C、由图甲所示图象可知，变压器原线圈输入电压的峰值，变压器原线圈输入电压的有效值，
由理想变压器的变压比解得，副线圈电压，电压比示数为2V，故C错误；
D、由欧姆定律可知，流过副线圈的电流：，根据理想变压器的变流比解得原线圈电流，电流表读数为，故D正确。
故选：BD。
根据图甲所示图象求出感应电动势大小然后判断穿过线圈的磁通量大小；由图甲所示图象求出交流电的周期，然后求出线圈转动的角速度；由图甲所示图象求出交流电压的峰值，然后求出有效值，再根据变压器的电压比、变流比分析答题。
本题考查了变压器的构造和原理、正弦式电流的图象和三角函数表达等知识点。本题涉及到的公式比较多，记住这些公式，就能解决这道题。
 

8.【答案】AB 

【解析】解：A、质子出回旋加速器时的速度最大，此时质子轨迹半径为R，则最大速度所以最大速度不超过故A正确；
B、质子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，质子轨迹半径为R时，由牛顿第二定律得：
质子的最大动能，解得：，故B正确；
C、带电粒子在电场中加速，在磁场中偏转，电场的周期与粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期应相等，只增大磁感应强度，粒子做圆周运动的周期变小，与加速电场的周期不相等，回旋加速器不能正常工作，故C错误；
D、因质子与粒子，在磁场的运动周期发生变化，即在磁场的周期与在电场的周期不相等，不满足回旋加速器的工作原理，故D错误。
故选：AB。
回旋加速器运用电场来加速粒子、磁场来偏转粒子，根据洛伦兹力提供向心力可以求出粒子的最大速度，从而求出最大动能。
回旋加速器运用电场加速磁场偏转来加速粒子，在加速粒子的过程中，电场的变化周期与粒子在磁场中运动的周期相等。
理解回旋加速器的工作原理是解题的前提与关键，应用洛伦兹力公式、牛顿第二定律与动能的计算公式可以解题。
 

9.【答案】减小测量的误差   

【解析】解：、为使屏上的干涉条纹清晰，单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，故B错误，A正确；
CD、由公式可知，干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波长有关，绿光的波长小于红光的波长，则若用绿色滤光片代替红色滤光片，干涉条纹间距会变小，故C错误，D正确；
故选：AD。
由图c可知，游标卡尺的分度值为，不需要估读，则读数为；
由图e可知，游标卡尺的分度值为，不需要估读，则读数为；
由图b和图d可知，AB两条条纹间有4个间距，则两个相邻明纹间的距离为；
实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量的误差；
根据公式，代入数据可知，。
故答案为：；；；减少测量的误差；
根据实验原理掌握正确的实验操作；
根据游标卡尺的分度值结合图片得出对应的示数，结合之间的条纹间距求出，根据公式计算出单色光的波长。
本题主要考查了光的干涉，根据实验原理掌握正确的实验操作，结合公式计算出光的波长，计算过程中要注意单位的换算。
 

10.【答案】 

【解析】解：多用电表测电阻选取最上端的欧姆表刻度，欧姆表指针示数与挡位的乘积是欧姆表示数，则阻值为；测电压时，由于精度为，需要估读一位，根据量程“50”的刻度可知电压为。
欧姆挡测电阻时指针偏转角度过小是由于挡位过小，需选取大挡位，进行欧姆调零后再测阻值，故顺序为：A、D、C。
多用电表一定是红表笔电流流入、黑表笔电流流出，图2是测电压，图3是测电流，表笔位置正确，故选项AC正确，BD错误。
故答案为：，、D、不可以改变顺序、可以改变顺序
欧姆表指针示数与挡位的乘积是欧姆表示数；根据图示确定电压表的分度值，然后读出其示数；
欧姆挡测电阻时指针偏转角度过小是由于挡位过小，需选取大挡位，每次换挡需要欧姆调零；
多用电表一定是红表笔电流流入黑表笔电流流出。
解题注意对多用电表读数时，要先根据选择开关的位置确定其所测量的量与量程，然后根据指针位置读数，使用欧姆挡换挡需重新进行欧姆调零。
 

11.【答案】解：对小滑块从A至C过程，应用动能定理得：，
小滑块经过C点时，据牛顿第二定律得：，
代入数据解得：
根据牛顿第三定律可得滑块在C点对轨道的压力，方向竖直向下；
若传送带上全程加速，
根据牛顿第二定律得，解得滑块的加速度
根据速度-位移关系公式可得：，
代入数据解得：
故小滑块以传送带速度平抛，在竖直方向上有
水平方向上，有
联立代入数据解得：
答：小滑块经过C点时对轨道的压力为6N，方向竖直向下；；
当传送带以顺时针方向的速度转动时，小滑块从水平传送带右端D点水平抛出后，落地点到D点的水平距离为。 

【解析】对小滑块从A至C过程，应用动能定理求出到达C点速度，根据牛顿第二定律求解滑块对轨道的压力；
根据牛顿第二定律求出滑块的加速度，再根据速度-位移关系公式求出滑块到达D点的速度，然后利用平抛运动知识求解平抛的水平位移；
本题是一道力学综合题，分析清楚物体运动过程是解题的前提与关键，应用牛顿第二定律、动能定理、运动学公式即可解题。
 

12.【答案】解：导体杆匀速运动时速度最大，设此时的电流为I，
导体杆受到的安培力：，
导体杆匀速运动处于平衡状态，由平衡条件得：

解得：；
导体杆速度最大时感应电动势：
感应电流：
解得：；
由法拉第电磁感应定律得：

平均感应电流：
通过R的电荷量：
联立解得：；
ab棒从静止到最大速度过程中，根据动能定理得：
，
又，
，
联立解得：。
答：棒的最大速度的大小为，此时通过R的电流I为；
此过程通过电阻R的电量q为，电阻R产生的焦耳热为。 

【解析】当导体杆做匀速直线运动时速度最大，应用安培力公式求出安培力，应用平衡条件求出导体杆速度最大时通过R的电流大小。
应用法拉第电磁感应定律求出平均感应电动势，应用欧姆定律求出平均感应电流，应用电流的定义式求出通过R的电荷量；根据能量守恒求电路中的总焦耳热，再根据串联电路规律求R上产生的焦耳热。
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。
 

13.【答案】解：设粒子经过O点的速度为v，则
对于电子经过电场的过程，根据动能定理有：
解得：
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，运动轨迹如答图2所示
洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有：
解得：
根据几何关系可知，O与N之间的距离
设粒子在电场中从M点运动至O点所用时为，
根据牛顿第二定律可知：粒子在电场中的加速度
粒子通过O点时竖直方向速度，根据运动学公式有：
解得：
设粒子在磁场中从O点运动至N点用时为，粒子在磁场中运动的周期

解得：粒子从M点运动到N点的总时间
答：、O两点间的电势差U为；
坐标原点O与N点之间的距离d为；
粒子从M点运动到N点的总时间t为。 

【解析】由几何关系和速度的合成可以求出末速度，再由动能定理就能求出M、O两点之间电势差的大小；
从O点到N点，粒子做匀速圆周运动，由洛仑兹力提供向心力求出半径，再由几何关系及进入磁场的速度方向能求出从O点到N点的距离；
分别求出带电粒子在电场和磁场中的时间，两者相加就是带电粒子从M点运动到N点的总时间t。
本题是带电粒子先在电场中做类平抛运动，然后进入匀强磁场做匀速圆周运动的简单情况，只要准确选用相应规律，就能获得正确结果，但要注意的是两个过程的交界点--即O点的速度方向以及这点的速度矢量。