2021-2022学年天津市五校高三（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年天津市五校高三（上）期末物理试卷

1.     一质点沿x轴做直线运动，其vt图象如图所示。质点在时位于处，开始沿x轴正向运动。当时，质点在x轴上的位置为(    )
    

A.  B.  C.  D.

2.     挂灯笼的习俗起源于1800多年前的西汉时期，已成为中国人喜庆的象征。如图所示，由五根等长的轻质细绳悬挂起四个质量相等的灯笼，中间的细绳是水平的，另外四根细绳与水平面所成的角分别和。设悬挂端绳子拉力大小为，水平段绳子拉力大小为，灯笼质量为m，下列关系式中正确的是(    )

A.  B.  C.  D.

3.     如图所示为雷雨天一避雷针周围电场的等势面分布情况，在等势面中有A、B、C三点。其中A、B两点位置关于避雷针对称。下列说法中正确的是(    )

A. A、B两点的场强相同
B. C点场强大于B点场强
C. 某正电荷从C点移动到B点，电场力做负功
D. 某负电荷在C点的电势能小于B点的电势能

4.     在赤道处，将一小球向东水平抛出，落地点为a；给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，考虑地磁场的影响，下列说法正确的是(    )

A. 若小球带正电荷，小球会落在更远的b点
B. 若小球带负电荷，小球会落在更远的b点
C. 无论小球带何种电荷，小球仍会落在a点
D. 无论小球带何种电荷，小球下落时间都会延长
 

5.     如图所示，直流电路中、是定值电阻，是光敏电阻，其阻值随光照增强而减小．开关S闭合时，在电容器两板间M点的带电液滴恰好能保持静止．现用强光照射电阻时(    )

A. 电源的总功率减小 B. A板的电势降低
C. 液滴向下运动 D. 电容器所带电荷量增加

6.     如图所示，弹簧的一端固定在竖直墙上，质量为m的光滑弧形槽静止在光滑水平面上，底部与水平面平滑连接，一个质量也为m的小球从槽上高h处由静止开始自由下滑(    )

A. 在下滑过程中，小球对槽的作用力做正功
B. 在下滑过程中，小球和槽组成的系统动量守恒
C. 被弹簧反弹后，小球和槽都做速率不变的直线运动
D. 被弹簧反弹后，小球能回到槽上高h处

7.     我国首个火星探测器“天问一号”，于2020年7月23日在海南文昌航天发射中心成功发射，计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆，开展巡视探测，如图为“天问一号”环绕火星变轨示意图。已知地球质量为M，地球半径为R，地球表面重力加速度为g；火星的质量约为地球质量的，半径约为地球半径的；着陆器质量为下列说法正确的是(    )

A. “天问一号”探测器环绕火星运动的速度应大于
B. 若轨道Ⅰ为近火星圆轨道，测得周期为T，则火星的密度约为
C. “天问一号”在轨道Ⅱ运行到Q点的速度大于在圆轨道Ⅰ运行的速度
D. 着陆器在火星表面所受重力约为

8.     在大型物流货场，广泛应用着传送带搬运货物。如图甲所示，与水平面成角倾斜的传送带以恒定速率运动，皮带始终是绷紧的，将的货物放在传送带上的A处，经过到达传送带的B端。用速度传感器测得货物与传送带的速度v随时间t变化图象如图乙所示，已知重力加速度，由图像可知(    )

A. 货物从A运动到B过程中，摩擦力恒定不变
B. 货物与传送带间的动摩擦因数为
C. 货物从A运动到B过程中，货物与传送带摩擦产生的热量为
D. A、B两点的距离为

9.     某兴趣小组设计了如图甲所示的实验来探究加速度与力的关系。用M表示小车质量，m表示沙和沙桶的质量，滑轮和细线质量不计。该小组按照图甲安装好实验器材后，设计了如下的实验步骤：
   
   A.用天平测出小车的质量M
   B.将空的沙桶和纸带安装好，长木板一端垫高，启动打点计时器，平衡摩擦力
   C.在桶中加适量的沙子，用天平测出沙和沙桶的质量m
   D.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，记录弹簧测力计的示数
   E.根据打出的纸带计算小车加速度的大小
   F.改变桶中沙子的质量，重复步骤C、D、E。
   ①以上操作不必要或有错误的步骤是______选填步骤前的字母
   ②图乙为某次实验中打出的一条纸带，0、1、2、3、4、5、6为计数点，相邻两计数点间的时间间隔为T。根据纸带上的信息，写出小车加速度大小的表达式______。
   ③以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，作出的aF图像是一条直线，如图丙，图线的斜率为k，则小车的质量为______用题中给定的字母符号表示。
   小明对2B铅笔芯的导电性能感兴趣，于是用伏安法测量其电阻值．
   ①图丁是部分连接好的实物电路图，请用电流表外接法完成接线并在图中画出．
   
   ②小明用电流表内接法和外接法分别测量了一段2B铅笔芯的电压与对应的电流，并将得到的电流、电压数据描到图上，如图戊所示．请你确定由电流表外接法得到的数据点，在图中画出相应的图像，求出这段铅笔芯的电阻为______。结果保留两位有效数字
10. 跳台滑雪是冬奥会的比赛项目之一，如图为一简化后的跳台滑雪的雪道示意图。助滑坡由AB和BC组成，AB为斜坡，BC为的圆弧面，二者相切于B点，与水平面相切于C，AC间的竖直高度差为，CD为竖直跳台。运动员连同滑雪装备总质量为80kg，从A点由静止滑下，通过C点水平飞出，飞行一段时间落到着陆坡DE上的E点。运动员运动到C点时的速度是，CE间水平方向的距离。不计空气阻力，取求：
    运动员从A点滑到C点过程中阻力做的功；
    运动员到达C点时对滑道的压力大小；
    运动员落到E点时的瞬时速度大小。

11. 如图甲，倾角为的光滑斜面固定在地面上，空间存在垂直斜面向上的匀强磁场，直线和为磁场的上、下边界，磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。质量为m、电阻为R的单匝矩形线框abcd有一半处在磁场中，时间内线框在外力作用下处于静止状态，时刻撤去外力，线框沿斜面向下运动，线框离开磁场前已经做匀速运动，，，和之间的距离为，重力加速度为g。求：
    时间内，线框中的电流的大小和方向；
    时线框所受到的外力的大小
    线框从开始运动到离开磁场，线框中产生的热量Q。
     
12. “801所”设计的磁聚焦式霍尔推进器可作为太空飞船的发动机，其原理如下：系统捕获宇宙中大量存在的等离子体由电量相同的正、负离子组成经系统处理后。从下方以恒定速率向上射入有磁感应强度为、垂直纸面向里的匀强磁场区域I内。当栅极MN、PQ间形成稳定的电场后。自动关闭区域I系统关闭粒子进入通道、撤去磁场。区域Ⅱ内有磁感应强度大小为、垂直纸面向外的匀强磁场，磁场右边界是直径为D、与上下极板相切的半圆圆与下板相切于极板中央。放在A处的放射源能够向各个方向均匀发射速度大小相等的氙原子核，氙原子核经过该区域后形成宽度为D的平行氙粒子束，经过栅极MN、PQ之间的电场加速后从PQ喷出。在加速氙原子核的过程中探测器获得反向推力不计氙原子核、等离子体的重力。不计粒子之间相互作用与相对论效应。已知极板长，栅极MN和PQ间距为d，氙原子核的质量为m、电荷量为q，求：
    
    当栅极MN、PQ间形成稳定的电场时，其电场强度E多大。
    氙原子核从PQ喷出时的速度大小。
    因区域Ⅱ内磁场发生器故障，导致区域Ⅱ中磁感应强度减半并分布在整个区域Ⅱ中，求能进入区域I的氙原子核占A处发射粒子总数的百分比。
    

答案和解析

1.【答案】B 

【解析】解：图象的“面积”大小等于位移大小，图象在时间轴上方“面积”表示的位移为正，图象在时间轴下方“面积”表示的位移为负，
故8s时位移为：，由于质点在时位于处，故当时，质点在x轴上的位置为8m，故ACD错误，B正确。
故选：B。
速度时间图象可读出速度的大小和方向，根据速度图象可分析物体的运动情况，确定何时物体离原点最远。图象的“面积”大小等于位移大小，图象在时间轴上方“面积”表示的位移为正，图象在时间轴下方“面积”表示的位移为负。
本题抓住速度图象的“面积”等于位移是关键。能根据图象分析物体的运动情况，通过训练，培养基本的读图能力。
 

2.【答案】D 

【解析】解：D、对左下方灯笼的上方结点分析，受到三段细绳的拉力，其中下方细绳拉力等于灯笼的重力，受力情况如图1所示：

根据平衡条件可得：
，
，
解得：
，
故D正确；
ABC、对左侧两个灯笼整体分析，受到重力、两边细绳的拉力，如图2所示：

根据平衡条件可得：
，
，
解得：
，，
故ABC错误；
故选：D。
分别对左下方灯笼的上方结点、左侧两个灯笼整体分析，根据平衡条件可得水平绳子上的拉力进行分析。
本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答。注意整体法和隔离法的应用。
 

3.【答案】C 

【解析】解：A、电场线与等势面垂直，根据对称性可知A、B两点的场强大小相等，但方向不同，故A错误；
B、因为B点的等势面比C点密集，可知B点场强大于C点场强，故B错误；
C、因为B点的电势高于C点，由公式，则正电电荷在B点的电势能较大，则正电荷从C点移动到B点的过程中电场力做负功，故C正确；
D、因为B点的电势高于C点，某负电荷在C点的电势能大于B点的电势能，故D错误。
故选：C。
根据等势面的疏密程度判断场强的大小，结合判断出电场力的做功情况。
无论在等势面，还是在电场线中，疏密程度都可以表示电场强度的大小，结合判断出不同电荷在某个位置的电势能大小。
 

4.【答案】A 

【解析】解：从南向北观察小球的运动轨迹如题图所示，如果小球带正电荷，则由左手定则判断可知小球所受的洛伦兹力斜向右上，该洛伦兹力在竖直向上和水平向右均有分力，因此，小球落地时间会变长，水平位移会变大；
同理，若小球带负电，则小球落地时间会变短，水平位移会变小，故BCD错误，A正确。
故选：A。
小球不带电时，水平抛出后在重力作用下做平抛运动，给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，小球将受到洛伦兹力和重力共同作用，根据左手定则分析洛伦兹力的方向，再分析小球的水平位移和运动时间的变化．
本题关键是分析洛伦兹力对小球运动的影响，采用运动分解的方法进行研究。
 

5.【答案】D 

【解析】解：A、用强光照射电阻时，的阻值减小，电路的总电阻R减小，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中电流I增大，电源的总功率为，则P增大，故A错误；
B、电路中电流I增大，两端的电压为，则增大，根据，增大，知A板的电势升高，故B错误；
C、两端电压增大，则电容器两极板间电压增大，板间电场强度E增大，液滴所受的电场力变增大，液滴所受的电场力大于重力，液滴向上运动，故C错误；
D、电容器的电压增大，电容不变，由知，电容器所带电荷量增加，故D正确。
故选：D。
根据光照强度的变化判断光敏电阻阻值如何变化，判断电路总电阻如何变化，应用闭合电路的欧姆定律判断电路中电流如何变化，根据分析电源总功率如何变化，由欧姆定律判断电容器两极板电压如何变化，然后分析液滴如何运动，由判断电容器所带电荷量如何变化。
本题是电路的动态分析问题，解决本题的关键要抓住电容器两端电压与两端电压相等，利用闭合电路欧姆定律进行动态分析。
 

6.【答案】AC 

【解析】解：A、由于光滑弧形槽未固定在光滑水平面上，小球下滑过程中，小球对槽的弹力垂直于槽向左下方，槽向左做加速运动，由动能定理可知小球对槽的作用力做正功，故A正确；
B、小球下滑过程中，小球有向心加速度，有竖直向上的分加速度，所以系统的合外力不为零，系统动量不守恒，故B错误；
CD、由于水平面光滑，小球下滑过程中，小球和槽组成的系统在水平方向不受外力，系统水平方向动量守恒。设小球离开槽时小球和槽的速度大小分别为和，取水平向右为正方向，由水平方向动量守恒得：，则得：，小球被弹簧反弹离开弹簧后，小球追不上槽，所以小球和槽都做速率不变的匀速直线运动，小球不能到槽上高h处，故C正确，D错误。
故选：AC。
在下滑过程中，根据力和位移的夹角，判断小球和槽之间的相互作用力对槽是否做功；在下滑过程中，小球和槽组成的系统在水平方向不受外力，系统水平方向的动量守恒，由动量守恒定律分析小球离开槽后小球与槽的速度大小关系，判断被弹簧反弹离开弹簧后，小球和槽的运动情况。根据小球与槽的速度关系判断小球能否回到槽上高h处。
本题考查动量守恒定律的应用，解答本题要掌握动量守恒的条件：系统的合外力为零，要知道系统在某一方向不受外力或合外力为零，则系统在该方向上动量守恒。
 

7.【答案】B 

【解析】解：A、第二宇宙速度，是挣脱地球引力束缚的最小发射速度，“天问一号”探测器摆脱了地球的吸引，成为火星的卫星，故“天问一号”探测器的发射速度应大于，故A错误。
B、由题意，，，根据万有引力提供向心力得：
在地球表面 ①
在火星表面     ②
根据密度表达式得：  ③
由①②③得：，故B正确。
C、在轨道点处作半径为r的外切圆，因为从轨道Ⅱ的Q点进入外切圆轨道时需点火加速，所以在外切圆时的速度，根据万有引力提供向心力得：，解得：，因为轨道Ⅰ的半径小于轨道外切圆的半径，所以，即，故“天问一号”在轨道Ⅱ运行到Q点的速度小于在圆轨道Ⅰ运行的速度，故C错误。
D、根据万有引力提供向心力得：在火星表面          ④
由①④得：，故着陆器在火星表面所受重力为，故D错误。
故选：B。
“天问一号”探测器的发射速度应大于；在轨道点处作半径为r的外切圆，分别比较外切圆的速度与轨道点的速度的大小以及与轨道Ⅰ的速度大小，从而确定卫星在轨道Ⅱ运行到Q点的速度与在圆轨道Ⅰ运行的速度的大小关系；根据万有引力提供向心力，对物体在地球表面和在火星表面分别列方程，解方程组，即可求火星的密度及着陆器在火星表面所受重力。
此题考查了万有引力定律及其应用，要熟记万有引力的公式和圆周运动的一些关系变换式，解题依据为万有引力提供向心力。
 

8.【答案】BC 

【解析】解：A、时间内，传送带的速度大于货物的速度，货物受到的摩擦力方向沿传送带向下，时间内，货物的速度大于传送带的速度，货物受到的摩擦力沿传送带向上，摩擦力方向变化，故A错误；
B、由图象可知，货物在传送带上先做加速度为的匀加速直线运动，加速度大小为：，
对货物受力分析，受到重力、支持力和沿传送带向下的摩擦力，根据牛顿第二定律得：…①
同理时间内，货物做加速度为的匀加速直线运动，加速度大小为：，
对货物受力分析，受到重力、支持力和沿传送带向上的摩擦力，根据牛顿第二定律得：…②
联立①②解得：，所以，，故B正确；
C、根据功能关系，货物与传送带摩擦产生的热量等于摩擦力乘以相对距离，根据图线可知：
内的相对距离为：，
的相对距离为：，
故两者之间的总相对距离为：，
货物与传送带摩擦产生的热量为：，故C正确；
D、货物在传送带上先做匀加速直线运动，当速度达到传送带速度后，继续做加速度较小的匀加速直线运动，所以货物由A到B的间距对应图象与横坐标所围成的“面积”，为：，故D错误。
故选：BC。
根据图象分析货物的运动情况，由此分析摩擦力的方向；物体在传送带上先做加速度为的匀加速直线运动，然后做加速度为的匀加速直线运动，速度-时间图线围成的面积的表示物块的位移，根据速度图象确定加速度大小，通过受力分析，找到合外力，计算夹角和摩擦因数；根据摩擦产生的热量等于摩擦力乘以相对距离计算摩擦产生的热量。
本题一方面要分析货物的运动情况，由图象求解加速度，再结合牛顿第二定律分两个过程列式求解摩擦因数及斜面倾角是关键，求摩擦产生的热量注意找两物体的相对距离。
 

9.【答案】②③    、 

【解析】解：①将纸带安装好，长木板一端垫高，启动打点计时器，平衡摩擦力，此时不能挂上沙桶；③在桶中加适量的沙子，沙和沙桶的质量m不必测量，因为小车受到的拉力由弹簧秤进行测量。故不必要或有错误的步骤是②③。
②由题意可知，两计数点间时间间隔为，由逐差法可知，小车的加速度大小为：

③由牛顿第二定律可得：
整理得：
图像的斜率为
则小车的质量为
①连线如下图所示：

②用两条直线分别尽量多地穿过更多的点，不在直线上的点尽量均匀地分布在直线两侧，误差较大的点舍去，画出的图像如下图所示：

根据欧姆定律可知，图像的斜率反映了电阻的大小，而用电流表内接法时测得的电阻偏大，外接法时测得的电阻偏小，所以外接法得到的数据点是用“”表示的。
在图像上，选用外接法所得的“”连线，则，选用内接法所得的“〇”连线，则。
故答案为：②③；；；电路连线图如上图所示；图像如上图所示；、
根据实验原理掌握正确的实验操作；
根据逐差法列出小车加速度的表达式；
根据牛顿第二定律结合图像得出小车的质量；
理解电流表外接法并画出对应的实物连线图；
用两条直线分别尽量多地穿过更多的点，不在直线上的点尽量均匀地分布在直线两侧，误差较大的点舍去，画出图像；
根据图线的斜率得出铅笔芯的电阻。
本题主要考查了牛顿第二定律的验证实验以及电路实验的相关内容，根据实验原理掌握正确的实验操作，熟悉电学图像和欧姆定律的关联性，并由此得出铅笔芯的电阻。
 

10.【答案】解：运动员从A运动到C点的过程，由动能定理得：，
解得：
运动员到达C点时，由牛顿第二定律得：
代入数据解得：
由牛顿第三定律知压力等于支持力。即
运动员过C点做平抛运动，水平方向做匀速运动，竖直方向为自由落体运动
由可得运动员下落时间为，
运动员竖直方向速度
由运动合成得运动员落到E点时的瞬时速度大小：
答：运动员从A点滑到C点过程中阻力做的功是；
运动员到达C点时对滑道的压力大小是4000N；
运动员落到E点时的瞬时速度大小是。 

【解析】运动员从A运动到C点的过程，由动能定理列式可求得阻力做的功；
在C点时，由牛顿第二定律可求得轨道对运动员的支持力，再由牛顿第三定律可知对滑道的压力大小；
运动员从C到E的过程为平抛运动，结合平抛运动的规律求解落到E点时的瞬时速度大小。
本题要明确运动员的运动过程，掌握平抛运动的规律，知道平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动；运用动能定理解题时，首先要选取研究过程，然后分析在这个运动过程中哪些力做正功、哪些力做负功，初末动能为多少，根据动能定理列方程解答。
 

11.【答案】解：根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势：

根据闭合电路欧姆定律可得：；
根据楞次定律可得电流方向为逆时针俯视；
时线框所受到的安培力的大小为：
根据左手定则可知安培力方向沿导轨向下；
根据平衡条件可得外力，方向沿导轨向上；
匀速运动时线框受到的合力为零，根据平衡条件可得：
解得匀速运动的速度大小为：
由能量守恒定律得：
解得：。
答：时间内，线框中的电流的大小为，方向为逆时针俯视；
时线框所受到的外力的大小为；
线框从开始运动到离开磁场，线框中产生的热量为。 

【解析】根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律求解感应电流大小，根据楞次定律可得电流方向；
求出时线框所受到的安培力的大小，根据平衡条件可得外力大小；
匀速运动时线框受到的合力为零，根据平衡条件求解速度大小，由能量守恒定律求解线框中产生的热量。
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。
 

12.【答案】解：等离子体由下方进入区域I后，在洛伦兹力的作用下偏转，当粒子受到的电场力等于洛伦兹力时，形成稳定的匀强电场，
设等离子体的电荷量为，则：
解得：；
氙原子核从A点以速度射出后从圆弧边界向右射出，则由磁聚焦的原理知，氙核在磁场中做匀速圆周运动的半径恰等于圆弧边办的半径，即为：，
洛仑兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：
解得：，
由题意大量的等粒子体以速度进入空间Ⅰ区域后，
在磁场的作用下偏转打在极栅上形成稳定的电场，极栅间的电场强度：，
氙核离开磁场Ⅱ区后进入极栅间加速，由动能定理有：

解得：；
根据题意，当区域Ⅱ中的磁感应强度减半时，由可知，离子轨道半径变为原来的2倍，为：，
①根据示意图可知，沿着AF方向射入的氙原子核，恰好能够从M点沿着轨迹1进入区域I，
而沿着AF左侧射入的粒子将被上极板RM挡住而无法进入区域I。
该轨迹的圆心，正好在N点，，所以根据几何关系可知，此时：；
②根据示意图可知，沿着AG方向射入的氙原子核，恰好从下极板N点沿着轨迹2进入区域I，
而沿着AG右侧射入的粒子将被下极板SN挡住而无法进入区域I。
，所以此时入射角度：。
根据上述分析可知，只有这个范围内射入的粒子还能进入区域I。
该区域的粒子占A处总粒子束的比例为：；
答：当栅极MN、PQ间形成稳定的电场时，其电场强度E的大小为。
氙原子核从PQ喷出时的速度大小为。
能进入区域I的氙原子核占A处发射粒子总数的百分比为。 

【解析】当离子在I区所受洛伦兹力与电场力相等时形成稳定的电场，由平衡条件可以求出电场强度；
根据动能定理，结合运动学公式，即可求解；根据动能定理，结合几何圆周运动特性，结合牛顿第二定律，与向心力表达式，即可求解；
根据不同运动性质，依据运动学公式，求出各段时间，即可求解。
本题考查了带电粒子在磁场中的运动，考查了牛顿第二定律与运动学公式的应用，掌握由洛伦兹力提供向心力的求解方法，理解动能定理的内容，注意正确画出运动轨迹，及分清各段运动性质；第三问要注意临界条件，求出恰从上、下两边缘射出的粒子的入射角，从而求出射入Ⅰ区的粒子数点比。