2024届天津市南开中学高三下学期校模拟物理试卷（学生版+教师版 ）

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试卷考试时间：60分钟·
Ⅰ卷（共40分）
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷两部分，共100分。考试结束后，将答题卡、答题纸与作文纸一并交回。
一、单项选择题（共25分，每题5分）
1. 下列说法正确的是( )
A. 玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律
B. 原子核发生α衰变时，新核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量
C. 氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时氢原子的能量增加
D. 在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
【答案】A
【解析】
【详解】A．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，选项A正确；
B．在α衰变时，质量数守恒，但是新核与α粒子的总质量不等于原来的原子核的质量，会出现质量亏损，故B错误；
C．氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时要辐射光子，则氢原子的能量减小，选项C错误；
D．在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，选项D错误；
故选A。
2. 下列说法正确的是（ ）
A. 若一定质量的气体吸收热量50J，则内能一定增加50J
B. 布朗运动反映组成固体小颗粒的分子在做无规则运动
C. 当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而增大
D. 气体的温度降低，分子平均动能一定减小
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】A．改变内能有两种方式，吸收热量50J，内能不一定增加50J。故A错误；
B．布朗运动反映水分子在做无规则运动。故B错误；
C．当分子力表现为斥力时，分子间距离增加，则分子力做正功，分子势能减小。故C错误；
D．分子平均动能对应的宏观量为温度。故气体的温度降低，分子平均动能一定减小。故D正确。
故选D。
3. 理想变压器原线圈 a 匝数 n1=500，副线圈 b匝数 n2=100，线圈 a 接在如图所示的交变电压的交流电源上，“3 V，6 W”的灯泡恰好正常发光，电阻R1=50 Ω，R2=18.5 Ω，电压表V为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A. 通过副线圈b的交变电流的频率为10Hz
B. 电压表的示数为44V
C. 电阻R1消耗的电功率为8W
D. 通过电阻R1的电流为10A
【答案】C
【解析】
【详解】A．交变电流的频率为
A错误；
B．灯泡正常发光，通过副线圈电流的有效值
根据串联分压规律，电压表的示数
B错误；
C．根据单相理想变压器电流规律
解得原线圈中电流的有效值，即通过电阻的电流
电阻上消耗的功率
C正确，D错误。
故选C
4. 近年来我国的火星探测工程和探月工程都取得了巨大进展。已知火星和月球的半径分别为R1和R2，质量分别为M1和M2，表面重力加速度分别为g1和g2，第一宇宙速度分别为v1和v2，其对应的轨道周期分别为T1和T2，则（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】在星球表面有
所以有
，，
故选C。
5. 如图所示，直线a、b和c、d是处于匀强电场中的两组平行线，M、N、P、Q是它们的交点，四点处的电势分别为、、、。一电子由M点分别运动到N点和P点的过程中，电场力所做的负功相等，则（ ）
A. 直线a位于某一等势面内，
B. 直线c位于某一等势面内，
C. 若电子由M点运动到Q点，电场力做正功
D. 若电子由P点运动到Q点，电场力做负功
【答案】B
【解析】
【详解】AB．电子带负电荷，从M到N和P做功相等，说明电势差相等，即N和P的电势相等，匀强电场中等势线为平行的直线，所以NP和MQ分别是两条等势线，从M到N，电场力对负电荷做负功，说明MQ为高电势，NP为低电势．所以直线c和d都是位于某一等势线内，所以，，选项A错误，B正确；
C．若电子从M点运动到Q点，初末位置电势相等，电场力不做功，选项C错误；
D．电子作为负电荷从P到Q即从低电势到高电势，电场力做正功，电势能减少，选项D错误。
故选B。
二、多项选择题（共15分，每小题5分，漏选3分）
6. “不经历风雨怎么见彩虹”，彩虹是一种光学现象。当阳光照射到空中的雨点时，光线被折射及反射，在空中形成七彩光谱。太阳光射到小水珠发生色散形成彩虹的光路如图所示，a、b为两种折射出的单色光。下列说法正确的是（ ）
A. a光的波长大于b光的波长
B. 在水珠中，a光的传播速度小于b光的传播速度
C. 用同一双缝干涉装置看到b光干涉条纹间距比a光的宽
D. 若a光可使某金属发生光电效应，则b光也能使该金属发生光电效应
【答案】AD
【解析】
【详解】A．由图可知a光的偏折程度比b的偏折程度小，所以水珠对a光的折射率比对b光的折射率小，a光的频率比b光的频率小，a光的波长比b光的波长长，故A正确；
B．根据可知，在水珠中，a光的传播速度大于b光的传播速度，故B错误；
C．根据可知，用同一双缝干涉装置看到b光的干涉条纹间距比a光的窄，故C错误；
D．若a光可使某金属发生光电效应，则a光的频率大于该金属的极限频率，所以b光的频率也一定大于该金属的极限频率，则b光也能使该金属发生光电效应，故D正确。
故选AD。
7. 波源O在时刻开始振动，产生一列沿x轴正方向传播的简谐横波，在某时刻的波形图如图甲所示，P点是平衡位置为处的质点，图乙为x轴上某质点的振动图象，下列说法正确的是（ ）
A. O点起振方向沿y轴负方向
B. 图乙中所表示的质点平衡位置离O点距离为1m
C. 该波所遇到的障碍物或孔的尺寸为4m时，能发生较明显的衍射现象
D. 时处的质点第一次到达波峰
【答案】BCD
【解析】
【详解】A．波传播过程中，各质点起振方向均相同，由图乙知O点起振方向沿y轴正方向，A错误；
B．由题图知，该简谐横波的波长，周期，波速
经，传播的距离为
B正确；
C．由于该波的波长与障碍物尺寸相近，故可以发生明显的衍射现象，C正确；
D．平衡位置距波源5m处质点，第一次到达波峰时与时相比，波向前传播的距离为6m，时间为
D正确。
故选BCD。
8. 如图所示，斜面轨道与水平轨道通过一小段圆弧平滑连接，斜面倾角为θ=。质量为m的滑块从斜面底端A点以初速度v0沿斜面上滑，到达最高点B点后返回A点的速率为，继续在水平轨道上运动一段距离后停在C点。已知AB=AC，sin=0.6，cs=0.8，g取10m/s2则（ ）
A. 滑块与斜面和水平面之间的动摩擦因数之比为2：1
B. 滑块沿斜面上滑和下滑过程中减少的机械能相同
C. 滑块沿斜面下滑过程中和沿水平面运动过程中，重力的冲量相同
D. 滑块在斜面上运动的整个过程中所受合力的冲量为mv0
【答案】BC
【解析】
【详解】A．由可知，滑块上滑时的加速度为下滑加速度的4倍，即
且由题意有
即
联立解得
，
则滑块与斜面和水平面之间的动摩擦因数之比为，故A错误；
B．减小的机械能等滑块克服摩擦力所做的功，由于摩擦力大小相等，发生的位移大小也相等，则滑块沿斜面上滑和下滑过程中减少的机械能相同，故B正确；
C．由于可知，滑块沿斜面下滑过程中和沿水平面运动过程中所用时间相同，由可知，滑块沿斜面下滑过程中和沿水平面运动过程中重力的冲量相同，故C正确；
D．由动量定理可知，滑块在斜面上运动的整个过程中所受合力的冲量为
故D错误。
故选BC。
Ⅱ卷（共60分）
三、实验题（共12分）
9. 在做“验证机械能守恒定律”实验时：
(1)已准备的器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需的器材是_____；
A．直流电源、天平及砝码 B．直流电源、刻度尺
C．交流电源、天平及砝码 D．交流电源、刻度尺
(2)在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，质量m=1.00kg的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列点。如图所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取的三个连续点（其他点未画出）。已知打点计时器每隔0.02s打一次点，当地的重力加速度g=9.8m/s2则：
①从O点到B点，重物重力势能减少量△Ep=________J，打B点时重物的动能为________J；（结果取3位有效数字）
②实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是_____
A．该误差属于偶然误差
B．该误差属于系统误差
C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差
D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
(3)通过该实验得到的结论是：_________________。
【答案】 ①. D ②. 1.88 ③. 1.84 ④. BD ⑤. 在误差允许的范围内，重锤下落过程中机械能守恒
【解析】
【详解】(1)[1]打点计时器需要接交流电源，实验中需要用刻度尺测量点迹间的距离，从而求出瞬时速度以及重力势能的减小量，故选D
(2)[2]从开始下落至B点，重锤的重力势能减少量
[3]打下B点时的速度为
打B点时重物的动能为
[4]实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，这个误差是系统误差，无法避免，可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差
故选BD
(3)[5]通过以上计算可知，在误差允许的范围内，重锤下落过程中机械能守恒
10. 某物理兴趣小组测量一电池的电动势和内阻。按照图甲所示连接好电路，闭合开关，调节电阻箱，测得多组电阻箱接入电路的阻值R及对应的电流表的示数I，得-R图线如图乙所示，已知R0=4Ω。
（1）根据图像可知电池的电动势为____________V，内阻为____________Ω（两空均保留1位小数）。
（2）考虑到电流表内阻的影响，电动势的测量值____________实际值，内阻的测量值____________实际值（填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】 ①. 12.5 ②. 1.0 ③. 等于 ④. 大于
【解析】
【详解】（1）[1][2]根据闭合电路欧姆定律
整理得
因此在-R图线中，利用图像的斜率和纵轴截距数据可得
解得
（2）[3][4] 考虑到电流表内阻影响，欧姆定律的表达式应为
整理得
图像的斜率不变，也就是电动势的测量值等于真是值，而内电阻的测量值应为内电阻与电流表内阻之和，因此测量值偏大。
四、计算题（共48分）
11. 如图所示，水平光滑地面上停放着一辆小车，小车的左侧靠在竖直墙壁上，小车的AB轨道是一段半径为的四分之一圆弧轨道，AB轨道的最低点B与水平轨道BC相切，BC的长度是圆弧半径的3倍，整个轨道处于同一竖直平面内。可视为质点的物块从离A点的高度为的正上方P点处无初速度下落，恰好落入小车的圆弧轨道上，物块到达圆弧轨道的最低点B时对轨道的压力是物块重力的5倍，然后物块沿小车的水平轨道运动至末端C处时恰好没有滑出小车。物块的质量为，小车的质量为，重力加速度为，不考虑空气阻力和物块落入圆弧轨道时的能量损失。求：
（1）物块在AB轨道上运动的过程中克服摩擦力做的功；
（2）物块与水平轨道BC间的动摩擦因数。
【答案】（1）；（2）
【解析】
【分析】
【详解】（1）由牛顿第三定律知物块到达圆弧轨道的最低点B时轨道对物块的支持力的是物块重力的5倍，即
在B点，由牛顿第二定律得
解得
对物体从释放到B点的过程由动能定理得
联立解得
（2）从B到C的过程中，小车和物块组成的系统动量守恒，由题意知，物块达到C点，小车和物块刚好共速，设此时的速度为v，由动量守恒定律有
由能量守恒得
联立解得
12. 如图所示，MN、PQ是足够长的光滑平行导轨，其间距为L，且MP与两导轨垂直，导轨平面与水平面间的夹角θ=30°．M、P和N、Q之间均接阻值为2R的电阻．有一垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度的大小为B0．将一根质量为m的金属棒ab紧靠MP放在导轨上，且与导轨接触良好，金属棒的电阻为R，导轨电阻不计．现用与导轨平行的恒力F=mg沿导轨平面向上拉金属棒，使金属棒从静止开始沿导轨向上运动，金属棒在运动过程中始终与MP平行．当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度，cd到MP的距离为s，重力加速度为g．
（1）求金属棒达到的稳定速度v．
（2）求金属棒从静止开始运动到cd的过程中，导体棒上产生的热量．
（3）当金属棒滑行至cd时，去掉NQ间的电阻2R，为使导体棒的速度不变，拉力应变为多少？
【答案】（1）（2）（3）mg
【解析】
【详解】（1）当金属棒匀速运动时达到稳定状态，由平衡条件得：
，
安培力：
，
解得：
；
（2）设金属棒从静止开始运动到cd的过程中，导体棒上产生的热量为Q，则整个电路产生的焦耳热为2Q，由能量守恒定律得：
，
解得：
．
（3）当金属棒运动到cd时，去掉NQ间的电阻，为使导体棒的速度不变，即使金属棒处于平衡状态，设拉力变为F1，由平衡条件得：
，
安培力：
L，
解得：
13. 如图为实验室筛选带电粒子的装置示意图。加速器金属板M、N竖直放置，两板中心开有小孔，板间电压为U1.加速器右侧为一速度选择器，金属板E、F中有正交的匀强电场和匀强磁场，磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小为B1，电场方向未画出。速度选择器右端有一个圆心为O，半径为R的绝缘圆筒，圆筒某一横截面在粒子运动所在的竖直面内，在该横截面内圆筒上有三个等间距的小孔A、B、C，圆筒内存在着垂直纸面向里的匀强磁场。现有一带电量为+q，质量为m的粒子（重力忽略不计），由静止经过加速器加速后恰能沿直线通过速度选择器，最终从A孔正对圆筒横截面圆心O射入圆筒。求：
（1）离开加速器的速度大小；
（2）速度选择器中电场强度的大小；
（3）若粒子进入绝缘圆筒后，直接从B点射出，则圆筒内的磁感应强度B2为多大；
（4）为了使粒子从B点射出后能从C点返回筒内，可在圆筒外PQ直线右侧加一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B3，若粒子在运动中与圆筒壁碰撞，将以原速率反弹，求B3可能的大小。
【答案】（1）；（2）B1 ；（3）；（4），n=1，2，3
【解析】
【详解】（1）经加速电场有
解得
（2）经速度选择器有
qE=qvB1
解得
B1
（3）粒子从A入射，直接从B出射，则运动轨迹如图：
由几何关系可知
θ=30°
得
则对粒子有
解得
（4）粒子在圆筒外可能的运动轨迹如图：
由几何关系可知
，n=1，2，3，
粒子运动半径
r′=Rtanα
根据牛顿第二定律有
解得
，n=1，2，3