山东省滨州市邹平市第一中学2023-2024学年高三下学期期中物理试卷
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这是一份山东省滨州市邹平市第一中学2023-2024学年高三下学期期中物理试卷,共16页。试卷主要包含了单选题,多选题,实验题,计算题等内容,欢迎下载使用。
第Ⅰ卷(选择题)
一、单选题(共8题,每题3分,共24分)
1.2020年诺贝尔物理学奖一半授予罗杰·彭罗斯,另外一半授予莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹,其中莱因哈德·根泽尔和安德里亚·格兹发现了银河系中心的超大质量的黑洞。若该黑洞半径为太阳半径的倍,距黑洞中心为的某一星体以速度绕黑洞旋转,已知引力常量为,太阳半径为,则黑洞的密度为( )
A.B.C.D.
2.假设发射“嫦娥五号”探测器时,运载火箭先将“嫦娥五号”探测器成功送入太空,由地月转移轨道进入半径为的环月圆轨道Ⅰ后成功变轨到近月点为15公里的椭圆轨道Ⅱ,再从15公里高度降至近月表面圆轨道Ⅲ,最后成功实现登月,如图所示。若取两物体相距无穷远时的引力势能为零,一个质量为的质点距质量为的天体的引力中心为时,其引力势能表达式为(式中为引力常量)。已知月球质量为,月球半径为,“嫦娥五号”探测器质量为。则关于“嫦娥五号”探测器登月过程的说法正确的是( )
A.“嫦娥五号”探测器在轨道Ⅰ上的动能大于在轨道Ⅲ上的动能
B.“嫦娥五号”探测器从轨道Ⅰ上变轨到轨道Ⅲ上时,势能减少了
C.“嫦娥五号”探测器在轨道Ⅲ上运行时的机械能等于在轨道Ⅰ上运行时的机械能
D.“嫦娥五号”探测器从轨道Ⅲ回到轨道Ⅰ,所需要的最小能量为
3.在光电效应实验中,用频率为的单色光照射光电管,如图所示,电路中有电流通过。表中给出了几种金属的逸出功,已知普朗克常量为,光在真空中的速度为,则下列说法正确的是( )
A.铯的极限频率大于铍的极限频率
B.用单色光P照射金属镁时一定会发生光电效应
C.电路中流过电流表G的电流方向是从a到b
D.用单色光P照射金属铯比照射金属钙逸出的光电子的最大初动能小
4.2021年10月16日,神舟十三号飞船顺利将3名航天员送入太空,并与天和核心舱对接。已知核心舱绕地球的运动近似为匀速圆周运动,离地面距离约为390km,地球半径约为6400km,地球表面的重力加速度取。下列说法正确的是( )
A.核心舱的向心加速度小于
B.核心舱的运行速度大于
C.由题干条件可以求出地球的质量
D.考虑到稀薄大气的阻力,若无动力补充,核心舱的速度会越来越小
5.一电动机通过一轻绳竖直向上拉一个物块,物块从静止开始运动,绳子拉力的功率按如图所示规律变化,已知物块的质量为,重力加速度为时间内物块做匀加速直线运动,时刻后功率保持不变,时刻物块达到最大速度,则下列说法正确的是( )
A.物块始终做匀加速直线运动
B.时间内物块的加速度为
C.时刻物块的速度大小为
D.时间内物块上升的高度为
6.如图所示,质量为的长木板位于光滑水平面上,质量为的物块静止在长木板上,两者之间的动摩擦因数为。重力加速度大小为,物块与长木板之间的最大静摩擦力等于两者之间的滑动摩擦力。现对物块施加水平向右的力,下列说法正确的是( )
A.水平力时,物块将保持静止状态
B.水平力时,物块将在长木板上滑动
C.水平力时,长木板的加速度大小为
D.水平力时,长木板受到的摩擦力大小为5N
7.图甲为交流发电机的示意图,磁场为水平方向的匀强磁场,匝数、电阻的矩形线圈绕垂直于磁场的竖直轴逆时针(俯视)匀速转动,产生的交变电压随时间变化的图象如图乙所示。已知电阻,电流表为理想交流电表。下列说法正确的是( )
A.0.01s时刻穿过线圈的磁通量为零B.电流表的示数为1.25A
C.内通过回路的电荷量为D.在一个周期内回路消耗的电能为
8.如图所示,一个质量为的物体以某一速度从点冲上倾角为的斜面,其运动的加速度大小为,物体在斜面上上升的最大高度为,则在这一过程中( )
A.重力势能增加了B.机械能损失了
C.动能损失了mghD.合外力对物体做功为
二、多选题(共4题,每题4分,共16分)
9.如图为磁流体发电机的示意图,一正对平行极板a、b的间距为d,两板的面积均为S,内部充满方向与板平行、磁感应强度大小为B的匀强磁场,直流电动机的内阻为R。现让等离子体(高温下被电离含有大量带正电和负电的离子的气体)以速度v持续垂直喷入两板间的磁场中。若磁流体发电机稳定发电时,通过电动机的电流为Ⅰ,此时电动机正常工作,磁流体发电机的内阻只考虑充满两板间的等离子体的电阻,两板间等离子体的电阻率为ρ。则下列说法正确的是( )
A.板电势比板电势低
B.电动机正常工作时两端的电压为
C.电动机正常工作时的机械功率为
D.电动机正常工作时板间带正电的离子受到的电场力的功率为
10.某质点在几个恒力作用下做匀速直线运动。现突然将与速度反方向的一个力水平旋转某一角度,则关于质点运动情况的叙述正确的是( )
A.质点的速度一定越来越大B.质点的速度一定越来越小
C.质点的速度大小可能不变D.质点一定做匀变速曲线运动
11.回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个形金属盒,两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能被加速,两形金属盒处于垂直于盒所在平面的匀强磁场中,如图所示。现要增大带电粒子射出时的动能,则下列说法中正确的是( )
A.仅增大高频交流电的电压,不改变交流电的频率
B.仅增大匀强磁场的磁感应强度,不改变交流电的频率
C.增大匀强磁场的磁感应强度,同时增大交流电的频率
D.仅增大D形金属盒的半径
12.2019年4月10日,“事件视界望远镜”项目(EHT)正式公布了人类历史上第一张黑洞照片,引起了人们探索太空的极大热情。星球表面的物体脱离星球束缚能到达无穷远的最小速度称为该星球的逃逸速度,可表示为,其中表示星球质量,表示星球半径,为引力常量。如果某天体的逃逸速度超过光速,说明即便是光也不能摆脱其束缚,这种天体称为黑洞,下列说法正确的是( )
A.若某天体最后演变成黑洞时质量为,其最大半径小于
B.若某天体最后演变成黑洞时质量为,其最大半径小于
C.若某黑洞的平均密度为,其最小半径大于
D.若某黑洞的平均密度为,其最小半径大于
第Ⅱ卷(非选择题)
三、实验题(共2题,每题7分,共14分)
13.如图为某实验小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律的装置。实验的主要步骤有:
A.将气垫导轨放在水平桌面上并调至水平;
B.测出挡光条的宽度d;
C.分别测出滑块与挡光条的总质量M及托盘与砝码的总质量m;
D.将滑块移至图示位置,测出挡光条到光电门的距离l;
E.由静止释放滑块,读出挡光条通过光电门的时间t;
F.重复步骤D、E,测出多组l和t。
已知重力加速度为g,请回答下列问题:
(1)本实验中___________(选填“需要”或“不需要”)满足m远小于M。
(2)滑块由静止释放至到达光电门的过程,系统的重力势能减少了___________。
(3)若系统机械能守恒,应该满足___________(用以上物理量表示)。
(4)若利用图象法处理实验数据,下列选项中可能符合实验要求的是___________。
A.B.C.D.
14.某同学用如图甲所示的装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究:轻质弹簧水平放置在光滑水平面上,左端固定,右端与一小球接触而不固连。弹簧处于原长时,小球在A点,向左推小球压缩弹簧至C点,由静止释放。用频闪照相机得到小球从C点到B点的照片如图乙所示。已知频闪照相机频闪时间间隔为T,重力加速度大小为g。回答下列问题:
(1)本实验中可认为,弹簧被压缩后的弹性势能与小球离开弹簧时的动能相等。为测得,除已知物理量外,至少还需测量下列物理量中的___________(填正确答案标号)。
A.小球的质量B.间距离C.间距离
D.间距离E.弹簧的压缩量F.弹簧原长
(2)用所选取的测量和已知量表示,得___________。
(3)由于水平面不是绝对光滑,测得的弹性势能与真实值相比___________(填“偏大”“偏小”或“相等”)。
四、计算题(共4题,共46分)
15.如图所示,长的不可伸长的细绳一端固定在点,另一端系着质量kg的小球,小球刚好与水平面相接触。现使质量的物块沿光滑水平面以的速度向运动并与发生弹性正碰,碰撞后,小球能在竖直平面内做圆周运动。已知重力加速度均可视为质点,试求:
(1)在与碰撞后瞬间,小球的速度的大小;
(2)小球运动到最高点时对细绳的拉力。
16.[物理——选修3-4]
如图所示,一个折射率为、半径为的玻璃球,放在空气中,在玻璃球内有一点光源可向各个方向发光,如果要求点光源发出的所有光都能够射出玻璃球,则此点光源与球心间的距离应满足什么条件?
17.如图所示,两条间距为的光滑平行金属导轨由倾斜导轨和水平导轨两部分组成,倾斜导轨的倾角为,其底端与水平导轨平滑连接,导轨的顶端接有阻值为的小灯泡,导轨的电阻不计。在倾斜导轨平面与水平导轨平面均存在垂直导轨平面向上的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为。长为、电阻为、质量为的导体棒垂直于导轨放置,两端与导轨接触良好,将导体棒从倾斜导轨上某点由静止释放,导体棒在倾斜导轨上运动一段时间后,小灯泡稳定发光。重力加速度大小为,求:
(1)小灯泡稳定发光时导体棒的速度;
(2)小灯泡稳定发光时消耗的电功率;
(3)导体棒能在水平导轨上滑行的最远距离和在水平导轨上滑行的过程中产生的焦耳热。
18.如图所示,在竖直平面直角坐标系的第一象限和第二象限内有沿轴负方向的匀强电场,电场强度大小为轴的下方区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。知一质量为的带电粒子(重力不计)从轴上的点位置以速度沿轴负方向射入电场,带电粒子从轴上点进入轴下方的磁场中,粒子出磁场后能够返回到点。求:
(1)粒子所带电荷量及粒子进入磁场时的速度;
(2)轴下方磁场的磁感应强度大小及粒子从点射出到返回点运动的时间。
参考答案
1.D
【解析】设黑洞质量为星体质量为,该星体由万有引力提供向心力有,又黑,且,联立可得,故选项D正确。
【备注】无
2.D
【解析】本题考查万有引力定律,意在考查考生的理解与推理能力。根据万有引力提供向心力有,得“嫦娥五号”探测器在轨道Ⅰ和轨道Ⅲ上的动能分别为、,由于,所以“嫦娥五号”探测器在轨道Ⅰ上的动能小于在轨道Ⅲ上的动能,A错误。根据可知,“嫦娥五号”探测器在轨道Ⅰ和轨道Ⅲ上的势能分别为,“嫦娥五号”探测器从轨道Ⅰ上变轨到轨道Ⅲ上时,势能减少了,B错误。根据能量守恒定律,落月的“嫦娥五号”探测器从轨道Ⅲ回到轨道Ⅰ,所需要的最小能量为,C错误,D正确。
【备注】无
3.C
【解析】本题考查光电效应,意在考查考生的理解能力。
由得,铯的极限频率小于铍的极限频率,选项A错误;单色光的光子能量为,小于镁的逸出功,故用单色光照射金属镁时一定不会发生光电效应,选项B错误;用单色光照射光电管时,发生光电效应,产生光电子,流过电流表的电流方向是从到,选项C正确;单色光的光子能量大于铯和钙的逸出功,故用单色光照射金属铯或钙时也一定会发生光电效应,根据爱因斯坦光电效应方程可知,用单色光照射金属铯比照射金属钙逸出的光电子的最大初动能大,选项D错误。
【备注】无
4.A
【解析】设核心舱所在高度的重力加速度为,核心舱绕地球做匀速圆周运动,由万有引力提供向心力有,而在地面处有。因此核心舱在轨运行的向心加速度小于,A正确。根据得,可知轨道半径越大,运行速度越小,卫星在地球表面绕地球做匀速圆周运动的速度为,故核心舱的运行速度小于,B错误。根据得,由于题干条件没有给出的值,故无法求出地球的质量,C错误。考虑到稀薄大气阻力,若无动力补充,核心舱会逐渐做近心运动,轨道半径逐渐减小,运行速度会越来越大,D错误。
【备注】无
5.D
【解析】本题考查了功率—时间图象,意在考查考生对功率—时间图象的理解和应用。因物块在时间内做匀加速直线运动,设绳子的拉力为,由牛顿第二定律有,设时刻物块的速度为,联立可得,可知图线的斜率,可知物块的加速度,B错误;由题意知在时刻后功率保持不变,时刻物块达到最大速度,由功率公式知,当功率保持不变时,增大,应减小,物块做变加速运动,当减小到,即时,物块达到最大速度,可知选项AC错误;设在时间内物块上升的高度为,由动能定理有,拉力做功由图象面积大小计算求得,即,代入求解可知选项D正确。
【备注】无
6.D
【解析】本题考查摩擦力、连接体问题和滑动类临界问题,意在考查考生的分析综合能力。设和恰好不分离时力,应用牛顿第二定律,有,解得。显然时,和一起加速运动,选项A错;时,和一起加速运动,选项B错;和一起加速运动,加速度,选项C错;和相对运动,受到的摩擦力大小为,选项D对。
【备注】无
7.C
【解析】本题考查交流发电机的原理、交流电的“四值”等相关知识点,考查考生的理解能力和推理论证能力。0.01s时线圈产生的感应电动势为零,故此时线圈位于中性面,线圈平面与磁场方向垂直,穿过线圈的磁通量最大,选项A错误;由题意结合题图乙可知,电阻两端的电压有效值为,交流电流表的示数为,选项B错误;0~00.01s内通过回路的电荷量为,由闭合电路欧姆定律有,由法拉第电磁感应定律有,而这段时间内的,又,,,解得,选项C正确;在一个周期内回路消耗的电能为,选项D错误。
【备注】无
8.B
【解析】本题考查牛顿运动定律和能量守恒定律,意在考查考生的推理能力。物体在斜面上上升的最大高度为,克服重力做功为,则重力势能增加了,A错误;根据牛顿第二定律得,得到摩擦力大小为,物体克服摩擦力做功为,所以物体的机械能损失了,B正确;合外力对物体做功为,根据动能定理知,物体动能损失,故CD错误。
【备注】无
9.AC
【解析】本题考查磁流体发电机、闭合电路欧姆定律、电阻定律、功率,意在考查考生的理解能力、推理能力。
根据左手定则,带正电的离子向下偏转,板带正电,电势高,选项A正确;磁流体发电机稳定发电时,离子在电场力和洛伦兹力作用下做匀速运动,则,得电动势,电动机正常工作时的电压为路端电压,选项B错误;两板间的等离子体的电阻,电动机正常工作时的机械功率为,选项C正确;电动机正常工作时板间带正电的离子受到的电场力方向与速度方向不共线,受到的电场力功率不可能为,选项D错误。
【备注】无
10.AD
【解析】本题考查力和运动,意在考查考生对力和运动关系的理解能力。
质点原来所受合外力为零,突然将与速度反方向的一个力水平旋转某一角度后,合力F的方向不会与速度方向成钝角,只能成锐角,所以质点的速度一定越来越大,A正确,B、C错误;因为合力F的大小恒定不变,且合力F的方向与速度方向不重合,不成90°角,则质点在合力F作用下一定做匀变速曲线运动,D正确。
【备注】无
11.CD
【解析】本题主要考查粒子在电场和磁场中的运动和回旋加速器的工作原理,意在考查考生的理解能力。
由得,,带电粒子射出时的动能,与无关,A错误;交流电的频率,得,故B错误,C、D正确。
【备注】无
12.BD
【解析】本题考查万有引力定律的应用。由题意知,黑洞的逃逸速度超过光速,即,A项错误,B项正确;黑洞质量,代入上式解得,C项错误,D项正确。
【备注】无
13.(1)不需要 (2)mgl (3) (4)D
【解析】(1)实验中需验证砝码及托盘减少的重力势能与系统增加的动能是否相等,并不需要测量拉力,故不需要满足远小于(2)滑块由静止释放至到达光电门的过程中,砝码和托盘下降的高度为1,所以系统的重力势能减少了。(3)若系统机械能守恒,则砝码及托盘减少的重力势能应该等于系统增加的动能,即应该满足,其中,故。(4)由上式可知,,所以符合实验要求的图象是D。
【备注】无
14.(1)AD (2) (3)偏小
【解析】本题考查探究弹簧的弹性势能实验,考查的核心素养是科学探究。
(1)小球的动能,因此需要测量小球的质量,小球离开弹簧时的速度大小可以通过测得间的距离结合经过该段的时间求出,所以A、D项正确。(2)结合(1)中分析知,
小球的动能,离开弹簧时的速度大小,解得。(3)由于水平面不是绝对光滑,小球在过程中克服摩擦力做功转化为内能,所以测得的弹性势能小于其真实值。
【备注】无
15.(1) (2)1N
【解析】本题考查碰撞问题,意在考查考生综合应用机械能守恒定律、动量守恒定律、向心力公式解决实际问题的能力。本题考查运动的多过程问题,第一阶段是两物体的碰撞,这里考查的是系统动量守恒和机械能守恒定律;第二阶段是竖直面内的圆周运动,需要综合运用机械能守恒定律和向心力公式。
(1)物块与小球碰撞时,由动量守恒定律和机械能守恒定律有:
解得碰撞后瞬间物块的速度
小球的速度
(2)碰撞后,设小球运动到最高点时的速度为,则由机械能守恒定律有:
又由向心力公式有:
联立解得小球对细绳的拉力。
【备注】无
16.
【解析】本题考查光的折射、全反射及其相关的知识点。
如图所示,光源发出的一条光线射到球面上的点,由正弦定理,可得
对于位置已固定的光源,与都是定值,当越大时,光线射出玻璃球的入射角就越大,光线越容易发生全反射,要使所有的光线都不会发生全反射,即当最大()时,不会发生全反射,即
全反射临界角的正弦值为
在点不发生全反射的光线,以后再次反射也不会发生全反射,所以光源与球心间的距离应满足
【备注】无
17.(1) (2) (3)
【解析】本题考查电磁感应问题、动量定理、能量守恒定律等,意在考查考生的分析综合能力。
(1)导体棒在倾斜导轨上从释放开始做加速度减小的加速运动,直到匀速运动,此时小灯泡稳定发光,有
①
设小灯泡稳定发光时导体棒的速度为
②
联立可得③
(2)小灯泡稳定发光时电路中的总功率
因为小灯泡和导体棒串联,所以
(3)设导体棒进入水平导轨某一位置时,通过导体棒的电流为,此时导体棒的速度为,经过极短的时间,根据动量定理,取向左的方向为正方向,则
④
又⑤
联立可得
等式两边求和有
设从导体棒进入水平导轨到停止的过程中通过导体棒的电荷量为,可解得⑥
设导体棒从进入水平导轨到停止的过程中通过的位移为,时间为,此过程中
产生的平均电动势⑦
产生的平均电流⑧
通过导体棒的电荷量⑨
联立③⑥⑦⑧⑨式可得
设导体棒在水平导轨上滑行的过程中产生的焦耳热为,根据能量守恒定律,有
【备注】无
18.(1),方向为与轴正方向夹角为
(2)
【解析】本题主要考查带电粒子在组合场中的运动、运动的合成与分解、牛顿运动定律、圆周运动及其相关的知识点,意在考查考生灵活运用相关知识分析解决问题的能力。
(1)粒子在轴上方电场中做类平抛运动,粒子带负电。设粒子从点运动到点的时间为,则有
联立解得
粒子运动到点时沿水平方向的速度
粒子进入磁场时的速度大小为
方向为与轴正方向夹角为
(2)粒子在轴下方的磁场中做匀速圆周运动,出磁场时,速度方向与轴正方向的夹角仍为
设粒子出磁场的位置与原点的距离为,则由运动的合成与分解可得
轴方向:
轴方向:
解得
设粒子在轴下方的磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为,由几何知识可知
由洛伦兹力提供向心力,,解得
粒子在磁场中的运动时间
由(1)知
故粒子从点射出到返回点运动的时间
。
【备注】无材料
铯
钾
钙
镁
铍
逸出功
1.9
2.3
3.2
3.7
3.9
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