天津市耀华中学2023-2024学年高三下学期开学考试物理试卷

这是一份天津市耀华中学2023-2024学年高三下学期开学考试物理试卷，共14页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，填空实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题（每小题5分，共25分。每小题只有一个选项是正确的。）
1．（5分）某地突发洪涝灾害，救援人员驾驶气垫船施救，到达救援地点后将围困在水中的群众拉上气垫船，如图所示。若在救援人员将群众拉上气垫船的过程中气垫船所受压力增大，气垫不漏气，气垫内的气体视为理想气体且温度不变。则该过程（ ）
A．气垫内的气体内能增加
B．气垫内的气体对外界做功
C．气垫内的气体从外界吸收热量
D．气垫内的气体单位时间、单位面积撞击气垫壁的分子数增加
2．（5分）一列沿x轴传播的简谐横波，在t＝0时的波形如图甲，P、Q是波上的两个质点，此时质点P沿y轴负方向运动，图乙是波上某一质点的振动图像。下列说法正确的是（ ）
A．该波沿x轴负方向传播
B．图乙可能为Q点的振动图像
C．t＝0.10s时，质点P沿y轴负方向运动
D．该波的波速一定为40m/s
3．（5分）2020年12月17日凌晨，嫦娥五号到月球“挖土”成功返回。作为中国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程，嫦娥五号任务实现了多项重大突破，标志着中国探月工程“绕、落、回”三步走规划完美收官。若探测器测得月球表面的重力加速度为g0，已知月球的半径为R0，地球表面的重力加速度为g，地球的半径为R，忽略地球、月球自转的影响，则（ ）
A．月球质量与地球质量之比为g0R02gR2
B．月球密度与地球密度之比为g0R0gR
C．月球第一宇宙速度与地球第一宇宙速度之比为RgR0g0
D．嫦娥五号在月球表面所受万有引力与在地球表面所受万有引力之比为gg0
4．（5分）下列有关原子物理的知识，说法正确的是（ ）
A．β衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的
B．玻尔提出了原子核外电子轨道量子化，并成功解释了氢原子光谱
C．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果最先提出了原子核的结构模型
D．氡的半衰期是3.8天，8个氡原子核经过7.6天之后，还剩下2个未发生衰变
5．（5分）如图所示是等量异种点电荷形成电场中的一些点，O是两电荷连线的中点，E、F是连线中垂线上相对O对称的两点，B、C和A、D也相对O对称。则（ ）
A．B、O、C三点比较，O点场强最弱，B点电势最高
B．E、O、F三点比较，O点电势最高、场强最弱
C．A、D两点场强相同，电势相同
D．正试探电荷沿连线的中垂线由E点运动到F点，电场力先做负功后做正功
二、多项选择题（每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分。）
（多选）6．（5分）a、b两种单色光均是由氢原子跃迁产生的，其中a是氢原子从能级4向能级2直接跃迁发出的光，b是氢原子从能级3向能级2跃迁发出的光，则下列说法正确的是（ ）
A．在水中a光的速度更大
B．用同一装置分别进行双缝干涉实验时，b光的条纹间距更大
C．若光线a、b照射同一光电管产生光电效应，光线a的遏止电压高
D．以同一入射角从某种介质射入真空，若a光发生了全反射，则b光也一定发生了全反射
（多选）7．（5分）如图甲所示为一自耦变压器（可视为理想变压器）的结构示意图，线圈均匀绕在圆环形铁芯上，滑动触头C在某一位置，在BC间接一个交流电压表和一个变阻器R，若AB间输入图乙所示的交变电压，则（ ）
A．当t＝1×10﹣2s时，电压表的示数为零
B．AB间输入电压的瞬时值u=2202sin100πt(V)
C．滑动触头C向上移动时，R两端的电压增大
D．变阻器滑片P向上移动时，AB间输入功率增大
（多选）8．（5分）质量为M的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，A为半圆的最低点，B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为m的小滑块。用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动，力F的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略。下列说法正确的是（ ）
A．推力F越来越大
B．凹槽对滑块的支持力先减小后增大
C．墙面对凹槽的压力先增大后减小
D．水平地面对凹槽的支持力先减小后增大
三、填空实验题（共计12分）
9．（6分）某同学在做“探究加速度与合外力之间关系”的实验，实验装置如图甲所示。
（1）按图甲正确组装实验器材，补偿小车所受的阻力。图乙中纸带的 端与小车相连（选填“A”或“G”）。
（2）关于实验操作，下列说法正确的是 。
A.实验中，需要垫高木板有打点计时器的一端来补偿阻力
B.补偿阻力就是放开拖着纸带的小车时，小车能够自由下滑即可
C.若用砂桶总重力作为小车合外力，则要求小车的质量远小于砂桶的质量
D.实验中拉着小车的细线必须与长木板平行
（3）如图乙所示为某次实验中打出的一条纸带的一部分，A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个打出的点没有画出。已知打点计时器的电源频率为50Hz，由此可算出小车的加速度a＝ m/s2（保留两位有效数字）。
10．（6分）一实验兴趣小组欲测一段金属丝的电阻。由于实验室的电表均不能视为理想电表，该小组设计了如下电路图，其中Rx表示待测金属丝的阻值，RV表示电压表阻值，RA表示电流表阻值，R0表示定值电阻阻值。回答下列问题：
①按照电路图甲连接好电路后，按照如下步骤进行测量：
i．闭合S1，断开S2，调节滑动变阻器RL，使电压表和电流表示数合适，记录下U和I1，I1＝ （用U和图甲中标注的符号表示）；
ii．再闭合S2，调节滑动变阻器RL，保持电压表电压U不变，记录电流表示数I2；
iii．重复以上步骤，改变电压值，进行多次测量。
②该小组同学在进行数据处理时为了减小偶然误差，使用图像法处理数据。绘出U随（I2﹣I1）变化的图线斜率为k，则待测电阻Rx＝ （用题中所给符号表示）；
③在理论上，此方法的电阻测量值 （填“大于”、“小于”、“等于”）真实值。
四、计算题（第10题14分，11题16分，12题18分，共计48分）
11．（14分）如图所示，质量M＝0.2kg的滑块在光滑的水平轨道上，质量m＝0.1kg的小球通过长L＝0.5m的轻质细杆与滑块上的光滑轴O连接，小球和轻杆可在竖直平面内绕O轴自由转动，开始轻杆处于水平状态，现给小球一个竖直向上的初速度v0＝4m/s，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2。
（1）若锁定滑块，求小球通过最高点P时对轻杆的作用力F的大小和方向；
（2）若解除对滑块的锁定，求从小球开始运动至到达最高点过程中，滑块移动的距离x；
（3）若解除对滑块的锁定，求小球运动至最高点时的速度vm和此时滑块的速度vM。
12．（16分）如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第一象限存在沿y轴负向的匀强电场，在第四象限以P点为圆心的半圆内，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，P点的坐标为（2h，0）。一质量为m、电荷量为q的带电粒子，从y轴正半轴上y＝h的M点以速度v0垂直于y轴射入电场，从P点进入磁场，且粒子刚好不会从磁场的半圆边界离开磁场。
（1）粒子带何种电荷；
（2）电场强度的大小；
（3）磁感应强度的大小。
13．（18分）如图所示，一倾角为α的光滑固定斜面的顶端放有质量M＝0.06kg的U形导体框，导体框的电阻忽略不计；一电阻R＝3Ω的金属棒CD的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路CDEF；EF与斜面底边平行，长度L＝0.6m。初始时CD与EF相距s0＝0.4m，金属棒与导体框同时由静止开始下滑，金属棒下滑距离s1=316m后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行；金属棒在磁场中做匀速运动，直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的EF边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小B＝1T，重力加速度大小取g＝10m/s2，sinα＝0.6。求：
（1）金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；
（2）金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数。
参考答案与试题解析
一、单项选择题（每小题5分，共25分。每小题只有一个选项是正确的。）
1．【解答】解：ABC.由于该过程中气垫内的气体温度不变，因此气垫内的气体内能不变，该过程中气垫内的气体压强增大，根据玻意耳定律可知，气垫内的气体体积减小，外界对气垫内的气体做正功，结合热力学第一定律可知，该过程中气垫内的气体放热，故ABC错误；
D.由于温度不变，气垫内的气体分子平均动能不变，而气体压强增大，因此该过程中气垫内的气体单位时间、单位面积撞击气垫壁的分子数增加，故D正确。
故选：D。
2．【解答】解：A、已知t＝0时P点沿y轴负方向运动，根据同侧法可知波向x轴正方向传播，故A错误；
B、根据同测法可知，Q点在0时刻沿y轴正方向运动，所以乙图不是Q点的振动图像，故B错误；
C、根据振动图像可知周期T＝0.20s，所以t＝0.10s时经历了半个周期，P点在平衡位置下方沿y轴正方向运动，故C错误；
D、根据图甲可知波长是8m，所以波速v=λT=80.2m/s＝40m/s，故D正确。
故选：D。
3．【解答】解：A．由万有引力等于重力GMmR2=mg
可得质量之比g0R02gR2
故A正确；
B．由密度公式ρ=MV=3M4πR3
可得密度之比ρ月ρ地=g0RgR0
故B错误；
C．由mg=mv2R可得第一宇宙速度之比为v月v地=R0g0Rg
故C错误；
D．嫦娥五号在月球表面所受万有引力与在地球表面所受万有引力之比为
F月F地=g0g
故D错误。
故选：A。
4．【解答】解：A．β衰变所释放的电子是原子核内的一个中子转变为一个质子，同时释放出一个电子而形成的，故A错误；
B．玻尔理论提出了原子核外电子轨道量子化，并成功解释了氢原子光谱，故B正确；
C．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果最先提出了原子的核式结构模型，而不是原子核的结构模型，故C错误；
D．半衰期是一个统计规律，对于少数原子核不适用，即8个氡原子核经过7.6天之后，不能确定未发生衰变的原子核的数目，故D错误。
故选：B。
5．【解答】解：A、B、O、C三点比较，根据电场的对称性可知，B、C两点的电场强度相同，且大于O点的电场强度，即O点电场强度最弱，电场线由正电荷指向负电荷，沿电场线方向电势逐渐降低，则B点电势最高，C点电势最低，故A正确；
BD、由等量异种点电荷特点可知，两点电荷连线的中垂线为等势线，则O、E、F三点电势相等，正试探电荷沿连线的中垂线由E点运动到F点，电场力不做功，从O点向外电场强度逐渐减小，则O点场强最大，故BD错误；
C、A、D两点电场大小相等，方向相同，A点电势高于D点电势，故C错误；
故选：A。
二、多项选择题（每小题5分，共15分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，选错或不答的得0分。）
6．【解答】解：根据氢原子的能级图可知从能级4向能级2直接跃迁发出的a光能量比从能级3向能级2跃迁发出的b光能量高。根据E＝hν=ℎcλ可知能量越高的光，频率越高，波长越短，即νa＞νb，λa＜λb；
A．a光的频率高，则水对a的折射率大，光在介质中的传播速度v=cn，可知在水中a光的速度更小，故A错误；
B．双缝干涉实验中，根据Δx=Ldλ可知波长越长，条纹间距越大，根据λa＜λb，则b光的条纹间距更大，故B正确；
C．根据光电效应方程可知Ek＝hν﹣W0，eUc＝Ek，解得遏止电压Uc=Eke=ℎν−W0e，根据νa＞νb可判断光线a的遏止电压高，故C正确；
D．根据全反射临界角sinC=1n，a光折射率大，则a光的临界角更小，更容易发生全反射。所以若a光发生了全反射，b光不一定发生全反射，故D错误。
故选：BC。
7．【解答】解：A．交流电压表的示数为有效值，不为零，故A错误；
B．由图乙可知交流电的T＝2×10﹣2s，则角速度ω=2πT=2π0.02srad/s=100πrad/s
AB间输入电压的瞬时值表达式u＝Umsinωt=2202sin100πt(V)，故B正确；
C．根据理想变压器电压与匝数比的关系UUR=n1n2
得电阻R两端的电压UR=n2n1U
当滑动触头C向上移动时，副线圈n2变大，所以R两端的电压增大，故C正确；
D．根据理想变压器电压关系UUR=n1n2
得电阻R两端的电压UR=n2n1U
由于原副、线圈匝数比不变，因此电阻R两端电压不变
输入功率等于输出功率P入=P出=UR2R
变阻器滑片P向上移动时，R减小，AB间输入功率增大，故D正确。
故选：BCD。
8．【解答】解：AB、对滑块受力分析如图1：
设F与竖直方向的夹角为α，由平衡条件有：
F＝mgcsα，
N＝mgsinα，
滑块从A缓慢移动B点时，α越来越小，则推力F越来越大，支持力N越来越小，故B错误，A正确；
C、对凹槽与滑块整体分析如图2：
墙面对凹槽的压力为：
FN＝Fsinα＝mgcsαsinα=12mgsin2α，
由题意知，0≤2α≤π，则α越来越小时，墙面对凹槽的压力先增大后减小，故C正确；
D、水平地面对凹槽的支持力为：
N'＝（M+m）g﹣Fcsα＝（M+m）g﹣mgcs2α，
则α越来越小时，水平地面对凹槽的支持力越来越小，故D错误；
故选：AC。
三、填空实验题（共计12分）
9．【解答】解：（1）因为从左向右点迹越来越稀疏，而小车是做加速运动的，所以纸带的A端与小车相连；
（2）A、根据实验原理知，需要垫高有打点计时器的一端，以平衡小车受到的摩擦力，故A正确；
B、平衡摩擦力的方法是取下砂桶，轻推小车后，小车能拖着纸带在倾斜的木板上做匀速直线运动，故B错误；
C、只有m≪M时，砂桶的总重力mg才近似等于拉力，故C错误；
D、只有拉小车的细线与木板平行，才能保证拉力大小不变，故D正确。
故选：AD
（3）由题意可知，相邻计数点的时间间隔T＝5×0.02s＝0.1s，由逐差公式求加速度
a=sDG−sAD(3T)2=(6.50−2.60)−(2.60−0.50)(3×0.1)2×10−2m/s=0.20m/s2。
答案为：（1）A；（2）AD；（3）0.20
10．【解答】解：①i根据串并联电路的特点有I1=URV+URx+R0
②再闭合S2，调节滑动变阻器RL，保持电压表电压U不变，记录电流表示数I2，有
I2=URV+UR0
联立解得
I2−I1=UR0−UR0+Rx
整理可得
U=R0(R0+Rx)Rx(I2−I1)
绘出U随（I2﹣I1）变化的图线斜率为k，则有
k=R0(R0+Rx)Rx
解得
Rx=R02k−R0
③在理论上，此方法的电阻测量值等于真实值。
故答案为：（1）URV+URx+R0 （2）.R02k−R0 （3）.等于
四、计算题（第10题14分，11题16分，12题18分，共计48分）
11．【解答】解：（1）设小球通过最高点时的速度为v1。小球在上升过程中，只有重力做功，小球的机械能守恒。
由机械能守恒定律得：12mv02=12mv12+mgL
代入数据解得：v1=6m/s
设小球到达最高点时，轻杆对小球的作用力为F1，方向竖直向下，由牛顿第二定律得：
F1+mg＝mv12L
代入数据解得：F1＝0.2N
由牛顿第三定律可知，小球对轻杆的作用力F大小为0.2N，方向竖直向上。
（2）从小球开始运动至到达最高点过程中，滑块移动的距离x时，小球沿水平方向的位移大小为L﹣x。
取水平向右为正方向，根据小球和滑块组成的系统水平方向动量守恒，得
mL−xt−Mxt=0
解得x=mLM+m=0.1×0.50.2+0.1m=16m≈0.17m
（3）解除锁定后，设小球通过最高点时的速度为vm，滑块的速度为vM。
以水平向右方向为正方向，由水平方向动量守恒有 mvm﹣MvM＝0
在上升过程中，只有重力做功，系统的机械能守恒，则得：12mv02=12mvm2+12MvM2+mgL
解得：vm＝2m/s，vM＝1m/s
答：（1）小球通过最高点P时对轻杆的作用力F的大小为0.2N，方向竖直向上；
（2）从小球开始运动至到达最高点过程中，滑块移动的距离x是0.17m；
（3）小球运动至最高点时的速度vm和此时滑块的速度vM分别为2m/s和1m/s。
12．【解答】解：（1）粒子从电场方向竖直向下的匀强电场进入磁场，可知粒子在电场中做类平抛运动，所受电场力竖直向下，粒子所受电场力与电场强度方向相同，因此可知粒子带正电。
（2）粒子在电场中做类平抛运动，竖直方向做匀加速直线运动，水平方向做匀速直线运动，设粒子在电场中运动的时间为t，加速度大小为a，则有
y=12at2
x＝v0t
a=Eqm
由题意可知，竖直方向的位移为y＝h，水平方向的位移x＝2h，
联立解得：E=mv022ℎq
（3）设粒子进入磁场时的速度为v，则粒子在电场中由动能定理得：
Eqℎ=12mv2−12mv02
解得：v=2v0
设粒子进入磁场时与x轴正方向的夹角为θ，则有
vcsθ＝v0
解得θ＝45°
粒子刚好不会从磁场的半圆边界离开磁场，做出粒子的运动轨迹图如下所示
若粒子恰好不从半圆形磁场边界离开磁场，由几何关系（三点共线）可知，P点与切点连线为轨迹圆的直径，
2R＝2h
解得粒子的轨迹半径为：R＝h
则由洛伦兹力充当向心力，由牛顿第二定律得：
Bqv=mv2R
解得：B=2mv0qℎ
答：（1）粒子带正电荷；
（2）电场强度的大小为mv022ℎq；
（3）磁感应强度的大小为2mv0qℎ。
13．【解答】解：（1）因斜面是光滑的，所以在金属棒进入磁场前，金属棒与导体框一起做初速度为零的匀加速直线运动，设金属棒的质量为m，由牛顿第二定律得：
（M+m）gsinα＝（M+m）a
代入数据解得：a＝6m/s2
金属棒进入磁场时，设金属棒与导体框的速度大小为v0，则有
v0=2as1=2×6×316m/s＝1.5m/s
金属棒切割磁感线产生的感应电动势为：E＝BLv0
由闭合电路的欧姆定律可知，感应电流：为I=ER
金属棒在磁场中运动时受到的安培力大小：F安＝BIL
代入数据解得：F安＝0.18N
（2）金属棒在磁场中运动过程导体框做匀加速直线运动，设金属棒与导体框间的滑动摩擦力大小为f，导体框EF边进入磁场时的速度大小为v。
对导体框，由牛顿第二定律得：Mgsinα﹣f＝Ma框
由匀变速直线运动的速度—位移公式得：v2−v02=2a框s0
导体框刚进入磁场时所受安培力：F＝BIL=B2L2vR
导体框刚进入磁场时做匀速直线运动，对导体框，由平衡条件得：B2L2vR+f＝Mgsinα
代入数据联立解得：a框＝5m/s2，f＝0.06N，v＝2.5m/s
金属棒在磁场中做匀速直线运动，由平衡条件得：F安＝mgsinα+f
代入数据解得，金属棒的质量：m＝0.02kg，
由滑动摩擦力公式得：f＝μmgcsα
代入数据解得，金属棒与导体框之间的动摩擦因数：μ＝0.375
答：（1）金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小是0.18N；
（2）金属棒的质量是0.02kg，金属棒与导体框之间的动摩擦因数是0.375。