天津市普通高中2020届高三学业水平等级性考试物理模拟试题（一）

2020年天津市普通高中学业水平等级性考试物理模拟试题（一）

（本试卷分选择题和非选择题两部分）

第Ⅰ卷（选择题）

一、单选题题（共5小题）

1.如图所示，一导热性能良好的金属气缸内封闭一定质量的理想气体。现缓慢地向活塞上倒一定质量的沙土，忽略环境温度的变化，在此过程中（　　）

A. 单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多

B. 气缸内大量分子撞击气缸壁的平均作用力增大

C. 气缸内大量分子的平均动能增大

D. 气体的内能增大

【答案】A

【解析】

【详解】A．温度不变，气体分子的平均动能不变，平均速率不变，等温压缩时，根据玻意耳定律得知，压强增大，则单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多，故A正确；

B．气缸内封闭气体被压缩，体积减小，压强增大，大量气体分子作用在器壁单位面积上平均作用力增大，大量分子撞击气缸壁的平均作用力却不一定增大，故B错误；

C．温度不变，则气缸内分子平均动能保持不变，故C错误；

D．金属气缸导热性能良好，由于热交换，气缸内封闭气体温度与环境温度相同，向活塞上倒一定质量的沙土时气体等温压缩，温度不变，气体的内能不变，故D错误。

故选A。

2.频率为的入射光照射某金属时发生光电效应现象。已知该金属的逸出功为W，普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是（　　）

A. 该金属的截止频率为

B. 该金属的遏止电压为

C. 增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数不变

D. 增大入射光的频率，光电子的最大初动能不变

【答案】B

【解析】

【详解】A．金属的逸出功大小和截止频率都取决于金属材料本身，用光照射某种金属，要想发生光电效应，要求入射光的频率大于金属的截止频率，入射光的能量为，只有满足

便能发生光电效应，所以金属的逸出功为

即金属的截止频率为

所以A错误；

B．使光电流减小到0的反向电压称为遏制电压，为

再根据爱因斯坦的光电效应方程，可得光电子的最大初动能为

所以该金属的遏止电压为

所以B正确；

C．增大入射光的强度，单位时间内的光子数目会增大，发生了光电效应后，单位时间内发射的光电子数将增大，所以C错误；

D．由爱因斯坦的光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，所以D错误。

故选B。

3.如图所示，线圈ABCD匝数n=10，面积S=0.4m2，边界MN(与线圈的AB边重合)右侧存在磁感应强度B=T的匀强磁场，若线圈从图示位置开始绕AB边以ω=10πrad/s的角速度匀速转动。则以下说法正确的是（　　）

A. 线圈产生的是正弦交流电

B. 线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为40V

C. 线圈转动s时瞬时感应电动势为40V

D. 线圈产生的感应电动势的有效值为40V

【答案】D

【解析】

【详解】A．线圈出了磁场不再产生感应电流，故线圈在有界磁场中产生正弦交流电的一半，故A错误；

B．线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为

代入解得，故B错误；

C．线圈从中性面位置开始计时，产生余弦式交变电流，其瞬时表达式

当线圈转动时，转过的角度为，此时瞬时感应电动势为

故C错误；

D．在一个周期内，只有半个周期产生感应电动势，故线圈产生的电动势的有效值为

解得，故D正确。

故选D。

4.2019年1月3日，“嫦娥四号”探测器成功着陆在月球背面。着陆前的部分运动过程简化如下：在距月面15km高处绕月做匀速圆周运动，然后减速下降至距月面100m处悬停，再缓慢降落到月面。己知万有引力常量和月球的第一宇宙速度，月球半径约为1.7×103km，由上述条件不能估算出（　　）

A. 月球质量 B. 月球表面的重力加速度

C. 探测器在15km高处绕月运动的周期 D. 探测器悬停时发动机产生的推力

【答案】D

【解析】

【详解】AB.第一宇宙速度

已知万有引力常量和月球的第一宇宙速度，月球半径约为1.7×103km，所以可以求出月球质量M和月球表面的重力加速度g，故AB错误；

C.根据万有引力提供环绕天体的向心力得

，

解得，所以可以求出探测器在15km高处绕月运动的周期T，故C错误；

D.探测器悬停时发动机产生的推力大小等于探测器的重力，由于不知道探测器的质量，所以无法求出探测器悬停时发动机产生的推力，故D正确。

故选D。

5.两电荷量分别为q1和q2的点电荷固定在x轴上的O、M两点，两电荷连线上各点电势φ随x变化的关系如图所示，其中C为ND段电势最低的点，则下列说法正确的是(　　)

A. q1、q2为等量异种电荷

B. N、C两点间场强方向沿x轴负方向

C. N、D两点间的电场强度大小沿x轴正方向先减小后增大

D. 将一正点电荷从N点移到D点，电势能先增大后减小

【答案】C

【解析】

【详解】A．若是异种电荷，电势应该逐渐减小或逐渐增大，由图象可以看出，应该是等量的同种正电荷，故A错误；

B．沿x正方向从N到C的过程，电势降低，N、C两点间场强方向沿x轴正方向．故B正确；

C．φ−x图线的斜率表示电场强度，由图可得N、D两点间的电场强度大小沿x轴正方向先减小后增大，故C正确；

D．NC电场线向右，CD电场线向左，将一正点电荷从N点移到D点，电场力先做正功后做负功，电势能先减小后增大．故D错误；

【点睛】由图象中电势的特点可以判断是同种等量正电荷．由电势图线的斜率可以判断电场强度的大小．沿电场线电势降低，可以判断电场强度的方向，可知电场力做功的正负，从而判断电势能的变化．

二、多选择题（共3小题）

6.下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是　　

A. 卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型

B. 天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是射线

C. 据图可知，原子核A裂变成原子核B和C要放出核能

D. 据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，故A正确；

B．天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是射线，B正确；

CD．裂变和聚变都要有质量亏损，根据质能方程都放出能量，C正确，D错误。

故选ABC。

【点睛】核反应过程中质量数和电荷数都守恒，在裂变和聚变时有质量亏损，要释放能量。

7.如图中坐标原点处的质点O为一简谐波的波源，当t=0s时，质点O从平衡位置开始振动，波沿x轴向两侧传播，P质点的平衡位置在1m～2m之间，Q质点的平衡位置在2m～3m之间。t1=2s时刻波形第一次如图所示，此时质点P、Q到平衡位置的距离相等，则（　　）

A. 波源O的初始振动方向是从平衡位置沿y轴向上

B 从t2=2.5s开始计时，质点P比Q先回到平衡位置

C. 当t2=2.5s时，P、Q两质点的速度方向相同

D. 当t2=2.5s时，P、Q两质点的加速度方向相同

【答案】BD

【解析】

【详解】A．据题，时刻刚传到4m处，根据4m处质点沿y轴向下振动，则波源起振的方向也沿y轴向下，故A错误；

B．由波形图可知，2s内分别向左、右方向传播了一个波形，则周期为2s，在时，即由图示的位置再过0.25个周期，此时质点P在y轴上方，向下运动，质点Q在y轴上方，向上运动，所以质点P比Q先回到平衡位置，故B正确；

CD．在2.5s时，质点P在y轴上方，向下运动，质点Q在y轴上方，向上运动，故两质点的速度方向相反，加速度方向相同，故C错误，D正确。

故选BD。

8.如图所示，质量为m的托盘P（包括框架）悬挂在轻质弹簧的下端处于静止状态，托盘的上表面水平。t=0时刻，将质量也为m的物块Q轻轻放到托盘上，t1时刻P、Q速度第一次达到最大，t2时刻，P、Q第一次下降到最低点，下列说法正确的是（　　）

A. Q刚放上P瞬间它们的加速度大小为

B. 0~t1时间内弹簧弹力的冲量大于2mgt1

C. 0~t1时间内P对Q的支持力不断增大

D. 0~t2时间内P、Q的重力势能和弹簧弹性势能的总和不断减小

【答案】AC

【解析】

【详解】A． Q刚放上P瞬间，弹簧弹力不变，仍为mg，故根据牛顿第二定理可知，它们的加速度

故A正确；

B． t1时刻P、Q速度第一次达到最大，此时P、Q整体合力零，此时弹簧弹力

故0~t1时间内弹簧弹力小于2mg，故0~t1时间内弹簧弹力的冲量小于2mgt1，故B错误；

C． 0~t1时间内整体向下的加速度逐渐减小到零，对Q有

故P对Q的支持力N不断增大，故C正确；

D． t2时刻，P、Q第一次下降到最低点，动能为零，故根据机械能守恒可知，0~t2时间内P、Q的重力势能和弹簧弹性势能的总和先减小再增大，故D错误。

故选AC。

第Ⅱ卷（非选择题）

9.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中：

（1）甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图甲所示的F﹣x图象，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度．请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x0＝_____cm，弹簧的弹性系数k＝_____N/m．该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，当弹簧秤的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x＝_____cm．

（2）乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示．下列表述正确的是_____．

A．a的原长比b的长          B．a的劲度系数比b的大

C．a的劲度系数比b的小    D．测得的弹力与弹簧的长度成正比．

【答案】    (1). 8    (2). 25    (3). 20    (4). B

【解析】

【详解】（1）当弹力为零时，弹簧处于原长状态，故原长为:x0＝8cm，在F﹣x图象中斜率代表弹簧的劲度系数，则:，在乙图中弹簧秤的示数:F＝3.00N，根据F＝kx，可知:，故此时弹簧的长度:L＝x+x0＝20cm．

（2）A．在丙图中，当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长，故b的原长大于a的原长，故A错误；

BC．斜率代表劲度系数，故a的劲度系数大于b的劲度系数，故B正确，C错误；

D．弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误．

10.某同学要测量一节干电池的电动势和内电阻：

①实验室除提供开关S和导线外，有以下器材可供选择：

电压表：V（量程3V，内阻Rv=10kΩ）

电流表：G（量程3mA，内阻Rg=100Ω）

电流表：A（量程3A，内阻约为0.5Ω）

滑动变阻器：R1（阻值范围0-10Ω，额定电流2A）

R2（阻值范围0-1000Ω，额定电流1A）

定值电阻：R3=0.5Ω

该同学依据器材画出了如图所示的原理图，他没有选用电流表A的原因是___________；

②该同学将电流表G与定值电阻R3并联，实际上是进行了电表的改装，则他改装后的电流表对应的量程是_______A；

③为了能准确地进行测量，同时为了操作方便，实验中应选用的滑动变阻器_______（填写器材的符号）；

④该同学利用上述实验原理图测得数据，以电流表G读数为横坐标，以电压表V读数为纵坐标绘出了如图所示的图线，根据图线可求出电源的电动势E=_______V （结果保留三位有效数字），电源的内阻r=_______Ω （结果保留两位有效数字）。

【答案】    (1). 量程与被测电流值相比较太大    (2). 0.603    (3). R1    (4). 1.48    (5). 0.84（0.70-0.90之间都给分）

【解析】

【详解】①[1] 一节干电池的电动势约E=1．5V，为方便实验操作，滑动变阻器应选R1，它的阻值范围是0-10Ω，电路中最小电流约为

电流表A的量程是3A，被测电流值与电流表量程相比差距太大，因此不能用电流表A。

②[2] 改装后电流表量程：

③[3]根据以上分析可知，选用的滑动变阻器是R1。

④[4][5] 由上可知，改装后电流表的量程是电流表G量程的200倍，图象的纵截距b等于电源的电动势，由图读出电源的电动势为：

E=1．48V

图线的斜率大小k=r，由数学知识知：

则电源的内阻为：

r=k=0.84Ω

11.如图所示是一种升降电梯的模型示意图，A为轿厢，B为平衡重物，A、B的质量分别为1Kg和0.5Kg．A、B由跨过轻质滑轮的足够长轻绳系住．在电动机牵引下使轿厢由静止开始向上运动，电动机输出功率10W保持不变，轿厢上升1m后恰好达到最大速度．不计空气阻力和摩擦阻力，g=10m/s2．在轿厢向上运动过程中，求：

(1)轿厢的最大速度vm：

(2)轿厢向上的加速度为a=2m／s2时，重物B下端绳的拉力大小；

(3)轿厢从开始运动到恰好达到最大速度过程中所用的时间．

【答案】（1）2m/s （2）8N （3）0.8s

【解析】

【详解】（1）轿厢的最大速度，当时，速度最大，

根据可得

（2）轿厢的加速度为，平衡重物B下端绳的拉力大小

对A：

对B：

解得

（3）轿厢从开始运动到恰好达到最大速度过程中所用时间

根据动能定理可得，解得t=0.8s

12.如图所示，两光滑平行金属导轨置于水平面内，两导轨间距为L，左端连有阻值为R的电阻，一金属杆置于导轨上，金属杆右侧存在一磁感应强度大小为B、方向竖直向下的有界匀强磁场区域．己知金属杆质量为m，电阻也为R，以速度v0向右进入磁场区域，做减速运动，到达磁场区域右边界时速度恰好为零．金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好，导轨电阻忽略不计．求：

（1）金属杆运动全过程中，在电阻R上产生热量QR．

（2）金属杆运动全过程中，通过电阻R的电荷量q．

（3）磁场左右边界间的距离d．

【答案】(1)；(2)；(3)

【解析】

【详解】(1)全过程中由能量守恒可得：，由串联电路中电流相等，所以热量分配与电阻成正比，所以，在电阻R上产生的热量为；

(2)取向右为正方向，全过程对金属棒由动量定理得：

由电流的定律得：

联立解得：；

(3)由电磁感应中的电量为：

全过程磁通量变化为：

解得：．

13.太阳喷发大量高能带电粒子，这些粒子形成的“太阳风”接近地球时，假如没有地球磁场， “太阳风”就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成分可能不是现在的样子，生命将无法存在。地磁场的作用使得带电粒子不能径直到达地面，而是被“运到”地球的南北两极，南极光和北极光就是带电粒子进入大气层的踪迹。假设“太阳风”主要成分为质子，速度约为0.1C（C=）。近似认为地磁场在赤道上空为匀强环形磁场，平均强度为，示意图如图所示。已知地球半径为，质子电荷量，质量。如果“太阳风”在赤道平面内射向地球，太阳喷发高能带电粒子，这些粒子形成的太阳风接近地球时，假如：

（1）太阳风中质子的速度的方向任意，则地磁场厚度d为多少时才能保证所有粒子都不能到达地表？并画出与之对应的粒子在磁场中的轨迹图。（结果保留两位有效数字）

（2）太阳风中质子垂直地表指向地心方向入射，地磁场的厚度至少为多少才能使粒子不能到达地表？并画出与之对应的粒子在磁场中的轨迹图。（结果保留两位有效数字）（时，）

（3）太阳风中粒子的入射方向和入射点与地心连线的夹角为α如图，0<α<90°，磁场厚度满足第（1）问中的要求为定值d。电子质量为me，电荷量为-e，则电子不能到达地表的最大速度和角度α的关系，并画出与之对应的粒子在磁场中的轨迹图。（图中磁场方向垂直纸面）

【答案】（1）13km，图见解析；（2）6.3km，图见解析；（3），图见解析；

【解析】

【详解】（1）由可得，粒子做圆周运动半径为

轨迹如图中曲线①所示，由几何关系，地磁场的厚度至少为d=2R，故

d=13km

（2）轨迹如图中曲线②所示，显然R<<r，根据勾股定理可知

由，利用解得

得d=R=6.3km

（3）轨迹如图所示

由余弦定理得

其中，解得

电子做圆周运动的半径为

联立可得

上式即为电子最大速度和满足的关系。