2021-2022学年天津市河北区高三（上）期末物理试卷（含答案解析）

2021-2022学年天津市河北区高三（上）期末物理试卷

1.     在核反应方程中，X表示的是(    )

A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 粒子

2.     光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比(    )

A. 波长变短 B. 光子能量增加 C. 频率降低 D. 传播速度增大

3.     图a是一列简谐横波在时的波形图，图b是这列波中P点的振动图象，则该波的传播速度和传播方向是(    )
    

A. ，向x轴负方向传播 B. ，向x轴正方向传播
C. ，向x轴负方向传播 D. ，向x轴正方向传播

4.     如图所示，一根粗糙的水平横杆上套有A、B两个轻环，系在两环上的等长细绳拴住的书本处于静止状态，现将两环距离变小后书本仍处于静止状态，则(    )

A. 杆对A环的支持力变大 B. B环对杆的摩擦力变小
C. 杆对A环的力不变 D. 与B环相连的细绳对书本的拉力变大

5.     2021年5月15日，天问一号探测器着陆火星取得成功，迈出了我国星际探测征程的重要一步，在火星上首次留下中国人的印迹。天问一号探测器成功发射后，顺利被火星捕获，成为我国第一颗人造火星卫星。经过轨道调整，探测器先沿椭圆轨道Ⅰ运行，之后进入称为火星停泊轨道的椭圆轨道Ⅱ运行，如图所示，两轨道相切于近火点P，则天问一号探测器(    )

A. 在轨道Ⅱ上处于受力平衡状态 B. 在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时短
C. 从轨道Ⅰ进入Ⅱ在P处要加速 D. 沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大

6.     下列说法中正确的是(    )

A. 放射性元素发生一次衰变，原子序数增加1
B. ，随地球环境的变化，其半衰期可能变短
C. 卢瑟福的散射实验可以估测原子核的大小
D. 若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光能使该金属发生光电效应

7.     一冲九霄，问鼎苍穹。2021年4月29日，长征五号B遥二运载火箭搭载空间站天和核心舱发射升空，标志着我国空间站建造进入全面实施阶段。下列关于火箭的描述正确的是(    )

A. 增加单位时间的燃气喷射量可以增大火箭的推力
B. 增大燃气相对于火箭的喷射速度可以增大火箭的推力
C. 当燃气喷出火箭喷口的速度相对于地面为零时火箭就不再加速
D. 火箭发射时获得的推力来自于喷出的燃气与发射台之间的相互作用

8.     如图所示，水平传送带由电动机带动并始终保持以速度v匀速运动．现将质量为m的某物块由静止释放在传送带上的左端，过了一段时间物块能保持与传送带相对静止并运动到了传送带上的右端．设物块与传送带间的动摩擦因数为，对于这一过程下列说法正确的是(    )

A. 摩擦力对物块做功为 B. 传送带克服摩擦力做功为
C. 系统摩擦生热为 D. 电动机多消耗的能量为

9.     某实验小组利用手机的录像功能拍下小球在斜面上做匀加速直线运动的过程。为便于记录小球各个时刻在斜面上的位置，将录像中时间间隔为T的连续7幅画面合成到同一张图中，示意如图。依次测得小球各相邻位置间的距离为、、、、、。
   ①写出小球在位置1的速度表达式______。
   ②要求充分利用测量数据，写出小球运动过程中的加速度表达式______。
   ③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差是______误差。填“偶然”或“系统”

10. 用如图1所示装置研究平地运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。
    下列实验条件必须满足的有______。
    A.斜槽轨道光滑
    B.斜槽轨道末段水平
    C.挡板高度等间距变化
    D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
    为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。
    取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的______选填“最上端”、“最下端”或者“球心”对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时______选填“需要”或者“不需要”轴与重锤线平行。
    若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是和，则______选填“大于”、“等于”或者“小于”。可求得钢球平抛的初速度大小为______已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示。
    为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是______。
    A.从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹
    B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹
    C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹

11. 一玩具以初速度从水平地面竖直向上抛出，达到最高点时，用遥控器将玩具内压缩的轻弹簧弹开，该玩具沿水平方向分裂成质量之比为1：4的两部分，此时它们的动能之和与玩具从地面抛出时的动能相等。弹簧弹开的时间极短，不计空气阻力。求
    玩具上升到最大高度时的速度大小；
    两部分落地时速度大小之比。
12. 2020年12月17日，嫦娥五号携带了4斤的月球土壤样本返回地球。2030年中国计划实现载人登月。到那时候我国宇航员可以在月球上进行一系列的物理实验。例如：在月球表面附近自h高处以初速度水平抛出一个小球，测出小球的水平射程为L。已知月球半径为R，万有引力常量为G，不考虑月球自转影响。由以上的数据可求：
    月球的质量。
    若在月球表面附近上发射一颗卫星，求卫星绕月球做匀速圆周运动的周期。
13. 如图所示，一质量为的平板车静止在光滑水平地面上，平板车的上表面距离地面高，其右侧足够远处有一固定障碍物另一质量为可视为质点的滑块，以的水平初速度从左端滑上平板车，同时对平板车施加一水平向右、大小为5N的恒力当滑块运动到平板车的最右端时，两者恰好相对静止．此时车去恒力当平板车碰到障碍物A时立即停止运动，滑块水平飞离平板车后，恰能无碰撞地沿圆弧切线从B点切入光滑竖直圆弧轨道，并沿轨道下滑．已知滑块与平板车间的动摩擦因数，圆弧半径为，圆弧所对的圆心角，g取，，，求：
    
    平板车的长度；
    障碍物A与圆弧左端B的水平距离；
    滑块运动圆弧轨道最低点C时对轨道压力的大小．
    

答案和解析

1.【答案】A 

【解析】根据质量数和电荷数守恒，，X表示的是质子，故A正确，BCD错误。
故选A。
 

2.【答案】A 

【解析】解：BC、紫外线在传播过程中无论进入何种介质，其频率不变；根据可知，光子能量不变，故BC错误；
AD、设该液体对紫外线的折射率为，根据可知紫外线在液体中的传播速度减小；
根据可知，不变、v减小、则波长变短，故A正确、D错误。
故选：A。
紫外线在传播过程中无论进入何种介质，其频率不变；根据判断光子能量；根据分析传播速度的变化；根据分析波长的变化。
本题主要是考查光的折射，知道光的频率是由光本身决定的，与介质无关，掌握波速、波长和频率的关系。
 

3.【答案】C 

【解析】

【分析】
物体处于静止状态时，必受到平衡力的作用，选择合适物体进行受力分析，运用平衡力的知识就可解决题目中的力的个数．利用整体法判断摩擦力的大小与方向．
本题考查静摩擦力的判断方法，要注意灵活选择研究对象后进行受力分析．
【解答】
由b图可知，2s时刻P点正经过平衡位置向正方向运动，则由波动图象可知波应向x轴的负方向传播；
而波的周期为2s，波长为100m，则波速；
故C正确；
故选：C。  

4.【答案】B 

【解析】

【分析】
以两个轻环和小球组成的系统为研究对象，分析受力情况，判断横梁对铁环的支持力的变化情况；隔离任一小环研究，分析受力情况，判断摩擦力f的变化情况；再根据平衡条件分析与B环相连的细绳对书本的拉力的变化。
本题是力平衡中动态平衡问题，要灵活选择研究对象，正确分析受力情况，再运用平衡条件列式进行分析。
【解答】

A.设重物的质量为M，以两个轻环和小球组成的系统为研究对象，竖直方向受到重力和水平横梁对铁环的支持力，力图如图1所示：

根据平衡条件得：，得到，可见，水平横梁对铁环的支持力不变，故A错误；
B.以左侧环为研究对象，力图如图2所示，竖直方向：；水平方向：，联立得：，增大时，变小，故B正确；
C.杆对A环的支持力不变，摩擦力减小，则杆对A环的力变小，故C错误；
D.与B环相连的细绳对书本的拉力设为T，根据竖直方向的平衡条件可得：，由于绳子与竖直方向的夹角减小，则变大，绳子拉力变小，故D错误。
故选B。
 

5.【答案】D 

【解析】解：A、探测器在轨道Ⅱ做椭圆运动，其轨迹为椭圆，所以受力不平衡，故A错误；
B、根据开普勒第三定律：，轨道Ⅰ运行半径比在Ⅱ的大，则在轨道Ⅰ运行周期比在Ⅱ时的长，故B错误；
C、在变轨过程中从高轨道进入低轨道需要点火减速，使得万有引力大于向心力，故C错误；
D、沿椭圆轨道运动时，根据能量守恒可知近地点的速度大，所以探测器沿轨道Ⅰ向P飞近时速度增大，故D正确；
故选：D。
探测器在轨道Ⅱ做椭圆运动，受力不平衡；根据开普勒第三定律判断探测器在轨道Ⅰ上运行周期和轨道Ⅱ上运行周期的关系；根据能量守恒判断轨道上探测器在P点和Q点的速度大小关系。
万有引力提供卫星圆周运动的向心力，分析轨道半径大小的对速度的影响，卫星在椭圆轨道上运动时的速度变化情况。
 

6.【答案】AC 

【解析】解：A、一次衰变后电荷数增加1，质量数不变，所以原子序数增加1，故A正确．
B、半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关．
所以随地球环境的变化，其半衰期不变，故B错误．
C、粒子穿过原子时，电子对粒子运动的影响很小，影响粒子运动的主要是带正电的原子核．而绝大多数的粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转，根据粒子散射实验，可以估算出原子核的直径约为米米，原子直径大约是米．故C正确．
D、若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，说明从能级向能级跃迁时辐射出的光的频率小于金属的极限频率，从能级向能级跃迁时辐射出的光比从能级向能级跃迁时辐射出的光的频率还小，所以更不能发生光电效应，故D错误．
故选
知道衰变产生电子，电荷数增加1，质量数不变．半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关．
原子核的半径无法直接测量，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定．
知道使某金属发生光电效应的条件．
知道衰变前后质量数和电荷数守恒．
清楚要能发生光电效应，入射光的频率必须大于等于金属的极限频率．
 

7.【答案】AB 

【解析】

【分析】
本题关键在于对动量定理的理解，根据动量定理分析求解。
【解答】
AB、根据动量定理，增加单位时间的喷射量或者增大燃气相对于火箭的喷射速度v，可以增加火箭对气体的力大小，力的作用是相互的，气体对火箭的反作用力也会变大，故AB正确；
C、火箭喷出燃气的速度相对于地面速度为零时，气体和火箭相对速度不为零，它们依然存在相互作用力，火箭依然会加速，故C错误；
D、火箭获得的推力是火箭和气体之间的相互作用力，故D错误；
故选：AB。  

8.【答案】AC 

【解析】解：物块运动过程中，只有摩擦力对它做功，根据动能定理得：摩擦力对物块做的功为：，故A正确；
B.在物块与传送带相对静止之前，两者之间有相对位移，所以物块对传送带做功与传送带对物块做功并不相等．由于传送带相对于地的位移大于物块相对地的位移，所以物块对传送带做功大于，故B错误；
C.设物块匀加速运动的时间为t，则物块与传送带相对位移大小为，此过程中物块的位移为，则有；系统摩擦生热为，故C正确；
D.电动机多消耗的能量转化成了物体的动能和系统的内能，所以电动机多消耗的能量为，故D错误．
故选：
摩擦力对物块做功等于物块动能的变化，根据动能定理求解；
由于物块与传送带间有相对位移，物块对传送带做功与传送带对物块做功并不相等；
系统摩擦生热等于系统克服摩擦力做的总功；
物体在传送带上运动时，物体和传送带要发生相对滑动，所以电动机多消耗的能量一部分转化成了物体的动能另一部分就是增加了相同的内能．
解决本题的关键知道物块先受滑动摩擦力后不受摩擦力．系统摩擦生热应根据相对位移求解．
 

9.【答案】①；②；③偶然。 

【解析】

【分析】
①根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出小球在位置1的速度表达式；
②根据匀变速直线运动的推论公式：使用逐差法求加速度；
③明确实验原理，根据误差的分类分析。
该题考查了利用匀变速直线运动的规律和推论解决问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，掌握遂差法求解加速度方法，同时注意单位的换算与保留有效数字。
【解答】
①根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，有：
；
②根据匀变速直线运动的推论公式：使用逐差法求加速度；
；
③在测量小球相邻位置间距时由于实验者读数产生的误差属于偶然误差。
故答案为：①；②；③偶然。  

10.【答案】BD 球心  需要  大于  

【解析】解：、为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但必须是水平的。同时要让小球总是从同一位置释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点；故A错误BD正确；
C、档板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同的位置即可，不需要等间距变化；故C错误；
、小球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是小球静置于Q点时球心的位置；故应以球心在白纸上的位置为坐标原点；小球在竖直方向为自由落体运动，故y轴必须保证与重锤线平行；
b、如果A点是抛出点，则在竖直方向上为初速度为零的匀加速直线运动，则AB和BC的竖直间距之比为1：3；但由于A点不是抛出点，故在A点已经具有竖直分速度，故竖直间距之比大于1：3；
由于两段水平距离相等，故时间相等，根据可知，则初速度；
从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹，此方案是可行的；
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹，此方案是可行的；
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，由于铅笔和纸之间没有压力，故不会形成运动轨迹，故C不可行；
故选：AB；
故答案为：球心  需要    大于  
根据实验的原理以及操作中的注意事项确定正确的操作步骤。
明确实验原理，知道应记录球心位置；根据位移-时间公式求出从抛出到到达A、B两点的时间，从而得出时间差，结合水平位移求出平抛运动的初速度；
根据实验中是否能准确记录下小球的轨迹进行分析，从而确定能否可行；
解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式灵活求解；明确地球是球形，只有在水平速度较小高度较小时，地面可视为水平，此种情况下可以视为小球做平抛运动。
 

11.【答案】解：设玩具上升的最大高度为h，玩具上升到最大高度时的速度大小为v，取竖直向上为正方向，由运动学公式有
  
   
联立解得
设玩具分开时两部分的质量分别为、，水平速度大小分别为、，依题意，动能关系为：
   
玩具到达最高点时速度为零，两部分分开时速度方向相反，水平方向动量守恒，取质量为的部分速度方向为正方向，有
 
分开后两部分都做平抛运动，根据动能定理得
  对有，
  对有，
结合：：4
联立解得两部分落地时速度大小之比：：1
答：玩具上升到最大高度时的速度大小为；
两部分落地时速度大小之比为2：1。 

【解析】玩具上升过程做匀减速直线运动，根据运动学速度-位移公式求玩具上升到最大高度时的速度大小；
玩具分开过程，根据水平方向动量守恒和能量守恒定律分别列方程。分开后玩具运动过程，由动能定律求两部分落地时速度大小表达式，联立求解两部分落地时速度大小之比。
解答本题时，要理清玩具的运动过程，知道玩具分开过程，水平方向动量守恒。对于平抛运动过程，也可以根据运动学公式求落地时速度大小。
 

12.【答案】解：对平抛运动，则
；

对月球表面的物体：
解得；
对月球表面的卫星
解得
答：月球的质量为；
卫星绕月球做匀速圆周运动的周期为。 

【解析】根据平抛运动的不同方向的运动特点结合万有引力与重力的等量关系计算出月球的质量；
根据万有引力提供向心力计算出卫星的运动周期。
本题主要考查了万有引力定律的相关应用，理解万有引力和重力的等量关系，同时结合平抛运动的不同方向的运动特点完成分析。
 

13.【答案】解：由牛顿第二定律得：
对滑块：，
对平板车：，
经过时间，滑块与平板车相对静止，共同速度为，
则，
代入数据解得：，，
滑块与平板车在时间内通过的位移分别为：
，，
则平板车的长度：，
代入数据解得：
滑块离开平板车后做平抛运动，
竖直方向：，水平方向：，
代入数据解得：；
小物块从离开平板车到C点过程，由动能定理得：
，
在C点，由牛顿第二定律得：，
代入数据解得：，
由牛顿第三定律可知，物块对轨道的压力：；
答：平板车的长度为4m；
障碍物A与圆弧左端B的水平距离为；
滑块运动圆弧轨道最低点C时对轨道压力的大小为 

【解析】对滑块和小车分别受力分析，由牛顿第二定律可以求得加速度的大小，再根据匀变速直线运动的规律可以求得车的长度；
滑块从平板车上滑出后做平抛运动，根据平抛运动的规律可以求得障碍物A与圆弧左端B的水平距离；
从B到C得过程中，物体的机械能守恒，再根据向心力的公式可以求得再C点时受到的支持力的大小，再由牛顿第三定律可得滑块对轨道的压力．
分析清楚滑块在每个过程的运动状态，根据物体的运动的过程来逐个求解，本题中用到了匀变速直线运动、平抛运动和圆周运动的规律，涉及的知识点较多，要求学生要熟练的应用每一部分的知识．