2021-2022学年天津市南开区高三上学期期末考试物理试题（原卷 解析版）

2021～2022学年度第一学期南开区期末考试试卷

高三年级物理学科

第Ⅰ卷（选择题：共40分）

一、单项选择题（每小题5分，共25分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的。）

1. 在物理学的发展过程中，许多物理学家都做出了重要的贡献，他们也创造出了许多的物理学研究方法，下列关于物理学研究方法的叙述中正确的是（　　）

A. 理想化模型是把实际问题理想化，略去次要因素，突出主要因素，例如质点、位移等是理想化模型。

B. 重心、合力和交变电流的有效值等概念的建立都体现了等效替代的思想。

C. 用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，例如场强，电容，加速度都是采用比值法定义的。

D. 根据速度定义式，当非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了类比的思想方法。

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】A．理想化模型是把实际问题理想化，略去次要因素，突出主要因素，例如质点、点电荷等是理想化模型，A错误；

B．重心.合力和交变电流的有效值等概念的建立都体现了等效替代的思想，B正确；

C． 用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，例如场强，电容；而加速度不是采用比值法定义的，C错误；

D． 根据速度定义式，当非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想方法，D错误。

故选B。

2. 如图，天然放射性元素放出的射线通过电场后分成三束，则（     ）

A. ①电离作用最强，是一种电磁波

B. ②贯穿本领最弱，用一张白纸就可以把它挡住

C. 原子核放出一个①粒子后，形成的新核比原来的电荷数多1个

D. 原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少4，中子数比原来少2个

【答案】C

【解析】

【详解】①向右偏转，知①带负电，为β射线，实质是电子，电离作用不是最强，也不是电磁波，故A错误．②不带电，是γ射线，为电磁波，穿透能力最强，故B错误．根据电荷数守恒知，原子核放出一个①粒子后，电荷数多1，故C正确．③向左偏，知③带正电，为α射线，原子核放出一个③粒子后，质子数比原来少2，质量数少4，则中子数少2，故D错误．故选C．

点睛：解决本题的关键知道三种射线的电性，以及知道三种射线的特点，知道三种射线的穿透能力和电离能力强弱．

3. 与早期电缆传输信息相比，光纤通信具有各方面压倒性的优势。日前光纤信号传输主要采用以下三种波长的激光：、、，均大于红光波长（）。下列说法中正确的是（　　）

A. 光纤通信利用的是光的折射原理

B. 光纤中的激光能使荧光物质发光

C. 若用红光照射某光电管能产生光电效应现象，光纤中激光也一定可以

D. 若换用可见光传输信号，其在光纤中的传播速度比现有的三种激光都慢

【答案】D

【解析】

【详解】A．光纤通信利用的是光的全反射原理，故A错误；

B．紫外线以及短波的可见光，X射线、射线能使荧光物质发光，光纤中的激光不能使荧光物质发光，故B错误；

C．激光的波长大于红光的波长，则激光的频率小于红光的频率，若用红光照射某光电管能产生光电效应现象，光纤中的激光不一定可以，故C错误；

D．激光的波长大于可见光的波长，则激光的折射率小于可见光的折射率，根据

可知，若换用可见光传输信号，其在光纤中的传播速度比现有的三种激光都慢，故D正确。

故选D。

4. 2012年10月，美国耶鲁大学的研究人员发现一颗完全由钻石组成的星球，通过观测发现该星球的半径是地球的2倍，质量是地球的8倍，假设该星球有一颗近地卫星，下列说法正确的是（　　）

A. 该星球的近地卫星周期跟地球的近地卫星周期相等

B. 该星球近地卫星的速度是地球近地卫星速度的4倍

C. 该星球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的4倍

D. 该星球的密度是地球密度的2倍

【答案】A

【解析】

【详解】A．根据万有引力提供向心力，星球的近地卫星轨道半径近似等于星球半径

可知

则该星球的近地卫星周期跟地球的近地卫星周期之比

故A正确；

B．根据万有引力提供向心力，星球的近地卫星轨道半径近似等于星球半径

可知

则该星球的近地卫星周期跟地球的近地卫星速度之比

故B错误；

C．根据

可知

则该星球表面的重力加速度跟地球表面的重力加速度之比

故C错误；

D．根据万有引力提供向心力，星球的近地卫星轨道半径近似等于星球半径

可知

又有星球体积

联立可得

该星球的密度与地球密度之比

故D错误。

故选A。

5. 如图所示的实线为电场线，电场线分布及、两点均于直线对称，带电粒子仅在电场力作用下从点沿虚线运动到点，过直线时速度方向恰好与垂直，不计粒子重力，则下列说法正确的是（　　）

A. 、两点的场强相同

B. 点的场强为零

C. 带电粒子从运动到，其电势能增大

D. 过点后带电粒子可能运动到点

【答案】C

【解析】

【详解】A．电场线分布及a、e两点均于直线对称，则a、e两点的场强大小相等，方向不同，故A错误；

B．由图电场线分布可知，b点的场强不为零，故B错误；

C．由图可知，带电粒子从a运动到b，带电粒子受电场力方向指向曲线凹测，则与运动方向夹角大于，则电场力做负功，则电势能增加，故C正确；

D．根据题意及对称关系可知，过b点后带电粒子沿be运动，故D错误。

故选C。

二、不定项选择题（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. 如图甲为一列简谐横波在某一时刻的波形图，图乙为介质中处的质点以此时刻为计时起点的振动图像。下列说法正确的是（　　）

A. 这列波沿轴正方向传播

B. 这列波的传播速度是

C. 经过，质点的运动方向沿轴负方向

D. 经过，质点距平衡位置的距离大于质点距平衡位置的距离

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．由图乙可知，时刻质点P的速度方向向下，由波形的平移法可知，这列波沿轴正方向传播，故A正确；

B．由图甲可知该波波长为4m，有图乙可知，该波的周期为0.2s，则这列波的传播速度

故B正确；

C．图甲中，该时刻Q点正沿y轴正方向运动，而

则经过0.1s，质点的运动方向沿轴负方向，故C正确；

D．因

质点P到达波峰，而质点Q位于平衡位置与波谷之间，故Q点距平衡位置的距离小于P点距平衡位置的距离，故D错误。

故选ABC。

7. 如图甲是线圈线垂直于磁场的轴在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电压图像，把该交流电压加在如图乙中理想变压器的、两端。已知变压器原线圈Ⅰ和副线圈Ⅱ的匝数比为，交流电流表和交流电压表均为理想电表，电阻，其他各处电阻不计。下列说法正确的是（　　）

A. 在和时，穿过线圈的磁通量最大

B. 线圈转动的角速度为

C. 电压表的示数为

D. 电流表的示数为

【答案】BD

【解析】

【详解】A．由图甲可知，在和时，交流电电压最大，磁通量变化率最大，穿过线圈的磁通量最小，故A错误；

B．由图甲可知，线圈转动的周期为，根据

解得

故B正确；

CD．交流电流表和交流电压表均为理想电表，测量有效值，由图甲可知，交流电源电压的最大值为,交流电源电压的有效值

由电压与匝数成正比，可得副线圈的电压为，则电流表读数为,则流过副线圈的电流等于流过电阻R的电流

由电流与匝数成反比可得，流过原线圈的电流为0.4A，故C错误D正确。

故选BD。

8. 如图所示为回旋加速器的示意图。两个靠得很近的形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的处开始加速。已知形盒的半径为，磁场的磁感应强度为，高频交变电源的电压为、频率为，质子质量为、电荷量为。下列说法正确的是（　　）

A. 质子的最大速度不超过

B. 质子的最大动能为

C. 只增大磁感应强度，回旋加速器仍可正常工作

D. 在不改变所加交变电源频率和磁场的情况下，可直接对氦核（）进行加速

【答案】AB

【解析】

【详解】质子如果能在回旋加速器中一直加速，条件是质子在磁场中做圆周运动的周期等于所接高频交流电源周期，即

A．质子一直加速，则出回旋加速器时速度最大，此时半径为R，有

则质子的最大速度不超过，故A正确；

B．质子的最大动能为

故B正确；

C．如果只增大磁感应强度，则质子在磁场中做圆周运动的周期将变小，不等于交流电源的周期，则回旋加速器不能正常工作，故C错误；

D．在不改变所加交变电源频率和磁场的情况下，只要粒子的比荷与质子的相同，回旋加速器就能正常使用，而氦核的比荷与质子比荷不相等，故D错误。

故选AB。

第Ⅱ卷（共60分）

9. 在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，如图a所示。

（1）关于该实验，下列说法正确的是__________；

A.单缝及双缝必须平行放置

B.干涉条纹与双缝垂直

C.干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关

D.若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小

（2）某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐条纹中心时（图b），游标尺的示数如图c所示；第二次分划板中心刻度对齐条纹中心时（图d），游标尺的示数如图e所示。已知双缝间距为，双缝到屏的距离为，则图c游标尺的示数为________，两个相邻明纹（或暗纹）间的距离为________。实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是__________。所测单色光波长为_______。

【答案】    ①. AD    ②. 11.5    ③. 1.3    ④. 减小测量的误差    ⑤.

【解析】

【详解】（1）[1] AB．为使屏上的干涉条纹清晰，单缝和双缝必须平行放置，所得到的干涉条纹与双缝平行，故B错误A正确；

CD．由

可知，干涉条纹疏密程度与双缝间距离、双缝到屏的距离和光的波长有关，绿光的波长小于红光的波长，则若用绿色滤光片替换红色滤光片，干涉条纹间距会变小，故C错误D正确。

故选AD。

（2）[2]由图c可知，游标卡尺为10分度，且第5个小格对齐，则游标尺的读数为

[3] 由图e可知，游标卡尺为10分度，且第7个小格对齐，则游标尺的读数为

由图b和图d可知，AB两条条纹间有4个间距，则两个相邻明纹（或暗纹）间的距离为

[4] 实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小测量的误差。

[5]根据公式

带入数据解得所测单色光波长为

10. 在“多用电表的使用”实验中:

（1）如图1所示为一正在测量中的多用电表表盘，如果用电阻挡“× 100”测量，则读数为________;如果用“直流5 V”挡测量，则读数为________V。

（2）甲同学利用多用电表测量电阻，他用电阻挡“× 100”测量时发现指针偏转角度过小，为了得到比较准确的测量结果，请从下列选项中挑出合理的步骤，操作顺序为_________（填写选项前的字母）。

A.将选择开关旋转到电阻挡“× 1k”的位置

B.将选择开关旋转到电阻挡“× 10”的位置

C.将两表笔分别与被测电阻的两根引线相接完成测量

D.将两表笔短接，调节欧姆调零旋钮使指针指向“0 ”

（3）乙同学利用多用电表测量图示电路中小灯泡正常工作时的有关物理量，以下操作正确的是________。

A.将选择开关旋转到合适的电压挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡两端的电压

B.将选择开关旋转到合适的电阻挡，闭合开关，利用图2的电路测量小灯泡的电阻

C.将选择开关旋转到合适的电流挡，闭合开关，利用图3的电路测量通过小灯泡的电流

D.将选择开关旋转到合适的电流挡，把图3中红、黑表笔接入电路的位置互换，闭合开关，测量通过小灯泡的电流

【答案】    ①. 6×102    ②. 3.60    ③. A、D、C（不可以改变顺序）    ④. A、C（可以改变顺序）

【解析】

【分析】

【详解】（1）[1][2]多用电表测电阻选取最上端的欧姆表刻度，根据挡位可知阻值为6×102 ;测电压时，由于精度为0.1 V，需要估读一位，根据量程“50”的刻度可知电压为3.60 V。

（2）[3]欧姆挡测电阻时指针偏转角度过小是由于挡位过小，需选取大挡位，进行欧姆调零后再测阻值，故顺序为:A、D、C。

（3）[4]多用电表一定是红表笔电流流入、黑表笔电流流出，图2 是测电压，图3 是测电流，表笔位置正确，故选项AC正确，BD错误。

11. 如图所示，竖直平面内一倾角的粗糙倾斜直轨道与光滑圆弧轨道相切于点，长度可忽略，且与传送带水平段平滑连接于点。一质量的小滑块从点静止释放，经点最后从点水平滑上传送带。已知点离地高度，长，滑块与间的动摩擦因数，与传送带间的动摩擦因数，长度，圆弧轨道半径。若滑块可视为质点，不计空气阻力，，，。求：

（1）小滑块经过点时对轨道的压力；

（2）当传送带以顺时针方向的速度转动时，小滑块从水平传送带右端点水平抛出后，落地点到点的水平距离。

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）根据题意，滑块由A运动B的过程，应用动能定理

代入数据解得

由于长度可忽略，则

滑块在C点，受轨道的支持力和本身重力，根据牛顿第二定律

代入数据解得

根据牛顿第三定律，小滑块经过点时对轨道的压力等于轨道对滑块的支持力。

（2）假设滑块划上传送带之后全程加速，根据牛顿第二定律

代入数据解得

设滑块到达传送带右端的速度为，根据公式

代入数据解得

则滑块未达到传送带右端就和传送带共速，则滑块以传送带的速度从D点水平抛出，竖直方向，由于长度可忽略，则

代入数据解得

水平方向，落地点到点水平距离

12. 如图所示，固定在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为，其右端接有阻值为的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为的匀强磁场中。一质量为的金属棒垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，棒与导轨之间的动摩擦因数为。棒在水平向左、垂直于杆的恒力作用下从静止开始沿导轨运动距离为时，速度恰好达到最大值，运动过程中棒始终与导轨保持垂直。已知棒接入电路的电阻为，导轨电阻不计，重力加速度大小为。求：

（1）棒的最大速度的大小和此时通过的电流；

（2）此过程通过电阻的电量和电阻产生的焦耳热。

【答案】（1），；（2），

【解析】

【详解】（1）ab速度最大时，加速度为零，对杆根据平衡条件可知

解得

根据

解得

（2）根据公式

，，

整理得

代入数据解得

设整个电路产生得焦耳热为Q，根据能量守恒定律

则电阻产生的焦耳热

联立解得

13. 在科学研究中，可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制。如图所示，某时刻在xOy平面内的第Ⅱ、Ⅲ象限中施加沿y轴负方向、电场强度为E的匀强电场，在第Ⅰ、Ⅳ象限中施加垂直于xOy坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一质量为m，电荷量为q的带正电的粒子从M点以速度v0沿垂直于y轴方向射入该匀强电场中，粒子仅在电场力作用下运动到坐标原点O且沿OP方向进入第Ⅳ象限。在粒子到达坐标原点O时撤去匀强电场（不计撤去电场对磁场及带电粒子运动的影响），粒子经过原点O进入匀强磁场中，并仅在磁场力作用下，运动一段时间从y轴上的N点射出磁场。已知OP与x轴正方向夹角α=60°，带电粒子所受重力及空气阻力均可忽略不计，求：

(1)M、O两点间的电势差U；

(2)坐标原点O与N点之间距离d；

(3)粒子从M点运动到N点的总时间t。

【答案】(1)；(2)；(3)

【解析】

【详解】(1)设粒子经过O点的速度为v，则

cosα=

对于电子经过电场的过程，根据动能定理有

解得

(2)设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，运动轨迹如图所示

洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有

解得

根据几何关系可知O与N之间的距离

(3)设粒子在电场中从M点运动至O点所用时为t1，根据牛顿第二定律可知粒子在电场中的加速度

a=

粒子通过O点时竖直方向速度

vy=

根据运动学公式有

解得

设粒子在磁场中从O点运动至N点用时为t2，粒子在磁场中运动的周期

则

解得粒子从M点运动到N点的总时间

t= t1+ t2=