山东省济宁市2022届高三物理下学期二模试题（解析版）

山东省济宁市2022届高三物理下学期二模试题

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。

1. 中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，系统中的“北斗三号”采用星载氢原子钟，通过氢原子能级跃迁产生电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图所示，下列说法正确的是（　　）

A. 一个氢原子由基态跃迁到激发态后，该原子的电势能减少

B. 处于能级的氢原子可以吸收的光子跃迁到能级

C. 一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出6种不同频率的光子

D. 一群处于能级的氢原子向低能级跃迁，发出的光照射逸出功为的钾板，钾板发出光电子的最大初动能为

【1题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】A．根据玻尔理论，氢原子由基态跃迁到激发态，核外电子从低轨道跃迁到高轨道，克服库仑力做功，原子的电势能增大，A错误；

B．处于能级的氢原子跃迁到能级需要吸收的光子能量为

B错误；

C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出不同频率的光子数量为

即最多可以辐射出6种不同频率光子，C正确；

D．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁，发出的光子最大能量为

根据光电效应方程可得钾板发出光电子的最大初动能为

D错误。

故选C。

2. 在同一条平直公路上行驶的车和车，其速度一时间图像分别为图中直线和曲线，时刻车与车在同一位置，时刻车在车前方，在时间内，下列说法正确的是（　　）

A. 时刻两车相距最远 B. 某时刻两车相遇

C. 时刻车运动方向发生改变 D. 某时刻车加速度等于车加速度

【2题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】AB．时刻两车前两车距离变远，时间内车追赶a车，时刻车在车前方，说明没有追上，且时刻后车又比车速度快，距离变远，不会相遇，AB错误；

C．由图可知，在时刻车运动的加速度方向发生改变，速度方向不变，C错误；

D．图像的斜率表示加速度，则由图可知，t1到t2时间内某时刻两车的加速度可能相同，故D正确。

故选D。

3. 如图所示，为一种倾斜放置的装取台球的装置，圆筒底部有一轻质弹簧，每个台球的质量为，半径为，圆筒直径略大于台球的直径。当将筒口处台球缓慢取走后，又会冒出一个台球，刚好到达被取走台球的位置。若圆筒与水平面之间的夹角为，重力加速度为，忽略球与筒间的摩擦力。则弹簧的劲度系数的值为（　　）

A.  B.  C.  D.

【3题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】对小球整体处于平衡状态，受力分析得，沿筒方向受力平衡有

解得

故选A。

4. 图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光垂直油量计上端的矩形窗口照射时，通过观察矩形窗口亮暗两个区域范围可确定油的深度；图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿恰好接触到油桶的底部。已知透明塑料的折射率小于油的折射率。下列说法正确的是（　　）

A. 透明塑料的折射率应小于

B. 若矩形窗口亮区范围越大，说明油量越少

C. 塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区

D. 光在透明塑料中的传播速度小于在油中的传播速度

【4题答案】

【答案】B

【解析】

【详解】A．如图所示

光由上面射入塑料板中，在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮，光在从透明塑料板射向空气，此时发生全反射的条件是折射率

即透明塑料的折射率应大于，故A错误；

B．油量减少时，被浸入到油中的塑料锯齿减少，则全反射光线增加，则亮区范围变大，故B正确；

C．因为透明塑料的折射率小于油的折射率，所以光从塑料锯齿和油的界面处不能发生全反射，而是从塑料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形窗口形成暗区，故C错误；

D．透明塑料的折射率小于油的折射率，由

知，光在透明塑料中的传播速度大于在油中的传播速度，故D错误。

故选B。

5. 如图所示，矩形金属框竖直放置，其中、光滑且足够长。一根轻弹簧一端固定在点，另一端连接一个质量为的小球，小球穿过杆。金属框绕轴先以角速度匀速转动，然后提高转速以角速度匀速转动。下列说法正确的是（　　）

A. 小球的高度一定升高 B. 小球的高度一定降低

C. 两次转动杆对小球的弹力大小可能不变 D. 两次转动小球所受的合力大小可能不变

【5题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】AB．因为小球在水平面内做匀速圆周运动，则竖直方向受力平衡，设弹簧拉力为F，弹簧与竖直方向夹角为，即

若小球的高度变高，则F变小，也变小，竖直方向不平衡，同理可知，若小球的高度变低，则F变大，也变大，竖直方向也不平衡，故小球高度不能改变，故AB错误；

C．当金属框绕轴以较小的角速度匀速转动时，杆对小球的弹力可能垂直杆向外，即满足

即

当提高转速以角速度匀速转动时，杆对小球的弹力可能垂直杆向里，则

即

因为

所以两次转动杆对小球的弹力大小可能不变，故C正确；

D．因为合外力提供向心力，即

所以角速度增大，合外力一定增大，故D错误。

故选C。

6. 某兴趣小组想利用小孔成像实验估测太阳的密度。设计如图所示的装置，不透明的圆桶一端密封，中央有一小孔，另一端为半透明纸。将圆桶轴线正对太阳方向，可观察到太阳的像的直径为。已知圆桶长为，地球绕太阳公转周期为。估测太阳密度的表达式为（　　）

A.  B.  C.  D.

【6题答案】

【答案】A

【解析】

【详解】设太阳的半径为，太阳到地球的距离为，由成像光路图，根据相似三角形可得

解得

地球绕太阳做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，设太阳质量为，地球质量为，则有

太阳体积为

太阳密度为

联立解得

A正确，BCD错误；

故选A。

7. 如图甲所示，光滑绝缘水平面上有一带负电荷小滑块，在处以初速度沿轴正方向运动。小滑块的质量为、带电量为，可视为质点。整个区域存在沿水平方向的电场，图乙是滑块电势能随位置变化的部分图像，点是图线的最低点，虚线是图像在处的切线，并且经过和两点，。下列说法正确的是（　　）

A. 处的电场强度大小为

B. 滑块向右运动过程中，加速度先增大后减小

C. 滑块运动至处时，速度大小为

D. 若滑块恰好到达处，则该处的电势为

【7题答案】

【答案】C

【解析】

【详解】A．Ep-x图像斜率的绝对值表示滑块所受电场力的大小，所以滑块在x=1m处所受电场力大小为

可得

E1= 10V/m

选项A错误；

B．滑块向右运动过程中，电场力先减小后增加，则加速度先减小后增大，选项B错误；

C．滑块从x=1m的位置运动至处时，根据动能定理

解得速度大小为

选项C正确；

D．若滑块恰好到达处，则

其中

解得滑块的电势能

该处的电势为

选项D错误。

故选C。

8. 如图所示，一小球塞在一个竖直圆管中，让圆管由距地面为处静止自由下落，与地面发生多次弹性碰撞，运动过程中，圆管始终保持竖直。已知圆管的质量为，小球的质量为，小球与圆管之间的滑动摩擦力大小为，，不计空气阻力。下列说法中正确的是（　　）

A. 圆管第一次与地面碰撞后，与球在空中相对静止之前，圆管的加速度大小为

B. 圆管第一次与地面碰撞后，与球在空中相对静止之前，小球的加速度大小为

C. 圆管与地面第一次碰撞后到第二次碰撞前，圆管与小球获得的共同速度为

D. 圆管从释放到第二次触地的过程中，小球相对圆管下降的高度为

【8题答案】

【答案】D

【解析】

【详解】AB．圆管第一次与地面碰撞后，圆管与球在空中相对静止之前，对圆管和球受力分析，以向下为正方向，由牛顿第二定律

可得

故AB错误；

C．圆管和球一起下落h，设第一次与地相撞前瞬间速度为v0

第一次反弹后至第二次相撞前，设经过t两者共速，速度为v，以向下为正方向，则

解得

C错误；

D．设管在t内的位移为x1

设小球在t内的位移为x2

小球相对管道下降的高度

h=4m

D正确。

故选D。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9. 如图所示，一列简谐横波沿轴传播，时刻的波形如图所示，、两质点的平衡位置分别位于和处。时刻，、两质点离开平衡位置的位移相同，质点比质点振动滞后。下列说法正确的是（　　）

A 波沿轴负向传播

B. 波传播的速度大小为

C. 0到内，质点运动的路程为

D. 时，、两质点相对平衡位置的位移方向相反

【9题答案】

【答案】AC

【解析】

【详解】A．因为质点P比质点Q振动滞后0.3s，可知波先传到Q质点后再传到P质点，故波沿x轴负向传播，故A正确；

B．P、Q两质点的平衡位置相距

则

解得

T=1.2s

故波速

故B错误；

C．因为

所以0到内，质点运动的路程为

故C正确；

D．因为0.6s时间内，波向左传播了半个波长，即

则相当于7.5m处和10.5m处的波形分别传到了1.5m处和4.5m处，由图可知，时，、两质点相对平衡位置的位移均为负，即方向相同，故D错误。

故选AC。

10. 某理想变压器原线圈的匝数匝，副线圈的匝数匝，原线圈接在的交流电源上，副线圈中“，”的灯泡恰好正常发光，电阻。下列说法正确的是（　　）

A. 副线圈两端的电压有效值为

B. 电阻的阻值为

C. 通过电阻的电流大小为

D. 穿过铁芯的磁通量的变化率最大值为

【10题答案】

【答案】CD

【解析】

【详解】C．灯泡正常发光，副线圈的电流

根据电流与匝数比的关系得原线圈的电流

故C正确；

A．交流电源的有效值

根据

解得原线圈的电压的有效值为

则副线圈的电压的有效值为

故A错误；

B．电阻的阻值为

故B错误；

D．根据法拉第电磁感应定律得

解得穿过铁芯的磁通量的变化率最大值为

故D正确。

故选CD。

11. 如图所示，光滑的金属圆形轨道、竖直放置，共同圆心为点，轨道半径分别为、，间接有阻值为的电阻。两轨道之间区域内（含边界）有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为，水平且与圆心等高，竖直且延长线过圆心。一轻质金属杆电阻为、长为，一端套在轨道上，另一端连接质量为的带孔金属球（视为质点），并套在轨道上，皆接触良好。让金属杆从处无初速释放，第一次即将离开磁场时，金属球的速度大小为。其余电阻不计，忽略一切摩擦，重力加速度为，下列说法正确的是（　　）

A. 金属球向下运动过程中，点电势高于点电势

B. 金属杆第一次即将离开磁场时，电阻两端的电压为

C. 金属杆从滑动到的过程中，通过电阻的电荷量为

D. 金属杆从滑动到的过程中，电阻上产生的焦耳热为

【11题答案】

【答案】BC

【解析】

【详解】A．金属球向下运动过程中，由右手定则知感应电流方向为BAMP，即点电势高于点电势，故A错误；

B．第一次即将离开磁场时，金属球的速度大小为，因为杆上所有点的角速度相等，则A端的速度为，则此时感应电动势为

则电阻两端的电压为

故B正确；

C．金属杆从滑动到的过程中，通过电阻的电荷量为

其中

所以

故C正确；

D．金属杆从滑动到的过程中，由能量守恒定律得

则电阻上产生的焦耳热为

即

故D错误。

故选BC。

12. 我国正在攻关的超高速风洞，是研制新一代飞行器的摇篮，它可以复现40到100公里高空、时速最高达10公里／秒，相当于约30倍声速的飞行条件。现有一小球从风洞中的点竖直向上抛出，小球受到大小恒定的水平风力，其运动轨迹大致如图所示，其中、两点在同一水平线上，点为轨迹的最高点，小球在点动能为，在点动能为，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）

A. 小球所受重力和风力大小之比为3：4

B. 小球在上升和下降过程中机械能变化量之比为1：3

C. 小球落到点时的动能为

D. 小球从点运动到点过程中的最小动能为

【12题答案】

【答案】BCD

【解析】

【详解】A．设风力大小为F，小球重力大小为mg，O、M两点间的水平距离为，竖直距离为h，根据竖直上抛运动规律有

对小球从M运动到O的过程，根据动能定理有

由题意可知

根据牛顿第二定律可得小球在水平方向的加速度大小为

小球从M运动到O所用时间为

根据运动学公式有

联立解得

故A错误；

B．小球上升和下降的时间相等，设O、N两点间的水平距离为，根据匀变速直线运动规律的推论可知

根据功能关系可知，小球运动过程中，风力对小球做的功等于其机械能的变化量，则小球在上升和下降过程中机械能变化量之比为

故B正确；

C． M、N两点间的水平距离为

设小球落到N点时的动能为，根据动能定理有

联立解得

故C正确；

D．小球在重力和风力的合力场中做类斜抛运动，当小球速度方向与合力方向垂直时动能最小，根据前面分析可知合力与竖直方向的夹角θ的正切值为

根据速度的合成与分解可得小球从M点运动到N点过程中的最小速度为

解得最小动能为

故D正确。

故选BCD。

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13. 某研究小组设计了一种“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示，是可固定于水平桌面上任意位置的滑槽（滑槽末端与桌面相切），是质量为的滑块（可视为质点）。

实验步骤如下：

（1）将桌面固定于水平地面上；

（2）测出桌面距离地面的高度；

（3）将滑槽末端与桌面右边缘对齐并固定，如图甲所示。让滑块从滑槽最高点由静止滑下，确定落地点，测出桌面右边缘与点的水平距离；

（4）将滑槽沿桌面向左移动一段距离并固定，如图乙所示。让滑块从滑槽最高点由静止滑下，确定落地点，测出滑槽最低点与桌面右边缘的距离、桌面右边缘与点的水平距离。

请回答以下问题：

（1）每次实验都让滑块从滑槽最高点由静止滑下的理由是___________。

（2）第二次实验中，滑块滑到滑槽最低点时的速度大小为___________。滑块滑到桌面右端时的速度大小为___________。（用实验中所测物理量的符号表示，重力加速度为）。

（3）该实验中计算滑块与桌面间的动摩擦因数的表达式为___________。

【13题答案】

【答案】    ①. 到滑槽末端速度相同    ②.     ③.     ④.

【解析】

【详解】（1）[1]每次实验都让滑块从滑槽最高点由静止滑下的理由是到滑槽末端速度相同；

（2）[2]对第一次实验

解得

则第二次实验中，滑块滑到滑槽最低点时的速度大小也为

[3]第二次实验中

滑块滑到桌面右端时的速度大小为

（3）[4]第二次从小球滑到斜槽底端到滑到桌边的过程中由动能定理

解得

14. 某学习小组设计了如图甲所示的电路测定金属丝的电阻率和电源的内阻。除了若干导线及开关，提供的实验器材还有：

A．两节干电池组成的电池组（电动势）

B．电阻率待测的金属丝

C．电流表（量程为，内阻）

D．定值电阻

E．毫米刻度尺

在尽可能减小测量误差的情况下，请回答下列问题：

（1）用螺旋测微器测量金属丝直径时示数如图乙所示，则其读数为___________mm；

（2）有三个规格的保护电阻可供选择，应选___________（选填正确答案标号）；

A．    B．    C．

（3）闭合开关，多次改变滑片的位置，可获得多组电流表的示数和金属丝接入电路中有效长度的数据，若以为横轴，以为纵轴，通过描点作出图线如图丙所示。由图丙可知金属丝的电阻率___________（取，结果保留两位有效数字），该电池组的内阻___________。

【14题答案】

【答案】    ①. 1.000    ②. B    ③. 7.5×10-6    ④. 0.70

【解析】

【详解】（1）[1]用螺旋测微器测量金属丝直径读数为1mm+0.01mm×0.0=1.000mm

（2）[2]当PB端时

则应选B；

（3）[3][4]根据电路可得

即

由图可知

解得

ρ=7.5×10-6

r=0.70Ω

15. 某型号的网红“水帘秋千”如图所示，它与平常秋千的不同之处是秋千架顶端水平横梁上装有很多个独立竖直向下的出水孔，在系统控制下能够间断性出水，从而形成一个“水帘秋千”。假设秋千摆长。人坐在座板上，头顶到座板的距离为，鞋底到座板的距离为，可把人看成处于秋千平面内的模型。忽略绳的重力和空气阻力，人与座板整体的重心在座板上。假设秋千的摆动周期与同摆长的单摆做简谐运动的周期相同；出水孔打开时，水的初速度为零。以秋千座板从最高点刚要向下摆动时作为计时起点，此刻，比座板略宽的范围内的所有出水孔都是关闭的。取，。求：

（1）秋千第一次从最高点运动到最低点过程中，哪个时刻打开出水孔，水刚好不能淋湿人的头顶；

（2）秋千第二次到达最低点之前最迟哪个时刻关闭出水孔，水刚好不能淋湿人体的任何部位。

【15题答案】

【答案】（1）0.242s；（2）1.926s

【解析】

【详解】（1）由题意知，此秋千的周期为

则秋千第一次从最高点运动到最低点的时间为

设水恰好到头顶的时间为，则

解得

所以想要水刚好不能淋湿人的头顶，打开出水孔的时刻为

（2）因为秋千第二次到最低点的时间为

设水刚好落到鞋底的时间为，则

解得

所以想使水刚好不能淋湿人体的任何部位，关闭出水孔的时刻为

16. 土卫六是太阳系中唯一拥有稳定大气的卫星，某同学尝试利用一导热性能良好的长方体容器测量土卫六表面的重力加速度。如图所示，将容器竖直放置在地面上，并封闭一定质量的理想气体，用一可自由移动的活塞将气体分成、两部分，活塞与容器无摩擦且不漏气，横截面积为S，该处附近的温度恒为27℃，稳定后部分气体的压强为，体积为，部分气体的体积为；将该容器倒过来，让部分气体在上方，此时部分气体的体积变为。若把容器移至土卫六表面处并竖直放置，部分气体在上方且体积变为，该处的温度恒为-198℃，地球表面的重力加速度为，求：

（1）活塞的质量；

（2）土卫六上容器放置处的重力加速度。

【16题答案】

【答案】（1）；（2）

【解析】

【详解】（1）设A部分气体在下方时，压强为，则对A部分气体由玻意耳定律得

解得

对活塞受力分析，则A部分气体在上方时，满足

A部分气体在下方时，满足

对B部分气体由玻意耳定律得

解得

（2）由题意知

对A部分气体由理想气体状态方程得

对B部分气体由理想气体状态方程得

且由平衡条件得

解得

17. 2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号装置（）在成都建成并实现首次放电。如图为其磁约束装置的简易原理图，同心圆圆心与平面坐标系原点重合，半径为的圆形区域Ⅰ内有方向垂直于平面向里的匀强磁场（未知），环形区域Ⅱ中有方向垂直于平面向外的匀强磁场，且。质量为、电荷量为、速度为的氢核从坐标为的A点沿轴负方向射入磁场区域Ⅰ，粒子经过坐标为的点，且氢核恰好能够约束在磁场区域内，不计重力和粒子间的相互作用。已知。

（1）求区域Ⅰ中磁感应强度的大小；

（2）求环形外圆的半径；

（3）求粒子从A点沿轴负方向射入磁场Ⅰ至再次从A点沿轴负方向进入磁场Ⅰ的运动总时间。

【17题答案】

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

【详解】（1）由几何关系得

解得

由牛顿第二定律得

解得

（2）由牛顿第二定律得

解得

由几何关系得

（3）氢核在区域I内的周期为

氢核在区域II内的周期为

由几何关系得

由几何关系得

解得

则总时间为

18. 如图所示，一质量、长的长木板静止放置于光滑水平面上，其左端紧靠一半径的光滑圆弧轨道，但不粘连。圆弧轨道左端点与圆心的连线与竖直方向夹角为60°，其右端最低点处与长木板上表面相切。距离木板右端处有一与木板等高的固定平台，平台上表面光滑，其上放置有质量的滑块。平台上方有一固定水平光滑细杆，其上穿有一质量的滑块，滑块与通过一轻弹簧连接，开始时弹簧处于竖直方向。一质量的滑块自点以某一初速度水平抛出下落高度后恰好能从点沿切线方向滑入圆弧轨道。下滑至圆弧轨道最低点并滑上木板，带动向右运动，与平台碰撞后即粘在一起不再运动。随后继续向右运动，滑上平台，与滑块碰撞并粘在一起向右运动。、组合体在随后运动过程中一直没有离开平台，且没有滑离细杆。与木板间动摩擦因数为。忽略所有滑块大小及空气阻力对问题的影响。重力加速度，求：

（1）滑块到达点的速度大小；

（2）滑块到达圆弧最低点时对轨道压力的大小；

（3）滑块滑上平台时速度的大小；

（4）若弹簧第一次恢复原长时，的速度大小为。则随后运动过程中弹簧的最大弹性势能是多大？

【18题答案】

【答案】（1）；（2）60N；（3）2m/s；（4）3.0375J

【解析】

【详解】（1）从开始到P点物体做平抛运动，竖直方向

从P点沿切线进入圆轨道

（2）从P点到圆弧最低点，由动能定理

在最低点，由牛顿第二定律可知

由牛顿第三定律可知

（3）假设物块A在木板B上与B共速后木板才到达右侧平台，以AB系统，由动量守恒定律

由能量关系

解得

B板从开始滑动到AB共速的过程中，对B由动能定理

解得

即假设成立；B撞平台后，A在B上继续向右运动，对A由动能定理

解得

v3=2m/s

（4）弹簧第一次恢复原长时，当C的速度方向向右时，以ABC为系统，由动量守恒定律可知

三者速度相同时弹性势能最大，由动量守恒定律

由能量关系

解得

弹簧第一次恢复原长时，当C的速度方向向左时，以AD和C系统，由动量守恒定律

三者速度相同时弹性势能最大，由动量守恒定律

由能量关系可知

解得