北京市昌平区2023届高三物理二模试题（Word版附解析）

昌平区2023年高三年级第二次统一练习

物理试卷

2023.5

本试卷共8页，共100分。考试时长90分钟。考生务必将答案答在答题卡上。在试卷上作答无效。考试结束后，将答题卡交回。

第一部分

本部分共14题，每题3分，共42分。在每题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。

1. 下列核反应属于衰变的是（    ）

A.  B.

C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】A．核反应方程，是天然放射现象，属于衰变，A正确；

B．核反应方程，是天然放射现象，属于α衰变，B错误；

C． 核反应方程，是人工核反应，是发现质子的核反应方程，C错误；

D．核反应方程，是属于重核的裂变反应，D错误。

故选A。

2. 下列现象说明光具有粒子性的是（    ）

A. 光的干涉现象 B. 光电效应现象 C. 光的衍射现象 D. 光的偏振现象

【答案】B

【解析】

【详解】光电效应现象说明光具有粒子性，干涉现象、衍射现象和偏振现象说明光具有波动性。

故选B。

3. 关于一密闭容器中的氧气，下列说法正确的是（    ）

A. 体积增大时，氧气分子的密集程度保持不变

B. 温度升高时，每个氧气分子的运动速率都会变大

C. 压强增大是因为氧气分子之间斥力增大

D. 压强增大是因为单位面积上氧气分子对器壁的作用力增大

【答案】D

【解析】

【详解】A．体积增大时，氧气分子的密度减小，分子密集程度变小，A错误；

B．温度升高时，氧气分子的平均动能增大，平均速率增大，但是并不是每个氧气分子的运动速率都会变大，B错误；

CD．密闭气体压强是分子撞击产生的，所以压强增大是气体分子对器壁单位面积的撞击力变大造成的；另外，气体分子间距离远大于10r0，所以分子间作用力几乎为零，C错误；D正确。

故选D。

4. 如图所示，把质量为m的石块从距地面高h处以初速度斜向上抛出，与水平方向夹角为，不计空气阻力，重力加速度为g。若只改变抛射角，下列物理量一定不变的是（    ）

A. 石块在空中的飞行时间 B. 石块落地的水平距离

C. 石块落地时的动能 D. 石块落地时的动量

【答案】C

【解析】

【详解】A．石块方向分速度

竖直方向根据

可知在空中的飞行时间因的不同而不同，A错误；

B．水平方向

结合A选项分析可知石块落地的水平距离可能因的不同而不同，B错误；

C．根据动能定理可得石块落地时的动能

可知石块落地时的动能一定相同，C正确；

D．根据C选项分析可知，落地时速度的大小相同，但是方向不相同，所以石块落地时的动量不同，D错误。

故选C。

5. 如图所示，一斜面体置于水平地面上，一物块在平行于斜面向上的外力F作用下相对斜面保持静止，该过程中斜面体相对水平地面也保持静止。下列说法正确的是（    ）

A. 斜面对物块一定有摩擦力作用

B. 地面对斜面体一定有摩擦力作用

C. 地面对斜面体的支持力大于物块与斜面所受重力之和

D. 地面对斜面体的支持力等于物块与斜面所受重力之和

【答案】B

【解析】

【详解】A．对物块受力分析，由于无法确定物块沿斜面向下的分力与外力F的大小关系，所以无法确定斜面对物块有无摩擦力，A错误；

BCD．对斜面和物块整体为研究对象，由受力分析，有

整体受到重力、支持力、推力以及地面的摩擦力作用，根据共点力平衡，有

地面对斜面体一定有摩擦力作用；地面对斜面体的支持力

B正确，CD错误。

故选B。

6. 一列简谐横波沿x轴正方向传播，波速为。在传播方向上有P、Q两质点，坐标分别为，。波传播到P点开始计时，P点的振动图像如图所示。下列说法正确的是（    ）

A. 该波的振幅为 B. 该波的频率为

C. 该波的波长为 D. 经过，波将传播到Q点

【答案】D

【解析】

【详解】A．该波的振幅为，A错误；

B．周期为0.2s，故频率为5Hz，B错误；

C．波速为，则波长为

C错误；

D．经过，波传播的距离为

故波将传播到Q点，D正确。

故选D

7. 卡文迪许在1798年17卷《哲学学报》中发表他关于引力常量的测量时，曾提到他的实验是为了确定出地球的密度。已知引力常量为G，要想估测地球的密度，只需测得（    ）

A. 地球的质量 B. 地球的半径

C. 近地卫星的运行周期 D. 地球表面的重力加速度

【答案】C

【解析】

【详解】AB．地球密度可表示为

如果只知道地球的质量或只知道地球的半径，是无法估测地球的密度，AB错误；

C．近地卫星运行过程由引力作为向心力可得

代入上式可得

故已知近地卫星的运行周期，可估测地球的密度，C正确；

D．物体在地球表面满足

能求出地球质量，是无法估测地球的密度，D错误。

故选C。

8. 飞机沿某水平面内的圆周匀速率地飞行了一周，已知飞机质量为m，速率为v，圆周运动半径为R。下列说法正确的是（    ）

A. 飞机做匀速圆周运动，速率没变，则所受合外力为零

B. 飞机做匀速圆周运动，速率没变，则动量守恒

C. 飞机飞行时，速度的方向不断变化，因此动量不守恒；根据动量定理，飞行一周动量的改变源于向心力的冲量，即

D. 飞机飞行时，速度的方向不断变化，因此动量不守恒；根据动量定理，飞行一周动量的改变量为零

【答案】D

【解析】

【详解】A．飞机做匀速圆周运动，速率没变，但所受合外力提供向心力，不为零，故A错误；

B．飞机做匀速圆周运动，速率没变，但动量是矢量，方向时刻变化，故B错误；

CD．飞机飞行时，速度的方向不断变化，因此动量不守恒；但飞机飞行一周的动量不变，所以动量的该变量为0。

故D正确，C错误；

故选D。

9. 如图1所示，矩形导线框固定在变化的磁场中，线框平面与磁场垂直。线框中产生的感应电流如图2所示（规定电流沿为正）。若规定垂直纸面向里为磁场正方向，能够产生如图所示的电流的磁场为（    ）

A.  B.

C.  D.

【答案】C

【解析】

【详解】AB．根据法拉第电磁感应定律，有

可知恒定的磁场不能产生电动势，不会有电流产生，AB错误；

C．根据楞次定律，可知垂直纸面向外的磁场增强，线圈会产生垂直纸面向里的磁场，即产生方向的电流，又因为磁场均匀变化，所以产生恒定的电动势，根据闭合电路的欧姆定律，有

所以线圈中产生恒定的电流，同理，磁场均匀减弱时，线圈中产生的电流，C正确；

D．当垂直纸面向里的磁场增强时，根据楞次定律，可知线圈中会产生的电流，形成垂直纸面向外的磁场，D错误。

故选C。

10. 某学习小组观看完“太空授课”后，设计出4种在太空实验舱中测量小物块质量方案：

①将待测小物块悬挂在劲度系数为k的轻弹簧下端，测出小物块静止时弹簧的形变量，根据，求得小物块的质量

②让待测小物块随实验舱一起绕地球做匀速圆周运动，测出圆周运动的半径r和周期T，根据，求得小物块的质量

③对待测小物块施加一个恒定的拉力F，使小物块从静止做匀加速直线运动，测出经过时间t时的速度v，根据，求得小物块的质量

④用一个弹簧测力计拉着待测小物块做匀速圆周运动，测出弹簧测力计示数F、圆周运动的半径R和周期T，根据，求得小物块的质量

其中可行的方案有（    ）

A. ①和② B. ②和③ C. ③和④ D. ①和④

【答案】C

【解析】

【详解】物体处于完全失重状态，无法测得小物块静止时弹簧的形变量，故①错误；

由式中可知小物块的质量被消去，无法计算，故②错误；

根据③和④操作可以测得小物块的质量。

故选C。

11. 如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度。它的右臂挂有一个矩形线圈，匝数为N，底边长为L，下部悬在匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。当线圈中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡；然后使电流反向、大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂达到新的平衡。所测磁场的磁感强度B的大小为（    ）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

【详解】根据平衡条件有

解得

故选A。

12. 如图所示，一带电粒子以初速度沿x轴正方向从坐标原点O射入平行于y轴向上的匀强电场中，粒子从O点运动到P点的时间为，到达P点时的动能为；若将电场换成垂直于纸面向里的匀强磁场，其它条件不变，粒子仍然经过P点，粒子从O点运动到P点的时间为，到达P点时的动能为。下列关系式正确的是（    ）

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】AB．在电场作用下，粒子做类平抛运动，从O点运动到P点的时间为

在磁场作用下，粒子做匀速圆周运动，从O点运动到P点的过程中，经过的轨迹为一段圆弧，所以路程大于，所以经过的时间大于在电场作用下的时间，即

AB错误；

CD．在电场力作用下，粒子向上偏转，电场力做正功，所以粒子的动能增大；在磁场力作用下，粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力不做功，所以粒子的动能不变，因此

C错误，D正确。

故选D。

13. “北京正负电子对撞机”是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基础设施。一对速率相同的正、负电子正碰后湮灭生成两个光子，反应方程为。已知单个电子的静止质量为，电荷量为e，光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是（    ）

A. 单个光子的能量为 B. 光子的频率为

C. 两个光子的频率可以不同 D. 两个光子的运动方向可能相同

【答案】B

【解析】

【详解】A．根据质能方程可得

则单个光子的能量为

A错误；

B．根据

可得光子的频率为

B正确；

CD．一对正负电子湮灭会产生两个同频率的光子，由于光子既有能量，又有动量，根据动量守恒定律可知，产生的两个光子的总动量与初动量是相等的，即它们的和为零，所以两个光子的运动方向相反，故CD错误。

故选B。

14. 中国“天眼”（如图）——500m口径球面射电望远镜（简称FAST）是当今世界最大、最灵敏的单口径射电望远镜，可以在无线电波段搜索来自百亿光年之外的微弱信号。截至2023年3月3日，FAST已发现超过740余颗新脉冲星。馈源支撑系统是FAST的重要组成之一。如图所示，质量为的馈源舱用对称的“六索六塔”装置悬吊在球面镜正上方，相邻塔顶的水平距离300m，每根连接塔顶和馈源舱的绳索长600m。重力加速度为g取，不计绳索重力。下列说法正确的是（    ）

A. 无线电波属于机械波

B. 光年是天文研究中常用的时间单位

C. 每根绳索承受的拉力约为

D. 若同样缩短每根绳索长度，则每根绳索承受的拉力变小

【答案】C

【解析】

【详解】A．无线电波属于电磁波，A错误；

B．光年是光在一年内的路程，是天文研究中常用的长度单位，B错误；

C．将各塔顶连接起来，得到正六边形，由几何关系可得馈源舱到塔顶的水平距离等于相邻塔顶的水平距离为300m，则可知每根绳索与竖直方向的夹角为，由平衡条件可得

解得

C正确；

D．若同样缩短每根绳索长度，每根绳索与竖直方向的夹角变大，根据可知每根绳索承受的拉力变大，D错误。

故选C。

第二部分

本部分共6题，共58分。

15. 在“验证机械能守恒定律”实验中：

（1）甲同学采用让重物自由下落的方法验证机械能守恒，实验装置如图所示。下列说法正确的是________。

A．实验前必需用天平测出重物的质量    B．打点计时器应接低压直流电源

C．实验时先通电，稳定后再释放纸带    D．重锤释放位置应靠近打点计时器

（2）该同学选取了如图所示的一条纸带，O点是重锤开始下落时打出的点，A、B、C是按打点先后顺序选取的三个计数点。通过测量得到O、A间距离为，O、B间距离为，O、C间距离为。已知计数点A、B间和B、C间的时间间隔均为T，重锤质量为m，当地重力加速度为g。从重锤开始下落到打点计时器打B点的过程中，重锤动能的增加量________。如果与近似相等，则可验证机械能守恒（用题目中所测量和已知量表示）。

（3）乙同学设计了一个用拉力传感器验证机械能守恒定律实验。如图所示，将拉力传感器固定在天花板上，细线一端系着小球，另一端连在拉力传感器上的O点。将小球拉至细线与竖直方向成角处无初速度释放，拉力传感器显示拉力的最大值为F。已知小球的质量为m，重力加速度为g。当约为________时，可说明小球摆动过程中机械能守恒。

【答案】    ①. CD##DC    ②.     ③.

【解析】

【详解】（1）[1]A．因为要验证，两边的质量可以消掉，所以可以不必测量质量，A错误；

B．打点计时器应接交流电源，B错误；

C．打点计时器实验时应先通电，稳定后再释放纸带，C正确；

D．重锤释放位置应靠近打点计时器，D正确。

故选CD。

（2）[2]B点的速度等于AC间的平均速度，为

故重锤动能的增加量为

（3）[3]若机械能守恒则有

在最低点拉力与重力的合力提供向心力

联立可得

故当约为时，可说明小球摆动过程中机械能守恒。

16. 测电阻有多种方法。

（1）甲同学用多用电表欧姆挡直接测量待测电阻的阻值。某次测量时，多用电表表盘指针如图所示。已知他选用欧姆挡的倍率为“×100”，则的测量值为________Ω。

（2）乙同学用如图所示的电路，测量待测电阻的阻值。某次实验，电流表的示数为I，电压表的示数为U，则电阻的测量值为________。若不考虑偶然误差，该测量值与的真实值相比________（选填“偏小”或“偏大”）。

（3）丙同学用如图所示的电路，测量待测电阻的阻值。操作步骤如下：①先将开关S接1，调节滑动变阻器，读出电流表的示数I；②再将开关S接2，保持不变，调节电阻箱，使电流表的示数仍为I，记下此时电阻箱的阻值为。则的测量值为________；电流表内阻对测量结果________（选填“有”或“无”）影响。

（4）丁同学用如图所示的电路，测量电流计内阻的阻值。操作步骤如下：①先闭合开关，调节，使电流计指针满偏；②再闭合开关，保持不变，调节使得电流计指针半偏，记下此时的值为。则的测量值为________；若不考虑偶然误差，电流计内阻的测量值________（选填“大于”“等于”或“小于”）其真实值。

【答案】    ①. 600    ②.     ③. 偏大    ④.     ⑤. 无    ⑥.     ⑦. 小于

【解析】

【详解】（1）[1]选用欧姆挡的倍率为“×100”，则的测量值为

（2）[2]某次实验，电流表的示数为I，电压表的示数为U，则电阻的测量值为

[3]电路图中电流表采用内接法，误差来源于电流表的分压，使得电压表读数大于待测电阻的真实电压，则该测量值与的真实值相比偏大。

（3）[4][5]先将开关S接1时，根据闭合电路欧姆定律可得

先将开关S接2时，根据闭合电路欧姆定律可得

可知的测量值为；电流表内阻对测量结果无影响。

（4）[6]先闭合开关，调节，使电流计指针满偏；则有

再闭合开关，保持不变，调节使得电流计指针半偏，记下此时值为，则有

则有

可知的测量值为；

[7]若不考虑偶然误差，由于

则有

可得

则电流计内阻的测量值小于其真实值。

17. 如图所示，一枚炮弹发射的初速度为，发射角为。它飞行到最高点时炸裂成质量均为m的A、B两部分，A部分炸裂后竖直下落，B部分继续向前飞行。重力加速度为g，不计空气阻力，不计炸裂过程中炮弹质量的变化。求：

（1）炸裂后瞬间B部分速度的大小和方向；

（2）炸裂前后，A、B系统机械能的变化量

（3）A、B两部分落地点之间的水平距离。

【答案】（1），方向水平向右；（2）机械能增加了；（3）

【解析】

【详解】（1）炮弹炸裂前瞬间速度为

方向水平向右

炸裂过程中根据水平方向动量守恒，规定水平向右为正方向，有

炸裂后A部分竖直下落，说明此时A的水平速度为零，解得

方向水平向右

（2）炸裂前后系统机械能的变化量为

解得

A、B系统机械能增加了。

（3）炸裂后，A做自由落体运动，B做平抛运动，下落时间为

落地后，A、B两部分落地点之间的水平距离为

解得

18. 现代科学研究中常用到高能粒子，产生这些高能粒子的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。

（1）如图所示，真空中平行金属板M、N之间所加电压为U，一个质量为m、电荷量为的粒子从M板由静止释放，经电场加速后到达N板，不计带电粒子的重力。求带电粒子到达N板时的速度大小v。

（2）1930年，物理学家劳伦斯设计出了回旋加速器，其工件原理如图所示。半径为R的高真空的D形金属盒处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与盒面垂直。将两盒与电压为U的高频交流电源相连，两盒的狭缝间形成周期性变化的电场。A处粒子源产生的带电粒子，质量为m、电荷量为，初速度忽略不计。调整交流电源的频率可使粒子每次通过狭缝时都能被加速。不计带电粒子穿过狭缝的时间和粒子所受重力。

a．求所用交流电源的频率f；

b．对于用回旋加速器加速带电粒子，甲、乙两位同学有不同的看法：甲同学认为增大交流电源的电压U，就能得到更大能量的粒子；乙同学认为增大D形盒的半径R，就能得到更大能量的粒子。忽略相对论效应。你认为哪位同学的看法合理？简要说明理由。

【答案】（1）；（2）；

【解析】

【详解】（1）带电粒子从M板由静止释放加速到N板的过程，根据动能定理，有

带电粒子到达N板时的速度大小为

（2）a．根据回旋加速器的工作原理可知，交流电源的频率与粒子做圆周运动的频率相同

b．乙同学的看法合理；

理由是：粒子的速度与半径成正比，所以当圆周运动的半径最大时，粒子的动能最大，则有

解得

所以增大交流电源的电压U，不能得到更大能量的粒子；增大D形盒的半径R，能得到更大能量的粒子。

19. 1913年，美国物理学家密立根用油滴实验证明电荷的量子性并测出电子的电荷量，由此获得了1923年度诺贝尔物理学奖。

如图是密立根油滴实验的原理示意图，两个水平放置、相距为d的金属极板，上极板中央有一小孔。用喷雾器将细小的油滴喷入密闭空间，这些油滴由于摩擦而带了负电。油滴通过上极板的小孔进入到观察室中。当两极板电压为U时，某一油滴恰好悬浮在两板间静止。将油滴视为半径为r的球体，已知油滴的密度为，重力加速度为g。

（1）求该油滴所带的电荷量q。

（2）由于油滴的半径r太小，无法直接测量。密立根让油滴在电场中悬浮，然后撤去电场，油滴开始做加速运动；由于空气阻力的存在，油滴很快做近似匀速运动，测出油滴在时间t内匀速下落的距离为h。已知球形油滴受到的空气阻力大小为，其中为空气的粘滞系数，v为油滴运动的速率。不计空气浮力。请推导半径r的表达式（用、h、t、和g表示）。

（3）实验发现，对于质量为m的油滴，如果改变它所带的电荷量q，则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定值，研究这些电压变化的规律可发现它们都满足方程，式中，，……。此现象说明了什么？

【答案】（1）；（2）；（3）见解析

【解析】

【详解】（1）由平衡可知

解得

（2）由题意可知

其中

解得

（3）研究这些电压变化的规律可发现它们都满足方程

式中，，……即

即

此现象说明了油滴所带电量都是某一值的整数倍。

20. 类比是研究问题的一种常用方法。

（1）物体受到地球的万有引力作用，可以认为是通过引力场发生的。已知地球的质量为M，引力常量为G。类比电场强度，推导地球在距地心为r处（r大于地球半径）产生的引力场强度的表达式。

（2）经典电磁理论认为氢原子核外电子的运动与行星类似，在库仑引力的作用下绕核做匀速圆周运动。设电子的质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，电子处于基态时的轨道半径为R。求电子处于基态时做圆周运动的线速度大小v。

（3）a．物体从静止开始下落，除受到重力作用外，还受到一个与运动方向相反的空气阻力（k为常量）的作用。其速率v随时间t的变化规律可用方程描述，其中m为物体质量，为其重力。求物体下落的最大速率；并在图1所示的坐标系中定性画出速度v随时间t变化的图像。

b．图2为“演示电容器充、放电”的实验电路图。电源电动势为E、内阻不计。电容器的电容为C，定值电阻的阻值为R。将开关接1，给电容器充电，写出充电过程中极板电荷量q随时间t变化的方程。类比图像，在图3所示的坐标系中定性画出电荷量q随时间t变化的图像。

【答案】（1）；（2）；（3）a.，；b. ，

【解析】

【详解】（1）设质量为的物体在距地心为处，受到地球的万有引力大小为

类比电场强度的定义得引力场强度大小为

解得

（2）氢原子核外电子在库仑力的作用下做匀速圆周运动

解得

（3）a.当加速度为零时，速度最大，所以

图像如下图所示

b.给电容器充电时，有

联立可得

类比图像，可得图像如下图所示