2023届天津市南开中学高三下学期阶段性统一练习物理试题（六）（含解析）

2023届天津市南开中学高三下学期阶段性统一练习物理试题（六）

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

1．下列说法中正确的是（　　）

A．牛顿、千克、秒是国际单位制中的三个基本单位

B．牛顿第一定律是在已有实验基础上进行合理外推而来的，属于理想实验，是不能直接用实验来验证的

C．伽利略通过实验说明了力是维持物体运动状态的原因

D．亚里士多德的理想斜面实验开创了实验研究和逻辑推理相结合的探索自然规律的科学方法

2．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程，下列说法正确的是（　　）

A．只是部分宏观过程具有方向性

B．第二类永动机既违背能量守恒定律，又违背热力学第二定律

C．热量只能从高温物体传到低温物体，不能从低温物体传到高温物体

D．根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%

3．关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是（　　）

A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹

B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹

C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大

D．丁实验中，适当减小单缝的宽度，中央条纹会变宽

4．两根光滑的金属导轨，平行放置在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身的电阻可忽略不计，斜面处在一匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。质量为m、电阻可不计的金属棒ab，在沿着斜面与棒垂直的恒力作用下沿导轨匀速上滑，并上升h高度，如图所示，在这过程中，下列说法中不正确的是（　　）

A．恒力F与安培力的合力所做的功等于金属棒重力势能的增加量

B．金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热

C．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于金属棒机械能的增加量

D．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热

5．静电场方向平行于x轴，其电势随x的分布可简化为如图所示的折线x轴上的两点B、C的电场强度分别为和，下列说法中正确的有（　　）

A．大于

B．B点的电场强度方向沿x轴正方向

C．B点的电势低于C点的电势，UBC为正值

D．负电荷沿x轴从B点移到C点的过程中，静电力先做正功，后做负功

二、多选题

6．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，b是原线圈的中心抽头，图中电表均匀为理想的交流电表，定值电阻R=10Ω，其余电阻均不计，从某时刻开始在原线圈c，d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是（　　）

A．当单刀双掷开关与a连接，电流表的示数为2.2A

B．当单刀双掷开关与a连接且t=0.01s时，电流表示数为零

C．当单刀双掷开关由a拨到b时，原线圈的输入功率变为原来的4倍

D．当单刀双掷开关由a拨到b时，副线圈输出电压的频率变为25Hz

7．假设将来人类一艘飞船从火星返回地球时，经历了如图所示的变轨过程，则下列说法中正确的是（　　）

A．飞船在轨道II上运动时，在P点速度大于在Q点的速度

B．飞船在轨道I上运动时的机械能大于轨道II上运动的机械能

C．飞船在轨道I上运动到P点时的加速度等于飞船在轨道II上运动到P点时的加速度

D．飞船绕火星在轨道I上运动周期跟飞船返回地面的过程中绕地球以轨道I同样半径运动的周期相同

8．如图（a）所示，P、Q为一列简谐横波上平衡位置之间相距6m的两个质点，两质点的振动图像如图（b）所示，实线为P质点的振动图像，虚线为Q质点的振动图像。已知两质点平衡位置之间的距离不小于一个波长。关于该简谐波，则（　　）

A．P、Q两质点的振动频率都是4Hz B．若波从P传向Q，波长最大值为24m

C．若波长最大值为4.8m，则波从Q传向P D．若波速为，则波从P传向Q

三、实验题

9．（1）某同学做“用单摆测重力加速度”实验。

①用游标卡尺测量摆球直径d，把摆球用细线悬挂在铁架台上，用米尺测量出悬线长度l。某次测量摆球直径时游标卡尺示数部分如图所示，则摆球直径为d=________cm。

②理论上测出多组单摆的摆长l和运动周期T，作出图象，图象是一条过坐标原点的直线，某同学根据实验数据作出的图象如下图，造成图象不过坐标原点的原因可能是________。由图象斜率求出的重力加速度g=________m/s2（取），该测量值相比真实值________。（选填“偏大”“偏小”或“不变”）

（2）某兴趣小组利用电流传感器测量某一电容器的电容。电流传感器反应非常快且阻值不计，可以捕捉到瞬间的电流变化，将它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化的I-t图像。实验电路如图（a）所示，电源电动势和内阻的标明值分别为E和r。

①将电阻箱阻值调为。

②闭合开关，电源向电容器充电，直至充电完毕，得到I-t图像如图（b）所示，数出图像与坐标轴所围格子数为35，此时电容器所带的电荷量=_______C（结果保留2位有效数字），电容器两端电压=_________（用E、r和表示）。

③改变电阻箱接入电路的阻值，重复前面两个步骤，得到多组对应的电阻箱阻值R和电容器所带的电荷量q。

④经过讨论，利用所得数据绘制图像如图（c），所绘图像应为_________。

A．R-q图       B．R-图      C．-q图      D．图

⑤若实验时电源实际电动势和内阻均大于标明值，利用图（c）（图中a、b均为已知量）所得电容器的电容_________其真实值。（填“大于”、“小于”或“等于”）

四、解答题

10．如图所示，固定光滑曲面轨道在O点与光滑水平地面平滑连接，地面上静止放置一个表面光滑、质量为3m的斜面体C。一质量为m的小物块A从高h处由静止开始沿轨道下滑，在O点与质量为2m的静止小物块B发生碰撞，碰撞后A、B立即粘连在一起向右运动（碰撞时间极短），平滑地滑上斜面体，在斜面体上上升的高度小于斜面体高度，重力加速度为g，求：

（1）A到达O点时的速度；

（2）A、B碰撞过程中损失的机械能；

（3）A和B沿C能上升的最大高度。

11．如图所示，平面直角坐标系的第二象限内存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为、电荷量为的小球从A点以速度沿直线AO运动，AO与x轴负方向成53°角。在y轴与MN之间的区域I内加一电场强度最小的匀强电场后，可使小球继续做直线运动到MN上的C点，MN与PQ之间区域Ⅱ内存在宽度为的竖直向上匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，小球在区域Ⅱ内做匀速圆周运动并恰好不能从右边界飞出，已知小球在C点的速度大小为，重力加速度为，sin53°=0.8，cos53°=0.6，求：

（1）第二象限内电场强度的大小和磁感应强度的大小；

（2）区域I内最小电场强度的大小和方向；

（3）区域Ⅱ内电场强度的大小和磁感应强度的大小。

12．太空中各类航天器和卫星在校正位置、转移轨道时，多数采用的是将电能转化为机械能的电推力火箭发动机。电推力火箭发动机工作原理与工作细节非常复杂，高中阶段我们可以进行合理简化进行讨论。

（1）设某个以化学燃料提供动力的火箭飞行时在极短的时间内喷射燃气的质量是Δm，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度大小是u，喷出燃气后火箭的质量是m。请你计算在经过该次喷气后火箭增加的速度Δv。

（2）某种航天器采用静电式离子推力器作为动力，其原理可简化如下：如图甲所示，核心装置左侧的电子枪发射出的高速电子将中性推进剂（如氯气原子）电离，电离后的正离子（初速度极小）被正、负极栅板间的强电场加速后与中和电子枪导出的电子重新中和成为高速粒子流并被喷出，从而使航天器获得推进或姿态调整的反冲力。已知单个正离子的质量为m，电荷量为q，正、负极栅板间加速电压为U，从正、负栅极加速后的正离子所形成的等效电流为I。忽略离子间的相互作用力和电子能量的影响，且认为粒子喷射时航天器质量不变。试求该发动机产生的平均推力的大小。

（3）2020年1月，我国首款20千瓦大功率电磁式霍尔推力器成功完成点火试验，实现了我国霍尔电推力器推力从毫牛级向牛级的跨越。图乙是某霍尔推力器的基本原理图，霍尔推力器的电离区和加速区是合一的。其工作原理简化如下:推力器的辅助装置将右侧阴极逸出（初速度极小）的一部分电子送入由轴向电场和环形径向磁场构成的放电工作室中，电子在洛伦兹力和电场力的共同作用下向左螺旋加速，与进入放电室的中性推进剂原子发生碰撞使其电离；正离子的质量较大，它在磁场中的偏转角度很小，其运动可视为在轴向电场力的作用下向右加速，出放电室后高速正离子与阴极导出的电子中和并被高速喷出，推进器由于反冲获得推进动力。设单位时间内进入放电工作室的电子总数为N，近似认为加速后每个电子获得的能量均为E0，与中性推进剂发生碰撞的电子数占总电子数的80%，推进剂被电离后形成一价正离子，轴向电场加速区的电压大小保持不变，且环形径向磁场的分布稳定，其余辅助装置消耗的电能占总供电能量的10%，请根据以上情景提供的信息，求供电系统在单位时间内提供的电能E。

参考答案：

1．B

【详解】A．千克、米、秒是国际单位制中的三个基本单位，牛顿是导出单位，故A错误；

B．牛顿第一定律是在已有实验基础上进行合理外推而来的，属于理想实验，是不能直接用实验来验证的，故B正确；

C．伽利略通过实验和逻辑推理说明了力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因，故C错误；

D．伽利略设想的理想斜面实验开创了实验研究和逻辑推理相结合的探索自然规律的科学方法，故D错误。

故选B。

2．D

【详解】A．热力学第二定律使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A错误；

B．第二类永动机违背热力学第二定律，但不违背能量守恒定律，故B错误；

C．根据热力学第二定律热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故C错误；

D．根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%，故D正确。

故选D。

3．D

【详解】A．甲、乙、丙实验产生的条纹均为干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A错误；

B．甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；

C．根据干涉条纹间距公式

丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，频率越短，故C错误；

D．丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，若减小单缝的宽度，中央条纹会变宽，故D正确。

故选D。

4．C

【详解】A．金属棒上滑过程中，根据动能定理可得

所以

恒力F与安培力的合力所做的功等于金属棒重力势能的增加量，故A正确，不符合题意；

B．金属棒克服安培力做的功等于电阻R上产生的焦耳热，故B正确，不符合题意；

C．作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于金属棒动能的变化量，故C错误，符合题意；

D．恒力F与重力的合力所做的功等于金属棒克服安培力所做的功，所以也等于电阻R上产生的焦耳热，故D正确，不符合题意。

故选C。

5．D

【详解】A．电场强度的大小等于图象斜率的大小，可知点的电场强度的大小为

点的电场强度的大小为

即等于，故A错误；

B．根据顺着电场线方向电势逐渐降低，可知沿轴从到0，电势升高，电场的方向沿轴负方向，即点的电场强度方向沿轴负方向，故B错误；

C．从图像上可知点的电势低于点的电势，所以有

为负值，故C错误；

D．沿轴从点移到点的过程中，电势先增大后减小，根据可知负电荷沿轴从点移到点的过程中电势能先减小后增大，所以静电力先做正功，后做负功，故D正确；

故选D。

6．AC

【详解】A．当单刀双掷开关与a连接时，由乙图知输入电压的峰值为311V，所以副线圈两端电压的峰值为31.1V，电流表示数为有效值，即为

A

故A正确；

B．当单刀双掷开关与a连接且t=0.01s时，输入电压为零，但电流表示数是有效值，故不为零，故B错误；

C．当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈两端电压变为原来的2倍，由可知输出功率变为原来的4倍，故原线圈的输入功率也变为原来的4倍，故C正确；

D．由乙图知交流电的周期为0.02s，频率为50Hz，变压器不改变频率，故D错误。

故选AC。

7．AC

【详解】A．由开普勒第二定律可知，飞船在P点的速度大于在Q点的速度，A正确；

B．飞船由轨道Ⅰ变为轨道Ⅱ时，需在P点加速，因此飞船在轨道Ⅰ上运动时的机械能小于在轨道Ⅱ上运动的机械能，B错误；

C．飞船在轨道Ⅰ上运动到P点时与飞船在轨道Ⅱ上运动到P点时受到的万有引力大小相等，由牛顿第二定律可知，飞船加速度相等，C正确；

D．由万有引力提供向心力

得到

由上式可知，虽然r相等，但是因为地球和火星的质量不等，所以周期T不相同，D错误。

故选AC。

8．CD

【详解】A．图（b）可知，P、Q两质点的振动周期都是，频率都是，故A错误；

B．若波从P传向Q，由图（b）可知，P、Q两质点的振动时间差为

则P、Q两质点的距离满足

即

由两质点平衡位置之间的距离不小于一个波长知，则波长的最大值为

故B错误；

C．若波从Q传向P，则有

而

即

同B选项分析

故C正确；

D．若波从P传向Q，则波速

当时，，故D正确。

故选CD。

9．     2.055     漏加小球半径          不变               D     大于

【详解】（1）①[1]由图示游标卡尺可知，摆球的直径d=2cm+10×0.05mm=2.050cm；

②[2] 图像不通过坐标原点，将图像向右平移1cm就会通过坐标原点，故相同的周期下，摆长偏小1cm，故可能是漏加小球半径；

 [3]由单摆的周期公式

可知

则有

解得

[4]无论图像是否经过坐标原点，图像的斜率等于，该斜率不变，所以g不变；

（2）②[5]由b图可知每一小格代表的电量为

图像与坐标轴所围格子数为35，此时电容器所带的电荷量q1=

[6]根据串联电路分压规律有

④[7]根据电容的定义式可知

解得

根据数学关系可知所绘图像应为图象。

故选D。

⑤[8]由图c可知图象斜率为

从而解得

由于E的实际值大于标明值，则E偏小，C偏大，所以电容器的电容大于其真实值。

10．（1） ；（2）；（3）

【详解】（1）物块A运动到O点的过程，根据动能定理可知

解得

（2）当A、B发生碰撞根据动量守恒定律可知

解得

A、B碰撞过程中损失的机械能是

（3）将A、B、C看成一个整体，则系统在水平方向动量守恒，当A、B到达最高点时三者在水平方向速度相同，根据动量守恒定律可知

根据能量守恒定律可知

联立解得，A和B沿C能上升的最大高度为

11．（1），；（2），方向为垂直AO且与y轴正向成53°角；（3），

【详解】（1）根据题意分析可知小球沿AO做匀速直线运动，则

解得

又

解得

（2）要使小球在区域I做直线运动，电场强度最小，则需要满足

解得

方向为垂直AO且与y轴正向成53°角；

（3）小球在区域Ⅱ做匀速圆周运动，则

解得

小球恰好不从右边界飞出，如图所示

由几何关系可知

解得

根据

解得

12．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）以喷气前的火箭为参考系，根据动量守恒定律

解得

上式表明，在喷射质量Δm和喷射速度u确定时，火箭质量m越小，火箭获得的速度增量Δv越大（该表述反之亦成立）；

（2）以正离子为研究对象，由动能定理得

由动量定理得，正离子所受的平均冲量

联立得

根据牛顿第三定律可知，发动机产生的平均推力的大小为

（3）设加速电压大小为U0，每个电子加速过程，有

每个正离子加速过程增加的能量为

即

在单位时间内有

解得