天津市南开区2024-2025学年高三上学期期末物理试卷（含解析）

这是一份天津市南开区2024-2025学年高三上学期期末物理试卷（含解析），共16页。试卷主要包含了单选题，多选题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题：本大题共5小题，共25分。
1.中国科学院近代物理研究所科研团队与合作单位研究人员首次成功合成新原子核 89205Ac。该原子核存在一种衰变链，其中第1次由 89205Ac衰变成原子核 87201Fr，第2次由 87201Fr衰变成原子核 85197At。下列说法正确的是( )
A. 两次均为β衰变
B. 10个 89205Ac原子核经过一个半衰期后一定还剩余5个
C. 89205Ac原子核发生衰变时需要吸收能量
D. 87201Fr原子核的比结合能比 85197At原子核的比结合能小
2.如图所示，送水工人用特制的推车运送桶装水，到达目的地后，工人通过调节挡板OA转动可将水桶卸下。若桶与接触面之间的摩擦不计，∠AOB为锐角，OA、OB对水桶的弹力大小分别为F1、F2。若保持OB不动，调节挡板OA，使OA绕O点由竖直缓慢转到与OB垂直的过程，下列说法正确的是( )
A. 水桶受到的合力变小
B. F1先减小后增大
C. F2一直增大
D. F1、F2都一直减小
3.2022年11月29日，神舟十五号飞船在酒泉发射成功，次日凌晨对接于空间站组合体的前向对接口。至此，中国空间站实现了“三大舱段”+“三艘飞船”的最大构型，天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱、天舟五号货运飞船、神舟十四号、神舟十五号载人飞船同时在轨。若空间站组合体绕地球的运动可以看作匀速圆周运动，已知空间站离地面高度为ℎ(约为400km)，地球半径为R(约为6400km)，地球表面的重力加速度为g，引力常量为G，下列说法正确的是( )
A. 空间站组合体轨道处的重力加速度大小为gR(R+ℎ)
B. 空间站组合体运行的线速度与第一宇宙速度之比约为4： 17
C. 地球的平均密度可表示为3g4πG(R+ℎ)
D. 地球赤道上的物体随地球自转的线速度比空间站组合体运行的线速度大
4.电子显微镜通过“静电透镜”实现对电子会聚或发散使微小物体成像。电子枪发射的电子仅在电场力作用下的运动轨迹如图中实线所示，a、b、c是轨迹上的三点，虚线为电子透镜电场中的等差等势面。下列说
法正确的是( )
A. b点的电势高于c点的电势
B. 电子在a点的加速度大于在c点的加速度
C. 电子在a点的电势能大于在b点的电势能
D. 电子在c点的速度大于在b点的速度
5.电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。制动时车轮转动带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生交变电流。若t=0时磁场方向恰与线圈平面垂直，磁极位置如图甲所示，磁极匀速转动，线圈中的电动势随时间变化的关系如图乙所示。将两磁极间的磁场近似视为匀强磁场，下列说法正确的是( )
A. t=0时线圈中磁通量为0，磁通量变化率最大
B. t=t1时线圈中电流方向由P指向Q
C. 0～t1过程，线圈中的平均感应电动势大小为2Emπ
D. 线圈中的电动势瞬时值表达式为e=Emcs(2πtT)
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6.如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ=30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是( )
A. 该材料对红光的折射率为 3
B. 若θ=45°，光线c消失
C. 若入射光a变为白光，光线b为白光
D. 若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直
7.“地震预警”是指在地震发生以后，抢在地震波传播到受灾地区前，向受灾地区提前几秒至数十秒发出警报，通知目标区域从而实现预警。科研机构为此对波的特性展开研究。如图甲所示为所研究的一列沿x轴传播的简谐横波，在t=0时刻的波形图，x=3m处的质点M的振动图像如图乙所示。下列说法正确的是
A. 波沿x轴负方向传播
B. 0～7s波传播的距离为21m
C. 0～7s质点M通过的路程为11.9cm
D. 质点M的振动方程是y=−1.7sin0.5πt(cm)
8.为了测量化工厂的污水排放量，技术人员在排污管末端安装了流量计(流量Q为单位时间内流过某截面流体的体积)。如图所示，长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，所在空间有垂直于前后表面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，管道上、下两面的内侧固定有金属板M、N，污水充满管道从左向右匀速流动。测得M、N间电压为U，污水流过管道时所受阻力大小Ff=kLv2，k为比例系数，L为污水沿流速方向的长度，v为污水的流速，污水中含有正、负离子。则( )
A. 污水的流量Q=UbB
B. 金属板M的电势不一定高于金属板N的电势
C. 电压U与污水中离子浓度成正比
D. 左、右两侧管口的压强差Δp=kaU2bB2c3
三、实验题：本大题共2小题，共16分。
9.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：
(1)某同学将实验装置按图甲所示安装好，不挂细线与砝码盘，轻推小车，打点计时器打出纸带及纸带运动方向如图乙所示，则应将垫块适当______(选填“左移”或“右移”)以平衡摩擦力。
(2)平衡摩擦力后，实验得到一条纸带，纸带上按时间顺序选取O、A、B、C、D五个计数点，相邻的两计数点之间还有4个点未画出，如图丙所示。已知打点计时器的打点周期为0.02s，则小车加速度大小a= ______m/s2(结果保留2位小数)。
(3)在研究加速度与质量的关系时，砝码和砝码盘的质量为m保持不变。小车的总质量为M，改变M进行多次实验，测得对应的小车加速度大小a，作出a和1M+m的图线，合理的应为______。
10.学习小组在测量某粗细均匀的圆柱形合金细棒的电阻率实验中，先用毫米刻度尺测出接入电路中合金细棒的长度，又用多用电表粗略测量合金细棒的电阻约为100Ω。
(1)进一步用螺旋测微器测合金细棒的直径，示数如图甲所示，其直径d= ______mm。
(2)为了精确测得该合金细棒的电阻Rx，实验室提供了下列器材：
①电源E(电动势为3V、内阻约为0.2Ω)
②电压表V(量程1V、内阻为1000Ω)
③电流表A(量程30mA、内阻约为1Ω)
④滑动变阻器R1(最大阻值20Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值2000Ω)
⑤电阻箱R0(0～9999Ω)
⑥导线若干，开关一只
ⅰ.由于提供的电压表量程不足，现需使其量程变为3V，则需要在电压表上串联一个电阻箱R0，则R0= ______Ω；
ⅱ.若按照图乙所示设计电路，则滑动变阻器应选择______(R1或R2)；并请用笔画线代替导线将图丙的实物电路连接完整；
ⅲ.由于电表不是理想电表，若从系统误差的角度分析，用上述方法测得的合金电阻率与真实值比______(填“偏大”、“偏小”或“相等”)。
四、计算题：本大题共3小题，共44分。
11.如图为某工厂生产流水线上水平传输装置的俯视图，它由水平传送带和水平转盘组成。物品质量m=1kg，从A处无初速放到传送带上，运动到B处后进入匀速转动的转盘，设物品进入转盘时速度大小不发生变化，且恰好随转盘一起运动(无相对滑动)，到C处被取走装箱。已知A、B两处的距离L=9m，传送带的传输速度v=2m/s，物品与传送带间的动摩擦因数μ1=0.2。物品在转盘上与轴O的距离R=0.5m，设物品与转盘间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2。求：
(1)物品从A处运动到B处的时间；
(2)物品与转盘间的动摩擦因数的最小值μ2；
(3)物品从A处运动到B处的过程中，电机因传送物品而多做的功。
12.如图所示，两竖直放置的平行金属板M、N之间的电压U0=50V，N板右侧宽度L=0.1m的区域内分布着电场强度E=10003 3V/m、方向竖直向下的匀强电场，虚线PP′与QQ′为其边界。A、C分别为PP′、QQ′上的点，水平虚线CD与CQ′之间存在范围足够大的磁感应强度B=2 33×10−2T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场。一质量m=1.6×10−25kg、电荷量q=+1.6×10−17C的粒子从靠近M板的S点由静止释放，经PP′上的A点进入PP′、QQ′间，然后从C点进入磁场，不计粒子重力。求：
(1)粒子到达A点的速率v0；
(2)粒子在磁场中运动轨迹的半径r；
(3)粒子从A点进入电场到最终离开磁场的运动时间t(结果可以含π)。
13.如图甲所示，固定光滑平行金属导轨MN、PQ与水平面成θ=37°倾斜放置，其电阻不计，导轨间距L=0.5m，导轨顶端与电阻R=2Ω相连。垂直导轨水平放置一根质量m=0.2kg、电阻r=0.5Ω的导体棒ab，ab距导轨顶端d1=2m，距导轨底端距离为d2(未知)。在装置所在区域加一个垂直导轨平面向上的匀强磁场，其磁感应强度B和时间t的函数关系如图乙所示。0～2s内，导体棒在外力作用下保持静止；2s后由静止释放导体棒，导体棒滑到导轨底部的过程，通过导体棒横截面的电荷量q=1.0C。导体棒始终与导轨垂直并接触良好，且导体棒滑到底部前已经做匀速运动，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6。求：

(1)0～2s内通过导体棒的电流I1的大小和方向；
(2)导体棒滑到底部前的最大速度vm；
(3)导体棒由静止开始下滑到导轨底部的过程，电阻R上产生的焦耳热QR。
答案解析
1.D
【解析】解：A.根据核反应过程满足电荷数守恒和质量数守恒可知，第一次衰变为 89205Ac→87201Fr+24He
第二次衰变为 87201Fr→85197At+24He
可知两次均为α衰变，故A错误；
B.半衰期是大量原子的统计规律，对少量原子核衰变不适用，故B错误；
C.衰变是自然发生的，可知 89205Ac原子核发生衰变时要放出能量，不需要吸收能量，故C错误；
D. 87201Fr衰变的过程中是释放能量的，而且氦核的比结合能较小，所以 87201Fr的比结合能比 85197At的比结合能小，故D正确。
故选：D。
核反应方程满足质量数和电荷数守恒，由此判断衰变的类型；半衰期与原子所处的物理状态无关，具有统计意义；衰变的过程中释放能量；根据能量的变化分析比结合能的变化。
解题关键是明白核反应方程遵循质量数和电荷数守恒；明确半衰期具有统计意义。
2.D
【解析】解：对水桶受力分析，根据三角形定则作图，如图所示。
OA由竖直缓慢转到与OB垂直的过程中，水桶受到的合力为零，且F1，F2都在减小，故ABC错误，D正确。
故选：D。
对水桶受力分析，根据平衡条件，利用合成法作图分析。
解答本题时，首先要确定研究对象，再分析受力情况，根据图解法分析各力的变化情况。
3.B
【解析】解：A、对空间站，由牛顿第二定律可得：GMm(R+ℎ)2=ma
在地球表面的重力与万有引力相等，则有：GMmR2=mg
联立解得：a=gR2(R+ℎ)2，故A错误；
B、由万有引力提供向心力可得：GMm(R+ℎ)2=mv2(R+ℎ)，解得：v= GMR+ℎ
则空间站运行的速度与第一宇宙速度之比约为：vv0= RR+ℎ= 64006400+400=4 17，故B正确；
C、由地球表面上物体受到的重力与万有引力相等可得：GMmR2=mg，解得地球的质量为：M=R2gG
又有地球的体积为V=43πR3
则有地球的平均密度可表示为：ρ=MV=3g4πGR，故C错误；
D、根据题意，由万有引力提供向心力可得：GMm(R+ℎ)2=mv2(R+ℎ)，解得：v= GMR+ℎ
地球同步卫星比组合体的轨道半径大，因此组合体的运行的线速度比同步卫星的大；同步卫星与地球赤道上某物体随地球一起自转，角速度相同，由v′=ωr′，可知同步卫星的线速度比地球赤道上某物体随地球自转的线速度大，所以组合体在轨道上运行的线速度大于地球赤道上某物体随地球自转的线速度，故D错误。
故选：B。
根据万有引力提供向心力推导出空间站运行的向心加速度，根据万有引力等于重力得出重力加速度，根据表达式进行求比值；
根据万有引力提供向心力结合密度公式求解地球密度。
本题解题关键掌握万有引力提供向心力以及密度公式等的应用，基础题。
4.A
【解析】解：A.电子从a到c的过程中向上弯曲，说明电子在b点时受到的电场力方向垂直于等势面斜向上，电子带负电，可知图中电场线的方向大体沿左上方至右下方，沿着电场线的方向电势越来越低，所以b点的电势大于c点的电势，故A正确；
B.等差等势面的疏密表示电场的强弱，则a点的电场强度小于c点的电场强度，电子在a点的加速度比在c点的加速度小，故B错误；
C.电子从a点运动到b点的过程中，电场力做负功，电势能增大，电子在a点的电势能小于在b点的电势能，故C错误；
D.电子从b点运动到c点的过程中，电场力做负功，电子在c点的速度比在b点的速度小，故D错误。
故选：A。
电场强度的方向与等势面垂直，先判断出电场力方向，电子受到的电场力的方向与电场强度的方向相反，由此判断电场强度的方向，再判断各点电势的高低；根据等势面的疏密判断电场强度大小，结合牛顿第二定律判断加速度大小；根据电场力做功情况判断电势能的大小关系，根据能量守恒判定动能和速度的变化。
解决本题的关键要读懂题意，理解电子显微镜的等势面分布，利用电场线与等势面处处垂直，判断电场线方向，进而求解。
5.C
【解析】解：A.t=0时线圈中磁通量最大，磁通量变化率为零，故A错误；
B.根据右手定则，t=t1时线圈中电流方向由Q指向P，故B错误；
C.0～t1过程，根据法拉第电磁感应定律得线圈中的平均感应电动势大小为
E=nΔΦΔt=nBS14⋅2πω=2nBSωπ=2Emπ
故C正确；
D.线圈中的电动势瞬时值表达式为
e=Emsin(ωt)=Emsin(2πTt)
故D错误。
故选：C。
t=0时线圈中磁通量最大；根据右手定则判断；根据法拉第电磁感应定律计算；根据瞬时值和最大值的关系以及开始位置写出瞬时值表达式。
本题考查了中性面、电动势的平均值的计算方法，瞬时值的表达式以及右手定则的应用。
6.ABC
【解析】解：A.根据反射定律，反射角α=θ=30°
由于反射光b和折射光c刚好垂直，因此折射角β=180°−90°−α=180°−90°−30°=60°
根据折射定律，该材料对红光的折射率n=sinβsinθ=sin60°sin30∘= 3，故A正确；
B.根据临界角公式sinC=1n= 33