北京市房山区2024-2025学年高三上学期期末考试 物理 含解析

这是一份北京市房山区2024-2025学年高三上学期期末考试 物理 含解析，共18页。试卷主要包含了单项选择题，实验题，计算题等内容，欢迎下载使用。
本试卷共8页，满分100分，考试时长90分钟。考生务必将答案填涂或书写在答题卡上，在试卷上作答无效。考试结束后，将试卷和答题卡一并交回。
第一部分（选择题 共42分）
一、单项选择题（本部分共14小题，在每小题列出的四个选项中只有一个符合题意。每小题3分，共42分。）
1. 用激光照射金属挡板上两条平行的狭缝，在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于光的（ ）
A. 衍射现象B. 干涉现象C. 偏振现象D. 全反射现象
【答案】B
【解析】
【详解】用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于双缝干涉现象，即属于光的干涉。
故选B。
2. 科学家用放射性材料—PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素衰变方程为，则X应为（ ）
A. 质子B. α粒子C. 正电子D. 中子
【答案】B
【解析】
【详解】由质量数守恒可知X的质量数为
由电荷数守恒可知X的质子数为
则X为α粒子。
故选B。
3. 下列与热现象有关的说法正确的是（ ）
A. 布朗运动就是液体分子的无规则运动
B. 物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大
C. 物体的温度越高，分子的平均动能就越大
D. 密闭容器内有一滴的水，蒸发变成了水蒸气，温度仍然是，它的内能保持不变
【答案】C
【解析】
【详解】A．布朗运动是微小颗粒的无规则运动，间接反映了液体分子的无规则运动，故A错误；
B．物体温度升高，物体内分子热运动的平均速率增大，而不是每个分子。故B错误；
C．温度是物体内部分子平均动能大小的标志，物体的温度越高，其内部分子的平均动能就一定越大，故C正确；
D．15℃的水滴蒸发成15℃的水蒸气后，温度不变，分子的平均动能不变，该物态变化是吸热过程，分子势能增大，即内能增大，故D错误。
故选C。
4. 如图所示，在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。在筒内封闭的气体被活塞迅速压缩的过程中，下列说法正确的是（ ）

A. 气体温度升高，压强不变B. 气体的体积减小，压强不变
C. 气体对外界做功，气体内能增加D. 外界对气体做功，气体内能增加
【答案】D
【解析】
【详解】压缩玻璃筒内的空气，气体的压强变大，机械能转化为筒内空气的内能，空气的内能增加，温度升高，当达到棉花的燃点后，棉花会燃烧，即外界对气体做正功，气体内能增加。
故选D。
5. 用小球和轻弹簧组成弹簧振子，使其沿水平方向振动，振动图像如图所示，下列描述正确的是（ ）
A. 内，小球的速度逐渐减小B. 内，弹簧的弹性势能逐渐减小
C. 时，小球的动能达到最大值D. 时，弹簧弹力为正的最大值
【答案】C
【解析】
【详解】A．由图可知，1~2s内小球的位移减小，说明弹性势能转化为动能即速度增大，故A错误；
B．由图可知，2~3s内小球的位移增大，说明动能转化弹性势能即弹性势能增大，故B错误；
C．由图可知，t=4s时，小球位于平衡位置此时动能最大，故C正确；
D．t=5s时，小球的位移正向最大，则弹簧弹力为负的最大值，故D错误。
故选C。
6. 如图所示，水平地面上静止一倾角为的斜面，一个质量为的箱子，在平行于斜面的拉力作用下，沿斜面匀速上滑，斜面始终处于静止状态。箱子与斜面间的动摩擦因数为，重力加速度为，下列说法正确的是（ ）
A. 箱子受到3个力作用B. 斜面对箱子的摩擦力大小为
C. 地面对斜面的摩擦力大小为0D. 斜面对箱子的支持力大小为
【答案】D
【解析】
【详解】A．箱子受重力、弹力、外力、摩擦力4个力的作用，故A错误；
BD．对箱子分析可知，
解得
故B错误，D正确；
C．对整体分析可知地面对斜面的摩擦力大小为
故C错误；
故选D。
7. 如图所示，带箭头的实线表示某电场的电场线。、为电场中两点。下列说法中正确的是（ ）
A. 点的电势比点的电势高
B. 一正电荷在点受到的静电力小于在点受到的静电力
C. 一负电荷在点的电势能小于在点的电势能
D. 将一负电荷由点移动到点的过程中静电力做正功
【答案】D
【解析】
【详解】ACD．沿电场线电势逐渐降低，可知点的电势比点的电势低，负电荷在点的电势能大于在点的电势能，将一负电荷由点移动到点的过程中静电力做正功，选项AC错误，D正确；
B．电场线的疏密反映场强大小，可知A点场强大于B点场强，则一正电荷在点受到的静电力大于在点受到的静电力，选项B错误；
故选D。
8. 如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一根水平放置的金属棒以某一水平速度抛出，金属棒在运动过程中始终保持水平且未离开磁场区域。不计空气阻力，金属棒在运动过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 感应电动势越来越大
B. 单位时间内，金属棒的动量增量变大
C. 金属棒中的机械能越来越小
D. 单位时间内金属棒扫过的曲面中的磁通量不变
【答案】D
【解析】
【详解】A．金属棒做平抛运动，水平速度不变，根据E=BLv0可知，棒中的感应电动势不变，故A错误；
B．根据动量定理可知，单位时间内，金属棒的动量增量为，大小不变，故B错误；
C．金属棒在运动过程只有重力做功，则机械能守恒，故C错误；
D．单位时间内ab的水平位移为v0，则扫过的曲面中的磁通量不变，故D正确；
故选D。
9. 某同学两次抛出篮球，如图所示，篮球垂直撞在竖直放置的篮板上。不计空气阻力，关于这两次篮球从抛出到撞击篮板的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 两次在空中运动的时间相等B. 两次抛出后的速度变化率不相等
C. 第1次抛出时速度的水平分量小D. 第2次抛出时速度的竖直分量大
【答案】C
【解析】
【详解】A．将两次抛球的逆过程看做平抛运动，因第一次竖直高度较大，根据
可知第一次运动时间较长，选项A错误；
B．速度变化率等于加速度，可知两次抛出后的速度变化率相等，选项B错误；
C．两次水平位移相等，根据
可知第1次抛出时速度的水平分量小，选项C正确；
D．根据
可知第2次抛出时速度的竖直分量小，选项D错误。
故选C。
10. 我国多次成功使用“冷发射”技术发射长征十一号系列运载火箭。如图所示，发射舱内的高压气体先将火箭竖直向上推出，火箭速度接近零时再点火飞向太空。从火箭开始运动到点火的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A. 火箭的加速度为零时，动能最大
B. 高压气体释放的能量全部转化为火箭的动能
C. 火箭受到推力的冲量小于重力和空气阻力的冲量之和
D. 高压气体的推力对火箭做的功小于重力和空气阻力对火箭做功之和
【答案】A
【解析】
【详解】A．火箭从发射舱发射出来，受竖直向下的重力、竖直向下的空气阻力和竖直向上的高压气体的推力作用，且推力大小不断减小，刚开始向上的时候高压气体的推力大于向下的重力和空气阻力之和，故火箭向上做加速度减小的加速运动，当向上的高压气体的推力等于向下的重力和空气阻力之和时，火箭的加速度为零，速度最大，接着向上的高压气体的推力小于向下的重力和空气阻力之和时，火箭接着向上做加速度增大的减速运动，直至速度为零，故当火箭的加速度为零时，速度最大，动能最大，故A正确；
B．根据能量守恒定律，可知高压气体释放的能量转化为火箭的动能、火箭的重力势能和内能，故B错误；
C．根据动量定理，可知
解得
火箭受到推力的冲量等于重力和空气阻力的冲量之和，故C错误；
D．根据动能定理，可知
解得
故D错误。
故选A。
11. 如图所示为研究电容器充放电实验的电路图。将S拨至1给电容器充电，充电完毕后，将S拨至2让电容器放电。已知电源的电动势为，内阻为，电容器的电容为，电阻的阻值为。下列说法正确的是（ ）
A. 充电过程，电流表示数逐渐增大
B. 充电过程，电源为整个电路提供的电能为
C. 放电过程，通过电阻的电流方向向左
D. 放电过程，通过电阻的电荷量为
【答案】D
【解析】
【详解】A．充电过程，电流表示数逐渐减小，故A错误；
B．充电过程，电源为整个电路提供的电能为
故B错误；
C．充电结束后，电容器上板带正电，则放电过程，通过电阻R的电流方向向右，故C错误；
D．充电结束后，电容器带电量Q=CE
则放电过程，通过电阻R的电荷量为CE，故D正确。
故选D。
12. 一束射线从气泡室底部进入而没有留下痕迹，气泡室中充满液态氢。这束射线从一个氢原子中打出一个电子，同时光子自身转变成一对正、负电子对（分别称为正电子、负电子），其径迹如图所示。已知匀强磁场的方向垂直照片平面向里，正、负电子质量相等，则下列说法正确的是（ ）
A. 左侧螺旋轨迹为负电子运动的轨迹
B. 正电子，负电子所受洛伦兹力大小时刻相等
C. 分离瞬间，正电子速度大于负电子速度
D. 正电子，负电子和被打出的电子的动能均保持不变
【答案】C
【解析】
【详解】A．匀强磁场的方向垂直照片平面向里，根据粒子运动轨迹结合左手定则可知，左侧螺旋轨迹为正电子运动的轨迹，右侧螺旋轨迹为负电子运动的轨迹，故A错误；
BC．根据洛伦兹力提供向心力有
解得
根据运动轨迹可知正电子与负电子分离瞬间，左侧正电子的轨迹半径大于右侧负电子的轨迹半径，故分离瞬间，正电子速度大于负电子速度，正电子、负电子所受洛伦兹力大小为
正电子、负电子的速度大小不是时刻相等，则正电子、负电子所受洛伦兹力大小不是时刻相等，故B错误，C正确；
D．正、负电子在气泡室运动时，根据轨迹可知运动的轨迹半径逐渐减小，则速度逐渐减小，动能逐渐减小，被打出的电子，在气泡室中克服阻力做功，动能也逐渐减小，故D错误。
故选C。
13. 某同学在研究性学习活动中自制电子秤，原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器R的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，此时电压表示数为0。设变阻器总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力。则下列说法不正确的是（ ）
A. 电压表的示数U与被测物体质量m成正比B. 弹簧的形变量x与被测物体质量m成正比
C. 被测物体质量m变大，电路中电流变小D. 改变弹簧劲度系数k，可以改变电子秤的测量范围
【答案】A
【解析】
【详解】C．由于金属弹簧的电阻可忽略，则当被测物体质量m变大，连接弹簧的滑片向下移，回路中的总电阻增大，故电路中电流减小，C正确，不符合题意；
B．当托盘中没有放物体时，电压表示数为零，当物体质量为m时，设托盘下降x，由平衡条件有
B正确，不符合题意；
AD．根据欧姆定律得
根据电阻定律有
由欧姆定律得
故电压表示数U与所称物体质量m的关系式为
电压表的示数U与被测物体质量m不成正比，改变弹簧劲度系数k，可以改变电子秤的测量范围，A错误，符合题意、D正确，不符合题意。
故选A。
14. 对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究，找出其内在联系，从而更加深刻的理解其物理本质。一段长为、电阻率为、横截面积为的细金属直导线，单位体积内有个自由电子，电子电荷量为、质量为。经典物理学认为，金属的电阻源于定向运动的自由电子与金属离子（即金属原子失去电子后的剩余部分）的碰撞，该碰撞过程将对电子的定向移动形成一定的阻碍作用，该作用可等效为施加在电子上的一个沿导线的平均阻力。若电子受到的平均阻力大小与电子定向移动的速率成正比，比例系数为。下列说法正确的是（ ）
A. 比例系数
B. 比例系数的单位为
C. 当该导线通有恒定的电流时，导线中自由电子定向移动的速率
D. 当该导线通有恒定的电流时，导线中自由电子受到平均阻力大小为
【答案】A
【解析】
【详解】C．一小间内，流过导线横截面的电子个数为
电荷量为
根据电流的定义有
解得
故C错误；
AD．长度为l的一段导体，则电子做定向移动时满足电场力与阻力相等，则，
解得，
故A正确，D错误；
B．根据
可知比例系数的单位为
故B错误；
故选A。
第二部分（非选择题 共58分）
二、实验题（共2小题，共18分。）
15. 物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。
（1）“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验如图甲所示，图乙是在白纸上根据实验数据画出的示意图。图乙中的与两力中，方向一定沿方向的是___________。
（2）一个实验小组在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，使用两根不同的轻质弹簧和，得到弹簧弹力与弹簧长度的关系图像如图所示，下列说法正确的是___________。
A. 的原长大于的原长
B. 的原长小于的原长
C. 的劲度系数大于的劲度系数
D. 的劲度系数小于的劲度系数
（3）如图所示，在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验过程中，下列说法正确的是___________。
A. 变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
B. 使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量
C. 因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
【答案】（1） （2）BC （3）B
【解析】
【小问1详解】
图乙中的与两力中，F是两个分力合力的理论值，而是两个分力合力的实验值，则方向一定沿方向的是。
【小问2详解】
AB． 根据由图可知，的原长小于的原长，选项A错误，B正确；
CD．图像的斜率等于劲度系数，可知的劲度系数大于的劲度系数，选项C正确，D错误。
故选BC。
【小问3详解】
A．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，选项A错误；
B．使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量，选项B正确；
C．虽然实验所用电压较低，但是通电时也不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，选项C错误。
故选B。
16. 利用电流表和电压表测定一节干电池的电动势和内电阻。
（1）若选取甲图进行测量，其系统误差来源于①___________（选填“电压表分流”或“电流表分压”）。若选取乙图进行测量，其系统误差来源于②___________（选填“电压表分流”或“电流表分压”）。
（2）若采用甲图进行实验，下列说法正确的是___________。
A. 闭合开关前，滑动变阻器的滑片应放在端
B. 应选用一节新的干电池作为被测电源，新电池的电动势比较大易测量
C. 闭合开关后，电压表有示数，电流表示数为零的原因可能是滑动变阻器发生断路
（3）如图所示为某次实验结果的图像，仔细观察你会发现，图中测量数据集中在图像的很小区域，这样不利于减小误差。为了减小利用图像处理数据过程中的误差，请你写出调整方案。
（4）若某小组同学想测量水果电池的电动势和内阻，水果电池内阻约为一千欧姆，为了准确测量，则应选择的实验电路是①___________（选填“甲”或“乙”）。测得该水果电池的电动势②___________（选填“大于”“等于”或“小于”）。
【答案】（1） ①. 电压表分流 ②. 电流表分压
（2）C （3）纵坐标的起始点可以改为1.0开始
（4） ①. 乙 ②. 等于
【解析】
【小问1详解】
[1]若选取甲图进行测量，其系统误差来源于电压表分流。
[2]若选取乙图进行测量，其系统误差来源于电流表分压。
【小问2详解】
A．为保护电路，闭合开关前，滑动变阻器接入电路的阻值应该最大，则滑片应放在a端，故A错误；
B．新的干电池电阻很小，路端电压变化不明显，误差较大，故B错误；
C．闭合开关后，电压表有示数，电流表示数为零，是断路现象，而电压表有示数，则可能是滑动变阻器发生断路，故C正确。
故选C。
【小问3详解】
纵坐标的起始点可以改为1.0开始，这样就可以充分利用图像。
【小问4详解】
[1]水果电池内阻约为一千欧姆较大，电路中的电流会较小，甲图中电压表的分流影响会很大。为了准确测量，则应选择乙实验电路。
[2]若考虑电流表分压，由闭合电路欧姆定律得
联立解得
由于为真实读数，则测量值没有误差。即。
三、计算题（共4小题，共40分。）
17. 如图所示，光滑水平面与竖直面内的粗糙半圆形导轨在点平滑连接，导轨半径为0.40m。一个质量为0.20kg的物体将弹簧压缩至点后由静止释放，在弹簧弹力作用下，物体脱离弹簧向右运动。经点沿半圆形导轨运动，到达点后水平飞出，恰好落在点。已知点的速度大小为，、两点距离为0.80m，取重力加速度为。求：
（1）物体到达点的速度大小。
（2）物体沿半圆形导轨运动过程中阻力所做的功。
（3）弹簧压缩至点时的弹性势能
【答案】（1）2m/s
（2）-0.5J （3）2.5J
【解析】
【小问1详解】
物体到达点后水平飞出，恰好落在点，则有，
解得
【小问2详解】
物体从B点到C点，根据动能定理有
解得J
【小问3详解】
物体从A点到B点，根据功能关系有
解得J
18. 如图甲所示，在光滑绝缘水平桌面上有一边长为l、电阻为R的正方形导线框abcd，在导线框右侧有一宽度大于l的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的左、右边框平行，磁感应强度大小为B，磁场方向竖直向下。导线框以向右的初速度进入磁场。
（1）求dc边刚进入磁场时，线框中感应电动势的大小；
（2）求dc边刚进入磁场时，ab边的瞬时电功率；
（3）若导线框能够完全通过磁场区域并继续运动，请在图乙中定性画出导线框所受安培力大小F随时间t变化的图像，并说明安培力随时间变化的原因。
【答案】（1）；（2）；（3），原因见解析
【解析】
【详解】（1）刚进入磁场时，dc边切割磁感线产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律可知，此时线框中感应电动势为
（2）根据闭合电路欧姆定律可知，dc边刚进入磁场时，线框中感应电流为
故ab边的瞬时电功率为
联立解得
（3）当线框dc边进入磁场到ab边进入磁场之前，根据法拉第电磁感应定律可知，任意时刻dc边产生的瞬时感应电动势为
回路中的瞬时电流为
线框此时受到的安培力为
联立可得得
方向与速度方向相反，因此，导线框做减速运动，随着速度v减小，安培力F也减小；根据牛顿第二定律有
且a为速度的变化率，并且F正比于v，所以F减小的越来越慢。由于导线框能够全部通过磁场区域，故导线框在速度减为零前已完全进入磁场，且当整个线框均在磁场中运动时，ab边和cd边都产生感应电动势，但线框总电动势为零，电流为零，安培力为零，线框做匀速直线运动；当线框离开磁场区域时，只有ab边做切割磁感应线运动，只有ab边产生感应电动势，导线框又受到安培力作用，初始大小与ab边刚进入磁场时相同，之后随着速度的减小而减小。故导线框所受安培力大小F随时间t变化的图像如答图所示。
19. 我国的东方超环（EAST）是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。该装置需要将高速运动的离子变成中性粒子，没有被中性化的离子对实验装置有很大的破坏作用，因此需要利用“偏转系统”将其从粒子束中剥离出来。已知所有离子的电荷量均为q，质量均为m，离子和中性粒子的重力可忽略不计，不考虑粒子间的相互作用。
（1）“偏转系统”的原理简图如图甲所示，包含中性粒子和带电离子的混合粒子进入由一对平行带电极板构成的匀强电场区域，混合粒子进入电场时速度方向与极板平行，离子在电场区域发生偏转，中性粒子继续沿原方向运动。已知两极板间电压为U，间距为d。
a.若离子的动能Ek由电场加速获得，其初动能为零，求加速电压U0；
b.求离子在电场中运动的最长时间t0；
（2）“偏转系统”还可以利用磁偏转进行带电离子的剥离，如图乙所示。混合粒子宽度为d，吞噬板MN长度为2d，磁感应强度大小为B，且边界足够大。要使所有离子都能打到吞噬板上，求带电离子动能大小的取值范围。
【答案】（1）a.；b.
（2）
【解析】
【小问1详解】
a.根据动能定理可得
解得
b.由于离子做类平抛运动，则运动时间最长的离子偏转距离为d，则，
所以
【小问2详解】
要使所有离子都能打到吞噬板上，则离子的偏转半径最大为d，最小为，根据，
解得，
所以带电离子动能大小的取值范围为
20. 利用物理模型对复杂现象进行分析，是重要的科学思维方法。
（1）科学家根据天文观测提出宇宙膨胀模型：在宇宙大尺度上，所有的宇宙物质（星体等）在做彼此远离运动，且质量始终均匀分布，在宇宙中所有位置观测的结果都一样。以某一点为观测点，以质量为的小星体（记为P）为观测对象。当前P到点的距离为，宇宙的密度为。
a.若某时刻小星体P远离到距点为处，求以为球心，为半径的球体内宇宙物质的质量。
b.以点为球心，以小星体P到点的距离为半径建立球面。P受到的万有引力相当于球内质量集中于点对P的引力。已知质量为和、距离为的两个质点间的引力势能，为引力常量。仅考虑万有引力和P远离点的径向运动。求小星体P从处远离到处的过程中动能的变化量。
（2）太阳的外层大气也在不断向四周膨胀，形成由太阳径向向外的粒子流，通常被称为太阳风，太阳风会造成太阳质量的损失。已知太阳风粒子的平均质量为，探测器在距离太阳处探测到该处单位体积内太阳风粒子的数目为，太阳风粒子在探测器周围的平均速率为。近似认为太阳周围任意位置处，太阳风粒子的分布不随时间变化，求太阳因太阳风而引起的质量的变化率。
【答案】（1）a. b.
（2）nmv
【解析】
【小问1详解】
a.根据球体体积公式
（R为球体半径），可得半径为2r0的球体体积
已知宇宙的密度为ρ0，根据密度公式
可得球体内宇宙物质的质量
b.根据引力势能公式
得小星体在r0处的引力势能
（M为球体内宇宙物质质量，这里）
在2r0处的引力势能
则引力势能的变化量
把代入得
根据能量守恒定律，可得动能的变化量
【小问2详解】
在单位时间t=1s内，以探测器为中心，取一个横截面积为S，长度为v（太阳风粒子平均速率）的圆柱体，该圆柱体内太阳风粒子的质量m0=nmSv
（n为单位体积内太阳风粒子的数目，m为太阳风粒子的平均质量）。那么太阳因太阳风而引起的质量变化率