天津市汇文中学2024-2025学年高三下学期开学物理试题（原卷版+解析版）

这是一份天津市汇文中学2024-2025学年高三下学期开学物理试题（原卷版+解析版），共21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。
1. 2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变是一种核反应的形式，下列关于核聚变的说法中正确的是（ ）
A. 相同质量的核燃料，聚变产生的能量比裂变多
B. 核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件
C. 太阳在核聚变的过程中质量保持不变
D 核聚变由于原料具有放射性因此不适合用来发电
2. 2024年4月25日，神舟十八号载人飞船与距地表约400km的空间站顺利完成径向对接，这种对接比前向和后向对接更难。径向对接时飞船在空间站正下方200m的“停泊点”处调整为垂直姿态，在发动机的推力作用下，与空间站保持相对静止。准备好后，再逐步上升到“对接点”，最终与空间站完成对接。飞船和空间站对接后，组合体绕地球做匀速圆周运动。已知地球同步卫星位于地面上方高度约36000km处。下列说法正确的是（ ）
A. 飞船维持在200m“停泊点”的状态时，其角速度大于空间站的角速度
B. 飞船维持在200m“停泊点”时，处于平衡状态
C. 与地球同步卫星相比，组合体的角速度更大
D. 对接稳定后，空间站的线速度减小
3. 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. 时线圈中磁通量为0，磁通量变化率最大
B. 时线圈中电流方向由P指向Q
C. 过程，线圈中平均感应电动势大小为
D. 线圈中的电动势瞬时值表达式为
4. 取一个空的金属易拉罐，在开口处插入一根粗细均匀的长透明吸管，在吸管内注入一小段油柱（长度、质量均可忽略），然后用蜡将易拉罐开口处密封。以密封处为原点，在吸管上标上刻度，如果不考虑大气压的变化，就是一个简易的气温计，如图所示。当环境温度由缓慢升高到的过程中，油柱从刻度处上升到处，则（ ）
A. 这一过程中，罐壁单位面积上单位时间内碰撞的气体分子数不变
B. 这一过程中，罐内气体分子的平均动能保持不变
C. 油柱在刻度处时罐内气体压强小于油柱在处时的压强
D. 这一过程中，罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量
5. 竖直平行导轨MN上端接有电阻R，金属杆ab质量为m，电阻也为R，跨在平行导轨间的长度为L，垂直导轨平面的水平匀强磁场方向向里，不计导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好，如图所示。若ab杆在竖直方向上的外力F作用下匀速上升h，则下列说法正确的是（ ）
A. 金属杆ab克服安培力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热
B. 拉力F与金属杆ab安培力所做功之和等于金属杆机械能的增加量
C. 拉力F与重力做功的代数和等于金属杆上产生的焦耳热
D. 拉力F与安培力的合力所做的功大于mgh
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6. 甲、乙两物体从同一点开始沿一直线运动， 甲和乙的运动图像如图所示， 下列说法中正确的是（ ）
A. 甲乙均做匀速直线运动
B. 0~2s内与4~6s内， 乙的加速度大小相等、方向相同
C. 前3s内甲的平均速度为0， 乙的平均速度为2m/s
D. 甲、乙均在6s末回到出发点， 距出发点的最大距离均为4m
7. 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B. 若，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
8. 图甲为一列简谐横波在t=0.20s时刻的波形图，此时质点P的位置横坐标为x=1m，质点Q的位置横坐标为x=4m。图乙为质点Q的振动图像。则下列说法正确的是（ ）
A. 该波的传播速度是50cm/s
B. 该波沿x轴的负方向传播
C. t=0.10s时，质点P的振动方向向上
D. 从t=0.10s到t=0.20s内，质点P通过的路程为20cm
三、实验题：本大题共2小题，共12分。
9. 某实验小组采用落体法验证机械能守恒定律，装置如图甲所示。
（1）关于本实验，下列说法中正确的是___________。
A. 图甲中两限位孔必须在同一竖直线上B. 用天平称出重物和夹子的质量
C. 实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直D. 实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源
（2）已知当地的重力加速度，交流电的频率f=50Hz，重物质量m=1kg，则根据纸带所给数据（其中O点为打点计时器打下的第一个点），可知OC过程中，重物动能的增加量___________J，重物重力势能的减少量___________J（结果均保留2位有效数字）；一般情况下，这是因为___________；
（3）如果用图像法处理数据，则从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点下落的高度h，并计算出各点速度的平方，以为纵轴，h为横轴建立直角坐标系，根据实验数据作出如图丙所示的图线。在实验误差允许范围内，若图像斜率为___________（用字母g表示），则验证了机械能守恒定律。
10. 实验小组测量某型号电池的电动势和内阻。电池内阻约为0.5Ω。用电流表、电压表、滑动变阻器、定值电阻R0（阻值为1Ω）、待测电池等器材组成如图甲所示实验电路，由测得的实验数据绘制成的U-I图像如图乙所示。
（1）根据图乙可得该电池的电动势E=________V，内阻r=________Ω。
（2）利用该电路得到的电池电动势的测量值_______真实值。（选填“大于”、“等于”或“小于”）
四、计算题：本大题共3小题，共48分。
11. 如图所示，ABC是光滑轨道，其中BC部分是半径为R的竖直放置的半圆，AB部分与BC部分平滑连接。一质量为9m的小木块放在轨道水平部分，木块被水平飞来的质量为m的子弹射中，子弹留在木块中（子弹进入木块的时间极短）。子弹击中木块前的速度为。不计空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）子弹击中木块后的瞬间，其与木块共同速度的大小v；
（2）子弹击中木块并留在其中的过程中子弹和木块产生的热量Q；
（3）若，求木块从C点水平飞出后的落地点与B点的距离s。
12. 如图所示，两条光滑平行导轨所在平面与水平地面的夹角为，两导轨间距为，导轨上端接有一电阻，阻值为，O、P、M、N四点在导轨上，两虚线OP、MN平行且与导轨垂直，两虚线OP、MN间距为d=1.5m，其间有匀强磁场，磁感应强度大小，方向垂直于导轨平面向上。在导轨上放置一质量、长为L、阻值也为R的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。让金属棒从离磁场上边界OP距离d处由静止释放，进入磁场后在到达下边界MN前已匀速。（已知重力加速度大小为，）不计导轨电阻。求：
（1）金属棒刚进入磁场时速度v的大小；
（2）金属棒刚进入磁场时的加速度a；
（3）金属棒穿过磁场过程中，所用的时间t和金属棒上产生的电热Q。
13. 如图是芯片制造过程中离子注入工作原理简化示意图，从离子源发出的某种带正电的离子在电场加速后以速度沿虚线通过速度选择器，然后在圆弧形的静电分析器做半径为的匀速圆周运动（如图），再从点沿直径方向进入半径为的圆形匀强磁场区域，最后打在平行且与相距的硅片（足够大）上，完成离子注入。图中静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，已知离子质量为、电荷量为，速度选择器中磁感应强度大小为，装置中各部分的电场和磁场方向如图所示，整个系统置于真空中，不计离子重力。求：
（1）速度选择器中电场强度和静电分析器中虚线处的电场强度的大小之比；
（2）若离子经圆形磁场区域产生的速度偏转角为，求此圆形区域内的磁感应强度；
（3）若离子经圆形磁场区域偏转后垂直打在硅片上点，现在圆形磁场区域再加上垂直纸面向里的大小为的匀强电场，离子会打在硅片上点，求硅片上两点的距离。（图中M、N两点位置未标出）
2024-2025高三年级物理学科收心锦囊试卷
一、单选题：本大题共5小题，共25分。
1. 2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变是一种核反应的形式，下列关于核聚变的说法中正确的是（ ）
A. 相同质量的核燃料，聚变产生的能量比裂变多
B. 核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件
C. 太阳在核聚变的过程中质量保持不变
D. 核聚变由于原料具有放射性因此不适合用来发电
【答案】A
【解析】
【详解】A．相同质量的核燃料，聚变产生的能量比裂变多，故A正确；
B．轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误；
C．太阳在核聚变过程中放出大量能量，根据质能方程可知，太阳的质量有亏损，故C错误；
D．核聚变由于不可控因此不适合用来发电，故D错误。
故选A。
2. 2024年4月25日，神舟十八号载人飞船与距地表约400km的空间站顺利完成径向对接，这种对接比前向和后向对接更难。径向对接时飞船在空间站正下方200m的“停泊点”处调整为垂直姿态，在发动机的推力作用下，与空间站保持相对静止。准备好后，再逐步上升到“对接点”，最终与空间站完成对接。飞船和空间站对接后，组合体绕地球做匀速圆周运动。已知地球同步卫星位于地面上方高度约36000km处。下列说法正确的是（ ）
A. 飞船维持在200m“停泊点”的状态时，其角速度大于空间站的角速度
B. 飞船维持在200m“停泊点”时，处于平衡状态
C. 与地球同步卫星相比，组合体角速度更大
D. 对接稳定后，空间站的线速度减小
【答案】C
【解析】
【详解】A．径向交会对接是指飞船沿与空间站运动方向垂直的方向和空间站完成对接，飞船维持在“停泊点”的状态时，即飞船与空间站角速度相同，故A错误；
B．飞船维持在“停泊点”的状态时，具有向心加速度，不是处于平衡状态，故B错误；
C．根据万有引力提供向心力有
解得
可知与地球同步卫星相比，组合体的角速度更大，故C正确；
D．对接稳定后空间站的轨道半径不变，质量增大，根据万有引力提供向心力有
解得
即对接稳定后空间站速度与质量无关，保持不变，故D错误。
故选C。
3. 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. 时线圈中磁通量为0，磁通量变化率最大
B. 时线圈中电流方向由P指向Q
C. 过程，线圈中的平均感应电动势大小为
D. 线圈中的电动势瞬时值表达式为
【答案】C
【解析】
【详解】A．时线圈中磁通量最大，磁通量变化率为零，选项A错误；
B．根据右手定则，时线圈中电流方向由Q指向P，选项B错误；
C．过程，线圈中的平均感应电动势大小为
选项C正确；
D．线圈中的电动势瞬时值表达式为
选项D错误。
故选C。
4. 取一个空的金属易拉罐，在开口处插入一根粗细均匀的长透明吸管，在吸管内注入一小段油柱（长度、质量均可忽略），然后用蜡将易拉罐开口处密封。以密封处为原点，在吸管上标上刻度，如果不考虑大气压的变化，就是一个简易的气温计，如图所示。当环境温度由缓慢升高到的过程中，油柱从刻度处上升到处，则（ ）
A. 这一过程中，罐壁单位面积上单位时间内碰撞的气体分子数不变
B. 这一过程中，罐内气体分子的平均动能保持不变
C. 油柱在刻度处时罐内气体压强小于油柱在处时的压强
D. 这一过程中，罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量
【答案】D
【解析】
【详解】AB．这一过程中，气体压强不变，温度升高，气体分子的平均动能变大，分子平均速率变大，分子对器壁的平均作用力变大，气体数密度减小，可知罐壁单位面积上单位时间内碰撞的气体分子数减少，选项AB错误；
C．外界大气压保持不变，则油柱在刻度L处时罐内气体压强等于油柱在2L处时的压强，选项C错误；
D．这一过程中，气体体积变大，对外做功，温度升高，内能变大，根据
可知，气体从外界吸收的热量等于气体对外做功与气体内能增量之和，则罐内气体对外做的功小于气体从外界吸收的热量，选项D正确。
故选D。
5. 竖直平行导轨MN上端接有电阻R，金属杆ab质量为m，电阻也为R，跨在平行导轨间的长度为L，垂直导轨平面的水平匀强磁场方向向里，不计导轨电阻，不计摩擦，且ab与导轨接触良好，如图所示。若ab杆在竖直方向上的外力F作用下匀速上升h，则下列说法正确的是（ ）
A. 金属杆ab克服安培力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热
B. 拉力F与金属杆ab安培力所做的功之和等于金属杆机械能的增加量
C. 拉力F与重力做功的代数和等于金属杆上产生的焦耳热
D. 拉力F与安培力的合力所做的功大于mgh
【答案】B
【解析】
【详解】A．根据功能关系可知，金属杆ab克服安培力所做的功等于电阻R上和金属杆ab产生的焦耳热之和， A错误；
B．金属杆机械能的增加量等于除重力外的其他力所做的功，即拉力F与金属杆ab安培力所做的功之和等于金属杆机械能的增加量，B正确；
C．ab杆在竖直方向外力F作用下匀速上升h，由动能定理可得
则
即，拉力F与重力做功的代数和等于金属杆克服安培力做的功，但大于金属杆上产生的焦耳热，C错误；
D．ab杆在竖直方向外力F作用下匀速上升h，由动能定理可得
则
即拉力F与安培力的合力所做的功等于，D错误。
故选B。
二、多选题：本大题共3小题，共15分。
6. 甲、乙两物体从同一点开始沿一直线运动， 甲和乙的运动图像如图所示， 下列说法中正确的是（ ）
A. 甲乙均做匀速直线运动
B. 0~2s内与4~6s内， 乙的加速度大小相等、方向相同
C. 前3s内甲的平均速度为0， 乙的平均速度为2m/s
D. 甲、乙均在6s末回到出发点， 距出发点的最大距离均为4m
【答案】BC
【解析】
【详解】A．由图像可知，乙做方向变化的匀变速直线运动， 甲做方向变化的匀速直线运动， 故A 错误。
B．因v-t图像的斜率等于加速度，可知在0~2s内与4~6s内， 乙物体的加速度均为2m/s2，方向相同，故B正确。
C．前3s内， 甲位移为0， 所以平均速度为0， 乙位移为
所以平均速度是
故C正确。
D．由图像可知，甲、乙均在6s末回到出发点， 甲距出发点的最大距离为4m，乙距离出发点的最大距离是
故D错误。
故选BC。
7. 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B. 若，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
【答案】ABC
【解析】
【详解】A．根据几何关系可知从材料内发生折射时光线的折射角为，故折射率为
故A正确；
B．设临界角为C，得
故，故若，会发生全反射，光线c消失，故B正确；
C．由于光线b为反射光线，反射角等于入射角，故当入射光a变为白光，光线b为白光，故C正确；
D．对同种介质，紫光的折射率比红光大，故若入射光a变为紫光，折射角将变大，光线b和c不会垂直，故D错误。
故选ABC。
【点睛】
8. 图甲为一列简谐横波在t=0.20s时刻的波形图，此时质点P的位置横坐标为x=1m，质点Q的位置横坐标为x=4m。图乙为质点Q的振动图像。则下列说法正确的是（ ）
A. 该波的传播速度是50cm/s
B. 该波沿x轴的负方向传播
C. t=0.10s时，质点P的振动方向向上
D. 从t=0.10s到t=0.20s内，质点P通过的路程为20cm
【答案】CD
【解析】
【详解】A．由图甲知，由图乙知T=0.2s，则波速为
故A错误；
B．由乙图读出，Q点在t=0.20s时的速度方向向上，由同侧法可知，该波沿x轴正方向的传播，故B错误；
C．根据同侧法可知，t =0.2s时P质点的振动方向向下，0.10s恰好为周期的，故0.10s时P点的振动情况与t=0.2s时的振动方向相反，所以t=0.10s时，质点P的振动方向向上，故C正确；
D．从0.10s到0.20s的时间内，即
质点P通过的路程
故D正确。
故选CD。
三、实验题：本大题共2小题，共12分。
9. 某实验小组采用落体法验证机械能守恒定律，装置如图甲所示。
（1）关于本实验，下列说法中正确的是___________。
A. 图甲中两限位孔必须在同一竖直线上B. 用天平称出重物和夹子质量
C. 实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直D. 实验时，先放开纸带，再接通打点计时器的电源
（2）已知当地的重力加速度，交流电的频率f=50Hz，重物质量m=1kg，则根据纸带所给数据（其中O点为打点计时器打下的第一个点），可知OC过程中，重物动能的增加量___________J，重物重力势能的减少量___________J（结果均保留2位有效数字）；一般情况下，这是因为___________；
（3）如果用图像法处理数据，则从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点下落的高度h，并计算出各点速度的平方，以为纵轴，h为横轴建立直角坐标系，根据实验数据作出如图丙所示的图线。在实验误差允许范围内，若图像斜率为___________（用字母g表示），则验证了机械能守恒定律。
【答案】（1）AC （2） ①. 2.5 ②. 2.6 ③. 纸带与限位孔间有摩擦或空气阻力
（3）2g
【解析】
【详解】（1）A．为了减少阻力，图中两限位孔必须在同一竖直线上，故A正确；
B．本实验不称量重物的质量也可验证机械能守恒定律，故B错误；
C．为了保证重物在竖直方向做自由落体运动，实验前，手应提住纸带上端，使纸带竖直，故C正确；
D．为了提高纸带的利用率，实验时，先接通打点计时器的电源，再放开纸带，故D错误。
故选AC
（2）[1][2][3]OC过程中，重物动能的增加量为
重物重力势能的减少量为
一般，这是因为重物下落过程中克服空气阻力和摩擦阻力做功；
（3）根据机械能守恒
整理得
所以，图线的斜率为2g，则验证了机械能守恒定律。
10. 实验小组测量某型号电池的电动势和内阻。电池内阻约为0.5Ω。用电流表、电压表、滑动变阻器、定值电阻R0（阻值为1Ω）、待测电池等器材组成如图甲所示实验电路，由测得的实验数据绘制成的U-I图像如图乙所示。
（1）根据图乙可得该电池的电动势E=________V，内阻r=________Ω。
（2）利用该电路得到的电池电动势的测量值_______真实值。（选填“大于”、“等于”或“小于”）
【答案】（1） ①. 4.5 ②. 0.80
（2）小于
【解析】
【小问1详解】
[1][2]根据闭合电路欧姆定律可得
结合图像可得，
所以
【小问2详解】
本实验中由于电压表分流作用，使得电流的测量值偏小，且
当电压表示数为零时，电流真实值等于测量值，当电压表示数增大时，干路电流大于电流表示数，且差值越来越大，则图线与纵坐标截距和图线斜率均变大，即电动势的测量值小于真实值，电源内阻的测量值小于真实值。
四、计算题：本大题共3小题，共48分。
11. 如图所示，ABC是光滑轨道，其中BC部分是半径为R竖直放置的半圆，AB部分与BC部分平滑连接。一质量为9m的小木块放在轨道水平部分，木块被水平飞来的质量为m的子弹射中，子弹留在木块中（子弹进入木块的时间极短）。子弹击中木块前的速度为。不计空气阻力，重力加速度为g，求：
（1）子弹击中木块后的瞬间，其与木块共同速度的大小v；
（2）子弹击中木块并留在其中的过程中子弹和木块产生的热量Q；
（3）若，求木块从C点水平飞出后的落地点与B点的距离s。
【答案】（1）
（2）
（3）4R
【解析】
【小问1详解】
对木块和子弹组成的系统，根据动量守恒可得
解得
【小问2详解】
根据能量守恒可得，子弹和木块产生的热量为
解得
【小问3详解】
若，可得
子弹和木块共同沿半圆轨道向上运动的过程中，根据动能定理可得
解得
子弹和木块共同从C点飞出后做平抛运动，有
联立解得
12. 如图所示，两条光滑平行导轨所在平面与水平地面的夹角为，两导轨间距为，导轨上端接有一电阻，阻值为，O、P、M、N四点在导轨上，两虚线OP、MN平行且与导轨垂直，两虚线OP、MN间距为d=1.5m，其间有匀强磁场，磁感应强度大小，方向垂直于导轨平面向上。在导轨上放置一质量、长为L、阻值也为R的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触。让金属棒从离磁场上边界OP距离d处由静止释放，进入磁场后在到达下边界MN前已匀速。（已知重力加速度大小为，）不计导轨电阻。求：
（1）金属棒刚进入磁场时的速度v的大小；
（2）金属棒刚进入磁场时的加速度a；
（3）金属棒穿过磁场过程中，所用的时间t和金属棒上产生的电热Q。
【答案】（1）
（2），方向平行导轨向上
（3）s，11J
【解析】
【小问1详解】
金属棒从静止释放到刚进入磁场，机械能守恒，有
解得
【小问2详解】
根据
，，
则金属棒受到的安培力
根据牛顿第二定律得
解得
方向平行导轨向上。
【小问3详解】
金属棒穿过磁场过程，由能量守恒得
金属棒匀速运动时
得
=2m/s
金属棒上产生的电热
Q棒=
对m在穿越磁场过程中由动量定理：取沿斜面向下为正，由微元再累加可得
且
得
s
13. 如图是芯片制造过程中离子注入工作原理简化示意图，从离子源发出的某种带正电的离子在电场加速后以速度沿虚线通过速度选择器，然后在圆弧形的静电分析器做半径为的匀速圆周运动（如图），再从点沿直径方向进入半径为的圆形匀强磁场区域，最后打在平行且与相距的硅片（足够大）上，完成离子注入。图中静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，已知离子质量为、电荷量为，速度选择器中磁感应强度大小为，装置中各部分的电场和磁场方向如图所示，整个系统置于真空中，不计离子重力。求：
（1）速度选择器中的电场强度和静电分析器中虚线处的电场强度的大小之比；
（2）若离子经圆形磁场区域产生的速度偏转角为，求此圆形区域内的磁感应强度；
（3）若离子经圆形磁场区域偏转后垂直打在硅片上点，现在圆形磁场区域再加上垂直纸面向里的大小为的匀强电场，离子会打在硅片上点，求硅片上两点的距离。（图中M、N两点位置未标出）
【答案】（1）
（2）
（3）
【解析】
【小问1详解】
在速度选择器中，电场力与洛伦兹力平衡，则有
在静电分析器中，由电场力提供向心力，则有
解得
【小问2详解】
在圆形磁场中由洛伦兹力提供向心力，则有
根据几何关系有
解得
【小问3详解】
粒子在圆形磁场中运动的周期
粒子在磁场中运动的时间
粒子在电场方向的加速度
沿电场方向的位移
离开复合场时的速度
离开复合场之后粒子的运动时间
沿电场方向的位移
解得的距离为