陕西省西安中学2020届高三第四次模拟考试物理试题

西安中学高2020届第四次模拟考试物理

二、选择题

1.许多科学家对物理学的发展作出了巨大贡献，也创造出了许多物理学方法，下列关于物理学中思想方法的叙述错误的是（　　）

A. 在探究平行板电容器的电容与介电常数、板间距离、正对面积三者关系的实验中用了控制变量法

B. 在建立“平均速度”、“合力与分力”、“合运动与分运动”、“总电阻”、“交流电的有效值”的概念时均用到了“等效替代”法

C. 如果电场线与等势面不垂直，那么电场强度就有一个沿着等势面的分量，在等势面上移动电荷时静电力就要做功，这里用的逻辑方法是假设推理法

D. 卡文迪许利用扭秤实验测出引力常量，用了实验模型法

【答案】D

【解析】

【详解】A．在探究平行板电容器的电容与介电常数、板间距离、正对面积三者关系的实验中用了控制变量法，故A正确；

B．在建立“平均速度”、 “合力与分力”、 “合运动与分运动”、 “总电阻”、 “交流电的有效值”的概念时，均用到了“等效替代法”，故B正确；

C． 如果电场线与等势面不垂直，那么电场强度就有一个沿着等势面的分量，在等势面上移动电荷时静电力就要做功，这里用的逻辑方法是假设推理法，故C正确；

D． 卡文迪许利用扭秤实验测出引力常量，实验采用了微小量放大法，故D错误；

本题选择错误的，故选D。

2.如图甲，倾角为θ的光滑绝缘斜面，底端固定一带电量为Q的正点电荷．将一带正电小物块(可视为质点)从斜面上A点由静止释放，小物块沿斜面向上滑动至最高点B处，此过程中小物块的动能和重力势能随位移的变化图象如图乙(E1和x1为已知量)．已知重力加速度为g，静电力常量为k，由图象可求出( )

A. 小物块带电量

B. A、B间的电势差

C. 小物块的质量

D. 小物块速度最大时到斜面底端的距离

【答案】C

【解析】

试题分析：由动能图线得知，小球的速度先增大，后减小．根据库仑定律得知，小球所受的库仑力逐渐减小，合外力先减小后增大，加速度先减小后增大，则小球沿斜面向上做加速度逐渐减小的加速运动，再沿斜面向上做加速度逐渐增大的减速运动，直至速度为零．由动能图线看出，速度有最大值，此时小球受力平衡，由库仑力与重力沿斜面的分力平衡，由于没有x的具体数据，所以不能求得q．故A错误；A到B的过程中重力势能的增加等于电势能的减小，所以可以求出小物块电势能的减小，由于小物块的电量不知道，所以不能求出AB之间的电势差．故B错误；由重力势能线得到EP=mgh=mgssinθ，读出斜率，即可求出m；图象中不能确定哪一点的速度最大，题目中也没有小物块的电量、质量等信息，所以不能确定小物块速度最大时到斜面低端的距离．故D错误．故选C．

考点：功能关系；电势及电势能

【名师点睛】本题首先要抓住图象的信息，分析小球的运动情况，再根据平衡条件和动能定理进行处理．

3.现有三束单束光，其波长关系为.当用光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为，若改用光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为，当改用光束照射该金属板时（    ）

A. 能发生光电效应，飞出光电子最大动能为

B. 能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为

C. 能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为

D. 由于光束光子能量最小，该金属板不会发生光电效应

【答案】B

【解析】

【详解】a、b、c三束单色光,其波长关系为λa:λb:λc=1:2:3，因为光子频率v=，知光子频率之比6:3:2。设a光的频率为6a，根据光电效应方程：Ekm=hv−W0得：Ek=h⋅6a−W0，=h⋅3a−W0，联立两式解得逸出功：W0=ha.Ek=ha，c光的光子频率为2a>W0，能发生光电效应，最大初动能：E′km=h⋅2a−W0=ha=Ek，故B正确，ACD错误。

故选B.

4.有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上反射率极高(可认为100%)的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速．已知某探测器在轨道上运行，阳光恰好垂直照射在薄膜上，蒋膜面积为S，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E，若探测器总质量为M，光速为c，则探测器获得的加速度大小的表达式是(光子动量为）

A.  B.  C.  D.

【答案】A

【解析】

设光反射对薄膜表面产生的压力为F，由动量定理得 Ft=2NESt， 以探测器为研究对象，根据牛顿第二运动定律有   F=Ma，由以上两式解得： ，故A正确．

5.作用在导电液体上的安培力能起到推动液体流动的作用，这样的装置称为电磁泵，它在医学技术上有多种应用，血液含有离子，在人工心肺机里的电磁泵就可作为输送血液的动力．某电磁泵及尺寸如图所示，矩形截面的水平管道上下表面是导体，它与磁感强度为B的匀强磁场垂直，并有长为的部分在磁场中，当管内充满血液并通以横穿管子的电流时血液便能向前流动．为使血液在管内不流动时能产生向前的压强P，电流强度I应为

A.  B.  C.  D.

【答案】D

【解析】

【详解】由左手定则判断安培力方向沿管道向里，当血液不流动时，安培力产生的压强为P，则Bib=Pab，I=，D对；

6.如图所示，电源电动势E=9V，内电阻r=4.5Ω，变阻器Rl的最大电阻Rm=5.0Ω，R2=1.5Ω，R3=R4=1000Ω，平行板电容器C的两金属板水平放置．在开关S与a接触且当电路稳定时，电源恰好有最大的输出功率，在平板电容器正中央引入一带电微粒，也恰能静止．那么（　　）

A. 在题设条件下，接入电路的阻值为，电源的输出功率为

B. 引入的微粒带负电，当开关接向未接触的过程中，微粒将向下运动

C. 在题设条件下，的阻值增大时，两端的电压增大

D. 在题设条件下，当开关接向b后，流过的电流方向为

【答案】AD

【解析】

【分析】

根据当外电阻等于内电阻时，电源的输出功率最大去求解；对微粒进行受力分析，根据微粒处于平衡状态，判断出微粒的电性．当开关接向b（未接触b）的过程中，电容器电荷量未变，从而判断出微粒的运动状况；电路的动态分析抓住电动势和内阻不变，结合闭合电路欧姆电路进行分析；找出开关接a和接b上下极板所带电荷的电性，即可确定出电流的方向．

【详解】在开关S与a接触且当电路稳定时，电源恰好有最大的输出功率，可知，则电源的输出功率，A正确；在开关S与a接触且当电路稳定时，在平板电容器正中央引入一带电微粒，也恰能静止微粒受重力和电场力平衡而上极板带正电，可知微粒带负电当开关接向未接触的过程中，电容器所带的电量未变，电场强度也不变，所以微粒不动，B错误；电容器所在的支路相当于断路，在题设条件下，和及电源构成串联电路，的阻值增大时，总电阻增大，总电流减小，两端的电压减小C错误；在题设条件下，开关接a时，上极板带正电，当开关接向b后，下极板带正电，流过的电流方向为，D正确．

7.两块水平平行放置的导体板如图1所示，大量电子质量m、电量由静止开始，经电压为的电场加速后，连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入两板之间。当两板均不带电时，这些电子通过两板之间的时间为；当在两板间加如图2所示的周期为，幅值恒为的周期性电压时，恰好能使所有电子均从两板间通过。则　　

A. 这些电子通过两板之间后，侧向位移沿垂直于两板方向上的位移的最大值为

B. 这些电子通过两板之间后，侧向位移沿垂直于两板方向上的位移的最小值为

C. 侧向位移分别为最大值和最小值时，电子在刚穿出两板之间时的动能之比为8∶3

D. 侧向位移分别为最大值和最小值时，电子在刚穿出两板之间时的动能之比为16∶13

【答案】ABD

【解析】

【详解】画出电子在t=0时和t=t0时进入电场v–t图象进行分析

AB．竖直方向的分速度

侧向最大位移

侧向最小位移

解得

所以

故AB正确；

CD．电子在加速电场中，由动能定理得：

解得

由此得

，

所以

故D正确，C错误；

故选ABD。

8.如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，有三条水平虚线、、，它们之间的区域Ⅰ、Ⅱ宽度均为d，两区域分别存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，一个质量为m、边长为d、总电阻为R的正方形导线框，从上方一定高度处由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过进入磁场Ⅰ时，恰好以速度做匀速直线运动；当ab边在越过运动到之前的某个时刻，线框又开始以速度做匀速直线运动，重力加速度为在线框从释放到穿出磁场的过程中，下列说法正确的是（  ）

A. 线框中感应电流的方向不变

B. 线框ab边从运动到所用时间大于从运动到所用时间

C. 线框以速度做匀速直线运动时，发热功率为

D. 线框从ab边进入磁场到速度变为的过程中，减少的机械能ΔE机与重力做功的关系式是ΔE机=WG+

【答案】CD

【解析】

【详解】A．线圈的ab边进入磁场I过程，由右手定则判断可知，电流方向为逆时针；线框从磁场Ⅰ出来并进入磁场Ⅱ过程中，电流方向为顺时针；线框从磁场Ⅱ出来过程中，电流方向为逆时针，则线框中感应电流的方向会改变，A错误；

B．当线框ab边恰好达到时，ab边与cd边共同切割磁感线，感应电动势为之前的2倍，瞬时电流也为之前时刻的2倍，所以ab与cd边受到的沿斜面向上的安培力合力为重力沿斜面向下的分量的4倍，线圈将做加速度逐渐减小的减速运动，直到以速度匀速直线运动，则有，ab边从运动到的平均速度大于从运动到的平均速度，则线框ab边从运动到所用时间小于从运动到的时间，B错误；

C．线圈以速度匀速运动时

得

电功率

C正确；

D．机械能的减小等于线框产生的电能，则由能量守恒得知：线框从ab边进入磁场到速度变为的过程中，减少的机械能∆E机与线框产生的焦耳热Q电的关系式是∆E机=Q电，即

D正确。

故选CD。

三、非选择题

9.为了探究质量一定时加速度与力的关系。一同学设计了如图甲所示的实验装置。其中为带滑轮的小车的质量，为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）

(1)实验时，一定要进行的操作或保证的条件是（    ）。

A.用天平测出砂和砂桶的质量

B.将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力

C.小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数

D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带

E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量

(2)该同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（相邻两计数点间还有两个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________（结果保留两位有效数字）。

(3)以弹簧测力计的示数为横坐标，加速度为纵坐标，画出的图象是一条直线，图线与横轴的夹角为，求得图线的斜率为，则小车的质量为（    ）

A.    B.    C.    D.

【答案】    (1). BD    (2). 1.3    (3). D

【解析】

【详解】(1)[1]．本实验中细线的拉力由弹簧测力计直接测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M，故AE错误。先拿下砂桶，然后将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力，故B正确；打点计时器运用时，都是先接通电源，待打点稳定后再释放纸带，该实验探究加速度与力和质量的关系，要同时记录弹簧测力计的示数，故C错误；要改变砂和砂桶质量，从而改变拉力的大小，打出几条纸带，研究加速度随F变化关系，故D正确；故选BD。

(2)[2]．根据公式∆x=aT2，依据逐差法可得小车加速度。

由于两计数点间还有二个点没有画出，故相邻计数点的时间间隔为 T=0.06s，可得

(3)[3]．由，得 

对图来说，图象的斜率

得 

对于斜率k，不能根据k=tanθ求解，所以不能根据求小车质量M。故ABC错误，D正确。

10.多用电表测未知电阻阻值的电路如图所示，电池的电动势为E、内阻为r，R0为调零电阻，为表头内阻，电路中电流I与待测电阻的阻值关系图像如图所示，则该图像的函数关系式为________________用题中所给的字母表示；

下列根据图中图线做出的解释或判断中正确的是________；

A.用欧姆表测电阻时，指针指示读数越大，测量的误差越小

B.欧姆表调零的实质是通过调节R0，使时表头满偏 

C.Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏

D.测量中，当的阻值为图中的时，指针位于表盘中央位置的左侧

某同学想通过另一个多用电表中的欧姆挡，直接去测量某电压表量程10的内阻大约为几十千欧，由该多用电表刻度盘上读出电阻刻度中间值为30，欧姆挡的选择开关拨至倍率______挡选填“”、“”、“”、“”。先将红、黑表笔短接调零后，选用图中______填“A”或“B”方式连接。在本实验中，如图所示，某同学读出欧姆表的读数为________，这时电压表的读数为________V；请你求出欧姆表电池的电动势为________V。

【答案】    (1).     (2). BCD    (3).     (4). A    (5). 40k    (6). 5.0    (7). 8.75

【解析】

【详解】（1）[1]根据闭合电路欧姆定律得

（2）[2]A．用欧姆表测电阻时，左边读数较大，刻度不均匀，读数误差较大，A错误；

B．当Rx=0时

此时电流为满偏电流，故B正确；

C．Rx越小，相同的电阻变化量对应的电流变化量越大，所以欧姆表的示数左密右疏，故C正确；

D．测量中，当Rx阻值为图中的R2时，电流比半偏电流小，指针位于表盘中央位置的左侧，故D正确；

故选BCD。

（3）[3][4]欧姆表中值电阻附近刻度比较均匀，读数误差最小，故倍率选择“×1k”挡位；

电流从红表笔流入多用电表，电流从黑表笔流出多用电表；电流从电压表的正接线柱流入电压表，电流从电压表的负接线柱流出电压表；故A方式正确．

[5]欧姆表读数=表盘读数×倍率=40×1kΩ=40 kΩ；

[6]电压表读数为：5.0V；

[7]欧姆表内电阻等于中值电阻，为r=30kΩ；

根据闭合电路欧姆定律，有：

11.如图所示，在离地4h的平台边缘放一个小球A，在其左侧有一个摆球B，当B球从离平台h高处由静止释放到达最低点时，恰能与A球发生正碰撞，使A球水平抛出，若A球落地时距离平台边缘4h，B球碰撞后能上升到离平台的高度，求

（1）碰撞后A球水平抛出时的速度．（已知重力加速度为g）

（2）A、B两球的质量之比．

【答案】（1）   （2）

【解析】

【详解】(1)碰撞后A球做平抛运动，小球A在水平方向上：4h=vAt，

在竖直方向上：

解得A球碰后速度为

(2)设B球运动到最低点与A球碰撞前的速度为v0，碰撞后的速度大小为vB，则有：

mBgh=

及mBg×=

若B球碰撞后向右运动，取向右为正方向，由动量守恒定律得：

mBv0=mB(vB)+mAvA

解得两球的质量比为：mA：mB=1：2

此条件下系统机械能损失为：△E=mBgh，因碰撞过程机械能不能增加，结论合理．

若B球碰撞后向左运动，取向右为正方向，由动量守恒定律得：mBv0=mB(−vB)+mAvA

解得两球的质量比为：mA：mB=3：2

此条件下系统机械能增加量为：△E=mBgh，因碰撞过程机械能不能增加，故不合理，应舍去．

【点睛】碰撞后A离开平台后做平抛运动，应用平抛运动规律可以求出碰撞后A的速度；B向下摆动过程机械能守恒，应用机械能守恒定律可以求出碰撞前B的速度；碰撞过程系统动量守恒，应用动量守恒定律可以求出A、B两球的质量之比．

12.如图所示，足够长的平行光滑金属导轨竖直放置，轨道间距为l，其上端接一阻值恒为R的灯泡在水平虚线、间有垂直导轨平面的匀强磁场，磁场区域的宽度为d，导体棒a的质量为2m、电阻为R；导体棒b的质量为m、电阻为2R，与导轨始终保持良好接触，它们分别从图中M、N处同时由静止开始沿导轨下滑，且都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿过磁场时a正好进入磁场设重力加速度为g，不计a、b棒之间的相互作用，导体棒始终与导轨垂直求：

导体棒a、b在磁场中的运动速度之比；

求M点距离的高度；

若取走导体棒b，将a固定在处，使磁感应强度从随时间均匀减小，设灯泡额定电压为U，为保证灯泡不会烧坏且有电流通过，试求磁感应强度减小到零的最短时间。

【答案】 4：3； ；

【解析】

【详解】（1）当b在磁场中匀速运动时速度大小为vb，此时，感应电动势

回路中总电阻

b中的电流

b受到的安培力

b匀速运动，处于平衡状态，由平衡条件得

当a棒切割磁感线时，回路中总电阻

同理可得

由以上各式得

（2）设b在磁场中运动的时间为t，当b进入磁场时，a、b速度大小均为vb；当a进入磁场时，a速度大小为va，可得

va=vb+gt

B在磁场中做匀速运动

d=vbt

由(1)可知

由公式得

解得

（3）经时间t，磁感应强度从B0均匀减小到零感应电动势

感应电流

联立上式得

保证灯不烧坏，电流的最大值为

当电流最大时对应时间最短

13.目前，我省已开展空气中浓度的监测工作是指空气中直径等于或小于的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害矿物燃料燃烧的排放物是形成的主要原因下列关于的说法中正确的是　　

A. 的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当

B. 在空气中的运动属于分子热运动

C. 的运动轨迹只是由大量空气分子对无规则碰撞的不平衡和气流的运动决定的

D. 倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小在空气中的浓度

E. 必然有内能

【答案】CDE

【解析】

【分析】

“PM2.5”是指直径小于等于2.5μm的颗粒物，PM2.5尺度大于空气中氧分子的尺寸的数量级．PM2.5在空气中的运动是固体颗粒、是分子团的运动，不是分子的热运动．组成物质的所有分子动能与分子势能的和统称为物体内能，一切物体都有内能．

【详解】“PM2.5”是指直径小于等于2.5μm的颗粒物，PM2.5尺度大于空气中氧分子的尺寸的数量级，A错误；PM2.5在空气中的运动是固体颗粒分子团的运动，不是分子的热运动，B错误；PM2.5的无规则运动是由于大量空气分子对其撞击碰撞的冲力不平衡和气流引起的，其轨迹由碰撞的不平衡和气流的运动决定，C正确；倡导低碳生活减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度，D正确；组成物质的所有分子热运动的动能与分子势能的总和统称为物体的内能，由于分子永不自息地做无规则，所以一切物体都有内能，可知，PM2.5必然有内能，E正确．

14.如图所示，除气缸右侧壁外其余部分均绝热，轻活塞K与气缸壁接触光滑，K把密闭气缸分隔成体积相等的两部分，分别装有质量、温度均相同的同种气体a和b，原来a、b两部分气体的压强为p0、温度为27°C、体积均为V．现使气体a温度保持27°C不变，气体b温度降到-48°C，两部分气体始终可视为理想气体，待活塞重新稳定后，求：最终a的压强p、体积Va．

【答案】，

【解析】

【详解】由题意可知b降温平衡后ab两部分气体压强仍相等，设为p，对b气体，加热前压强为

体积为

温度为

设降温后气体压强p，温度

体积为，根据理想气体状态方程得

对a气体，初态压强为

体积为

温度为

末态压强为p，体积为

因为隔板绝热，a做等温变化，由玻意耳定律得

联立可得

15.图甲为一列简谐横波在t＝0.10 s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0 m处的质点，Q是平衡位置在x＝4.0 m处的质点；图乙为质点Q的振动图象，下列说法正确的是（　　）

A. 在t＝0.10 s时，质点Q向y轴正方向运动

B. 在t＝0.25 s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同

C. 从t＝0.10 s到t＝0.25 s，该波沿x轴负方向传播了6 m

D. 从t＝0.10 s到t＝0.25 s，质点P通过的路程为30 cm

E. 质点Q简谐运动的表达式为y＝0.10sin 10πt（国际单位）

【答案】BCE

【解析】

【详解】A．由y－t图象可知，t＝0.10 s时质点Q沿y轴负方向运动，选项A错误；

C．由y－t图象可知，波的振动周期T＝0.2 s，由y－x图象可知λ＝8 m，故波速

v＝＝40 m/s，

根据振动与波动的关系知波沿x轴负方向传播，则波在0.10 s到0.25 s内传播的距离

Δx＝vΔt＝6 m，

选项C正确；

B．t＝0.25s时，波形图如图所示，

此时质点P的位移沿y轴负方向，而回复力、加速度方向沿y轴正方向，选项B正确；

D．由

Δt＝0.15 s＝T，

质点P在其中的T内路程为20 cm，在剩下的T内包含了质点P通过最大位移的位置，故其路程小于10 cm，因此在Δt＝0.15 s内质点P通过的路程小于30 cm，选项D错误；

E．由y－t图象可知质点Q做简谐运动的表达式为

y＝0.10·sin t（m）＝0.10sin 10πt（m），

选项E正确．

16.如图所示，一半径为R的半圆形玻璃砖固定在竖直平面内，O为圆心，右侧紧靠足够大的竖直光屏MN，直径PQ垂直于MN，垂直于PQ，一细束单色光沿半径方向与成角射向O点，光屏MN上出现两个小光斑，其间距为，求：

(i)此玻璃砖的折射率；

(ii)当满足什么条件时，光屏上只剩下一个光斑

【答案】(1)     (2)

【解析】

（i）细光束在PQ界面，一部分反射，设反射光与光屏MN的交点为A，另一部分折射，设折射光与光屏MN的交点为B，折射角为，光路图如图所示

由几何关系得到：

又,则，，

玻璃的折射率为：

解得：

（ii）若光屏MN上恰好只剩一个光斑，说明该光束恰好发生全反射，由：，解得：

即当时，光屏上只剩下一个光斑