河北省石家庄巿第二中学2020届高三下学期4月教学质量检测物理试题

石家庄二中高三教学质量检测物理试卷

二、选择题

1.已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En=，其中n=2，3，4……已知普朗克常量为h，电子的质量为m。巴尔末线系是氢原子从n≥3的各个能级跃迁至n=2能级时辐射光的谱线，则下列说法中正确的是（　　）

A. 巴尔末线系中波长最长的谱线对应光子的能量为3.40eV

B. 氢原子从基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大，动能和电势能之和不变

C. 基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为

D. 一个处于n=4的激发态的氢原子，向低能级跃迁时最多可辐射出6种不同频率的光

【答案】C

【解析】

【详解】A．巴尔末线系为跃迁到2能级的四种可见光，红青蓝紫（3→2、4→2、5→2、6→2），则能级差最小的为红光（3→2），其频率最小，波长最长，对应的能量为

故A错误；

B．氢原子从基态跃迁到激发态需要吸收能量，则氢原子的总能量（动能和电势能之和）变大，而电子的轨道半径变大，库仑力做负功，则电势能增大，跃迁后的库仑力提供向心力

可得

故半径变大后，电子的速度变小，电子的动能变小，故B错误；

C．基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离，由能量守恒定律，有

解得自由电子的速度为

故C正确；

D．一个处于n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁，逐级向下辐射出的光子种类最多为(4-1)=3种，故D错误；

故选C。

2.如图所示，倾角为的斜面体A置于粗糙水平面上，物块B置于斜面上，已知A、B的质量分别为M、m，它们之间的动摩擦因数为。现给B一平行于斜面向下的恒定的推力F，使B沿斜面向下运动，A始终处于静止状态，则下列说法中不正确的是（　　）

A. 无论F的大小如何，B一定加速下滑

B. 物体A对水平面的压力

C. B运动的加速度大小为

D. 水平面对A一定没有摩擦力

【答案】B

【解析】

【详解】AC．因A、B间的动摩擦因数为，即

则施加平行于斜面的力F后，由牛顿第二定律有

联立可得

即无论F的大小如何，B一定加速下滑，故AC正确，不符题意；

B．对斜面受力分析，如图所示

由竖直方向的平衡有

联立可得

故B错误，符合题意；

D．对斜面在水平方向的力有关系式

故水平面无相对运动趋势，水平面对斜面无摩擦力，故D正确,不符题意。

本题选不正确的故选B。

3.如图甲所示，小物块A放在长木板B的左端，一起以v0的速度在水平台阶上向右运动，已知台阶MN光滑，小物块与台阶PQ部分动摩擦因数，台阶的P点切线水平且与木板等高，木板撞到台阶后立即停止运动，小物块继续滑行。从木板右端距离台阶P点s=8m开始计时，得到小物块的v—t图像，如图乙所示。小物块3s末刚好到达台阶P点，4s末速度刚好变为零。若图中和均为未知量，重力加速度g取10m/s2，下列说法中正确的是（　　）

A. 由题中数据可知，木板长度为2.5m

B. 小物块在P点的速度为2m/s

C. 小物块和木板的初速度

D. 小物块与木板间动摩擦因数

【答案】A

【解析】

【详解】C．木板B和物块A在一起匀速运动，可得初速度

故C错误；

B． 物块滑上台阶后继续匀减速直线运动，加速度为，时间为，有

故B错误；

AD．当木板B和台阶相撞后立即停止，物块A继续在木板上匀减速直线运动，运动的时间为，运动的位移为板长L，则匀减速直线运动的加速度为

物块离开木板的速度为

板长为

联立各式和数据解得

，

故A正确，D错误。

故选A。

4.英国知名科学杂志《自然》发表文章，展望了2020年可能会对科学界产生重大影响的事件，其中包括中国的嫦娥五号任务。若嫦娥五号经过若干次轨道调整后，先在距离月球表面h的高度处绕月球做匀速圆周运动，然后开启反冲发动机，嫦娥五号着陆器暂时处于悬停状态，最后实现软着陆，自动完成月球表面样品采集，并从月球起飞，返回地球。月球的半径为R且小于地球的半径，月球表面的重力加速度为g0且小于地球表面的重力加速度，引力常量为G。不考虑月球的自转，则下列说法正确的是（　　）

A. 嫦娥五号的发射速度大于地球的第二宇宙速度

B. 嫦娥五号探测器绕月球做匀速圆周运动的速度可能大于地球的第一宇宙速度

C. 由题可知月球平均密度

D. 嫦娥五号探测器在绕月球做匀速圆周运动的周期为

【答案】C

【解析】

【详解】A．发射速度大于第二宇宙速度就能脱离太阳束缚，飞到太阳系外进入银河系，而嫦娥五号还是在地月系内运动，故其发射速度大于地球的第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，故A错误；

B．根据万有引力提供卫星做匀速圆周运动的向心力，有

可得星球的第一宇宙速度为

因，，则月球的第一宇宙速度小于地球的第一宇宙速度，而嫦娥五号的运行速度小于月球的第一宇宙速度，故嫦娥五号探测器绕月球做匀速圆周运动的速度一定小于地球的第一宇宙速度，故B错误；

C．对月表的物体，有

联立解得

故C正确；

D．对嫦娥五号做匀速圆周运动，有

联立可得嫦娥五号的周期为

故D错误。

故选C。

5.将一小球从高处水平抛出，最初2 s内小球动能Ek随时间t变化的图象如图所示，不计空气阻力，g取10 m/s2．根据图象信息，不能确定的物理量是(　　)

A. 小球的质量

B. 小球的初速度

C. 最初2 s内重力对小球做功的平均功率

D. 小球抛出时的高度

【答案】D

【解析】

试题分析：小球被抛出后做平抛运动，根据图象可知：小球的初动能为5J，2s末的动能为30J，根据平抛运动的基本公式及动能的表达式即可解题．

解：A、B、设小球的初速度为v0，则2s末的速度为：v2==，

根据图象可知：小球的初动能为：EK0=mv02=5J，

2s末的动能为：EK2=mv22=30J，

解得：m=0.125kg，v0=4m/s，故A、B错误．

C、最初2s内重力对小球做功的瞬时功率为：

P=mgvy=mg•gt=0.125×102×2W=25W，则2s末小球重力的瞬时功率能确定．故C错误．

D、根据已知条件只能求出2s内竖直方向下落的高度为：

h=gt2=×10×22m=20m，而不能求出小球抛出时的高度，则D不能确定．故D正确．

故选D．

【点评】本题主要考查了平抛运动的基本公式及动能表达式的直接应用，要求同学们能根据图象读出有效信息．

6.如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数比为4∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，除R以外其余电阻不计。从某时刻开始单刀双掷开关掷向a，在原线圈两端加上如图乙所示交变电压，则下列说法中正确的是（　　）

A. 当开关与a连接时，电压表的示数为55V

B. 当开关与a连接时，滑动变阻器触片向下移，电压表示数不变，电流表的示数变大

C. 开关由a扳到b时，副线圈电流表示数变为原来的2倍

D. 当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为原来2倍

【答案】ABC

【解析】

【详解】A．根据输入电压的图像可读出变压器原线圈两端的电压有效值为

而变压器两端的电压比等于匝数比，有

电压表测量的是副线圈输出电压的有效值为55V，故A正确；

B．当开关与a连接时，滑动变阻器触片向下移，因不变，则不变，即电压表的示数不变，负载电阻变小，则副线圈的电流变大，即电流表的示数变大，故B正确；

C．开关由a扳到b时，副线圈的电压变为

电压变为原来的2倍，负载电阻不变，则电流表的示数变为原来的2倍，故C正确；

D．变压器能改变电压和电流，但不改变交流电的频率，则当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率不变，故D错误。

故选ABC。

7.如图所示，xOy坐标系内存在平行于坐标平面的匀强电场。一个质量为m。电荷量为+q的带电粒子，以的速度沿AB方向入射，粒子恰好以最小的速度垂直于y轴击中C点。已知A、B、C三个点的坐标分别为（，0）、（0，2L）、（0，L）。若不计重力与空气阻力，则下列说法中正确的是（　 ）

A. 带电粒子由A到C过程中最小速度一定为

B. 带电粒子由A到C过程中电势能先减小后增大

C. 匀强电场的大小为

D. 若匀强电场的大小和方向可调节，粒子恰好能沿AB方向到达B点，则此状态下电场强度大小为

【答案】AD

【解析】

【详解】A．因带电粒子只受恒定的电场力，做匀变速曲线运动，而C点有最小速度且垂直y轴，可推得粒子做类斜上抛运动，C是最高点，其速度与电场力垂直，则电场力沿y轴负方向，设A点的速度与x轴的夹角为，则

由几何关系可知

联立可得

故A正确；

B．因粒子做类斜上抛运动，从A点到C点电场力与速度的夹角从钝角变为直角，则电场力一直做负功，电势能一直增大，故B错误；

C．粒子从A到C的过程，由动能定理

联立可得匀强电场的大小为

故C错误；

D．调节匀强电场的大小和方向使粒子恰好能沿AB方向到达B点，则粒子一定AB做匀减速直线运动，电场力沿BA方向，由动能定理有

则匀强电场的场强大小为

故D正确。

故选AD

8.如图1所示，光滑的平行竖直金属导轨AB、CD相距L，在A、C之间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间abcd矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为5d的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为m、电阻为r、长度也刚好为L的导体棒放在磁场下边界ab上（与ab边重合），．现用一个竖直向上的力F拉导体棒，使它由静止开始运动，已知导体棒离开磁场前已开始做匀速直线运动，导体棒与导轨始终垂直且保持良好接触，导轨电阻不计，F随导体棒与初始位置的距离x变化的情况如图2所示，下列判断正确的是（    ）

A. 导体棒经过磁场的过程中，通过电阻R的电荷量为

B. 导体棒离开磁场时速度大小为

C. 离开磁场时导体棒两端电压为

D. 导体棒经过磁场过程中，电阻R产生焦耳热为

【答案】B

【解析】

【详解】设导体棒离开磁场时速度大小为v．此时导体棒受到的安培力大小为： ．由平衡条件得：F=F安+mg；由图2知：F=3mg，联立解得： ．故B正确．导体棒经过磁场的过程中，通过电阻R的电荷量为： ．故A错误．离开磁场时，由F=BIL+mg得： ，导体棒两端电压为：．故C错误．导体棒经过磁场的过程中，设回路产生的总焦耳热为Q．根据功能关系可得：Q=WF-mg•5d-mv2，而拉力做功为：WF=2mgd+3mg•4d=14mgd；电阻R产生焦耳热为：；联立解得：．故D错误．

三、非选择题

9.用图所示实验装置验证机械能守恒定律．通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器（图中未画出）记录下挡光时间t，测出AB之间的距离h．实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．

(1)为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪些物理量_____．

A．A点与地面间的距离H

B．小铁球的质量m

C．小铁球从A到B的下落时间tAB

D．小铁球的直径d

(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v=_____，若下落过程中机械能守恒，则与h的关系式为=_____．

【答案】    (1). D    (2).     (3).

【解析】

【详解】(1)[1]A．根据实验原理可知，需要测量的是A点到光电门的距离，故A错误；

B．根据机械能守恒的表达式可知，方程两边可以约掉质量，因此不需要测量质量，故B错误；

C．利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，故C错误；

D．利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度时，需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小球的直径，故D正确．

故选D．

(2)[2][3]利用小球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故

根据机械能守恒的表达式有

即

10.在航空仪表上使用的电阻器和电位器，要求具有电阻温度系数低，电阻率大，耐磨等性能。实验小组测量一个由新材料制成的圆柱体的电阻率ρ的实验 ，其操作如下：

(1)用20分度的游标卡尺测量其长度如图甲所示，可知其长度为L＝_____mm； 用螺旋测微器测出其直径D如图乙所示，则D=____mm；

(2)此圆柱体电阻约为100Ω，欲测量这种材料的电阻率ρ，现提供以下实验器材：

A.电流表A1（量程50mA，内阻r1=20Ω）；

B.电流表A2（量程100mA，内阻r2约为40Ω）：

C.电压表V（量程15V，内阻约为3000Ω）；

D．滑动变阻器R1（0~10Ω，额定电流2A）；

E.定值电阻R0＝80Ω

F.直流电源E（电动势为4V，内阻很小）；

G.开关一只，导线若干。

为了尽可能精确测量圆柱体的阻值，在所给的方框中设计出实验电路图，并标明所选择器材的物理符号________；

(3)此圆柱体长度为L直径D，若采用以上电路设计进行测量 电阻率ρ＝________（写出表达式）（若实验中用到电流表A1、电流表A2、电压表V，其读数可分别用字母I1、I2、U来表示）。

【答案】    (1). 50.15    (2). 5.695(5.693~5.697)    (3).     (4).

【解析】

【详解】(1)[1] 20分度的游标卡尺，精确度为0.05mm，圆柱体的长度为

[2]螺旋测微器的转动刻度为50格，共0.5mm，一小格的长度为0.01mm，转动刻度估读到零点几格，则圆柱体的直径为

(5.693~5.697)

(2)[3]直流电源E的电动势为4V，实验提供的电压表为15V，量程太大不合适，而电流表A1的内阻已知，还有一个定值电阻R0＝80Ω，可考虑改装出电压表，量程为

量程较合适，改装后待测电阻的最大电流为

电流表A2的量程100mA，直接接在待测电阻上指针的偏转幅度小，而改装后的电压表和待测电阻并联后的总电流约为80mA，则电流表A2(100mA)接在干路上指针偏转比较合适；滑动变阻器R1(10Ω)远小于待测电阻阻值100Ω，为了调节方便和更多的获得测量数据，则采用滑动变阻器的分压式接法，电路图如图所示

(3)[4]根据所设计的电路原理可知，待测电阻的电压为

待测电阻的电流为

由欧姆定律和电阻定律可得待测电阻的阻值为

联立解得电阻率为

11.如图所示，一绝缘水平桌面，空间存在一广域匀强电场，强度大小为，现同时将两个质量均为的滑块、由静止释放在桌面上。已知两滑块AB均带正电，电荷量大小为q，且间的距离为。已知滑块、与轨道间的动摩擦因数分别为和，重力加速度，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，滑块之间发生的碰撞为弹性碰撞，且无电荷转移，滑块可视为质点。求：

(1)两滑块从静止释放开始经过多长时间，滑块之间发生第二次碰撞；

(2)从释放到最终停止所运动的位移。

【答案】(1)；(2)

【解析】

【详解】(1)两滑块由静止释放后，对滑块进行受力分析，由牛顿第二定律得

得

对有，故静止，则

得

设发生第一次碰撞前的瞬间滑块的速度是，则

碰后滑块、的速度分别是、，由弹性碰撞得：

由动量守恒定律

由能量守恒定律

解得，

滑块开始做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得

可解得

设滑块运动时间后停止运动，则

由于，停止运动时二者仍未发生第二次碰撞，即

得

故

(2)由(1)知，每次碰撞后先减速到零，再次与碰撞，又

最终，将静止在斜面上，设下滑的位移为，由能量守恒得：

解得

12.在xOy平面x轴上方区域范围内存在着范围足够大的匀强磁场（如图甲所示）。在空间坐标（x=0，y=a）处有一粒子源，在某一时刻向平面内各个方向均匀发射N个（N足够大）质量为m、电荷量为-q，速度为v0的带电粒子：（不计粒子重力及粒子间的相互作用，题中N、a 、m、-q、v0均为已知量）

(1)若放射源所发出的粒子恰好有不能到达x轴，求磁感应强度为多大；

(2)求解第(1)问中，x轴上能接收到粒子的区域长度L；

(3)若磁场仅限制在一个半径为a的圆形区域内，圆心在坐标处。保持磁感应强度不变，在x轴的正半轴 区间上铺设挡板，粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上并被挡板吸收，求：这部分粒子在先后到达板上的时间内对挡板的平均作用力。

【答案】(1)；(2)；(3)

【解析】

【详解】(1)由几关系可知左右两个相切圆为临界条件，由于有不能到达要x轴，所以

由几何关系知，磁场中做圆周运动半径R=a

洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得

解得

则磁感应强度

 (2)粒子打x轴上的范围如图所示，

x轴右侧长度为

x轴左侧，与轴相切，由几何关系知

联立可得

(3)粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上，根据几何关系则有

解得

粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上的动量的变化量

粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上运动的最短时间

粒子源打出的部分粒子恰好垂直打在挡板上运动的最长时间

这部分粒子在先后到达板上的时间内对挡板的平均作用力

13.以下说法正确的是______。

A. 同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，如金刚石是晶体，石墨是非晶体，但组成它们的微粒均是碳原子

B. 第二类永动机不可能制成是因为违背了能量守恒定律

C. 一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的

D. 对于一定质量的理想气体，若气体的体积减小而温度降低，则单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子个数可能不变

E. 显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这间接反映了炭粒分子运动的无规则性

【答案】CD

【解析】

【详解】A．晶体、非晶体在一定条件下可以 转化，同种元素的原子可以生成不同种晶体，但石墨是晶体，故A错误；

B．第二类永动机不可能制成是因为违背了热力学第二定律有关热现象的方向性，故B错误；

C．饱和蒸汽压仅仅与温度有关，一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，故C正确；

D．若单位体积内的分子数多，且分子的平均动能大，则单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子个数一定多；而气体的体积减小时单位体积内的分子数变多，温度降低会使分子的平均动能变小，则单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子个数可能变多，或变少，或不变，故D正确；

E．显微镜下观察到墨水中的小炭粒在不停地做无规则运动，这间接反映了液体分子运动的无规则性，故E错误。

故选ACD。

14.如图所示，导热性能良好的气缸静止于水平地面上，缸内用横截面积为S，质量为m的活塞封闭着一定质量的理想气体。在活塞上放一砝码，稳定后气体温度与环境温度相同均为T1.若气体温度为T1时，气柱的高度为H。当环境温度缓慢下降到T2时，活塞下降一定的高度；现取走砝码，稳定后活塞恰好回到原来高度。已知外界大气压强保持不变，重力加速度为g，不计活塞与气缸之间的摩擦，T1、T2均为热力学温度，求：

(1)气体温度为时，气柱的高度；

(2)砝码的质量。

【答案】(1)；(2)

【解析】

【详解】(1)设气体温度为时，气柱的高度为，环境温度缓慢下降到的过程是等压変化，根据盖—吕萨克定律有

解得

(2)设砝码的质量为，取走砝码后的过程是等温变化

，

，

由玻意耳定律得

联立解得

15.关于简谐运动，以下说法正确的是______。

A. 在弹簧振子做简谐运动的回复力表达式中，F为振动物体所受的合外力，k为弹簧的劲度系数

B. 物体的速度再次相同时，所经历的时间一定是一个周期

C. 位移的方向总跟加速度的方向相反，跟速度的方向相同

D. 水平弹簧振子在简谐振动中动能和势能的和是不变的

E. 物体运动方向指向平衡位置时，速度的方向与位移的方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同

【答案】ADE

【解析】

【详解】A．简谐运动的回复力表达式为，对于弹簧振子而言，F为振动物体所受的合外力，k为弹簧的劲度系数，故A正确；

B．一个周期内有两次速度大小和方向完全相同，故质点速度再次与零时刻速度相同时，时间可能为一个周期，也可能小于一个周期，故B错误；

C．位移方向总跟加速度方向相反，而质点经过同一位置，位移方向总是由平衡位置指向质点所在位置，而速度方向两种，可能与位移方向相同，也可能与位移方向相反，故C错误；

D．水平弹簧振子在简谐振动时，只有弹簧的弹力做功，系统的机械能守恒，则动能和势能的和是不变，故D正确；

E．回复力与位移方向相反，故加速度和位移方向相反；但速度可以与位移相同，也可以相反；物体运动方向指向平衡位置时，速度的方向与位移的方向相反；背离平衡位置时，速度方向与位移方向相同；故E正确。

故选ADE。

16.如图所示为玻璃制成的长方体，已知长AB=l=0.6m，宽d=AD=0.2m，高h=AA1=m，底面中心O点有一个点光源，玻璃对光的折射率为1.5，俯视看ABCD面的一部分会被光照亮，求：照亮部分的面积。

【答案】

【解析】

【详解】光照亮部分的边界为全反射的边界，

带入数据可得

由于长方体的宽小于2r，光照亮的区域是圆的一部分

如图所示

OE=r=0.2m

OF= 0.1m

解得

三角形面积

扇形面积

总面积